[发明专利]一种大孔径变焦光学系统

说明书

本发明涉及一种大孔径变焦光学系统。包括前固定组G1、第一变倍组G2、补偿组G3、孔径光阑、第二变倍组G4、后固定组G5和平行平板；所述前固定组G1由第1透镜L11和第2透镜L12组成；所述第一变倍组G2由第3透镜L21和第4透镜L22组成；所述补偿组G3包括第5透镜L31；所述第二变倍组G4由第6透镜L41、第7透镜L42和第8透镜L43组成；所述后固定组G5由第9透镜L51、第10透镜L52和第11透镜L53组成；所述前固定组G1和后固定组G5在整个系统中固定不动；所述变倍组G2和G4能够左右移动，所述补偿组G3能够沿物方到像方的方向移动，以此能够实现改变系统的焦距。本发明具有大孔径、成像质量非常高、像面均匀性好等特点。

技术领域

本发明属于光学系统成像技术领域，特别是一种大孔径变焦光学系统，能够在一定范围内连续变化，从而实现倍率的改变的光学变焦系统。

背景技术

变焦距光学系统是在连续变焦过程中，仍保持成像面固定不动的一种光学系统。随着计算机技术的发展和光学设计理论以及加工工艺的日趋成熟，变焦距光学系统被广泛应用到国民经济和国防建设等各个领域中。

随着变焦光学系统在诸多领域的应用越来越多，它的研究设计已经引起更多光学设计人员的浓厚兴趣，特别是如今的变焦光学系统向着更大的视场和孔径、倍率更高、体积更小、成像更加清晰的方向发展。对于变焦光学系统，通过把光学系统的焦距放大或缩小，在不改变物体位置的情况下，就可以清晰观察到物体的不同部位。通过改变放大倍率，对物体的全局观察和局部精确检测就能实现，这些功能是单个定焦光学系统所无法具备的。对于变焦光学系统设计，人们都是完全依赖于Zemax来对其进行优化设计，这种方法具有一定的盲目性，而且较难得到成像质量非常好的变焦光学系统，尤其是在大孔径成像情况下，这种设计方法更难设计出较好性能的镜头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大孔径变焦光学系统，具有像面均匀性好、成像质量高、大孔径、结构紧凑、易于加工和安装等优点。

为实现上述目的，本发明应用PWC法对镜头像差进行了合理分配，并合理使用优化函数对其进行像差校正，然后应用光学设计软件Zemax对其进行反复的优化；另外，在设计过程中应用非球面来对系统的像差进行校正；最终达到成像质量较好的大孔径变焦光学系统。

本发明的技术方案是：一种大孔径变焦光学系统，由从物方到像方依次设置的具有负光焦度的前固定组G1、具有正光焦度的第一变倍组G2、具有负光焦度的补偿组G3、具有正光焦度的第二变倍组G4、具有正光焦度的后固定组G5和平行平板，以及设于补偿组G3与第二变倍组G4之间的孔径光阑组成；

所述前固定组G1从物方到像方依次由具有负光焦度的第1透镜L11和具有负光焦度的第2透镜L12组成；第1透镜L11朝向物方的光学面为凸向像方的凹面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；第2透镜L12的朝向物方的光学面和朝向像方的光学面均采用非球面结构；

所述第一变倍组G2从物方到像方依次由具有正光焦度的第3透镜L21和正光焦度的第4透镜L22组成；第3透镜L21朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；第4透镜L22朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；

所述补偿组G3为具有负光焦度的第5透镜L31；第5透镜L31朝向物方的光学面为凸向像方凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；

所述第二变倍组G4从物方到像方依次由具有正光焦度的第6透镜L41、具有负光焦度的第7透镜L42和具有正光焦度的第8透镜L43组成；第6透镜L41朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；第7透镜L42朝向物方的光学面为凸向像方凹面，朝向像方的光学面为凸向物方的凹面；第8透镜L43朝向物方的光学面为凸向物方的凸面，朝向像方的光学面为凸向像方的凸面；其中第7透镜L42和第8透镜L43为双胶合透镜；