專利名稱：用于提供兩個(gè)位置的變焦-聚焦的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題通常涉及視頻檢查，更具體地，涉及用于視頻檢查設(shè)備的兩個(gè)位置的變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
諸如視頻內(nèi)窺鏡之類的視頻檢查設(shè)備可用于檢查目標(biāo)對(duì)象以識(shí)別和分析在檢查期間以及在檢查之后的對(duì)象中的缺點(diǎn)和缺陷。很多時(shí)候，在諸如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和小管的小環(huán)境中進(jìn)行檢查。通常，這些環(huán)境照明不佳，唯一的光源是內(nèi)窺鏡自己的光源(例如，從位于附近的燈、LED或激光器或位于遠(yuǎn)處的燈或LED傳輸光的光纖束)。為使視頻檢查設(shè)備在這些環(huán)境中有效地操縱，它們必須是小直徑的，一般小于IOmm,并表現(xiàn)出小的遠(yuǎn)端剛性長度,一般小于20_，以便導(dǎo)航通過含有小的彎曲半徑的位置。此外，視頻檢查設(shè)備需要多功能性來 提供寬視場，通常高達(dá)120度或更高，以提供對(duì)目標(biāo)對(duì)象的更完整的查看，而同時(shí)在將檢查設(shè)備放置為靠近對(duì)象時(shí)提供大的場深度來保持清晰的圖像。對(duì)象的詳細(xì)檢查往往需要從一般小于5mm的非常接近的距離觀察它們的能力。在近距離處，照明光通常足以產(chǎn)生一個(gè)亮的和高品質(zhì)的圖像，但需要有足夠的場深度來觀看3D對(duì)象。其它的時(shí)間，一般設(shè)備導(dǎo)航和檢查應(yīng)用需要檢查人員從更遠(yuǎn)的距離查看對(duì)象。當(dāng)檢查設(shè)備位于離開給定的檢查目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，保持足夠的圖像亮度可能會(huì)出現(xiàn)問題。正因?yàn)槿绱?，視頻檢查設(shè)備在設(shè)備移動(dòng)得離給定的檢查目標(biāo)接近或更遠(yuǎn)時(shí)需要能夠補(bǔ)償可變的照明要求和場深度的孔徑(aperture)?，F(xiàn)有的視頻檢查系統(tǒng)通常包括展示約40至50度的固定的、遠(yuǎn)聚焦的小視場的主光學(xué)系統(tǒng)。主光學(xué)系統(tǒng)提供了大的場深度以及對(duì)給定的內(nèi)窺鏡可能的最高的對(duì)比度和最亮的圖像。除了通過將透鏡系統(tǒng)推得更接近于其場深度內(nèi)的檢查目標(biāo)來可實(shí)現(xiàn)的有限的放大倍數(shù)變化外，這個(gè)布置還允許感興趣的對(duì)象的遠(yuǎn)程一般檢查和導(dǎo)航。為了提供在更近的焦點(diǎn)距離和/或通常高達(dá)120度的更廣的視場處的提高的放大倍數(shù)，能夠?qū)⒏鞣N光學(xué)系統(tǒng)安裝在檢查探頭的前端以改變探頭的光學(xué)特性并提供所需的視場和焦點(diǎn)距離。這些光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)常被作為頂端(tip)并且可能是可以移動(dòng)的。這個(gè)布置的缺點(diǎn)是，每個(gè)頂端提供了離散的視場和焦點(diǎn)距離的變化。此外，如果檢查人員希望改變放大倍數(shù)級(jí)別，就需要操作視頻檢查設(shè)備的檢查人員來從檢查地點(diǎn)將探頭回拉出來、更換頂端并重新插入探頭。這能夠是一個(gè)耗時(shí)的過程，并能導(dǎo)致檢查人員不能再定位感興趣的特定地點(diǎn)。備選地，也有可手動(dòng)調(diào)節(jié)的頂端，能夠在檢查前為該頂端設(shè)置好焦點(diǎn)。然而，這樣的頂端能夠是難以為檢查人員使用，因?yàn)闄z查人員必須在使用它之前知道在什么距離聚焦頂端并且隨后能夠準(zhǔn)確地設(shè)置那個(gè)焦點(diǎn)。現(xiàn)有的視頻檢查設(shè)備通常缺少自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)，并且包含這樣的光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)為具有在典型的檢查距離的范圍內(nèi)足以產(chǎn)生足夠的圖像質(zhì)量的大的場深度的固定焦距。有這種固定焦距導(dǎo)致幾乎有限范圍的不具有最佳的聚焦、圖像質(zhì)量、對(duì)比度和清晰度的探頭焦點(diǎn)距離。此外，為了實(shí)現(xiàn)大的場深度，通常利用小的孔徑大小，這降低了圖像的亮度和可實(shí)現(xiàn)的圖像的對(duì)比度和清晰度。通常情況下，孔徑有固定的大小和位置，設(shè)計(jì)為既方便給定特別的透鏡系統(tǒng)直徑的期望場深度又使與給定的透鏡布置相關(guān)聯(lián)的失真和其它光學(xué)像差最小化，導(dǎo)致了固定的孔徑焦距比(F number)。這在本質(zhì)上導(dǎo)致了相互沖突的目標(biāo)在近的檢查距離處的可接受場深度內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的圖像質(zhì)量，而同時(shí)在更遠(yuǎn)的檢查距離處提供清晰和明亮的圖像。能夠進(jìn)行光學(xué)變焦、聚焦調(diào)整和孔徑變化的視頻檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被制約的部分原因是，由于與窄直徑檢查探頭關(guān)聯(lián)的空間限制、無法放置一個(gè)能夠在探頭的有限的空間內(nèi)改變其焦距的光學(xué)系統(tǒng)。一些設(shè)備試圖使用由難以裝備在內(nèi)窺鏡中的眾多透鏡和/或馬達(dá)構(gòu)成的昂貴和復(fù)雜的光學(xué)布置提供光學(xué)變焦和聚焦調(diào)整能力。盡管一些現(xiàn)有的視頻檢查設(shè)備提供了變焦能力，變焦特征通常是數(shù)碼變焦， 是一種受電荷耦合器件(CCD )或成像器提供的清晰度限制的方法。在數(shù)碼變焦系統(tǒng)中，當(dāng)變焦級(jí)別增加時(shí)，清晰度和圖像質(zhì)量下降。視頻檢查設(shè)備在其中操作的典型的視頻檢查環(huán)境的物理狀況要求檢查設(shè)備是通用和堅(jiān)固的。由于空間的限制，視頻檢查設(shè)備的末端必須有固定的剛性長度。此外，在諸如熱的發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪的高達(dá)80攝氏度的環(huán)境中操作視頻檢查設(shè)備的能力有時(shí)是必要的和在成本上是有效的，相對(duì)于在執(zhí)行檢查前先等發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪冷卻。最后，因?yàn)榈湫偷囊曨l檢查環(huán)境能夠是使探頭受到潛在的跌落或受到其它物體撞擊的工業(yè)環(huán)境，視頻檢查設(shè)備應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以承受惡劣環(huán)境和意外的處理不當(dāng)。在視頻檢查設(shè)備場的外部的照相機(jī)中采用的常規(guī)的變焦和聚焦系統(tǒng)在對(duì)視頻檢查場的應(yīng)用上受其大小以及無法在檢查場中遇到的極端環(huán)境中操作的限制。提供一種提供適合在內(nèi)窺鏡檢查環(huán)境中使用的、有至少兩個(gè)變焦-聚焦位置的光學(xué)系統(tǒng)的視頻檢查設(shè)備將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于目標(biāo)對(duì)象成像的光學(xué)系統(tǒng)，包括導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上可移動(dòng)地安裝聚焦透鏡單元和變焦透鏡單元；聚焦透鏡單元包括至少一個(gè)聚焦透鏡和限制入射到聚焦透鏡上的光量的主孔徑，其中聚焦透鏡單元有在導(dǎo)軌上的第一聚焦位置和在導(dǎo)軌上的第二聚焦位置，并且其中第一聚焦位置有與第二聚焦位置不同的場深度；變焦透鏡單元包括至少一個(gè)變焦透鏡，其中變焦透鏡單元具有在導(dǎo)軌上的第一變焦位置和在導(dǎo)軌上的第二變焦位置，其中第一變焦位置具有與第二聚焦位置不同的放大倍數(shù)；鄰近聚焦透鏡單元的次孔徑，其中次孔徑在聚焦透鏡單元前是可移動(dòng)的，其中次孔徑具有第一孔徑位置和第二孔徑位置，并且其中第一孔徑位置允許有與第二孔徑位置不同的光量入射到聚焦透鏡上；透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)致聚焦透鏡單元沿導(dǎo)軌軸向移動(dòng)；其中，透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)將聚焦透鏡單元沿導(dǎo)軌從第二聚焦位置軸向移動(dòng)到第一聚焦位置，導(dǎo)致次孔徑從第二孔徑位置移動(dòng)到第一孔徑位置以及變焦透鏡單元沿導(dǎo)軌從第二變焦位置軸向移動(dòng)到第一變焦位置，以改變場深度、放大倍數(shù)和入射到聚焦透鏡上的光量。


為了使本發(fā)明的特征可以理解的方式，可通過參考一定的實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中一些實(shí)施例是在附圖中示出的。然而，必須指出，附圖只示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，并且因此不被視為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍涵蓋其它同樣有效的實(shí)施例。附圖不一定是按比例繪制的，一般將重點(diǎn)放在示出發(fā)明的某些實(shí)施例的特征上。因此，為進(jìn)一步了解發(fā)明，可參考下面的結(jié)合附圖閱讀的詳細(xì)描述，在附圖中
圖I是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的示例性視頻檢查設(shè)備的框 圖2是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的在去除了拉塊的第一位置中的示例性二位置變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部透視 圖3是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的在安裝了拉塊的第一位置中的示例性二位置變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部透視 圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的示出了主孔徑和次孔徑的示例性聚焦透鏡單元的透視圖；
圖5是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的在去除了拉塊的第二位置中的示例性二位置變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部透視圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的示例性視頻檢查設(shè)備10。視頻檢查設(shè)備10能夠包括一個(gè)伸長的探頭100，其中探頭100包括插入管110和設(shè)置在插入管110的遠(yuǎn)端的頭組件120。插入管110可以是柔性的管狀部分，通過它穿過頭組件120和探頭電子器件140之間的所有互連。頭組件120能夠包括用于將來自目標(biāo)對(duì)象的光引導(dǎo)和聚焦到成像器124上的變焦-聚焦模塊200。成像器124能夠是用于獲得目標(biāo)對(duì)象的圖像的固態(tài)CXD或CMOS圖像傳感器。能在頭組件120的遠(yuǎn)端上放一個(gè)頂端130。頂端130能包括結(jié)合變焦-聚焦模塊200來工作以將來自目標(biāo)對(duì)象的光引導(dǎo)和聚焦到成像器124上的頂端查看光學(xué)器件135(例如，透鏡、窗口或孔徑)。如果視頻檢查設(shè)備10的光源從頂端130或用于將光從探頭100傳遞到目標(biāo)對(duì)象的光傳遞元件(未示出)發(fā)出，則頂端130還能包括照明LED (未示出)。頂端130還能通過包括波導(dǎo)(如棱鏡)以轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)視圖和輸出到一側(cè)的光來提供側(cè)視能力。能夠包括在頂端130的元件也能夠包含在探頭100內(nèi)。在探頭100和頂端130中的透鏡、波導(dǎo)和窗口能夠包括模制玻璃、拋光玻璃或拋光藍(lán)寶石。成像器124能夠包括在多個(gè)行和列中形成的多個(gè)像素，并能夠產(chǎn)生表示入射到成像器124的每個(gè)像素上的光的模擬電壓形式的圖像信號(hào)。圖像信號(hào)能夠通過提供了用于信號(hào)緩沖和調(diào)節(jié)的電子器件的成像器混合126，傳播到提供了用于在成像器混合126和成像器接口電子器件142之間的控制和視頻信號(hào)的布線的成像器導(dǎo)線112。成像器接口電子器件142能夠包括電源、用于產(chǎn)生成像器的時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)發(fā)生器、用于數(shù)字化成像器視頻輸出信號(hào)的模擬前端以及用于將數(shù)字化成像器視頻數(shù)據(jù)處理成更有用的視頻格式的數(shù)字信號(hào)處理器。成像器接口電子器件142是提供了用于操作視頻檢查設(shè)備10的功能集合的探頭電子器件140的部分。探頭電子器件140還能夠包括校準(zhǔn)存儲(chǔ)器148，其存儲(chǔ)探頭100和/或頂端130的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。微控制器146也能夠被包括在探頭電子器件140中，用于與成像器接口電子器件142通信以確定和設(shè)置增益和曝光設(shè)置、存儲(chǔ)和讀取來自校準(zhǔn)存儲(chǔ)器148的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、控制傳遞到目標(biāo)對(duì)象的光以及與視頻檢查設(shè)備10的CPU 150通信。除了與微控制器146通信外，成像器接口電子器件142也能夠與一個(gè)或多個(gè)視頻處理器160通信。視頻處理器160能夠接收來自成像器接口電子器件142的視頻信號(hào)和輸出信號(hào)到不同的監(jiān)視器，包括集成顯示器170或外部監(jiān)視器172。集成顯示器(integraldisplay)170可以是建立到視頻檢查設(shè)備10內(nèi)的IXD屏，用于顯示各種圖像或數(shù)據(jù)(例如，菜單、光標(biāo)、測量結(jié)果、目標(biāo)對(duì)象的圖像)給檢查人員。外部監(jiān)視器172能夠是連接到視頻檢查設(shè)備10的視頻監(jiān)視器或計(jì)算機(jī)型監(jiān)視器，用來顯示各種圖像或數(shù)據(jù)。視頻處理器160能夠向CPU 150提供/WCPU 150接收命令、狀態(tài)信息、流視頻、靜止視頻圖像和圖形疊加，可包括提供諸如圖像捕獲、圖像增強(qiáng)、圖形疊加合并、失真校正、幀平均、縮放、數(shù)字變焦、疊加、合并、翻轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)檢查、視頻格式轉(zhuǎn)換和壓縮的功能的FPGA、DSP或其它處理元件。CPU 150除了為包括圖像、視頻和音頻的存儲(chǔ)和取回功能、變焦-聚焦控制、系統(tǒng)控制和測量處理的大量其它功能提供主機(jī)外，還能夠被用來通過接收經(jīng)由操縱桿180、按鈕182和/或小鍵盤184的輸入來管理用戶接口。用戶能夠操縱操縱桿180執(zhí)行諸如菜單選擇、光標(biāo)移動(dòng)、滑塊調(diào)整、變焦-聚焦模塊200的移動(dòng)和探頭100的銜接控制的操作，并可包括按鈕的功能。按鈕182和/或小鍵盤184還能夠用于菜單選擇，并提供用戶命令給CPU 150 (例如，凍結(jié)或保存視頻圖像)。圖2示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的示例性變焦-聚焦模塊200的內(nèi)部透視圖。中軸201通過變焦-聚焦模塊200的中心縱向延伸。變焦-聚焦模塊200能夠包括變焦-聚焦車架(carriage) 240，其中車架240能夠具有由架244連接的車架遠(yuǎn)端242和車架近端243，架244提供了一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)變焦-聚焦模塊200的構(gòu)件能夠可移動(dòng)地安裝。變焦-聚焦車架240可由各種材料制成，如不銹鋼或金屬合金。在一個(gè)實(shí)施例中，變焦-聚焦車架240和架244由單件材料建造。此外，至少一個(gè)導(dǎo)軌245能夠在近端243和遠(yuǎn)端242之間大致平行于中軸201地縱向延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的圓柱形導(dǎo)軌245能夠可固定地附連到變焦-聚焦車架240。變焦透鏡單元220能夠鄰近車架遠(yuǎn)端242而定位，并能夠包括由變焦透鏡架225包圍的至少一個(gè)光學(xué)變焦透鏡221 (未示出)。變焦透鏡架225可由各種材料制成，如不銹鋼或金屬合金。變焦透鏡單元220能夠由附連到變焦透鏡架225的外表面的一個(gè)或多個(gè)的變焦架臂226可移動(dòng)地附連到導(dǎo)軌245。在一個(gè)實(shí)施例中，變焦架臂226和變焦透鏡架225由單件材料建造。導(dǎo)軌245通過變焦架臂226中的開口延伸，使得變焦透鏡單元220能夠沿著導(dǎo)軌245大致平行于中軸201移動(dòng)，以提供光學(xué)變焦能力。此外，至少有一個(gè)變焦架螺絲臂227能夠附連到變焦透鏡架225的外表面。鄰近于變焦透鏡單元220定位的能夠是聚焦透鏡單元230，聚焦透鏡單元230能夠包括由聚焦透鏡架235包圍的至少一個(gè)聚焦透鏡231 (未示出)。聚焦透鏡架235可由各種材料制成，如不銹鋼或合金。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦透鏡單元230可鄰近變焦透鏡單元220而定位。聚焦透鏡單元230能夠通過能夠附連到聚焦透鏡架235的外表面的至少一個(gè)聚焦架導(dǎo)軌臂236可移動(dòng)地附連到導(dǎo)軌245。在一個(gè)實(shí)施例中，兩對(duì)或兩對(duì)以上的縱向排列和間隔開的聚焦架導(dǎo)軌臂236將聚焦透鏡單元230附連到兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)軌245。導(dǎo)軌245通過聚焦架導(dǎo)軌臂236中的開口與聚焦透鏡單元220平行地延伸，使得聚焦透鏡單元230能夠沿著沿導(dǎo)軌245的中軸201相對(duì)于固定的和位于近端的成像器124移動(dòng)，以提供光學(xué)聚焦能力。此外，具有螺紋開口的至少一個(gè)聚焦架螺絲臂237能夠附連到聚焦透鏡架235的外表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)縱向排列的變焦調(diào)整螺絲260大致平行于中軸201、沿聚焦透鏡單元220的外表面延伸通過在至少一個(gè)聚焦架螺絲臂237中的螺紋開口，使得變焦調(diào)整螺絲260的遠(yuǎn)端開口能夠越過聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端向著變焦透鏡單元220向前推進(jìn)到變焦架螺絲臂227中，以互聯(lián)變焦透鏡單元220和聚焦透鏡單元230。變焦透鏡單元220能夠沿變焦調(diào)整螺絲260向近或向遠(yuǎn)地滑動(dòng)，但不能超出變焦調(diào)整螺絲260的遠(yuǎn)端。變焦調(diào)整螺絲260還允許在制造過程中的聚焦和變焦位置的調(diào)整和校準(zhǔn)，以適應(yīng)不同的透鏡和部件公差。圖3是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的、在安裝了拉塊的第一位置中的示例性二位置變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部透視圖。如圖3所示，在聚焦透鏡單元230周圍能夠有一個(gè)或多個(gè)圓柱狀拉塊250。拉塊250包圍聚焦透鏡單元230，并能夠有其形狀適應(yīng)于聚焦透鏡單元230和架244的中空的內(nèi)部腔。此外，在拉塊250的內(nèi)表面上的凹口允許拉塊250滑過并沿著導(dǎo)軌245。通過拉塊250的側(cè)面延伸的一個(gè)或多個(gè)開口 255允許聚焦架導(dǎo)軌臂236摩擦式地與拉塊250結(jié)合并互連聚焦透鏡單元230和拉塊250。透鏡控制線纜202的遠(yuǎn)端能夠在拉塊250中終止。因此，由于拉塊250和聚焦透鏡單元230間的接合，透鏡控制線纜202向遠(yuǎn)或向近的移動(dòng)就沿導(dǎo)軌245向遠(yuǎn)或向近地移動(dòng)拉塊250和聚焦透鏡單元230。圖4是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的主孔徑和次孔徑的示例性聚焦透鏡單元的透視圖。參照?qǐng)D4，主孔徑290能夠沿中軸201位于離聚焦透鏡231 (未示出)遠(yuǎn)端。主孔徑290的中心可對(duì)準(zhǔn)中軸201。在一個(gè)實(shí)施例中，主孔徑290能夠成為聚焦透鏡單元230的一部分。主孔徑290允許預(yù)定的光量從變焦透鏡單元220入射到聚焦透鏡231上。位于聚焦透鏡架235中的主孔徑290的遠(yuǎn)端能夠是次孔徑插槽215，它包括一個(gè)延伸通過聚焦透鏡架235的側(cè)邊的開口。也位于主孔徑290的遠(yuǎn)端的能夠是次孔徑臂295，它包括延伸通過第一端的次孔徑292和延伸通過第二端的樞軸孔293。變焦調(diào)整螺絲260穿過樞軸孔293，使得次孔徑臂295能夠大體上垂直于變焦調(diào)整螺絲260和在變焦調(diào)整螺絲260周圍、通過在聚焦透鏡架235中和在主孔徑290前面的次孔徑插槽215來自由樞轉(zhuǎn)。在主孔徑290的前面樞轉(zhuǎn)時(shí)，次孔徑292的中心能夠基本上對(duì)準(zhǔn)中軸201。在一個(gè)實(shí)施例中，次孔徑292能夠小于主孔徑290，從而進(jìn)一步限制在沿中軸201在主孔徑290的前面樞轉(zhuǎn)時(shí)從變焦透鏡單元220入射到聚焦透鏡單元230上的光量。從附連到變焦調(diào)整螺絲260的次孔徑臂295的末端向外延伸的能夠是孔徑樞軸銷217。因?yàn)榫劢雇哥R單元230、主孔徑290、次孔徑292和變焦調(diào)整螺絲260都是互連的，透鏡控制線纜202的移動(dòng)使得所有這些構(gòu)件都一致沿導(dǎo)軌245與中軸201大致平行移動(dòng)。圖5是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的在去除了拉塊的第二位置中的示例性二位置變焦-聚焦光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部透視圖。參照?qǐng)D5，包住變焦-聚焦模塊200的能夠是變焦-聚焦模塊外殼210。變焦-聚焦模塊外殼210可由各種材料制成，如不銹鋼、金屬合金 或塑料，并對(duì)變焦-聚焦模塊200的構(gòu)件提供保護(hù)免受檢查環(huán)境的危害。一些實(shí)施例可包括包圍變焦-聚焦模塊外殼210的附加的外殼。這個(gè)附加的外殼能夠包含一個(gè)密封的遠(yuǎn)端窗口，從而防止液體進(jìn)入變焦單元200，并且附加的外殼的遠(yuǎn)端可螺紋化以適應(yīng)各種頂端附件。位于變焦-聚焦模塊外殼210的遠(yuǎn)端的附近的能夠是孔徑凸輪槽216?？讖酵馆啿?16能夠是在變焦-聚焦模塊外殼210中的窄的開口，它沿變焦-聚焦模塊外殼210能夠在對(duì)于變焦-聚焦模塊200的中軸201傾斜的方向上延伸。組裝時(shí)，孔徑樞軸銷217延伸通過孔徑凸輪槽216，使得聚焦透鏡單元230沿變焦-聚焦模塊200內(nèi)的中軸201的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致孔徑樞軸銷217在孔徑凸輪槽216內(nèi)滑動(dòng)，繞變焦調(diào)整螺絲260樞轉(zhuǎn)次孔徑臂295。當(dāng)孔徑樞軸銷217位于孔徑凸輪槽216的近端時(shí)，次孔徑292能夠樞轉(zhuǎn)對(duì)齊在主孔徑290的前面的中軸201，并進(jìn)入第一孔徑位置。當(dāng)孔徑樞軸銷217位于孔徑凸輪槽216的遠(yuǎn)端時(shí)，次孔徑292能夠樞轉(zhuǎn)離開中軸201并朝著變焦-聚焦模塊外殼210的內(nèi)壁進(jìn)入第二孔徑位置。再次參照?qǐng)DI至圖4，圍繞著在位于最遠(yuǎn)端的聚焦架導(dǎo)軌臂236和變焦架臂226之間的導(dǎo)軌245的能夠是至少一個(gè)變焦彈簧280。在一個(gè)實(shí)施例中，變焦彈簧280可位于兩個(gè)導(dǎo)軌245中的每一個(gè)的周圍。位于聚焦透鏡單元230的近端和成像單元124之間、在變焦-聚焦車架240的近端和最近的聚焦架導(dǎo)軌臂236之間的導(dǎo)軌245的周圍，能夠是至少一個(gè)變焦彈簧270。在一個(gè)實(shí)施例中，變焦彈簧270能夠位于兩個(gè)導(dǎo)軌245的每個(gè)的周圍。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)聚焦透鏡單元230在變焦-聚焦模塊200內(nèi)向遠(yuǎn)端移動(dòng)時(shí)，變焦彈簧280能夠被壓縮，并且變焦彈簧270能夠放松。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)聚焦透鏡單元230在變焦-聚焦模塊200內(nèi)向近端移動(dòng)時(shí)，變焦彈簧280可放松，并且變焦彈簧270能夠被壓縮。
在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144能夠附連到透鏡控制線纜202的近端并能夠被激活以施加張力到透鏡控制線纜202并沿中軸201在變焦-聚焦模塊200內(nèi)使透鏡控制線纜202向近端移動(dòng)預(yù)定的距離，以達(dá)到預(yù)定的第一變焦-聚焦位置，或者使其向遠(yuǎn)端移動(dòng)預(yù)定的距離，以達(dá)到預(yù)定的第二變焦-聚焦位置。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144能夠是電動(dòng)馬達(dá)。在其它實(shí)施例中，透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144能夠是氣動(dòng)促動(dòng)器或螺線管。通過向近端移動(dòng)透鏡控制線纜202，張力能夠在透鏡控制線纜202中被建立，它能夠大于由變焦彈簧270所施加的遠(yuǎn)端定向力，從而拉動(dòng)聚焦透鏡單元230朝向車架近端243并壓縮變焦彈簧270。此外，孔徑樞軸銷217能夠向近端沿孔徑凸輪槽216移動(dòng)，從第二孔徑位置樞轉(zhuǎn)次孔徑295進(jìn)入在主孔徑290的前面的第一孔徑位置。當(dāng)聚焦透鏡單元230向近端移動(dòng)時(shí)變焦彈簧280的減壓能夠強(qiáng)制變焦透鏡單元220從第一變焦位置沿中軸201向遠(yuǎn)端到達(dá)第二變焦位置，其中在第一變焦位置變焦透鏡單元220的近端能夠壓住聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端，在第二變焦位置變焦透鏡單元220能夠從聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端向遠(yuǎn)端被移動(dòng)由變焦調(diào)整螺絲260的遠(yuǎn)端確定的距離。利用這些動(dòng)作，第一變焦-聚焦位置能夠?qū)崿F(xiàn)，即聚焦透鏡單元230已沿著變焦-聚焦模塊200內(nèi)的中軸201移動(dòng)到近位置中的第一聚焦位置，次孔徑295能夠樞轉(zhuǎn)到在主孔徑290前面的第一孔徑位置，并且變焦透鏡單元220已從聚焦透鏡單元230遠(yuǎn)離地移動(dòng)預(yù)定距離進(jìn)入第一變焦位置。此外，由于變焦透鏡單元220由變焦調(diào)整螺絲260附連到聚焦透鏡單元230，所以，盡管從聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端向遠(yuǎn)端移動(dòng)，變焦透鏡單元220還是沿中軸201向近端移動(dòng)預(yù)定的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一聚焦位置，變焦-聚焦模塊200能夠利用較小的次孔徑292提供一個(gè)目標(biāo)對(duì)象的放大的圖像，從而限制了入射到聚焦透鏡231的光量。通過這樣做，能夠預(yù)定在變焦-聚焦模塊200內(nèi)的聚焦透鏡單元230和變焦透鏡單元220的位置，使系統(tǒng)具有小的場深度以在成像器124上產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的聚焦的和放大的圖像。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，具有光學(xué)構(gòu)件的不同布置的不同的實(shí)施例可采用類似的移動(dòng)以產(chǎn)生相反的結(jié)果，即，在變焦-聚焦單元200內(nèi)的聚焦透鏡單元230和變焦透鏡單元220的位置能夠預(yù)先確定，使系統(tǒng)具有大的場深度以在成像器124上產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的聚焦的和不放大的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144的停用能夠放松在透鏡控制線纜202中的張力并向遠(yuǎn)端移動(dòng)聚焦透鏡單元230，實(shí)現(xiàn)了第二變焦-聚焦位置。透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144的停用所造成的變焦彈簧270去壓縮能夠推動(dòng)聚焦透鏡單元230隨著變焦調(diào)整螺絲260 —起向遠(yuǎn)端移動(dòng)。變焦調(diào)整螺絲260的向遠(yuǎn)端的移動(dòng)，導(dǎo)致變焦透鏡單元220的從第一變焦位置的移動(dòng)，直到變焦透鏡單元220的遠(yuǎn)端接觸到變焦-聚焦車架240的遠(yuǎn)端242，以限定第二變焦位置。壓縮變焦彈簧280需要的力的大小能夠比由壓縮彈簧270的去壓縮所施加的力小，且聚焦透鏡單元230繼續(xù)向遠(yuǎn)端移動(dòng)，壓縮變焦彈簧280并在聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端接觸到變焦透鏡單元220的近端時(shí)停止。此外，孔徑樞軸銷217能夠向遠(yuǎn)端沿孔徑凸輪槽216移動(dòng)，樞轉(zhuǎn)次孔徑292從第一孔徑位置離開主孔徑290進(jìn)入第二孔徑位置。由于這些 移動(dòng)，第二變焦-聚焦位置能夠?qū)崿F(xiàn)，即，聚焦透鏡單元230已從第一聚焦位置向遠(yuǎn)端進(jìn)入第二聚焦位置，使聚焦透鏡單元230的遠(yuǎn)端能夠沿中軸201壓縮變焦透鏡單元220的近端，次孔徑292能夠從第一孔徑位置旋轉(zhuǎn)到離開主孔徑290的第二孔徑位置，并且變焦透鏡單元220已經(jīng)從第一變焦位置移動(dòng)到第二變焦位置，使變焦透鏡單元220的遠(yuǎn)端能夠接觸變焦-聚焦車架240的遠(yuǎn)端242。在一個(gè)實(shí)施例中，在第二變焦-聚焦位置，變焦-聚焦模塊200能夠利用較大的主孔徑290產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的明亮和無放大的圖像，從而增加了入射到聚焦透鏡231上的光量。通過這樣做，能夠預(yù)定在變焦-聚焦模塊200內(nèi)的聚焦透鏡單元230和變焦透鏡單元220的位置，使系統(tǒng)具有大的場深度以在成像器124上產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的聚焦的、明亮的和不放大的圖像。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，具有光學(xué)構(gòu)件的不同布置的不同的實(shí)施例可采用類似的移動(dòng)以產(chǎn)生相反的結(jié)果，即，在變焦-透鏡單元200內(nèi)的聚焦透鏡單元230和變焦透鏡單元220的位置能夠預(yù)先確定，使系統(tǒng)具有小的場深度以在成像器124上產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的聚焦的和放大的圖像。定位在變焦-聚焦模塊200之外的透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)144能夠在變焦-聚焦模塊200內(nèi)提供附加的空間，從而允許使用更大、更簡單、更可靠和成本有效的機(jī)構(gòu)來提供兩個(gè)位置的變焦-聚焦能力。此外，利用彈簧或其它彈性裝置以實(shí)現(xiàn)第二變焦-聚焦位置的實(shí)施例能夠消除對(duì)附加的透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)的需求。這種方法不僅能夠通過允許較大的、更不復(fù)雜的機(jī)械、電子和光學(xué)器件來提高光學(xué)系統(tǒng)的可靠性和耐久性，而且還能夠降低成本。雖然在本文所述的示例性實(shí)施例都將聚焦透鏡230放得靠近變焦透鏡單元220，但應(yīng)理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出替代實(shí)施例，在其中，包括但不限于變焦透鏡單元220、聚焦透鏡單元230、主孔徑290和次孔徑292的光學(xué)系統(tǒng)的各種構(gòu)件的設(shè)計(jì)和配置能夠重新布置，而產(chǎn)生相同的光學(xué)效果。本書面說明使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，也使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)并執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍是指由權(quán)利要求限定、并可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例有與權(quán)利要求的字面文字沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面文字無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們意于在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于目標(biāo)對(duì)象成像的光學(xué)系統(tǒng)，包括 導(dǎo)軌，在所述導(dǎo)軌上可移動(dòng)地安裝聚焦透鏡單元和變焦透鏡單元； 所述聚焦透鏡單元包括至少一個(gè)聚焦透鏡和限制入射到所述聚焦透鏡上的光量的主孔徑，其中所述聚焦透鏡單元具有在所述導(dǎo)軌上的第一聚焦位置和在所述導(dǎo)軌上的第二聚焦位置，并且其中所述第一聚焦位置有與所述第二聚焦位置不同的場深度； 所述變焦透鏡單元包括至少一個(gè)變焦透鏡，其中所述變焦透鏡單元具有在所述導(dǎo)軌上的第一變焦位置和在所述導(dǎo)軌上的第二變焦位置，其中所述第一變焦位置具有與所述第二變焦位置不同的放大倍數(shù)； 鄰近所述聚焦透鏡單元的次孔徑，其中所述次孔徑在所述聚焦透鏡單元前是可移動(dòng)的，其中所述次孔徑具有第一孔徑位置和第二孔徑位置，并且其中所述第一孔徑位置允許有與所述第二孔徑位置不同的光量入射到所述聚焦透鏡上；和 透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)致所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌軸向移動(dòng)； 其中，所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第二聚焦位置軸向移動(dòng)到所述第一聚焦位置，導(dǎo)致所述次孔徑從所述第二孔徑位置移動(dòng)到所述第一孔徑位置以及所述變焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第二變焦位置軸向移動(dòng)到所述第一變焦位置，以改變所述場深度、所述放大倍數(shù)和入射到所述聚焦透鏡上的所述光量。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，還包括聚焦彈簧，其中，所述聚焦彈簧導(dǎo)致所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一聚焦位置軸向移動(dòng)到所述第二聚焦位置，導(dǎo)致所述次孔徑從所述第一孔徑位置移動(dòng)到所述第二孔徑位置和所述變焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一變焦位置軸向移動(dòng)到所述第二變焦位置，以改變所述場深度、所述放大倍數(shù)和入射到所述聚焦透鏡上的所述光量。
3.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)馬達(dá)。
4.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)促動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括螺線管。
6.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)還導(dǎo)致所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一聚焦位置軸向移動(dòng)到所述第二聚焦位置，導(dǎo)致所述次孔徑從所述第一孔徑位置移動(dòng)到所述第二孔徑位置，以及所述變焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一變焦位置軸向移動(dòng)到所述第二變焦位置，以改變所述場深度、所述放大倍數(shù)和入射到所述聚焦透鏡上的所述光量。
7.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)還導(dǎo)致所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一聚焦位置軸向移動(dòng)到所述第二聚焦位置，導(dǎo)致所述次孔徑從所述第一孔徑位置移動(dòng)到所述第二孔徑位置，以及所述變焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一變焦位置軸向移動(dòng)到所述第二變焦位置以改變所述場深度、所述放大倍數(shù)和入射到所述聚焦透鏡上的所述光量。
8.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)還導(dǎo)致所述聚焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一聚焦位置軸向移動(dòng)到所述第二聚焦位置，導(dǎo)致所述次孔徑從所述第一孔徑位置移動(dòng)到所述第二孔徑位置和所述變焦透鏡單元沿所述導(dǎo)軌從所述第一變焦位置軸向移動(dòng)到所述第二變焦位置，以改變所述場深度、所述放大倍數(shù)和入射到所述聚焦透鏡上的所述光量。
9.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括 連接所述聚焦透鏡單元和所述變焦透鏡單元的變焦調(diào)整螺絲；和 位于所述聚焦透鏡單元和所述變焦透鏡單元之間的變焦彈簧，其中從所述第二變焦位置到所述第一變焦位置的所述變焦透鏡單元的所述移動(dòng)是由所述變焦彈簧和由所述聚焦透鏡單元從所述第二聚焦位置到所述第一聚焦位置的所述移動(dòng)引起的。
10.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng),所述光學(xué)系統(tǒng)還包括 連接所述聚焦透鏡單元和所述變焦透鏡單元的變焦調(diào)整螺絲；和 位于所述聚焦透鏡單元和所述變焦透鏡單元之間的變焦彈簧，其中從所述第一變焦位置到所述第二變焦位置的所述變焦透鏡單元的所述移動(dòng)是由所述變焦彈簧和由所述聚焦透鏡單元從所述第一聚焦位置到所述第二聚焦位置的所述移動(dòng)引起的。
11.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括具有孔徑凸輪槽的變焦-聚焦模塊外殼，并且所述次孔徑還包括孔徑樞軸銷，其中所述孔徑樞軸銷沿所述孔徑凸輪槽的移動(dòng)導(dǎo)致所述次孔徑在所述第一孔徑位置和第二孔徑位置之間移動(dòng)。
12.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)還包括在所述聚焦透鏡單元中的次孔徑槽，其中所述次孔徑從所述第二位置到所述第一位置的所述移動(dòng)是所述次孔徑通過所述次孔徑槽的旋轉(zhuǎn)。
13.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述第一聚焦位置的所述場深度小于在所述第二聚焦位置的所述場深度。
14.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述第一變焦位置的所述放大倍數(shù)大于在所述第二變焦位置的所述放大倍數(shù)。
15.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，入射到在所述第一孔徑位置的所述聚焦透鏡上的所述光量少于入射到在所述第二孔徑位置的所述聚焦透鏡上的所述光量。
16.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述第一聚焦位置的所述場深度小于在所述第二聚焦位置的所述場深度。
17.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述第一變焦位置的所述放大倍數(shù)大于在所述第二變焦位置的所述放大倍數(shù)。
18.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，入射到在所述第一孔徑位置的所述聚焦透鏡上的所述光量少于入射到在所述第二孔徑位置的所述聚焦透鏡上的所述光量。
19.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述主孔徑大于所述次孔徑。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為用于提供兩個(gè)位置的變焦-聚焦的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)用于在視頻檢查設(shè)備中提供兩個(gè)位置的變焦-聚焦能力的系統(tǒng)，其包括附連到一組固定導(dǎo)軌上并與變焦透鏡單元連接的聚焦透鏡單元和主孔徑。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦透鏡單元可通過位于附近的透鏡移動(dòng)機(jī)構(gòu)的激活而沿著導(dǎo)軌移動(dòng)到第一位置，并可通過拉緊的聚焦彈簧的松弛而移動(dòng)到第二位置。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦透鏡單元在第一聚焦位置和第二聚焦位置之間的移動(dòng)引起在相應(yīng)的第一變焦位置和第二變焦位置和孔徑位置之間的變焦透鏡單元和次孔徑的移動(dòng),以提供目標(biāo)對(duì)象的無放大的圖像和放大的圖像。
文檔編號(hào)G02B23/24GK102782552SQ201080064406
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者C.A.本達(dá)爾, J.L.斯科特, T.A.基列克 申請(qǐng)人:通用電氣檢查技術(shù)有限公司