CN114236791B - 一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，采用前置伽利略望远光学系统匹配后端会聚光学系统的光学构型方式实现大变倍比连续变焦光路，其中前置伽利略望远光学系统由连续变焦物镜组与目镜组构成；通过扫描摆镜的摆动实现扫描成像功能；采用可切换彩色滤光片、近红外滤光片、可见光偏振片的方式实现多模成像；采用机械补偿法——负组变倍正组补偿实现连续变焦，保证在整个变焦段均能提供高清晰的影像；采用多片低色散光学玻璃、胶合镜等措施平衡光学系统的三级像差、二级光谱，达到像质要求。

Description

一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统
技术领域
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种多模连续变焦光学系统。
背景技术
连续变焦镜头是一种焦距可连续变化、而像面位置保持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的成像系统。定焦红外热像仪在像面上欲得到不同大小的像，必须改变目标物体与镜头之间的距离或更换不同焦距的镜头。而连续变焦镜头可以连续改变系统焦距，因此，可以在像面上得到连续改变大小的目标像，对于光电探测及侦察、跟踪等都非常有利。连续变焦镜头作为各类光电系统的重要部件，广泛应用于光电侦察与监控等领域。
随着CCD、CMOS器件规模和分辨率的不断提高，以及对不同场景、环境条件下光电探测、监控的需求，需要连续变焦镜头兼顾彩色、近红外、偏振等多模高清成像需求以及扫描成像功能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，采用前置伽利略望远光学系统匹配后端会聚光学系统的光学构型方式实现大变倍比连续变焦光路，其中前置伽利略望远光学系统由连续变焦物镜组与目镜组构成；通过扫描摆镜的摆动实现扫描成像功能；采用可切换彩色滤光片、近红外滤光片、可见光偏振片的方式实现多模成像；采用机械补偿法——负组变倍正组补偿实现连续变焦，保证在整个变焦段均能提供高清晰的影像；采用多片低色散光学玻璃、胶合镜等措施平衡光学系统的三级像差、二级光谱，达到像质要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，包括从物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为正的补偿组、光焦度为负的目镜组、光焦度为正的后固定组、切换滤光片组和像面；
所述前固定组、变倍组、补偿组的焦距满足如下关系式：
0.55≤f1/ft≤0.70
0.65≤|f2/f3|≤0.80
其中，f1是前固定组的焦距值；f2是变倍组的焦距值；f3是补偿组的焦距值；ft是光学镜头最长焦的焦距值；
优选地，所述前固定组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度双胶合透镜和第一正光焦度双凸透镜；所述变倍组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的负光焦度双凹透镜和第一负光焦度三胶合透镜；所述补偿组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第二正光焦度双凸透镜和第二负光焦度三胶合透镜；所述目镜组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度弯月透镜和负光焦度双胶合透镜；所述后固定组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的扫描摆镜、第二正光焦度双胶合透镜、正光焦度三胶合透镜、负光焦度弯月透镜、固定平面反射镜和第二正光焦度弯月透镜；所述切换滤光片组包括彩色滤光片、近红外滤光片和可见光偏振片。
优选地，所述前固定组的第一正光焦度双胶合透镜和第一正光焦度双凸透镜采用低色散玻璃。
优选地，所述前固定组、变倍组、补偿组与目镜组构成前置伽利略望远光学系统。
优选地，所述变倍组、补偿组作相对轴上移动，完成连续变焦成像。
优选地，所述扫描摆镜通过摆动实现扫描成像功能。
优选地，所述切换滤光片组通过不同滤光片的切换，实现彩色、近红外、可见光偏振多模成像。
优选地，所述光学系统的工作光谱范围为400nm～900nm，焦距为25mm～255mm，变倍比为25倍，相对孔径为1:5.6，像面对角线高度为14mm，视场角为40°～1.587°。
优选地，所述像面为CCD或CMOS的像面。
本发明的有益效果如下：
1、本发明能构成连续变焦望远光路。
2、本发明的描摆镜R1接收来自连续变焦望远光路出射的准平行光，通过控制扫描摆镜R1的摆角补偿由于相对运动造成的像移，实现扫描成像功能。
3、本发明通过控制彩色滤光片A、近红外滤光片B、可见光偏振片C的切换，实现彩色、近红外、偏振多模成像。
附图说明
图1是本发明光学系统结构图，且是长焦距(255mm)光路图。
图2是本发明实施例中焦距a(200mm)光路图。
图3是本发明实施例中焦距b(100mm)光路图。
图4是本发明实施例短焦距(25mm)光路图。
图中，G1—前固定组，G2—变倍组，G3—补偿组，G4—目镜组，G5—后固定组，G6—切换滤光片组，G7—像面，L11-第一正光焦度双胶合透镜，L12-第一正光焦度双凸透镜，L21-负光焦度双凹透镜，L22-第一负光焦度三胶合透镜，L31-第二正光焦度双凸透镜，L32-第二负光焦度三胶合透镜，L41-第一正光焦度弯月透镜，L42-和负光焦度双胶合透镜，R1-扫描摆镜，L51-第二正光焦度双胶合透镜，L52-正光焦度三胶合透镜，L53-负光焦度弯月透镜，R2-固定平面反射镜，L54-第二正光焦度弯月透镜，A-彩色滤光片，B-近红外滤光片，C-可见光偏振片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，该连续变焦光学系统构型采用前置伽利略望远光学系统匹配后端会聚光学系统的光学构型方式实现大变倍比连续变焦光路，其中前置伽利略望远光学系统由连续变焦物镜组与目镜组构成；通过扫描摆镜的摆动实现扫描成像功能；采用可切换彩色滤光片、近红外滤光片、可见光偏振片的方式实现多模成像；采用机械补偿法——负组变倍正组补偿实现连续变焦，保证在整个变焦段均能提供高清晰的影像；采用多片低色散光学玻璃、胶合镜等措施平衡光学系统的三级像差、二级光谱，达到像质要求。
如图1所示，一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，包括从物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为正的补偿组G3、光焦度为负的目镜组G4、光焦度为正的后固定组G5、切换滤光片组G6和像面G7；
所述前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3的焦距满足如下关系式：
0.55≤f1/ft≤0.70
0.65≤|f2/f3|≤0.80
其中，f1是前固定组G1的焦距值；f2是变倍组G2的焦距值；f3是补偿组G3的焦距值；ft是光学镜头最长焦的焦距值；
优选地，所述前固定组G1包含从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度双胶合透镜L11和第一正光焦度双凸透镜L12；所述变倍组G2包含从物方到像方方向顺序共轴设置的负光焦度双凹透镜L21和第一负光焦度三胶合透镜L22；所述补偿组G3包含从物方到像方方向顺序共轴设置的第二正光焦度双凸透镜L31和第二负光焦度三胶合透镜L32；所述目镜组G4包含从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度弯月透镜L41和负光焦度双胶合透镜L42；所述后固定组G5包含从物方到像方方向顺序共轴设置的扫描摆镜R1、第二正光焦度双胶合透镜L51、正光焦度三胶合透镜L52、负光焦度弯月透镜L53、固定平面反射镜R2和第二正光焦度弯月透镜L54；所述切换滤光片组G6包含彩色滤光片A、近红外滤光片B和可见光偏振片C。
优选地，所述前固定组G1的第一正光焦度双胶合透镜L11和第一正光焦度双凸透镜L12采用低色散玻璃。
优选地，所述前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3与目镜组G4构成前置伽利略望远光学系统。
优选地，所述变倍组G2、补偿组G3作相对轴上移动，完成连续变焦成像。
优选地，所述扫描摆镜R1通过摆动实现扫描成像功能。
优选地，所述切换滤光片组G6通过不同滤光片的切换，实现彩色、近红外、可见光偏振多模成像。
优选地，所述光学系统的工作光谱范围为400nm～900nm，焦距为25mm～255mm，变倍比为25倍，相对孔径为1:5.6，像面对角线高度为14mm，视场角为40°～1.587°。
优选地，所述像面G7为CCD或CMOS的像面。
具体实施例：
一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，设计参数如表1和表2：
表1光路光学参数表(单位：mm)
表中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间隔是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面S1的间隔，即表面S1至表面S2间的距离。
表2透镜组距离参数表
其中，D12表示前固定组G1、变倍组G2之间距离；D23表示变倍组G2、补偿组G3之间距离；D34表示补偿组G3、目镜组G4之间距离。
通过在轴上移动变倍组G2和补偿组G3，完成连续变焦成像，图1是长焦距(255mm)光路图，图2是焦距a(200mm)光路图，图3是本发明中焦距b(100mm)光路图，图4是本发明短焦距(25mm)光路图。

Claims (8)

1.一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，由物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为正的补偿组、光焦度为负的目镜组、光焦度为正的后固定组、切换滤光片组和像面组成；
所述前固定组、变倍组、补偿组的焦距满足如下关系式：
0.55≤f1/ft≤0.70
0.65≤|f2/f3|≤0.80
其中，f1是前固定组的焦距值；f2是变倍组的焦距值；f3是补偿组的焦距值；ft是光学镜头最长焦的焦距值,
所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度双胶合透镜和第一正光焦度双凸透镜；所述变倍组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的负光焦度双凹透镜和第一负光焦度三胶合透镜；所述补偿组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第二正光焦度双凸透镜和第二负光焦度三胶合透镜；所述目镜组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的第一正光焦度弯月透镜和负光焦度双胶合透镜；所述后固定组包括从物方到像方方向顺序共轴设置的扫描摆镜、第二正光焦度双胶合透镜、正光焦度三胶合透镜、负光焦度弯月透镜、固定平面反射镜和第二正光焦度弯月透镜；所述切换滤光片组包括彩色滤光片、近红外滤光片和可见光偏振片。
2.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定组的第一正光焦度双胶合透镜和第一正光焦度双凸透镜采用低色散玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述前固定组、变倍组、补偿组与目镜组构成前置伽利略望远光学系统。
4.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述变倍组、补偿组作相对轴上移动，完成连续变焦成像。
5.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述扫描摆镜通过摆动实现扫描成像功能。
6.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述切换滤光片组通过不同滤光片的切换，实现彩色、近红外、可见光偏振多模成像。
7.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述光学系统的工作光谱范围为400nm～900nm，焦距为25mm～255mm，变倍比为25倍，相对孔径为1:5.6，像面对角线高度为14mm，视场角为40°～1.587°。
8.根据权利要求1所述的一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学系统，其特征在于，所述像面为CCD或CMOS的像面。
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