本發明為一種望遠鏡，特別涉及一種具有可自動對焦及自動調整放大倍率的智能望遠鏡。

背景技術：

望遠鏡是一種通過收集電磁波(例如可見光)以協助觀測遠方物體的工具，一般是收集光，例如可見光、紫外光(uv)或是紅外光(ir)等等，故通稱為光學望遠鏡。光學望遠鏡聚焦光線后，可直接將影像放大并直接進行目測或是攝影等等。若以實體結構來分，望遠鏡的類型包括觀察夜空、遠方動物，并固定在支架上的單筒光學望遠鏡，亦包括手持的雙筒望遠鏡。若以光學路徑來分，可分為反射式望遠鏡及折射式望遠鏡。

一般而言，望遠鏡的架構包括收集光線的目鏡、物鏡(透鏡)及稜鏡。根據光學原理，在某特定距離外的物體在焦點集合成的焦平面上形成一個影像，此影像可以被記錄裝置紀錄，或經如同放大鏡，具有放大影像功能的目鏡，再加上目鏡附屬的影像調整裝置的調整，讓眼睛可以看見遠處被放大的虛像。因物鏡所得到的影像與原物體比為倒立的，為使觀察方便，望遠鏡中會使用稜鏡或是在物鏡和目鏡之間再安裝一個或多個透鏡組(稜鏡)將影像轉正或是再處理，此即為一般折射式望遠鏡的原理。為了減少機體大小，可將折射式望遠鏡的目鏡擺設改為與物鏡垂直，借以減少光路；亦有兩者混合式的望遠鏡。

但是使用一般市售的望遠鏡時，不管是反射式、折射式或是混合式，常常因為望遠鏡的倍數調整不夠精確，而造成放大倍率高時影像較為模糊，且造成放大倍率低時有看不到的問題。這樣不僅影響使用者的使用意愿，更浪費許多時間在焦距的調整上。且一般望遠鏡在使用者調整到所要的影像時，僅知道調整焦距及光線強度等等的光學參數后得所需影像，并無法明確地得知放大倍率為何，讓后續紀錄及往后調整時需要一再以手動方式，非常不便。

技術實現要素：

有鑒于上述現有技術的缺陷，本發明主要的目的在于提供一種智能望遠鏡及其自動調整倍率方法，可更精確且快速的獲得所需要的影像，不需要使用者手動調整。

本發明的另一目的在于提供一種智能望遠鏡，可根據視覺辨識相機偵測使用者目前的瞳孔大小，并與光線的基數相乘計算得到目前瞳孔在此亮度基準值時的大小，以瞳孔在亮度基準值時的大小推算使用者想要的焦聚遠近，自動的調整焦距及換算出放大倍率，可更快速的讓使用者找到所需求的影像。

本發明的再一目的在于提供一種自動調整倍率的方法，可根據使用者的瞳孔大小自動調整望遠鏡的放大倍率，且使用光線基準值、預設物件距離及瞳孔大小決定焦距距離及放大倍率，這三者能夠增加判定準確度。

因此根據上述目的，本發明提供一種智能望遠鏡，包括有鏡身、馬達以及視覺辨識裝置，其中，鏡身包括目鏡、物鏡及稜鏡。視覺辨識裝置還包括視覺辨識相機、處理器及光傳感器。視覺辨識相機用以偵測使用者相對應于亮度大小的對瞳孔大小。光傳感器，用以偵測外界環境的光線亮度大小。處理器用以判斷所述亮度大小是否大于光線基準值，若是，則將相對應于外界環境的光線亮度大小與瞳孔大小相乘，以計算出瞳孔在亮度基準時的瞳孔大小，并根據在亮度基準時的所述瞳孔大小來得到物鏡與物件之間的焦距。馬達，根據焦距調整物鏡與物件之間的距離，以得到使用者由目鏡觀察物件的期望的調高或是調低倍率。

本發明另提供智能望遠鏡的自動調整倍率的方法，所述方法包括預設觀察物件的距離(預設物距)；偵測外界的光線亮度；偵測使用者的目前的瞳孔大小；以及判斷所述使用者的目前的所述瞳孔大小是否大于瞳孔大小預設值，若是則進一步界定外界所述光線亮度大于光線基準值，后續使用者正在觀察距離較遠的物件，將所述智能望遠鏡的倍率調高；若否，則進一步界定外界的光線亮度小于光線基準值，使用者正在觀察距離較近的物件，將智能望遠鏡的倍率調低。

附圖說明

圖1為根據本發明所揭露的技術，表示智能望遠鏡內部構件的示意圖。

圖2為根據本發明所揭露的技術，表示智能望遠鏡另一實施例的內部構件示意圖。

圖3為根據本發明所揭露的技術，表示智能望遠鏡的自動調整倍率的方法步驟流程圖。

圖4為根據本發明所揭露的技術，表示智能望遠鏡的自動調整倍率的方法的另一實施例的步驟流程圖。

圖中符號說明：

1、10：智能望遠鏡

11：鏡身

110：物鏡

112：稜鏡

114：目鏡

12：馬達

13：視覺辨識裝置

132：視覺辨識相機

1322：記憶單元

134：處理器

136：光傳感器

30-42：自動調整倍率步驟流程

50-66：自動調整倍率步驟流程

具體實施方式

為使審查委員對于本發明的結構目的和功效有更進一步的了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。以下將參照圖式來描述為達成本發明目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉的實施例僅為輔助說明，以利貴審查委員了解，但本案的技術手段并不限于所列舉圖式。

首先請參考圖1。圖1為智能望遠鏡內部構件的示意圖。在圖1中，智能望遠鏡1包括鏡身11、馬達12及視覺辨識裝置13。其中，鏡身11至少包括有物鏡110、稜鏡112及目鏡114。視覺辨識裝置13包括視覺辨識相機132、處理器134及光傳感器136。視覺辨識裝置13根據使用者眼睛的瞳孔大小及環境光的光線亮度大小輸出調整訊號至馬達12，使馬達12對應地調整目鏡114的放大倍率，借以獲得使用者所需的影像值。馬達12根據視覺辨識裝置13所輸出的調整訊號來調整鏡身11中的物鏡110的遠近關系。光傳感器136用以偵測外界環境的亮度大小。

在本發明的實施例中，物鏡110、稜鏡112及目鏡114并不限定何種材質制作，亦不限定(虛)焦點距離，僅需要光的穿透性佳即可。物鏡110、稜鏡112及目鏡114的種類可為凹透鏡、凸透鏡等類型的透鏡，或是鋸齒狀鏡、平面鏡、凹面鏡或是凸面鏡等面鏡組合，且不限制數量，三者集合的透鏡或是面鏡組合皆可，例如法拉第透鏡組，使用者可依照自身需求構設此鏡身11及光路方向。例如使用者要架設反射式望遠鏡，則可以使用凹面鏡、凸面鏡、平面鏡等類型的曲面鏡組合來反射光線借以成像；若要架設穿透型望遠鏡，則可使用凹透鏡、凸透鏡、平面鏡等類型的透鏡組合成像。

視覺辨識相機132，是用于偵測使用者相對應于所述亮度大小的瞳孔大小。視覺辨識相機132可依照不同的條件判定瞳孔的數量計算出瞳孔大小，例如裝置為單眼式望遠鏡可為單數瞳孔數量，雙眼式可為雙數或是單數瞳孔數量(使用者可能單眼閉上或是單眼失明者)。若是獲得的資料為一個以上的瞳孔直徑數值集合時，視覺辨識相機132中的運算裝置(未在圖中表示)可根據此集合以運算方式得到例如平均值、標準差或是四分位數法，但不限定的統計值以獲得最終的一個瞳孔大小值。光傳感器136及視覺辨識相機132可為一般的互補式金屬氧化物半導體(cmos)、電荷耦合傳感器(ccd)或是光二極管(photodiode)所構成的單一元件或陣列。光傳感器136及視覺辨識相機132兩者所能感測的訊號一般是光訊號，特別是可見光，但亦可為紅外光、紫外光、x光等任何物體表面因熱所放出的電磁輻射，不限于特定光線波段。處理器134，則是用以判斷所述亮度大小是否大于光線基準值。

另外，要再說明的是，本發明所運用的原理為當人眼在看遠處，或是環境光源較暗時，眼睛中的睫狀肌會緊縮，俯視時睫狀肌占有面積會變小，此時眼睛中的懸韌帶也會拉緊，所以水晶體面積會撐大，側面看來水晶體就類似一個曲率半徑較大、厚度較薄的凸透鏡，根據光學原理，此時水晶體的焦距會隨著水晶體的變化而往后移動，且瞳孔面積亦會變大；反之，當人眼在看近處，或是環境光源較亮時，眼睛中的睫狀肌會放松，俯視圖看起來睫狀肌占有面積會變大，此時眼睛中的懸韌帶也會跟著放松，所以水晶體面積會相對的變小，側面看來水晶體就類似一個曲率半徑較小、厚度較厚的凸透鏡，根據光學原理，此時水晶體的焦距會隨著水晶體的變化而往后移動，且瞳孔面積亦會變小。根據此項原理，我們得知人的眼睛會隨著環境光的強弱及視物的遠近而有瞳孔大小及焦距上的變化。

由于瞳孔形狀一般是圓形，故瞳孔大小一般都是以直徑當作量測值，若偵測到的瞳孔非為圓形時，因此，視覺辨識相機132中的運算裝置(未在圖中表示)可以數值模型擬合(fit)出近似圓形的形狀再行判斷直徑。

亮度大小及光線基準值在本實施例中是采用照度作為量測度量，lm/m2(或稱lx，勒克斯)作為量測單位，但不限于此，其他光學量測單位亦可以采用。光線基準值一般如表1所顯示，為在外界環境的不同狀況下所獲得的照度值。在本發明中，光源條件的類型及數量如下定義，例如中午晴空下、夏天或是冬天時夜晚環境光的照度等等，兩者并不在本發明所限定中。當然，一般所習知的是，光源條件的數量給定的越多，則判定的準確率亦是越高。設定完成后的表1會儲存在處理器134中。

因此，當使用者操作此智能望遠鏡時，處理器134會以圖形界面(gui)提供給使用者選擇光源條件，使用者點選任一條件后，處理器134會自動讀入操作者所指定的條件，而自動帶出光線基準值并供后續判定用。處理器134后續將進行判定功能，用以判斷使用時環境光源的亮度大小是否大于所述環境光源的光線基準值。若環境光源的亮度大小大于光線基準值時，則將相對應于所述外界環境的亮度大小的目前瞳孔大小與光線的基數相乘，以計算出所述瞳孔在特定亮度基準值的條件下的瞳孔大小(后續稱為優化瞳孔大小)。

在此要說明的是，光線的基數亦與光源條件有關，可如表2所示，其可為制造智能望遠鏡時所預先設定進入儲存單元(未在圖中表示)的資料。光線的基數亦儲存于處理器134中，且須注意的是，在光線的基數的表(表2)中，光源條件的種類與數量必須與表1相同，以便讓處理器134對應。處理器134根據瞳孔大小運算后得到物鏡110與物件之間的焦距。

表1:環境光源所對應的照度值

表2環境光源所對應的光線的基數

處理器134將其運算得到的物鏡110與物件之間的焦距訊號傳給馬達12，馬達12根據焦距調整物鏡110與所述物件之間的距離，以得到使用者由目鏡114觀察所述物件的期望的調高或是調低倍率。在物理與幾何光學的定義上，相對于物鏡110而言，物件的距離是被定義為無限遠，且是不可變動的，故馬達12僅能對物鏡110在鏡身11中的位置進行調整。位置的調整并不限定物鏡110、稜鏡112或是目鏡114的調整，且不一定是直線運動，鏡身11的旋轉、物鏡110或目鏡114的傾斜，鏡身11中任何鏡頭的調整僅需要讓物鏡110與物件之間的距離達到處理器134運算而得的焦距皆是本發明所保護的范圍。此時使用者就會得到其所需求清晰的影像及所需要的影像大小。焦距及放大倍率的轉換可由(式1)及(式2)推得：

1/l’+1/l＝1/f(式1)

m＝l’/l(式2)

其中，l’為物距，l為稱為像距，f為透鏡的焦距，m為放大率。透過已知的物距及焦距可從式1求得像距，再將求得的像距及焦距帶入上述(式2)可求得放大率。放大率亦由處理器134經運算后求得。

上述處理器134所執行的內容具有自動修正智能望遠鏡1的焦距數值的功能，避免直接根據眼睛瞳孔的大小判定焦距位置。因為眼睛的瞳孔大小是會根據外在環境的不同而有變化，特別是環境光線。先前技術中，焦距的運算并未考量到瞳孔的放大或是縮小的因素，故本發明所提供的處理器134能夠將外界環境光線納入焦距設定的考量范圍，以讓使用者快速獲取其所要的畫面。

為了讓使用者能得知最佳影像圖的放大倍率，本發明提供第二實施例。本實施例為一種智能望遠鏡10，配置及連接關系亦相同于前述第一實施例，如圖2所示。智能望遠鏡10包括鏡身11、馬達12及視覺辨識裝置13，其中視覺辨識裝置13包括視覺辨識相機132、處理器134及光傳感器136。其中鏡身11及光傳感器136的配置及功能與前述實施相同，在此不再多加贅述。

視覺辨識裝置13的視覺辨識相機132可依照不同的條件判定瞳孔的數量計算出瞳孔大小，其中瞳孔大小特別指的是瞳孔直徑，為一數值，直徑的取得方法如前述實施例所揭示。視覺辨識相機132還包括記憶單元1322。視覺辨識相機132會先擷取使用者任意觀察時的瞳孔大小，并記錄在此狀況下使用者所觀察物件的位置。例如，在智能望遠鏡10啟動時，視覺辨識相機132會跳出辨識點，此辨識點的位置與鏡身11中的物鏡110、稜鏡112或是目鏡114位置為固定值，例如物鏡110及視覺辨識相機132之間的距離可仿照視力檢查時受測者與c形字卡與e形字卡的距離，較佳為2公尺，亦可調整為1至4公尺。此時，視覺辨識相機132就會擷取使用者瞳孔的大小當作瞳孔大小預設值、并記錄外界環境的狀態，將兩者存放在視覺辨識相機132的記憶單元1322中。

后續使用者在利用智能望遠鏡1觀察物件時，視覺辨識相機132會擷取此時使用者的瞳孔大小并傳給處理器134，處理器134會判斷所測得的瞳孔大小是否大于瞳孔大小預設值。利用上述人的眼睛會隨著環境光線的強弱及物件的遠近而有瞳孔大小及焦距上的變化的原理，假如測得的瞳孔大小大于瞳孔大小預設值，則可以判定使用者觀察較遠的物件，且上述外界環境光線亮度大于所述的光線基準值，并且輸出調高訊號給馬達12。馬達12根據此調高訊號用以調整鏡身11內各部件的位置或是距離，以達成放大倍率調高。若測得的瞳孔大小小于瞳孔大小預設值，則可以判定使用者觀察較近的物物件，且上述外界環境光線亮度小于所述的光線基準值，并且輸出調低訊號給馬達12。馬達12根據此調低訊號可調整鏡身11內各個元件的位置或是距離以達成將放大倍率調低。

上述處理器134所執行的內容具有根據使用者瞳孔大小判定鏡身11的放大倍率的功能，避免直接根據外界環境光線的亮暗決定。因為眼睛的瞳孔大小是外界環境光與物件遠近的雙重影響下的結果，故本實施例所提供的處理器134直接將結果納入考量范圍，以讓使用者快速獲取其所要的畫面。并且知道確切的放大倍率，且不需要記錄環境狀態即可直接得知確切的放大倍率，實屬便利。

圖3為本發明的第三實施例，此為光學裝置的自動調整倍率的方法步驟流程圖，此方法可同時配合圖1中的智能望遠鏡1來說明。步驟30，偵測外界的光線亮度。在此步驟中，可使用光傳感器136進行偵測目前環境光線亮度大小。接著，步驟32，偵測使用者的瞳孔大小及瞳孔數量。在此步驟中，利用視覺辨識裝置13中的視覺辨識相機132來偵測使用者瞳孔大小及瞳孔數量。步驟34，判斷使用者目前的瞳孔大小是否大于瞳孔大小預設值，若是，則進行步驟36，若否，則進行步驟40。根據步驟34，若使用者目前的瞳孔大小大于瞳孔大小的預設值，則在步驟36，目前瞳孔大小與預定的光線基數相乘，以得到優化瞳孔大小。其中，所述光線基數的光源條件與光線基準值的光源條件相同。接著步驟38，根據兩者乘積運算而得到物鏡110的焦距。在步驟38，根據優化瞳孔大小運算得到焦距訊號并根據焦距訊號調整物鏡110的距離，其中物鏡110的距離可由馬達12調整。若在步驟34中，若使用者目前的瞳孔大小小于瞳孔大小的預設值，則進行步驟40，由瞳孔大小直接推得物鏡110的焦距。在步驟40中，由馬達12根據焦距訊號調整物鏡110的距離。步驟42，結束自動調整倍率步驟。

根據上述，由本第三實施例可直接根據判定后的優化瞳孔大小、參考光源及外界光源的亮度進而推得物鏡110焦距。焦距大小的決定加入了光線因素，因而可以減低成像與使用者體驗的誤差。本第三實施例并不限定使用如圖1所述的智能望遠鏡1，使用者可自行使用其他的裝置完成本方法。

圖4為本發明的另一實施例，此為自動調整倍率的方法，此方法同時配合本發明在圖2所揭露的智能望遠鏡10來說明，所述方法詳述于后。步驟50，取得使用者瞳孔與被觀察的物件之間的距離。在此步驟中，可以使用的視覺辨識相機132來取得使用者瞳孔與物件的距離。接著步驟52，偵測外界的光線亮度。在此步驟，可使用光傳感器136對外界的光線強度進行偵測。步驟54，偵測使用者目前的瞳孔大小。在此步驟中，利用視覺辨識相機132來偵測使用者目前的瞳孔大小。接著，步驟56，判斷使用者目前的瞳孔大小是否大于瞳孔大小的預設值。在此步驟中，利用處理器134來進行判斷，若是，則進步驟58；若否，則進行步驟62。根據上述步驟56，若使用者目前的瞳孔大小大于瞳孔大小的預設值，則在步驟58，設定外界的光線亮度大于光線基準值。接著步驟60，使用者正在觀察距離較遠的物件，將智能望遠鏡10的倍率調高。在此步驟60中，在處理器134判斷外界光線亮度大于光線基準值之后，將此調高訊號傳送至馬達12，馬達12則將智能望遠鏡10的倍率調高。

若在前述步驟56，使用者目前的瞳孔大小小于瞳孔大小的預設值，則進步步驟62，設定外界的光線亮度小于光線基準值。同樣的在此步驟中，處理器134進一步的界定外界的光線亮度小于光線基準值。接著步驟64，使用者正在觀察距離較近的物件，將智能望遠鏡10的倍率調低。在此步驟中，由于外界的光線亮度小于光線基準值，因此處理器134可以判斷使用者與物件之間的距離較近，則將調低訊號傳至馬達12，并將智能望遠鏡10的倍率調低。接著步驟66，結束自動調整倍率步驟。

綜上所述，本發明提供的智能望遠鏡1、10及自動調整倍率的方法可參考瞳孔及眼球的行為判斷使用者所需要的倍率及所觀察得到的影像，并增加環境光源的考量使影像的辨識率提高及準確達到使用者所要的放大倍率，具有快速性、精確性及高度辨識性。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本創作，任何熟習本領域技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本創作的專利保護范圍須視本說明書所附的申請專利范圍所界定者為準。