[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，本发明涉及到一只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，包括一只镜头一只核心变焦模块，变焦模块包括五个光学组，配置成提供至少7:1的无焦镜头。镜头附件模块和后适配器模块可以分别置于光学组件的物侧和像侧。光学组件的光学扩展量可以大约处在1.15‑4.65mm²sr之间，并且按照8MP和32MP图像传感器配置。

技术领域

本发明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，本发明涉及到一只光学组件或镜头组件，其特征是具有多个模块化零件，还具有高光学扩展量保持特性、其波长校正范围宽，变焦范围大；或者具有上述特性的组合。

背景技术

现有技术中，具有大变焦范围的长工作距离有限共轭镜头的历史，可以追溯到几十年前。Bausch和Lomb，在他们的Stereo Zoom 4到7型中，使用了一种在1959年开始制造的变焦模块。他们所制造的最常见的变焦范围为0.7X-3X，变焦比约为4.3:1。图1为具有0.7-3X放大倍数范围的传统Bausch和Lomb StereoZoom4型所采用的目镜舱。图2为传统Bausch和Lomb StereoZoom4型所采用的完整的立体显微镜支架。

即使是在那时，还是引入了一种目镜舱设计，使得立体显微镜头可在多种支架和台面上使用。上述产品是为了和目镜放大镜一起使用，其规定了所需要的有限视场，以及为了实现2弧分/光线对的有限分辨率，所需要的有限数值孔径。

从20世纪80年代开始，技术创新最终按两条产品开发路线进行，至今仍在继续。一条路线涉及在立体显微镜范围内继续使用。图3是今天仍然在使用的传统的珠宝商的StereoZoom显微镜实例。图3所示的立体显微镜变焦比为常见的6.5:1，通常使用0.7-4.5X的放大倍率范围的变焦室。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。另一条路线涉及使用与单目镜视频系统很相似的、变焦比为6.5:1的变焦室。这些系统可以将物体或场景图片显示在一块最大约为11mm的传感器上，这个传感器通常被称为2/3”帧相机。该视场以及0.0388近似最大后数值孔径(NA)仍保持与原来的立体显微镜设计大致相同。这些相机，如果最大程度地加以利用，或者以其它方式对最大性能质量或者效率进行优化，基本上可以在近场衍射极限状态下实现0.45mm²sr(平方毫米立体弧度)的最大光学扩展量。

图4中，以图例方式说明了一种可以实现光学扩展量大约为0.45mm²sr，并具有近场衍射限定性能的光学组件的实例。图4中包括三种布置，包括图片上面的低放大倍数布置，中间的中等放大倍数布置，以及图片最下面的高放大倍数布置。

这种可能性被认为是由于相对照度损失很大和/或像差增加，对于一种较大的传感器，例如：对角线16mm，或者1”幅面的传感器，可与图4的光学组件结合，这样，和在单目镜视频系统中使用的大致相同的光学组件可以向在高于0.45mm²sr,最大约0.95mm²sr的光学扩展量范围内工作的相机中一英寸幅面传感器视场提供图像。但是这种相机将表现出明显较低的衍射极限性能，或者在视场的外部表现出降低的照度，或者两者都有。

我们想要的是有一种相机，它包括一个光学组件，通过配置在0.45mm2sr以上的光学扩展量范围中，表现出近场衍射极限性能，如：在大约0.45-0.95mm2sr或者大约0.5-1之间的光学扩展量范围内。我们还想要的是有这样一种相机和光学组件，通过配置在约为1-5mm2sr光学扩展量范围中工作，特别是这种相机和光学组件，还可以具有近场衍射极限性能。

附图说明

图1：为具有0.7-3X放大倍数范围的Bausch和Lomb StereoZoom4所采用的传统目镜舱。