一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，包括沿光路依次设置的前固定组、后固定组、正像镜、单正透镜以及目镜；固定组采用组合镜组形式，在原来的单个胶合镜组的基础上，额外增加两组胶合镜进行像差校正和光束整合，能够满足高性能经纬仪及同类观测设备的需求；同时，本发明专利技术采用单正透镜作为调焦镜组，大大简化了调焦结构，降低调节成本，缩短装调时间，也提高了调焦时单正透镜沿正像镜光轴前后移动的便利性；本发明专利技术能够应用于瞄准定向、天文观测等望远系统中，并可广泛适用于需要超近距离望远观测领域，能够实现对无穷远准直成像和近景摄影成像的宽景深调节。和近景摄影成像的宽景深调节。和近景摄影成像的宽景深调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统


[0001]本专利技术属于光学系统
，尤其涉及一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统。

技术介绍

[0002]调焦望远系统是实现一定范围内景物观测的典型光学系统，一般由物镜组和目镜组组成。物镜组用于将景物成像于目镜焦面上，再经目镜投射至人眼实现对景物的观测。调焦望远镜的物镜组由固定组合调焦组构成，固定组在观测过程中始终保持位置不变，而调焦组则需要根据观测景物的距离进行前后移动，实现对不同距离景物进行聚焦成像。光学系统能够清晰观测景物的距离为其景深，而对于望远系统其可观测最远的距离即为无穷远，而能够观测最近的距离则由系统的光学性能决定，能够观测近景距离越小，说明其景深越大。在一些特殊的瞄准定向、观测设备，如电子经纬仪，一般都需要望远系统具备宽景深，即尽可能的减小近景观测距离，以适应特殊的测量要求。一般用于测量的电子经纬仪准直焦距为f＝300mm左右，而要求的近景观测距离要求为l＝500mm，即焦距和近景观测距离之比为δ＝f:l＝3:5，可见，δ越大证明调焦能力越强。然而目前尚未见有公开的能够达到该调焦范围的宽景深望远光学系统设计。
[0003]通常的内调焦望远镜是最经典的望远系统之一，其固定组采用正透镜组，而调焦组则采用负透镜组，这种设计的优点是可以缩短系统的总长，但其调焦范围小，一般能够实现的δ＝f:l＝1:20，不能够满足如高精度电子经纬仪的观测要求。
[0004]而部分公开的设计种，如2012年，刘凯等公开了一套正调焦镜组的设计，进一步提升了望远系统的调焦范围，设计种焦距f＝241mm，可观测的近景距离为3m，δ也仅仅达到了1:12；同时，由于其固定组采用的是单胶合透镜组，光学性能优化潜力也受限，因此，其调焦范围仍不能满足高性能电子经纬仪的观测要求。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，简化了调焦结构，能够实现对无穷远准直成像和近景摄影成像的宽景深调节。
[0006]一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，包括沿光路依次设置的前固定组、后固定组、正像镜、单正透镜以及目镜；
[0007]所述前固定组用于聚焦待观测景物的出射光线，且前固定组由前正透镜组和后负透镜组组成，其中，所述前正透镜组包含一片弯月透镜和一片双胶合透镜，且该双胶合镜的第一个折射面为凸面，最后一个折射面为凹面，同时，弯月透镜的两个折射面均为凸面；所述后负透镜组由一片双胶合镜组成，且该双胶合镜的第一个折射面为凸面，最后一个折射面为凹面；
[0008]所述后固定组用于整合前固定组的出射光线，且后固定组由一片双胶合镜组成，且该双胶合镜的第一个折射面为凹面，最后一个折射面为凸面；
[0009]所述正像镜用于翻转后固定组的出射光线，使得该出射光线在单正透镜焦平面处的成像为正像；
[0010]所述单正透镜用于根据不同距离的待观测景物调节自身与正像镜之间的距离，以实现待观测景物在自身焦平面处的成像；
[0011]所述目镜用于观测单正透镜焦平面处得到的待观测景物图像。
[0012]进一步地，所述望远光学系统对无穷远处的待观测景物进行聚焦时，前固定组和后固定组的总焦距f1′
、单正透镜的焦距f2′
、望远光学系统的光学筒长L以及望远物镜总焦距f
′
满足如下第一关系式：
[0013][0014][0015][0016]其中，望远物镜由前固定组、后固定组、正像镜以及单正透镜组成，ΔL为根据设定的缩短系数得到的缩短距离，d0为望远光学系统对无穷远处的待观测景物进行聚焦时后固定组与单正透镜之间的间距。
[0017]进一步地，设定光学筒长L＝220mm，入瞳直径D1＝40mm，望远物镜总焦距f
′
＝344mm，缩短系数Q＝0.64时对应得到缩短距离ΔL＝124mm，则根据所述第一关系式得到d0＝114.4mm，f1′
＝425.5mm，f2′
＝53.99mm。
[0018]进一步地，所述望远光学系统对设定的最近距离l处的待观测景物进行聚焦时，前固定组和后固定组的总像距l1′
、单正透镜的像距l2′
以及望远光学系统的光学筒长L满足如下第二关系式：
[0019][0020]其中，d
s
为望远光学系统对设定的最近距离l处的待观测景物进行聚焦时后固定组与单正透镜之间的间距。
[0021]进一步地，当设定的最近距离l＝0.51m时，根据所述第二关系式得到d
s
＝60.5mm。
[0022]进一步地，所述前正透镜组中的弯月透镜的材料为H
‑
K50。
[0023]进一步地，所述前正透镜组中的胶合镜组材料分别为H
‑
LAK2\H
‑
ZF50。
[0024]进一步地，所述后负透镜组中的胶合镜组材料分别为ZF52\H
‑
ZLF53。
[0025]进一步地，所述后固定组中的胶合镜组材料分别为H
‑
ZLAF53/H
‑
ZK9A。
[0026]进一步地，所述正像镜和单正透镜的材料均为H
‑
K9L。
[0027]有益效果：
[0028]1、本专利技术提供一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，固定组采用组合镜组形式，在原来的单个胶合镜组的基础上，额外增加两组胶合镜进行像差校正和光束整合，能够满足高性能经纬仪及同类观测设备的需求；同时，本专利技术采用单正透镜作为调焦镜组，大大简化了调焦结构，降低调节成本，缩短装调时间，也提高了调焦时单正透镜沿正像镜光轴前
后移动的便利性；本专利技术能够应用于瞄准定向、天文观测等望远系统中，并可广泛适用于需要超近距离望远观测领域，能够实现对无穷远准直成像和近景摄影成像的宽景深调节。
[0029]2、本专利技术提供一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，本设计采用正单透镜调焦，降低了调焦结构的复杂度，调焦范围大，在实现长焦准直测量的同时实现了宽景深成像，近景观测距离减小到了0.51m，比目前公开的经纬仪调焦望远镜近景观测距离缩短了80％，且各项光学性能优良，能够更好地满足高性能电子经纬仪、全站仪等大范围变焦观测的使用需求。
附图说明
[0030]图1为宽景深望远光学系统结构图；
[0031]图2为望远系统基本光学参数；
[0032]图3为无穷远聚焦光路模型；
[0033]图4为近距离聚焦光路模型；
[0034]图5为调焦过程中调焦镜的运动轨迹；
[0035]图6为望远系统MTF图。
具体实施方式
[0036]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0037]为了进一步突破望远镜的调焦范围极限，本专利技术采用多镜组协同优化设计的方法，在大焦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的前固定组、后固定组、正像镜、单正透镜以及目镜；所述前固定组用于聚焦待观测景物的出射光线，且前固定组由前正透镜组和后负透镜组组成，其中，所述前正透镜组包含一片弯月透镜和一片双胶合透镜，且该双胶合镜的第一个折射面为凸面，最后一个折射面为凹面，同时，弯月透镜的两个折射面均为凸面；所述后负透镜组由一片双胶合镜组成，且该双胶合镜的第一个折射面为凸面，最后一个折射面为凹面；所述后固定组用于整合前固定组的出射光线，且后固定组由一片双胶合镜组成，且该双胶合镜的第一个折射面为凹面，最后一个折射面为凸面；所述正像镜用于翻转后固定组的出射光线，使得该出射光线在单正透镜焦平面处的成像为正像；所述单正透镜用于根据不同距离的待观测景物调节自身与正像镜之间的距离，以实现待观测景物在自身焦平面处的成像；所述目镜用于观测单正透镜焦平面处得到的待观测景物图像。2.如权利要求1所述的一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，其特征在于，所述望远光学系统对无穷远处的待观测景物进行聚焦时，前固定组和后固定组的总焦距f1′
、单正透镜的焦距f
′2、望远光学系统的光学筒长L以及望远物镜总焦距f
′
满足如下第一关系式：满足如下第一关系式：满足如下第一关系式：其中，望远物镜由前固定组、后固定组、正像镜以及单正透镜组成，ΔL为根据设定的缩短系数得到的缩短距离，d0为望远光学系统对无穷远处的待观测景物进行聚焦时后固定组与单正透镜之间的间距。3.如权利要求2所述的一种基于正镜调焦的宽景深望远光学系统，其特征在于，设定光学筒长L＝220mm，入瞳直径D1＝40mm，望远物镜总焦距f
′
＝344mm，缩短系数Q＝0.64时对应得到缩短距离ΔL＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，汪涛，王震，吴跃，刘莎，李永刚，董耀国，赵楠楠，徐滨，闫炜，
申请(专利权)人：北京航天计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：