專利名稱：一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，適用于為實現(xiàn)多波段成像于同一像平面的裝置。
背景技術：
隨著電視傳感器在各領域的廣泛使用，作為電視傳感器的核心組成的光學裝置也得到了迅速發(fā)展，按結(jié)構形式分，有定焦、躍式變焦、連續(xù)變焦、躍式與連續(xù)變焦復合等系統(tǒng)；按波段范圍分，有可見光、近紅外、紅外、紫外等。近年來，對于既能大視場監(jiān)控，又能小視場識別、跟蹤，作用距離大，且能適應霧、塵等復雜環(huán)境的多波段(可見光+近紅外)、長焦距、大像面尺寸的連續(xù)變焦光學裝置被迫切需要，如森林防火、道路樓宇監(jiān)控、國家安全等。定焦光學裝置具有高像質(zhì)、大相對孔徑、結(jié)構緊湊等優(yōu)勢，但由于焦距、視場單一，只能作特定距離的觀察。躍式變焦光學裝置有2 4個不同的焦距、視場，能觀察、監(jiān)控不同距離和范圍的目標，但因變焦過程跳躍，會導致被監(jiān)視的目標呈現(xiàn)不連續(xù)性，造成目標丟失，不適合跟蹤目標?？梢姽獠ǘ芜B續(xù)變焦光學裝置因既能對目標進行大范圍觀察，又能識別重點目標，還能對選定的目標進行連續(xù)性跟蹤等特點被廣泛使用，但由于波段的限制，只能工作在具有足夠照度的室內(nèi)、外場所，在能見度較低的霧、塵天氣條件下，該類光學裝置的探測距離會受到嚴重影響。紅外光學裝置直接對目標的紅外輻射成像，具有較好的霧、雨、塵穿透力，作用距離大，基本不受景物照度或霧氣的影響，但受紅外探測器分辨率較低、價格昂貴、使用壽命短的影響，難以普及應用。多波段連續(xù)變焦光學裝置因其波段從傳統(tǒng)的可見光延展到了近紅外區(qū)域，即從400nm到700nm擴展到400nm到lOOOnm，利用近紅外光較可見光波長長，具有較好的霧、塵穿透力的特點，彌補了傳統(tǒng)可見光連續(xù)變焦光學裝置的缺陷，拓展了電視傳感器的使用環(huán)境，提升了電視傳感器的作用距離。另外，多波段連續(xù)變焦光學裝置較之紅外光學裝置，前者制造成本低廉、圖像分辨率高。明顯的性能和成本優(yōu)勢，使多波段連續(xù)變焦光學裝置成為近年來的研究方向?，F(xiàn)有技術的多波段、長焦距連續(xù)變焦光學裝置普遍適配1/3英寸、1/2英寸(XD，但是，適配7. 6mmX 7. 6mm及更大像面CXD的連續(xù)變焦光學裝置很難實現(xiàn)，這是由于該類光學裝置是長焦距和大視場這對矛盾的統(tǒng)一體，再加上波段寬，全波段像差校正十分困難；分波段像差校正又存在不齊焦問題?，F(xiàn)有技術廣泛使用的多波段、長焦距連續(xù)變焦光學裝置主要有圖3、圖4所示的兩種形式。圖3用于不齊焦量較小的光學裝置，以某一波段的像面為基準，分別將另外兩波段的像面距離差折算成對應波段的濾光鏡厚度，通過濾光鏡的厚度將對應波段的像面拉回到基準面上，使之齊焦。該方法對濾光鏡中心厚度尺寸的加工要求高，且互換性差。對于不齊焦量較大的光學裝置，一般采用圖4的方法補償像面，該方法通過增加補償鏡組，校正不同波段的像差，使之齊焦，該方法結(jié)構復雜，裝調(diào)難度大，可靠性低。概括地說，現(xiàn)有技術廣泛使用的多波段、長焦距連續(xù)變焦光學裝置存在以下主要缺陷1、多波段觀察不齊焦。對于不齊焦量小的光學裝置，一般采用不同厚度的濾光鏡補償像面，該方法存在濾光鏡中心厚度尺寸加工要求高、互換性差等缺陷；對于不齊焦量較大的光學裝置，一般采用增加補償鏡組的方法補償像面，該方法存在結(jié)構復雜，裝調(diào)難度大，可靠性低等缺陷。2、像面尺寸小。多波段、長焦距連續(xù)變焦光學裝置普遍適配1/3英寸、1/2英寸(XD，適配7. 6mmX 7. 6mm及更大像面CXD的該類光學裝置很難實現(xiàn)，因該類光學裝置是長焦距和大視場這對矛盾的統(tǒng)一體，再加上波段寬，像差校正十分困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，克服現(xiàn)有技術中的問題和不足，提供一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，在保證系統(tǒng)光學性能和良好像質(zhì)的前提下，實現(xiàn)多波段齊焦功能及
7.6mmX 7. 6mm像面(XD適配，以及更大像面(XD類光學裝置的適配。本實用新型通過對結(jié)構形式的改變，化解了長焦距、大視場、多波段之間的矛盾，像質(zhì)良好，實現(xiàn)不同變倍比和不同焦距范圍的多波段光學裝置本實用新型的技術方案是一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，它包括安裝于同一光軸上在連續(xù)改變焦距的過程中光學系統(tǒng)總長保持不變的6個鏡組；所述鏡組以光進入的前透鏡組一端為前端，像面一端為后端，從前至后依次排列為前透鏡組、變倍組、補償組、可變光闌組、后固定組以及濾光鏡組。更進一步的技術方案是所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，所述的前透鏡組用于調(diào)焦，為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片鑭火石平凹透鏡與一片火石平凹透鏡以平面膠合面膠合組成的雙膠合透鏡；所述的變倍組為負光焦度組，從前至后依次為一片重火石正彎月透鏡與一片重冕負彎月透鏡組成的雙膠合透鏡、一片凸面朝前的鋇火石正彎月透鏡、一片凸面朝前的鑭火石負彎月透鏡、一片小凹面朝前的重鋇火石雙凹透鏡；所述的補償組為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片凹面朝前的重火石負彎月透鏡；所述的可變光闌組位于補償組和后固定組之間的一固定位置；所述的后固定組為正光焦度組，從前至后依次為一片凸面朝前的低色散正彎月透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡、一片低色散雙凸透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡與一片重火石雙凸透鏡組成的雙膠合透鏡；所述的濾光鏡組位于后固定組與像面之間，包含三片在同一平面上排列的不同波段的平面濾光鏡。所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其可變光闌組距離后固定組的第一片透鏡前頂點O. 5mm。所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，焦距為50mm到750mm連續(xù)變焦，相對孔徑為1:4到1:7，最大透鏡的通光口徑為125mm,適配像面尺寸為7. 6mmX 7. 6mm,或適配小像面尺寸的(XD，包括1/2英寸、1/3英寸(XD。所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，波段范圍為400nm到IOOOnm ;濾光鏡組由三片不同波段的等厚度的平面濾光鏡組成，用于在同一固定平面分別實現(xiàn)對三個不同波段的觀察。所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，三片不同波段的平面濾光鏡厚度均為2mm。所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其透鏡面形均為球面。以下結(jié)合本實用新型的原理、技術方案對本實用新型的效果作說明所述的前透鏡組為正光焦度組，承擔調(diào)焦任務；所述的變倍組為負光焦度組，其作用是改變系統(tǒng)倍率；所述的補償組為正光焦度組，其作用是補償變倍組移動引起的系統(tǒng)像面漂移；所述的可變光闌組其作用是改變系統(tǒng)光通量；所述的后固定組為正光焦度組，其作用是補償系統(tǒng)像差；所述的濾光鏡組其作用是實現(xiàn)多波段觀察。前透鏡組的通光口徑很大，相對孔徑D/f為1/2. 3，組內(nèi)長焦時的球差、正弦差較為突出，色差和二級光譜的校正難度遠遠大于傳統(tǒng)長焦距連續(xù)變焦系統(tǒng)，當采用單單雙的結(jié)構形式，即前兩片均為低折射率、低色散特性的同種材料雙凸透鏡，后組雙膠合透鏡組由一片高折射率平凹透鏡與一片中等折射率平凹透鏡組成，膠合面為平面，這樣既可減小色差和二級光譜，又可收縮光線口徑，有利于減小變倍組的口徑。變倍組的相對孔徑D/f為1/0. 88，短焦軸外細光束像差最為突出，這樣的相對孔徑?jīng)Q定了該組復雜的結(jié)構形式，本實用新型采用雙單單單——正彎月單透鏡和負彎月單透鏡組成的雙膠合透鏡加正彎月單透鏡加負彎月單透鏡加負彎月單透鏡，四組5片透鏡的結(jié)構形式，其玻璃組合依次為高折射率、高色散重火石玻璃，高折射率重冕玻璃，中等折射率鋇火石玻璃，高折射率、高色散鑭火石玻璃，中等折射率、高色散重鋇火石玻璃，該結(jié)構形式和玻璃組合有利于軸外細光束像差及色差的校正。
補償組的相對孔徑D/f為1/2，但通光口徑較小，組內(nèi)像差校正難度較小，該組的主要作用是補償中焦位置的像差，使之與長、短焦距位置相等，同時抵消前透鏡組和變倍組的色差和二級光譜。依據(jù)其像差特性，當采用單單單的結(jié)構形式，即前兩片均為低折射率、低色散特性的同種材料雙凸透鏡，最后一片為凹面朝前的重火石負彎月透鏡。后固定組的相對孔徑和通光口徑均很小，組內(nèi)像差容易校正，其主要作用是縮短光學裝置總長，補償前透鏡組、變倍組、補償組的剩余像差。濾光鏡組作用是實現(xiàn)多波段觀察。本實用新型的三片平面濾光鏡分別是一片適合可見光波段的彩色或黑白觀察，另兩片適合近紅外波段的分區(qū)觀察。連續(xù)變焦各組分的焦距分配，不僅決定了系統(tǒng)的總長、口徑，還決定了各組分及全系統(tǒng)像差設計的難易，本實用新型具有多種結(jié)構形式，結(jié)構緊湊，能校正多波段像差，實現(xiàn)多波段齊焦。

圖1為本實用新型光學裝置示意圖，d…為可變間隔；圖2.1為本實用新型變焦運動不意圖，d''、Cl1^、.為短焦時的間隔；
·. BM m■·-_.■·圓 Ku[0032]圖2.2為本實用新型變焦運動不意圖，dU1、^231、 ^34-1為長焦時的間隔；圖3為現(xiàn)有技術采用不同厚度濾光鏡示意圖；圖4為現(xiàn)有技術采用附加透鏡組示意具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步描述。實施例1 :如圖1所示，是本實用新型多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置一個基本實施例，它包括安裝于同一光軸上在連續(xù)改變焦距的過程中光學系統(tǒng)總長保持不變的6個鏡組；所述鏡組以光進入的前透鏡組I 一端為前端，像面7—端為后端，從前至后依次排列為前透鏡組1、變倍組2、補償組3、可變光闌組4、后固定組5以及濾光鏡組6。實施例2 :是在實施例1的基礎上進一步的技術方案，所述的前透鏡組I用于調(diào)焦，為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片鑭火石平凹透鏡與一片火石平凹透鏡以平面膠合面膠合組成的雙膠合透鏡；所述的變倍組2為負光焦度組，從前至后依次為一片重火石正彎月透鏡與一片重冕負彎月透鏡組成的雙膠合透鏡、一片凸面朝前的鋇火石正彎月透鏡、一片凸面朝前的鑭火石負彎月透鏡、一片小凹面朝前的重鋇火石雙凹透鏡；所述的補償組3為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片凹面朝前的重火石負彎月透鏡；所述的可變光闌組4位于補償組3和后固定組5之間的一固定位置；所述的后固定組5為正光焦度組，從前至后依次為一片凸面朝前的低色散正彎月透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡、一片低色散雙凸透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡與一片重火石雙凸透鏡組成的雙膠合透鏡；所述的濾光鏡組6位于后固定組5與像面7之間，包含三片在同一平面上排列的不同波段的平面濾光鏡。實施例3 :與實施例2不同的是，所述可變光闌組4距離后固定組5的第一片透鏡前頂點O. 5mm。焦距為5 0mm到750mm連續(xù)變焦，相對孔徑為1:4到1:7，最大透鏡的通光口徑為125mm，適配像面尺寸為7. 6mmX 7. 6mm，或適配小像面尺寸的(XD，包括1/2英寸、1/3英寸(XD。波段范圍為400nm到IOOOnm ;濾光鏡組6由三片不同波段的等厚度的平面濾光鏡組成，用于在同一固定平面分別實現(xiàn)對三個不同波段的觀察；本實施例平面濾光鏡厚度均選為2_。透鏡材料為玻璃,面形均為球面。本實用新型權利要求保護范圍不限于上述實施例。
權利要求1.一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，它包括安裝于同一光軸上在連續(xù)改變焦距的過程中光學系統(tǒng)總長保持不變的6個鏡組；所述鏡組以光進入的前透鏡組(I)一端為前端，像面(7)—端為后端，從前至后依次排列為前透鏡組(I)、變倍組(2)、補償組(3)、可變光闌組(4)、后固定組(5)以及濾光鏡組(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，所述的前透鏡組(I)用于調(diào)焦，為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片鑭火石平凹透鏡與一片火石平凹透鏡以平面膠合面膠合組成的雙膠合透鏡；所述的變倍組(2)為負光焦度組，從前至后依次為一片重火石正彎月透鏡與一片重冕負彎月透鏡組成的雙膠合透鏡、一片凸面朝前的鋇火石正彎月透鏡、一片凸面朝前的鑭火石負彎月透鏡、一片小凹面朝前的重鋇火石雙凹透鏡；所述的補償組(3)為正光焦度組，從前至后依次為兩片低色散雙凸單透鏡、一片凹面朝前的重火石負彎月透鏡；所述的可變光闌組(4)位于補償組(3)和后固定組(5)之間的ー固定位置；所述的后固定組(5)為正光焦度組，從前至后依次為一片凸面朝前的低色散正彎月透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡、一片低色散雙凸透鏡、一片鑭火石雙凹透鏡與一片重火石雙凸透鏡組成的雙膠合透鏡；所述的濾光鏡組(6)位于后固定組(5)與像面(7)之間，包含三片在同一平面上排列的不同波段的平面濾光鏡。
3.根據(jù)權利要求2所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，可變光闌組(4)距離后固定組(5)的第一片透鏡前頂點0. 5_。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在干，焦距為50mm到750mm連續(xù)變焦，相對孔徑為1:4到1:7，最大透鏡的通光口徑為125mm，適配像面尺寸為7. 6mmX 7. 6mm,或適配小像面尺寸的(XD,包括1/2英寸、1/3英寸(XD。
5.根據(jù)權利要求1所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，波段范圍為400nm到IOOOnm ;濾光鏡組(6)由三片不同波段的等厚度的平面濾光鏡組成，用于在同一固定平面分別實現(xiàn)對三個不同波段的觀察。
6.根據(jù)權利要求5所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，三片不同波段的平面濾光鏡厚度均為2mm。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，其特征在于，透鏡面形均為球面。
專利摘要本實用新型涉及一種多波段齊焦連續(xù)變焦光學裝置，它包括安裝于同一光軸上在連續(xù)改變焦距的過程中光學系統(tǒng)總長保持不變的6個鏡組；所述鏡組以光進入的前透鏡組一端為前端，像面一端為后端，從前至后依次排列為前透鏡組、變倍組、補償組、可變光闌組、后固定組以及濾光鏡組。本實用新型優(yōu)點是多波段成像于同一像面，解決了不同波段觀察時，因像面不齊焦，需接入附加透鏡組或利用不同厚度的濾光鏡補償像面位置的問題，簡化了結(jié)構，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G02B1/00GK202870379SQ20122033977
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者胡際先, 耿安兵, 胡鋒 申請人:中國船舶重工集團公司第七一七研究所