[发明专利]变焦光学系统及成像设备

说明书

本发明提供的变焦光学系统，采用二次成像的折反式换档变焦系统结构，主镜为球面反射镜，并且为系统光阑，平行光束经主镜反射、校正镜组和第一折叠镜后一次成像，再经第二折叠镜、准直镜组和换档变焦组二次成像，由于折反式换档变焦光学系统焦距较长，视场更大，成像质量更好，解决了折反式连续变焦光学系统焦距短、视场小和成像质量较差的问题。

技术领域

本发明涉及应用光学技术领域，特别是涉及一种变焦光学系统及成像设备。

背景技术

光学系统的相对口径是入瞳口径与系统焦距的比，它决定了系统的分辨率和像面照度，为了满足分辨率和像面照度的要求，相对口径不能过小，焦距越长的光学系统往往需要越大的入瞳口径，而入瞳口径的增大意味着系统光学元件口径的增大。透镜受玻璃材料物理性能的限制往往不能做的过大，因此，长焦距光学系统为了实现合适的相对口径常用反射元件来增大口径。这种反射光学元件和透镜折射光学元件组合成像的系统一般称作折反式光学系统。

当景物距离发生变化时，要求光学系统的焦距也要随之改变，变焦的方式可以分为连续变焦和换档变焦。折反式光学系统焦距较长、结构较复杂，实现变焦难度较大。传统的连续变焦折反系统由于焦距长、复杂程度高往往不能很好的校正残余像差，或者不能保证所有焦距的焦点位置完全一致，难以在变焦过程中实现各个焦段全视场成像清晰，并且，一般的连续变焦折反系统由于残余像差的影响往往视场较小，不能实现较大视场成像。

现代长作用距离的成像设备需要光学系统焦距越来越长，视场越来越大，成像质量也越来越高，传统的连续变焦折反式光学系统已经不能满足上述要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种光学系统焦距较长、视场更大、成像质量更好的变焦光学系统。

为实现上述目的本发明采用下述技术方案：

一种变焦光学系统，包括主镜、校正镜组、第一折叠镜、第二折叠镜、准直镜组、变焦后组及光阑，所述光阑设置于所述主镜上；其中：

平行光束经所述主镜反射进入所述校正镜组、再依次经所述校正镜组和所述第一折叠镜后一次成像，一次成像后光束经所述第二折叠镜后进入所述准直镜组，所述准直镜组对入射的一次成像后的光束再次准直为平行光束，经准直后的平行光束经所述变焦后组聚焦后二次成像。

在一些较佳的实施例中，所述主镜为球面反射镜。

在一些较佳的实施例中，所述校正镜组为由若干片正负透镜组合的透镜组，所述校正镜组总光焦度为负，用于校正二级光谱。

在一些较佳的实施例中，所述第一折叠镜及第二折叠镜为平面反射镜。

在一些较佳的实施例中，所述准直镜组由若干片正负透镜组合的透镜组，所述准直镜组总光焦度为正，用于将一次成像光路再次准直为平行光束。

在一些较佳的实施例中，所述变焦后组包括短焦后组和长焦后组，所述短焦后组和长焦后组均由若干片正负透镜组合的透镜组，所述短焦后组和长焦后组的总光焦度均为正，所述短焦后组和长焦后组用于将经所述准直镜组再次准直的平行光束聚焦二次成像。

在一些较佳的实施例中，当所述变焦后组为短焦后组时，二级光谱校正原则可以由以下公式进行描述：

式中:h₂、h₅、h₆分别为所述校正镜组、准直镜组、短焦后组的轴上光线等效入射高度；分别为所述校正镜组、准直镜组、短焦后组的光焦度。

在一些较佳的实施例中，当所述变焦后组为长焦后组时，二级光谱校正原则可以由以下公式进行描述：