CN211402912U - 一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统，包括调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组，调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组沿光线入射方向顺次设置。中固定镜组包括第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜，第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜沿光线入射方向顺次设置。在变焦运动过程中，变倍镜组和补偿镜组在中固定镜组的前、后分别按照一定的轨迹以最优的方式作曲线运动，在达到最大限度变焦效果的同时，能使光学系统的外形尺寸更小，更易实现长焦距、高倍率变焦镜头的小型化。在相对孔径(或F数)变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。

Description

一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学仪器领域中的连续变焦光学系统，尤其是指一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统。

背景技术

现有的连续变焦光学系统基本上由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组构成。对于长焦焦距较短、变倍倍率较小的连续变焦光学系统而言，这种结构形式显得十分简洁、成熟。然而，对于长焦焦距较长，变倍倍率较大的连续变焦光学系统，当分辨率要求较高时，如果仍然采用这种结构形式，则前固定组势必复杂化，像差平衡难度增大，从而导致光学系统结构复杂，成本升高。同时，这种结构的孔径光阑常常位于后固定组前，对于变F数而言，当系统的焦距变化时，孔径光阑的通光口径也必然随之而变化，对于后续的调光而言难度加大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种尺寸较小、图像质量较高、调光控制方便的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统，包括调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组，所述调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组沿光线入射方向顺次设置；

所述中固定镜组包括第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜，所述第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜沿光线入射方向顺次设置。

进一步地，所述调焦镜组包括第一凸凹透镜、第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜，所述第一凸凹透镜、第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜构成第一胶合镜组。

进一步地，所述变倍镜组包括第一平凸透镜和第三双凹透镜，所述第一平凸透镜和第三双凹透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第一平凸透镜和第三双凹透镜构成第二胶合镜组。

进一步地，所述补偿镜组包括第二双凸透镜、第三凸凹透镜和第二凸平透镜，所述第二双凸透镜、第三凸凹透镜和第二凸平透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第三凸凹透镜和第二凸平透镜构成第三胶合镜组。

进一步地，所述后固定镜组包括第三双凸透镜、第四双凹透镜、第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜，所述第三双凸透镜、第四双凹透镜、第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第三双凸透镜和第四双凹透镜构成第四胶合镜组，所述第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜构成第五胶合镜组。

进一步地，该系统还包括保护窗，所述保护窗设置于所述调焦镜组前方，所述保护窗和调焦镜组沿光线入射方向顺次设置。

进一步地，该系统还包括CCD靶面系统，所述CCD靶面系统设置于所述后固定镜组后方，所述后固定镜组和CCD靶面系统沿光线入射方向顺次设置。

进一步地，该系统的焦距为50-500mm，F数为F/4-F/6。

进一步地，该系统的最大通光孔径为φ90mm，最大光学筒长小于480mm。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，其光学结构形式由调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组构成。在变焦运动过程中，变倍镜组和补偿镜组在中固定镜组的前、后分别按照一定的轨迹以最优的方式作曲线运动，在达到最大限度变焦效果的同时，能使光学系统的外形尺寸更小，更易实现长焦距、高倍率变焦镜头的小型化。在相对孔径(或F数)变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构：

图1为本实用新型的光学系统结构图；

图2为本实用新型的光学系统短焦MTF vs FLD曲线图；

图3为本实用新型的光学系统中焦MTF vs FLD曲线图；

图4为本实用新型的光学系统长焦MTF vs FLD曲线图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1以及图4，本实用新型提供了一种具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，包括调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组，反射光线从物方依次经过调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组后到达观察者视野或者图像接收设备。由调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组构成的变焦结构形式，光学系统的像差更容易控制，图像质量更优异。以下对各个镜组进行详细描述：

调焦镜组是前固定组，包括第一凸凹透镜11、第一双凸透镜12、第二双凹透镜13和第二凸凹透镜14，第一凸凹透镜11、第一双凸透镜12、第二双凹透镜13和第二凸凹透镜14沿光线入射方向顺次设置，第一凸透镜11凸面在前，第二凸凹透镜14凸面在前，其中第一双凸透镜12、第二双凹透镜13和第二凸凹透镜14构成第一胶合镜组。在使用时，通过调节第一凸凹透镜11和第一胶合镜组之间的距离，在确定镜组的焦距后，改变像距，使成像面到光心的距离等于像距，使被拍摄的物体呈现清晰的图像。调焦镜组光学镜片数量较少，通光口径更小，可以很好的解决长焦距、高变倍比的光学系统空间尺寸，十分有利于光学系统的小型化。

变倍镜组包括第一平凸透镜21和第三双凹透镜22，第一平凸透镜21和第三双凹透镜22沿光线入射方向顺次设置，第一平凸透镜21的平面在前，第一平凸透镜21和第三双凹透镜22构成第二胶合镜组。变倍镜用于调节观测物体的放大倍数，当放大倍数较大时，视野区域较小，当放大倍数较小时，观测的范围较大，在实际使用过程中根据观测需要选择合适的倍率，或者采用连续变倍镜，放大倍数可以在一定范围内连续调节，可以达到较好的使用体验。

中固定镜组包括第一凸平透镜31、光阑32和第一双凹透镜33，其中第一凸平透镜31的凸面在前，第一凸平透镜31、光阑32和第一双凹透镜33沿光线入射方向顺次设置。在相对孔径(或F数)变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。

补偿镜组包括第二双凸透镜41、第三凸凹透镜42和第二凸平透镜43，其中第三凸凹透镜42的凸面在前，第二凸平透镜43的凸面在前，第二双凸透镜 41、第三凸凹透镜42和第二凸平透镜43沿光线入射方向顺次设置，第三凸凹透镜42和第二凸平透镜43构成第三胶合镜组。补偿镜组的作用是补偿光线经过调焦镜组后产生的像差，可以选择消像差透镜。

后固定镜组包括第三双凸透镜51、第四双凹透镜52、第五双凹透镜53、第四凸凹透镜54和第二平凸透镜55，第三双凸透镜51、第四双凹透镜52、第五双凹透镜53、第四凸凹透镜54和第二平凸透镜55沿光线入射方向顺次设置。其中第四凸凹透镜54的凸面在前，第二平凸透镜55的平面在前。第三双凸透 51镜和第四双凹透镜52构成第四胶合镜组，第五双凹透镜53、第四凸凹透镜 54和第二平凸透镜55构成第五胶合镜组。后固定镜组收集光线，使得图像反射光线经过第四胶合镜组和第五胶合镜组后汇聚于观察者的视野或者图像接收设备上。

本实用新型结构提供的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，光线从物方反射至调焦镜组后，通过调节第一凸凹透镜11和第一胶合镜组之间的距离，在确定镜组的焦距后，改变像距，使成像面到光心的距离等于像距，使被拍摄的物体呈现清晰的图像。用于调节观测物体的放大倍数，当放大倍数较大时，视野区域较小，当放大倍数较小时，观测的范围较大。在相对孔径(或F数) 变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。补偿镜组的作用是补偿光线经过调焦镜组后产生的像差，可以选择消像差透镜。后固定镜组收集光线，使得图像反射光线经过第四胶合镜组和第五胶合镜组后汇聚于观察者的视野或者图像接收设备上。本实用新型结构提出的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统焦距为50-500mm，F数为F/4-F/6,最大通光孔径为φ90mm，最大光学筒长小于480mm。与此同时，本实用新型结构适用靶面为1/2英寸，分辨率为1080P，畸变小于0.8％，适用的谱线范围为 420nm-750nm。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，其光学结构形式由调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组构成。在变焦运动过程中，变倍镜组和补偿镜组在中固定镜组的前、后分别按照一定的轨迹以最优的方式作曲线运动，在达到最大限度变焦效果的同时，能使光学系统的外形尺寸更小，更易实现长焦距、高倍率变焦镜头的小型化。在相对孔径(或F数)变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。

实施例1

本实用新型提供的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，在使用时调焦镜组位于最前方，容易受到人手、观测物体或者其他物体的接触，从而破坏调焦镜组的使用效果，因此在设计时，本实用新型结构在调焦镜组的的前方增设一个保护窗10，用于隔离物体与调焦镜组的接触。保护窗10可以使用偏振镜或者UV镜等，也可以使用其他满足防护功能的镜片结构。

实施例2

本实用新型提供的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，在使用时可以与其他图像收集或分析设备连接，通过智能系统来接收图像或者分析图像的特点，增加使用者的使用体验，帮助使用者获取想要获得的信息。本实用新型在后固定镜组的后方设置CCD靶面系统100，用于接收来自后固定镜组的入射光线，后固定镜组将图像呈现在CCD靶面系统100，使用者可以根据需要获取特定图像信息。

综上所述，本实用新型提供的具有中固定组的长焦距连续变焦光学系统，其光学结构形式由调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组构成。在变焦运动过程中，变倍镜组和补偿镜组在中固定镜组的前、后分别按照一定的轨迹以最优的方式作曲线运动，在达到最大限度变焦效果的同时，能使光学系统的外形尺寸更小，更易实现长焦距、高倍率变焦镜头的小型化。在相对孔径(或F数)变化时，位于中固定镜组处的孔径光阑通光口径可以不变，有利于后续的调光控制。在调焦镜组的的前方增设一个保护窗，用于隔离观测物体与镜头的接触，可以对镜头进行保护。在后固定镜组的后方设置CCD靶面系统，用于接收来自后固定镜组的入射光线，使用者可以根据需要获取特定图像信息。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：包括调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组，所述调焦镜组、变倍镜组、中固定镜组、补偿镜组和后固定镜组沿光线入射方向顺次设置；

所述中固定镜组包括第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜，所述第一凸平透镜、光阑和第一双凹透镜沿光线入射方向顺次设置。

2.如权利要求1所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：所述调焦镜组包括第一凸凹透镜、第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜，所述第一凸凹透镜、第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第一双凸透镜、第二双凹透镜和第二凸凹透镜构成第一胶合镜组。

3.如权利要求2所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：所述变倍镜组包括第一平凸透镜和第三双凹透镜，所述第一平凸透镜和第三双凹透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第一平凸透镜和第三双凹透镜构成第二胶合镜组。

4.如权利要求3所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：所述补偿镜组包括第二双凸透镜、第三凸凹透镜和第二凸平透镜，所述第二双凸透镜、第三凸凹透镜和第二凸平透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第三凸凹透镜和第二凸平透镜构成第三胶合镜组。

5.如权利要求4所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：所述后固定镜组包括第三双凸透镜、第四双凹透镜、第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜，所述第三双凸透镜、第四双凹透镜、第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜沿光线入射方向顺次设置，所述第三双凸透镜和第四双凹透镜构成第四胶合镜组，所述第五双凹透镜、第四凸凹透镜和第二平凸透镜构成第五胶合镜组。

6.如权利要求1所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：该系统还包括保护窗，所述保护窗设置于所述调焦镜组前方，所述保护窗和调焦镜组沿光线入射方向顺次设置。

7.如权利要求1所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：该系统还包括CCD靶面系统，所述CCD靶面系统设置于所述后固定镜组后方，所述后固定镜组和CCD靶面系统沿光线入射方向顺次设置。

8.如权利要求1-7任一所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：该系统的焦距为50-500mm，F数为F/4-F/6。

9.如权利要求1-7任一所述的具有中固定组的长焦距变焦光学系统，其特征在于：该系统的最大通光孔径为φ90mm，最大光学筒长小于480mm。

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