[发明专利]用于机器视觉高光学扩展量模块化变焦镜头

说明书

本发明一般涉及到与相机或者目镜一起使用的一种光学变焦镜头组件，其目的是为了观察和检查物体。更具体地说，本发明涉及到一种光学组件或镜头组件，其特征是具有多个模块化零件，高光学扩展量保持特性、波长校正范围宽，或变焦范围大，或者其特性组合。一个有限轭距光学组件，包括一个镜头、一个核心变焦模块，变焦模块包括五个光学组，配置成提供至少5.5:1的远焦镜头。镜头附件模块和后适配器模块可以分别处在光学组件的物侧和像侧。本发明光学组件的光学扩展量大约在0.95‑4.65mm²sr之间，并且配置带有6.6MP‑32MP图像传感器。

技术领域

本发明一般涉及到与相机或者目镜一起使用的一种光学变焦镜头组件，其目的是为了观察和检查物体。更具体地说，本发明涉及到一种光学组件或镜头组件，其特征是具有多个模块化零件，高光学扩展量保持特性、波长校正范围宽，或变焦范围大，或者其特性组合。

背景技术

变焦范围广、工作距离长的有限共轭镜头的历史可以追溯到几十年前。Bausch和Lomb在Stereo Zoom 4型至7型中使用了变焦模块，这种模块是在1959年开始制造的。最常见的放大倍数范围为0.7X-3X，最高放大倍数(如：3X)与最低放大倍数(如：0.7X)的比率3/0.7，或者约为4.3，可以写作4.3:1。图1为传统Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的目镜舱，放大倍数范围为0.7-3X。图2为传统Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的完整立体显微镜支架。

即使是在当时，为了使立体显微镜头可在多种支架和台面上使用，引入了一种名为镜舱的模块化理念设计。这种产品目的是为了与目镜放大镜一起使用，它规定了所需要的有限视场，以及所需要的有限数值孔径，以实现2弧分/光线对的有限分辨率。

技术创新日新月异，尤其是在20世纪80年代，最终沿着两条产品开发路线进行，直今仍在创新。一条路线涉及在立体显微镜范围内继续使用。图3是现在传统珠宝商仍在使用的StereoZoom显微镜实例。图 3所示的立体显微镜最高与最低放大倍数比为6.5:1，通常使用放大倍数范围为0.7-4.5X的变焦室。按照图 3的光学组件可用于各种不同的目镜放大镜和Barlow镜头，以调整视觉放大率。另一条路线涉及与在视频系统中使用的单目镜非常相似的变焦室，其最高放大倍数与最低放大倍数比为6.5:1。这些系统可将物体或场景图片显示在一块对角线最大约为11mm的传感器上，通常称之为2/3”帧相机。该视场连同约为0.0388 的最大后数值孔径(NA)，与原来的立体显微镜设计保持大致一致。本发明人认为，如果最大程度地加以利用，或者以其它方式优化最大性能质量或者效率，原则上，这些相机可实现0.45mm²sr(平方毫米立体弧度) 的最大光学扩展量，渐晕低于10％。

图4A-4C以示意图的方式给出了一种光学组件的实例，它可以实现约为0.45mm²sr的光学扩展量，光晕低于10％。图4A-4C以示意图的方式给出了三种布置，包括图4A的低放大倍数布置，图4B的中等放大倍数布置，图4C的高放大倍数布置。图4A-4C中所示的光学布置，从镜头组件的物端到像端，每个包括：第一对静止双合透镜G10，G20，第一个活动双合透镜G30，第二个活动双合透镜G50，以及第二对静止双合透镜G60，G70。活动双合透镜G30,G50相对于每个静止双合透镜G10,G20,G60,G70的位置是可以调节的，以便在图4A-4C的光学组件的最小和最大放大倍数范围内选择一个放大倍数。