一种大靶面连续变焦光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大靶面连续变焦光学系统，包括光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为负的补偿组和光焦度为正的后固定组；通过变倍组和补偿组的相应地运动来实现光学系统的变焦。该连续变焦光学系统靶面为1英寸，适用于像素数为1920×1080、像元大小为7.4μm、靶面为1英寸的高清CCD或CMOS摄像机，也适用于像素数为1920×1080、像元大小为5.5μm、靶面为2/3英寸的高清CCD或CMOS摄像机。而且该光学系统的焦距为35mm～700mm，对远距离的观察能力相应地有了很大的提升，能够适用于高空飞行的机载光电系统，而且能够探测更远距离的目标，进而提高侦察、打击和远距离目标识别的能力，其应用范围十分宽广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机载光电设备的可见光光学系统，具体涉及一种大靶面连续变焦光学 系统。
技术介绍
载机的载重与其航程成反比关系，因此，适用于机载光电设备的可见光光学系统 要求其具有体积小、重量轻的特点；对于高空侦察、打击系统而言，要求光学系统既能做大 范围的目标搜索又能做小范围的目标跟踪、识别。所以，光学系统应具有焦距长、变倍比大、 分辨率高的特点。未来，机载光电设备将逐步由高清代替过去的标清设备，高清CCD或CMOS 成像器件的靶面均为2/3英寸或1英寸以上，但是现有的光学系统靶面小、焦距短，不能满 足高空侦察光电设备关于光学系统应具有高分辨率、作用距离远的要求。比如说：申请号 为201310723247. 1的中国专利申请文件中公开了一种机载变焦距镜头，该镜头的分辨率 是适配于1/3英寸的CCD，设计靶面小，不能与全高清摄像机匹配；而且，该镜头的焦距为 10. 5mm~300mm，整体焦距比较短，对远距离目标的探、识别能力有限，不能适用于高空飞 行的机载光电系统，所以，其应用有很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大靶面连续变焦光学系统，用以解决现有系统靶面小、 分辨率低，不能与高清CCD或CMOS摄像机不能匹配的问题。 为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种大靶面连续变焦光学系统，包括光焦度 为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为负的补偿组和光焦度为正的后固定组；通 过变倍组和补偿组的相对运动来实现光学系统的变焦；所述前固定组由四个透镜组成，变 倍组由三个透镜组成：第一变倍透镜、第二变倍透镜和第三变倍透镜，补偿组由两个透镜组 成：第一补偿透镜和第二补偿透镜，后固定组由七个透镜组成：第一至第七后固定透镜；所 述第二变倍透镜和第三变倍透镜组成第二胶合透镜组，所述第一补偿透镜和第二补偿透镜 组成第三胶合透镜组，所述补偿组和后固定组之间的光路上设有光阑，所述前固定组中的 第一前固定透镜为凹面向光阑的负透镜，第二前固定透镜为凹面向光阑的正透镜，第三前 固定透镜为凹面向光阑的正透镜，第四前固定透镜为凹面向光阑的正透镜，所述第一前固 定透镜和第二前固定透镜组成第一胶合透镜组；所述第一变倍透镜为双凹负透镜，第二变 倍透镜为双凹负透镜，第三变倍透镜为双凸正透镜；所述第一补偿透镜为双凹负透镜，第二 补偿透镜为凹面向光阑的负透镜；所述第一至第七后固定透镜依次为凸面向光阑的正透 镜、凸面向光阑的正透镜、双凸正透镜、双凹负透镜、凸面向光阑的正透镜、凸面向光阑的负 透镜和凹面向光阑的正透镜，第三后固定透镜、第四后固定透镜和第五后固定透镜组成第 四胶合透镜组。 所述光学系统的技术指标为：光学系统F# :5. 6 ;焦距：35mm~700mm ;靶面大小为 1英寸，应用于像素数为1920 X 1080、像元大小为7. 4 μ m、靶面为1英寸的C⑶或CMOS时， 视场为26. 56°~1.35° ;应用于像素数为1920X 1080、像元大小为5.5 μm、靶面为2/3英 寸的(XD或CMOS时，视场为19. 64°~0.99。。 所述前固定组和变倍组之间的空气间隔为IOmm~147. 82_，变倍组和补偿组之 间的间隔为6mm~95. 17mm，补偿组和后固定组之间的间隔为3mm~126. 88mm。 所述第一胶合透镜组与第三前固定透镜的间隔是0.2mm，第三前固定透镜与第四 前固定透镜之间的间隔为〇. 2_ ;第一变倍透镜与第二胶合透镜组之间的间隔为10_。 所述前固定组中的四个透镜中，至少有一个透镜的光学材料为H-FK61、H-FK71或 GaF2〇 所述前固定组中的四个透镜的材料分别是：H-ZF52、H-FK61、H-FK61和 H-ZLaF75A，所述变倍组中的三个透镜的材料分别是：H-ZLaF4LA、H-ZK9A和H-ZLaF75A，所 述补偿组中的两个透镜的材料分别是：H-ZK9A和H-ZLaF75A，所述后固定组中的七个透镜 的材料分别是：BaF2、H-ZLaF75A、H-FK61、H-ZLaF4LA、H-BaF8、H-ZLaF4LA 和 ZF13。 所述光学系统中还设有用于折转光路的第一反射镜和第二反射镜，第六后固定透 镜的出射光线通过第一反射镜的反射后射入第七后固定透镜中，光的传播方向改变90度； 第七后固定透镜的出射光线通过第二反射镜的反射后射出，光的传播方向再次改变90度； 通过第一反射镜和第二反射镜的作用，第六后固定透镜的出射光线与经第二反射镜的反射 后射出的光线之间的角度为180度。 第一后固定透镜与第二后固定透镜之间的间隔为7. 44_，第二后固定透镜与第 四胶合透镜组之间的间隔为〇. 15mm，第四胶合透镜组与第六后固定透镜之间的间隔为 0. 15_，第六后固定透镜与第一反射镜之间的间隔为15_，第一反射镜与第七后固定透镜 之间的间隔为45mm，第七后固定透镜与第二反射镜之间的间隔为40mm。 本专利技术的提供的连续变焦光学系统，其靶面为1英寸，适用于像素数为 1920 X 1080、像元大小为7. 4 μ m、靶面为1英寸的高清C⑶或CMOS，也适用于像元大小为 5. 5 μ m、靶面为2/3英寸的高清C⑶或CMOS。而且该光学系统的焦距为35mm~700mm，对 远距离目标的探测、识别能力相应地有了很大的提升，进而提高侦察、打击设备对远距离目 标的识别、跟踪能力，能够适用于高空飞行的机载光电系统，其应用范围十分宽广。【附图说明】 图1是大靶面连续变焦光学系统的结构示意图； 图2是短焦状态下的光学系统的结构示意图； 图3是中焦状态下的光学系统的结构示意图； 图4是长焦状态下的光学系统的结构示意图； 图5是短焦状态下的光学系统在空间频率901p/mm传递函数图； 图6是中焦状态下的光学系统在空间频率901p/mm传递函数图； 图7是长焦状态下的光学系统在空间频率901p/mm传递函数图； 图8是短焦状态下的光学系统场曲、畸变图； 图9是中焦状态下的光学系统场曲、畸变图； 图10是长焦状态下的光学系统场曲、畸变图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。 如图1所示的大靶面连续变焦光学系统，光线由物方入射到该光学系统中，沿着 光线传播方向，该光学系统依次包括光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、 光焦度为负的补偿组G3和光焦度为正的后固定组G4。补偿组G3和后固定组G4之间的光 路上设有光阑ST。 前固定组由四个透镜组成，分别是：第一前固定透镜为凹面向光阑的负透镜11， 第二前固定透镜为凹面向光阑的正透镜12,第三前固定透镜为凹面向光阑的正透镜13,第 四前固定透镜为凹面向光阑的正透镜14,其中，负透镜11与正透镜12组成第一胶合透镜 组；变倍组由三个透镜组成，分别是：第一变倍透镜为双凹负透镜21，第二变倍透镜为双凹 负透镜22,第三变倍透镜为双凸正透镜23,其中，负透镜22和正透镜23组成第二胶合透镜 组；补偿组由两个透镜组成，分别是：第一补偿透镜为双凹负透镜31，第二补偿透镜为凹面 向光阑的负透镜32,负透镜31和负透镜32组成第三胶合透镜组；后固定组由七个透镜组 成，分别是：第一至第七后固定透镜依次为凸面向光阑的正透镜41、凸面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大靶面连续变焦光学系统，包括光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为负的补偿组和光焦度为正的后固定组；通过变倍组和补偿组的相对运动来实现光学系统的变焦；所述前固定组由四个透镜组成，变倍组由三个透镜组成：第一变倍透镜、第二变倍透镜和第三变倍透镜，补偿组由两个透镜组成：第一补偿透镜和第二补偿透镜，后固定组由七个透镜组成：第一至第七后固定透镜；所述第二变倍透镜和第三变倍透镜组成第二胶合透镜组，所述第一补偿透镜和第二补偿透镜组成第三胶合透镜组，其特征在于，所述补偿组和后固定组之间的光路上设有光阑，所述前固定组中的第一前固定透镜为凹面向光阑的负透镜，第二前固定透镜为凹面向光阑的正透镜，第三前固定透镜为凹面向光阑的正透镜，第四前固定透镜为凹面向光阑的正透镜，所述第一前固定透镜和第二前固定透镜组成第一胶合透镜组；所述第一变倍透镜为双凹负透镜，第二变倍透镜为双凹负透镜，第三变倍透镜为双凸正透镜；所述第一补偿透镜为双凹负透镜，第二补偿透镜为凹面向光阑的负透镜；所述第一至第七后固定透镜依次为凸面向光阑的正透镜、凸面向光阑的正透镜、双凸正透镜、双凹负透镜、凸面向光阑的正透镜、凸面向光阑的负透镜和凹面向光阑的正透镜，第三后固定透镜、第四后固定透镜和第五后固定透镜组成第四胶合透镜组。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海清，田海霞，崔莉，赵新亮，李同海，
申请(专利权)人：凯迈洛阳测控有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41