[發(fā)明專利]一種基于正鏡調(diào)焦的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111448793.X
• 申請(qǐng)日: 2021-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN114326082A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巖;汪濤;王震;吳躍;劉莎;李永剛;董耀國(guó);趙楠楠;徐濱;閆煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B23/00
• 分類號(hào): G02B23/00;G02B13/00;G02B7/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 劉西云

本發(fā)明提供一種基于正鏡調(diào)焦的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的前固定組、后固定組、正像鏡、單正透鏡以及目鏡；固定組采用組合鏡組形式，在原來(lái)的單個(gè)膠合鏡組的基礎(chǔ)上，額外增加兩組膠合鏡進(jìn)行像差校正和光束整合，能夠滿足高性能經(jīng)緯儀及同類觀測(cè)設(shè)備的需求；同時(shí)，本發(fā)明采用單正透鏡作為調(diào)焦鏡組，大大簡(jiǎn)化了調(diào)焦結(jié)構(gòu)，降低調(diào)節(jié)成本，縮短裝調(diào)時(shí)間，也提高了調(diào)焦時(shí)單正透鏡沿正像鏡光軸前后移動(dòng)的便利性；本發(fā)明能夠應(yīng)用于瞄準(zhǔn)定向、天文觀測(cè)等望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，并可廣泛適用于需要超近距離望遠(yuǎn)觀測(cè)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)準(zhǔn)直成像和近景攝影成像的寬景深調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于正鏡調(diào)焦的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)景物觀測(cè)的典型光學(xué)系統(tǒng)，一般由物鏡組和目鏡組組成。物鏡組用于將景物成像于目鏡焦面上，再經(jīng)目鏡投射至人眼實(shí)現(xiàn)對(duì)景物的觀測(cè)。調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的物鏡組由固定組合調(diào)焦組構(gòu)成，固定組在觀測(cè)過(guò)程中始終保持位置不變，而調(diào)焦組則需要根據(jù)觀測(cè)景物的距離進(jìn)行前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離景物進(jìn)行聚焦成像。光學(xué)系統(tǒng)能夠清晰觀測(cè)景物的距離為其景深，而對(duì)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)其可觀測(cè)最遠(yuǎn)的距離即為無(wú)窮遠(yuǎn)，而能夠觀測(cè)最近的距離則由系統(tǒng)的光學(xué)性能決定，能夠觀測(cè)近景距離越小，說(shuō)明其景深越大。在一些特殊的瞄準(zhǔn)定向、觀測(cè)設(shè)備，如電子經(jīng)緯儀，一般都需要望遠(yuǎn)系統(tǒng)具備寬景深，即盡可能的減小近景觀測(cè)距離，以適應(yīng)特殊的測(cè)量要求。一般用于測(cè)量的電子經(jīng)緯儀準(zhǔn)直焦距為f＝300mm左右，而要求的近景觀測(cè)距離要求為l＝500mm，即焦距和近景觀測(cè)距離之比為δ＝f:l＝3:5，可見，δ越大證明調(diào)焦能力越強(qiáng)。然而目前尚未見有公開的能夠達(dá)到該調(diào)焦范圍的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

通常的內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡是最經(jīng)典的望遠(yuǎn)系統(tǒng)之一，其固定組采用正透鏡組，而調(diào)焦組則采用負(fù)透鏡組，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以縮短系統(tǒng)的總長(zhǎng)，但其調(diào)焦范圍小，一般能夠?qū)崿F(xiàn)的δ＝f:l＝1:20，不能夠滿足如高精度電子經(jīng)緯儀的觀測(cè)要求。

而部分公開的設(shè)計(jì)種，如2012年，劉凱等公開了一套正調(diào)焦鏡組的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了望遠(yuǎn)系統(tǒng)的調(diào)焦范圍，設(shè)計(jì)種焦距f＝241mm，可觀測(cè)的近景距離為3m，δ也僅僅達(dá)到了1:12；同時(shí)，由于其固定組采用的是單膠合透鏡組，光學(xué)性能優(yōu)化潛力也受限，因此，其調(diào)焦范圍仍不能滿足高性能電子經(jīng)緯儀的觀測(cè)要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于正鏡調(diào)焦的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了調(diào)焦結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)準(zhǔn)直成像和近景攝影成像的寬景深調(diào)節(jié)。

一種基于正鏡調(diào)焦的寬景深望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的前固定組、后固定組、正像鏡、單正透鏡以及目鏡；

所述前固定組用于聚焦待觀測(cè)景物的出射光線，且前固定組由前正透鏡組和后負(fù)透鏡組組成，其中，所述前正透鏡組包含一片彎月透鏡和一片雙膠合透鏡，且該雙膠合鏡的第一個(gè)折射面為凸面，最后一個(gè)折射面為凹面，同時(shí)，彎月透鏡的兩個(gè)折射面均為凸面；所述后負(fù)透鏡組由一片雙膠合鏡組成，且該雙膠合鏡的第一個(gè)折射面為凸面，最后一個(gè)折射面為凹面；

所述后固定組用于整合前固定組的出射光線，且后固定組由一片雙膠合鏡組成，且該雙膠合鏡的第一個(gè)折射面為凹面，最后一個(gè)折射面為凸面；

所述正像鏡用于翻轉(zhuǎn)后固定組的出射光線，使得該出射光線在單正透鏡焦平面處的成像為正像；

所述單正透鏡用于根據(jù)不同距離的待觀測(cè)景物調(diào)節(jié)自身與正像鏡之間的距離，以實(shí)現(xiàn)待觀測(cè)景物在自身焦平面處的成像；

所述目鏡用于觀測(cè)單正透鏡焦平面處得到的待觀測(cè)景物圖像。

進(jìn)一步地，所述望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)處的待觀測(cè)景物進(jìn)行聚焦時(shí)，前固定組和后固定組的總焦距f₁′、單正透鏡的焦距f₂′、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)筒長(zhǎng)L以及望遠(yuǎn)物鏡總焦距f′滿足如下第一關(guān)系式：