[發明專利]一種具有外置入瞳的連續變焦光學系統

有效

• 申請號: 202110572781.1
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113448070B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 曲銳;郭惠楠;曹劍中;陳衛寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B15/14
• 分類號: G02B15/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供了一種具有外置入瞳的連續變焦光學系統，解決現有光學系統要么不具有外置入瞳；要么不具備內置光闌；要么系統結構復雜；要么不具備連續變焦功能；要么成像分辨率低的技術問題。該光學系統包括依次設的光焦度為正的前固定鏡組、光焦度為負的變倍鏡組、補償鏡組、光焦度為正的中繼鏡組、光闌和光焦度為正的后固定鏡組；設變倍鏡組焦距為f6，光學系統長焦位置焦距為fL，f6和fL滿足以下條件式：10.2|fL/f4|23.6；補償鏡組光焦度為正，設補償組在光學系統長焦位置的徑向放大倍率為m5，m5滿足以下的條件式：1.6|m5|6.5；變倍鏡組和補償鏡組同步沿光軸方向前后移動，實現連續變焦。

技術領域

本發明涉及一種連續變焦光學系統，具體而言，涉及一種光闌內置，具有外置入瞳，且適配高分辨率圖像傳感器的連續變焦光學系統。

背景技術

相較于采用大像元尺寸的紅外成像探測系統，采用CCD或CMOS等小尺寸像元光電成像器件的可見波段光學系統，可更容易地獲得高的成像分辨率，在高分辨成像領域獲得了更為廣泛的應用。

具有外置入瞳的光學系統可獨立完成光學成像功能，還可與無焦光學系統組合，構成更長焦距或更大視場的光學系統，實現光學系統的模塊化；內置的孔徑光闌還可通過手動或自動調節，適應更大的照度范圍；另外，將具有外置入瞳的光學系統倒置使用，又可滿足目標模擬器等對入瞳位置要求特屬的應用。因此，研制可在可見波段工作，光闌內置，且具有外置入瞳的連續變焦光學系統，實現對大小視場的同時兼容和高分辨率成像，具有重要現實意義。

現有技術中公開的具有外置入瞳的光學系統，或成像分辨率低；或光闌外置；或變倍比小；或具有外置入瞳，但不具備連續變焦功能；或具有連續變焦功能，但光闌位于動組內，系統結構復雜。

1973年，刊載于Proc.SPIE 0039，題為《An Improved Zoom Lens With ExternalEntrance Pupil》的文獻，給出了幾種入瞳外置連續變焦光學系統的設計模型，未給出設計實例。2017年，刊載于Proc.SPIE 10590，題為《Dual FOV afocal zoom system withstationary pupils sing single moving group》的文獻，給出了幾種光瞳外置雙視場無焦光學系統，雖具有固定的外置光瞳，但該光學系統并不具備連續變焦功能。而刊載于相同論文集，題為《Optimal power distribution for minimizing pupil walk in a7.5Xafocal zoom lens》的文獻，則給出了幾種光瞳外置連續變倍無焦光學系統，具有固定的出瞳位置，但該光學系統為一次成像結構，孔徑光闌位于動組內，系統結構復雜，且入瞳位置在變倍過程存在較大游走。

2015年，刊載于中國期刊《光電工程》，題為《電視圖像目標模擬器變焦準直光學系統設計》的文獻，公開了一種光瞳前置型雙視場可見成像光學系統。該系統具有外置入瞳，采用變倍透鏡組的旋進和旋出實現大小視場的切換，系統結構復雜，且無法實現連續變焦功能。其入瞳與孔徑光闌位置重合，為了保證視場切換前后，光學系統相對孔徑不變，光闌開孔還需配合視場切換動作進行大小變化。

公開號為CN 102323671A和CN109739013A的中國專利公開了不同參數的具有外置入瞳的離軸三反鏡光學成像系統，以及公開號為CN100504502和CN110989142A的中國專利公開的具有外置入瞳的透射式光學系統，均為定焦光學系統，無法實現連續變焦功能。

公開號為CN 106019543A的中國專利，公開了一種前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，該光學系統孔徑光闌位于動組之間，具有外置入瞳，可完成與主體顯微鏡或望遠鏡較長出瞳相銜接，所用光學透鏡約12片，像面大小直徑為6mm，焦距范圍為35mm～64mm，但變倍比較小，不足兩倍。