用于提供两个位置的变焦-聚焦的系统的制作方法

专利名称：用于提供两个位置的变焦-聚焦的系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题通常涉及视频检查，更具体地，涉及用于视频检查设备的两个位置的变焦-聚焦光学系统。
背景技术：
诸如视频内窥镜之类的视频检查设备可用于检查目标对象以识别和分析在检查期间以及在检查之后的对象中的缺点和缺陷。很多时候，在诸如飞机发动机和小管的小环境中进行检查。通常，这些环境照明不佳，唯一的光源是内窥镜自己的光源(例如，从位于附近的灯、LED或激光器或位于远处的灯或LED传输光的光纤束)。为使视频检查设备在这些环境中有效地操纵，它们必须是小直径的，一般小于IOmm,并表现出小的远端刚性长度,一般小于20_，以便导航通过含有小的弯曲半径的位置。此外，视频检查设备需要多功能性来 提供宽视场，通常高达120度或更高，以提供对目标对象的更完整的查看，而同时在将检查设备放置为靠近对象时提供大的场深度来保持清晰的图像。对象的详细检查往往需要从一般小于5mm的非常接近的距离观察它们的能力。在近距离处，照明光通常足以产生一个亮的和高品质的图像，但需要有足够的场深度来观看3D对象。其它的时间，一般设备导航和检查应用需要检查人员从更远的距离查看对象。当检查设备位于离开给定的检查目标较远时，保持足够的图像亮度可能会出现问题。正因为如此，视频检查设备在设备移动得离给定的检查目标接近或更远时需要能够补偿可变的照明要求和场深度的孔径(aperture)。现有的视频检查系统通常包括展示约40至50度的固定的、远聚焦的小视场的主光学系统。主光学系统提供了大的场深度以及对给定的内窥镜可能的最高的对比度和最亮的图像。除了通过将透镜系统推得更接近于其场深度内的检查目标来可实现的有限的放大倍数变化外，这个布置还允许感兴趣的对象的远程一般检查和导航。为了提供在更近的焦点距离和/或通常高达120度的更广的视场处的提高的放大倍数，能够将各种光学系统安装在检查探头的前端以改变探头的光学特性并提供所需的视场和焦点距离。这些光学系统经常被作为顶端(tip)并且可能是可以移动的。这个布置的缺点是，每个顶端提供了离散的视场和焦点距离的变化。此外，如果检查人员希望改变放大倍数级别，就需要操作视频检查设备的检查人员来从检查地点将探头回拉出来、更换顶端并重新插入探头。这能够是一个耗时的过程，并能导致检查人员不能再定位感兴趣的特定地点。备选地，也有可手动调节的顶端，能够在检查前为该顶端设置好焦点。然而，这样的顶端能够是难以为检查人员使用，因为检查人员必须在使用它之前知道在什么距离聚焦顶端并且随后能够准确地设置那个焦点。现有的视频检查设备通常缺少自动聚焦机构，并且包含这样的光学系统，其设计为具有在典型的检查距离的范围内足以产生足够的图像质量的大的场深度的固定焦距。有这种固定焦距导致几乎有限范围的不具有最佳的聚焦、图像质量、对比度和清晰度的探头焦点距离。此外，为了实现大的场深度，通常利用小的孔径大小，这降低了图像的亮度和可实现的图像的对比度和清晰度。通常情况下，孔径有固定的大小和位置，设计为既方便给定特别的透镜系统直径的期望场深度又使与给定的透镜布置相关联的失真和其它光学像差最小化，导致了固定的孔径焦距比(F number)。这在本质上导致了相互冲突的目标在近的检查距离处的可接受场深度内实现良好的图像质量，而同时在更远的检查距离处提供清晰和明亮的图像。能够进行光学变焦、聚焦调整和孔径变化的视频检查系统的设计被制约的部分原因是，由于与窄直径检查探头关联的空间限制、无法放置一个能够在探头的有限的空间内改变其焦距的光学系统。一些设备试图使用由难以装备在内窥镜中的众多透镜和/或马达构成的昂贵和复杂的光学布置提供光学变焦和聚焦调整能力。尽管一些现有的视频检查设备提供了变焦能力，变焦特征通常是数码变焦， 是一种受电荷耦合器件(CCD )或成像器提供的清晰度限制的方法。在数码变焦系统中，当变焦级别增加时，清晰度和图像质量下降。视频检查设备在其中操作的典型的视频检查环境的物理状况要求检查设备是通用和坚固的。由于空间的限制，视频检查设备的末端必须有固定的刚性长度。此外，在诸如热的发动机或涡轮的高达80摄氏度的环境中操作视频检查设备的能力有时是必要的和在成本上是有效的，相对于在执行检查前先等发动机或涡轮冷却。最后，因为典型的视频检查环境能够是使探头受到潜在的跌落或受到其它物体撞击的工业环境，视频检查设备应有足够的机械强度以承受恶劣环境和意外的处理不当。在视频检查设备场的外部的照相机中采用的常规的变焦和聚焦系统在对视频检查场的应用上受其大小以及无法在检查场中遇到的极端环境中操作的限制。提供一种提供适合在内窥镜检查环境中使用的、有至少两个变焦-聚焦位置的光学系统的视频检查设备将是有益的。

发明内容
公开了一种用于目标对象成像的光学系统，包括导轨，在导轨上可移动地安装聚焦透镜单元和变焦透镜单元；聚焦透镜单元包括至少一个聚焦透镜和限制入射到聚焦透镜上的光量的主孔径，其中聚焦透镜单元有在导轨上的第一聚焦位置和在导轨上的第二聚焦位置，并且其中第一聚焦位置有与第二聚焦位置不同的场深度；变焦透镜单元包括至少一个变焦透镜，其中变焦透镜单元具有在导轨上的第一变焦位置和在导轨上的第二变焦位置，其中第一变焦位置具有与第二聚焦位置不同的放大倍数；邻近聚焦透镜单元的次孔径，其中次孔径在聚焦透镜单元前是可移动的，其中次孔径具有第一孔径位置和第二孔径位置，并且其中第一孔径位置允许有与第二孔径位置不同的光量入射到聚焦透镜上；透镜移动机构，所述透镜移动机构导致聚焦透镜单元沿导轨轴向移动；其中，透镜移动机构将聚焦透镜单元沿导轨从第二聚焦位置轴向移动到第一聚焦位置，导致次孔径从第二孔径位置移动到第一孔径位置以及变焦透镜单元沿导轨从第二变焦位置轴向移动到第一变焦位置，以改变场深度、放大倍数和入射到聚焦透镜上的光量。


为了使本发明的特征可以理解的方式，可通过参考一定的实施例对发明进行详细的描述，其中一些实施例是在附图中示出的。然而，必须指出，附图只示出了本发明的某些实施例，并且因此不被视为限制其范围，因为本发明的范围涵盖其它同样有效的实施例。附图不一定是按比例绘制的，一般将重点放在示出发明的某些实施例的特征上。因此，为进一步了解发明，可参考下面的结合附图阅读的详细描述，在附图中
图I是示出了本发明的一个实施例中的示例性视频检查设备的框 图2是示出了本发明的一个实施例中的在去除了拉块的第一位置中的示例性二位置变焦-聚焦光学系统的内部透视 图3是示出了本发明的一个实施例中的在安装了拉块的第一位置中的示例性二位置变焦-聚焦光学系统的内部透视 图4是本发明的一个实施例中的示出了主孔径和次孔径的示例性聚焦透镜单元的透视图；
图5是示出了本发明的一个实施例中的在去除了拉块的第二位置中的示例性二位置变焦-聚焦光学系统的内部透视图。
具体实施例方式图I示出了在本发明的一个实施例中的示例性视频检查设备10。视频检查设备10能够包括一个伸长的探头100，其中探头100包括插入管110和设置在插入管110的远端的头组件120。插入管110可以是柔性的管状部分，通过它穿过头组件120和探头电子器件140之间的所有互连。头组件120能够包括用于将来自目标对象的光引导和聚焦到成像器124上的变焦-聚焦模块200。成像器124能够是用于获得目标对象的图像的固态CXD或CMOS图像传感器。能在头组件120的远端上放一个顶端130。顶端130能包括结合变焦-聚焦模块200来工作以将来自目标对象的光引导和聚焦到成像器124上的顶端查看光学器件135(例如，透镜、窗口或孔径)。如果视频检查设备10的光源从顶端130或用于将光从探头100传递到目标对象的光传递元件(未示出)发出，则顶端130还能包括照明LED (未示出)。顶端130还能通过包括波导(如棱镜)以转动摄像机视图和输出到一侧的光来提供侧视能力。能够包括在顶端130的元件也能够包含在探头100内。在探头100和顶端130中的透镜、波导和窗口能够包括模制玻璃、抛光玻璃或抛光蓝宝石。成像器124能够包括在多个行和列中形成的多个像素，并能够产生表示入射到成像器124的每个像素上的光的模拟电压形式的图像信号。图像信号能够通过提供了用于信号缓冲和调节的电子器件的成像器混合126，传播到提供了用于在成像器混合126和成像器接口电子器件142之间的控制和视频信号的布线的成像器导线112。成像器接口电子器件142能够包括电源、用于产生成像器的时钟信号的定时发生器、用于数字化成像器视频输出信号的模拟前端以及用于将数字化成像器视频数据处理成更有用的视频格式的数字信号处理器。成像器接口电子器件142是提供了用于操作视频检查设备10的功能集合的探头电子器件140的部分。探头电子器件140还能够包括校准存储器148，其存储探头100和/或顶端130的校准数据。微控制器146也能够被包括在探头电子器件140中，用于与成像器接口电子器件142通信以确定和设置增益和曝光设置、存储和读取来自校准存储器148的校准数据、控制传递到目标对象的光以及与视频检查设备10的CPU 150通信。除了与微控制器146通信外，成像器接口电子器件142也能够与一个或多个视频处理器160通信。视频处理器160能够接收来自成像器接口电子器件142的视频信号和输出信号到不同的监视器，包括集成显示器170或外部监视器172。集成显示器(integraldisplay)170可以是建立到视频检查设备10内的IXD屏，用于显示各种图像或数据(例如，菜单、光标、测量结果、目标对象的图像)给检查人员。外部监视器172能够是连接到视频检查设备10的视频监视器或计算机型监视器，用来显示各种图像或数据。视频处理器160能够向CPU 150提供/WCPU 150接收命令、状态信息、流视频、静止视频图像和图形叠加，可包括提供诸如图像捕获、图像增强、图形叠加合并、失真校正、帧平均、缩放、数字变焦、叠加、合并、翻转、运动检查、视频格式转换和压缩的功能的FPGA、DSP或其它处理元件。CPU 150除了为包括图像、视频和音频的存储和取回功能、变焦-聚焦控制、系统控制和测量处理的大量其它功能提供主机外，还能够被用来通过接收经由操纵杆180、按钮182和/或小键盘184的输入来管理用户接口。用户能够操纵操纵杆180执行诸如菜单选择、光标移动、滑块调整、变焦-聚焦模块200的移动和探头100的衔接控制的操作，并可包括按钮的功能。按钮182和/或小键盘184还能够用于菜单选择，并提供用户命令给CPU 150 (例如，冻结或保存视频图像)。图2示出了在本发明的一个实施例中的示例性变焦-聚焦模块200的内部透视图。中轴201通过变焦-聚焦模块200的中心纵向延伸。变焦-聚焦模块200能够包括变焦-聚焦车架(carriage) 240，其中车架240能够具有由架244连接的车架远端242和车架近端243，架244提供了一个刚性结构，在其内变焦-聚焦模块200的构件能够可移动地安装。变焦-聚焦车架240可由各种材料制成，如不锈钢或金属合金。在一个实施例中，变焦-聚焦车架240和架244由单件材料建造。此外，至少一个导轨245能够在近端243和远端242之间大致平行于中轴201地纵向延伸。在一个实施例中，两个或两个以上的圆柱形导轨245能够可固定地附连到变焦-聚焦车架240。变焦透镜单元220能够邻近车架远端242而定位，并能够包括由变焦透镜架225包围的至少一个光学变焦透镜221 (未示出)。变焦透镜架225可由各种材料制成，如不锈钢或金属合金。变焦透镜单元220能够由附连到变焦透镜架225的外表面的一个或多个的变焦架臂226可移动地附连到导轨245。在一个实施例中，变焦架臂226和变焦透镜架225由单件材料建造。导轨245通过变焦架臂226中的开口延伸，使得变焦透镜单元220能够沿着导轨245大致平行于中轴201移动，以提供光学变焦能力。此外，至少有一个变焦架螺丝臂227能够附连到变焦透镜架225的外表面。邻近于变焦透镜单元220定位的能够是聚焦透镜单元230，聚焦透镜单元230能够包括由聚焦透镜架235包围的至少一个聚焦透镜231 (未示出)。聚焦透镜架235可由各种材料制成，如不锈钢或合金。在一个实施例中，聚焦透镜单元230可邻近变焦透镜单元220而定位。聚焦透镜单元230能够通过能够附连到聚焦透镜架235的外表面的至少一个聚焦架导轨臂236可移动地附连到导轨245。在一个实施例中，两对或两对以上的纵向排列和间隔开的聚焦架导轨臂236将聚焦透镜单元230附连到两个或两个以上的导轨245。导轨245通过聚焦架导轨臂236中的开口与聚焦透镜单元220平行地延伸，使得聚焦透镜单元230能够沿着沿导轨245的中轴201相对于固定的和位于近端的成像器124移动，以提供光学聚焦能力。此外，具有螺纹开口的至少一个聚焦架螺丝臂237能够附连到聚焦透镜架235的外表面。
在一个实施例中，至少一个纵向排列的变焦调整螺丝260大致平行于中轴201、沿聚焦透镜单元220的外表面延伸通过在至少一个聚焦架螺丝臂237中的螺纹开口，使得变焦调整螺丝260的远端开口能够越过聚焦透镜单元230的远端向着变焦透镜单元220向前推进到变焦架螺丝臂227中，以互联变焦透镜单元220和聚焦透镜单元230。变焦透镜单元220能够沿变焦调整螺丝260向近或向远地滑动，但不能超出变焦调整螺丝260的远端。变焦调整螺丝260还允许在制造过程中的聚焦和变焦位置的调整和校准，以适应不同的透镜和部件公差。图3是示出了本发明的一个实施例中的、在安装了拉块的第一位置中的示例性二位置变焦-聚焦光学系统的内部透视图。如图3所示，在聚焦透镜单元230周围能够有一个或多个圆柱状拉块250。拉块250包围聚焦透镜单元230，并能够有其形状适应于聚焦透镜单元230和架244的中空的内部腔。此外，在拉块250的内表面上的凹口允许拉块250滑过并沿着导轨245。通过拉块250的侧面延伸的一个或多个开口 255允许聚焦架导轨臂236摩擦式地与拉块250结合并互连聚焦透镜单元230和拉块250。透镜控制线缆202的远端能够在拉块250中终止。因此，由于拉块250和聚焦透镜单元230间的接合，透镜控制线缆202向远或向近的移动就沿导轨245向远或向近地移动拉块250和聚焦透镜单元230。图4是示出了本发明的一个实施例中的主孔径和次孔径的示例性聚焦透镜单元的透视图。参照图4，主孔径290能够沿中轴201位于离聚焦透镜231 (未示出)远端。主孔径290的中心可对准中轴201。在一个实施例中，主孔径290能够成为聚焦透镜单元230的一部分。主孔径290允许预定的光量从变焦透镜单元220入射到聚焦透镜231上。位于聚焦透镜架235中的主孔径290的远端能够是次孔径插槽215，它包括一个延伸通过聚焦透镜架235的侧边的开口。也位于主孔径290的远端的能够是次孔径臂295，它包括延伸通过第一端的次孔径292和延伸通过第二端的枢轴孔293。变焦调整螺丝260穿过枢轴孔293，使得次孔径臂295能够大体上垂直于变焦调整螺丝260和在变焦调整螺丝260周围、通过在聚焦透镜架235中和在主孔径290前面的次孔径插槽215来自由枢转。在主孔径290的前面枢转时，次孔径292的中心能够基本上对准中轴201。在一个实施例中，次孔径292能够小于主孔径290，从而进一步限制在沿中轴201在主孔径290的前面枢转时从变焦透镜单元220入射到聚焦透镜单元230上的光量。从附连到变焦调整螺丝260的次孔径臂295的末端向外延伸的能够是孔径枢轴销217。因为聚焦透镜单元230、主孔径290、次孔径292和变焦调整螺丝260都是互连的，透镜控制线缆202的移动使得所有这些构件都一致沿导轨245与中轴201大致平行移动。图5是示出了本发明的一个实施例中的在去除了拉块的第二位置中的示例性二位置变焦-聚焦光学系统的内部透视图。参照图5，包住变焦-聚焦模块200的能够是变焦-聚焦模块外壳210。变焦-聚焦模块外壳210可由各种材料制成，如不锈钢、金属合金 或塑料，并对变焦-聚焦模块200的构件提供保护免受检查环境的危害。一些实施例可包括包围变焦-聚焦模块外壳210的附加的外壳。这个附加的外壳能够包含一个密封的远端窗口，从而防止液体进入变焦单元200，并且附加的外壳的远端可螺纹化以适应各种顶端附件。位于变焦-聚焦模块外壳210的远端的附近的能够是孔径凸轮槽216。孔径凸轮槽216能够是在变焦-聚焦模块外壳210中的窄的开口，它沿变焦-聚焦模块外壳210能够在对于变焦-聚焦模块200的中轴201倾斜的方向上延伸。组装时，孔径枢轴销217延伸通过孔径凸轮槽216，使得聚焦透镜单元230沿变焦-聚焦模块200内的中轴201的移动会导致孔径枢轴销217在孔径凸轮槽216内滑动，绕变焦调整螺丝260枢转次孔径臂295。当孔径枢轴销217位于孔径凸轮槽216的近端时，次孔径292能够枢转对齐在主孔径290的前面的中轴201，并进入第一孔径位置。当孔径枢轴销217位于孔径凸轮槽216的远端时，次孔径292能够枢转离开中轴201并朝着变焦-聚焦模块外壳210的内壁进入第二孔径位置。再次参照图I至图4，围绕着在位于最远端的聚焦架导轨臂236和变焦架臂226之间的导轨245的能够是至少一个变焦弹簧280。在一个实施例中，变焦弹簧280可位于两个导轨245中的每一个的周围。位于聚焦透镜单元230的近端和成像单元124之间、在变焦-聚焦车架240的近端和最近的聚焦架导轨臂236之间的导轨245的周围，能够是至少一个变焦弹簧270。在一个实施例中，变焦弹簧270能够位于两个导轨245的每个的周围。在一个实施例中，当聚焦透镜单元230在变焦-聚焦模块200内向远端移动时，变焦弹簧280能够被压缩，并且变焦弹簧270能够放松。因此，在这个实施例中，当聚焦透镜单元230在变焦-聚焦模块200内向近端移动时，变焦弹簧280可放松，并且变焦弹簧270能够被压缩。
在一个实施例中，透镜移动机构144能够附连到透镜控制线缆202的近端并能够被激活以施加张力到透镜控制线缆202并沿中轴201在变焦-聚焦模块200内使透镜控制线缆202向近端移动预定的距离，以达到预定的第一变焦-聚焦位置，或者使其向远端移动预定的距离，以达到预定的第二变焦-聚焦位置。在一个实施例中，透镜移动机构144能够是电动马达。在其它实施例中，透镜移动机构144能够是气动促动器或螺线管。通过向近端移动透镜控制线缆202，张力能够在透镜控制线缆202中被建立，它能够大于由变焦弹簧270所施加的远端定向力，从而拉动聚焦透镜单元230朝向车架近端243并压缩变焦弹簧270。此外，孔径枢轴销217能够向近端沿孔径凸轮槽216移动，从第二孔径位置枢转次孔径295进入在主孔径290的前面的第一孔径位置。当聚焦透镜单元230向近端移动时变焦弹簧280的减压能够强制变焦透镜单元220从第一变焦位置沿中轴201向远端到达第二变焦位置，其中在第一变焦位置变焦透镜单元220的近端能够压住聚焦透镜单元230的远端，在第二变焦位置变焦透镜单元220能够从聚焦透镜单元230的远端向远端被移动由变焦调整螺丝260的远端确定的距离。利用这些动作，第一变焦-聚焦位置能够实现，即聚焦透镜单元230已沿着变焦-聚焦模块200内的中轴201移动到近位置中的第一聚焦位置，次孔径295能够枢转到在主孔径290前面的第一孔径位置，并且变焦透镜单元220已从聚焦透镜单元230远离地移动预定距离进入第一变焦位置。此外，由于变焦透镜单元220由变焦调整螺丝260附连到聚焦透镜单元230，所以，尽管从聚焦透镜单元230的远端向远端移动，变焦透镜单元220还是沿中轴201向近端移动预定的距离。在一个实施例中，在第一聚焦位置，变焦-聚焦模块200能够利用较小的次孔径292提供一个目标对象的放大的图像，从而限制了入射到聚焦透镜231的光量。通过这样做，能够预定在变焦-聚焦模块200内的聚焦透镜单元230和变焦透镜单元220的位置，使系统具有小的场深度以在成像器124上产生目标对象的聚焦的和放大的图像。然而，本领域的技术人员将会理解，具有光学构件的不同布置的不同的实施例可采用类似的移动以产生相反的结果，即，在变焦-聚焦单元200内的聚焦透镜单元230和变焦透镜单元220的位置能够预先确定，使系统具有大的场深度以在成像器124上产生目标对象的聚焦的和不放大的图像。在一个实施例中，透镜移动机构144的停用能够放松在透镜控制线缆202中的张力并向远端移动聚焦透镜单元230，实现了第二变焦-聚焦位置。透镜移动机构144的停用所造成的变焦弹簧270去压缩能够推动聚焦透镜单元230随着变焦调整螺丝260 —起向远端移动。变焦调整螺丝260的向远端的移动，导致变焦透镜单元220的从第一变焦位置的移动，直到变焦透镜单元220的远端接触到变焦-聚焦车架240的远端242，以限定第二变焦位置。压缩变焦弹簧280需要的力的大小能够比由压缩弹簧270的去压缩所施加的力小，且聚焦透镜单元230继续向远端移动，压缩变焦弹簧280并在聚焦透镜单元230的远端接触到变焦透镜单元220的近端时停止。此外，孔径枢轴销217能够向远端沿孔径凸轮槽216移动，枢转次孔径292从第一孔径位置离开主孔径290进入第二孔径位置。由于这些 移动，第二变焦-聚焦位置能够实现，即，聚焦透镜单元230已从第一聚焦位置向远端进入第二聚焦位置，使聚焦透镜单元230的远端能够沿中轴201压缩变焦透镜单元220的近端，次孔径292能够从第一孔径位置旋转到离开主孔径290的第二孔径位置，并且变焦透镜单元220已经从第一变焦位置移动到第二变焦位置，使变焦透镜单元220的远端能够接触变焦-聚焦车架240的远端242。在一个实施例中，在第二变焦-聚焦位置，变焦-聚焦模块200能够利用较大的主孔径290产生目标对象的明亮和无放大的图像，从而增加了入射到聚焦透镜231上的光量。通过这样做，能够预定在变焦-聚焦模块200内的聚焦透镜单元230和变焦透镜单元220的位置，使系统具有大的场深度以在成像器124上产生目标对象的聚焦的、明亮的和不放大的图像。然而，本领域的技术人员将会理解，具有光学构件的不同布置的不同的实施例可采用类似的移动以产生相反的结果，即，在变焦-透镜单元200内的聚焦透镜单元230和变焦透镜单元220的位置能够预先确定，使系统具有小的场深度以在成像器124上产生目标对象的聚焦的和放大的图像。定位在变焦-聚焦模块200之外的透镜移动机构144能够在变焦-聚焦模块200内提供附加的空间，从而允许使用更大、更简单、更可靠和成本有效的机构来提供两个位置的变焦-聚焦能力。此外，利用弹簧或其它弹性装置以实现第二变焦-聚焦位置的实施例能够消除对附加的透镜移动机构的需求。这种方法不仅能够通过允许较大的、更不复杂的机械、电子和光学器件来提高光学系统的可靠性和耐久性，而且还能够降低成本。虽然在本文所述的示例性实施例都将聚焦透镜230放得靠近变焦透镜单元220，但应理解的是，本领域的技术人员能够设计出替代实施例，在其中，包括但不限于变焦透镜单元220、聚焦透镜单元230、主孔径290和次孔径292的光学系统的各种构件的设计和配置能够重新布置，而产生相同的光学效果。本书面说明使用示例来公开包括最佳模式的本发明，也使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统并执行任何包含的方法。本发明的可取得专利的范围是指由权利要求限定、并可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例有与权利要求的字面文字没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面文字无实质性差异的等效结构元件，则它们意于在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于目标对象成像的光学系统，包括 导轨，在所述导轨上可移动地安装聚焦透镜单元和变焦透镜单元； 所述聚焦透镜单元包括至少一个聚焦透镜和限制入射到所述聚焦透镜上的光量的主孔径，其中所述聚焦透镜单元具有在所述导轨上的第一聚焦位置和在所述导轨上的第二聚焦位置，并且其中所述第一聚焦位置有与所述第二聚焦位置不同的场深度； 所述变焦透镜单元包括至少一个变焦透镜，其中所述变焦透镜单元具有在所述导轨上的第一变焦位置和在所述导轨上的第二变焦位置，其中所述第一变焦位置具有与所述第二变焦位置不同的放大倍数； 邻近所述聚焦透镜单元的次孔径，其中所述次孔径在所述聚焦透镜单元前是可移动的，其中所述次孔径具有第一孔径位置和第二孔径位置，并且其中所述第一孔径位置允许有与所述第二孔径位置不同的光量入射到所述聚焦透镜上；和 透镜移动机构，所述透镜移动机构导致所述聚焦透镜单元沿所述导轨轴向移动； 其中，所述透镜移动机构将所述聚焦透镜单元沿所述导轨从所述第二聚焦位置轴向移动到所述第一聚焦位置，导致所述次孔径从所述第二孔径位置移动到所述第一孔径位置以及所述变焦透镜单元沿所述导轨从所述第二变焦位置轴向移动到所述第一变焦位置，以改变所述场深度、所述放大倍数和入射到所述聚焦透镜上的所述光量。
2.如权利要求I所述的光学系统，还包括聚焦弹簧，其中，所述聚焦弹簧导致所述聚焦透镜单元沿所述导轨从所述第一聚焦位置轴向移动到所述第二聚焦位置，导致所述次孔径从所述第一孔径位置移动到所述第二孔径位置和所述变焦透镜单元沿所述导轨从所述第一变焦位置轴向移动到所述第二变焦位置，以改变所述场深度、所述放大倍数和入射到所述聚焦透镜上的所述光量。
3.如权利要求I所述的光学系统，其中所述透镜移动机构包括电动马达。
4.如权利要求I所述的光学系统，其中所述透镜移动机构包括气动促动器。
5.如权利要求I所述的光学系统，其中所述透镜移动机构包括螺线管。
6.如权利要求3所述的光学系统，其中所述透镜移动机构还导致所述聚焦透镜单元沿所述导轨从所述第一聚焦位置轴向移动到所述第二聚焦位置，导致所述次孔径从所述第一孔径位置移动到所述第二孔径位置，以及所述变焦透镜单元沿所述导轨从所述第一变焦位置轴向移动到所述第二变焦位置，以改变所述场深度、所述放大倍数和入射到所述聚焦透镜上的所述光量。
7.如权利要求4所述的光学系统，其中所述透镜移动机构还导致所述聚焦透镜单元沿所述导轨从所述第一聚焦位置轴向移动到所述第二聚焦位置，导致所述次孔径从所述第一孔径位置移动到所述第二孔径位置，以及所述变焦透镜单元沿所述导轨从所述第一变焦位置轴向移动到所述第二变焦位置以改变所述场深度、所述放大倍数和入射到所述聚焦透镜上的所述光量。
8.如权利要求5所述的光学系统，其中所述透镜移动机构还导致所述聚焦透镜单元沿所述导轨从所述第一聚焦位置轴向移动到所述第二聚焦位置，导致所述次孔径从所述第一孔径位置移动到所述第二孔径位置和所述变焦透镜单元沿所述导轨从所述第一变焦位置轴向移动到所述第二变焦位置，以改变所述场深度、所述放大倍数和入射到所述聚焦透镜上的所述光量。
9.如权利要求I所述的光学系统，所述光学系统还包括 连接所述聚焦透镜单元和所述变焦透镜单元的变焦调整螺丝；和 位于所述聚焦透镜单元和所述变焦透镜单元之间的变焦弹簧，其中从所述第二变焦位置到所述第一变焦位置的所述变焦透镜单元的所述移动是由所述变焦弹簧和由所述聚焦透镜单元从所述第二聚焦位置到所述第一聚焦位置的所述移动引起的。
10.如权利要求2所述的光学系统,所述光学系统还包括 连接所述聚焦透镜单元和所述变焦透镜单元的变焦调整螺丝；和 位于所述聚焦透镜单元和所述变焦透镜单元之间的变焦弹簧，其中从所述第一变焦位置到所述第二变焦位置的所述变焦透镜单元的所述移动是由所述变焦弹簧和由所述聚焦透镜单元从所述第一聚焦位置到所述第二聚焦位置的所述移动引起的。
11.如权利要求I所述的光学系统，所述光学系统还包括具有孔径凸轮槽的变焦-聚焦模块外壳，并且所述次孔径还包括孔径枢轴销，其中所述孔径枢轴销沿所述孔径凸轮槽的移动导致所述次孔径在所述第一孔径位置和第二孔径位置之间移动。
12.如权利要求I所述的光学系统还包括在所述聚焦透镜单元中的次孔径槽，其中所述次孔径从所述第二位置到所述第一位置的所述移动是所述次孔径通过所述次孔径槽的旋转。
13.如权利要求I所述的光学系统，其中，在所述第一聚焦位置的所述场深度小于在所述第二聚焦位置的所述场深度。
14.如权利要求I所述的光学系统，其中，在所述第一变焦位置的所述放大倍数大于在所述第二变焦位置的所述放大倍数。
15.如权利要求I所述的光学系统，其中，入射到在所述第一孔径位置的所述聚焦透镜上的所述光量少于入射到在所述第二孔径位置的所述聚焦透镜上的所述光量。
16.如权利要求2所述的光学系统，其中，在所述第一聚焦位置的所述场深度小于在所述第二聚焦位置的所述场深度。
17.如权利要求2所述的光学系统，其中，在所述第一变焦位置的所述放大倍数大于在所述第二变焦位置的所述放大倍数。
18.如权利要求2所述的光学系统，其中，入射到在所述第一孔径位置的所述聚焦透镜上的所述光量少于入射到在所述第二孔径位置的所述聚焦透镜上的所述光量。
19.如权利要求I所述的光学系统，其中，所述主孔径大于所述次孔径。
全文摘要
本发明的名称为用于提供两个位置的变焦-聚焦的系统。在一个实施例中，一个用于在视频检查设备中提供两个位置的变焦-聚焦能力的系统，其包括附连到一组固定导轨上并与变焦透镜单元连接的聚焦透镜单元和主孔径。在一个实施例中，聚焦透镜单元可通过位于附近的透镜移动机构的激活而沿着导轨移动到第一位置，并可通过拉紧的聚焦弹簧的松弛而移动到第二位置。在一个实施例中，聚焦透镜单元在第一聚焦位置和第二聚焦位置之间的移动引起在相应的第一变焦位置和第二变焦位置和孔径位置之间的变焦透镜单元和次孔径的移动,以提供目标对象的无放大的图像和放大的图像。
文档编号G02B23/24GK102782552SQ201080064406
公开日2012年11月14日 申请日期2010年11月5日 优先权日2009年12月23日
发明者C.A.本达尔, J.L.斯科特, T.A.基列克 申请人:通用电气检查技术有限公司