双模多用途连续变焦光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双模多用途连续变焦光学系统，包括驱动机构和光阑，还包括从左向右依次排列的前固定镜组、变焦镜组、补偿镜组、像差稳定镜组和滤光片；前固定镜组的左侧为物面，滤光片的右侧为所述双模多用途连续变焦光学系统的焦面；所述前固定镜组、变焦镜组、补偿镜组、像差稳定镜组和滤光片的中心轴线同轴；所述驱动机构驱动变焦镜组、补偿镜组与像差稳定镜组在所述双模多用途连续变焦光学系统光轴方向前后直线移动实现连续变焦，在连续变焦过程中，双模多用途连续变焦光学系统的总长恒定；本发明专利技术提供一种体积小巧，结构紧凑，特别适用于光电吊舱，能够实现连续变焦功能，且具有高清视频摄像与超高清拍照成像两种工作模式的光学系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于电视摄像或照相的连续变焦光学系统，特别地，尤其适用于光电吊舱的光学系统。具体而言，本专利技术涉及一种具备光学透雾能力与低照度条件成像能力，可以实现连续变焦功能，且具有高清视频摄像与超高清拍照成像两种工作模式的光学系统设计。
技术介绍
现有技术中已有较为成熟的采用电视摄像机和红外热像仪的吊舱影像装置，以及单电视摄像机或红外热像仪的吊舱装置，这些装置虽具有视频录像功能，但由于电视摄像机或红外热像仪的视场较小、分辨率较低，难以实现在较远距离上对目标细节的确认，其使用功能还不尽完善；为了弥补上述不足，现有技术中已有采用电视摄像机、红外热像仪和数码相机三光集成或具有其中几种或更多种功能的吊舱影像装置。数码相机模块的增加，一方面，可以提供较大视场、较高分辨率的目标影像信息，另一方面，也使吊舱影像装置的性能更为完善。如：中国专利CN201235938 Y，公开了一种机载可见光摄像装置，采用电视摄像机与数码相机分孔径双光集成。中国专利CN104058099 A，公开了一种无人机小型摄录吊舱，同样采用了电视摄像机与数码相机分孔径双光集成。中国专利CN103395497 A，公开了一种无人机载光电吊舱，采用了非制冷红外、电视摄相机和数码相机分孔径三光集成。中国专利CN101811578 B公开了一种电力巡检无人直升机专用光电吊舱，也是采用了电视摄像机与任务相机或红外热像仪或紫外成像仪分孔径多光集成的方案。在现役装备上，加拿大的WESCAM公司的MX系列光电吊舱，美国FLIR公司的STAR SAFIRE系列光电吊舱，以色列CONTROP精密技术公司的iSea系列光电吊舱等，除了采用分孔径多光集成的方法，载有红外热像仪、电视摄像机、微光摄像机等常用载荷外，也均可搭载单独的数码相机载荷，各光电吊舱的功能也更加完善。但，上述各专利或装备均采用了电视摄像机与数码相机分孔径集成的设计方案，增加了整个吊舱影像装置的体积，提高了各成像子系统的集成难度，而且，所述各类吊舱装置的数码相机均不具备连续变焦功能，不能实现对目标区域的连续变焦成像侦查。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种体积小巧，结构紧凑，特别适用于光电吊舱，具备光学透雾能力与低照度条件成像能力，能够实现连续变焦功能，且具有高清视频摄像与超高清拍照成像两种工作模式的光学系统。本专利技术的技术方案如下：双模多用途连续变焦光学系统，包括驱动机构和光阑，驱动机构为凸轮-套筒、凸轮-导轨或其他类似驱动机构，其特殊之处在于：还包括从左向右依次排列的前固定镜组6、变焦镜组5、补偿镜组4、像差稳定镜组3和滤光片2；前固定镜组6的左侧为物面，滤光片2的右侧为所述双模多用途连续变焦光学系统的焦面；所述前固定镜组6、变焦镜组5、补偿镜组4、像差稳定镜组3和滤光片2的中心轴线同轴；所述驱动机构驱动变焦镜组5、补偿镜组4与像差稳定镜组3在所述双模多用途连续变焦光学系统光轴方向前后直线移动实现连续变焦，在连续变焦过程中，双模多用途连续变焦光学系统的总长恒定；在向长焦变化时，变焦镜组5朝向焦面1一侧运动；在向短焦变化时，变焦镜组5朝向物面一侧运动，运动过程中焦距连续变化，所述前固定镜组包括自左向右中心轴线同轴排列的第一胶合镜组和第二正透镜603；第一胶合镜组具有正折射力；所述变焦镜组5包括自左向右中心轴线同轴排列的第二胶合镜组、第三负透镜503和第四负透镜504；第二胶合镜组具有正折射力；所述补偿镜组4包括自左向右中心轴线同轴排列的具有正折射力的第4正透镜401、第三胶合镜组、具有正折射力的第6正透镜404、具有负折射力的第6负透镜405及具有正折射力的第7正透镜406；第三胶合镜组具有负折射力；所述光阑固定在第4正透镜401的左侧面上；所述像差稳定镜组3包括自左向右依次排列的第四胶合镜组和第8负透镜303；第四胶合镜组具有正折射力。所述各透镜均采用常用光学玻璃材料，具有较好的可获得与可加工特性；通过切换滤光片2可实现本专利技术彩色成像与透雾成像或低照度条件成像功能的切换。第一胶合镜组由第一负透镜601与第一正透镜602胶合构成。第二胶合镜组由第三正透镜501与第二负透镜502胶合而成。第三胶合镜组由第5正透镜402与第5负透镜403胶合而成。第四胶合镜组由第8正透镜301和第7负透镜302胶合构成。设所述第一负透镜601对d线的阿贝数vd601，设所述第一正透镜602对d线的阿贝数为vd602时，vd601和vd602满足以下条件式：vd601＜40；vd602＞60；能够对前固定镜组6内跨全变倍区域地相对于从可见光区域到近红外光区域的光而产生的色差良好地进行校正。设所述变焦镜组5的焦距为f5，设所述双模多用途连续变焦光学系统长焦端焦距为f1，设所述第三正透镜对d线的阿贝数为vd501，f1、f5和vd501满足以下条件式：9.4＜|f1/f5|＜11；vd501＜26；变焦镜组5，能够对与大口径化相伴而生的像差良好地进行校正，保证光学系统变焦迅速，并且能对跨全变倍区域的从可见光区域到近红外光区域的光产生的色差更好地进行校正。设所述补偿镜组4的焦距为f4，设所述第4正透镜401对d线的阿贝数为vd401，所述f1、f4和vd401满足以下条件式：5.8＜|f1/f4|＜7.6；vd401＞60；能够保证补偿镜组4运动平缓迅速，特别是能对短焦端中的彗差和色差的更好地进行校正。上述滤光片是红外截止滤光片、近红外带通滤光片、近红外长波滤光片或近红外截止滤光片。设与所述像差稳定镜组3的变倍相伴的从短焦端到长焦端的移动量Dt3，设变焦光学系统总长为TOTL时，满足以下的条件式：6＜TOTL/Dt3＜9；能够维持高的光学性能，并能够实现光学系统的小型化。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：本专利技术在全变焦段范围内，均可实现高清视频摄像；在靠近长焦端的某段焦距范围内可实现超高清拍照成像；两种模式可通过手动或自动指令进行控制切换，保证整个多用途连续变焦光学系统两种模式的切换特性。本专利技术光学结构，可实现大于14倍的连续变倍功能。在焦距连续变化的过程中，在视频成像或拍照成像两种模式下，所有焦距中心视场及边缘视场均具有较好的成像质量。由变焦镜组5、补偿镜组4和像差稳定镜组3组成的变焦核，按设计给定的运动规律连续运动，在内变焦过程中始终在光轴上前后移动，变倍时光圈F数连续变化，总长固定不变，质心变化较小，系统体积小，结构紧凑。本专利技术所述系统放置在焦面1前的滤光片2可更换。当光学系统需要工作于彩色成像条件时，切入红外截止滤光片，保证所成图像彩色信息均匀丰富；当光学系统需要工作于透雾或低照度模式时，切入近红外带通滤光片，此时，所成图像为黑白图像，保证整个双模多用途连续变焦光学系统的透雾或低照度成像特性。本专利技术所述系统的四个透镜组镜片总数数量少，具有较好的公差特性。各镜组所用光学材料均为常用光学玻璃材料，均具有较好的可获得与可加工特性。另外，所述各光学材料均可由国内外光学特性相近的光学玻璃材料进行替换选用。本专利技术所述光学系统光阑固定位于补偿镜组4靠近物面一侧透镜的外表面，可以保证变焦过程中光学系统相对孔径的连续变化，避免了为保持光学系统相对孔径恒定而采用复杂随动的可变光阑；另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
双模多用途连续变焦光学系统，包括驱动机构和光阑，其特征在于：还包括从左向右依次排列的前固定镜组(6)、变焦镜组(5)、补偿镜组(4)、像差稳定镜组(3)和滤光片(2)；前固定镜组(6)的左侧为物面，滤光片(2)的右侧为所述双模多用途连续变焦光学系统的焦面；所述前固定镜组(6)、变焦镜组(5)、补偿镜组(4)、像差稳定镜组(3)和滤光片(2)的中心轴线同轴；所述驱动机构驱动变焦镜组(5)、补偿镜组(4)与像差稳定镜组(3)在所述双模多用途连续变焦光学系统光轴方向前后直线移动实现连续变焦，在连续变焦过程中，双模多用途连续变焦光学系统的总长恒定；所述前固定镜组包括自左向右中心轴线同轴排列的第一胶合镜组和第二正透镜(603)；第一胶合镜组具有正折射力；所述变焦镜组(5)包括自左向右中心轴线同轴排列的第二胶合镜组、第三负透镜(503)和第四负透镜(504)；第二胶合镜组具有正折射力；所述补偿镜组(4)包括自左向右中心轴线同轴排列的具有正折射力的第4正透镜(401)、第三胶合镜组、具有正折射力的第6正透镜(404)、具有负折射力的第6负透镜(405)及具有正折射力的第7正透镜(406)；第三胶合镜组具有负折射力；所述光阑固定在第4正透镜(401)的左侧面上；所述像差稳定镜组(3)包括自左向右中心轴线同轴排列的第四胶合镜组和第8负透镜(303)；第四胶合镜组具有正折射力。...

【技术特征摘要】
1.双模多用途连续变焦光学系统，包括驱动机构和光阑，其特征在于：还包括从左向右依次排列的前固定镜组(6)、变焦镜组(5)、补偿镜组(4)、像差稳定镜组(3)和滤光片(2)；前固定镜组(6)的左侧为物面，滤光片(2)的右侧为所述双模多用途连续变焦光学系统的焦面；所述前固定镜组(6)、变焦镜组(5)、补偿镜组(4)、像差稳定镜组(3)和滤光片(2)的中心轴线同轴；所述驱动机构驱动变焦镜组(5)、补偿镜组(4)与像差稳定镜组(3)在所述双模多用途连续变焦光学系统光轴方向前后直线移动实现连续变焦，在连续变焦过程中，双模多用途连续变焦光学系统的总长恒定；所述前固定镜组包括自左向右中心轴线同轴排列的第一胶合镜组和第二正透镜(603)；第一胶合镜组具有正折射力；所述变焦镜组(5)包括自左向右中心轴线同轴排列的第二胶合镜组、第三负透镜(503)和第四负透镜(504)；第二胶合镜组具有正折射力；所述补偿镜组(4)包括自左向右中心轴线同轴排列的具有正折射力的第4正透镜(401)、第三胶合镜组、具有正折射力的第6正透镜(404)、具有负折射力的第6负透镜(405)及具有正折射力的第7正透镜(406)；第三胶合镜组具有负折射力；所述光阑固定在第4正透镜(401)的左侧面上；所述像差稳定镜组(3)包括自左向右中心轴线同轴排列的第四胶合镜组和第8负透镜(303)；第四胶合镜组具有正折射力。2.根据权利要求1所述的双模多用途连续变焦光学系统，其特征在于：第一胶合镜组由第一负透镜(601)与第一正透镜(602)胶合构成。3.根据权利要求2所述的双模多用途连续变焦光学系统，其特征在于：第二胶合镜组由第三正透镜(501)与第二负透镜(502)胶合而成...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲锐，杨洪涛，曹剑中，闫阿奇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61