【技术实现步骤摘要】
用于机器视觉高光学扩展量模块化变焦镜头
本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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StereoZoom4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LombStereoZoom4所采用的目镜舱，放大倍数范围为0.7-3X。图2为传统Bausch和LombStereoZoom4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...
【技术保护点】
1.一种模块化有限轭距镜头组件，包括一个变焦部件，其配置成具有0.95‑4.65mm2sr的光学扩展量，以及5.5:1‑16:1的最高最低放大倍数比，以及在一个或多个变焦点上至少2X的放大倍数。
【技术特征摘要】
1.一种模块化有限轭距镜头组件，包括一个变焦部件，其配置成具有0.95-4.65mm2sr的光学扩展量，以及5.5:1-16:1的最高最低放大倍数比，以及在一个或多个变焦点上至少2X的放大倍数。2.按照权利要求1中的镜头组件，其能力可在整个图像平面对角线范围内达到分辨4,075至8,194个像素。3.按照权利要求1中的镜头组件，其光学扩展量可在变焦范围的任何位置达到0.95-4.65mm2sr。4.按照权利要求1中的镜头组件，其中，该镜头组件可配置成光学扩展量可达到1.57-4.65mm2sr，最高与最低放大倍数比在7:1和16:1之间。5.按照权利要求1中的镜头组件，其中，该镜头组件可配置成光学扩展量可达到2.88-4.65mm2sr，最高与最低放大倍数比在6.2:1和16:1之间。6.按照权利要求1中的镜头组件，其中，在430m-1100nm的整个波长范围的波长聚焦位置与相同的550nm光聚焦位置相差不到550nm光处的DOF(景深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。7.按照权利要求1中的镜头组件，其中，在430m-660nm的整个波长范围的波长聚焦位置与相同的550nm光聚焦位置相差不到在550nm光处的DOF(焦深)的1X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。8.按照权利要求1中的镜头组件，其中，在900m-1700nm的整个波长范围的波长聚焦位置与相同的1200nm光聚焦位置相差不到在1200nm光处的DOF(焦深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。9.按照权利要求1中的镜头组件，包括与镜头组件范围内的变焦部件的物侧对面对接的一个镜头附件模块，其中，镜头附件模块包括两个或多个固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。10.按照权利要求9中的镜头组件，其中，所述的镜头附件模块的两个或者多个固定焦距镜头元件包括至少一个双合透镜。11.按照权利要求10中的镜头组件，其中，所述的镜头附件模块的两个或者多个固定焦距镜头元件进一步包括(i)一个三合一透镜；(ii)第二个双合透镜和一个或者多个单透镜；或者(iii)多个单透镜，或者其组合。12.按照权利要求1中的镜头组件，包括与镜头组件范围内的变焦部件的物侧对面对接的一个镜头附件模块，其中，镜头附件模块包括两个或多个固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳深为50mm或以上。13.按照权利要求1中的镜头组件，包括与镜头组件范围内的变焦部件的像侧对面对接的一个后适配器模块，其中，后适配器模块包括三个或者以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。14.按照权利要求13中的镜头组件，其中，所述的后适配器模块的三个或者多个固定焦距镜头元件包括两个双合透镜和一个单透镜。15.按照权利要求13中的镜头组件，其中，所述的后适配器模块的三个或者多个固定焦距镜头元件包括一个双合透镜和三个单透镜。16.按照权利要求1中的镜头组件，包括与镜头组件范围内的变焦部件的像侧对面对接的一个后适配器模块，其中，后适配器模块包括三个或者以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳深在50mm或以上。17.按照权利要求1的镜头组件，包括：(a)一个变焦模块，包括所述的变焦部件；(b)一个镜头附件模块，包括两个或多个固定焦距镜头，其与核心变焦模块的物端对接，且有一个正片焦距；(c)一个后适配器模块，包括三个或多个固定焦距镜头，其与核心变焦模块的像端对接，且有一个正片焦距；(d)其中，镜头组件具有至少50mm的瞳深，或者16-25mm的瞳孔大小，或者两者都有。18.按照权利要求1中的镜头组件，包括一个核心变焦模块，该模块包括所述的变焦部件，与核心变焦模块的物端对接的一个镜头附件模块，以及与核心变焦模块的像端对接的一个后适配器模块。19.按照权利要求1中的镜头组件，其中，所述的变焦部件包括一个无焦变焦部件，其中所述的镜头组件包括：(i)包括所述的无焦变焦部件的无焦变焦模块；(ii)与所述的镜头组件范围内所述的无焦变焦模块的物侧对接的一个镜头附件模块；(iii)与所述的镜头组件范围内所述的无焦变焦模块的像侧对接的后适配器模块；(iv)一个或多个马达模块、照明模块、调焦模块、底座模块、传感器模块、处理模块以及接口模块。20.按照权利要求1中的镜头组件，其中变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个正片焦距组、负片焦距组、第三组、另一个负片焦距组、以及另一个正片焦距组。21.按照权利要求16中的镜头组件，其中，第三组包括一个正片组。22.按照权利要求16中的光学组件，其中，第三组包括一个负片组。23.权利要求1的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止第一组、活动第二组、第三组、活动第四组以及静止第五组。24.按照权利要求23中的镜头组件，其中，第三组包括一个活动组。25.按照权利要求24中的镜头组件，其中活动第二组和第四组有相同的光学功率标志，活动第三组有与所述的活动第二组和第四组相同或者相反的光学功率标记。26.按照权利要求23中的光学组件，其中，第三组包括一个静止组。27.按照权利要求1中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片静止组、负片活动组和一个正片静止组。28.按照权利要求1中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片活动组、负片活动组和一个静止正片组。29.按照权利要求1中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、负片活动组、负片活动组和一个正片静止正片组。30.按照权利要求1中的镜头组件，其中，变焦部件包括三个活动组。31.按照权利要求30中的镜头组件，其中，所述的三个活动组一个接一个地处在此镜头组件范围内。32.按照权利要求1中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止组、一个活动三合一透镜、第三组、活动双合透镜和另一个静止组。33.按照权利要求1中的光学组件，其中，第三组包括一个双合透镜。34.按照权利要求1中的镜头组件，当它与所述的变焦部件组合在一起时，在物体上远心主光线相对于垂直物体平面数值小于2°。35.一种有限轭距相机包括：如权利要求1-34中任何一条中所述的一个有限轭距光学组件、一个图像传感器，其处在用来捕捉图像的光学组件的图像平面上、一块屏幕或者与外部屏幕通信的接口、或者用来显示图像传感器中捕捉到的图像的屏幕和接口。36.按照权利要求35中的有限轭距相机，包括一只数码显微镜。37.一种有限轭距相机包括：如权利要求1-34中任何一条中所述的有限轭距光学组件、一个目镜，其配置和定位做到可通过目镜看到光学组件所产生的图像。38.按照权利要求37中的有限轭距相机，包括一只显微镜。39.一个模块化的有限轭距镜头组件，其包括一个无焦变焦部件，其通过配置，具有0.95-4.65mm2sr的光学扩展量，最高与最低放大倍数比在5.5:1和16:1之间。40.按照权利要求39中的镜头组件，其分辨能力在整个图像平面对角线范围内可达到4,075至8,194个像素。41.按照权利要求39中的镜头组件，通过配置，其光学扩展量可达到1.57-4.65mm2sr，最高与最低放大倍数比在7:1和16:1之间。42.按照权利要求39中的镜头组件，其光学扩展量在2.88-4.65mm2sr，最高与最低放大倍数比在6.2:1和16:1之间。43.按照权利要求39中的镜头组件，其中，在430m-1100nm的整个波长范围的波长聚焦位置与从相同的550nm光聚焦位置相差不到在550nm光处的DOF(景深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。44.按照权利要求39中的镜头组件，其中，在430m-660nm的整个波长范围的波长聚焦位置与从相同的550nm光聚焦位置相差不到在550nm光处的DOF(景深)的1X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。45.按照权利要求39中的镜头组件，其中，在900m-1700nm的整个波长范围的波长聚焦位置与从相同的1200nm光聚焦位置相差不到在1200nm光处的DOF(景深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。46.按照权利要求39中的镜头组件，包括与所述的镜头组件范围内所述的无焦变焦部件的物端对面对接的一个镜头附件模块，其中，镜头附件模块包括两个或以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。47.按照权利要求39中的镜头组件，包括与所述镜头组件范围内的所述的无焦变焦部件的物端对面对接的一个镜头附件模块，其中，镜头附件模块包括两个或以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳深为50mm或以上。48.按照权利要求39中的镜头组件，包括与镜头组件范围内的所述的无焦变焦部件的像端对面对接的一个后适配器模块，其中，后适配器模块包括三个或以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。49.按照权利要求39中的镜头组件，包括与镜头组件范围内所述的无焦变焦部件的像端对面对接的一个后适配器模块，其中，后适配器模块包括三个或以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳深在50mm或以上。50.按照权利要求39中的镜头组件，包括：(a)一个核心变焦模块，包括所述的无焦变焦部件；(b)一个镜头附件模块，包括两个或以上固定焦距镜头元件，其与核心变焦模块的物端对接，且有一个正片焦距；(c)一个后适配器模块，包括三个或以上固定焦距镜头元件，其与核心变焦模块的像端对接，且有一个正片焦距；(d)其中，镜头组件具有至少50mm的瞳深，或者16-25mm的瞳孔大小，或者两者都有。51.按照权利要求39中的镜头组件，包括一个核心变焦模块，该模块包括所述的变焦部件，与所述的核心变焦模块的物端对接的一个镜头附件模块，以及与所述的核心变焦模块的像端对接的一个后适配器模块。52.按照权利要求39中的镜头组件，包括：(i)包括所述的无焦变焦部件的无焦变焦模块；(ii)与无焦变焦模块的物端对接的一个镜头附件模块；(iii)与无焦变焦模块的像端对接的一个后适配器模块；(iv)一个或多个马达模块、照明模块、调焦模块、底座模块、传感器模块、处理模块以及接口模块。53.按照权利要求39中的镜头组件，其中无焦变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个正片焦距组、负片焦距组、第三组、另一个负片焦距组、以及另一个正片焦距组。54.按照权利要求53中的镜头组件，其中，第三组包括一个正片组。55.按照权利要求53中的光学组件，其中，第三组包括一个负片组。56.按照权利要求39中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止第一组、活动第二组、第三组、活动第四组以及静止第五组。57.按照权利要求56中的镜头组件，其中，第三组包括一个活动组。58.按照权利要求57中的镜头组件，其中活动第二组和第四组有相同的光学功率标志，活动第三组有与所述的活动第二组和第四组相同或者相反的光学功率标记。59.按照权利要求39中的镜头组件，其中，无焦变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片静止组、负片活动组和一个正片静止组。60.按照权利要求39中的镜头组件，其中，无焦变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片活动组、负片活动组和一个静止正片组。61.按照权利要求39中的镜头组件，其中，无焦变焦部件包括，从镜头组件的物侧到像侧，一个静止正片组、负片活动组、负片活动组、负片活动组和一个正片静止组。62.按照权利要求39中的镜头组件，其中，无焦变焦部件包括三个活动组。63.按照权利要求62中的镜头组件，其中，所述的三个活动组一个接一个地处在此镜头组件范围内。64.按照权利要求39中的镜头组件，其中，无焦变焦部件包括，从镜头组件的物侧到像侧，一个静止组、一个活动三合一透镜、第三组、活动双合透镜和另一个静止组。65.按照权利要求39中的光学组件，其中，第三组包括一个双合透镜。66.按照权利要求39中的镜头组件，当它与所述的变焦部件组合在一起时，在物体上远心主光线相对于垂直物体平面数值小于2°。67.按照权利要求39中的镜头组件，在无焦变焦部件的变焦范围任何位置其光学扩展量处在0.95-4.65mm2sr之间。68.一种有限轭距相机包括：如权利要求39-67中任何一条中所述的一个有限轭距光学组件、一个图像传感器，其处在用来捕捉图像的镜头组件的图像平面上、一块屏幕或者与外部屏幕通信的接口、或者用来显示图像传感器中捕捉到的图像的屏幕和接口。69.按照权利要求68的有限轭距相机，包括一只数码显微镜。70.一种有限轭距相机包括：如权利要求39-67中任何一条中所述的有限轭距镜头组件、一个目镜，其配置和定位做到可通过目镜看到镜头组件所产生的图像。71.按照权利要求70的有限轭距相机，包括一只显微镜。72.一个模块化有限轭距镜头组件包括一个变焦部件，其可配置成在最低的放大倍数位置具有最低1.58mm2sr的光学扩展量，以及最低7:1的最高最低放大倍数比，并提供2X或以上的最高放大倍数。73.按照权利要求72中的镜头组件，其在整个图像平面对角线范围内的分辨能力可达到4,075以上像素。74.按照权利要求72中的镜头组件，其光学扩展量处在1.58-4.95mm2sr之间。75.按照权利要求72中的镜头组件，其所述的最高与最低放大倍数比在7:1和16:1之间。76.按照权利要求72中的镜头组件，在变焦部件的变焦范围任何位置其光学扩展量处在1.58-4.95mm2sr之间。77.按照权利要求72中的镜头组件，其中，在430m-1100nm的整个波长范围的波长聚焦位置与相同的550nm光聚焦位置相差不到在550nm光处的DOF(景深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。78.按照权利要求72中的镜头组件，其中，在430m-660nm的整个波长范围的波长聚焦位置与从相同的550nm光聚焦位置相差不到在550nm光处的DOF(景深)的1X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。79.按照权利要求72中的镜头组件，其中，在900m-1700nm的整个波长范围的波长聚焦位置与从相同的1200nm光聚焦位置相差不到在1200nm光处的DOF(景深)的3X，其中，DOF定义为DOF＝±λ/(2*NA2)，其中λ是波长，NA是数值孔径。80.按照权利要求72中的镜头组件，其中所述的变焦部件包括一个无焦变焦部件，所述的镜头组件包括一个镜头附件模块，其与所述的镜头组件范围内所述的无焦变焦部件的物端对接，其中，镜头附件模块包括两个或者以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。81.按照权利要求80中的镜头组件，其中所述的镜头附件模块的瞳深为75mm或以上。82.按照权利要求81中的镜头组件，包括一个后适配器模块，其与镜头组件范围内所述的无焦变焦部件的像端对接，其中，后适配器模块包括三个或以上固定焦距镜头元件，且有一个正片焦距，瞳孔大小为16-25mm。83.按照权利要求82中的镜头组件，其中所述的后适配器模块的瞳深为75mm或以上。84.按照权利要求72中的镜头组件，包括一个无焦变焦段，该段包括所述的变焦部件。85.按照权利要求72中的镜头组件，包括：(a)一个核心变焦模块，包括所述的变焦部件；(b)一个镜头附件模块，包括两个或以上固定焦距镜头元件，其与核心变焦模块的物端对接，且有一个正片焦距；(c)一个后适配器模块，包括三个或以上固定焦距镜头元件，其与核心变焦模块的像端对接，且有一个正片焦距；(d)其中，镜头组件具有至少75mm的瞳深，或者16-25mm的瞳孔大小，或者两者都有。86.按照权利要求72中的镜头组件，其中，所述的变焦部件包括一个无焦变焦部件，其中所述的镜头组件包括：(i)一个核心变焦模块，该模块包括所述的无焦变焦部件，(ii)与所述的核心变焦模块的物端对接的一个镜头附件模块，(iii)与所述的核心变焦模块的像端对接的一个后适配器模块。87.按照权利要求72中的镜头组件，其中，所述的变焦部件包括一个无焦变焦部件，其中所述的镜头组件包括：(i)一个无焦变焦部件，其包括所述的无焦变焦部件，(ii)与所述的无焦变焦模块的物端对接的一个镜头附件模块，(iii)与无焦变焦模块的像端对接的一个后适配器模块，(iv)一个或以上马达模块、照明模块、调焦模块、底座模块、传感器模块、处理模块以及接口模块。88.按照权利要求72中的镜头组件，其中变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个正片焦距组、负片焦距组、第三组、另一个负片焦距组、以及另一个正片焦距组。89.按照权利要求88中的镜头组件，其中，第三组包括一个正片焦距组。90.按照权利要求88中的镜头组件，其中，第三组包括一个负片焦距组。91.按照权利要求72中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止第一组、活动第二组、第三组、活动第四组以及静止第五组。92.按照权利要求91中的镜头组件，其中，第三组包括一个活动组。93.按照权利要求91中的镜头组件，其中，第三组包括一个静止组。94.按照权利要求72中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片静止组、负片活动组和一个正片静止组。95.按照权利要求72中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的物侧到像侧，镜头组包括一个静止正片组、负片活动组、正片活动组、另一个负片活动组和另一个正片静止组。96.按照权利要求72中的镜头组件，其中，变焦部件包括五个镜头组，从镜头组件的...
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