变焦镜头及光学探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变焦镜头及光学探测系统，变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像面依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组；变倍组、补偿组被配置为可沿光轴调节其相对于前固定组/后固定组的距离，以改变变焦镜头的焦距；后固定组被配置为包括有前透镜组和后透镜组；以及衍射元件，衍射元件被配置为能够在前透镜组与后透镜组之间切入或切出，使变焦镜头能够在光谱探测与光学成像两种功能之间切换。本发明专利技术在一个光学系统中实现了红外大视场成像、对特定区域的定点探测以及对特定区域目标进行识别的功能，在保证其光学性能的同时具有更好的集成度，对实现光学探测系统整机的小型化、轻量化具有重要的应用意义。轻量化具有重要的应用意义。轻量化具有重要的应用意义。

【技术实现步骤摘要】
变焦镜头及光学探测系统


[0001]本专利技术属于光学镜头
，具体涉及一种变焦镜头及光学探测系统。

技术介绍

[0002]在海平面目标物检测领域，由于海天背景气候变化复杂，使用传统红外成像探测形式，对特定目标物成像可能存在识别不清的问题，而容易出现“虚警”的情况；因此，通常需要结合光谱成像的形式来进一步识别目标物的具体信息。在监测视场范围内，如果采用光谱成像的形式进行探测，由于识别的目标物信息多，并且基于先验信息，可能出现多个位置“报警”的情况，此时就需要对多个区域位置进行识别。现有用于海面目标物的探测系统通常只具备进行红外成像探测或光谱成像探测的功能，需要在进行红外变焦成像探测后，对识别到的图像信息进行后端处理以识别目标物特定，不仅使用操作不方便，而且增加了系统成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种变焦镜头及光学探测系统，具备在满足目标物探测以及实现光谱分析功能的同时，实现高倍率光学变焦的功能。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像面依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组；所述变倍组、补偿组被配置为可沿光轴调节其相对于前固定组/后固定组的距离，以改变变焦镜头的焦距；所述后固定组被配置为包括有前透镜组和后透镜组；以及衍射元件，所述衍射元件被配置为能够在前透镜组与后透镜组之间切入或切出，并在切入衍射元件时可将入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向，使变焦镜头能够在光谱探测与光学成像两种功能之间切换。
[0005]在一些实施例中，所述前固定组被配置为具有正光焦度，所述变倍组被配置为具有负光焦度，所述补偿组被配置为具有正光焦度，所述后固定组被配置为具有正光焦度。
[0006]在一些实施例中，所述前透镜组与后透镜组均具有正光焦度。
[0007]在一些实施例中，所述变焦镜头中位于衍射元件两侧的镜组中分别配置有非球面透镜。
[0008]在一些实施例中，所述变倍组和后透镜组中配置有非球面透镜。
[0009]在一些实施例中，所述前固定组包括具有正光焦度的第一透镜和第二透镜；所述变倍组为具有负光焦度的第三透镜；所述补偿组为具有正光焦度的第四透镜；所述前透镜组包括具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；所述后透镜组为具有正光焦度的第七透镜。
[0010]在一些实施例中，所述衍射元件为衍射光栅。
[0011]在一些实施例中，在变倍组与补偿组之间的光路上设置用于限制设定视场光线通过的光阑元件。
[0012]在一些实施例中，所述光阑元件为设置在补偿组中的透镜上朝向变倍组一侧表面的光阑面。
[0013]另一方面，本专利技术还提供一种光学探测系统，包括所述的变焦镜头。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：该变焦镜头在实现大倍率光学变焦的同时能够实现在成像与光谱探测模式之间的切换，在一个光学系统中实现了红外大视场成像、对特定区域的定点探测以及对特定区域目标进行识别的功能，在保证其光学性能的同时具有更好的集成度，对实现光学探测系统整机的小型化、轻量化具有重要的应用意义，可实现在无人机上的搭载和应用。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0016]图1为本专利技术变焦镜头大视场监测组态结构示意图。
[0017]图2为本专利技术变焦镜头特定区域探测组态结构示意图。
[0018]图3为本专利技术变焦镜头特定区域目标光谱探测组态结构示意图。
[0019]图4为本专利技术变焦镜头一种实施方式在大视场监测组态下的结构及光路图。
[0020]图5为本专利技术变焦镜头一种实施方式在特定区域探测组态下的结构及光路图。
[0021]图6为本专利技术变焦镜头一种实施方式在特定区域目标光谱探测组态下的结构及光路图。
[0022]图7为本专利技术实施例中变焦镜头在大视场监测组态下的成像点列图。
[0023]图8为本专利技术实施例中变焦镜头在大视场监测组态下的MTF图。
[0024]图9为本专利技术实施例中变焦镜头在特定区域探测组态下的成像点列图。
[0025]图10为本专利技术实施例中变焦镜头在特定区域探测组态下的MTF图。
[0026]图11为本专利技术实施例中变焦镜头在特定区域目标光谱探测组态下的光谱点列图。
[0027]图12为本专利技术实施例中变焦镜头在特定区域目标光谱探测组态下的光谱成像点列图。
[0028]其中：G1、前固定组，G11、第一透镜，G12、第二透镜；G2、变倍组，G21、第三透镜；G3、补偿组，G31、第四透镜；G4、后固定组，G41、第五透镜，G42、第六透镜，G43、第七透镜；G5、衍射元件。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0030]参照图1、图2，该变焦镜头包括沿光轴从物侧至像侧依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，通过调整变倍组和补偿组相对于前固定组/后固定组的距离，以实现大视场监测和特定区域探测的功能。
[0031]参照图3，变焦镜头中通过设置能够在后固定组中切入或切出的衍射元件，实现在切入衍射元件时使入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量被分离至不同方向，在切出衍射元件时入射光正常通过，以实现变焦镜头能够在光谱探测与光学成像两种功能之间切换，从而使变焦镜头具备在对特定区域目标物进行成像后进行光谱探测识别的功能。
[0032]在常规的变焦镜头中，为实现光学变焦功能，其前固定组通常被配置为具有正光焦度，变倍组被配置为具有正光焦度，补偿组被配置为具有负光焦度，后固定组被配置为具有正光焦度，以保证变焦镜头的成像质量及综合性能；但在这种变焦镜头中切入衍射元件进行分光以实现光谱探测时，存在光谱分辨效果差的问题。针对这一问题，本专利技术对变焦镜头中各镜组光焦度之间的配置进行了改进，基于光谱分辨组态的适应性，将变焦镜头中前固定组配置为具有正光焦度，变倍组配置为具有负光焦度，补偿组配置为具有正光焦度，后固定组则配置为具有正光焦度，基于各镜组在光焦度上的组合配置，能够有效补偿衍射元件分光对光谱成像所造成的影响，从而很好地解决了光谱分辨效果差的问题。
[0033]基于衍射元件在切入时光谱分辨效果差的问题，本专利技术中进一步对后固定组的光焦度进行设计，这里后固定组中的透镜采用材料折射率较大的材料，如锗材料，使后固定组具有较大的光焦度且使其光焦度足以弥补衍射元件一级衍射对光束造成的偏折，从而能够更好地起到补偿分光对变焦镜头光谱分辨率所造成的影响。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.变焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物侧至像面依次设置的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组；所述变倍组、补偿组被配置为可沿光轴调节其相对于前固定组/后固定组的距离，以改变变焦镜头的焦距；所述后固定组被配置为包括有前透镜组和后透镜组；以及衍射元件，所述衍射元件被配置为能够在前透镜组与后透镜组之间切入或切出，并在切入衍射元件时可将入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向，使变焦镜头能够在光谱探测与光学成像两种功能之间切换。2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述前固定组被配置为具有正光焦度，所述变倍组被配置为具有负光焦度，所述补偿组被配置为具有正光焦度，所述后固定组被配置为具有正光焦度。3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述前透镜组与后透镜组均具有正光焦度。4.根据权利要求1或3所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中位于衍射元件两侧的镜组中分...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，王茂宇，蒲明博，许峻文，郭迎辉，张其，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：