变焦透镜制造技术

变焦透镜包括：至少一个前部光学组，其具有固定的光功率并适于接收来自被观察物体的光线；至少一个后部光学组，其具有固定的光功率并适于将所述光线朝向传感器的图像平面输送；透镜用开口或止挡件，其定位于前部光学组与后部光学组之间；至少一个前部自适应透镜，其定位于至少一个前部光学组与透镜用开口之间；以及至少一个后部自适应透镜，其定位于透镜用开口的后面。前部自适应透镜和后部自适应透镜能够被控制，以改变相应的光功率，从而调节变焦透镜的焦距、放大率和工作距离。放大率和工作距离。放大率和工作距离。

【技术实现步骤摘要】
变焦透镜


[0001]本专利技术涉及一种变焦透镜(zoom lens)，特别地涉及人工视觉装置。

技术介绍

[0002]变焦透镜传统上是通过机械地移动两个或更多个光学组来实现的，每个光学组由一个或更多个透镜形成。通过这种移动，有可能改变整个透镜的焦距，并因此改变系统的放大率(变焦)。
[0003]除此之外，为了使图像保持在焦点上(聚焦)，经常实施附加的机械运动。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提出具有光学结构和机械结构两者的变焦透镜，该变焦透镜比传统的变焦透镜更简单。
[0005]这一目的是通过根据权利要求1的变焦透镜和根据权利要求13的人工视觉装置来实现的。
[0006]从属权利要求提到了根据本专利技术的变焦透镜的优选或有利的实施方式。
[0007]本专利技术初始的想法是使用两个自适应透镜代替可动光学组。其结果是实现没有机械运动的变焦透镜，其中，仅通过作用于插入到透镜内的两个自适应透镜的光功率来修改系统的焦距和聚焦是可能的。
[0008]自适应透镜或液体透镜也被称为“可调透镜(tunable lens)”，自适应透镜是一种特殊类型的透镜，该透镜由位于室内的物质组成，该物质比如为液体或凝胶。例如，这种物质可以由一种或更多种气体、一种或更多种液体、或一种或更多种固体与一种或更多种液体的混合物组成。通过电气或机械致动，可以改变自适应透镜的光功率，例如通过对室的形状进行修改，或者对位于室中的物质的布置进行修改，或者对室的形状和位于室中的物质的布置两者进行修改来改变自适应透镜的光功率。
[0009]如图1和图1a所示，在光学系统中同时使用两个自适应透镜，通过改变光学系统的光功率，可以改变系统的焦距。
[0010]根据权利要求1，变焦透镜包括：至少一个前部光学组，其具有固定的光功率并适于接收来自被观察物体的光线；至少一个后部光学组，其具有固定的光功率并适于将光线朝向传感器的图像平面输送；透镜用开口或止挡件，其定位于前部光学组与后部光学组之间；至少一个前部自适应透镜，其定位在至少一个前部光学组与透镜用开口之间；以及至少一个后部自适应透镜，其定位在透镜用开口的后面。
[0011]前部自适应透镜和后部自适应透镜是能够被控制的，以改变相关的光功率，从而调节变焦透镜的焦距、放大率和工作距离。
[0012]在一个实施方式中，前部自适应透镜和后部自适应透镜是能够被控制的，以使得变焦透镜的焦距、放大率和工作距离能够被独立地调节。
[0013]此外，在一个实施方式中，前部自适应透镜和后部自适应透镜是能够被控制的，以
使得变焦透镜的焦距、放大率和工作距离能够被连续地调节。
[0014]然而，可以对自适应透镜进行控制，以使对放大率和/或焦距和/或工作距离的调节谨慎地发生。
[0015]在一个有利的实施方式中，前部光学组和后部光学组以及前部自适应透镜和后部自适应透镜不具有用于沿着透镜的光轴对相应的位置进行调节的装置。
[0016]如上所述，每个自适应透镜包括容纳有物质的光学室，物质例如为液态物质、气体或凝胶。透镜的光功率是能够通过应用适于对光学室的形状和/或在光学室中的物质的布置进行修改的电气信号或机械信号来调节的。
附图说明
[0017]根据本专利技术的优选的示例性实施方式的下文描述，根据本专利技术的变焦透镜的另外的特征和优点应是容易看出，这些优选的示例性实施方式单纯是通过参照附图的非限制性示例提供的，在附图中：
[0018]图1示出了采用两个自适应透镜的透镜的光学图。
[0019]图1a是类似于图1的透镜的光学图，但在图1a中的自适应透镜具有不同的光功率(optical power)，从而形成具有不同焦距的透镜。
[0020]图2、图2a、图2b和图2c示出了与先前的光学图类似的光学图，其中对两个自适应透镜的光功率进行改变使得光学系统在不同焦距下具有不同的工作距离。
[0021]图3、图3a和图3b示出了根据本专利技术的远心式变焦透镜(telecentric zoom lens)的各个光学图，其中对两个自适应透镜的光功率进行改变使得实现光学系统的各种放大率。
[0022]图4、图4a、图4b和图4c示出了前部光学单元的各种构型。
[0023]图5示出了根据本专利技术的一种实施方式的变型中的变焦透镜的光学图。
[0024]图6示出了根据本专利技术的变焦透镜对于各个工作距离而言的放大率倒数曲线(inverse magnification curve)(MAG
‑
1)的趋势，该放大率倒数曲线作为应用于前部自适应透镜的光功率的函数；以及
[0025]图7示出了根据本专利技术的变焦透镜对于各个工作距离而言的放大率曲线(MAG)的趋势，该放大率曲线作为应用于后部自适应透镜的光功率的函数。
具体实施方式
[0026]图1和图1a示出了采用前部自适应透镜10和后部自适应透镜12的光学系统1的光学示意图。该光学系统1沿着光轴X布置。
[0027]光学系统1具有位于两个自适应透镜10、12之间的开口14或者止挡件(stop)。
[0028]前部自适应透镜10适于收集来自无限远处的物体的光线，以使光线穿过开口14朝向后部自适应透镜12输送。
[0029]后部自适应透镜12适于收集来自前部自适应透镜10的光线，以使光线朝向传感器的图像平面16输送。
[0030]通过改变两个自适应透镜10、12的光功率，改变整个光学系统1的焦距是可能的。在图1和图1a的示例中，两个光学系统具有不同的焦距。
[0031]此外，通过仅对前部自适应透镜10和后部自适应透镜12的光功率进行作用，可以在任意可获得的焦距处改变光学系统的工作距离。
[0032]这在图2至图2c的光学图中表示。特别地，图2和图2a的光学系统具有相同的焦距，但具有不同的工作距离。图2b和图2c的光学系统具有相同的焦距但具有不同的工作距离，该光学系统的焦距与图2和图2a的光学系统的焦距不同。
[0033]利用这种光学工作原理，可以通过将静态光学组插入到两个自适应透镜之前、两个自适应透镜之间和/或两个自适应透镜之后，研发出变焦透镜，以及特别地近摄式变焦透镜(macro zoom lens)和远心式变焦透镜(telecentric zoom lens)。这些系统不需要使光学组移动，因为放大率的变化、聚焦和工作距离的变化是仅仅通过使两个自适应透镜的功率变化来实现的。
[0034]参照图3、图4和图5，下面将描述根据本专利技术的实施方案的变焦透镜的实际示例。
[0035]可以利用上述工作原理来实现近摄式变焦透镜和远心式变焦透镜，其中放大率、聚焦和工作距离是独立可变的。
[0036]图3至图3b示出了远心式变焦透镜50的各种光学图。
[0037]远心式透镜是广泛用于人工视觉领域的光学系统，例如，凭借远心式透镜收集来自被照亮物体的锥形光线的特定属性来实现对物体的非接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变焦透镜，所述变焦透镜包括：至少一个前部光学组，所述前部光学组具有固定的光功率，并且适于接收来自被观察物体的光线；至少一个后部光学组，所述后部光学组具有固定的光功率，并且适于将所述光线朝向传感器的图像平面输送；透镜用开口或止挡件，所述透镜用开口或止挡件被定位在所述前部光学组与所述后部光学组之间；至少一个前部自适应透镜，所述前部自适应透镜被定位在至少一个所述前部光学组与所述透镜用开口之间；以及至少一个后部自适应透镜，所述后部自适应透镜被定位在所述透镜用开口的后面，其中，所述前部自适应透镜和所述后部自适应透镜能够被控制成改变相应的光功率，从而对所述变焦透镜的焦距、放大率和工作距离进行调节。2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述前部自适应透镜和所述后部自适应透镜是能够被控制的，以使得所述变焦透镜的焦距、放大率和工作距离能够被独立地调节。3.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其中，所述前部自适应透镜和所述后部自适应透镜是能够被控制的，以使得所述变焦透镜的焦距、放大率和工作距离能够被连续地调节。4.根据前述权利要求中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述前部光学组和所述后部光学组以及所述前部自适应透镜和所述后部自适应透镜不具有用于沿着所述透镜的光轴对相应的位置进行调节的装置。5.根据前述权利要求中的任一项所述的变焦透镜，其中，每个自适应透镜包括容纳有物质的光学室，并且其中所述透镜的所述光功率是能够通过应用适于对所述光学室的形状和/或所述光学室中的所述物质的布置进行修改的电气信号或机械信号来调节的。6.根据前述权利要求中的任一项所述的变焦透镜，所述变焦透镜包括第一前部光学组和第二前部光学组，其中，所述第一前部光学组适于收集来自物体空间的光线并且将该光线朝向所述第二前部光学组输送，并且所述第二前部光学组适于接收来自所述第一前部光学组的光线并且将该光线朝向所述前部自适应透镜引导，从而对来自所述第一前部光学组的光线与所述前部自适应透镜的开口的耦合进行优化。7.根据前述权利要求中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述前部光学组适于实现远心式构型、内心式构型、近摄式构型、或者超中心式构型。8.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼科洛，
申请(专利权)人：奥普图工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：