[发明专利]一种具有外置入瞳的连续变焦光学系统

说明书

本发明提供了一种具有外置入瞳的连续变焦光学系统，解决现有光学系统要么不具有外置入瞳；要么不具备内置光阑；要么系统结构复杂；要么不具备连续变焦功能；要么成像分辨率低的技术问题。该光学系统包括依次设的光焦度为正的前固定镜组、光焦度为负的变倍镜组、补偿镜组、光焦度为正的中继镜组、光阑和光焦度为正的后固定镜组；设变倍镜组焦距为f6，光学系统长焦位置焦距为fL，f6和fL满足以下条件式：10.2|fL/f4|23.6；补偿镜组光焦度为正，设补偿组在光学系统长焦位置的径向放大倍率为m5，m5满足以下的条件式：1.6|m5|6.5；变倍镜组和补偿镜组同步沿光轴方向前后移动，实现连续变焦。

技术领域

本发明涉及一种连续变焦光学系统，具体而言，涉及一种光阑内置，具有外置入瞳，且适配高分辨率图像传感器的连续变焦光学系统。

背景技术

相较于采用大像元尺寸的红外成像探测系统，采用CCD或CMOS等小尺寸像元光电成像器件的可见波段光学系统，可更容易地获得高的成像分辨率，在高分辨成像领域获得了更为广泛的应用。

具有外置入瞳的光学系统可独立完成光学成像功能，还可与无焦光学系统组合，构成更长焦距或更大视场的光学系统，实现光学系统的模块化；内置的孔径光阑还可通过手动或自动调节，适应更大的照度范围；另外，将具有外置入瞳的光学系统倒置使用，又可满足目标模拟器等对入瞳位置要求特属的应用。因此，研制可在可见波段工作，光阑内置，且具有外置入瞳的连续变焦光学系统，实现对大小视场的同时兼容和高分辨率成像，具有重要现实意义。

现有技术中公开的具有外置入瞳的光学系统，或成像分辨率低；或光阑外置；或变倍比小；或具有外置入瞳，但不具备连续变焦功能；或具有连续变焦功能，但光阑位于动组内，系统结构复杂。

1973年，刊载于Proc.SPIE 0039，题为《An Improved Zoom Lens With ExternalEntrance Pupil》的文献，给出了几种入瞳外置连续变焦光学系统的设计模型，未给出设计实例。2017年，刊载于Proc.SPIE 10590，题为《Dual FOV afocal zoom system withstationary pupils sing single moving group》的文献，给出了几种光瞳外置双视场无焦光学系统，虽具有固定的外置光瞳，但该光学系统并不具备连续变焦功能。而刊载于相同论文集，题为《Optimal power distribution for minimizing pupil walk in a7.5Xafocal zoom lens》的文献，则给出了几种光瞳外置连续变倍无焦光学系统，具有固定的出瞳位置，但该光学系统为一次成像结构，孔径光阑位于动组内，系统结构复杂，且入瞳位置在变倍过程存在较大游走。

2015年，刊载于中国期刊《光电工程》，题为《电视图像目标模拟器变焦准直光学系统设计》的文献，公开了一种光瞳前置型双视场可见成像光学系统。该系统具有外置入瞳，采用变倍透镜组的旋进和旋出实现大小视场的切换，系统结构复杂，且无法实现连续变焦功能。其入瞳与孔径光阑位置重合，为了保证视场切换前后，光学系统相对孔径不变，光阑开孔还需配合视场切换动作进行大小变化。

公开号为CN 102323671A和CN109739013A的中国专利公开了不同参数的具有外置入瞳的离轴三反镜光学成像系统，以及公开号为CN100504502和CN110989142A的中国专利公开的具有外置入瞳的透射式光学系统，均为定焦光学系统，无法实现连续变焦功能。

公开号为CN 106019543A的中国专利，公开了一种前置光栏高清变焦视频摄像转接镜头，该光学系统孔径光阑位于动组之间，具有外置入瞳，可完成与主体显微镜或望远镜较长出瞳相衔接，所用光学透镜约12片，像面大小直径为6mm，焦距范围为35mm～64mm，但变倍比较小，不足两倍。