一种连续变焦光学装置的制作方法

本发明属于光学系统技术领域，特别涉及一种小口径大通光量连续变焦光学装置，适用于在潜望状态下，对目标进行隐蔽性观察。

背景技术：

在潜望状态下，为了观察水面上要求视场和作用距离的目标，同时具良好的隐蔽性，要求观察设备露出水面的部分尽量小，图1所示为现有潜望设备的结构示意图，即当保护玻璃的尺寸一定，要满足视场和作用距离的要求，必须在保证光学装置的相对孔径不变的前提下，尽量减小通光口径和入瞳距离，而通光口径和入瞳距离与可变光阑的位置有关，可变光阑越靠近光线进入的第一面，第一面的通光口径和光学装置入瞳距离就越小。

图2所示为现有技术的一种连续变焦光学装置，其为前固定组+变倍组+补偿组+后固定组的结构形式，前固定组承担调焦任务，变倍组和补偿组实现变焦和稳定像面，可变光阑置于补偿组和后固定组之间，靠近后固定组处。这种装置由于可变光阑远离前固定组，导致前固定组的通光口径增大，入瞳距离加长，该结构的光学装置安装于图1所示的潜望观察设备中时，直接导致保护玻璃的尺寸增大，隐蔽性降低。

如图3所示，若将可变光阑置于变倍组和补偿组之间时，可减小通光口径和入瞳距离，但安装于图1所示的潜望观察设备中时，破坏了凸轮的整体性，增加了加工和装调的难度；

如图4所示，若将可变光阑置于前固定组与变倍组之间时，第一面的通光口径和光学装置入瞳距离最小，但补偿组和后固定组的通光口径迅速增大，导致光学装置的体积和重量增大，不利于小型化设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的问题和不足，提供一种小口径大通光量连续变焦光学装置，在保证被观察目标的视场和作用距离的前提下，减小光学装置的体积和入瞳距离。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连续变焦光学装置，包括顺序安装于光轴o—o上的补偿组、变倍组、可变光阑组、调焦组、后固定组以及像面；所述的补偿组为沿光轴o—o方向运动的双双结构的正光焦度组，由两块双胶合透镜构成，用于将平行光成的像作为变倍组的物，并承担稳定像面的功能；所述的变倍组为沿光轴o—o方向运动的双单结构的负光焦度组，由一块双胶合透镜和一片负弯月透镜构成，用于改变光学系统的总焦距，实现焦距的连续变化；所述的可变光阑组垂直于光轴o—o方向运动，用于改变光学系统光通量，减小补偿组的通光口径及入瞳距离；所述的调焦组为沿光轴o—o方向运动的单单双结构的正光焦度组，由两块双凸透镜和一块双胶合透镜构成，用于承担调焦任务，使光学系统在长焦位置能对20m～∞的目标清晰成像、在短焦位置能对3m～∞的目标清晰成像；所述的后固定组为固定在光轴o—o上的单双双结构的正光焦度组，由一片双凸透镜和两块双胶合透镜构成，用于补偿补偿组、变倍组和调焦组的像差。

所述的一种连续变焦光学装置，其补偿组相对孔径d/f为1/1.9，从前至后依次为：一片镧火石正弯月透镜与一片轻冕双凸透镜组成的双胶合透镜，一片轻冕双凸透镜与一片重火石双凹透镜组成的双胶合透镜。

所述的一种连续变焦光学装置，其变倍组从前至后依次为：一片重火石双凸透镜与一片镧冕双凹透镜组成的双胶合透镜，一片重钡火石负弯月透镜。

所述的一种连续变焦光学装置，其可变光阑组位于变倍组和调焦组之间且靠近变倍组一端的一固定位置。

所述的一种连续变焦光学装置，其调焦组相对孔径d/f为1/2.1，从前至后依次为：两片氟冕双凸透镜，一片轻冕双凸透镜与一片镧火石双凹透镜组成的双胶合透镜。

所述的一种连续变焦光学装置，其后固定组从前至后依次为：一片镧火石双凸透镜，一片镧火石负弯月透镜与一片轻冕正弯月透镜组成的双胶合透镜，一片镧火石负弯月透镜和一片轻火石双凸透镜组成的双胶合透镜。

本发明的有益效果是：采用补偿组+变倍组+调焦组+后固定组的结构形式，可变光阑置于变倍组和调焦组之间，靠近变倍组处，光学系统总长随焦距的改变而改变，优势在于：在相对孔径不变的情况下，光线进入一端的补偿组的通光口径比现有技术的光学装置减小30%，其余组元的通光口径基本保持不变，入瞳距离减小25.7%。

附图说明

图1为现有潜望设备的结构示意图；

图2为现有的一种连续变焦光学装置的结构示意图；

图3为现有光学装置光阑处于变倍组和补偿组之间的结构示意图；

图4为现有光学装置光阑处于前固定组和变倍组之间的结构示意图；

图5-7为本发明光学装置短/中/长焦示意图，其中d1、d2、d3为可变间隔；

图8为本发明补偿曲线示意图。

各附图标记为：1—补偿组，2—变倍组，3—可变光阑，4—调焦组，5—后固定组，6—像面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例1

如图5至图7所示，本发明一种小口径大通光量连续变焦光学装置的一个基本实施例，它包括安装于同一光轴o—o上在连续改变焦距的过程中光学系统总长随之改变，像面6距离保持不变的三个沿光轴方向运动、一个在垂直于光轴方向上运动、一个固定在光轴上的五个组件：所述的五个镜组以光进入的补偿组1一端为前端，像面6一端为后端，从前至后依次排列为：补偿组1、变倍组2、可变光阑组3、调焦组4和后固定组5。

所述的补偿组1为双双结构的正光焦度组，用于将平行光成的像作为变倍组2的物，并承担稳定像面6的功能，由两块双胶合透镜构成；所述的变倍组2为双单结构的负光焦度组，用于改变光学系统的总焦距（即倍率），实现焦距的连续变化，由一块双胶合透镜和一片负弯月透镜构成；所述的可变光阑组3用于改变光学系统光通量，减小补偿组1的通光口径及入瞳距离；所述的调焦组4为单单双结构的正光焦度组，用于承担调焦任务，使光学系统在长焦位置能对20米至无穷远的目标清晰成像、在短焦位置能对3米至无穷远的目标清晰成像，由两块双凸透镜和一块双胶合透镜构成，所述的后固定组5为单双双结构的正光焦度组，用于补偿前三组的像差，由一片双凸透镜和两块双胶合透镜构成，在连续改变焦距的过程中本光学装置的光学系统总长随之改变，像面6距离保持不变；所述的可变光阑组3位于变倍组2和调焦组4之间且靠近变倍组2一端的一固定位置，通光口径可变。

本光学装置传递函数的设计值为：

表1为具体实施实例传递函数设计值

本发明光学装置在对3m～∞范围的目标成像时，无需调焦，在17mm～138mm的连续变焦过程中，图像全程清晰；变焦过程中光学系统的总长可变，在同等相对孔径的条件下，通光口径比总长不变的光学装置减小30%，入瞳距离减小25.7%，变倍曲线为规则曲线，补偿曲线为抛物线形状的非规则曲线。

实施例2

是在实施例1的基础上进一步的技术方案。

所述的补偿组1相对孔径d/f为1/1.9，从前至后依次为：一片高折射率中等色散的镧火石正弯月透镜与一片低色散低折射率轻冕双凸透镜组成的双胶合透镜，一片低色散低折射率轻冕双凸透镜与一片高折射率高色散的重火石双凹透镜组成的双胶合透镜。

所述的变倍组2从前至后依次为：一片高折射率高色散重火石双凸透镜与一片中等折射率低色散镧冕双凹透镜组成的双胶合透镜，一片低色散重钡火石负弯月透镜。

所述的可变光阑组3位于变倍组2和调焦组4之间的一固定位置，通光口径可变。

所述的调焦组4相对孔径d/f为1/2.1，从前至后依次为：两片低折射率低色散氟冕双凸透镜，一片低折射率低色散轻冕双凸透镜与一片高折射率镧火石双凹透镜组成的双胶合透镜。

所述的后固定组5从前至后依次为：一片高折射率镧火石双凸透镜，一片高折射率镧火石负弯月透镜与一片低折射率低色散轻冕正弯月透镜组成的双胶合透镜，一片高折射率镧火石负弯月透镜和一片低折射率轻火石双凸透镜组成的双胶合透镜。

在基本实施例1的基础上，本发明可以设计出一系列的小口径大通光量连续变焦光学装置，结合实施例对本发明的显著效果进一步说明如下：

以下表2、表3给出的数据对应图5、图6和图7，是一个应用于潜望设备的小口径大通光量连续变焦光学装置，其通光口径比总长不变的光学装置减小30%，入瞳距离减小25.7%。

表3是该光学系统的可变间隔值，其短焦的数值对应图5中的短焦位置，其中焦的数值对应图6中的中焦位置，其长焦的数值对应图7中的长焦位置。

表2为具体实施实例的光学装置结构参数表

表3为可变间隔

补偿组1的凸轮运动曲线为抛物线状（如图8所示），起点和终点位于凸轮的同一端，该装置焦距为17mm～138mm连续变焦，相对孔径为1：3～1：4.5，最大透镜的通光口径为33.4mm，适配像面尺寸为1/3英寸ccd。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。