超远摄变焦距光学系统.pdf

本发明公开了一种超远摄变焦距光学系统，该超远摄光学系统具有很长的焦距而系统的总长却很小；该超远摄变焦距光学系统由前固定组、场镜、变倍组和补偿组构成，其中，各透镜组均为正光焦度，该前固定组包含具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜；该变倍组包含具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜；该补偿组包含具有正光焦度的第八透镜、具有负光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜。变倍组和补偿组有规则的移动可以使系统的焦距产生连续变化，超远摄连续变焦距光学系统是远距离监视用电视摄像机镜头的核心部分也可以作为连续变倍望远镜的物镜。

1、  一种超远摄变焦距光学系统，该超远摄变焦距光学系统由前固定组、场镜、变倍组和补偿组构成，在变焦过程中，该固定组、变倍组和补偿组之间的距离是可变的，其特征在于：该固定组、变倍组和补偿组均为正光焦度；其中，
该前固定组包含具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜，该第一透镜为低色散双凸透镜，该第二透镜为低色散正弯月透镜，该第二透镜凸面靠近第一透镜，该第三透镜为高色散平凹形透镜，其平面靠近第二透镜；
该变倍组包含具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜，该第五透镜为低色散的双凸透镜，该第六透镜为高色散的双凹透镜，该第七透镜为低色散的平凸透镜，其平面靠近第六透镜；
该补偿组包含具有正光焦度的第八透镜、具有负光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜，该第八透镜为低色散的平凸透镜，其凸面靠近第七透镜，该第九透镜为高色散的双凹透镜，该第十透镜为低色散的双凸透镜。

2、  如权利要求1所述的超远摄变焦距光学系统，其特征在于：
其中该前固定组、变倍组以及补偿组满足下列条件：
        |0.17·fmax|≤fa≤|0.35·fmax|
        |0.2·fmin|≤fb≤|0.42·fmin|
        |0.2·fmin|≤fc≤|0.42·fmin|
这里，fa：前固定组的焦距值；fb：变倍组的焦距值；
      fc：补偿组的焦距值；
      fmin：变焦距系统的最小焦距值；
      fmax：变焦距系统的最大焦距值。

超远摄变焦距光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，特别提供一种超远摄变焦距光学系统。
背景技术
电视摄像技术和设备的应用在当今社会已经相当普遍，它可以供众多的人同时观看某一场景，并且可以方便地将场景的情形记录下来。在电视摄像技术中经常会涉及到需要观察和监测距离较远目标的问题，例如环境保护部门需要知道方圆几公里内是否有部位排放烟尘，油气田开采企业需要知道几公里内的产品输送管线是否安全等。凡是类似这种远距离的电视观测都需要使用长焦距的电视镜头。
一般而言，长焦距镜头的焦距数值和镜头的长度是差不多的，光学设计者为了尽可能减小镜头的体积发明了远摄镜头。长焦距镜头的远摄比te定义为：

所谓的远摄镜头就是镜头的轴向长度尺寸比镜头的焦距数值小，既te＜1，te值越小远摄比越大。一般认为折射式光学系统的te值能到达0.85就是不错的了。但是最近的5年技术又有了很大进步使这个记录不断的刷新，为了有别于前人的成就，业内普遍把远摄比达到0.7的镜头称之为超远摄镜头。对于折反式光学系统做到te≤0.7并不是件难事，但折反式光学镜头的径向尺寸很大，这样的短而粗镜头显得很笨重。在远距离监测活动中人们普遍要求的是小巧、灵活、便携的产品，以满足实际使用过程中方便移动、系统组装和轻便使用的需要。
对于定焦距光学系统即使有大的远摄比在当今社会也很难再引起人们的注意，现今人们对有活力的器物才有兴趣，设计出具有大的远摄比和高倍率的变焦距光学系统一直是精密器材的研究者和制造者追求的目标。
变焦距光学系统在设计和制造上都比定焦距系统要难，一般变焦距系统的轴向尺寸比系统焦距的最大值要略大一些。例如镜头的焦距为100-1000mm有10倍的变焦距范围，这样的光学系统总长就要超过1000mm。如果光学系统的总长度小于700mm就称得上是超远摄变焦距光学系统了。如果系统的长度更小而只有不到500mm，这样的系统则是非常受人们欢迎的。
发明内容
本发明的目的在于通过一种超远摄变焦距光学系统来克服现有技术中的问题和不足，在具有优良的光学性能同时保持良好的像差特性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超远摄变焦距光学系统，该超远摄变焦距光学系统由前固定组、场镜、变倍组和补偿组构成，在变焦过程中，各镜组之间的沿轴距离是可变的，其中：
该前固定组包含具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜，该第一透镜为低色散双凸透镜，该第二透镜为低色散正弯月透镜，该第二透镜凸面靠近第一透镜，该第三透镜为高色散平凹形透镜，其平面靠近第二透镜；
在前固定组焦点前面设置有透镜，光学设计者把设置在某一镜组焦点附近的透镜称作场镜，该场镜是平凸型的，它的凸面朝向后面的变倍组。
该变倍组包含具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜，该第五透镜为低色散的双凸透镜，该第六透镜为高色散的双凹透镜，该第七透镜为低色散的平凸透镜，其平面靠近第六透镜；
该补偿组包含具有正光焦度的第八透镜、具有负光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜，该第八透镜为低色散的平凸透镜，其凸面靠近第七透镜，该第九透镜为高色散的双凹透镜，该第十透镜为低色散的双凸透镜。
一般在光学系统设计时都将前固定组的焦距取的大一些和系统的最长焦距值fmax接近，既fa≈fmax。几乎所有的变焦距光学系统中变倍组b都是负光焦度组。补偿组c可以设计成负光焦度组称为负组补偿，也有将补偿组设计成正光焦度的称为正组补偿，正组补偿地结构形式复杂一些但镜头的外型可以做的细一些，不论是正组补偿还是负组补偿，在系统焦距由短焦距向长焦距变化的过程中，变倍组是背向前固定组移动的，习惯上称作向后移动。
这种镜组分配形式经过了众多科学工作者的研究被认为是目前很成熟的设计方法。通过本发明人的研究发现对于远摄变焦距光学系统，变倍组和补偿组均采用正光焦度组系统可以设计的更紧凑些。当前固定组a的焦距fa的取值在0.17-0.35倍的fmax时，系统可以有比较小的长度并且在结构形式不十分复杂的情况下就可以把像差校正好。变倍组和补偿组的光焦度都取正值，它们的焦距取0.2-0.42倍的fmin，这样即可以获得大的变焦倍率又对校正像差有利。本发明的各光组要满足的条件是：
其中：    |0.17·fmax|≤fa≤|0.35·fmax|
          |0.2·fmin|≤fb≤|0.42·fmin|
          |0.2·fmin|≤fc≤|0.42·fmin|
这里，fa：前固定组的焦距；
      fb：变倍组的焦距；
      fc：补偿组的焦距。
在求解和布置光路中会发现最好的结果之一系统的光学像是正立的，这是因为变倍组和补偿组对前固定组起实像缩放作用的结果。这时系统虽然是实像但由于是正立的，按光学设计习惯定义系统的焦距是负的，这里的系统负光焦度与人们通常所说的透镜负光焦度并不是一回事，在表达式中对系统焦距用了绝对值符号。同时也表明了本发明的3个镜组的焦距fa、fb、fc都是正的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
图1为本发明的光学系统实例示意图；
图2为一般变焦距镜组移动的示意图；
图3为本发明变焦距系统镜组移动示意图；
图4为连续变倍望远镜的光学系统图。
按照本发明所研究的设计规律，可以设计出一系列的超远摄变焦距光学系统。下面的数据是一个应用于电视摄像机的10倍超远摄变焦距光学系统，根据摄像机像接收器件的不同格式可以将系统进行适当的缩放。下面表1给出的焦距是100-1000mm，适用于1/3″电视摄像机。图1是表1数据的光学系统图。