耐震的数字弱光观察器件的制作方法

专利名称：耐震的数字弱光观察器件的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及能够使观察者在弱光条件下观测、识别、辨认 和观察物体的光学器件，更具体涉及手持式耐震数字弱光观察系统。
背景技术：
弱光观察系统在军事领域广泛应用于为士兵、飞行员和船员提 供在夜间或其它弱光条件下观察物体的能力。因此，目前许多弱光 观察器件都是根据严格的军用标准和设计来制造的。同样，许多这 样的弱光器件是为了特定的军事应用而制造的，比如各种武器的瞄 准镜的一部分或者作为附着到飞行员或士兵的头盔上的眼罩组件的 一部分。然而，许多目前制造的弱光观察器件既昂贵，又不容易适 于非军事用途。
弱光观察器件可以分为几大类，包括(l)图像增强产品，(2) 热成像产品，(3)电荷耦合器件(CCD)和互补型金属氧物半导体 (CMOS)弱光相机。经常在军用、执法、消防和消费市场上出现图 像增强和热成像器件。近些年，许多弱光观察器件已经引入到了消 费市场，但通常质量差并且/或者为用户提供的功能有限。
图像增强弱光观察器件倾向于非常昂贵并需要复杂的重透镜来 产生远距离的图像。如果在强光条件下使用，图像增强器件相当容 易损坏。这个特征导致这些产品在大多数城市地区中实际上毫无作 用。此外，由于高昂的成本，热成像器件没有^皮广泛接受。
弱光CCD相机广泛应用在安全应用。近年来，移动电话技术， 以及在安全行业中相机应用的巨大增加，已经要求非常便宜的相机。 弱光CCD相机设计成对人类不可见的电磁频谱的波长敏感，使得这些相机在弱光条件下非常有效，尤其是如果采用主动红外(IR)照明。
使用主动IR照明的器件通常使用一体的LED来照亮黑暗地点。 现在市场上的大多数数字弱光观察器件采用必须手动调节的固定焦 距透镜，并且是主动的器件，即，提供IR照明来帮助观测，这就使 得器件更快地消耗电力。
上述的器件在几个方面是不完善的，在商业领域以及军事和执 法机构均不能实际采用。这种器件往往是既笨重又易碎的，无法承 受由常规的军事或执法用途而产生的沖击震动和磨损，并且很容易 渗入导致它们不精确或甚至无法使用的水或湿气。
此外，这种器件通常具有固定的可以让用户观测目标的放大倍 率，但缺少让用户在7见测目标后识别并辨认目标的可变的》文大倍率 能力。这些装置还倾向于具有相对短的范围、体积大、在设计方面 不符合人体工程学并且缺乏简单的用户控制。此外，这些装置相当
昂贵，通常需要专卖的部件和精细的组装技术，使得它们不实用于 普遍的军事和执法使用。
因此，存在着对能够很好适用于军事、执法、安全和第一反应 (first responder)应用的具有可变放大倍率(变焦)能力的耐震手持 式数字弱光观察器件的需求，该器件可以用单手操作、轻质并防水， 并且该器件包含先前的器件现在还不具备的其他的特点，并且能够 結合现有的弱光传感技术操作。

发明内容
本发明提供了 一种容易单手把握并操作的、防水并以非常低的 成本用 一体中焦段变焦透镜提供极好的弱光性能的弱光观察器件，
该观察器件可以使用非定制或容易获得或制造的定制部件组装。因 此进一步降低了制造成本和使用被动成像来降低电力供应的消耗， 有助于降低组组件的尺寸和重量。'根据本发明的 一 个方面， 一种弱光观察系统包含具有第 一端和 相对的第二端的外壳，第一端限定了光学输入孔径，而第二端限定
了光学输出孔径；响应经输入孔径接收的低强度光和红外能量以便 生成输出图像的红外相机组件；连接到相机組件以便处理输出图像 的信号处理器；连接到相机组件以便显示处理过的图像的显示组件； 连接到相机组件以便电子可变聚焦输出图像的变焦透镜组件；响应 设置于外壳表面上的控制机构以便控制弱光观察系统的操作功能的 控制电子设备，该控制机构可由用户的手指操纵，以便控制该操作 功能。本发明的组件使观察者能够以近距离或相当远的距离在弱光 条件下)!见测、识别、辨认和^L察目标。
根据本发明的另一方面， 一种手持式数字弱光观察器件包含具 有第一端和相对的第二端的保护外壳，第一端限定光学输入孔径， 第二端限定光学输出孔径；保护外壳的外形与用户手相符，该外壳 容纳响应经输入孔径接收的低强度光和红外能量以生成输出图像 的红外相机组件；连接到相机组件以便处理输出图像的信号处理器； 连接到相机组件以便经输出孔径向观察者显示处理过的图像的显示 组件；连接到相机组件以便电子可变聚焦输出图像的变焦透镜组件； 和响应设置于外壳顶面并协同定位于在通过该器件进行观察的过程 中用户的单个手指可以访问的外壳区域内的多个用户可激活开关以
便控制数字弱光观察器件的操作功能的控制电子设备。本发明的组 件通过操作性连接到相机组件并连接到信号处理器的用于捕捉和处 理图像数据以便进行存储和检索的简单控制机构或开关进一 步提供 了组件所观察目标的静态图像和/或视频捕捉。组件中包括足以保存 这种图像数据的存储器，并提供了向远程器件(如打印机、计算机 或其它外围设备)下载保存或捕捉的图像数据的机构，比如USB端 口或其他接口 。本发明的数字弱光观察组件进一步包括用于实现控 制程序功能并使用户能够选择与弱光组件相关的特定的程序模式特 征的软和/或硬件功能。


图1是与本发明的一个实施例一致的示范性弱光观察系统的侧面透
视图2是图1所示的示范性弱光观察组件的顶部平面图3是图1所示的示范性弱光观察组件的侧面主视图4是图1所示的示范性弱光观察组件的底部平面图5是图1所示的示范性弱光观察组件的前主视图6是图1所示的示范性弱光观察组件的后主视图7是图1所示的示范性弱光观察组件的侧面透视剖视图，其中去
除了外壳组件的一部分；
图8是图1所示的示范性弱光观察组件的侧面主剖视图9是图1所示的示范性弱光观察组件示范性控制系统的框图10是根据本发明另一实施例在外壳顶面具有多个用户操作开关的示范性弱光观察组件的侧面示意图11是根据本发明另一实施例在外壳顶面具有多个用户操作开关的
示范性弱光观察组件的侧面示意剖视图；以及
图12是根据本发明的原理的弱光观察组件的控制机构的开关结构的
示范性图示。
具体实施例方式
为解决现有技术的问题，本发明提供了 一种被动成像耐震的弱 光观察系统，该系统能够将低强度可见光和红外能量转换成可视图 像。与本发明一致的数字弱光观察组件通常包括静止/视频图像捕捉 功能的弱光红外相机，LCD、 OLED、 LCOS、 CRT或等离子显示器 和目镜透镜、变焦透镜组件、具有能够当用户操作器件并观察目标 时通过用户手的单个手指进行操纵的一个或多个的多位置操作开关 的控制电子设备，以及标准电池。如下文要进一步详述的，全部部件装入容易组装的防水外壳中。
现在参照图1到图6，显示了与本发明一个实施例一致的示范性
弱光显示组件100的各种视图。如图所示，组件100包括外壳组件 109,其包括在其相应端部可密凌于连接到前盖108和后盖121的中间 部分102。前盖108和后盖121是可拆卸的(例如通过干扰或摩擦配 合)以便访问外壳组件109内部的部件(例如，更换电池或进行维 修)，或者可以是永久密封的，例如具有以螺紋方式或者通过干扰 或摩擦配合设置在在外壳组件109的一部分内的可拆卸或绞接的电 池盖1092 (图10)。如图10-图11中描述的实施例中最佳显示的， 外壳在结构上还可以是单片的，或者可以包括连接在一起的两个半 部，例如上盖1090和下盖1091 (和/或左侧盖和右侧盖)。组件100 的所有外部部件按希望密封到外壳组件109上，以便提供大致防水 和防潮的器件。外壳109可以由高保护性材料形成，例如，大尺寸 钢、镁、锌、铝、涂橡胶的铝、聚碳酸酯或塑料材料。如在图1、图 0和图11中最佳显示的，该组件可以形成为带有外形与用户手相符 的外壳的单筒器件。(作为备选方案，考虑该器件形成为双筒器件)。 外壳进一步可以在其内部包含^爰冲元件117 (图7)，比如泡沫材料、 软橡胶、塑料或其他衬垫类材料，以便保护内部电子设备和机械部 件，包括红外相机组件、显示组件、变焦透镜组件和控制电子设备 免受由于跌落、振动和冲击引起的损坏。
多个脊105可以形成在组4牛100的一侧或双侧以便辅助提供抓 取表面。脊还可以包括具有高摩擦系数的材料以便增强抓取效果， 如合成橡胶。多个手指收容部或凹部104可以形成在组件100的顶 部以增强抓紧能力，并且手指收容部104还可以包括具有高摩擦系 数的材料以便增强抓取效果，如合成橡胶。同样为了增强抓取效果， 可以在组件100的底部上形成4母指收容部106，并且拇指收容部106 还可以包括高摩擦系数材料以便增强抓取效果，如弹性橡胶。
如下文详细讨论的，用户控制机构107 (或者多个用户控制机构)可以设置在外壳组件109的凹部或手指收容部104或拇指收容部106 的 一个或多个内以提供用户控制功能的轻易可及性。 一个或多个控 制机构可以备选位于外壳组件109上的其他位置。在外壳109内或 外壳109上也可提供其他零件，比如透镜盖、三脚架插座、手带或 颈带或者可拆卸带的一个或多个安装件。该器件可以使其外壳的一 部分适于安装到用户的头部/头盔上的，或者安装到武器或类似的器 件上。当然，该器件也可实施为一组护目镜，或附着到(或以其他 方式连接到)传统护目镜上以便能够进行弱光观察并且捕捉/记录弱 光图像数据。
如图1和图5所最佳显示的，如下文进一步详细讨论的，在外 壳组件109 —端(或其它位置)的前盖108内形成允许图像经其由 设置于外壳组件109内的变焦透镜组件100接收的孔径103。护眼罩 101设置在外壳组件109的另一端(或其他位置)的孔径的后盖121 上，以便在使用组件100的过程中使用户的眼睛屏蔽外界光。如图6 所最佳显示的，护眼罩101具有形成于其中的孔径125,以便允许用 户观察设置于外壳组件109内的显示组件111 (比如LCD、 OLED、 LCOS、 CRT、等离子或其他显示器)上的图像。
现在转到图7,显示了图1所示的示范性弱光观察组件100的侧 面透视剖视图，其中去除了外壳组件109的一部分。如图所示，组 件100的外壳109容纳连接到相机组件112上的变焦透镜组件110， 相机组件112分别连接到显示组件111。包含控制电子设备的电路板 124邻近设置并连接到变焦透镜组件110、相机组件112和显示组件 111上。上述的部件由一个或多个电池113或其他电源供电。电路板 ]24可以包含各种控制电路，包括用以处理从相机组件输出的图像的 一个或多个数字信号处理器，用以与外部通信器件(比如计算机或 通过USB端口和连接的其他外围器件)接口的通信;漠块(如无线通 信器件)，以及响应触觉用户l俞入(通过一个或多个开关)以便控 制该弱光观察组件的操作功能的电路。如本领域普通技术人员所理解的，也可使用多种电路板并将其互相连接(比如通过柔性连接器)， 以便增强处理功能。
可以构思出，通过带有凹槽、突起或设置在其上或其中的其它 连接零件的干扰或摩擦配合以使用最少数量的机械紧固件将组件100 的一些或所有部件连接到外壳109,并且彼此连接，以便使组件廉价 并且筒单。这些紧固机构包括但不限于螺钉、螺栓、铆钉、粘合剂 和其他类似紧固机构。
如图8所最佳显示的，该图是图1示范性弱光观察组件100的 侧立主剖^L图，弹性平面开关片126设置在电^^板124与外壳109 的内部之间。弹性平面开关片26可以具有至少一个经外壳109内 之孔延伸的一体官顶形开关-启动突起127，以便将用户控制机构]07 与电路板124内或上面(例如，表面安装)的至少一开关元件129 机械连接。当然，还构思出其它配置，包括例如设置在具有与电路 板上的开关元件电连通的触点的基板上的 一 个或多个的按压按钮， 通过按压按钮可以激活相应的开关元件。
除了提供用于使用户控制机构107与电路板124上的开关元件 129接触啮合的手段外，f顶形突起127还可以用于与外壳109形成 流体不渗透的密封。电路板可以通过以与合成橡胶平面开关片126 啮合的方式粘附在外壳109的内部，平面开关片126可以通过例如 防水环氧基树脂或粘合剂胶合或者以其他方式连接到外壳109的内 表面，并可以通过例如从外壳109延伸的多个桩4丁 (未图示)或组 件100的其他部件保持在适当位置，以便于将合成橡胶开关片127 与电子设备板124对齐。用户控制机构107可以包括一个或多个可 用以控制或调整各种功能的简单按钮控制，包括但不仅限于组件100 的开/关状态、相机组件112或显示组件111的亮度、变焦透镜组件 110的焦点、和/或用以编程或选择与弱光观察组件相关的特定模式 的程序功能。
在示范性实施例中，用户控制机构107是一个可沿三个轴线移动的五向导航摇臂开关，其中，例如左/右摇摆控制变焦透镜组件110 的变焦，上/下摇摆控制相机组件112的亮度，而按压开关控制整个 组件100开或关。在另一个示范性实施例中，导航摇臂开关提供左/ 右变焦控制、用于控制相机功能(例如图像静态捕捉或图像视频机 构)的向下控制、用于程序功能(例如翻页、控制日期/时间设置、 左/右手操作和包括相机模式、文件保存、数字变焦、外界亮度条件、 标线开/关在内的编程特征)的向上控制，而按压开关控制整个组件
100的开或关。如本专业普通技术人员可以理解的，用户控制机构中
与操作功能相关的特定方向可以修改。
特别参考图10-图]2中描述的实施例，用户控制机构107包含 一组协同定位在当用户手持该组件并/或使用该组件观察物体使通过 用户的单个手指(即即拇指或别的手指)访问的在外壳上区域107a 中的按压按钮。在如图12示意性显示的一种配置中，该组按压按钮 包括用于控制放大/缩小的摇臂开关107,、用于为器件供电的中心开/ 关按钮1072、用于控制静态/视频图像捕捉的相机按钮1073和控制程 序模式(例如翻页、控制日期/时间设置、左/右手操作和包括相机模 式、文件保存、数字变焦、外界亮度条件、标线开/关在内的编程特 征)的程序按钮1074。各不同的按钮可以分别包括提供不同触感的 不同表面，使得用户能够在通过该器件与目标物保持视觉接触的同 时可以快速选择所需功能。
在如图10所示的一个示范性实施例中，使用图1的实施例中所 标识的相同附图标记指示相同部件，以一组配置外壳109顶部的在 相应凹部或手指收容部104中的用户操作按钮或开关(例如107P 1072、 1073 )实现控制机构。每个凹部接收相应的手指，尺寸限定为 使得各手指能有效地仅访问相应区域(107a、 107b、 107J内的按钮， 以便能够进行与该特定按钮相关的操作功能。在一种配置中，所有 的凹部均匀限定尺寸。在另一种配置中，至少有一个凹部或手指收 容部配置为与别的不同。如图10进一步显示的， 一个或多个用户操作按钮可以备选设置 在接近观察孔形成并适于在用户手持该器件时接收用户的食指的基
本平坦的壁架部分1008上。控制机构可以全部实现在这个位置，或
者可以包括定位在外壳其他地方的附加控制按钮或开关(例如按钮
107。 1072、 1073.......)。
现在参考图9，显示了在图1、图10和图11中大致显示的弱光 观察组件100的示范性控制系统的框图。现在将描述组件100的内 部结构。变焦透镜组件100、相机组件112、显示组件111和数字信 号处理电路1]5全部与微控制器114连接并由其控制，并且上述器 件全部经适于在例如5和/或12伏下提供电力的电源转换器116由一 个或多个电池113 (例如2或4节1.5伏AA号电池)提供电力。
经变焦透镜组件100接收的图像由相机组件112接收，在正常 模式下，相机组件112将图像输出到数字信号处理器，以便进行后 续处理并向用户显示。响应用户对视频捕捉或静态图像捕捉功能的 选择，相机组件向数字信号处理电路115提供相应的视频或静态图 像信号以便进行进行处理并格式化并且保存到存储器中。处理并格 式化的视频信号随后由显示组件111接收以便用户通过目镜101 (图 1 )进行观察。
在示范性实施例中，变焦透镜组件110是10x可变光学变焦透 镜组件，其焦距为大约7.1mm至35.5mm，孔径为大约f/2.8并且具 有多层消反射透镜覆层以便减少反射和增加对比度，例如德国 Oberkochen的Carl Zeiss生产的Vano SonnarTM 丁*变焦透镜。这种变 焦透镜组件包括在数字视频相机/录相机中，例如日本东京Sony公司 生产的DCR-PC350。当然，其他变焦透镜组件以及放大倍数(例如， 5x、 25x等等)都可以结合本发明使用，以便提供依照控制机构的自 动可变焦能力以及与根据本发明的耐震数字弱光观察系统相关联的 轻质特征。
在示范性实施例中，相机组件112是采用半(1/2)英寸的行间转换CCD图像传感器的极高敏感度(近红外光镨)的单色相机组件，
其具有带电平控制/自动增益控制(例如HI:5-50dB,LO:5J32dB )的 电子光圈、大约46dB的信噪比、无闪烁才莫式、背景光补偿、大约752 至768x494至582的有效像素分辨率、F1.4下的大约0.0003勒克斯 的最小照明条件、大约1/50至1/100000秒范围内的可变快门速度、 输出75ohm非平衡视频信号并且使用电流为大约160mA的12V±10% 的直流电源。这种相机组件可以体现为由台湾台北市Watec有限公 司生产的WAT-902H2 SupremeTM单色相机。当然要理解，还可以使 用别的图像/影像传感器，例如CMOS (互补型金属氧化物半导体) 图像传感器(该传感器可以在比CCD图像传感器更低的电压工作)。
显示组件111优选的是空间分辨率大约320x240、利用单晶绝缘 层上外延硅(SOI)起始材料以高速、低功率CMOS工艺制作的有源 矩阵液晶显示器(LCD)。显示组件111还采用带薄膜晶体管的集 成水平和垂直移位寄存器，其在大约3.3到5.0伏的电平下以高达每 秒大约72帧的速率接收补充冲莫拟视频输入并且消耗功率大约 12mW。这种显示器可以体现为由马萨诸塞州Taunton的Kopin公司 生产的KCD-QDOl-AA CyberDisplay 320LCD显示器。在该显示器 中通过红(或其他颜色)光提供"低电量"指示器。当然要理解， 可以使用不同空间分辨率(例如600x800空间分辨率)的各种类型 的显示组件，其中这种显示器包括但不仅限于LCD (液晶显示器)， LCOS (硅基液晶)和OLED (有机发光器件)、CRT (阴极射线管) 和等离子显示器。
数字信号处理电路组件115包含用于处理和格式化由相机组件 112输出的信号的并且在显示组件111上显示相应图像的电路。数字 信号处理电路组件115优选是在大约290x218单色显示器上提供复 合NTSC或PAL视频信号的视频模块，该视频模块提供屏幕显示、 对NTSC/P AL选择的用户可调控制、背光亮度、视频对比度和亮度 伽马调节以及色彩抑制过滤器，例如由马萨诸塞州Taunton的Kopin公司生产的CyberDisplay M KCD-1MQ01-BA视频冲莫块。
微控制器14为变焦透镜组件110提供例如变焦、滤波、光圈 和聚焦控制信号并且向相机组件112、数字信号处理电路115和显示 组件111提供控制信号。微控制器114从用户控制机构107接收控 制信号以便控制特定功能，包含但不限于变焦、静态/视频捕捉、程 序功能和开关组件100。外部电源123可以与电源转换器116和/或 电池113连接以便提供用于对电池113进行充电和/或在正常工作过 程中向组件100提供电力的充电电路117,例如使用110V电流或便 携外部AC或DC电源。
在特定实施例中，微型控制器114还可以向一体或外部无线通 信组件122提供控制信号和/或数据信号。该无线通信组件122还可 以直接与数字信号处理电路115接口。例如，无线通信组件122可 以包含TCP/IP堆栈118、收发器119和天线120,并且可以用于向 远程设备传输来自相机组件112的未经处理的视频信号以便进行远 程处理和格式化，或者是由数字信号处理电路组件115输出的处理 和格式化的视频信号。因而，无线通信组件122可以允许组件100 通过标准的无线宽带路由器与现有的局域网接口 ，或者是与用于无
线接收通信信号的其他外部设备接口 。可以提供视频输出插口 1010 (图10)以便将视频信号有线传输到外部设备，例如监视器、电视 或录像机。数据经设置在外壳上的端口输出，例如USB端口或者其 他这样的接口 。作为为限制性实例，提供USB 2.0顺从连接器以便以 每秒12兆比特的速率传递数据。
现在，结合图10-图12参考图1，本发明弱光观察组件的示范 性操作模式如下所述。用户手持组件100 (例如，左手或右手)并按 压用户控制机械开关(例如1072 )以便打开组件100。用户将组件100 的后端升高到用户的眼睛并通过目镜101进行观看，同时将组件]00 的前端指向用户想观察的位置。用户可以通过目镜101观察显示组 件111上的图像，并且可以向左或向右移动用户机械控制摇臂开关(例如107。(参见图12)以便放大并缩小，可以按压用户机械控 制开关(例如1073 )以便捕捉静态图像或视频图像，或者可以按压 用户机械控制开关(例如1074 )以便控制与弱光器件相关的程序功能。
更具体的是，参考图12的配置，通过用于静态/视频捕捉的开关 1073可以选择相机/视频功能操作。例如，对于右手操作的用户来说， 用户可以通过按压和释放开关1073来捕捉静态视频图像，或者按压 并保持开关1073以便开始记录^L频数据。随后，用户可以释放开关 以便停止记录。在执行相机功能后，用户可以再次按压开关，回到 "正常"操作(即弱光图像观察并且准备捕捉别的图像)，或者该 系统可以预置为自动返回"正常"操作。
完成视频图像处理后，会出现提示命令，警告用户他/她是否想 要"保存，，或"删除"捕捉的视频。用户可以通过在一个方向上(例 如向左代表"是")或者另一个方向(例如向右代表"否")移动 程序开关1074或者是选择性按压程序按钮以将显示器推进到所需选 择来作出响应，以便于保存或是删除视频数据。与开关1074相关的 程序模式功能包括将器件置于相机模式、保存/删除文件、数字变焦、 控制外界亮度条件(例如设定阈值值)，并且提供反向功能按钮(例 如进行左手操作)、时间和语言信息、标线开/关特征。在一种配置 中，按钮或开关1074的选择将器件置于程序模式，这使得其他各按 钮对应于特定的功能，例如107,左》左滚，107!右》右滚，1072->选 择，1073->上滚，1074->下滚。
程序模式进一步使用户能够根据用于是左手还是右利手改变与 给定按钮几何形状相关的功能。在示范性处理流程中，右手个体使 用组件100的正常操作包括107,左->放大，107!右》缩小，1072->电 源选择，1073->相机静态/视频和1074->程序模式(参见图12)。程序 模式包括使用户能够根据用户是用左手还是右手改变各控制机构的 相关功能的编程。在示范性配置中，在选择"左手"操作后，用户运行程序以便改变与这些位置相关的功能能力，使得配置此时变成
]07,左》缩小，1(^右々放大，1072->电源选择，1073->程序模式，1074-> 相机静态/视频。当然可想到，其他配置也是可能的。用户在用完组 件IOO后，用于按压用户控制机纟戒开关1072—秒钟以便关闭组件100。 要理解，具有功能选择能力的处理器、存储器和操作系统可以 由硬件、软件、固件或其组合实现。在优选实施例中，处理器功能 选择、阈值处理、面板选择和才莫式配置以存储在存储器中中的软件 实现。要知道，在功能选择由软件、固件或者两者实现时，处理指 令可以存储或传输到任何计算才几可读介质上，以便由指令执行系统、 设备或装置使用或与其连接，例如基于计算机的系统、包含处理器 的系统，或者能够从该指令执行系统、设备或装置获取指令并且执 行该指令的其他系统。
此外，要理解，程序存储介质制约相关的处理器的操作，并且 在方法步骤中，由处理器对数字弱光观察组件的信号和数据处理网 络中的消息的协同操作执行。这些过程可以以具有或多或少的主动 或被动成分的各种形式存在。例如，它们以由源代码或目标代码、 可执行代码或别的格式的程序指令组成的软件程序形式存在。上迷 任何一种形式都可以体现在计算机可读介质上，其包括存储器件以 及压缩或是解压形式的信号。示范性计算机可读存储器件包括传统 的计算机系统RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM (可擦可编程ROM) 、 EEPROM (电可擦可编程ROM)、闪存和 磁盘、光盘或磁带。示范性计算机可读信号(无论是否使用载体调 制)是主处理(hostmg)或运行该计算机程序的计算机系统可以配置为 可以访问到的信号，包括通过互联网或其他网络下载的信号。上述 例子包括CD ROM上的或是经由互联网下载的程序分布。
—如前面所讨论的，本发明的数字弱光观察组件包括与相机组件 和变焦透镜组件连接的数字信号处理器。该数字处理器可操作为响 应输入以便控提供程序功能(例如增益、集成(integration)、时钟功能、左/右手操作和开关按钮功能)、电源开/关功能和放大/缩小能 力。在示范性配置中，可以使用单个控制开关(例如按压和释放开 关)进行图像捕捉，以便捕捉静态图像并将该图像保存在存储器里 以便以后检索和/或下载。
在示范性实施例中，由于使用了轻质且便宜的光学部件，组件100
特别轻，而且制造简单、造价低廉，长度D大约仅有4英寸，并且
可以容易且不明显地进行隐藏、携带，或是放在口袋和用户的手中。
示范性实施例中的组件100可以在超弱光的条件下使用，例如0.003 勒克斯，并且可以用于观察2 />里(km)以外的物体。采用用于组 件100的所有用户控制功能的单手指用户控制机构107不需要用户 在使用中从组件100上移动手或手指，或是把组件100从眼睛上移 开来定位外壳109上的控制开关。在示范性配置中，用于容纳控制 机构的区域107a的相对尺寸大约是0.75英寸。
进一步构思，与本发明 一致的装置除了具有作为独立的手持观 察器的用途，还可以具有用于其他应用的特殊用途，例如作为枪或 其他武器的瞄准器。虽然前面描述和图示的实施例配置成单筒器件，
这种双筒器件结构的外形还设计成外形与用户手相符，使其操作简 单，易于使用。
因而，可以看到本发明提供了可以简单并且廉价制造的数字弱 光观察器件，由此使该装置可供给消费者、执法机构、安全力量、 第一反应和军事应用。
虽然已经依据本申请所描述的实例阐述了本发明，但要理解这 些公开内容仅是示范性的并且不解释为限制。因此，在不脱离本发 明的精神和范围，本领域技术人员在阅读了前面的公开内容后无疑 可以想出本发明的各种变更、^修改和/或备选应用。因此，倾向于将 本发明解释为包括落在本发明的真正精神和范围内的所有变更、修 改或备选应用。
权利要求
1. 一种数字弱光观察器件，包括具有第一端和相对的第二端的保护外壳，所述第一端限定光学输入孔径，所述第二端限定光学输出孔径；所述保护外壳容纳响应经所述输入孔径接收到的低强度可见光和红外能量以便产生输出图像的红外相机组件；与所述相机组件连接以处理所述输出图像的信号处理器；与所述相机组件连接以便经所述输出孔径向观察者显示所述已处理图像的显示组件；与所述相机组件连接以便电子可变聚焦所述输出图像的变焦透镜组件；以及响应设置在所述外壳表面上的控制机构以便控制所述数字弱光观察器件的操作功能的控制电子设备，所述控制机构可由用户手指操纵以便控制所述操作功能。
2. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于由 所述控制机构控制的所述操作功能至少包括变焦、电源和程序功能。
3. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于所 述保护外壳包括顶盖和与所述顶盖配合连接的底盖，所述外壳由大 尺寸钢、镁、锌、铝、涂橡胶的铝、聚碳酸酯和塑胶材料中的一种 材料形成。
4. 根据权利要求3所述的数字弱光观察器件，其特征在于所 述顶盖和所述底盖密封连接以实现防水密封。
5. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于还 包括设置在所述外壳内部的緩沖材料，以保护所述红外相机组件、 所述显示组件、所述变焦透镜组件和所述控制电子设备避免跌落、 摆动和震动。
6. 根据权利要求1所述数字弱光观察器件，其特征在于还包舍没置在所述外壳中的可拆卸、可再充电的电池。
7. 根据权利要求6所述数字弱光观察器件，其特征在于还包 括用于对所述电池进行充电的电源充电电路。
8. 根据权利要求1所述数字弱光观察器件，其特征在于与所 述相机组件连接的以便处理所述输出图像的信号处理器提供静态和 视频图像捕捉、存储和重放以及向外部器件的图像输出。
9. 根据权利要求8所述数字弱光观察器件，其特征在于还包 括设置在所述外壳中并响应控制信号以便向外部器件传输视频的无 线通信组件。
10. 根据权利要求9所述数字弱光观察器件，其特征在于所述 传输的视频包括以下信号中的一种a)来自所述相机组件的视频输 出；和b)来自所述数字信号处理组件的处理视频输出。
11. 根据权利要求1所述数字弱光观察器件，其特征在于所述 控制机构包含设置在所述外壳表面上的一个或多个用户操作开关。
12. 根据权利要求11所述数字弱光观察器件，其特征在于所 述一个或多个用户操作开关包括可沿三个轴线移动以便至少控制电 源、变焦、图像捕捉以及可编程功能的开关。
13. 根据权利要求11所述数字弱光观察器件，其特征在于还 包含沿所述外壳表面形成的并适于接收所述用户相应手指的多个凹 部，其中所述一个或多个用户^t喿作开关形成在所述凹部的至少一个 内。
14. 根据权利要求13所述数字弱光观察器件，其特征在于所 述多个凹部中的至少一个凹部的尺寸与所述多个凹部中的其他凹部 不同。
15. 根据权利要求13所迷数字弱光观察器件，其特征在于用 于接收用户的相应食指的第一凹部包括靠近所述输出孔径设置的基 本平坦的壁架部分，所述壁架部分支撑所述用户操作开关中的至少 一A
16. 根据权利要求]5所述数字弱光观察器件，其特征在于单 个用户操作开关设置在所述基本平坦的壁架部分上，并可操作为沿 第一轴线控制电源，沿第二轴线控制变焦，沿第三轴线控制a)图像 捕捉和b)程序功能。
17. 根据权利要求15所述数字弱光观察器件，其特征在于多 个用户操作开关设置在所述基本平坦的壁架部分上，可分别按压并 可操作为控制相应的电源、变焦、图像捕捉和程序功能。
18. 根据权利要求14所述的数字弱光观察器件，其特征在于 所述用户操作开关全部形成在所述凹部中的一个内，并定位在单个 手指可访问的区域内。
19. 根据权利要求13所述的数字弱光观察器件，其特征在于 在所述外壳的顶面形成至少三个凹部，各凹部用于4妄收相应的手指， 并且其中相应的用户操作开关形成在各所述凹部中以便能够进行所 述操作功能。
20. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于 述信号处理对所述光学图像进行数字放大。
21. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件， 述显示组件是主动矩阵LCD、 LCOS和OLED显示
22. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件， 述相机组件是CCD图像传感器。
23. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于所 述相机组件是CMOS图像传感器。
24. 根据权利要求1所述的数字弱光观 述器件是外形与用户手相符的手持单筒器件
25. 根据权利要求1所述的数字弱光观 述器件是外形与用户手相符的手持双筒器件。
26. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于所 述器件是头戴式器件。其特征在于:'器中的一种。 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. 根据权利要求1所述的数字弱光观察器件，其特征在于所 述器件的外形设定为安装在武器或类似的辅助器件平台上。
28. —种手持数字弱光观察器件，包括具有有第一端和相对的第二端的保护外壳，所述第一端限定光 学输入孔径，所述第二端限定光学输出孔径；所述保护外壳外形与 用户手相符，所述外壳容纳响应经所述输入孔径接收的低强度光和红外能量以便生成输 出图像的红外相机组件；与所述相机组件连接以便处理所述输出图 像的信号处理器；与所述相机组件连接以1更经所述输出孔径向观察者显示所述 已处理图像的的显示组件；与所述相机组件连接以^_电子可变聚焦所述输出图像的变焦 透4竟组件；控制电子设备，其响应用户激活开关以便控制所述数字弱光 观察器件的操作功能，其中，所述用户激活开关设置在所述外壳顶 面上并协同定位于在通过所述装置进行观察的过程中用户的单个手 指可以访问的所述外壳的区域内的。
29. 根据权利要求28所述的手持器件，其特征在于所述保护 外壳由大尺寸钢、镁、锌、铝、涂橡胶的铝、聚碳酸酯和塑胶材料 中的一种材料制成。
30. 根据权利要求28所述的手持器件，其特征在于所述外壳 是防水外壳。
31. 根据权利要求28所述的手持器件，其特征在于还包括设 置在所述外壳中的可拆卸、可再充电的电池。
32. 根据权利要求28所述的手持器件，其特征在于还包括设 置在所述外壳中并响应控制信号以便向外部器件传输视频的无线通信组件。
33. 根据权利要求28所述的手持器件，其特征在于所述操作功能包括可操作为根据用户偏好切换所述用户激活开关的功能的程 序模式。
全文摘要
一种数字弱光观察器件包括具有第一端和相对的第二端的外壳，该第一端限定光学输入孔径而第二端限定光学输出孔径；响应经输入孔径接收到的低强度光和红外能量以便产生输出图像的红外相机组件；与相机组件连接以处理输出图像的信号处理器；与相机组件连接以便显示已处理图像的显示组件；与相机组件连接以便电子可变聚焦输出图像的变焦透镜组件；以及响应设置在外壳表面上的控制机构以便控制数字弱光观察器件的操作功能的控制电子设备，该控制机构可由用户手指操纵以便控制操作功能。
文档编号F21L2/00GK101432568SQ200580035506
公开日2009年5月13日 申请日期2005年10月24日 优先权日2004年10月22日
发明者G·帕尔默, G·福尔夏格, J·肯尼迪 申请人:爱克森诺尼克斯公司