一种15mm～300mm可见光连续变焦光学系统的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型涉及一种15mm～300mm可见光连续变焦光学系统，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。该连续变焦光学系统F#为4.5，焦距为15mm～300mm，适配像元数为1024×768，像元尺寸为4.65μm×4.65μm的CCD或CMOS成像器件，光学系统第一透镜的前表面至焦平面的总长为180mm。该光学系统的分辨率相比于现有技术来说得到了很大程度的提升，适用于高清摄像机，也适用于一些对系统尺寸及重量有严格要求的机载光电系统。
【专利说明】
一种15mm~300mm可见光连续变焦光学系统
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及机载光电设备的可见光光学系统，具体涉及一种15mm~300mm可 见光连续变焦光学系统。
【背景技术】
[0002] 连续变焦系统在视场变化的过程中能够保持图像的连续性，在变化倍率时不会丢 失目标，是解决大视场搜索、小视场跟踪、识别、分析的最佳选择。机械补偿变焦系统通过变 倍组和补偿组的相对移动，各运动组份按不同的运动规律作较复杂的移动，达到完全防止 像面移动。它需要用机械加工办法加工成准确的凸轮，保证组份的准确移动。目前机械加工 水平完全有保证，确保镜头的焦距能够连续地改变，因此得到了迅速的发展和广泛的应用。
[0003] 目前，适用于机载光电系统的可见光摄像机要求光学系统具有重量轻、体积小、探 测距离远等特点，此外由过去的标清向高清方向发展，这对光学系统的分辨率提出了更高 要求。传统的机械补偿变焦距光学系统普遍存在着重量体积较大，不适用于机载设备、且分 辨率较低，不适用于高清摄像机。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是提供一种15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，用以解决 现有的可见光变焦光学系统的分辨率较低，不适用于高清摄像机的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种15mm~300mm可见光连续变焦光学 系统，包括沿着光线的传播方向从左向右依次同轴设置的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，所述补偿组和后固定组之 间的光路上设有光阑，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，依次为:第一前固定透镜、第二前固定透镜、第三前固定透镜和第四 前固定透镜，所述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，所述第一变倍透镜为凹面向光阑的负 透镜，第二变倍透镜为凹面向光阑的负透镜，第三变倍透镜为凹面向光阑的正透镜，所述第 二变倍透镜和第三变倍透镜组成第二胶合透镜组;所述补偿组由两个透镜组成:第一补偿 透镜和第二补偿透镜，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，所述第一补偿透镜和第二补偿透镜组成第三胶合透镜组;所述后固定组由七个透镜 组成:第一至第七后固定透镜，所述第一至第七后固定透镜依次为双凸正透镜、凸面向光阑 的正透镜、双凸正透镜、双凹负透镜、凹面向光阑的正透镜、双凹负透镜和双凸正透镜，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，第六后固定透镜和 第七后固定透镜组成第五胶合透镜组。
[0006] 所述光学系统实现的技术指标为：光学系#F# : 4.5 ;焦距：15mm~300mm;视场： 22.62°~1.14° ;适配像元数为1024 X 768，像元尺寸为4.65μπι X 4.65μπι的CCD或CMOS成像器 件。
[0007] 所述前固定组和变倍组之间的空气间隔为1.5mm~51.63mm，所述变倍组和补偿组 之间的间隔为2mm~32.28mm，所述补偿组和后固定组之间的间隔为1.5mm~51.33_。
[0008] 所述第一胶合透镜组与第三前固定透镜的间隔是〇. 15mm，第三前固定透镜与第四 前固定透镜之间的间隔为〇.15_;第一变倍透镜与第二胶合透镜组之间的间隔为1mm;第一 后固定透镜与第二后固定透镜之间的间隔为〇.15mm，第二后固定透镜与第四胶合透镜组之 间的间隔为1.7_，第四胶合透镜组与第五胶合透镜组之间的间隔为14.65_。
[0009] 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
[0010] 所述前固定组中的四个透镜的材料分别是:H-ZF52、H-ZK9A、H-ZK9A和H-FK61，所 述变倍组中的三个透镜的材料分别是:H-ZLaF4LA、H-FK61和H-ZF52，所述补偿组中的两个 透镜的材料分别是:H-LaF7和H-ZF52，所述后固定组中的七个透镜的材料分别是:H-ZK9A、 H-LaK6A、H-FK61、H-ZLaF4LA、H-FK61、H-ZLaF4IJ^PZF13。
[0011] 所述第一前固定透镜的靠近物方的表面与该光学系统的焦平面之间的距离为 180mm〇
[0012] 本实用新型的提供的可见光连续变焦光学系统，适用于像元数为1024X768,像元 尺寸为4.65μπι X 4.65μπι的CCD或CMOS成像器件，该光学系统的分辨率相比于现有技术来说 得到了很大程度的提升，适用于高清摄像机，也适用于一些对分辨率有严格要求的机载光 电系统。而且该光学系统的焦距为15mm~300mm，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，其应用范围十分 宽广。
【附图说明】
[0013] 图1是15mm~300mm可见光连续变焦光学系统的结构示意图；
[0014] 图2是短焦状态下的光学系统的结构示意图；
[0015] 图3是中焦状态下的光学系统的结构示意图；
[0016]图4是长焦状态下的光学系统的结构示意图；
[0017]图5是短焦状态下的光学系统在空间频率1081p/mm传递函数图；
[0018]图6是中焦状态下的光学系统在空间频率1081p/mm传递函数图；
[0019]图7是长焦状态下的光学系统在空间频率1081p/mm传递函数图；
[0020] 图8是短焦状态下的光学系统场曲、畸变图；
[0021] 图9是中焦状态下的光学系统场曲、畸变图；
[0022] 图10是长焦状态下的光学系统场曲、畸变图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0024] 如图1所示的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，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。
[0025]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:第一变倍透镜为凹面向光阑的负透镜21，第二变倍透镜为凹 面向光阑的负透镜22,第三变倍透镜为凹面向光阑的正透镜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，依次为双凸正透镜41、凸面向光阑的 正透镜42、双凸正透镜43、双凹负透镜44、凹面向光阑的正透镜45、双凹负透镜46和双凸正 透镜47，其中，正透镜43、负透镜44、正透镜45组成第四胶合透镜组，负透镜46和正透镜47组 成第五胶合透镜组。
[0026] 本实施例中：
[0027]该光学系统实现的技术指标为：
[0028] 波段:可见光波段;光学系#F#: 4.5;焦距：15mm~300mm;视场:22.62°~1.14° ;适 配像元数为1024 X 768，像元尺寸为4.65μπι X 4.65μπι的CXD或CMOS成像器件。并且，该光学系 统第一透镜的前表面(即第一前固定透镜11的靠近物方的表面)至焦平面的总长为180_。
[0029] 前固定组Gl和变倍组G2之间的空气间隔为1.5mm~51.63mm，变倍组G2和补偿组G3 之间的间隔为2mm~32.28mm，补偿组G3和后固定组G4之间的间隔为1.5mm~51.33mm。
[0030] 在前固定组Gl中，第一胶合透镜组与正透镜13的间隔是0.15mm，正透镜13与正透 镜14之间的间隔为0.15mm。
[0031]在变倍组G2中，负透镜21与第二胶合透镜组之间的间隔为1_。
[0032] 在后固定组G4中，正透镜41与正透镜42之间的间隔为0.15mm;正透镜42与第四胶 合透镜组之间的间隔为1.7_;第四胶合透镜组与第五胶合透镜组之间的间隔为14.65_。 [0033] 利用前固定组来校正长焦的各种像差，在前固定组中加入正透镜13与正透镜14两 个分离透镜，利用空气间隔的大小和半径的差别进行长焦端像差校正。而且，前固定组中的 四个透镜中，至少有一个凹面向光阑面的正透镜选用H-FK6UH-FK71或GaF2等超低色散的 光学材料，用于降低光学系统长焦端的二级光谱等像差。作为具体实施例，本实施例中，该 光学系统中所有透镜的所有表面形均为球面，没有非球面镜片，易加工制造，成本低。而且 系统中透镜所用的材料均为国产材料，具体为：前固定组中的四个透镜的材料分别是:11-ZF5 2、H-ZK9A、H-ZK9A和H-FK61，变倍组中的三个透镜的材料分别是：H-ZLaF4LA、H-FK61和 H-ZF52，补偿组中的两个透镜的材料分别是:H-LaF7和H-ZF52，后固定组中的七个透镜的材 料分别是：H-ZK9A、H-LaK6A、H-FK61、H-ZLaF4LA、H-FK61、H-ZLaF4LA 和 ZFl 3。
[0034] 表1为该光学系统的一组具体的结构参数。
[0035] 表 1
[0038] 光学系统在进行焦距变化时，通过变倍组和补偿组的相对移动来实现变焦，当系 统由短焦向长焦变化时，变倍组和补偿组相对于固定组一起向后运动，二组之间又按不同 的运动规律做相对移动以补偿像面的移动，达到完全保持像面稳定的效果。使用该光学系 统时，由于被观测目标距离会发生变化，这就会引起光学系统离焦，所以需要对该光学系统 进行调焦，采取移动前固定组中的透镜的方式实现光学系统的调焦，使像面调整到探测器 焦平面位置。变倍组本身要消色差，因为这样倍率色差容易校正一些，本身要消色差就要求 变倍组中至少有一组透镜是胶合透镜组，在胶合透镜组前加入负单个透镜，即单片在前，双 胶合在后的结构形式，胶合透镜组承担的光线是经过负单透镜21发散的光线，光线在胶合 透镜组的入射角减小从而能够减小像差;而补偿组的焦距不宜过长或过短，过长时补偿像 面位移需要的补偿量太大，过短时补偿组负担的相对孔径太大，像差校正困难。一般控制在 补偿组的焦距为变倍组的2.5倍左右。
[0039] 如图2,3和4所示，图2是短焦状态下的光学系统，图3是中焦状态下的光学系统，图 4是长焦状态下的光学系统。
[0040] 图5是短焦状态下的光学系统在空间频率1081p/mm传递函数图；图6是中焦状态下 的光学系统在空间频率l〇81p/mm传递函数图；图7是长焦状态下的光学系统在空间频率 1081p/mm传递函数图，从图5、6和7中可以看出，系统传递函数最低为0.3,满足设计的要求。 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，从图8、9和10可知，畸变在大小视场均小于4%。
[0041] 另外，说明书中没有详细描述的内容属于【背景技术】中的已被公开的申请文件中的 技术特征或者是本领域技术人员公知的现有技术。
[0042] 以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用 新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导， 设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理 和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于，包括沿着光线的传播方向 从左向右依次同轴设置的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，所述补偿组和后固定组之间的光路上设有光阑，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，依次为:第 一前固定透镜、第二前固定透镜、第三前固定透镜和第四前固定透镜，所述第一前固定透镜 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，所述第一变倍透镜为凹面向光阑的负透镜，第二变倍透镜为凹面向光阑 的负透镜，第三变倍透镜为凹面向光阑的正透镜，所述第二变倍透镜和第三变倍透镜组成 第二胶合透镜组;所述补偿组由两个透镜组成:第一补偿透镜和第二补偿透镜，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，所述第一补偿透镜和第二补 偿透镜组成第三胶合透镜组;所述后固定组由七个透镜组成:第一至第七后固定透镜，所述 第一至第七后固定透镜依次为双凸正透镜、凸面向光阑的正透镜、双凸正透镜、双凹负透 镜、凹面向光阑的正透镜、双凹负透镜和双凸正透镜，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，第六后固定透镜和第七后固定透镜组成第五胶合透 镜组。2. 根据权利要求1所述的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于，所述光 学系统实现的技术指标为:光学系#F #:4.5;焦距：15mm~300mm;视场:22.62°~1.14° ;适 配像元数为1024 X 768，像元尺寸为4.65μπι X 4.65μπι的C⑶或CMOS成像器件。3. 根据权利要求2所述的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于，所述前 固定组和变倍组之间的空气间隔为1.5mm~51.63mm，所述变倍组和补偿组之间的间隔为 2mm~32.28mm，所述补偿组和后固定组之间的间隔为1.5mm~51.33mm。4. 根据权利要求3所述的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于，所述第 一胶合透镜组与第三前固定透镜的间隔是〇.15mm，第三前固定透镜与第四前固定透镜之间 的间隔为〇.15_;第一变倍透镜与第二胶合透镜组之间的间隔为1mm;第一后固定透镜与第 二后固定透镜之间的间隔为0.15mm，第二后固定透镜与第四胶合透镜组之间的间隔为 1.7_，第四胶合透镜组与第五胶合透镜组之间的间隔为14.65_。5. 根据权利要求1、2、3或4所述的15mm~300_可见光连续变焦光学系统，其特征在于， 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。6. 根据权利要求5所述的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于，所述前 固定组中的四个透镜的材料分别是:H-ZF52、H-ZK9A、H-ZK9A和H-FK61，所述变倍组中的三 个透镜的材料分别是:H-ZLaF4LA、H-FK61和H-ZF52，所述补偿组中的两个透镜的材料分别 是:H-LaF7和H-ZF52，所述后固定组中的七个透镜的材料分别是:H-ZK9A、H-LaK6A、H-FK61、 H-ZLaF4LA、H-FK61、H-ZLaF4LA和ZF13。7. 根据权利要求1、2、3或4所述的15mm~300mm可见光连续变焦光学系统，其特征在于， 所述第一前固定透镜的靠近物方的表面与该光学系统的焦平面之间的距离为180_。
【文档编号】G02B15/17GK205581387SQ201620201921
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】吴海清, 崔莉, 田海霞, 李同海, 赵新亮
【申请人】凯迈（洛阳）测控有限公司