CN211426902U - 高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，包括沿着光线入射方向依次设置的前固定组、补偿组、后固定组，所述前固定组包括依次设置的透镜A、透镜B、透镜C，所述补偿组包括依次设置的透镜D、透镜E、透镜F，所述后固定组包括依次设置的透镜G、透镜H、透镜I、透镜J、透镜K、透镜L、透镜M、透镜N，孔光阑位于透镜I和透镜J之间，透镜A、透镜B、透镜C依次密接形成胶合组A，透镜E与透镜F密接形成胶合组B，透镜H透镜I接形成胶合组C，透镜J与透镜K密接形成胶合组D，透镜M与透镜N密接形成胶合组E，本光学成像系统可连续变焦，具有大相对孔径、结构小型化、像质优良、分辨率高、成本低及较宽松的公差的优点。

Description

高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统

技术领域

本发明涉及一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统。

背景技术

变焦距光学系统可以实现在相机位置不变的情况下获得不同比例的图像。因此，其在军用与民用领域都有重要应用。随着对变焦距光学系统的需求逐步增加，在一些工作场景中，例如航空航天、医用检测及监控装置等领域，人们对变焦距光学系统提出了新的要求，包括小型化、高成像质量及低成本等。

针对变焦光学系统的目的是实现在不改变物体位置的情况下，就可以清晰观察到物体的不同部位。通过改变放大倍率，对物体的全局观察或局部精确检测就能实现，这些功能是单个定焦光学系统不能够实现的；但是与定焦光学系统相比，该类光学系统的结构相对比较复杂，特别是在光线较暗的情况下，设计难度非常大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统。

本发明的技术方案是，一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，包括沿着光线入射方向依次设置的前固定组、补偿组、后固定组，所述前固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜A、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜B、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方透镜C，所述补偿组包括依次设置的具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜D、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜E、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面为平面的透镜F，所述后固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜G、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜H、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜I、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜J、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜K、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜L、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜M、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜N，孔光阑位于透镜I和透镜J之间，透镜A、透镜B、透镜C依次密接形成胶合组A，透镜E与透镜F密接形成胶合组B，透镜H透镜I接形成胶合组C，透镜J与透镜K密接形成胶合组D，透镜M与透镜N密接形成胶合组E。

进一步的，所述胶合组A与透镜D之间的空气间隔为0.450-2.367mm，所述透镜D与胶合组B之间的空气间隔为1.141mm，所述胶合组B与透镜G之间的空气间隔为3.975-4.140mm，所述透镜G与胶合组C之间的空气间隔为0.250mm，所述胶合组C与孔径光阑之间的空气间隔为0.183mm，所述孔径光阑与胶合组D之间的空气间隔为0.156mm，所述胶合组D与透镜L之间的空气间隔为0.250mm，所述透镜L与胶合组E之间的空气间隔为0.250mm。

进一步的，本光学系统中各块透镜的朝向物方光学面和朝向像方光学面均采为球面。

进一步的，该系统的F数为2.0；短焦距为0.944mm，对应的全视场角为44°；中焦距为0.991mm，对应的全视场角为36°；长焦距为1.204mm，对应的全视场角为24°。

进一步的，本光学成像系统能探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：可连续变焦，具有大相对孔径、结构小型化、像质优良、分辨率高、成本低及较宽松的公差的优点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。

附图说明

图1是本镜头的光学结构示意图；

图2是本镜头在短焦情况下的MTF曲线图；

图3是本镜头在中焦情况下的MTF曲线图；

图4是本镜头在长焦情况下的MTF曲线图；

图5是本镜头在短焦情况下的相对照度曲线图；

图6是本镜头在中焦情况下的相对照度曲线图；

图7是本镜头在长焦情况下的相对照度曲线图；

图8是本镜头的光路图。

图中：

G1-前固定组；G2-补偿组；G3-后固定组；L11-透镜A；L12-透镜B；L13-透镜C；L21-透镜D；L22-透镜E；L23-透镜F；L31-透镜G；L32-透镜H；L33-透镜I；L34-透镜J；L35-透镜K；L36-透镜L；L37-透镜M；L38-透镜N。

具体实施方式

如图1-8示，一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，包括沿着光线入射方向依次设置的前固定组、补偿组、后固定组，所述前固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜A、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜B、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方透镜C，所述补偿组包括依次设置的具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜D、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜E、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面为平面的透镜F，所述后固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜G、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜H、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜I、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜J、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜K、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜L、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜M、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜N，孔光阑位于透镜I和透镜J之间，透镜A、透镜B、透镜C依次密接形成胶合组A，透镜E与透镜F密接形成胶合组B，透镜H透镜I接形成胶合组C，透镜J与透镜K密接形成胶合组D，透镜M与透镜N密接形成胶合组E。

在本实施例中，所述胶合组A与透镜D之间的空气间隔为0.450-2.367mm，所述透镜D与胶合组B之间的空气间隔为1.141mm，所述胶合组B与透镜G之间的空气间隔为3.975-4.140mm，所述透镜G与胶合组C之间的空气间隔为0.250mm，所述胶合组C与孔径光阑之间的空气间隔为0.183mm，所述孔径光阑与胶合组D之间的空气间隔为0.156mm，所述胶合组D与透镜L之间的空气间隔为0.250mm，所述透镜L与胶合组E之间的空气间隔为0.250mm。

在本实施例中，本光学系统中各块透镜的朝向物方光学面和朝向像方光学面均采为球面。

在本实施例中，该系统的F数为2.0；短焦距为0.944mm，对应的全视场角为44°；中焦距为0.991mm，对应的全视场角为36°；长焦距为1.204mm，对应的全视场角为24°。

在本实施例中，本光学成像系统能探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。在本实施例中，各个镜片光学参数如下表：

优选的，沿着光线入射方向各镜片的材料（折射率n、阿贝数υ）分别为SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、N-LAK9(n=1.6910，υ=54.7084)、N-LAK9 (n=1.6910，υ=54.7084)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、N-LAK9(n=1.6910，υ=54.7084)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、N-LAK9(n=1.6910，υ=54.7084)、N-LAK9(n=1.6910，υ=54.7084)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)、N-LAK9(n=1.6910，υ=54.7084)、SF5(n=1.6727，υ=32.2098)。

图2、图3和图4分别为一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统在短焦、中焦和长焦情况下空间频率为20 lp/mm和60 lp/mm的几何调制传递函数（MTF）曲线图；图5、图6和图7分别为一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统在短焦、中焦和长焦情况下的相对照度曲线图。

从图2-图4可以看出本实用新型提出的一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统在短焦情况下，空间频率为20 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.85和0.90，空间频率为60 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.45和0.75；在中焦情况下，空间频率为20 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.90和0.90，空间频率为60 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.55和0.80；在长焦情况下，空间频率为20 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.90和0.95，空间频率为60 lp/mm时，视场范围子午方向和弧矢方向的MTF值分别不小于0.55和0.85；表明该系统的像差校正较好，成像质量高，具有满足高分辨成像的要求。

从图5-图7中可以得到本实用新型提出的一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统在短焦、中焦和长焦情况下，视场范围内的相对照度都非常高，均不小于0.8。

本光学系统具有大的相对孔径，系统中的各块透镜的朝向物方和像方光学面均采用球面设计，并且合理应用了三胶合透镜和双胶合透镜有效地校正了系统中的像差；并且该系统仅仅用了两种玻璃材料，以及具有较宽松的公差便于加工和装调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，其特征在于：包括沿着光线入射方向依次设置的前固定组、补偿组、后固定组，所述前固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜A、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜B、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方透镜C，所述补偿组包括依次设置的具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜D、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜E、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面为平面的透镜F，所述后固定组包括依次设置的具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜G、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜H、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向物方的透镜I、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜J、具有负光焦度且朝向物方的光学面凸向像方和朝向像方的光学面凸向物方的透镜K、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜L、具有正光焦度且朝向物方的光学面凸向物方和朝向像方的光学面凸向像方的透镜M、具有负光焦度且朝向物方和朝向像方的光学面均凸向像方的透镜N，孔光阑位于透镜I和透镜J之间，透镜A、透镜B、透镜C依次密接形成胶合组A，透镜E与透镜F密接形成胶合组B，透镜H透镜I接形成胶合组C，透镜J与透镜K密接形成胶合组D，透镜M与透镜N密接形成胶合组E。

2.根据权利要求1所述的高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，其特征在于：所述胶合组A与透镜D之间的空气间隔为0.450-2.367mm，所述透镜D与胶合组B之间的空气间隔为1.141mm，所述胶合组B与透镜G之间的空气间隔为3.975-4.140mm，所述透镜G与胶合组C之间的空气间隔为0.250mm，所述胶合组C与孔径光阑之间的空气间隔为0.183mm，所述孔径光阑与胶合组D之间的空气间隔为0.156mm，所述胶合组D与透镜L之间的空气间隔为0.250mm，所述透镜L与胶合组E之间的空气间隔为0.250mm。

3.根据权利要求1所述的高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，其特征在于：本光学系统

中各块透镜的朝向物方光学面和朝向像方光学面均采为球面。

4.根据权利要求1所述的高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，其特征在于：该系统的F数为2.0；短焦距为0.944mm，对应的全视场角为44°；中焦距为0.991mm，对应的全视场角为36°；长焦距为1.204mm，对应的全视场角为24°。

5.根据权利要求1所述的高分辨率的微型可连续变焦光学成像系统，其特征在于：本光学成像系统能探测的波长范围为400nm-700nm，主波长为586.7nm。

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