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手持激光测距望远镜外观造型设计
摘 要 望远镜这类光学仪器通过400多年的发展已被人熟知.随着激光技术、软件技术和微电子技术的发展,出现了新的望远镜种类——激光测距望远镜.这类新的、功能更丰富的光电仪器,与我们熟知的传统望远镜在结构组成、外观造型上都有了较大的变化.文章通过其结构组成的特点,在保证功能性的前提下去设计产品的创新性和独特性,达到保证外观造型美感的同时又使用户体验优异.
关键词 工业设计；产品设计；造型设计；测距望远镜
中图分类号:TB47文献标识码:C文章编号:2095-1205(2018)08-151-03
长期以来,光电类产品的外观设计主要是以结构功能的实现为主要目的,望远镜也不例外.在国内,设计光学结构的工程师主要毕业于精密仪器设计类专业（例如光电工程、测控技术与仪器、机械自动化等专业）,他们对工业设计的了解并不深入,这就导致了光学类产品的外观美感不受到重视,人机功效、用户体验也不在设计师重点考虑的范围内.本文从精密仪器设计与工业设计相结合的角度出发,从手持测距望远镜外观造型设计着手,去探索光电类产品外观造型的设计新思路,供同行业从业者共同探讨、提高.
1测距望远镜的概念
通常来说,望远镜是延伸和扩大我们视觉能力的一类光学仪器.从有史可循的1608年,第一具望远镜出现以来,望远镜距今已发展了400多年,从初始简单的两块镜片组成到现在复杂的大型天文望远镜,现代光学仪器的光学性能得到了极大的提升.随着科技的发展,其他许多学科也日新月异的迅猛前进,望远镜的构成也不仅仅是玻璃的组合与结构的支撑.功能也不仅限于提升我们的视觉能力,随着激光器件的发展和微型化电路的进步,一种具有新功能的望远镜出现了——激光测距望远镜.这类望远镜在常规的望远镜功能上增加了测距离、测角度、测速度等多种测量功能,可以让使用者更全面的了解被观测目标的状态.
2测距望远镜在结构上的变化
由于加入了其他学科的技术,使功能得到扩展,同时也使望远镜的结构复杂化,导致这类测距望远镜和传统的望远镜在结构和外观上有了较大的变化.
2.1传统望远镜的结构
传统望远镜主要由物镜组、转像棱镜组、目镜组组成,这是典型传统望远光学的组成.（如图1）
物镜与目镜的组和,能把远距离物体在视觉上形成的微小张角按一定倍率放大（视放大率）,使其在成像空间里成为数倍、数十倍、甚至上百倍的张角,使得本来用肉眼无法看清或分辨的物体变清晰可辨.但是物镜与目镜的组和使物体在成像空间里成像为倒像,这就需要在光学系统里加入转像组,常见的有透镜转像组和棱镜转像组,又因为棱镜具有“压缩”光程使光学系统几何尺寸缩小的作用,因此在望远镜中棱镜转像组运用的更多,其中又以屋脊棱镜结构和保罗棱镜结构最为常见.
2.2测距望远镜的结构
2.2.1光学系统
激光测距望远镜在传统望远镜光路的基础上加入了激光发射光路和信号接收光路.通过合理的光学设计,通常将可视白光光路和激光发射光路通过分光棱镜整合成一个光路系统,为保证返回信号的接收最佳化,信号接收光路单独为一路光路.（如图2）
由于加入了激光发射光路和信号接收光路,使得激光测距望远镜的光学系统较传统的望远镜光学系统更复杂,生产时装配、调校也更困难,因此大多数激光测距望远镜将双目减为了单目,从而使生产成本、装配难度得到有效降低.
2.2.2电路系统
从功能实现上来说,除了光学系统外,微型化电路也是测距望远镜设计中最重要的环节,所有的探知功能都由电路部分承担.电路部分主要由电子元器件——“硬件”和程序——“软件”两大板块组成,通过逻辑运算实现各种功能.电路部分也使测距望远镜和传统望远镜有了本质的区别,使“光、机、电、算”这四门学科有机的结合起来.
在实际的生产中,电路部分最常用的实物载体为微型集成电路,电路板的尺寸、形状、布局在产品整体外观设计中也起到了关键的作用.
2.2.3结构构架
产品的结构是产品外观造型设计的重要组成部分之一,合理的结构设计,能够在很大程度上改善产品的使用性能,优化产品的外观形状,以给人新颖、独特的视觉感受和操作使用上的便利.
就激光测距望远镜而言,当光学系统和电路系统设计完成后,也需要进行结构设计,光学系统和电路系统不能单独存在,也不能独立完成各自具备的功能,因此需要用机械结构作为桥梁将光学零件、电路部件结合起来,装配在合理的位置上,使其各自的功能发挥出来,共同实现整机产品的效能.
2.2.4外观造型
在现实工作中的设计环节,光学设计、电路设计、结构设计都是由不同专业的工程师各自独立完成的,相互之间的沟通、协作不够充分,往往也不够深入.通常,当光学设计、电路设计完成后就统一交由结构工程师从机械设计角度出发,以功能实现、结构最优化、工艺最简化为出发点,完成结构设计.因此,留给外观造型的空间就很小,一般不会有太多的美化、人机功效、用户体验等设计.（如图3）
2.3小结
从以上分析我们可以看出,测距望远镜较传统望远镜组成部分更多,结构更为复杂.在外观造型时留给设计师的可塑空间更为狭小.因此,按照传统望远镜设计流程：先实现功能,后进行外观造型设计的传统设计思路,已经不能符合测距望远镜的设计需求了.
3实例分析
3.1原方案简介
如图3所示,这是一款在市面上销售多年的测距望远镜,由于销量不好,几乎处于停产状态.经过市场的反馈,得知其中庸的外观设计和低下的人机功效都使其市场竞争力大打折扣.如图四所示,可见其内部结构：电路板形状规则、电池位置避开所有功能性结构件.这是典型的光学、电路、结构三部份各自为战的设计风格,各自按照各部分最有利、最优化的方向设计,以实现各部份功能最优.但由于没有协作交流,导致产品体积过大,人机工效和外观设计受到严重限制.
随着社会的发展,人们消费水平的提升,物质生活逐渐丰富,导致产品的性能不再是消费者选择商品的唯一标准.产品外观的美化以及产品对消费者心理造成的影响,已经成为产品成败的关键因素.
3.2功能设计和外观设计之间的关系
众所周知,产品的使用功能决定了产品的外在表现形式,产品的外观造型要依附于产品的结构,因此产品的外形设计脱离不了产品的结构,要与结构设计相结合.只有实现产品功能和符合产品结构需求的造型才有意义,但这不是说功能和产品的结构必须优先于产品的外观造型,两者之间往往相互制约又相辅相成,所以内部结构的合理设计要尽量满足产品外形的需求,只有外观造型与内部结构的有机匹配才能为产品的后续设计提供良好的开端.
3.3改进方案简介
通过对原方案的分析,决定对其取长补短,保留其光学、内部功能性结构,重新设计电路、外观布局,以求改善其人机功效、美化外形、提升用户体验.
从结构出发分析,其功能性结构件中间有空间能容纳电池仓,但此位置又与电路板重合,需要重新设计电路板,给电池仓让位.这就需要结构工程师与电路工程师深度交流、联合设计.经过多轮讨论,产品内部布局得到图5所示方案.
改进方案增加了电路设计和结构设计的难度（尤其是电路设计）,但又使两者更有机的结合,使产品整体布局更为紧凑,体积显著减小,给优化外观和提升人机功效留出更多的空间.
电路设计在这个方案中尤其大胆创新,如图6所示,在电路板中心位置开了一个较大的孔,而边缘补偿面积又极其有限,给电路设计带来极大挑战,最终通过与结构设计深度交互设计得以实现.
产品体积显著减小后,手持体验更加舒适,而且在外观造型时加入贴合手掌、手指、虎口的弧型凹面（如图7所示）,进一步增加握持舒适感,使得人机功效显著提升.同时,将顶部双按键改为单按键,将模式键设置于产品侧面,交由大拇指控制.这样大幅降低了误操作的可能性,优化了用户体验.
外观设计时大胆采用科幻元素,并增加线条与手型线条相互呼应,使外形整体更加协调.同时,部分零件表面处理采用镀铬工艺,增加金属质感,提升产品视觉品质.
改良后,产品一上市就得到广大客户的认可,使得已走向末路的产品,又再次获得生机.
4小结
望远镜随着科技的发展,融合更多的其他领域技术,使得功能不断增加的同时外观形态也随之变化.本文以用户体验和造型美学为基础,采用多学科交互设计对一款激光测距望远镜进行再创作,实现形态轮廓的美学优化,提升产品的视觉美感；结合产品形式美法则,在不影响产品原功能的前提下,力求产品布局更合理融洽,形成协调、明朗的形态外观.使这款激光测距望远镜的形态达到了完整统一,用户体验更加优异.
激光测距论文范文结:
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