CN209879126U - 大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，包括从物侧到像侧沿光轴依次设置的前固定物镜、前固定光学组件、高倍光阑、变倍光学组件、低倍光阑、补偿光学组件和后固定光学组件，前固定物镜的焦距和前固定光学组件的焦距均为正，变倍光学组件的焦距为负且沿光轴相对于前固定光学组件移动，补偿光学组件的焦距为正且沿光轴相对于后固定光学组件移动，后固定光学组件的焦距为负；高倍光阑设于前固定光学组件上固定不动，低倍光阑设于补偿光学组件上随补偿光学组件同步移动。本实用新型按照特定的轨迹沿光轴移动补偿光学组件和补偿光学组件而实现1:16连续变倍，具有结构简单、变倍比大、可用视野范围大等特点。

Description

大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头

技术领域

本实用新型涉及光学仪器设备，具体为一种大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头。

背景技术

连续变倍镜头，指有限远共轭距，倍率在一定范围内连续可调，工作距离保持不变的镜头。

随着机器视觉和工业自动化的不断发展，连续变倍镜头得到了越来越广泛的应用。目前主流的连续变倍镜头变倍范围为0.7X～4.5X，其变倍比为1:7，与之匹配的探测器像元尺寸为9μm左右，其能兼容的探测器靶面多为1/2英寸或者更小。

4.5μm或更小像元尺寸，2/3英寸以上靶面的探测器技术已经成熟并广泛使用，更高清晰度图像需求对连续变倍镜头的新要求是：变倍范围更大，光学分辨能力更好，能兼容更大靶面尺寸的探测器。

实用新型内容

为适应现有技术发展和应用要求，本实用新型提出了一种大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头。

能够解决上述技术问题的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其技术方案包括从物平面一侧到像平面一侧沿光轴依次设置的前固定物镜、前固定光学组件、高倍光阑、变倍光学组件、低倍光阑、补偿光学组件和后固定光学组件，所述前固定物镜的焦距和前固定光学组件的焦距均为正，所述变倍光学组件的焦距为负且沿光轴相对于前固定光学组件移动，所述补偿光学组件的焦距为正且沿光轴相对于后固定光学组件移动，所述后固定光学组件的焦距为负；所述高倍光阑设于前固定光学组件上固定不动，所述低倍光阑设于补偿光学组件上随补偿光学组件同步移动。

一种优化方案中，所述前固定物镜包括胶合在一起的双凸透镜Ⅰ和凹凸透镜Ⅰ，所述双凸透镜Ⅰ的物侧曲率半径大于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025；所述凹凸透镜Ⅰ的焦距为负，其凹面朝物侧而凸面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50。

一种优化方案中，所述前固定光学组件包括胶合在一起的凹凸透镜Ⅱ和双凸透镜Ⅱ，所述凹凸透镜Ⅱ的焦距为负，凹凸透镜Ⅱ的凸面朝物侧而凹面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50；所述双凸透镜Ⅱ物侧曲率半径小于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025。

一种优化方案中，所述变倍光学组件包括胶合在一起的双凹透镜和弯月透镜Ⅰ，所述双凹透镜物侧曲率半径大于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.6≤n_d≤1.7且40≤ν_d≤50；所述弯月透镜Ⅰ的凸面朝物方而凹面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.75≤n_d≤1.85且20≤ν_d≤30。

一种优化方案中，所述补偿光学组件包括胶合在一起的凹凸透镜Ⅲ和双凸透镜Ⅲ，所述凹凸透镜Ⅲ的焦距为负，凹凸透镜Ⅲ的凸面朝物侧而凹面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述双凸透镜Ⅲ的焦距为正，双凸透镜Ⅲ的像侧曲率半径大于物侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60。

一种优化方案中，所述后固定光学组件包括胶合在一起的弯月透镜Ⅱ和平凹透镜，所述弯月透镜Ⅱ的凹面朝物侧而凸面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述平凹透镜的凹面朝物而平面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60。

一种优化方案中，所述高倍光阑为光学倍率范围在5X(倍)～8X(倍)时光学***的孔径光阑，高倍光阑与双凸透镜Ⅱ靠像侧面的光学间隔为0；所述低倍光阑为光学倍率范围在0.5X(倍)～5X(倍)时光学***的孔径光阑，低倍光阑与凹凸透镜Ⅲ物侧面的光学间隔为0；所述变倍光学组件的焦距和补偿光学组件的焦距满足的比例关系，变倍光学组件的移动距离为0～38.85㎜，补偿光学组件匹配移动距离为0～33.95㎜。

为加入分光棱镜(或分光平片)等光学器件实现同轴照明，所述前固定物镜与前固定光学组件之间的光线为平行光。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头通过选择焦距为负的变倍光学组件和焦距为正的补偿光学组件且两者的焦距满足变倍光学组件沿光轴相对于前固定光学组件的移动范围为0～38.85㎜，相应的补偿光学组件沿光轴按特定轨迹相对于后固定光学组件的移动范围为0～33.95㎜，可在像面上形成稳定清晰的像，实现1:16的高变倍比。

2、本实用新型通过各光学元器件正、正、负、正、负的焦距组合，使得变倍光学组件和补偿光学组件位移轨迹不存在重叠，为机构布置提供方便。

3、本实用新型通过各光学元器件正、正、负、正、负的焦距组合，使得***场曲校正更加有利，从而实现了兼容1英寸靶面探测器的较大像方可用视野。

4、本实用新型中，前固定物镜和前固定光学组件之间通过的光线为平行光，二者间可加入分光棱镜(或分光平片)等光学器件实现同轴照明而不影响***成像质量和工作距离。

5、本实用新型中，双凸透镜Ⅰ和双凸透镜Ⅱ均采用特殊相对部分色散光学材料，显著减小了二级光谱，使得高倍NA可达到0.14，从而实现高分辨率。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的结构示意图。

图2为图1实施方式中变倍光学组件和补偿光学组件在光轴上调节位置的示意图。

图号标识：1、前固定物镜；1-1、双凸透镜Ⅰ；1-2、凹凸透镜Ⅰ；2、前固定光学组件；2-1、凹凸透镜Ⅱ；2-2、双凸透镜Ⅱ；3、变倍光学组件；3-1、双凹透镜；3-2、弯月透镜Ⅰ；4、补偿光学组件；4-1、凹凸透镜Ⅲ；4-2、双凸透镜Ⅲ；5、后固定光学组件；5-1、弯月透镜Ⅱ；5-2、平凹透镜；6、高倍光阑；7、低倍光阑。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，包括从物平面一侧到像平面一侧沿光轴依次向右设置的前固定物镜1、前固定光学组件2、高倍光阑6(光学倍率5X～8X时的光阑)、变倍光学组件3、低倍光阑7(光学倍率0.5X～5X(不包含)时的光阑)、补偿光学组件4和后固定光学组件5，所述前固定物镜1和前固定光学组件2之间的光线为平行光，如图1、图2所示。

所述前固定物镜1的焦距均为正，包括胶合在一起的双凸透镜Ⅰ1-1(在左)和凹凸透镜Ⅰ1-2(在右)，所述双凸透镜Ⅰ1-1的物侧(左)曲率半径大于像侧(右)曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025；所述凹凸透镜Ⅰ1-2的焦距为负，其凹面朝物侧(左)而凸面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50，如图1、图2所示。

所述前固定光学组件2的焦距均为正，包括胶合在一起的凹凸透镜Ⅱ2-1(在左)和双凸透镜Ⅱ2-2(在右)，所述凹凸透镜Ⅱ2-1的焦距为负，凹凸透镜Ⅱ2-1的凸面朝物侧(左)而凹面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50；所述双凸透镜Ⅱ2-2物侧(左)曲率半径小于像侧(右)曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025，如图1、图2所示。

所述变倍光学组件3的焦距为负且可沿光轴在前固定光学组件2一侧往复移动(0～38.85㎜)，包括胶合在一起的双凹透镜3-1和弯月透镜Ⅰ3-2，所述双凹透镜3-1物侧(左)曲率半径大于像侧(右)曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.6≤n_d≤1.7且40≤ν_d≤50；所述弯月透镜Ⅰ3-2的凸面朝物侧(左)而凹面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.75≤n_d≤1.85且20≤ν_d≤30，如图1、图2所示。

所述补偿光学组件4的焦距为正且可沿光轴在后固定光学组件5一侧往复移动(0～33.95㎜)，包括胶合在一起的凹凸透镜Ⅲ4-1(在左)和双凸透镜Ⅲ4-2(在右)，所述凹凸透镜Ⅲ4-1的焦距为负，凹凸透镜Ⅲ4-1的凸面朝物侧(左)而凹面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述双凸透镜Ⅲ4-2的焦距为正，双凸透镜Ⅲ4-2的像侧(右)曲率半径大于物侧(左)曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60，如图1、图2所示。

所述后固定光学组件5的焦距为负，包括胶合在一起的弯月透镜Ⅱ5-1(在左)和平凹透镜5-2(在右)，所述弯月透镜Ⅱ5-1的凹面朝物侧(左)而凸面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述平凹透镜5-2的凹面朝物侧(左)而平面朝像侧(右)，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60，如图1、图2所示。

所述高倍光阑6设于前固定光学组件2上，高倍光阑6与双凸透镜Ⅱ2-2靠像侧(右)面的光学间隔为0，如图1、图2所示。

所述低倍光阑7设于补偿光学组件4上，低倍光阑7与凹凸透镜Ⅲ4-1物侧(左)面的光学间隔为0，如图2所示。

所述变倍光学组件3的焦距与补偿光学组件4的焦距满足的关系式。

本实用新型一种实际设计方案为：

上述实施例仅表达了本实用新型一种较为具体和详细的实施，但并不能理解为对实用新型专利范围的限制。必须指出，对于本领域的技术人员而言，在不违背本实用新型思路的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：包括从物平面一侧到像平面一侧沿光轴依次设置的前固定物镜(1)、前固定光学组件(2)、高倍光阑(6)、变倍光学组件(3)、低倍光阑(7)、补偿光学组件(4)和后固定光学组件(5)，所述前固定物镜(1)的焦距和前固定光学组件(2)的焦距均为正，所述变倍光学组件(3)的焦距为负且沿光轴相对于前固定光学组件(2)移动，所述补偿光学组件(4)的焦距为正且沿光轴相对于后固定光学组件(5)移动，所述后固定光学组件(5)的焦距为负；所述高倍光阑(6)设于前固定光学组件(2)上固定不动，所述低倍光阑(7)设于补偿光学组件(4)上随补偿光学组件(4)同步移动。

2.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述前固定物镜(1)包括胶合的双凸透镜Ⅰ(1-1)和凹凸透镜Ⅰ(1-2)，所述双凸透镜Ⅰ(1-1)的物侧曲率半径大于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025；所述凹凸透镜Ⅰ(1-2)的焦距为负，其凹面朝物侧而凸面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50。

3.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述前固定光学组件(2)包括胶合的凹凸透镜Ⅱ(2-1)和双凸透镜Ⅱ(2-2)，所述凹凸透镜Ⅱ(2-1)的焦距为负，凹凸透镜Ⅱ(2-1)的凸面朝物侧而凹面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.55≤n_d≤1.65且40≤ν_d≤50；所述双凸透镜Ⅱ(2-2)物侧曲率半径小于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.45≤n_d≤1.55且75≤ν_d≤85，其相对部分色散相对“正常玻璃线”的偏离满足ΔP_gF≥0.025。

4.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述变倍光学组件(3)包括胶合的双凹透镜(3-1)和弯月透镜Ⅰ(3-2)，所述双凹透镜(3-1)物侧曲率半径大于像侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.6≤n_d≤1.7且40≤ν_d≤50；所述弯月透镜Ⅰ(3-2)的凸面朝物方而凹面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.75≤n_d≤1.85且20≤ν_d≤30。

5.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述补偿光学组件(4)包括胶合的凹凸透镜Ⅲ(4-1)和双凸透镜Ⅲ(4-2)，所述凹凸透镜Ⅲ(4-1)的焦距为负，凹凸透镜Ⅲ(4-1)的凸面朝物侧而凹面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述双凸透镜Ⅲ(4-2)的焦距为正，其像侧曲率半径大于物侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60。

6.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述后固定光学组件(5)包括胶合的弯月透镜Ⅱ(5-1)和平凹透镜(5-2)，所述弯月透镜Ⅱ(5-1)的凹面朝物侧而凸面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.7≤n_d≤1.8且20≤ν_d≤30；所述平凹透镜(5-2)的凹面朝物而平面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.5≤n_d≤1.6且50≤ν_d≤60。

7.根据权利要求1所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述高倍光阑(6)为光学倍率范围在5X～8X时光学***的孔径光阑，高倍光阑(6)与双凸透镜Ⅱ(2-2)靠像侧面的光学间隔为0；所述低倍光阑(7)为光学倍率范围在0.5X～5X时光学***的孔径光阑，低倍光阑(7)与凹凸透镜Ⅲ(4-1)物侧面的光学间隔为0；所述变倍光学组件(3)的焦距和补偿光学组件(4)的焦距满足的比例关系，变倍光学组件(3)的移动距离为0～38.85㎜，补偿光学组件(4)匹配移动距离为0～33.95㎜。

8.根据权利要求7所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：光学放大倍率范围为0.5X～8.0X，变倍比为1:16。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的大变倍比高分辨率大视野连续变倍镜头，其特征在于：所述前固定物镜(1)与前固定光学组件(2)之间的光线为平行光。