数字远程光学设备及其操作方法、相机系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对物体(2)进行成像的数字远程光学设备(1)，该数字远程光学设备具有：光轴(OA)；用于对物体(2)进行成像的物镜(3)，其中物镜(3)是沿光轴(OA)布置的；处理器单元(4)；以及用于显示物体(2)的图像的显示单元(5)，其中处理器单元(4)在传导技术上与显示单元(5)相连接。数字远程光学设备(1)具有分光镜单元(7)，其中沿光轴(OA)在光入射方向(LE)上看，首先布置的是物镜(3)、以及然后是分光镜单元(7)。此外，设置有第一检测器(8A)和第二检测器(8B)。第一检测器(8A)被设计成用于检测通过分光镜单元(7)产生的第一光(L1)，并且第二检测器(8B)被设计成用于检测通过分光镜单元(7)产生的第二光(L2)。(7)产生的第二光(L2)。(7)产生的第二光(L2)。

【技术实现步骤摘要】
数字远程光学设备及其操作方法、相机系统


[0001]本专利技术涉及一种用于对物体进行成像的数字远程光学设备。数字远程光学设备被理解为如下光学系统，该光学系统用于在地球上使用或在天文方面使用，以便显著放大物体，从而使物体在细节上可被人眼所感知。在此，物体尤其可以离得特别远，例如是远程光学设备的外廓尺寸的大于两倍远。数字远程光学设备具有呈检测器形式的图像传感器以及用于显示物体图像的显示单元。例如，数字远程光学设备被设计为双目设备，双筒望远镜，单筒望远镜、尤其是单筒瞄准镜，望远装置，观靶镜或夜视设备。在本专利申请中，移动电话和/或平板型计算机并不被理解为数字远程光学设备。此外，本专利技术涉及一种用于操作数字远程光学设备的方法以及一种用于对物体进行成像的相机系统。例如，根据本专利技术的相机系统被布置在移动电话中或移动电话上和/或被布置在平板型计算机中或平板型计算机上。

技术介绍

[0002]从现有技术已知的数字远程光学设备被设计成使得数字远程光学设备的用户可以通过将眼睛置于数字远程光学设备上来观察物体。数字远程光学设备具有物镜和检测器。检测器检测从物体入射到物镜中并且穿透物镜的光束，并且产生检测信号。由处理器单元以电子的方式将这些检测信号转换成使其在显示单元上被呈现为图像。因此，在光入射方向上看，从物体发出的光束进入数字远程光学设备。光束因此首先穿过物镜且随后被检测器检测到。此外，从现有技术已知的数字远程光学设备具有目镜，数字远程光学设备的用户可以利用该目镜观察被呈现在显示单元上的图像。检测器例如可以被设计为CCD检测器或CMOS检测器。已知的数字远程光学设备的上述单元例如沿已知远程光学设备的光轴的布置还可以被如下描述：逆着光入射方向(即，在从眼睛看向物体的方向上)看，沿已知的数字远程光学设备的光轴，首先布置的是目镜、其次是显示单元、然后是检测器并且随后是物镜。上述单元沿光轴的布置不是强制必需的。而是，例如一方面目镜和显示单元构成第一装置，以及另一方面检测器和物镜构成第二装置。在显示单元与检测器之间不需要设计共用的轴，但优选如此。
[0003]在已知的数字远程光学设备中使用的检测器设有呈像素形式的面元。例如，检测器具有1024
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1024个像素。在检测器上布置有呈拜尔过滤器形式的过滤器，该过滤器覆盖检测器的像素。拜尔过滤器具有针对“红色、绿色和蓝色”的颜色的颜色过滤器。各个颜色过滤器被指配给单独的像素。换言之，各个像素上均布置有颜色过滤器。颜色过滤器用于使入射到颜色过滤器上的光的单一颜色透射。单一颜色的光到达检测器的被指配给颜色过滤器的像素。而光的其他颜色则借助于颜色过滤器被滤除。因此，其他颜色的光到达不了该像素。
[0004]设有拜尔过滤器的检测器的缺点在于，不是在检测器的各个像素中对入射到检测器上的光的各种颜色都进行检测，而是仅对光的单一颜色进行检测。因此，就该像素而言缺失了入射到该像素上的光的颜色信息。为了获得缺失的颜色信息，通过数学方法借助于内
插来获取颜色信息。将这样获取到的颜色信息与到达该像素的光的颜色信息一起用于产生物体的图像。然而，上述方法会导致实际颜色信息损失并且因此在待成像的物体的图像的色彩分辨率方面出现误差。
[0005]在设有拜尔过滤器的检测器中还不利的是，拜尔过滤器的过滤特性会在产生物体图像时产生误差。图1示出了拜尔过滤器的典型光谱曲线。用附图标记1000标示了关于拜尔过滤器对蓝光的相对灵敏度的曲线的走向。用附图标记2000标示了关于拜尔过滤器对绿光的相对灵敏度的曲线的走向。此外，用附图标记3000标示了关于拜尔过滤器对红光的相对灵敏度的曲线的走向。由于针对蓝光、绿光和红光的曲线具有在图1中展示的相交区域I、II和III，因此在借助于检测器来确定和区分不同的颜色时可能出现含糊不清的情况。这可能导致在产生物体图像时产生误差。
[0006]使用拜尔过滤器还有其他缺点。完全有可能的是，拜尔过滤器对入射到拜尔过滤器上的光束的透射较差、由于生产而导致过滤特性发生变化、以及长期稳定性较差。
[0007]因此，在数字远程光学设备的情况下，尤其是在双筒望远镜、观靶镜或单筒瞄准镜的情况下，使用拜尔过滤器可能是不利的。这是因为例如在狩猎时经常需要在黄昏时和光照条件不佳的情况下观察动物，因此期望有好的光效率(即，尽可能多地利用入射到数字远程光学设备中的光)。在自然中观察动物和/或动物群时，通常期望有好的色彩分辨率，因为动物和动物群能够通过最细微的色彩层次来进行区分。此外，即使在进行自然观察时也值得期望有好的光效率。
[0008]从US 8,988,564 B2已知一种具有分光立方体的数字相机组件，该分光立方体具有被设计成用于获得入射光的入射面。分光立方体将入射光分成三个颜色分量，即，第一颜色分量、第二颜色分量和第三颜色分量。第一颜色分量从分光立方体的第一表面射出。此外，第二颜色分量从分光立方体的第二表面射出。第三颜色分量从分光立方体的第三表面射出。第一检测器布置在第一表面上以检测第一颜色分量。此外，第二检测器布置在第二表面上以检测第二颜色分量。第三检测器布置在第三表面上以检测第三颜色分量。
[0009]从US 10,313,642B2已知一种用于获取物体图像的成像系统。已知的成像系统包括第一透镜和二向色分光镜，该二向色分光镜允许特定波长范围的光通过并且反射其波长处于特定波长范围之外的光。此外，已知的成像系统包括用于检测特定波长范围的透射光的第一检测器以及用于检测其波长处于特定波长范围之外的反射光的第二检测器。第一检测器是单色检测器，而第二检测器是彩色图像传感器，该彩色图像传感器具有布置在第二检测器的像素上的颜色过滤器排列。将由第一检测器产生的图像和由第二检测器产生的图像进行组合，以便产生单个彩色图像。

技术实现思路

[0010]本专利技术的基本目的是，给出一种数字远程光学设备，该数字远程光学设备具有好的光效率以及好的色彩分辨率，以产生物体的高品质图像。此外，旨在给出一种用于操作数字远程光学设备的方法，其中该方法能够实现好的光效率以及好的色彩分辨率，以产生物体的高品质图像。此外，还旨在给出一种相机系统，该相机系统能够产生物体的高品质图像。
[0011]根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1所述特征的数字远程光学设备来实现。根
据本专利技术的用于操作数字远程光学设备的方法通过权利要求13的特征给出。根据本专利技术的用于对物体进行成像的相机系统通过权利要求17、31或42的特征给出。本专利技术的其他特征由以下的说明、以下的权利要求和/或附图得出。
[0012]根据本专利技术的数字远程光学设备被设计成用于对物体进行成像。在此，数字远程光学设备在上文中以及还有在下文中被理解为如下光学系统，该光学系统用于在地球上使用或在天文方面使用，以便显著放大物体，从而使物体在细节上可被人眼所感知。参考上文得出的实施方案，这些实施方案在此处也适用。例如，数字远程光学设备被设计为双目设备，双筒望远镜，单筒望远镜、尤其是单筒瞄准镜，望远装置，观靶镜或夜视设备。在本专利申请中，移动电话和/或平板型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对物体(2)进行成像的数字远程光学设备(1，20)，所述数字远程光学设备具有：
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光轴(OA，OA1，OA2)；
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用于对所述物体(2)进行成像的至少一个物镜(3，22A，22B)，其中所述物镜(3，22A，22B)是沿光轴(OA，OA1，OA2)布置的；
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至少一个处理器单元(4，30)；以及
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用于显示所述物体(2)的图像的至少一个显示单元(5，31A，31B)，其中所述处理器单元(4，30)在传导技术上与所述显示单元(5，31A，31B)相连接，其特征在于，
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至少一个分光镜单元(7，23A，23B)，其中沿光轴(OA，OA1，OA2)在光入射方向(LE)上看，首先布置的是所述物镜(3，22A，22B)、以及然后是所述分光镜单元(7，23A，23B)；以及
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至少一个第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)和至少一个第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)，其中所述处理器单元(4，30)在传导技术上与所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)和所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)相连接，其中所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)被设计成用于检测通过所述分光镜单元(7，23A，23B)产生的第一光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)，并且其中所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)被设计成用于检测通过所述分光镜单元(7，23A，23B)产生的第二光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)。2.根据权利要求1所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)和所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)均布置在所述分光镜单元(7，23A，23B)上。3.根据权利要求1或2所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述数字远程光学设备(1，20)具有以下特征中的至少一个特征：(a)所述第一光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)具有以下特征之一：(i)仅单一的第一波长的光，(ii)第一波长范围的光，或(iii)可预先给定的第一强度；(b)所述第二光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)具有以下特征之一：(i)仅单一的第二波长的光，(ii)第二波长范围的光，或(iii)可预先给定的第二强度。4.根据前述权利要求之一所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述数字远程光学设备(1，20)具有以下特征中的至少一个特征：(a)所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有灵敏的第一检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)，并且所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有灵敏的第二检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)，其中所述第一检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)的大小与所述第二检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)的大小不同；(b)所述分光镜单元(7，23A，23B)具有第一分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)，所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，
36B)布置在所述第一分光镜表面上并且所述第一分光镜表面具有第一表面中心(10A，10B)，其中所述分光镜单元(7，23A，23B)具有第二分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)，所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)布置在所述第二分光镜表面上并且所述第二分光镜表面具有第二表面中心(10A，10B)，其中所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有第一检测器表面中心(11A，11B)，其中所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有第二检测器表面中心(11A，11B)，其中所述第一检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)的第一检测器表面中心(11A，11B)与所述第一分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)的第一表面中心(10A，10B)相距第一间距，其中所述第二检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)的第二检测器表面中心(10A，10B)与所述第二分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)的第二表面中心(10A，10B)相距第二间距，并且其中所述第一间距不同于所述第二间距。5.根据前述权利要求之一所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述数字远程光学设备(1，20)具有至少一个第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)，其中所述处理器单元(4，30)在传导技术上与所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)相连接，其中所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)被设计成用于检测通过所述分光镜单元(7，23A，23B)产生的第三光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)，并且其中所述第三光(L1，L2，L3，L4，L1A，L1B，L2A，L2B，L3A，L3B，L4A，L4B)具有以下特征之一：(i)仅单一的第三波长的光，(ii)第三波长范围的光，或(iii)可预先给定的第三强度。6.根据权利要求5所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述数字远程光学设备(1，20)具有以下特征中的至少一个特征：(a)所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有灵敏的第三检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)，其中所述第一检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)和/或所述第二检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)的大小与所述第三检测器表面(12A，12B，12C，12D，25A，25B，28A，28B，34A，34B，37A，37B)的大小不同；(b)所述分光镜单元(7，23A，23B)具有第三分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)，所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)布置在所述第三分光镜表面上并且所述第三分光镜表面具有第三表面中心(10A，10B)，其中所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)具有第三检测器表面中心(11A，11B)，其中所述第三检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)的第三检测器表面中心(11A，11B)与所述第三分光镜表面(9A，9B，9C，9D，26A，26B，29A，29B，35A，35B，38A，38B)的第三表面中心(10A，10B)相距第三间距，并且其中所述第三间距不同于所述第一间距和/或所述第二间距。7.根据前述权利要求之一所述的数字远程光学设备(1，20)，其特征在于，所述数字远程光学设备(1，20)具有至少一个第四检测器(8A，8B，8C，8D，24A，24B，27A，27B，33A，33B，36A，36B)，其中所述处理器单元(4，30)在传导技术上与所述第四检测器(8A，8B，8C，8D，
24A，24...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：卡尔蔡司股份公司，
类型：发明
国别省市：