專利名稱：：光學(xué)觀察系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及允許在平坦面上精確投影及觀察彎曲表面的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明可以用于防止或減少由微粒物質(zhì)導(dǎo)致的觀察誤差。
背景技術(shù)：
：照相機(jī)和目視系統(tǒng)常常用在觀察系統(tǒng)中，尤其用以觀察缺陷。但是，常規(guī)照相機(jī)鏡頭對于觀察彎曲表面來說可能不精確和/或足夠，因為通常在觀察系統(tǒng)中，成像物體被投影到平坦的CCD成像面上。校正該問題的一項技術(shù)是通過減小孔徑的尺寸而增加常規(guī)照相機(jī)鏡頭的景深。在特定應(yīng)用中，例如接觸透鏡觀察，減小孔徑尺寸帶來了額外的困難。接觸透鏡的較大曲率(約3.5mm的弧矢高度和14mm的直徑)阻止了整個透鏡表面的均勻聚焦。此外，對于漂浮在液體溶液中的物品，例如接觸透鏡，當(dāng)景深被調(diào)節(jié)為捕捉3.5mm的深度時，溶液中漂浮的碎屑也被聚焦，使得觀察技術(shù)不精確。本發(fā)明通過提供一種光學(xué)系統(tǒng)來改善檢查彎曲表面上的缺陷的能力，而解決此處列出的問題。具體實施例包括能夠觀g觸透鏡的表面及側(cè)面上的缺陷的光學(xué)系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過提供一組光學(xué)元件而沿特定彎曲表面減小數(shù)字照相機(jī)的景深來提供改善觀察分辨率的方法。在一些實施例中，所述特定彎曲表面可以是接觸透鏡。優(yōu)選將彎曲表面的像投影在平坦的CCD面上?？梢允褂枚鄠€光學(xué)元件；這樣的元件的可調(diào)節(jié)性質(zhì)可包括前后表面半徑、玻璃類型、元件之間間距、元件直徑以及元件厚度。對于每個可調(diào)節(jié)性質(zhì)可使用尺寸范圍。例如，在本發(fā)明的一個實施例中，第一元件的前表面半徑是在50到55mm之間；第一元件的后表面半徑是在-30到-35mm之間；第二元件的前表面半徑是在95到100mm之間；第二元件的后表面半徑是在-15到-20mm之間；第三元件的前表面半徑是在-15到-20mm之間；第三元件的后表面半徑是在-25到-30mm之間；第四元件的前表面半徑是在40到45mm之間；第四元件的后表面半徑是在10到15mm之間；第五元件的前表面半徑是在10到15mm之間；第五元件的后表面半徑是在-55到-60mm之間；第六元件的前表面半徑是在20到25mm之間；第六元件的后表面半徑是在-10到-15mm之間；以及第七元件的前表面半徑是在-15到-20mm之間。在一個相關(guān)實施例中，第一元件的直徑是在15到20mm之間；第二元件的直徑是在15到20mm之間；第三元件的直徑是在15到20mm之間；第四元件的直徑是在15到20mm之間；第五元件的直徑是在15到20mm之間；第六元件的直徑是在20到25mm之間；以及第七元件的直徑是在20到25.0mm之間。在相似實施例中，第一元件的厚度是在1到5mm之間；第二元件的厚度是在l到5mm之間；第三元件的厚度是在1到5mm之間；第四元件的厚度是在1到5mm之間；第五元件的厚度是在5到10mm之間；第六元件的厚度是在5到10mm之間；以及第七元件的厚度是在1到5mm之間。本發(fā)明的元件可以由FK3型玻璃或SFL6型玻璃制成。在本發(fā)明的使用七個光學(xué)元件的更具體實施例中，所述第一元件的前表面半徑可以為約51.9mm;所述第一元件的后表面半徑可以為約-32.0mm;所述第二元件的前表面半徑可以為約98.4mm;所述第二元件的后表面半徑可以為約-15.8mm;所述第三元件的前表面半徑可以為約-15.8mm;所述第三元件的后表面半徑可以為約-29.9mm;所述第四元件的前表面半徑可以為約40.5mm;所述第四元件的后表面半徑可以為約ll.lmm;所述第五元件的前表面半徑可以為約ll.lmm;所述第五元件的后表面半徑可以為約-58.1mm;所述第六元件的前表面半徑可以為約23.5mm;所述第六元件的后表面半徑可以為約-13.5111111;所述第七元件的前表面半徑可以為約-13.5mm;以及所述第七元件的后表面半徑可以為約-16.9mm。在一個相關(guān)實施例中，第一元件的后面和第二元件的前面之間的間距可以為約0.5mm;第二元件的后面和第三元件的前面之間的間距可以為約0.0mm;第三元件的后面和第四元件的前面之間的間距可以為約18.3mm;第四元件的后面和第五元件的前面之間的間距可以為約0.0mm;第五元件的后面和笫六元件的前面之間的間距可以為約1.9mm;以及第六元件的后面和第七元件的前面之間的間距可以為約O.Omm。在另一相關(guān)實施例中，第一元件的厚度可以為約3mm;第二元件的厚度可以為約4mm;第三元件的厚度可以為約1.7mm;第四元件的厚度可以為約2mm;第五元件的厚度可以為約6.7mm;第六元件的厚度可以為約8.5mm;以及第七元件的厚度可以為約2mm。圖l示出本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2示出與本發(fā)明結(jié)合使用的外殼。具體實施方式本發(fā)明旨在提高對彎曲物體所成的像的質(zhì)量，從而改善對彎曲物體的觀察，所述彎曲物體必須被:投影到平坦的電荷耦合器件(CCD)成l象面上。本發(fā)明允許照相機(jī)鏡頭通過減小景深而使用全開孔徑。景深限定了這樣的區(qū)域，在所述區(qū)域中，清楚顯示從前景到后景的所有元素。像中的景深由三個因素控制到主體的距離、焦距和用于捕捉圖像的孔徑。有必要理解，術(shù)語"景深"定義了一個有點"彈性"的概念可接受的清晰度。清晰度的感覺各人有所不同，當(dāng)使用"景深"的表達(dá)時，它實際是指對于具體應(yīng)用表現(xiàn)出足夠的清晰度以被或多或少地認(rèn)為處于聚焦的〗象中的區(qū)域。景深并不必須是精確清晰的區(qū)域，而是其中相對于事物是什么及其所用的目的而保持可辨認(rèn)所述事物的像的部分。例如，在一個觀察系統(tǒng)中，清晰度必須使得任何可能的缺陷，如果存在的話，都清楚可見。對于數(shù)字照相機(jī)來說，景深是特別關(guān)注的主題，因為景深比早期的膠片照相機(jī)更難以控制。在數(shù)字照相機(jī)中，例如CCD照相機(jī)，入射光線,皮稱為電荷耦合器件(CCD)的硅片接收。該珪晶片是固態(tài)的電子元件，該電子元件被微加工并被分割成稱為像素的單個光敏元件的陣列。小型照相機(jī)的微小成像傳感器要求使用短焦距，這又使這樣的照相機(jī)具有相比于35mm照相機(jī)的較長景深。因此，希望得到淺的景深更加困難。通常，當(dāng)主體靠近照相機(jī)時景深減?。灰馕吨?dāng)聚焦點靠近鏡頭，景深的可能范圍變小。另一方面，如果主體離照相機(jī)足夠遠(yuǎn)(對于小型照相機(jī)來說，這并不需要非常遠(yuǎn))，則景深延伸至無窮遠(yuǎn)。在本發(fā)明中，聚焦點優(yōu)選靠近照相機(jī)鏡頭。在一個示例性觀察系統(tǒng)中，例如用于接觸透鏡的觀察系統(tǒng)，待觀察的接觸透鏡優(yōu)選離照相機(jī)約35到55mm，以聚焦一些缺陷，例如淚滴或裂口。但是，在光學(xué)和觀察系統(tǒng)的不同配置下可以4吏用其他距離。本發(fā)明中通過使用光學(xué)元件系統(tǒng)將接觸透鏡的像投影在CCD成像傳感器上而獲得彎曲表面的清晰像。本發(fā)明通過使用一個或多個光學(xué)元件來根據(jù)彎曲表面的曲率減小景深而改善觀察。但是，在典型的接觸透鏡觀察系統(tǒng)中，接觸透鏡位于濕潤漕或鹽水溶液中。濕潤漕中時常會出現(xiàn)孩t粒物質(zhì)。因此，用于觀察的數(shù)字照相機(jī)的自動對焦會不注意地包括這些耀:粒物質(zhì)或?qū)乖谶@些孩i粒物質(zhì)上。才艮據(jù)曲率減小景深有效使得照相機(jī)獲得薄的彎曲的聚焦片，該聚焦片防止包括孩W立物質(zhì)的測量。在一個實施例中，光學(xué)系統(tǒng)包括多個光學(xué)元件。每個光學(xué)元件優(yōu)選具有以mm為單位測量的前表面半徑和后表面半徑。此外，每個光學(xué)元件具有從15mm到25mm的直徑。所述光學(xué)元件優(yōu)選由玻璃制成，具體為FK3或SFL6型的玻璃。增加光學(xué)元件的數(shù)目提供更好的聚焦和精確度。在具體實施例中，如圖l所示，光學(xué)元件系統(tǒng)被物理地置于待成〗象的彎曲表面或面80與平坦的CCD面90之間。第一光學(xué)元件10可具有50到55mm之間的前表面半徑以及-30到-35mm之間的后表面半徑。第一元件還可具有15到20mm之間的直徑，并可由FK3型玻璃制成。第二光學(xué)元件20可具有95到100mm之間的前表面半徑以及-15到-20mm之間的后表面半徑。第二元件還可具有15到20mm之間的直徑，并由FK3型玻璃制成。第三光學(xué)元件30可具有-15到-20mm之間的前表面半徑以及-25到-30mm之間的后表面半徑。第三元件還可具有15到20mm之間的直徑，并可由SFL6型玻璃制成。第四光學(xué)元件40可具有40到45mm之間的前表面半徑以及10到15mm之間的后表面半徑。第四元件可具有15到20mm之間的直徑，并可由SFL6型玻璃制成。第五光學(xué)元件50可具有約10到15mm之間的前表面半徑以及-55到-60mm之間的后表面半徑。第五元件還可具有15到20mm之間的直徑，并可由FK3型玻璃制成。第六光學(xué)元件60優(yōu)選可具有20到25mm之間的前表面半徑以及-10到-15mm之間的后表面半徑。第六元件還可具有20到25mm之間的直徑，并可由FK3型玻璃制成。第七光學(xué)元件70優(yōu)選具有-10到-15mm之間的前表面半徑以及-15到-20mm之間的后表面半徑。第七元件還可具有20到25mm之間的直徑，并可由SFL6型玻璃制成。在本發(fā)明的另一實施例中，第一元件10的后面和第二元件20的前面之間的間距可以是在0到5mm之間。第二元件20的后面和第三元件30的前面之間的間距可以包括從O到5mm的范圍，優(yōu)選Omm。第三元件30的后面和第四元件40的前面之間的間距可以是在15到18mm之間。第四元件40的后面和第五元件50的前面之間的間距可以包括從0到5mm的范圍，優(yōu)選Omm。第五元件50的后面和第六元件60的前面之間的間距可以是在1到5mm之間。第六元件60的后面和第七元件70的前面之間的間距可以包括從0到5mm的范圍，優(yōu)選Omm。在本發(fā)明又一實施例中，每個光學(xué)元件的厚度可以有所變化。在使用七個光學(xué)元件的實施例中，第一、第二、第三、第四和第七元件的厚度可以在l到5mm之間。第五和第六元件的厚度可以在5到10mm之間。本發(fā)明的一個具體實施例包括下表中的半徑、間距和直徑。術(shù)語"間距"被定義為某元件的后面和下一元件的前面之間的距離。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>該光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選被包含在外殼中，如圖2所示。所述外殼優(yōu)選具有可以精細(xì)調(diào)節(jié)第七光學(xué)元件70和CCD面90之間的距離以用于聚焦的機(jī)構(gòu)。它還可具有可調(diào)節(jié)孔徑，以控制穿過光學(xué)系統(tǒng)的光的量，用以控制成#>強(qiáng)度和景深。權(quán)利要求1.一種提高觀察分辨率的方法，包括提供一組光學(xué)元件，其中所述元件沿特定彎曲表面減小數(shù)字照相機(jī)的景深。2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述特定彎曲表面的像被記錄并投影在平坦的CCD面上。3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述一組光學(xué)元件包括7個光學(xué)元件，其中所述第一元件的前表面半徑為約51.9mm;所述第一元件的后表面半徑為約-32.0mm;所述第二元件的前表面半徑為約98.4mm;所述第二元件的后表面半徑為約-15.8mm;所述第三元件的前表面半徑為約-15.8mm;所述第三元件的后表面半徑為約-29.9mm;所述第四元件的前表面半徑為約40.5mm;所述第四元件的后表面半徑為約ll.lmm;所述第五元件的前表面半徑為約ll.lmm;所述第五元件的后表面半徑為約-58.1mm;所述第六元件的前表面半徑為約23.5mm;所述第六元件的后表面半徑為約-13.5mm;所述第七元件的前表面半徑為約-13.5111111;以及所述第七元件的后表面半徑為約-16.9mm。4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件由選自FK3型玻璃和SFL6型玻璃的材料制成。5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括第一元件的后面和第二元件的前面之間的間距為約0.5mm;第二元件的后面和第三元件的前面之間的間距為約O.Omm;第三元件的后面和第四元件的前面之間的間距為約18.3mm;第四元件的后面和第五元件的前面之間的間距為約0.0mm;第五元件的后面和第六元件的前面之間的間距為約1.9mm;以及第六元件的后面和第七元件的前面之間的間距為約O.Omm。6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一元件的直徑為約16.0mm;第二元件的直徑為約16.0mm;第三元件的直徑為約17.2mm;第四元件的直徑為約19.2mm;第五元件的直徑為約19.2mm;第六元件的直徑為約21.0mm;以及第七元件的直徑為約22.0mm。7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一元件的厚度為約3mm;第二元件的厚度為約4mm;第三元件的厚度為約1.7mm;第四元件的厚度為約2mm;第五元件的厚度為約6.7mm;第六元件的厚度為約8.5mm;以及第七元件的厚度為約2mm。8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述彎曲表面是接觸透鏡。9.一種通過提供至少7個光學(xué)元件提高觀察分辨率的方法，所述光學(xué)元件將數(shù)字照相才幾的景深減小為特定曲率，其中所述第一元件的前表面半徑是在50到55mm之間；所述第一元件的后表面半徑是在-30到-35mm之間；所述第二元件的前表面半徑是在95到100mm之間；所述第二元件的后表面半徑是在-15到-!20mm之間；所述第三元件的前表面半徑是在-15到-20mm之間；所述第三元件的后表面半徑是在-25到-30mm之間；所述第四元件的前表面半徑是在40到45mm之間；所述第四元件的后表面半徑是在10到15mm之間；所述第五元件的前表面半徑是在10到15mm之間；所述第五元件的后表面半徑是在-55到-60mm之間；所述第六元件的前表面半徑是在20到25mm之間；所述第六元件的后表面半徑是在-10到-15mm之間；以及所述第七元件的前表面半徑是在-15到-20mm之間。10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一元件的直徑是在15到20mm之間；所述第二元件的直徑是在15到20mm之間；所述第三元件的直徑是在15到20mm之間；所述第四元件的直徑是在15到20mm之間；所述第五元件的直徑是在15到20mm之間；所述第六元件的直徑是在20到25mm之間；以及所述第七元件的直徑是在20到25.0mm之間。11.如權(quán)利要求9的方法，其中所述第一元件的厚度是在1到5mm之間；所述第二元件的厚度是在1到5mm之間；所述第三元件的厚度是在1到5mm之間；所述第四元件的厚度是在1到5mm之間；所述第五元件的厚度是在5到10mm之間；所述第六元件的厚度是在5到10mm之間；以及所述第七元件的厚度是在1到5mm之間。12.如權(quán)利要求9的方法，其中所述彎曲表面是接觸透鏡。13.如權(quán)利要求9的方法，其中所述光學(xué)元件由選自FK3型玻璃和SFL6型玻璃的材料制成。14.一種通過提供至少7個光學(xué)元件提高觀察分辨率的方法，所述光學(xué)元件將數(shù)字照相機(jī)的景深減小為特定曲率。全文摘要本發(fā)明涉及允許在平坦面上精確投影及觀察彎曲表面的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明通過沿彎曲表面減小景深可以用于防止或減少由微粒物質(zhì)導(dǎo)致的觀察誤差。文檔編號G01M11/02GK101268353SQ200680034604公開日2008年9月17日申請日期2006年9月19日優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日發(fā)明者D·S-T·江,T·A·魯塞爾,偉譚申請人:諾瓦提斯公司