本發(fā)明涉及一種適用于電視攝像或照相的連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，特別地，尤其適用于光電吊艙的光學(xué)系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明涉及一種具備光學(xué)透霧能力與低照度條件成像能力，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦功能，且具有高清視頻攝像與超高清拍照成像兩種工作模式的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中已有較為成熟的采用電視攝像機(jī)和紅外熱像儀的吊艙影像裝置，以及單電視攝像機(jī)或紅外熱像儀的吊艙裝置，這些裝置雖具有視頻錄像功能，但由于電視攝像機(jī)或紅外熱像儀的視場(chǎng)較小、分辨率較低，難以實(shí)現(xiàn)在較遠(yuǎn)距離上對(duì)目標(biāo)細(xì)節(jié)的確認(rèn)，其使用功能還不盡完善；為了彌補(bǔ)上述不足，現(xiàn)有技術(shù)中已有采用電視攝像機(jī)、紅外熱像儀和數(shù)碼相機(jī)三光集成或具有其中幾種或更多種功能的吊艙影像裝置。數(shù)碼相機(jī)模塊的增加，一方面，可以提供較大視場(chǎng)、較高分辨率的目標(biāo)影像信息，另一方面，也使吊艙影像裝置的性能更為完善。如：

中國(guó)專利CN201235938 Y，公開了一種機(jī)載可見光攝像裝置，采用電視攝像機(jī)與數(shù)碼相機(jī)分孔徑雙光集成。中國(guó)專利CN104058099 A，公開了一種無人機(jī)小型攝錄吊艙，同樣采用了電視攝像機(jī)與數(shù)碼相機(jī)分孔徑雙光集成。

中國(guó)專利CN103395497 A，公開了一種無人機(jī)載光電吊艙，采用了非制冷紅外、電視攝相機(jī)和數(shù)碼相機(jī)分孔徑三光集成。中國(guó)專利CN101811578 B公開了一種電力巡檢無人直升機(jī)專用光電吊艙，也是采用了電視攝像機(jī)與任務(wù)相機(jī)或紅外熱像儀或紫外成像儀分孔徑多光集成的方案。

在現(xiàn)役裝備上，加拿大的WESCAM公司的MX系列光電吊艙，美國(guó)FLIR公司的STAR SAFIRE系列光電吊艙，以色列CONTROP精密技術(shù)公司的iSea系列光電吊艙等，除了采用分孔徑多光集成的方法，載有紅外熱像儀、電視攝像機(jī)、微光攝像機(jī)等常用載荷外，也均可搭載單獨(dú)的數(shù)碼相機(jī)載荷，各光電吊艙的功能也更加完善。

但，上述各專利或裝備均采用了電視攝像機(jī)與數(shù)碼相機(jī)分孔徑集成的設(shè)計(jì)方案，增加了整個(gè)吊艙影像裝置的體積，提高了各成像子系統(tǒng)的集成難度，而且，所述各類吊艙裝置的數(shù)碼相機(jī)均不具備連續(xù)變焦功能，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的連續(xù)變焦成像偵查。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適用于光電吊艙，具備光學(xué)透霧能力與低照度條件成像能力，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)變焦功能，且具有高清視頻攝像與超高清拍照成像兩種工作模式的光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和光闌，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為凸輪-套筒、凸輪-導(dǎo)軌或其他類似驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特殊之處在于：還包括從左向右依次排列的前固定鏡組6、變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4、像差穩(wěn)定鏡組3和濾光片2；前固定鏡組6的左側(cè)為物面，濾光片2的右側(cè)為所述雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦面；

所述前固定鏡組6、變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4、像差穩(wěn)定鏡組3和濾光片2的中心軸線同軸；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4與像差穩(wěn)定鏡組3在所述雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)光軸方向前后直線移動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，在連續(xù)變焦過程中，雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的總長(zhǎng)恒定；

在向長(zhǎng)焦變化時(shí)，變焦鏡組5朝向焦面1一側(cè)運(yùn)動(dòng)；在向短焦變化時(shí)，變焦鏡組5朝向物面一側(cè)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中焦距連續(xù)變化，

所述前固定鏡組包括自左向右中心軸線同軸排列的第一膠合鏡組和第二正透鏡603；第一膠合鏡組具有正折射力；

所述變焦鏡組5包括自左向右中心軸線同軸排列的第二膠合鏡組、第三負(fù)透鏡503和第四負(fù)透鏡504；第二膠合鏡組具有正折射力；

所述補(bǔ)償鏡組4包括自左向右中心軸線同軸排列的具有正折射力的第4正透鏡401、第三膠合鏡組、具有正折射力的第6正透鏡404、具有負(fù)折射力的第6負(fù)透鏡405及具有正折射力的第7正透鏡406；第三膠合鏡組具有負(fù)折射力；

所述光闌固定在第4正透鏡401的左側(cè)面上；

所述像差穩(wěn)定鏡組3包括自左向右依次排列的第四膠合鏡組和第8負(fù)透鏡303；第四膠合鏡組具有正折射力。

所述各透鏡均采用常用光學(xué)玻璃材料，具有較好的可獲得與可加工特性；通過切換濾光片2可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明彩色成像與透霧成像或低照度條件成像功能的切換。

第一膠合鏡組由第一負(fù)透鏡601與第一正透鏡602膠合構(gòu)成。

第二膠合鏡組由第三正透鏡501與第二負(fù)透鏡502膠合而成。

第三膠合鏡組由第5正透鏡402與第5負(fù)透鏡403膠合而成。

第四膠合鏡組由第8正透鏡301和第7負(fù)透鏡302膠合構(gòu)成。

設(shè)所述第一負(fù)透鏡601對(duì)d線的阿貝數(shù)vd601，設(shè)所述第一正透鏡602對(duì)d線的阿貝數(shù)為vd602時(shí)，vd601和vd602滿足以下條件式：

vd601＜40；

vd602＞60；

能夠?qū)η肮潭ㄧR組6內(nèi)跨全變倍區(qū)域地相對(duì)于從可見光區(qū)域到近紅外光區(qū)域的光而產(chǎn)生的色差良好地進(jìn)行校正。

設(shè)所述變焦鏡組5的焦距為f5，設(shè)所述雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為f1，設(shè)所述第三正透鏡對(duì)d線的阿貝數(shù)為vd501，f1、f5和vd501滿足以下條件式：

9.4＜|f1/f5|＜11；

vd501＜26；

變焦鏡組5，能夠?qū)εc大口徑化相伴而生的像差良好地進(jìn)行校正，保證光學(xué)系統(tǒng)變焦迅速，并且能對(duì)跨全變倍區(qū)域的從可見光區(qū)域到近紅外光區(qū)域的光產(chǎn)生的色差更好地進(jìn)行校正。

設(shè)所述補(bǔ)償鏡組4的焦距為f4，設(shè)所述第4正透鏡401對(duì)d線的阿貝數(shù)為vd401，所述f1、f4和vd401滿足以下條件式：

5.8＜|f1/f4|＜7.6；

vd401＞60；

能夠保證補(bǔ)償鏡組4運(yùn)動(dòng)平緩迅速，特別是能對(duì)短焦端中的彗差和色差的更好地進(jìn)行校正。

上述濾光片是紅外截止濾光片、近紅外帶通濾光片、近紅外長(zhǎng)波濾光片或近紅外截止濾光片。

設(shè)與所述像差穩(wěn)定鏡組3的變倍相伴的從短焦端到長(zhǎng)焦端的移動(dòng)量Dt3，設(shè)變焦光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)為TOTL時(shí)，滿足以下的條件式：

6＜TOTL/Dt3＜9；

能夠維持高的光學(xué)性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

本發(fā)明在全變焦段范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)高清視頻攝像；在靠近長(zhǎng)焦端的某段焦距范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)超高清拍照成像；兩種模式可通過手動(dòng)或自動(dòng)指令進(jìn)行控制切換，保證整個(gè)多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)兩種模式的切換特性。

本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)大于14倍的連續(xù)變倍功能。在焦距連續(xù)變化的過程中，在視頻成像或拍照成像兩種模式下，所有焦距中心視場(chǎng)及邊緣視場(chǎng)均具有較好的成像質(zhì)量。由變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4和像差穩(wěn)定鏡組3組成的變焦核，按設(shè)計(jì)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律連續(xù)運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)變焦過程中始終在光軸上前后移動(dòng)，變倍時(shí)光圈F數(shù)連續(xù)變化，總長(zhǎng)固定不變，質(zhì)心變化較小，系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。

本發(fā)明所述系統(tǒng)放置在焦面1前的濾光片2可更換。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)需要工作于彩色成像條件時(shí)，切入紅外截止濾光片，保證所成圖像彩色信息均勻豐富；當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)需要工作于透霧或低照度模式時(shí)，切入近紅外帶通濾光片，此時(shí)，所成圖像為黑白圖像，保證整個(gè)雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的透霧或低照度成像特性。

本發(fā)明所述系統(tǒng)的四個(gè)透鏡組鏡片總數(shù)數(shù)量少，具有較好的公差特性。各鏡組所用光學(xué)材料均為常用光學(xué)玻璃材料，均具有較好的可獲得與可加工特性。另外，所述各光學(xué)材料均可由國(guó)內(nèi)外光學(xué)特性相近的光學(xué)玻璃材料進(jìn)行替換選用。

本發(fā)明所述光學(xué)系統(tǒng)光闌固定位于補(bǔ)償鏡組4靠近物面一側(cè)透鏡的外表面，可以保證變焦過程中光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑的連續(xù)變化，避免了為保持光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑恒定而采用復(fù)雜隨動(dòng)的可變光闌；另一方面，光闌經(jīng)補(bǔ)償鏡組4成像于像面?zhèn)群苓h(yuǎn)距離處，構(gòu)成準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心光路，可保證整個(gè)像面具有均勻的相對(duì)照度分布。

本發(fā)明所述光學(xué)結(jié)構(gòu)采用準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心的設(shè)計(jì)形式結(jié)合像差漸暈的設(shè)計(jì)方法，保證光學(xué)系統(tǒng)在各視場(chǎng)條件下均具有較好畸變特性的同時(shí)，亦可使各視場(chǎng)條件下像面照度分布更為均勻。

本發(fā)明所述光學(xué)系統(tǒng)所用雙膠合鏡組考慮了各透鏡材料線脹系數(shù)的匹配，即使是在使用環(huán)境未加熱控措施的情況下，亦可保證整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在-55℃～+60℃溫度范圍內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)特性。

本發(fā)明適用于各類光電吊艙和轉(zhuǎn)塔、軍警民用監(jiān)控、搜索與觀瞄跟蹤等用途。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是本發(fā)明工作于視頻成像模式下，不同焦距時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，

其中，圖2a為本發(fā)明短焦時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b為本發(fā)明中焦時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，圖2c為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明工作于視頻成像模式下，不同焦距時(shí)的像差分布示意圖，

其中，

圖3a1為本發(fā)明短焦時(shí)的球面像差示意圖，圖3b1為本發(fā)明短焦時(shí)的像散像差示意圖，圖3c1為本發(fā)明短焦時(shí)的畸變像差示意圖；

圖3a2為本發(fā)明中焦時(shí)的球面像差示意圖，圖3b2為本發(fā)明中焦時(shí)的像散像差示意圖，圖3c2為本發(fā)明中焦時(shí)的畸變像差示意圖；

圖3a3為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的球面像差示意圖，圖3b3為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的像散像差示意圖，圖3c3為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的畸變像差示意圖；

圖4是本發(fā)明工作于拍照成像模式下，不同焦距時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，圖4a為本發(fā)明短焦時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖，圖4b為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明工作于拍照成像模式下，不同焦距時(shí)的像差分布示意圖；

其中，

圖5a1為本發(fā)明短焦時(shí)的球面像差示意圖，圖5b1為本發(fā)明短焦時(shí)的像散像差示意圖，圖5c1為本發(fā)明短焦時(shí)的畸變像差示意圖；

圖5a2為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的球面像差示意圖，圖5b2為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的像散像差示意圖，圖5c2為本發(fā)明長(zhǎng)焦時(shí)的畸變像差示意圖；

圖中：1焦面，2濾光片，3像差穩(wěn)定組，4后固定鏡組，5變焦鏡組，6前固定鏡組。

具體實(shí)施方法

為了進(jìn)一步清楚闡述本技術(shù)方案的特點(diǎn)，下面提供具體實(shí)施方式并與附圖相結(jié)合，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但不應(yīng)當(dāng)將其理解為對(duì)本發(fā)明的限定。

圖1為雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，從物面到焦面1依次排列固聯(lián)的前固定鏡組6、變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4、像差穩(wěn)定鏡組3和濾光片2，前固定鏡組6的左側(cè)為物面，濾光片2的右側(cè)為所述雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的焦面，變焦鏡組5與前固定鏡組6、補(bǔ)償鏡組4和像差穩(wěn)定鏡組3共同構(gòu)成完整的成像系統(tǒng)，本發(fā)明在焦距變化的過程中系統(tǒng)總長(zhǎng)不變。前固定鏡組6的位置恒定。在變焦過程中，變焦鏡組5、補(bǔ)償鏡組4和像差穩(wěn)定鏡組3在光軸上按一定規(guī)律前后移動(dòng)。在從寬視場(chǎng)向窄視場(chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組5往靠近像面1方向一側(cè)平移；在從窄視場(chǎng)向?qū)捯晥?chǎng)變化時(shí)，變焦鏡組5向物面方向一側(cè)移動(dòng)。

前固定鏡組6，包括自左向右中心軸線同軸排列的第一膠合鏡組和具有正折射力的第二正透鏡603，其中，第一膠合鏡組和第二正透鏡603均具有正折射力；第一膠合鏡組由第一負(fù)透鏡601與第一正透鏡602膠合構(gòu)成。如此，在光學(xué)系統(tǒng)的最靠物面?zhèn)龋軌蚺渲镁哂休^長(zhǎng)焦距且具有正的折射力前固定鏡組6，有利于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。

此外，設(shè)所述前固定鏡組6中第一負(fù)透鏡601對(duì)d線的阿貝數(shù)vd601，設(shè)前固定鏡組6中第一正透鏡602對(duì)d線的阿貝數(shù)為vd602時(shí)，優(yōu)選為vd601和vd602滿足以下的條件：

(1)vd601＜40

(2)vd602＞60

條件式(1)以及條件式(2)是規(guī)定前固定鏡組6對(duì)從可見光區(qū)域到近紅外光區(qū)域的光產(chǎn)生的色差良好地進(jìn)行校正的條件的式子。通過由滿足條件式(1)的高色散材料形成前固定鏡組中的第一負(fù)透鏡601以及滿足式(2)的低色散材料形成的第一正透鏡602，能夠在全變倍范圍對(duì)從可見光區(qū)域到近紅外光區(qū)域的光產(chǎn)生的色差良好地進(jìn)行校正。另外，條件式(1)以及條件式(2)中，若超出它們的限制，則軸上色差的校正變得困難，不能夠?qū)η肮潭ㄧR組6內(nèi)從可見光區(qū)域到近紅區(qū)域的光產(chǎn)生的色差充分地進(jìn)行校正。

此外，變焦鏡組5包括自左向右中心軸線同軸排列的第二膠合鏡組、第三負(fù)透鏡503和第四負(fù)透鏡504；其中，第二膠合鏡組具有正折射力，由第三正透鏡501與第二負(fù)透鏡502膠合而成，設(shè)所述變焦鏡組5的焦距為f5，設(shè)本發(fā)明長(zhǎng)焦端焦距為f1，設(shè)所述變焦鏡組5中的第三正透鏡對(duì)d線的阿貝數(shù)vd501，優(yōu)選為f1、f5和vd501滿足以下的條件式。

(3)9.4＜|f1/f5|＜11

(4)vd501＜26

條件式(3)是對(duì)變焦鏡組5的焦距范圍進(jìn)行限定的式子。通過滿足該條件式(3)，能夠保證光學(xué)系統(tǒng)變焦迅速，并能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(3)中若超過其上限，則所述變焦鏡組5的移動(dòng)量增加，因此光學(xué)系統(tǒng)的小型化變得困難。另一方面，在條件式(3)中若低于其下限，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)小型化有利，但特別是長(zhǎng)焦端中的彗差和色差的校正變得困難，光學(xué)性能劣化，而成為問題。

條件式(4)是規(guī)定跨全變倍區(qū)域地對(duì)變焦鏡組5相對(duì)于從可見光區(qū)域到近紅外光區(qū)域的光產(chǎn)生的色像差良好地進(jìn)行校正的條件的式子。通過由滿足條件式(4)的高色散材料形成變焦鏡組中的第三正透鏡501，能夠在全變倍范圍對(duì)相對(duì)于從可見光區(qū)域到近紅外光域的光而產(chǎn)生的色差良好地進(jìn)行校正。另外，條件式(4)中，若低于它的下限，則軸上色差的校正變得困難，不能夠?qū)τ趶目梢姽鈪^(qū)域到近紅區(qū)域的光產(chǎn)生的色差充分地進(jìn)行校正。

如此，所述變焦鏡組6能夠有效壓縮光線在后組鏡片表面的入射角，降低后組鏡片像差校正的難度。

此外，補(bǔ)償鏡組4包括自左向右中心軸線同軸排列的具有正折射力的第4正透鏡401、第三膠合鏡組、具有正折射力的第6正透鏡404、具有負(fù)折射力的第6負(fù)透鏡405及具有正折射力的第7正透鏡406；第三膠合鏡組具有負(fù)折射力，由第5正透鏡402與第5負(fù)透鏡403膠合而成；設(shè)補(bǔ)償鏡組的焦距為f4，設(shè)所述變焦光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)焦端焦距為f1，設(shè)補(bǔ)償鏡組4中第4正透鏡401對(duì)d線的阿貝數(shù)vd401，優(yōu)選f4、vd401和本發(fā)明長(zhǎng)焦端焦距f1滿足以下的條件式。

(5)5.8＜|f1/f4|＜7.6

(6)vd401＞60

條件式(5)是對(duì)與變倍組相伴的所述補(bǔ)償鏡組4的焦距范圍進(jìn)行限定的式子。通過滿足該條件式(5)，能夠保證光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償鏡組4運(yùn)動(dòng)平緩迅速，并能夠更好地實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(5)中若超過其上限，則所述補(bǔ)償鏡組4的移動(dòng)量增加，光學(xué)系統(tǒng)的小型化變得困難。另一方面，在條件式(5)中若低于其下限，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)小型化有利，但特別是短焦端中的彗差和色差的校正變得困難，光學(xué)性能劣化，而成為問題。

條件式(6)，與條件式(1)、(2)同樣，是規(guī)定用于跨全變倍區(qū)域地對(duì)從可見光區(qū)域到近紅外區(qū)域的光而產(chǎn)生的色像差良好地進(jìn)行校正的條件的式子。利用滿足條件式(6)的低色散材料形成所述補(bǔ)償鏡組4的第5負(fù)透鏡，而對(duì)跨度全變倍區(qū)域地從可見光區(qū)域到近紅外光域的光所產(chǎn)生的色差進(jìn)一步良好地進(jìn)行校正。另外，條件式(6)中若低于其下限，則所述補(bǔ)償鏡組4中的軸上色像差的校正變得困難。

如此，所述補(bǔ)償鏡組4能夠?qū)M內(nèi)各透鏡產(chǎn)生的像差進(jìn)行獨(dú)立校正，并對(duì)變焦鏡組引入的彗差和色差進(jìn)行部分補(bǔ)償。

此外，像差穩(wěn)定鏡組3包括自左向右中心軸線同軸排列的第四膠合鏡組和具有負(fù)的折射力的第8負(fù)透鏡303，第四膠合鏡組具有正的折射力，由第8正透鏡301與具有負(fù)的折射力的第7負(fù)透鏡302膠合構(gòu)成，設(shè)與所述像差穩(wěn)定鏡組3的變倍相伴的從短焦端到長(zhǎng)焦端的移動(dòng)量為Dt3，設(shè)雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)總長(zhǎng)為TOTL時(shí)，Dt3與TOTL滿足以下的條件式：

(7)6＜TOTL/Dt3＜9

條件式(7)，是對(duì)與變倍組相伴的所述像差穩(wěn)定鏡組3的適當(dāng)?shù)男谐谭秶M(jìn)行限定的式子。通過滿足該條件式(7)，能夠維持高的光學(xué)性能，并能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。條件式(7)中若低于其下限，則所述像差穩(wěn)定鏡組3的移動(dòng)量增加，因此光學(xué)系統(tǒng)的小型化變得困難。另一方面，在條件式(7)中若超過其上限，對(duì)光學(xué)小型化有利，但特別是長(zhǎng)焦端中的球差和彗差的校正變得困難，光學(xué)性能劣化，還會(huì)使得短焦端像差穩(wěn)定鏡組3與像面1靠得太近，與實(shí)現(xiàn)光學(xué)透霧功能切換的濾光片2或?yàn)V光片切換機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉，而成為問題。

如此，所述像差穩(wěn)定鏡組3，從物體側(cè)順次，將兩組的分別具有正的折射力與負(fù)折射力的透鏡并列配置，能夠有效補(bǔ)償變焦鏡組5與補(bǔ)償鏡組4在變倍運(yùn)動(dòng)過程中引入的彗差、像散等像差，并能對(duì)長(zhǎng)焦端附近的焦距范圍內(nèi)因成像面變化帶來的軸外像差更好地進(jìn)行補(bǔ)償。

如上所述，該實(shí)施方式所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)，通過滿足上述各條件，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、連續(xù)變焦、光學(xué)透霧、高清視頻攝像與超高清拍照成像雙模切換工作，并能夠在全變倍區(qū)域?qū)目梢姽鈪^(qū)域到近紅外光區(qū)域的光產(chǎn)生的諸像差良好地進(jìn)行校正，通過同時(shí)多個(gè)滿足上述各條件，能夠得到更優(yōu)良的光學(xué)性能。

圖2是表示實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成的沿光軸的剖面圖。本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)共四個(gè)鏡組，從物面到焦面1依次排列固聯(lián)具有正折射力的前固定鏡組6、具有負(fù)折射力的變焦鏡組5、具有正折射力的補(bǔ)償鏡組4、具有正折射力的像差穩(wěn)定鏡組3和濾光片2。在成像面1配置CCD、CMOS等的成像元件的受光面。

以下，表示與實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的各種數(shù)值數(shù)據(jù)。

變焦光學(xué)系統(tǒng)全系統(tǒng)的焦距＝17.5mm(短焦端)～245mm(長(zhǎng)焦端)

F/#＝3.2(短焦端)～7.0(長(zhǎng)焦端)，F(xiàn)#即為光圈數(shù)是入瞳口徑與焦距之比的倒數(shù)，即F＝f/D

視頻成像模式下，焦距范圍：17.5mm(短焦端)～245mm(長(zhǎng)焦端)

視頻成像模式下，對(duì)角線視場(chǎng)角(2ω)＝2.3°(長(zhǎng)焦端)～32.3°(短焦端)

拍照成像模式下，焦距范圍：210mm(短焦端)～245mm(長(zhǎng)焦端)

拍照成像模式下，對(duì)角線視場(chǎng)角(2ω)＝6.6°(長(zhǎng)焦端)～7.6°(短焦端)

本實(shí)施例中，從前固定鏡組6靠近物面一側(cè)的面到像面1的總長(zhǎng)小于198mm，各透鏡最大口徑小于58mm，焦距范圍17.5mm～245mm，變倍比為14。變倍過程中，系統(tǒng)總長(zhǎng)恒定，F(xiàn)數(shù)隨焦距位置的變化連續(xù)變化，具有較小的體積、較輕的重量，且屬于內(nèi)變焦，變倍過程中質(zhì)心變化不大。

本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)在全變焦段范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)1920×1080全高清視頻成像；在靠近長(zhǎng)焦端的某段焦距范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)2000萬像素以上分辨率的超高清拍照成像；兩種模式可通過手動(dòng)或自動(dòng)指令進(jìn)行控制切換。

另外，圖2是實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)工作于視頻成像模式下，不同焦距時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)工作于視頻成像模式下，不同焦距時(shí)諸像差分布示意圖。

圖4是實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)工作于拍照成像模式下，不同焦距時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實(shí)施例所涉及的變焦光學(xué)系統(tǒng)工作于拍照成像模式下，不同焦距時(shí)諸像差分布示意圖。

本發(fā)明的雙模多用途連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)上的可用性：對(duì)于監(jiān)視低照度場(chǎng)所的跟瞄監(jiān)控?cái)z像或照相相機(jī)有用，特別最適于不論晝夜條件都要求提供鮮明目標(biāo)圖像的吊艙或轉(zhuǎn)塔用相機(jī)、搜索跟蹤用相機(jī)和觀瞄監(jiān)控用相機(jī)等。

以上利用實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的描述，其意圖是示例性的，不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍起限制作用。因此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明所提出的權(quán)利要求范圍的條件內(nèi)，可對(duì)所描述的本發(fā)明進(jìn)行特征替換或修改。