专利摘要

本实用新型属于光电成像技术领域，具体提供一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，该光学系统沿光轴自左到右分别依次设置有前调焦组、变倍组、补偿组、后固定组和滤光片。前调焦组的左侧为物面，滤光片的右侧为像面；通过变倍组和补偿组在光轴方向前后相对运动实现连续变焦与补偿；上述前调焦组可沿光轴左右移动，实现调焦功能；即采用前组调焦方式实现调焦，补偿像面温度离焦量。除具有长焦距、大变倍比、结构相当紧凑、成像优良等特点外，变焦系统短焦为无热化设计，克服了传统变焦系统在环境温度变化时，变焦全程无法一致清晰成像，需频繁多次调焦的问题，既便利用户操作与使用，又极大减小调焦量，有利于快速对焦。

权利要求

1.一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：包括沿光轴自左到右依次设置的前调焦组(1)、变倍组(2)、补偿组(3)、后固定组(4)和滤光片(5)；前调焦组(1)的左侧为物面，滤光片(5)的右侧为像面；通过变倍组(2)和补偿组(3)在光轴方向前后相对运动实现连续变焦与补偿；所述前调焦组(1)能够沿光轴左右移动，实现调焦，补偿像面温度离焦量；

所述前调焦组(1)包括自左向右依次设置的凹面朝向滤光片(5)的第一负透镜(101)、第一双凸正透镜(102)、弯曲方向朝向滤光片的第一正透镜(103)；

所述变倍组(2)包括自左向右依次设置的第一胶合透镜组(201)、第二平凹负透镜(202)和第三平凹负透镜(203)；所述第一胶合透镜组(201)自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第一胶合透镜组(201)胶合面弯曲方向背离滤光片(5)；

所述补偿组(3)包括自左向右依次设置的第二双凸正透镜(301)和第二胶合透镜组(302)；所述第二双凸正透镜(301)的前表面处固设光阑；所述第二胶合透镜组(302)自左向右由双凸正透镜和平凹负透镜组成；第二胶合透镜组(302)胶合面弯曲方向朝向光阑；

所述后固定组(4)包括自左向右依次设置的第四平凹负透镜(401)、弯曲方向背离光阑的第二正透镜(402)、第三胶合透镜组(403)和第三双凸正透镜(404)；所述第三胶合透镜组(403)自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第三胶合透镜组(403)胶合面弯曲方向朝向光阑。

2.根据权利要求1所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：所述滤光片(5)为反射型滤光片或吸收型滤光片。

3.根据权利要求2所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：所述前调焦组(1)与变倍组(2)之间的空气间隔是5.94mm～163.65mm；变倍组(2)与补偿组(3)之间的空气间隔是232.49mm～2mm；补偿组(3)与后固定组(4)之间的空气间隔是0.72mm～73.49mm；后固定组(4)与滤光片(5)之间的空气间隔是5mm。

4.根据权利要求3所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：光学系统各组光焦度满足如下条件：

3≤∣fL/f1∣≤4；20≤∣fL/f2∣≤30；10≤∣fL/f3∣≤20；10≤∣fL/f4∣≤205≤∣fL/f5∣≤10；

式中：f1为前调焦组的焦距，f2为变倍组的焦距，f3为补偿组的焦距，f4为后固定组的焦距，fL为光学系统长焦焦距。

5.根据权利要求4所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：所述前调焦组(1)的第一双凸正透镜(102)和第一正透镜(103)均采用超低色散玻璃HFK61材料。

6.根据权利要求5所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：滤光片(5)的材料为光学有色玻璃QB21或者镀制红外截止膜的K9光学玻璃。

7.根据权利要求1-6任一所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：所述光阑口径不变，位置随补偿组(3)移动，使得变焦光学系统光圈数值在一定范围变化。

8.根据权利要求7所述的大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特征在于：变焦光学系统短焦为光学被动无热化。

说明书

技术领域

本实用新型属于光电成像技术领域，涉及一种紧凑的、大变倍比、光学被动半无热化连续变焦光学系统。

背景技术

随着现代社会的发展以及科学技术的进步，连续变焦光学系统已广泛应用于生活的各个方面，例如安防、监控、天网、交通、安全生产、森林防火等领域。人们对变焦镜头的要求和期望也越来越高，不仅要求看得远，看得清，还要变焦系统具有大变倍比、结构紧凑，小巧，使用方便等功能与性能。

变焦镜头的应用已有几十年的历史，但传统的大变倍比长焦距变焦系统体积庞大，更重要的是传统变焦系统在环境温度变化时，变焦全程无法一致清晰成像，需频繁多次调焦，这既不利于用户的操作与使用，也造成了变焦系统调焦量过大，无法实现快速对焦的要求。

光学被动无热化变焦系统可以解决该问题，但其设计难度大，设计繁琐，镜片数量多，光学系统结构非常复杂。相对于普通变焦系统，其外形尺寸、体积、重量急剧增大，无法实现变焦系统的紧凑化、小型化设计。

鉴于以上技术的不足，本实用新型提供了一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，除具有长焦距、大变倍比、结构相当紧凑、成像优良等特点外，变焦系统短焦为无热化设计，克服了传统变焦系统在环境温度变化时，变焦全程无法一致清晰成像，需频繁多次调焦的问题，既便利用户操作与使用，又极大减小调焦量，有利于快速对焦。

本专利设计思路目前尚未有文献资料报道。

实用新型内容

本实用新型提供了一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，除具有长焦距、大变倍比、结构相当紧凑、成像优良等特点外，变焦系统短焦为无热化设计，克服了传统变焦系统在环境温度变化时，变焦全程无法一致清晰成像，需频繁多次调焦的问题，既便利用户操作与使用，又极大减小调焦量，有利于快速对焦。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，其特殊之处在于：沿光轴自左到右分别依次设置有前调焦组、变倍组、补偿组、后固定组和滤光片。前调焦组的左侧为物面，滤光片的右侧为像面；通过变倍组和补偿组在光轴方向前后相对运动实现连续变焦与补偿；上述前调焦组可沿光轴左右移动，实现调焦功能；即采用前组调焦方式实现调焦，补偿像面温度离焦量。

上述前调焦组由三个透镜组成，自左向右依次为凹面朝向滤光片的第一负透镜、第一双凸正透镜、凹面朝向滤光片的第一正透镜；

上述变倍组由三个透镜组成，自左向右依次为第一胶合透镜组、第二平凹负透镜和第三平凹负透镜；上述第一胶合透镜组自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第一胶合透镜组胶合面弯曲方向背离滤光片；

上述补偿组由二个透镜组成，自左向右依次为第二双凸正透镜和第二胶合透镜组；在第二双凸正透镜的前表面处固设光阑；上述第二胶合透镜组自左向右由双凸正透镜和平凹负透镜组成；第二胶合透镜组胶合面弯曲方向朝向光阑；

上述后固定组由四个透镜组成，自左向右依次为第四平凹负透镜、弯曲方向背离光阑的第二正透镜、第三胶合透镜组和第三双凸正透镜。上述第三胶合透镜组自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第三胶合透镜组胶合面弯曲方向朝向光阑。

进一步地，上述滤光片可以为反射型滤光片或吸收型滤光片，在保证所需的光谱透过范围的同时，降低滤光片可能产生的杂光干扰。

进一步地，上述前调焦组与变倍组之间的空气间隔是5.94mm～163.65mm；变倍组与补偿组之间的空气间隔是232.49mm～2mm；补偿组与后固定组之间的空气间隔是0.72mm～73.49mm；后固定组与滤光片之间的空气间隔是5mm。

进一步地，光学系统各组光焦度满足如下条件：

3≤∣fL/f1∣≤4

20≤∣fL/f2∣≤30

10≤∣fL/f3∣≤20

10≤∣fL/f4∣≤20

5≤∣fL/f5∣≤10

式中：f1为前调焦组焦距，f2为变倍组焦距，f3为补偿组焦距，f4为后固定组焦距，fL为光学系统长焦焦距。

进一步地，上述前调焦组的第一双凸正透镜和凹面朝向光阑的第一正透镜均采用超低色散玻璃HFK61材料；有效降低前调焦组对长焦端色差影响降低光学系统二级光谱。

进一步地，滤光片的材料为光学有色玻璃QB21或者镀制红外截止膜的K9光学玻璃。

进一步地，还需满足如下条件：

(1)变焦系统短焦应为光学被动无热化，短焦对环境温度变化不敏感；

(2)变焦系统为浮动光圈；在变焦全程中光阑大小不变，光圈随焦距变化；

(3)变焦系统必须进行换根设计，满足换根条件；

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，采用正组补偿结构形式，被动半无热设计，浮动光圈，全球面镜片，且变倍过程中进行换根的设计思路。系统除具有大变倍比、结构相当紧凑、成像优良等优点外，短焦被动无热化设计，克服了传统变焦系统在环境温度变化时，变焦全程无法一致清晰成像，需频繁多次调焦的问题。该变焦系统在工作温度范围内的任何温度下，只需在长焦位置调焦一次，即可保证长焦到短焦变焦全程一致清晰成像，中间过程无需再调焦，既便利用户操作与使用，又极大减小调焦量，有利于快速对焦。

2、本实用新型充分考虑公差、材料、加工、定心等要求，加工制造性能良好。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的光学系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例在短焦距位置时的结构示意图，焦距30mm；

图3是本实用新型实施例在中焦距位置时的结构示意图，焦距450mm；

图4是本实用新型实施例在长焦距位置时的结构示意图，焦距1000mm；

图5是本实用新型实施例在短焦状态下传递函数图(空间频率901p/mm)；

图6是本实用新型实施例在中焦状态下传递函数图(空间频率901p/mm)；

图7是本实用新型实施例在长焦状态下传递函数图(空间频率901p/mm)。

图中各标号的说明如下：

1-前调焦组，101-第一负透镜，102-第一双凸正透镜，103-第一正透镜；

2-变倍组，201-第一胶合透镜组，202-第二平凹负透镜，203-第三平凹负透镜；

3-补偿组，301-第二双凸正透镜，302-第二胶合透镜组；

4-后固定组，401-第四平凹负透镜，402-第二正透镜，403-第三胶合透镜组，404-第三双凸正透镜；

5-滤光片；

6-像面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例公开的一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统，包括沿光轴方向自左向右依次同轴设置的前调焦组1、变倍组2、补偿组3、后固定组4和滤光片5；滤光片5为吸收型滤光片。在其他实施例中也可以为反射型滤光片，在保证所需的光谱透过范围的同时，降低滤光片可能产生的杂光干扰。

前调焦组1的左侧为物面，滤光片5的右侧为像面6；通过变倍组2和补偿组3在光轴方向前后相对运动实现连续变焦与补偿；如图2，3和4所示，图2是短焦距位置时光学系统的结构示意图，图3是中焦状态位置时光学系统的结构示意图，图4是长焦位置时光学系统的结构示意图。

前调焦组1由三个透镜组成，自左向右依次为凹面朝向滤光片5的第一负透镜101、第一双凸正透镜102、弯曲方向朝向滤光片5的第一正透镜103；前调焦组1可整体沿光轴左右移动。调焦量为-0.56mm～+0.82mm，可满足-40℃～+60℃清晰成像的需求(“+”表示调焦组靠近像面)。

变倍组2由三个透镜组成，自左向右依次为第一胶合透镜组201、第二平凹负透镜202和第三平凹负透镜203；第一胶合透镜组201自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第一胶合透镜组201胶合面弯曲方向背离滤光片5。

补偿组3由二个透镜组成，自左向右依次为第二双凸正透镜301和第二胶合透镜组302；第二双凸正透镜301的前表面处固设光阑，变焦时光阑随补偿组移动；第二胶合透镜组302自左向右由双凸正透镜和平凹负透镜组成；第二胶合透镜组302胶合面弯曲方向朝向光阑。

后固定组4由四个透镜组成，自左向右依次为第四平凹负透镜401、弯曲方向背离光阑的第二正透镜402、第三胶合透镜组403和第三双凸正透镜404。第三胶合透镜组403自左向右由双凸正透镜和双凹负透镜组成；第三胶合透镜组403胶合面弯曲方向朝向光阑。

滤光片5位于后固定组4与像面6之间，材料为光学有色玻璃QB21，其光谱透过范围为486nm～650nm。在其他实施例中滤光片的材料还可以为镀制红外截止膜的K9光学玻璃。

前调焦组1的第一双凸正透镜102和凹面朝向滤光片的第一正透镜103分别采用超低色散玻璃HFK61；有效降低前调焦组对长焦端色差影响降低光学系统二级光谱。

前调焦组1与变倍组2之间的空气间隔是5.94mm～163.65mm；变倍组2与补偿组3之间的空气间隔是232.49mm～2mm；补偿组3与后固定组4之间的空气间隔是0.72mm～73.49mm；后固定组4与滤光片5之间的空气间隔是5mm。

光学系统各组光焦度满足如下条件：

∣fL/f1∣＝3.4，∣fL/f2∣＝23.6，∣fL/f3∣＝15，∣fL/f4∣＝6.7

式中：f1为前调焦组焦距，f2为变倍组焦距，f3为补偿组焦距，f4为后固定组焦距，fL为光学系统长焦焦距。

本实施例中变焦距光学系统还满足如下条件：

(1)变焦系统短焦为光学被动无热化，短焦对环境温度变化不敏感；

本实施例中光学系统工作温度范围为-40℃～+60℃，变焦系统结构件材料均为铝合金LY12，工作温度下短焦离焦量(不调焦)如表1所示。

表1短焦离焦量(单位:mm)

本实施例中短焦位置离焦量远远小于光学系统半焦深，为0.024mm，变焦系统短焦成像质量对温度不敏感，短焦位置在环境温度-40℃～+60℃下也无需调焦。

(2)变焦系统光圈数值可在一定范围内变化，浮动光圈有利于实现系统小型化；在本实施例中F数变化范围为4.4～8；

(3)变焦系统必须进行换根设计，满足换根条件；

本实施例中，光学系统在焦距450mm处实现换根，满足正组补偿系统换根条件，即变倍组放大倍率为-1时，补偿组放大倍率也为-1。

本实施例变焦系统为正组补偿结构形式，采用光学被动半无热化设计，浮动光圈，全球面镜片，且变倍过程中进行换根的设计思路。变焦系统短焦对温度变化不敏感，光学系统光谱范围0.486um～0.656um，焦距可在30mm～1000mm连续变化，像面大小Ф14mm，探测器像元大小5.5um×5.5um，F数为4.4～8，视场角0.78°～25.9°，系统长度仅为460mm(到像面)，系统远摄比(长度与系统焦距的比值)为0.46，系统成像优良、结构相当紧凑。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

一种大变倍比光学被动半无热化变焦光学系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。