一種大靶面連續(xù)變焦光學系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機載光電設備的可見光光學系統(tǒng)，具體涉及一種大靶面連續(xù)變焦光學 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 載機的載重與其航程成反比關(guān)系，因此，適用于機載光電設備的可見光光學系統(tǒng) 要求其具有體積小、重量輕的特點；對于高空偵察、打擊系統(tǒng)而言，要求光學系統(tǒng)既能做大 范圍的目標搜索又能做小范圍的目標跟蹤、識別。所以，光學系統(tǒng)應具有焦距長、變倍比大、 分辨率高的特點。未來，機載光電設備將逐步由高清代替過去的標清設備，高清CCD或CMOS 成像器件的靶面均為2/3英寸或1英寸以上，但是現(xiàn)有的光學系統(tǒng)靶面小、焦距短，不能滿 足高空偵察光電設備關(guān)于光學系統(tǒng)應具有高分辨率、作用距離遠的要求。比如說：申請?zhí)?為201310723247. 1的中國專利申請文件中公開了一種機載變焦距鏡頭，該鏡頭的分辨率 是適配于1/3英寸的CCD，設計靶面小，不能與全高清攝像機匹配；而且，該鏡頭的焦距為 10. 5mm~300mm，整體焦距比較短，對遠距離目標的探、識別能力有限，不能適用于高空飛 行的機載光電系統(tǒng)，所以，其應用有很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種大靶面連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有系統(tǒng)靶面小、 分辨率低，不能與高清CCD或CMOS攝像機不能匹配的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種大靶面連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，包括光焦度 為正的前固定組、光焦度為負的變倍組、光焦度為負的補償組和光焦度為正的后固定組；通 過變倍組和補償組的相對運動來實現(xiàn)光學系統(tǒng)的變焦；所述前固定組由四個透鏡組成，變 倍組由三個透鏡組成：第一變倍透鏡、第二變倍透鏡和第三變倍透鏡，補償組由兩個透鏡組 成：第一補償透鏡和第二補償透鏡，后固定組由七個透鏡組成：第一至第七后固定透鏡；所 述第二變倍透鏡和第三變倍透鏡組成第二膠合透鏡組，所述第一補償透鏡和第二補償透鏡 組成第三膠合透鏡組，所述補償組和后固定組之間的光路上設有光闌，所述前固定組中的 第一前固定透鏡為凹面向光闌的負透鏡，第二前固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡，第三前 固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡，第四前固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡，所述第一前固 定透鏡和第二前固定透鏡組成第一膠合透鏡組；所述第一變倍透鏡為雙凹負透鏡，第二變 倍透鏡為雙凹負透鏡，第三變倍透鏡為雙凸正透鏡；所述第一補償透鏡為雙凹負透鏡，第二 補償透鏡為凹面向光闌的負透鏡；所述第一至第七后固定透鏡依次為凸面向光闌的正透 鏡、凸面向光闌的正透鏡、雙凸正透鏡、雙凹負透鏡、凸面向光闌的正透鏡、凸面向光闌的負 透鏡和凹面向光闌的正透鏡，第三后固定透鏡、第四后固定透鏡和第五后固定透鏡組成第 四膠合透鏡組。
[0005] 所述光學系統(tǒng)的技術(shù)指標為：光學系統(tǒng)F# :5. 6 ;焦距：35mm~700mm ;靶面大小為 1英寸，應用于像素數(shù)為1920 X 1080、像元大小為7. 4 μ m、靶面為1英寸的C⑶或CMOS時， 視場為26. 56°~1.35° ;應用于像素數(shù)為1920X 1080、像元大小為5.5 μm、靶面為2/3英 寸的(XD或CMOS時，視場為19. 64°~0.99。。
[0006] 所述前固定組和變倍組之間的空氣間隔為IOmm~147. 82_，變倍組和補償組之 間的間隔為6mm~95. 17mm，補償組和后固定組之間的間隔為3mm~126. 88mm。
[0007] 所述第一膠合透鏡組與第三前固定透鏡的間隔是0.2mm，第三前固定透鏡與第四 前固定透鏡之間的間隔為〇. 2_ ;第一變倍透鏡與第二膠合透鏡組之間的間隔為10_。
[0008] 所述前固定組中的四個透鏡中，至少有一個透鏡的光學材料為H-FK61、H-FK71或 GaF2〇
[0009] 所述前固定組中的四個透鏡的材料分別是：H-ZF52、H-FK61、H-FK61和 H-ZLaF75A，所述變倍組中的三個透鏡的材料分別是：H-ZLaF4LA、H-ZK9A和H-ZLaF75A，所 述補償組中的兩個透鏡的材料分別是：H-ZK9A和H-ZLaF75A，所述后固定組中的七個透鏡 的材料分別是：BaF2、H-ZLaF75A、H-FK61、H-ZLaF4LA、H-BaF8、H-ZLaF4LA 和 ZF13。
[0010] 所述光學系統(tǒng)中還設有用于折轉(zhuǎn)光路的第一反射鏡和第二反射鏡，第六后固定透 鏡的出射光線通過第一反射鏡的反射后射入第七后固定透鏡中，光的傳播方向改變90度； 第七后固定透鏡的出射光線通過第二反射鏡的反射后射出，光的傳播方向再次改變90度； 通過第一反射鏡和第二反射鏡的作用，第六后固定透鏡的出射光線與經(jīng)第二反射鏡的反射 后射出的光線之間的角度為180度。
[0011] 第一后固定透鏡與第二后固定透鏡之間的間隔為7. 44_，第二后固定透鏡與第 四膠合透鏡組之間的間隔為〇. 15mm，第四膠合透鏡組與第六后固定透鏡之間的間隔為 0. 15_，第六后固定透鏡與第一反射鏡之間的間隔為15_，第一反射鏡與第七后固定透鏡 之間的間隔為45mm，第七后固定透鏡與第二反射鏡之間的間隔為40mm。
[0012] 本發(fā)明的提供的連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，其靶面為1英寸，適用于像素數(shù)為 1920 X 1080、像元大小為7. 4 μ m、靶面為1英寸的高清C⑶或CMOS，也適用于像元大小為 5. 5 μ m、靶面為2/3英寸的高清C⑶或CMOS。而且該光學系統(tǒng)的焦距為35mm~700mm，對 遠距離目標的探測、識別能力相應地有了很大的提升，進而提高偵察、打擊設備對遠距離目 標的識別、跟蹤能力，能夠適用于高空飛行的機載光電系統(tǒng)，其應用范圍十分寬廣。
【附圖說明】
[0013] 圖1是大靶面連續(xù)變焦光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是短焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是中焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是長焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是短焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)在空間頻率901p/mm傳遞函數(shù)圖；
[0018] 圖6是中焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)在空間頻率901p/mm傳遞函數(shù)圖；
[0019] 圖7是長焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)在空間頻率901p/mm傳遞函數(shù)圖；
[0020] 圖8是短焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)場曲、畸變圖；
[0021] 圖9是中焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)場曲、畸變圖；
[0022] 圖10是長焦狀態(tài)下的光學系統(tǒng)場曲、畸變圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0024] 如圖1所示的大靶面連續(xù)變焦光學系統(tǒng)，光線由物方入射到該光學系統(tǒng)中，沿著 光線傳播方向，該光學系統(tǒng)依次包括光焦度為正的前固定組G1、光焦度為負的變倍組G2、 光焦度為負的補償組G3和光焦度為正的后固定組G4。補償組G3和后固定組G4之間的光 路上設有光闌ST。
[0025] 前固定組由四個透鏡組成，分別是：第一前固定透鏡為凹面向光闌的負透鏡11， 第二前固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡12,第三前固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡13,第 四前固定透鏡為凹面向光闌的正透鏡14,其中，負透鏡11與正透鏡12組成第一膠合透鏡 組；變倍組由三個透鏡組成，分別是：第一變倍透鏡為雙凹負透鏡21，第二變倍透鏡為雙凹 負透鏡22,第三變倍透鏡為雙凸正透鏡23,其中，負透鏡22和正透鏡23組成第二膠合透鏡 組；補償組由兩個透鏡組成，分別是：第一補償透鏡為雙凹負透鏡31，第二補償透鏡為凹面 向光闌的負透鏡32,負透鏡31和負透鏡32組成第三膠合透鏡組；后固定組由七個透鏡組 成，分別是：第一至第七后固定透鏡依次為凸面向光闌的正透鏡41、凸面向光闌的正透鏡 42、雙凸正透鏡43、雙凹負透鏡44、凸面向光闌的正透鏡45、凸面向光闌的負透鏡46和凹面 向光闌的正透鏡47,其中，正透鏡43、負透鏡44、正透鏡45組成第四膠合透鏡組。
[0026] 本實施例中：
[0027] 該光學系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)指標為：
[0028] 波段：可見光波段；祀面：1英寸；F#:5. 6 ;焦距：f' = 35mm~700mm ;視場：應 用于像素數(shù)為1920 X 1080、像元大小為7.4 μ m、靶面為1英寸的C⑶或CMOS時，視場為 26. 56°~1.35° ;應用于像素數(shù)為1920 X 1080、像元大小為5.5 μ m、靶面為2/3英寸的CCD 或CMOS時，視場為19. 64°~0.99。。
[0029] 前固定組Gl和變倍組G2之間的空氣間隔為IOmm~147. 82mm，變倍組G2和補償組 G3之間的間隔為6mm~95. 17_，補償組G3和后固定組G4之間的間隔為3mm~126. 88_。
[0030] 在前固定組Gl中，第一膠合透鏡組與正透鏡13的間隔是0. 2mm，正透鏡13與正透 鏡14之間的間隔為0.2mm〇
[0031] 在變倍組G2中，負透鏡21與第二膠合透鏡組之間的間隔為10mm。
[0032] 該光學系統(tǒng)中還設有反射鏡51和反射鏡52,反射鏡51設置在負透鏡46和正透 鏡47之間，負透鏡46出射的光線通過反射鏡51的反射后射入第七后固定透鏡中，光的傳 播方向改變