[發明專利]用于機器視覺高光學擴展量模塊化變焦鏡頭

有效

• 申請號: 201810074685.2
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN110082895B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 查德拜勒
• 申請（專利權）人: 美國奈維特公司
• 主分類號: G02B15/173
• 分類號: G02B15/173;G02B21/24
• 代理公司: 上海欣創專利商標事務所 31217
• 代理人: 包宇霆

本發明涉及與相機或者目鏡一起使用的一種光學變焦鏡頭組件，其目的是為了觀察和檢查物體。具體地說，本發明涉及一光學組件或鏡頭組件，其特征是：具有多個模塊化零件，高光學擴展量保持特性、波長校正范圍寬，或變焦范圍大，或者其特性組合。一個有限軛距光學組件，包括一只鏡頭一只核心變焦模塊，變焦模塊包括五個光學組，配置成提供至少7:1的無焦鏡頭。鏡頭附件模塊和后適配器模塊可以分別置于光學組件的物側和像側。光學組件的光學擴展量可以大約處在1.15?4.65mm2sr之間，并且按照8MP和32MP圖像傳感器配置。

技術領域

本發明涉及與相機或者目鏡一起使用的一種光學變焦鏡頭組件，其目的是為了觀察和檢查物體。具體地說，本發明涉及一光學組件或鏡頭組件，其特征是：具有多個模塊化零件，高光學擴展量保持特性、波長校正范圍寬，或變焦范圍大，或者其特性組合。

背景技術

具有大變焦范圍的長工作距離有限共軛鏡頭的歷史可以追溯到幾十年前。當時，Bausch和Lomb在他們的Stereo Zoom 4型至7型中，使用了一種在1959年開始制造的變焦模塊。所制造的最常見的變焦范圍為0.7X-3X，變焦比約為4.3:1。附圖1為：具有0.7-3X放大倍數范圍的傳統的Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的目鏡艙。附圖2為：傳統的Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的完整的立體顯微鏡支架。

即使在那時，還是引入了一種目鏡艙設計，使得立體顯微鏡頭可在多種支架和臺面上使用。該產品是為了和目鏡放大鏡一起使用，其規定了所需要的有限視場，以及為了實現2弧分/光線對的有限分辨率所需要的有限數值孔徑。

從20世紀80年代開始，技術創新最終按兩條產品開發路線進行，至今仍在繼續。一條路線涉及在立體顯微鏡范圍內繼續使用。附圖3是今天仍然在使用的傳統的珠寶商的StereoZoom顯微鏡實例。附圖3所示的立體顯微鏡變焦比為常見的6.5:1，通常使用0.7-4.5X的放大倍率范圍的變焦室。按照附圖3的光學組件，可用于各種不同的目鏡放大鏡和Barlow鏡頭，以調整視覺放大率。另一條路線涉及使用與單目鏡視頻系統很相似的、變焦比為6.5:1的變焦室。這些系統可以將物體或場景圖片顯示在一塊最大約為11mm的傳感器上，這個傳感器通常被稱為2/3”幀相機。該視場以及0.0388近似最大后數值孔徑(NA)仍保持與原來的立體顯微鏡設計大致相同。這些相機，如果最大程度地加以利用，或者以其它方式對最大性能質量或者效率進行優化，基本上可以在近場衍射極限狀態下實現0.45mm²sr(平方毫米立體弧度)的最大光學擴展量。

附圖4以圖例方式說明了一種可以實現光學擴展量的大約為0.45mm²sr，并具有近場衍射限定性能的光學部件的實例。附圖4中包括三種布置，包括圖片上面的低放大倍數布置，中間的中等放大倍數布置，以及圖片最下面的高放大倍數布置。

這種可能性，被認為是由于相對照度損失很大和/或像差增加。對于一種較大的傳感器，例如：對角線16mm，或者1”幅面的傳感器，可與附圖4的光學部件結合。這樣，和在附圖3顯微鏡中使用的大約相同的光學組件可以向在高于0.45mm²sr,最大約0.95mm²sr的光學擴展量范圍內運行的相機中的一英寸幅面傳感器視場提供圖像。但是這種相機將表現出明顯較低的衍射限定性能。

我們想要的是有一種相機，它包括一個光學組件，通過配置在0.45mm²sr以上的光學擴展量范圍中表現出近場衍射限定性能，如：在大約0.45-0.95mm²sr或者大約0.5-1之間的光學擴展量范圍內。我們還想要的是有這樣一種相機和光學組件，通過配置在約為1-5mm²sr光學擴展量范圍中工作，特別是這種相機和光學組件，也可以表現出近場衍射限定性能。

附圖說明

圖1為：具有0.7-3X放大倍數范圍的Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的傳統目鏡艙(現有技術)。