CN113671675A - 一种变f#连续变焦电视光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变F#连续变焦电视光学系统，包括由前至后同轴布置的前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4；前固定组1包括由前至后同轴布置的物镜一、物镜二、物镜三；变倍组2包括由前至后同轴布置的物镜四、物镜五；补偿一组3包括由前至后同轴布置的物镜六、物镜七；补偿二组4包括由前至后同轴布置的物镜八、物镜九、物镜十；入射光束依次通过前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4，会聚到探测器上成像。本发明实现了不需要借助可变机械光阑来改变变焦电视光学系统的F#，简化了光、机系统结构，增加系统可靠性。

Description

一种变F#连续变焦电视光学系统
技术领域
本发明属于光学系统设计技术领域，涉及一种变F#连续变焦电视光学系统。
背景技术
现代信息化战争要求光电系统集侦察、打击于一体。变焦电视作为经典必备光电传感器之一，利用其大视场实现大区域目标探测；利用小视场实现小区域目标识别。同时变焦电视由于焦距的连续变化，可以对目标的搜索、跟踪、识别、瞄准可以做到平顺过渡，不容易丢失目标。
常规的变焦电视多采用经典的四组元变焦光学方案，即由前固定组、变倍组、补偿组、后固定组四个组份构成，变倍组和补偿组构成运动组份。光阑置于后固定组上且光阑位置固定。为了有效控制光学系统的进光量，抑制成像器件的过饱和现象，同时为了光学系统像差校正，四组元变焦光学方案采用机械可变光阑来改变光学系统的F#，它利用光阑与入瞳的物象关系，通过改变机械可变光阑尺寸进而引起入瞳大小的改变，实现了变焦光学系统F#的改变。论文“高变倍比宽光谱连续变焦镜头设计”提供了一种焦距15mm～750mm，采用四组元变焦光学方案机械可变光阑的变F数方案设计，F数3.5～8的连续变焦电视镜头，系统压缩比0.73。机械可变光阑的使用会增加光机系统及控制系统的复杂程度，进而影响变焦电视正常成像的可靠性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题：针对现有变焦镜头光学系统普遍采用的四组元变焦光学方案，光阑位置固定且配合机械可变光阑的结构，由此造成光、机系统复杂、可靠性较低的问题，提出一种变F#连续变焦电视光学系统。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种变F#连续变焦电视光学系统，该光学系统采用多运动组份光学系统结构，包括前固定组、变倍组、补偿一组、补偿二组，其中变倍组、补偿一组、补偿二组为运动组份，多运动组份光学系统结构，增加了光学设计自由度，有利于光学系统像差校正及压缩其包络尺寸，实现了镜头尺寸的小型化、轻量化设计。
由于光阑与入瞳互为物象关系，光阑置于补偿一组上且有效通光口径尺寸大小在变焦全程恒定。此处光学系统F#的改变通过运动组份间的轴向相对运动进而引起各组份垂轴放大率的改变而改变，而非传统的改变光阑尺寸进而改变入瞳尺寸而实现光学系统F#的改变。
入射光束依次通过前固定组、变倍组、补偿一组、补偿二组最后会聚到探测器上，通过控制运动组份按一定的对应关系沿着轴向运动，可以实现连续变焦电视光学系统焦距和F数的连续变化。
(三)有益效果
上述技术方案所提供变F#连续变焦电视光学系统，技术效果体现在以下两个方面：
1、采用多运动组份光学系统结构，增加了设计自由度，有利于压缩光学系统包络尺寸和实现光电产品的小型化。
2、变焦光学系统入瞳直径的改变采用改变垂轴放大率而非物象关系的原理，实现了不需要借助可变机械光阑来改变变焦电视光学系统的F#，简化了光、机系统结构，增加系统可靠性。
附图说明
图1是变F数连续变焦电视光学系统原理图。
图2是图1中变焦距后的图示。
其中：1为前固定组，2为变倍组，3为补偿一组，4为补偿二组。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例为应用在光电瞄准吊舱中的变F数多组元轻小型连续变焦电视光学系统，如图1和图2所示。本发明优选实施例的光学系统包括由前至后同轴布置的前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4；前固定组1包括由前至后同轴布置的物镜一、物镜二、物镜三；变倍组2包括由前至后同轴布置的物镜四、物镜五；补偿一组3包括由前至后同轴布置的物镜六、物镜七；补偿二组4包括由前至后同轴布置的物镜八、物镜九、物镜十。光阑置于补偿一组3中物镜六的前表面上，光阑尺寸固定且通光口径大小为13mm。入射光束依次通过前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4，最后经滤光片会聚到探测器上。
该变焦电视光学系统在变焦过程中，除前固定组1外，变倍组2、补偿一组3、补偿二组4随着凸轮机构的驱动，按照预设的相对位置关系轴向相对移动，光阑亦随着补偿一组3一起轴向移动。组份间轴向相对移动进而引起组份垂轴放大率的改变，最终在改变焦距的同时，改变光学系统入瞳直径，进而改变光学系统的F#。
本优选实施例中变焦电视光学系统的结构参数见表1，变焦电视光学系统多重结构参数见表2。
表1变焦电视光学系统的结构参数
Figure BDA0003234179480000031
Figure BDA0003234179480000041
表2变焦电视光学系统多重结构参数
Figure BDA0003234179480000042
上述技术方案变F#连续变焦电视光学系统在变焦过程中，由光阑与入瞳的物像关系可知，变F#连续变焦电视光学系统采用改变组份的垂轴放大率而非物的大小(机械可变光阑采用)来实现光学系统F#的改变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，包括由前至后同轴布置的前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4；前固定组1包括由前至后同轴布置的物镜一、物镜二、物镜三；变倍组2包括由前至后同轴布置的物镜四、物镜五；补偿一组3包括由前至后同轴布置的物镜六、物镜七；补偿二组4包括由前至后同轴布置的物镜八、物镜九、物镜十；入射光束依次通过前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4，会聚到探测器上成像。
2.如权利要求1所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述补偿一组3中物镜六的前表面上设置光阑，光阑尺寸固定。
3.如权利要求2所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述变倍组2、补偿一组3、补偿二组4安装在凸轮驱动机构上，按照预设的相对位置关系轴向相对移动，改变焦距的同时，改变光学系统入瞳直径，进而改变光学系统的F#。
4.如权利要求3所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜三为胶合透镜，包括前后布置的胶合透镜31和胶合透镜32；物镜五为胶合透镜，包括前后布置的胶合透镜51和胶合透镜52；物镜七为胶合透镜，包括前后布置的胶合透镜71和胶合透镜72；物镜十为胶合透镜，包括前后布置的胶合透镜101和胶合透镜102。
5.如权利要求4所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜一光学材料为HZK9B_CDGM，物镜二光学材料为HQK3L_CDGM，胶合透镜31光学材料为HQK3L_CDGM，胶合透镜32光学材料为HZF3_CDGM，物镜四光学材料为HLAK12_CDGM，胶合透镜51光学材料为HLAK52_CDGM，胶合透镜52光学材料为HZF52A_CDGM，物镜六光学材料为HQK3L_CDGM，胶合透镜71光学材料为HQK3L_CDGM，胶合透镜72光学材料为HZLAF68B_CDGM，物镜八光学材料为HZF7LA_CDGM，物镜九光学材料为HQK3L_CDGM，胶合透镜101光学材料为HZLAF68B_CDGM，胶合透镜102光学材料为HZF7LA_CDGM。
6.如权利要求5所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜一前表面曲率半径为86.70952863mm，后表面曲率半径为-241.275267mm；物镜二前表面曲率半径为86.07258156mm，后表面曲率半径为-256.6543092mm；物镜三前表面曲率半径为56.94934198mm，胶合面曲率半径为-87.93388042mm，后表面曲率半径为83.07353575mm；物镜四前表面曲率半径为123.3122357mm，后表面曲率半径为22.31596957mm；物镜五前表面曲率半径为-18.74928489mm，胶合面曲率半径为16.90849924mm，后表面曲率半径为90.36106722mm；物镜六前表面曲率半径为19.4824736mm，后表面曲率半径为-44.94080039mm；物镜七前表面曲率半径为15.27100808mm，胶合面曲率半径为-27.3674519mm，后表面曲率半径为55.19446553mm；物镜八前表面曲率半径为24.71502916mm，后表面曲率半径为10.0682483mm；物镜九前表面曲率半径为8.568248302mm，后表面曲率半径为-12.04976225mm；物镜十前表面曲率半径为-8.902154328mm，胶合面曲率半径为7.56780053mm，后表面曲率半径为-27.53568267mm。
7.如权利要求6所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜一前表面有效口径为39.41136922mm，后表面有效口径为39.01263039mm；物镜二前表面有效口径为37.51499101mm，后表面有效口径为36.49704064mm；物镜三前表面有效口径为33.63672103mm，胶合面有效口径为32.28093729mm，后表面有效口径为29.36299635mm；物镜四前表面有效口径为16.76911229mm，后表面有效口径为14.75116791mm；物镜五前表面有效口径为14.37527111mm，胶合面有效口径为14.26278605mm，后表面有效口径为14.11356918mm；物镜六前表面有效口径为13mm，后表面有效口径为13.13451781mm；物镜七前表面有效口径为12.80442831mm，胶合面有效口径为12.07609122mm，后表面有效口径为11.51739699mm；物镜八前表面有效口径为10.09341705mm，后表面有效口径为9.378336542mm；物镜九前表面有效口径为9.65065619mm，后表面有效口径为9.185227613mm；物镜十前表面有效口径为8.074422746mm，胶合面有效口径为8.454882855mm，后表面有效口径为8.73647015mm。
8.如权利要求7所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜一厚度为5mm，所述物镜二厚度为5mm，所述胶合透镜31厚度为5.91mm，胶合透镜32厚度为2.5mm，所述物镜四厚度为1.8mm，所述胶合透镜51厚度为1.8mm，胶合透镜52厚度为3.1mm，所述物镜六厚度为3.36mm，所述胶合透镜71厚度为3.96mm，胶合透镜72厚度为1.801154758mm，所述物镜八厚度为1.801585734mm，所述物镜九厚度为4.380885345mm，所述胶合透镜101厚度为1.8mm，胶合透镜102厚度为3.439524152mm。
9.如权利要求8所述的变F#连续变焦电视光学系统，其特征在于，所述物镜一和物镜二的距离为0.5mm，物镜二和物镜三的距离为0.50012651mm，物镜四和物镜五的距离为3.188414992mm，物镜六和物镜七的距离为0.5mm，物镜八和物镜九的距离为0.5mm，物镜九和物镜十的距离为1.306021668mm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的变F#连续变焦电视光学系统在光学系统设计技术领域中的应用。
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