[发明专利]紧凑型连续变焦光学系统

说明书

本发明属于光电技术领域，涉及一种摄影物镜光学系统，具体涉及一种紧凑型连续变焦光学系统。该光学系统包括由物面至焦面依次同轴设置的前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、光阑和后固定镜组。本发明在全变焦段范围内，均可实现高清成像，可实现大于20倍的连续变倍功能。在焦距连续变化的过程中，所有焦距中心视场及边缘视场均具有较好的成像质量。由变倍镜组和补偿镜组组成的变焦核，按设计给定的运动规律连续运动，在内变焦过程中始终在光轴上前后移动，变倍时光圈F数恒定不变，总长固定不变，质心变化较小，系统体积小，结构紧凑。

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及一种摄影物镜光学系统，具体涉及一种紧凑型连续变焦光学系统。

背景技术

近年来，用于成像探测的固态成像传感器飞速发展，探测灵敏度不断提高，大面阵、小像元图像传感器逐渐成为主流，成像设备的小型化、高清化、多用途化成为可能。摄影物镜光学系统是成像设备的核心，为了满足市场对小型化成像设备日益严格的技术要求，尤其是对于光电成像载荷旧产品的换代升级、新产品的试制开发，采用小像元高灵敏度图像传感器后，可有效减小成像设备的体积重量，提高整机性能。因此，开发紧凑型具备大变倍比、可高清成像的连续变焦光学系统变得十分迫切和重要。

摄远型光学系统凭借其结构紧凑的优点，在要求严格的成像设备中应用广泛。但该类系统的固有缺点，如：系统主要光焦度集中在系统前部，球差、轴上色差尤其是二级光谱等轴向像差的校正难度大；光焦度前后分离，轴外像差尤其是垂轴色差、畸变等严重限制了成像视场角；特别是当要求这类系统与高清相机适配时，更增加了设计难度。现有技术中采用摄远型结构的连续变焦光学系统要么变倍比小，要么体积大，要么作用距离近，无法满足轻小型光电成像载荷日益严格的技术要求。

2010年12月刊载于《光子学报》第39卷第1期的名称为《一种8倍可见光变焦光学系统设计》的中国文献，公开了一种摄远型连续变焦光学系统设计，采用了典型的摄远型光学结构。适配焦面大小为1/3”，可实现从6.5～52mm的连续变焦功能，但其系统总长达到115mm，远摄比为2.3，若要应用在更长焦距、更大变倍比的光学系统设计时，光学系统体积较难实现紧凑化或小型化。

中国专利申请CN103777331A(公开日：2014年5月7日)公开了一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，采用与上述文献类似的光学结构。虽然适配焦面大小为1/2.5”，具备从4.7～87.6mm达18倍的连续变焦功能，但总长为90mm，远摄比为0.97，且长焦焦距为87.6mm，与上述文献中公开的光学设计有类似的问题。

中国专利申请CN101887164A(公开日：2010年11月17日)公开了一种双波段光学镜头，虽然结构紧凑小巧，但是只能实现焦距5～50mm的10倍光学变焦，长焦焦距较小而且变焦倍数较低。

2013年3月，刊载于《应用光学》第34卷第2期的中国文献《一种高分辨率电视制导连续变焦光学系统》公开了一种摄远型连续变焦光学系统，适配1/1.8”图像传感器，F数为3.5，可实现焦距范围为40～152mm的3.8倍连续变焦，总长为160mm，远摄比为0.95。其中，变倍组采用了三分离的结构，长度较长，若要用于更大变倍比光学系统的设计时，难以做到小型化。

中国专利申请CN105807411A(公开日：2016年7月27日)，公开了一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，同样采用了摄远型光学结构，具备光学透雾功能，实现了14～86mm的连续变焦，总长为83mm，远摄比为1.04。该专利申请提供的光学系统体积较为紧凑，但是长焦焦距较短，变焦倍数也较低。

美国专利申请US005815322A(公开日：1998年9月29日)公开了一种连续变焦镜头，该镜头虽然具备12～234mm达19.5倍的连续变焦功能，但总长也达220mm，体积较大，无法满足小型化设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑型连续变焦光学系统，解决现有光学系统难以实现小型化、高变焦比的技术问题。