專利名稱：耐震的數(shù)字弱光觀察器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及能夠使觀察者在弱光條件下觀測、識(shí)別、辨認(rèn) 和觀察物體的光學(xué)器件，更具體涉及手持式耐震數(shù)字弱光觀察系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
弱光觀察系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于為士兵、飛行員和船員提 供在夜間或其它弱光條件下觀察物體的能力。因此，目前許多弱光 觀察器件都是根據(jù)嚴(yán)格的軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)來制造的。同樣，許多這 樣的弱光器件是為了特定的軍事應(yīng)用而制造的，比如各種武器的瞄 準(zhǔn)鏡的一部分或者作為附著到飛行員或士兵的頭盔上的眼罩組件的 一部分。然而，許多目前制造的弱光觀察器件既昂貴，又不容易適 于非軍事用途。
弱光觀察器件可以分為幾大類，包括(l)圖像增強(qiáng)產(chǎn)品，(2) 熱成像產(chǎn)品，(3)電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)型金屬氧物半導(dǎo)體 (CMOS)弱光相機(jī)。經(jīng)常在軍用、執(zhí)法、消防和消費(fèi)市場上出現(xiàn)圖 像增強(qiáng)和熱成像器件。近些年，許多弱光觀察器件已經(jīng)引入到了消 費(fèi)市場，但通常質(zhì)量差并且/或者為用戶提供的功能有限。
圖像增強(qiáng)弱光觀察器件傾向于非常昂貴并需要復(fù)雜的重透鏡來 產(chǎn)生遠(yuǎn)距離的圖像。如果在強(qiáng)光條件下使用，圖像增強(qiáng)器件相當(dāng)容 易損壞。這個(gè)特征導(dǎo)致這些產(chǎn)品在大多數(shù)城市地區(qū)中實(shí)際上毫無作 用。此外，由于高昂的成本，熱成像器件沒有^皮廣泛接受。
弱光CCD相機(jī)廣泛應(yīng)用在安全應(yīng)用。近年來，移動(dòng)電話技術(shù)， 以及在安全行業(yè)中相機(jī)應(yīng)用的巨大增加，已經(jīng)要求非常便宜的相機(jī)。 弱光CCD相機(jī)設(shè)計(jì)成對(duì)人類不可見的電磁頻譜的波長敏感，使得這些相機(jī)在弱光條件下非常有效，尤其是如果采用主動(dòng)紅外(IR)照明。
使用主動(dòng)IR照明的器件通常使用一體的LED來照亮黑暗地點(diǎn)。 現(xiàn)在市場上的大多數(shù)數(shù)字弱光觀察器件采用必須手動(dòng)調(diào)節(jié)的固定焦 距透鏡，并且是主動(dòng)的器件，即，提供IR照明來幫助觀測，這就使 得器件更快地消耗電力。
上述的器件在幾個(gè)方面是不完善的，在商業(yè)領(lǐng)域以及軍事和執(zhí) 法機(jī)構(gòu)均不能實(shí)際采用。這種器件往往是既笨重又易碎的，無法承 受由常規(guī)的軍事或執(zhí)法用途而產(chǎn)生的沖擊震動(dòng)和磨損，并且很容易 滲入導(dǎo)致它們不精確或甚至無法使用的水或濕氣。
此外，這種器件通常具有固定的可以讓用戶觀測目標(biāo)的放大倍 率，但缺少讓用戶在7見測目標(biāo)后識(shí)別并辨認(rèn)目標(biāo)的可變的》文大倍率 能力。這些裝置還傾向于具有相對(duì)短的范圍、體積大、在設(shè)計(jì)方面 不符合人體工程學(xué)并且缺乏簡單的用戶控制。此外，這些裝置相當(dāng)
昂貴，通常需要專賣的部件和精細(xì)的組裝技術(shù)，使得它們不實(shí)用于 普遍的軍事和執(zhí)法使用。
因此，存在著對(duì)能夠很好適用于軍事、執(zhí)法、安全和第一反應(yīng) (first responder)應(yīng)用的具有可變放大倍率(變焦)能力的耐震手持 式數(shù)字弱光觀察器件的需求，該器件可以用單手操作、輕質(zhì)并防水， 并且該器件包含先前的器件現(xiàn)在還不具備的其他的特點(diǎn)，并且能夠 結(jié)合現(xiàn)有的弱光傳感技術(shù)操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種容易單手把握并操作的、防水并以非常低的 成本用 一體中焦段變焦透鏡提供極好的弱光性能的弱光觀察器件，
該觀察器件可以使用非定制或容易獲得或制造的定制部件組裝。因 此進(jìn)一步降低了制造成本和使用被動(dòng)成像來降低電力供應(yīng)的消耗， 有助于降低組組件的尺寸和重量。'根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)方面， 一種弱光觀察系統(tǒng)包含具有第 一端和 相對(duì)的第二端的外殼，第一端限定了光學(xué)輸入孔徑，而第二端限定
了光學(xué)輸出孔徑；響應(yīng)經(jīng)輸入孔徑接收的低強(qiáng)度光和紅外能量以便 生成輸出圖像的紅外相機(jī)組件；連接到相機(jī)組件以便處理輸出圖像 的信號(hào)處理器；連接到相機(jī)組件以便顯示處理過的圖像的顯示組件； 連接到相機(jī)組件以便電子可變聚焦輸出圖像的變焦透鏡組件；響應(yīng) 設(shè)置于外殼表面上的控制機(jī)構(gòu)以便控制弱光觀察系統(tǒng)的操作功能的 控制電子設(shè)備，該控制機(jī)構(gòu)可由用戶的手指操縱，以便控制該操作 功能。本發(fā)明的組件使觀察者能夠以近距離或相當(dāng)遠(yuǎn)的距離在弱光 條件下)!見測、識(shí)別、辨認(rèn)和^L察目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種手持式數(shù)字弱光觀察器件包含具 有第一端和相對(duì)的第二端的保護(hù)外殼，第一端限定光學(xué)輸入孔徑， 第二端限定光學(xué)輸出孔徑；保護(hù)外殼的外形與用戶手相符，該外殼 容納響應(yīng)經(jīng)輸入孔徑接收的低強(qiáng)度光和紅外能量以生成輸出圖像 的紅外相機(jī)組件；連接到相機(jī)組件以便處理輸出圖像的信號(hào)處理器； 連接到相機(jī)組件以便經(jīng)輸出孔徑向觀察者顯示處理過的圖像的顯示 組件；連接到相機(jī)組件以便電子可變聚焦輸出圖像的變焦透鏡組件； 和響應(yīng)設(shè)置于外殼頂面并協(xié)同定位于在通過該器件進(jìn)行觀察的過程 中用戶的單個(gè)手指可以訪問的外殼區(qū)域內(nèi)的多個(gè)用戶可激活開關(guān)以
便控制數(shù)字弱光觀察器件的操作功能的控制電子設(shè)備。本發(fā)明的組 件通過操作性連接到相機(jī)組件并連接到信號(hào)處理器的用于捕捉和處 理圖像數(shù)據(jù)以便進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索的簡單控制機(jī)構(gòu)或開關(guān)進(jìn)一 步提供 了組件所觀察目標(biāo)的靜態(tài)圖像和/或視頻捕捉。組件中包括足以保存 這種圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，并提供了向遠(yuǎn)程器件(如打印機(jī)、計(jì)算機(jī) 或其它外圍設(shè)備)下載保存或捕捉的圖像數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)，比如USB端 口或其他接口 。本發(fā)明的數(shù)字弱光觀察組件進(jìn)一步包括用于實(shí)現(xiàn)控 制程序功能并使用戶能夠選擇與弱光組件相關(guān)的特定的程序模式特 征的軟和/或硬件功能。


圖1是與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例一致的示范性弱光觀察系統(tǒng)的側(cè)面透
視圖2是圖1所示的示范性弱光觀察組件的頂部平面圖3是圖1所示的示范性弱光觀察組件的側(cè)面主視圖4是圖1所示的示范性弱光觀察組件的底部平面圖5是圖1所示的示范性弱光觀察組件的前主視圖6是圖1所示的示范性弱光觀察組件的后主視圖7是圖1所示的示范性弱光觀察組件的側(cè)面透視剖視圖，其中去
除了外殼組件的一部分；
圖8是圖1所示的示范性弱光觀察組件的側(cè)面主剖視圖9是圖1所示的示范性弱光觀察組件示范性控制系統(tǒng)的框圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例在外殼頂面具有多個(gè)用戶操作開關(guān)的示范性弱光觀察組件的側(cè)面示意圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例在外殼頂面具有多個(gè)用戶操作開關(guān)的
示范性弱光觀察組件的側(cè)面示意剖視圖；以及
圖12是根據(jù)本發(fā)明的原理的弱光觀察組件的控制機(jī)構(gòu)的開關(guān)結(jié)構(gòu)的
示范性圖示。
具體實(shí)施例方式
為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了 一種被動(dòng)成像耐震的弱 光觀察系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒌蛷?qiáng)度可見光和紅外能量轉(zhuǎn)換成可視圖 像。與本發(fā)明一致的數(shù)字弱光觀察組件通常包括靜止/視頻圖像捕捉 功能的弱光紅外相機(jī)，LCD、 OLED、 LCOS、 CRT或等離子顯示器 和目鏡透鏡、變焦透鏡組件、具有能夠當(dāng)用戶操作器件并觀察目標(biāo) 時(shí)通過用戶手的單個(gè)手指進(jìn)行操縱的一個(gè)或多個(gè)的多位置操作開關(guān) 的控制電子設(shè)備，以及標(biāo)準(zhǔn)電池。如下文要進(jìn)一步詳述的，全部部件裝入容易組裝的防水外殼中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1到圖6，顯示了與本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一致的示范性
弱光顯示組件100的各種視圖。如圖所示，組件100包括外殼組件 109,其包括在其相應(yīng)端部可密凌于連接到前蓋108和后蓋121的中間 部分102。前蓋108和后蓋121是可拆卸的(例如通過干擾或摩擦配 合)以便訪問外殼組件109內(nèi)部的部件(例如，更換電池或進(jìn)行維 修)，或者可以是永久密封的，例如具有以螺紋方式或者通過干擾 或摩擦配合設(shè)置在在外殼組件109的一部分內(nèi)的可拆卸或絞接的電 池蓋1092 (圖10)。如圖10-圖11中描述的實(shí)施例中最佳顯示的， 外殼在結(jié)構(gòu)上還可以是單片的，或者可以包括連接在一起的兩個(gè)半 部，例如上蓋1090和下蓋1091 (和/或左側(cè)蓋和右側(cè)蓋)。組件100 的所有外部部件按希望密封到外殼組件109上，以便提供大致防水 和防潮的器件。外殼109可以由高保護(hù)性材料形成，例如，大尺寸 鋼、鎂、鋅、鋁、涂橡膠的鋁、聚碳酸酯或塑料材料。如在圖1、圖 0和圖11中最佳顯示的，該組件可以形成為帶有外形與用戶手相符 的外殼的單筒器件。(作為備選方案，考慮該器件形成為雙筒器件)。 外殼進(jìn)一步可以在其內(nèi)部包含^爰沖元件117 (圖7)，比如泡沫材料、 軟橡膠、塑料或其他襯墊類材料，以便保護(hù)內(nèi)部電子設(shè)備和機(jī)械部 件，包括紅外相機(jī)組件、顯示組件、變焦透鏡組件和控制電子設(shè)備 免受由于跌落、振動(dòng)和沖擊引起的損壞。
多個(gè)脊105可以形成在組4牛100的一側(cè)或雙側(cè)以便輔助提供抓 取表面。脊還可以包括具有高摩擦系數(shù)的材料以便增強(qiáng)抓取效果， 如合成橡膠。多個(gè)手指收容部或凹部104可以形成在組件100的頂 部以增強(qiáng)抓緊能力，并且手指收容部104還可以包括具有高摩擦系 數(shù)的材料以便增強(qiáng)抓取效果，如合成橡膠。同樣為了增強(qiáng)抓取效果， 可以在組件100的底部上形成4母指收容部106，并且拇指收容部106 還可以包括高摩擦系數(shù)材料以便增強(qiáng)抓取效果，如彈性橡膠。
如下文詳細(xì)討論的，用戶控制機(jī)構(gòu)107 (或者多個(gè)用戶控制機(jī)構(gòu))可以設(shè)置在外殼組件109的凹部或手指收容部104或拇指收容部106 的 一個(gè)或多個(gè)內(nèi)以提供用戶控制功能的輕易可及性。 一個(gè)或多個(gè)控 制機(jī)構(gòu)可以備選位于外殼組件109上的其他位置。在外殼109內(nèi)或 外殼109上也可提供其他零件，比如透鏡蓋、三腳架插座、手帶或 頸帶或者可拆卸帶的一個(gè)或多個(gè)安裝件。該器件可以使其外殼的一 部分適于安裝到用戶的頭部/頭盔上的，或者安裝到武器或類似的器 件上。當(dāng)然，該器件也可實(shí)施為一組護(hù)目鏡，或附著到(或以其他 方式連接到)傳統(tǒng)護(hù)目鏡上以便能夠進(jìn)行弱光觀察并且捕捉/記錄弱 光圖像數(shù)據(jù)。
如圖1和圖5所最佳顯示的，如下文進(jìn)一步詳細(xì)討論的，在外 殼組件109 —端(或其它位置)的前蓋108內(nèi)形成允許圖像經(jīng)其由 設(shè)置于外殼組件109內(nèi)的變焦透鏡組件100接收的孔徑103。護(hù)眼罩 101設(shè)置在外殼組件109的另一端(或其他位置)的孔徑的后蓋121 上，以便在使用組件100的過程中使用戶的眼睛屏蔽外界光。如圖6 所最佳顯示的，護(hù)眼罩101具有形成于其中的孔徑125,以便允許用 戶觀察設(shè)置于外殼組件109內(nèi)的顯示組件111 (比如LCD、 OLED、 LCOS、 CRT、等離子或其他顯示器)上的圖像。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7,顯示了圖1所示的示范性弱光觀察組件100的側(cè) 面透視剖視圖，其中去除了外殼組件109的一部分。如圖所示，組 件100的外殼109容納連接到相機(jī)組件112上的變焦透鏡組件110， 相機(jī)組件112分別連接到顯示組件111。包含控制電子設(shè)備的電路板 124鄰近設(shè)置并連接到變焦透鏡組件110、相機(jī)組件112和顯示組件 111上。上述的部件由一個(gè)或多個(gè)電池113或其他電源供電。電路板 ]24可以包含各種控制電路，包括用以處理從相機(jī)組件輸出的圖像的 一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，用以與外部通信器件(比如計(jì)算機(jī)或 通過USB端口和連接的其他外圍器件)接口的通信;漠塊(如無線通 信器件)，以及響應(yīng)觸覺用戶l俞入(通過一個(gè)或多個(gè)開關(guān))以便控 制該弱光觀察組件的操作功能的電路。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，也可使用多種電路板并將其互相連接(比如通過柔性連接器)， 以便增強(qiáng)處理功能。
可以構(gòu)思出，通過帶有凹槽、突起或設(shè)置在其上或其中的其它 連接零件的干擾或摩擦配合以使用最少數(shù)量的機(jī)械緊固件將組件100 的一些或所有部件連接到外殼109,并且彼此連接，以便使組件廉價(jià) 并且筒單。這些緊固機(jī)構(gòu)包括但不限于螺釘、螺栓、鉚釘、粘合劑 和其他類似緊固機(jī)構(gòu)。
如圖8所最佳顯示的，該圖是圖1示范性弱光觀察組件100的 側(cè)立主剖^L圖，彈性平面開關(guān)片126設(shè)置在電^^板124與外殼109 的內(nèi)部之間。彈性平面開關(guān)片26可以具有至少一個(gè)經(jīng)外殼109內(nèi) 之孔延伸的一體官頂形開關(guān)-啟動(dòng)突起127，以便將用戶控制機(jī)構(gòu)]07 與電路板124內(nèi)或上面(例如，表面安裝)的至少一開關(guān)元件129 機(jī)械連接。當(dāng)然，還構(gòu)思出其它配置，包括例如設(shè)置在具有與電路 板上的開關(guān)元件電連通的觸點(diǎn)的基板上的 一 個(gè)或多個(gè)的按壓按鈕， 通過按壓按鈕可以激活相應(yīng)的開關(guān)元件。
除了提供用于使用戶控制機(jī)構(gòu)107與電路板124上的開關(guān)元件 129接觸嚙合的手段外，f頂形突起127還可以用于與外殼109形成 流體不滲透的密封。電路板可以通過以與合成橡膠平面開關(guān)片126 嚙合的方式粘附在外殼109的內(nèi)部，平面開關(guān)片126可以通過例如 防水環(huán)氧基樹脂或粘合劑膠合或者以其他方式連接到外殼109的內(nèi) 表面，并可以通過例如從外殼109延伸的多個(gè)樁4丁 (未圖示)或組 件100的其他部件保持在適當(dāng)位置，以便于將合成橡膠開關(guān)片127 與電子設(shè)備板124對(duì)齊。用戶控制機(jī)構(gòu)107可以包括一個(gè)或多個(gè)可 用以控制或調(diào)整各種功能的簡單按鈕控制，包括但不僅限于組件100 的開/關(guān)狀態(tài)、相機(jī)組件112或顯示組件111的亮度、變焦透鏡組件 110的焦點(diǎn)、和/或用以編程或選擇與弱光觀察組件相關(guān)的特定模式 的程序功能。
在示范性實(shí)施例中，用戶控制機(jī)構(gòu)107是一個(gè)可沿三個(gè)軸線移動(dòng)的五向?qū)Ш綋u臂開關(guān)，其中，例如左/右搖擺控制變焦透鏡組件110 的變焦，上/下?lián)u擺控制相機(jī)組件112的亮度，而按壓開關(guān)控制整個(gè) 組件100開或關(guān)。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，導(dǎo)航搖臂開關(guān)提供左/ 右變焦控制、用于控制相機(jī)功能(例如圖像靜態(tài)捕捉或圖像視頻機(jī) 構(gòu))的向下控制、用于程序功能(例如翻頁、控制日期/時(shí)間設(shè)置、 左/右手操作和包括相機(jī)模式、文件保存、數(shù)字變焦、外界亮度條件、 標(biāo)線開/關(guān)在內(nèi)的編程特征)的向上控制，而按壓開關(guān)控制整個(gè)組件
100的開或關(guān)。如本專業(yè)普通技術(shù)人員可以理解的，用戶控制機(jī)構(gòu)中
與操作功能相關(guān)的特定方向可以修改。
特別參考圖10-圖]2中描述的實(shí)施例，用戶控制機(jī)構(gòu)107包含 一組協(xié)同定位在當(dāng)用戶手持該組件并/或使用該組件觀察物體使通過 用戶的單個(gè)手指(即即拇指或別的手指)訪問的在外殼上區(qū)域107a 中的按壓按鈕。在如圖12示意性顯示的一種配置中，該組按壓按鈕 包括用于控制放大/縮小的搖臂開關(guān)107,、用于為器件供電的中心開/ 關(guān)按鈕1072、用于控制靜態(tài)/視頻圖像捕捉的相機(jī)按鈕1073和控制程 序模式(例如翻頁、控制日期/時(shí)間設(shè)置、左/右手操作和包括相機(jī)模 式、文件保存、數(shù)字變焦、外界亮度條件、標(biāo)線開/關(guān)在內(nèi)的編程特 征)的程序按鈕1074。各不同的按鈕可以分別包括提供不同觸感的 不同表面，使得用戶能夠在通過該器件與目標(biāo)物保持視覺接觸的同 時(shí)可以快速選擇所需功能。
在如圖10所示的一個(gè)示范性實(shí)施例中，使用圖1的實(shí)施例中所 標(biāo)識(shí)的相同附圖標(biāo)記指示相同部件，以一組配置外殼109頂部的在 相應(yīng)凹部或手指收容部104中的用戶操作按鈕或開關(guān)(例如107P 1072、 1073 )實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)。每個(gè)凹部接收相應(yīng)的手指，尺寸限定為 使得各手指能有效地僅訪問相應(yīng)區(qū)域(107a、 107b、 107J內(nèi)的按鈕， 以便能夠進(jìn)行與該特定按鈕相關(guān)的操作功能。在一種配置中，所有 的凹部均勻限定尺寸。在另一種配置中，至少有一個(gè)凹部或手指收 容部配置為與別的不同。如圖10進(jìn)一步顯示的， 一個(gè)或多個(gè)用戶操作按鈕可以備選設(shè)置 在接近觀察孔形成并適于在用戶手持該器件時(shí)接收用戶的食指的基
本平坦的壁架部分1008上?？刂茩C(jī)構(gòu)可以全部實(shí)現(xiàn)在這個(gè)位置，或
者可以包括定位在外殼其他地方的附加控制按鈕或開關(guān)(例如按鈕
107。 1072、 1073.......)。
現(xiàn)在參考圖9，顯示了在圖1、圖10和圖11中大致顯示的弱光 觀察組件100的示范性控制系統(tǒng)的框圖?，F(xiàn)在將描述組件100的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)。變焦透鏡組件100、相機(jī)組件112、顯示組件111和數(shù)字信 號(hào)處理電路1]5全部與微控制器114連接并由其控制，并且上述器 件全部經(jīng)適于在例如5和/或12伏下提供電力的電源轉(zhuǎn)換器116由一 個(gè)或多個(gè)電池113 (例如2或4節(jié)1.5伏AA號(hào)電池)提供電力。
經(jīng)變焦透鏡組件100接收的圖像由相機(jī)組件112接收，在正常 模式下，相機(jī)組件112將圖像輸出到數(shù)字信號(hào)處理器，以便進(jìn)行后 續(xù)處理并向用戶顯示。響應(yīng)用戶對(duì)視頻捕捉或靜態(tài)圖像捕捉功能的 選擇，相機(jī)組件向數(shù)字信號(hào)處理電路115提供相應(yīng)的視頻或靜態(tài)圖 像信號(hào)以便進(jìn)行進(jìn)行處理并格式化并且保存到存儲(chǔ)器中。處理并格 式化的視頻信號(hào)隨后由顯示組件111接收以便用戶通過目鏡101 (圖 1 )進(jìn)行觀察。
在示范性實(shí)施例中，變焦透鏡組件110是10x可變光學(xué)變焦透 鏡組件，其焦距為大約7.1mm至35.5mm，孔徑為大約f/2.8并且具 有多層消反射透鏡覆層以便減少反射和增加對(duì)比度，例如德國 Oberkochen的Carl Zeiss生產(chǎn)的Vano SonnarTM 丁*變焦透鏡。這種變 焦透鏡組件包括在數(shù)字視頻相機(jī)/錄相機(jī)中，例如日本東京Sony公司 生產(chǎn)的DCR-PC350。當(dāng)然，其他變焦透鏡組件以及放大倍數(shù)(例如， 5x、 25x等等)都可以結(jié)合本發(fā)明使用，以便提供依照控制機(jī)構(gòu)的自 動(dòng)可變焦能力以及與根據(jù)本發(fā)明的耐震數(shù)字弱光觀察系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的 輕質(zhì)特征。
在示范性實(shí)施例中，相機(jī)組件112是采用半(1/2)英寸的行間轉(zhuǎn)換CCD圖像傳感器的極高敏感度(近紅外光鐠)的單色相機(jī)組件，
其具有帶電平控制/自動(dòng)增益控制(例如HI:5-50dB,LO:5J32dB )的 電子光圈、大約46dB的信噪比、無閃爍才莫式、背景光補(bǔ)償、大約752 至768x494至582的有效像素分辨率、F1.4下的大約0.0003勒克斯 的最小照明條件、大約1/50至1/100000秒范圍內(nèi)的可變快門速度、 輸出75ohm非平衡視頻信號(hào)并且使用電流為大約160mA的12V±10% 的直流電源。這種相機(jī)組件可以體現(xiàn)為由臺(tái)灣臺(tái)北市Watec有限公 司生產(chǎn)的WAT-902H2 SupremeTM單色相機(jī)。當(dāng)然要理解，還可以使 用別的圖像/影像傳感器，例如CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體) 圖像傳感器(該傳感器可以在比CCD圖像傳感器更低的電壓工作)。
顯示組件111優(yōu)選的是空間分辨率大約320x240、利用單晶絕緣 層上外延硅(SOI)起始材料以高速、低功率CMOS工藝制作的有源 矩陣液晶顯示器(LCD)。顯示組件111還采用帶薄膜晶體管的集 成水平和垂直移位寄存器，其在大約3.3到5.0伏的電平下以高達(dá)每 秒大約72幀的速率接收補(bǔ)充沖莫擬視頻輸入并且消耗功率大約 12mW。這種顯示器可以體現(xiàn)為由馬薩諸塞州Taunton的Kopin公司 生產(chǎn)的KCD-QDOl-AA CyberDisplay 320LCD顯示器。在該顯示器 中通過紅(或其他顏色)光提供"低電量"指示器。當(dāng)然要理解， 可以使用不同空間分辨率(例如600x800空間分辨率)的各種類型 的顯示組件，其中這種顯示器包括但不僅限于LCD (液晶顯示器)， LCOS (硅基液晶)和OLED (有機(jī)發(fā)光器件)、CRT (陰極射線管) 和等離子顯示器。
數(shù)字信號(hào)處理電路組件115包含用于處理和格式化由相機(jī)組件 112輸出的信號(hào)的并且在顯示組件111上顯示相應(yīng)圖像的電路。數(shù)字 信號(hào)處理電路組件115優(yōu)選是在大約290x218單色顯示器上提供復(fù) 合NTSC或PAL視頻信號(hào)的視頻模塊，該視頻模塊提供屏幕顯示、 對(duì)NTSC/P AL選擇的用戶可調(diào)控制、背光亮度、視頻對(duì)比度和亮度 伽馬調(diào)節(jié)以及色彩抑制過濾器，例如由馬薩諸塞州Taunton的Kopin公司生產(chǎn)的CyberDisplay M KCD-1MQ01-BA視頻沖莫塊。
微控制器14為變焦透鏡組件110提供例如變焦、濾波、光圈 和聚焦控制信號(hào)并且向相機(jī)組件112、數(shù)字信號(hào)處理電路115和顯示 組件111提供控制信號(hào)。微控制器114從用戶控制機(jī)構(gòu)107接收控 制信號(hào)以便控制特定功能，包含但不限于變焦、靜態(tài)/視頻捕捉、程 序功能和開關(guān)組件100。外部電源123可以與電源轉(zhuǎn)換器116和/或 電池113連接以便提供用于對(duì)電池113進(jìn)行充電和/或在正常工作過 程中向組件100提供電力的充電電路117,例如使用110V電流或便 攜外部AC或DC電源。
在特定實(shí)施例中，微型控制器114還可以向一體或外部無線通 信組件122提供控制信號(hào)和/或數(shù)據(jù)信號(hào)。該無線通信組件122還可 以直接與數(shù)字信號(hào)處理電路115接口。例如，無線通信組件122可 以包含TCP/IP堆棧118、收發(fā)器119和天線120,并且可以用于向 遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸來自相機(jī)組件112的未經(jīng)處理的視頻信號(hào)以便進(jìn)行遠(yuǎn) 程處理和格式化，或者是由數(shù)字信號(hào)處理電路組件115輸出的處理 和格式化的視頻信號(hào)。因而，無線通信組件122可以允許組件100 通過標(biāo)準(zhǔn)的無線寬帶路由器與現(xiàn)有的局域網(wǎng)接口 ，或者是與用于無
線接收通信信號(hào)的其他外部設(shè)備接口 ?？梢蕴峁┮曨l輸出插口 1010 (圖10)以便將視頻信號(hào)有線傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備，例如監(jiān)視器、電視 或錄像機(jī)。數(shù)據(jù)經(jīng)設(shè)置在外殼上的端口輸出，例如USB端口或者其 他這樣的接口 。作為為限制性實(shí)例，提供USB 2.0順從連接器以便以 每秒12兆比特的速率傳遞數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在，結(jié)合圖10-圖12參考圖1，本發(fā)明弱光觀察組件的示范 性操作模式如下所述。用戶手持組件100 (例如，左手或右手)并按 壓用戶控制機(jī)械開關(guān)(例如1072 )以便打開組件100。用戶將組件100 的后端升高到用戶的眼睛并通過目鏡101進(jìn)行觀看，同時(shí)將組件]00 的前端指向用戶想觀察的位置。用戶可以通過目鏡101觀察顯示組 件111上的圖像，并且可以向左或向右移動(dòng)用戶機(jī)械控制搖臂開關(guān)(例如107。(參見圖12)以便放大并縮小，可以按壓用戶機(jī)械控 制開關(guān)(例如1073 )以便捕捉靜態(tài)圖像或視頻圖像，或者可以按壓 用戶機(jī)械控制開關(guān)(例如1074 )以便控制與弱光器件相關(guān)的程序功能。
更具體的是，參考圖12的配置，通過用于靜態(tài)/視頻捕捉的開關(guān) 1073可以選擇相機(jī)/視頻功能操作。例如，對(duì)于右手操作的用戶來說， 用戶可以通過按壓和釋放開關(guān)1073來捕捉靜態(tài)視頻圖像，或者按壓 并保持開關(guān)1073以便開始記錄^L頻數(shù)據(jù)。隨后，用戶可以釋放開關(guān) 以便停止記錄。在執(zhí)行相機(jī)功能后，用戶可以再次按壓開關(guān)，回到 "正常"操作(即弱光圖像觀察并且準(zhǔn)備捕捉別的圖像)，或者該 系統(tǒng)可以預(yù)置為自動(dòng)返回"正常"操作。
完成視頻圖像處理后，會(huì)出現(xiàn)提示命令，警告用戶他/她是否想 要"保存，，或"刪除"捕捉的視頻。用戶可以通過在一個(gè)方向上(例 如向左代表"是")或者另一個(gè)方向(例如向右代表"否")移動(dòng) 程序開關(guān)1074或者是選擇性按壓程序按鈕以將顯示器推進(jìn)到所需選 擇來作出響應(yīng)，以便于保存或是刪除視頻數(shù)據(jù)。與開關(guān)1074相關(guān)的 程序模式功能包括將器件置于相機(jī)模式、保存/刪除文件、數(shù)字變焦、 控制外界亮度條件(例如設(shè)定閾值值)，并且提供反向功能按鈕(例 如進(jìn)行左手操作)、時(shí)間和語言信息、標(biāo)線開/關(guān)特征。在一種配置 中，按鈕或開關(guān)1074的選擇將器件置于程序模式，這使得其他各按 鈕對(duì)應(yīng)于特定的功能，例如107,左》左滾，107!右》右滾，1072->選 擇，1073->上滾，1074->下滾。
程序模式進(jìn)一步使用戶能夠根據(jù)用于是左手還是右利手改變與 給定按鈕幾何形狀相關(guān)的功能。在示范性處理流程中，右手個(gè)體使 用組件100的正常操作包括107,左->放大，107!右》縮小，1072->電 源選擇，1073->相機(jī)靜態(tài)/視頻和1074->程序模式(參見圖12)。程序 模式包括使用戶能夠根據(jù)用戶是用左手還是右手改變各控制機(jī)構(gòu)的 相關(guān)功能的編程。在示范性配置中，在選擇"左手"操作后，用戶運(yùn)行程序以便改變與這些位置相關(guān)的功能能力，使得配置此時(shí)變成
]07,左》縮小，1(^右々放大，1072->電源選擇，1073->程序模式，1074-> 相機(jī)靜態(tài)/視頻。當(dāng)然可想到，其他配置也是可能的。用戶在用完組 件IOO后，用于按壓用戶控制機(jī)纟戒開關(guān)1072—秒鐘以便關(guān)閉組件100。 要理解，具有功能選擇能力的處理器、存儲(chǔ)器和操作系統(tǒng)可以 由硬件、軟件、固件或其組合實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，處理器功能 選擇、閾值處理、面板選擇和才莫式配置以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中中的軟件 實(shí)現(xiàn)。要知道，在功能選擇由軟件、固件或者兩者實(shí)現(xiàn)時(shí)，處理指 令可以存儲(chǔ)或傳輸?shù)饺魏斡?jì)算才幾可讀介質(zhì)上，以便由指令執(zhí)行系統(tǒng)、 設(shè)備或裝置使用或與其連接，例如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包含處理器 的系統(tǒng)，或者能夠從該指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置獲取指令并且執(zhí) 行該指令的其他系統(tǒng)。
此外，要理解，程序存儲(chǔ)介質(zhì)制約相關(guān)的處理器的操作，并且 在方法步驟中，由處理器對(duì)數(shù)字弱光觀察組件的信號(hào)和數(shù)據(jù)處理網(wǎng) 絡(luò)中的消息的協(xié)同操作執(zhí)行。這些過程可以以具有或多或少的主動(dòng) 或被動(dòng)成分的各種形式存在。例如，它們以由源代碼或目標(biāo)代碼、 可執(zhí)行代碼或別的格式的程序指令組成的軟件程序形式存在。上迷 任何一種形式都可以體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，其包括存儲(chǔ)器件以 及壓縮或是解壓形式的信號(hào)。示范性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器件包括傳統(tǒng) 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、EPROM (可擦可編程ROM) 、 EEPROM (電可擦可編程ROM)、閃存和 磁盤、光盤或磁帶。示范性計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)(無論是否使用載體調(diào) 制)是主處理(hostmg)或運(yùn)行該計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以配置為 可以訪問到的信號(hào)，包括通過互聯(lián)網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)下載的信號(hào)。上述 例子包括CD ROM上的或是經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)下載的程序分布。
—如前面所討論的，本發(fā)明的數(shù)字弱光觀察組件包括與相機(jī)組件 和變焦透鏡組件連接的數(shù)字信號(hào)處理器。該數(shù)字處理器可操作為響 應(yīng)輸入以便控提供程序功能(例如增益、集成(integration)、時(shí)鐘功能、左/右手操作和開關(guān)按鈕功能)、電源開/關(guān)功能和放大/縮小能 力。在示范性配置中，可以使用單個(gè)控制開關(guān)(例如按壓和釋放開 關(guān))進(jìn)行圖像捕捉，以便捕捉靜態(tài)圖像并將該圖像保存在存儲(chǔ)器里 以便以后檢索和/或下載。
在示范性實(shí)施例中，由于使用了輕質(zhì)且便宜的光學(xué)部件，組件100
特別輕，而且制造簡單、造價(jià)低廉，長度D大約僅有4英寸，并且
可以容易且不明顯地進(jìn)行隱藏、攜帶，或是放在口袋和用戶的手中。
示范性實(shí)施例中的組件100可以在超弱光的條件下使用，例如0.003 勒克斯，并且可以用于觀察2 />里(km)以外的物體。采用用于組 件100的所有用戶控制功能的單手指用戶控制機(jī)構(gòu)107不需要用戶 在使用中從組件100上移動(dòng)手或手指，或是把組件100從眼睛上移 開來定位外殼109上的控制開關(guān)。在示范性配置中，用于容納控制 機(jī)構(gòu)的區(qū)域107a的相對(duì)尺寸大約是0.75英寸。
進(jìn)一步構(gòu)思，與本發(fā)明 一致的裝置除了具有作為獨(dú)立的手持觀 察器的用途，還可以具有用于其他應(yīng)用的特殊用途，例如作為槍或 其他武器的瞄準(zhǔn)器。雖然前面描述和圖示的實(shí)施例配置成單筒器件，
這種雙筒器件結(jié)構(gòu)的外形還設(shè)計(jì)成外形與用戶手相符，使其操作簡 單，易于使用。
因而，可以看到本發(fā)明提供了可以簡單并且廉價(jià)制造的數(shù)字弱 光觀察器件，由此使該裝置可供給消費(fèi)者、執(zhí)法機(jī)構(gòu)、安全力量、 第一反應(yīng)和軍事應(yīng)用。
雖然已經(jīng)依據(jù)本申請(qǐng)所描述的實(shí)例闡述了本發(fā)明，但要理解這 些公開內(nèi)容僅是示范性的并且不解釋為限制。因此，在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了前面的公開內(nèi)容后無疑 可以想出本發(fā)明的各種變更、^修改和/或備選應(yīng)用。因此，傾向于將 本發(fā)明解釋為包括落在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有變更、修 改或備選應(yīng)用。
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)字弱光觀察器件，包括具有第一端和相對(duì)的第二端的保護(hù)外殼，所述第一端限定光學(xué)輸入孔徑，所述第二端限定光學(xué)輸出孔徑；所述保護(hù)外殼容納響應(yīng)經(jīng)所述輸入孔徑接收到的低強(qiáng)度可見光和紅外能量以便產(chǎn)生輸出圖像的紅外相機(jī)組件；與所述相機(jī)組件連接以處理所述輸出圖像的信號(hào)處理器；與所述相機(jī)組件連接以便經(jīng)所述輸出孔徑向觀察者顯示所述已處理圖像的顯示組件；與所述相機(jī)組件連接以便電子可變聚焦所述輸出圖像的變焦透鏡組件；以及響應(yīng)設(shè)置在所述外殼表面上的控制機(jī)構(gòu)以便控制所述數(shù)字弱光觀察器件的操作功能的控制電子設(shè)備，所述控制機(jī)構(gòu)可由用戶手指操縱以便控制所述操作功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于由 所述控制機(jī)構(gòu)控制的所述操作功能至少包括變焦、電源和程序功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述保護(hù)外殼包括頂蓋和與所述頂蓋配合連接的底蓋，所述外殼由大 尺寸鋼、鎂、鋅、鋁、涂橡膠的鋁、聚碳酸酯和塑膠材料中的一種 材料形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述頂蓋和所述底蓋密封連接以實(shí)現(xiàn)防水密封。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于還 包括設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的緩沖材料，以保護(hù)所述紅外相機(jī)組件、 所述顯示組件、所述變焦透鏡組件和所述控制電子設(shè)備避免跌落、 擺動(dòng)和震動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于還包舍沒置在所述外殼中的可拆卸、可再充電的電池。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于還包 括用于對(duì)所述電池進(jìn)行充電的電源充電電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于與所 述相機(jī)組件連接的以便處理所述輸出圖像的信號(hào)處理器提供靜態(tài)和 視頻圖像捕捉、存儲(chǔ)和重放以及向外部器件的圖像輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于還包 括設(shè)置在所述外殼中并響應(yīng)控制信號(hào)以便向外部器件傳輸視頻的無 線通信組件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所述 傳輸?shù)囊曨l包括以下信號(hào)中的一種a)來自所述相機(jī)組件的視頻輸 出；和b)來自所述數(shù)字信號(hào)處理組件的處理視頻輸出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所述 控制機(jī)構(gòu)包含設(shè)置在所述外殼表面上的一個(gè)或多個(gè)用戶操作開關(guān)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述一個(gè)或多個(gè)用戶操作開關(guān)包括可沿三個(gè)軸線移動(dòng)以便至少控制電 源、變焦、圖像捕捉以及可編程功能的開關(guān)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于還 包含沿所述外殼表面形成的并適于接收所述用戶相應(yīng)手指的多個(gè)凹 部，其中所述一個(gè)或多個(gè)用戶^t喿作開關(guān)形成在所述凹部的至少一個(gè) 內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述多個(gè)凹部中的至少一個(gè)凹部的尺寸與所述多個(gè)凹部中的其他凹部 不同。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所迷數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于用 于接收用戶的相應(yīng)食指的第一凹部包括靠近所述輸出孔徑設(shè)置的基 本平坦的壁架部分，所述壁架部分支撐所述用戶操作開關(guān)中的至少 一A
16. 根據(jù)權(quán)利要求]5所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于單 個(gè)用戶操作開關(guān)設(shè)置在所述基本平坦的壁架部分上，并可操作為沿 第一軸線控制電源，沿第二軸線控制變焦，沿第三軸線控制a)圖像 捕捉和b)程序功能。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于多 個(gè)用戶操作開關(guān)設(shè)置在所述基本平坦的壁架部分上，可分別按壓并 可操作為控制相應(yīng)的電源、變焦、圖像捕捉和程序功能。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于 所述用戶操作開關(guān)全部形成在所述凹部中的一個(gè)內(nèi)，并定位在單個(gè) 手指可訪問的區(qū)域內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于 在所述外殼的頂面形成至少三個(gè)凹部，各凹部用于4妄收相應(yīng)的手指， 并且其中相應(yīng)的用戶操作開關(guān)形成在各所述凹部中以便能夠進(jìn)行所 述操作功能。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于 述信號(hào)處理對(duì)所述光學(xué)圖像進(jìn)行數(shù)字放大。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件， 述顯示組件是主動(dòng)矩陣LCD、 LCOS和OLED顯示
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件， 述相機(jī)組件是CCD圖像傳感器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述相機(jī)組件是CMOS圖像傳感器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀 述器件是外形與用戶手相符的手持單筒器件
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀 述器件是外形與用戶手相符的手持雙筒器件。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述器件是頭戴式器件。其特征在于:'器中的一種。 其特征在于:所所所.器件，其特征在于所.器件，其特征在于所
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字弱光觀察器件，其特征在于所 述器件的外形設(shè)定為安裝在武器或類似的輔助器件平臺(tái)上。
28. —種手持?jǐn)?shù)字弱光觀察器件，包括具有有第一端和相對(duì)的第二端的保護(hù)外殼，所述第一端限定光 學(xué)輸入孔徑，所述第二端限定光學(xué)輸出孔徑；所述保護(hù)外殼外形與 用戶手相符，所述外殼容納響應(yīng)經(jīng)所述輸入孔徑接收的低強(qiáng)度光和紅外能量以便生成輸 出圖像的紅外相機(jī)組件；與所述相機(jī)組件連接以便處理所述輸出圖 像的信號(hào)處理器；與所述相機(jī)組件連接以1更經(jīng)所述輸出孔徑向觀察者顯示所述 已處理圖像的的顯示組件；與所述相機(jī)組件連接以^_電子可變聚焦所述輸出圖像的變焦 透4竟組件；控制電子設(shè)備，其響應(yīng)用戶激活開關(guān)以便控制所述數(shù)字弱光 觀察器件的操作功能，其中，所述用戶激活開關(guān)設(shè)置在所述外殼頂 面上并協(xié)同定位于在通過所述裝置進(jìn)行觀察的過程中用戶的單個(gè)手 指可以訪問的所述外殼的區(qū)域內(nèi)的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的手持器件，其特征在于所述保護(hù) 外殼由大尺寸鋼、鎂、鋅、鋁、涂橡膠的鋁、聚碳酸酯和塑膠材料 中的一種材料制成。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的手持器件，其特征在于所述外殼 是防水外殼。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的手持器件，其特征在于還包括設(shè) 置在所述外殼中的可拆卸、可再充電的電池。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的手持器件，其特征在于還包括設(shè) 置在所述外殼中并響應(yīng)控制信號(hào)以便向外部器件傳輸視頻的無線通信組件。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的手持器件，其特征在于所述操作功能包括可操作為根據(jù)用戶偏好切換所述用戶激活開關(guān)的功能的程 序模式。
全文摘要
一種數(shù)字弱光觀察器件包括具有第一端和相對(duì)的第二端的外殼，該第一端限定光學(xué)輸入孔徑而第二端限定光學(xué)輸出孔徑；響應(yīng)經(jīng)輸入孔徑接收到的低強(qiáng)度光和紅外能量以便產(chǎn)生輸出圖像的紅外相機(jī)組件；與相機(jī)組件連接以處理輸出圖像的信號(hào)處理器；與相機(jī)組件連接以便顯示已處理圖像的顯示組件；與相機(jī)組件連接以便電子可變聚焦輸出圖像的變焦透鏡組件；以及響應(yīng)設(shè)置在外殼表面上的控制機(jī)構(gòu)以便控制數(shù)字弱光觀察器件的操作功能的控制電子設(shè)備，該控制機(jī)構(gòu)可由用戶手指操縱以便控制操作功能。
文檔編號(hào)F21L2/00GK101432568SQ200580035506
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者G·帕爾默, G·福爾夏格, J·肯尼迪 申請(qǐng)人:愛克森諾尼克斯公司