CN112394592B - 一种三组联动摄照一体光学结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种三组联动摄照一体光学结构，包括沿光线入射方向自左向右依次设置有前镜组、第一变倍组、第二变倍组、补偿组、后固定组、反扫镜、反射镜以及设置于成像靶左侧的滤色片切换组件，所述第一变倍组、第二变倍组、补偿组之间的空气间隔和焦距变化之间的点点对应关系转化为凸轮曲线，反扫镜设置于平行光路后固定组的两胶合组后部扫描成像。该光学机构实现焦距的连续变化，不需要自动对焦，实现全程连续高清成像，同时具有具有靶面大、宽谱段、高分辨率、体积紧凑、宽温度适应范围等特点。

Description

一种三组联动摄照一体光学结构

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种三组联动摄照一体光学结构。

背景技术

常规变焦镜头一般采用两组元变焦，即一个变倍组，一个补偿组，但存在变焦倍数受限的问题，特别是成像靶面尺寸比较大的情况下，倍数更难以做大，且受限于倍率色差难以矫正，轴外视场的调制传递函数一般都较低，只能适用于大像元尺寸的探测器，不能匹配小像素高分辨率探测器。另外一种实现方案为多组元变焦，每个运动组元需要对应的电机驱动，其中一个组元需要自动对焦，以补偿温度变化、物距变化引起的像面偏移，一般用于民用场合。当用于特殊场合时，例如军用领域，需要快速跟踪目标，自动对焦需要较长的时间，难以满足快速跟踪、快速定位、连续跟踪的需求。目前高清大靶面连续变焦系统，由于短焦端视场角大以及校正轴外色差的需求，还存在轴向、径向尺寸过大的问题，不能满足紧凑化需求。因此，必须采用新的方案，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三组联动摄照一体光学结构，该光学结构具有靶面大、宽谱段、高分辨率、体积紧凑、宽温度适应范围的特点。

本发明的技术方案在于：一种三组联动摄照一体光学结构，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前镜组、第一变倍组、第二变倍组、补偿组、后固定组、反扫镜、反射镜、滤光片切换组件；所述前镜组由第一负月牙透镜、第一双凸透镜、第一正月牙透镜、第二正月牙透镜，其中第一负月牙透镜和第一双凸透镜组成第一胶合组；所述第一变倍组由第一双凹透镜、第二负月牙透镜、第二双凸透镜、第二双凹透镜，其中第二负月牙透镜和第二双凸透镜组成第二胶合组；所述第二变倍组由第三正月牙透镜、第三负月牙透镜密接形成第三胶合组组成；所述补偿组由第三双凸透镜、第四负月牙透镜、第四双凸透镜、第五双凸透镜组成，其中第四负月牙透镜和第四双凸透镜组成第四胶合组；所述后固定组由第三双凹透镜、第五双凸透镜、第四双凹透镜、第六双凸透镜、第七双凸透镜、第五负月牙透镜、第八双凸透镜组成，其中第三双凹透镜和第五双凸透镜组成第五胶合组，第四双凹透镜和第六双凸透镜组成第六胶合组，所述第五负月牙透镜和第八双凸透镜组成第七胶合组。

进一步地，所述第七双凸透镜及第七胶合组设置于第六双凸透镜的右侧上方并与第六双凸透镜形成90°夹角，所述反扫镜斜向设置于夹角内，所述反射镜斜向设置于第七胶合组上侧，所述滤光片切换组件位于反射镜右侧。

进一步地，入射到反扫镜的光路为平行光路，所述反扫镜与入射光路的夹角为45°，所述反射镜为平面反射镜，反射镜与系统光轴的夹角为45°。

进一步地，所述前镜组与第一变倍组的移动范围为4.00mm~86.14mm，所述第一变倍组与第二变倍组之间的移动范围为102.63mm~4.41 mm，所述第二变倍组与补偿组之间的移动范围为28.71 mm ~3.15 mm，所述补偿组与后固定组之间的移动范围为4.50 mm ~46.86 mm。

进一步地，所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面弯向像面侧，胶合面两边的第一负月牙透镜和第一双凸透镜折射率之差大于0.19；所述第三胶合组中间为正折射力的胶合面，胶合面弯向物面侧，胶合面两边的第三正月牙透镜和第三负月牙透镜折射率之差大于0.35。

进一步地，所述滤光片切换组件包含2片滤色片，分别为红外截止滤光片和近红外滤光片。

进一步地，所述红外截止滤光片的滤光波段为0.4um~0.65um，所述近红外滤光片的滤光波段为0.7um~0.9um。

进一步地，所述前镜组及补偿组采用超低色散材料制成。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

该光学结构采用两个变倍组、一个补偿组，将第一变倍组、第二变倍组、补偿组之间的空气间隔和焦距变化之间的点点对应关系转化为凸轮曲线，实现焦距的连续变化，不需要自动对焦，实现全程连续高清成像。由于三组联动方案存在两个变倍组，有利于轴外像差的校正，有利于缩短变焦行程，并减小前镜组的最大通光高度，有利于减小系统的径向、轴向尺寸。在后固定组后设置反射镜，折叠光路，进一步强化了系统的紧凑化。在成像靶面前面设置滤色片切换组件，具有可见光与近红外工作波段切换功能。

光学系统成像靶面大，变倍比大，图像质量要求较高，因此在选型时选择正组补偿的初始结构，包含两个变焦组，这种结构有利于减小前镜组径向尺寸、光学轴向尺寸，降低系统二级光谱像差、倍率色差等，极大提高长焦时的轴上视场成像质量、长短焦最大轴外视场成像质量。在前固定组及补偿组采用超低色散材料(如H-FK61、H-FK71等材料)，进一步以降低系统的二级光谱像差，提高本光学系统在全工作谱段的调制传递函数，提升透雾成像质量。

该光学结构的滤色片组件可实现对红外截止滤光片（0.4um~0.65um），近红外滤光片（0.7um~0.9um）切换滤色片成像，具备透雾功能。

附图说明

图1为本发明的光学结构示意图；

图2为本发明的凸轮曲线示意图；

图中：A-前镜组、A1-第一负月牙透镜、A2-第一双凸透镜、A3-第一正月牙透镜、A4-第二正月牙透镜；

B-第一变倍组、B1-第一双凹透镜、B2-第二负月牙透镜、B3-第二双凸透镜、B4-第二双凹透镜；

C-第二变倍组、C1-第三正月牙透镜、C2-第三负月牙透镜；

D-补偿组、D1-第三双凸透镜、D2-第四负月牙透镜、D3-第四双凸透镜、D4-第五双凸透镜；

E-后固定组、E1-第三双凹透镜、E2-第五双凸透镜、E3-第四双凹透镜、E4-第六双凸透镜、E5-第七双凸透镜、E6-第五负月牙透镜、E7-第八双凸透镜；

F-反扫镜、G-反射镜、H-滤光片切换组件。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1和图2

一种三组联动摄照一体光学结构，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前镜组A、第一变倍组B、第二变倍组C、补偿组D、后固定组E、反扫镜F、反射镜G、滤光片切换组件HA；所述前镜组A由第一负月牙透镜A1、第一双凸透镜A2、第一正月牙透镜A3、第二正月牙透镜A4，其中第一负月牙透镜A1和第一双凸透镜A2组成第一胶合组；所述第一变倍组B由第一双凹透镜B1、第二负月牙透镜B2、第二双凸透镜B3、第二双凹透镜B4，其中第二负月牙透镜B2和第二双凸透镜B3组成第二胶合组；所述第二变倍组C由第三正月牙透镜C1、第三负月牙透镜C2密接形成第三胶合组组成；所述补偿组D由第三双凸透镜D1、第四负月牙透镜D2、第四双凸透镜D3、第五双凸透镜D4组成，其中第四负月牙透镜D2和第四双凸透镜D3组成第四胶合组；所述后固定组E由第三双凹透镜E1、第五双凸透镜E2、第四双凹透镜E3、第六双凸透镜E4、第七双凸透镜E5、第五负月牙透镜E6、第八双凸透镜E7组成，其中第三双凹透镜E1和第五双凸透镜E2组成第五胶合组，第四双凹透镜E3和第六双凸透镜E4组成第六胶合组，所述第五负月牙透镜E6和第八双凸透镜E7组成第七胶合组。

本实施例中，所述第七双凸透镜E5及第七胶合组设置于第六双凸透镜E4的右侧上方并与第六双凸透镜E4形成90°夹角，所述反扫镜斜向设置于夹角内，所述反射镜斜向设置于第七胶合组上侧，所述滤光片切换组件位于反射镜右侧。

本实施例中，入射到反扫镜的光路为平行光路，所述反扫镜与入射光路的夹角为45°，以保证反扫镜执行光路扫描功能。所述反射镜为平面反射镜，反射镜与系统光轴的夹角为45°，对光路进行折转，减小了整个系统的尺寸。通过反扫镜后放置的三片镜片以及反射镜，将平行光线聚焦于成像靶面位置处。

本实施例中，所述前镜组与第一变倍组的移动范围为4.00mm~86.14mm，所述第一变倍组B与第二变倍组C之间的移动范围为102.63mm~4.41 mm，所述第二变倍组C与补偿组D之间的移动范围为28.71 mm ~3.15 mm，所述补偿组D与后固定组E之间的移动范围为4.50mm ~46.86 mm。第一变倍组、第二变倍组、补偿组之间的空气间隔和焦距变化存在点点对应关系，将该对应关系转化为凸轮曲线，实现焦距的连续变化，不需要自动对焦，实现全程连续高清成像。

本实施例中，所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面弯向像面侧，胶合面两边的第一负月牙透镜A1和第一双凸透镜A2折射率之差大于0.19；所述第三胶合组中间为正折射力的胶合面，胶合面弯向物面侧，胶合面两边的第三正月牙透镜C1和第三负月牙透镜C2折射率之差大于0.35，用来平衡各焦距段的色差；同时对变倍组、补偿组进行适当复杂化，降低短焦的图像畸变，并减小运动组元的导程，使光学系统总长短。

本实施例中，所述前镜组及补偿组采用超低色散材料制成，如H-FK61、H-FK71等材料，进一步以降低系统的二级光谱像差，提高本光学系统在全工作谱段的调制传递函数，提升透雾成像质量。

本实施例中，光学结构镜片需满足下表1所示的参数要求。

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本实施例中，所述滤光片切换组件包含2片滤色片，分别为红外截止滤光片和近红外滤光片。所述红外截止滤光片的滤光波段为0.4um~0.65um，材料为H-K9L，所述近红外滤光片的滤光波段为0.7um~0.9um，材料为HB760。滤光片切换组件可实现对红外截止滤光片、近红外滤光片切换滤色片成像，具有可见光与近红外工作波段切换功能，以及具备透雾功能。

本实施例中，所述反射镜材料为JGS-1。

光学系统焦距达15mm~255mm，相对孔径优于1/6.0，成像器件照相分辨率4096×4096，摄像分辨率1920×1080（中心开窗），匹配3.45um×3.45um彩色数字CMOS探测器。可见光波段调制传递函数空间频率达145lp/mm，成像优良，分辨率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的三组联动摄照一体光学结构并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前镜组A、第一变倍组B、第二变倍组C、补偿组D、后固定组E、反扫镜、反射镜、滤光片切换组件；所述前镜组A由第一负月牙透镜A1、第一双凸透镜A2、第一正月牙透镜A3、第二正月牙透镜A4，其中第一负月牙透镜A1和第一双凸透镜A2组成第一胶合组；所述第一变倍组B由第一双凹透镜B1、第二负月牙透镜B2、第二双凸透镜B3、第二双凹透镜B4，其中第二负月牙透镜B2和第二双凸透镜B3组成第二胶合组；所述第二变倍组C由第三正月牙透镜C1、第三负月牙透镜C2密接形成第三胶合组组成；所述补偿组D由第三双凸透镜D1、第四负月牙透镜D2、第四双凸透镜D3、第五双凸透镜D4组成，其中第四负月牙透镜D2和第四双凸透镜D3组成第四胶合组；所述后固定组E由第三双凹透镜E1、第五双凸透镜E2、第四双凹透镜E3、第六双凸透镜E4、第七双凸透镜E5、第五负月牙透镜E6、第八双凸透镜E7组成，其中第三双凹透镜E1和第五双凸透镜E2组成第五胶合组，第四双凹透镜E3和第六双凸透镜E4组成第六胶合组，所述第五负月牙透镜E6和第八双凸透镜E7组成第七胶合组；所述前镜组与第一变倍组的移动范围为4.00mm~86.14mm，所述第一变倍组B与第二变倍组C之间的移动范围为102.63mm~4.41 mm，所述第二变倍组C与补偿组D之间的移动范围为28.71 mm ~3.15 mm，所述补偿组D与后固定组E之间的移动范围为4.50 mm ~46.86 mm；所述第一胶合组与第一正月牙透镜之间的间距为0.15mm，第一正月牙透镜与第二正月牙透镜之间的间距为0.15mm，第二正月牙透镜与第一双凹透镜之间的间距为4mm，第一双凹透镜与第二胶合组之间的间距为1.96mm，第二胶合组与第二双凹透镜之间的间距为1.56mm，第二双凹透镜与第三胶合组之间的间距为103.36mm，第三胶合组与第三双凸透镜之间的间距为28.71mm，第三双凸透镜与第四胶合组之间的间距为0.15mm，第四胶合组与第五双凸透镜之间的间隔为0.15mm，第五双凸透镜与第五胶合组之间的间距为1.5mm，第五胶合组与第六胶合组之间的间距为0.21mm，第六胶合组与第七双凸透镜之间的间距为26.74mm，第七双凸透镜与第七胶合组之间的间距为0.15mm。

2.根据权利要求1所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，所述第七双凸透镜E5及第七胶合组设置于第六双凸透镜E4的右侧上方并与第六双凸透镜E4形成90°夹角，所述反扫镜斜向设置于夹角内，所述反射镜斜向设置于第七胶合组上侧，所述滤光片切换组件位于反射镜右侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，入射到反扫镜的光路为平行光路，所述反扫镜与入射光路的夹角为45°，所述反射镜为平面反射镜，反射镜与系统光轴的夹角为45°。

4.根据权利要求1或2所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面弯向像面侧，胶合面两边的第一负月牙透镜A1和第一双凸透镜A2折射率之差大于0.19；所述第三胶合组中间为正折射力的胶合面，胶合面弯向物面侧，胶合面两边的第三正月牙透镜C1和第三负月牙透镜C2折射率之差大于0.35。

5.根据权利要求1或2所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，所述滤光片切换组件包含2片滤色片，分别为红外截止滤光片和近红外滤光片。

6.根据权利要求5所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，所述红外截止滤光片的滤光波段为0.4um~0.65um，所述近红外滤光片的滤光波段为0.7um~0.9um。

7.根据权利要求1所述的一种三组联动摄照一体光学结构，其特征在于，所述前镜组及补偿组采用超低色散材料制成。

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