水下專用成像廣角鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種水下專用成像廣角鏡頭，包括前負(fù)組透鏡和與前負(fù)組透鏡位于同一光路的后正組透鏡，前負(fù)組透鏡和后正組透鏡均包括至少四個位于同一光路的球面鏡。本發(fā)明水下專用成像廣角鏡頭，實現(xiàn)了水下拍攝水平視場角≥75°,垂直視場≥60°，對角線視場角≥85.3°的實時監(jiān)測和拍攝。
【專利說明】水下專用成像廣角鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種在水下惡劣環(huán)境中使用的專用廣角光學(xué)成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水下探測技術(shù)的不斷發(fā)展，迫切需要對多個目標(biāo)發(fā)射的過程進(jìn)行多角度、大視場地監(jiān)控，從而進(jìn)一步地了解運動目標(biāo)發(fā)射過程中的運動情況，了解運動目標(biāo)周圍環(huán)境變化情況。
[0003]通常采用的水下成像鏡頭只能實時監(jiān)控小視場范圍內(nèi)的運動目標(biāo)或進(jìn)行小角度拍攝，適用的場合有限，對于實時監(jiān)測水下高速運動目標(biāo)的發(fā)射運動狀態(tài)需要具備是一個大視場、大相對孔徑的水下專用成像物鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種水下專用成像廣角鏡頭，實現(xiàn)了水下拍攝水平視場角>75°，垂直視場>60°，對角線視場角>85.3°的實時監(jiān)測和拍攝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:水下專用成像廣角鏡頭，包括前負(fù)組透鏡和與前負(fù)組透鏡位于同一光路的后正組透鏡，其特征在于:所述前負(fù)組透鏡和后正組透鏡均包括至少四個位于同一光路的球面鏡。
[0006]上述前負(fù)組透鏡包括依次位于同一光路的光學(xué)窗口、第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、第一正透鏡、第三負(fù)透鏡；所述后正組透鏡包括依次位于同一光路的第二正透鏡、第四負(fù)透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡、第五正透鏡。
[0007]上述鏡頭最大有效口徑130mm，F(xiàn)數(shù)1.6，鏡頭總長為198mm ；
[0008]上述光學(xué)窗口是米用石英玻璃的同心圓窗口。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:自動化程度高、對焦速度快、成像好、光圈大、鏡頭群多、選擇的余地大等等。通過這樣的結(jié)構(gòu)布局不僅可以實現(xiàn)對軸外像差的有效控制而且也可以滿足在小焦距的前提下仍有較大的后截距。此外，采用了較多的高折射率、低色散的玻璃用于校正由于大孔徑導(dǎo)致的球差。本發(fā)明的鏡頭實現(xiàn)了水下拍攝水平視場角>75°，垂直視場≥60°，對角線視場角≥85.3°的實時監(jiān)測和拍攝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)圖；
[0013]圖4是無窮物距5米光學(xué)傳遞函數(shù)圖；
[0014]圖5是無窮物距0.5米光學(xué)傳遞函數(shù)圖；【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本發(fā)明水下專用成像廣角鏡頭采用了反射式攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由前負(fù)組透鏡I和后正組透鏡2組成，光學(xué)窗口 3采用石英玻璃為材料的同心圓窗口，這類窗口較之平面窗口視場損失更小，性能可靠，抗壓能力強(qiáng)。其不足之處是對加工和裝配的工藝要求較高，而且維護(hù)成本較高，在以往相關(guān)項目中得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過實踐表明這種密封窗口是合理可行的。
[0016]圖2為光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，采用10片球面鏡位于同一光路；前負(fù)組透鏡I包括光學(xué)窗口 3、第一負(fù)透鏡4、第二負(fù)透鏡5、第一正透鏡6、第三負(fù)透鏡7 ;后正組透鏡2包括依次位于同一光路的第二正透鏡8、第四負(fù)透鏡9、第三正透鏡10、第四正透鏡11、第五正透鏡12 ;鏡頭最大有效口徑130mm，F(xiàn)數(shù)是1.6 ;鏡頭總長為198mm。
[0017]圖3是光學(xué)系統(tǒng)的MTF圖，MTF代表了光學(xué)系統(tǒng)對目標(biāo)對比度的傳遞能力，其值越高表明像差控制越好。由于CXD的最小像元為22 μ m，其對應(yīng)的空間頻率為231p/mm，為了使光學(xué)系統(tǒng)與CCD匹配，必須以231p/mm的空間頻率進(jìn)行實際考察。根據(jù)圖3所示，在該空間頻率下的0.707視場的MTF高于0.3的最低工藝要求值，可以滿足實際的工作需求。
[0018]光學(xué)系統(tǒng)按無窮遠(yuǎn)進(jìn)行設(shè)計，而實際使用時為有限距離。為了滿足有限距離的成像清晰度鏡頭必須要能調(diào)焦。由于采用了球殼窗口其自身有一個光焦度，在實際使用過程中該窗口是無法移動的，因此調(diào)焦時無法通過移動整個鏡組。本鏡頭結(jié)構(gòu)上采用了前后鏡組結(jié)構(gòu)，前組焦距為負(fù)，后組焦距為正。通過改變后組與前組之間的距離可以實現(xiàn)鏡頭調(diào)焦。圖4、5分別為無窮物距5米和0.5米時的光學(xué)傳遞函數(shù)圖，此時后組的移動量分別為
0.092mm 和 0.25mm。
[0019]實際使用中只需要將水下專用成像廣角鏡頭密封在密封殼體中，然后將系統(tǒng)放置在待測量目標(biāo)區(qū)域，即可完成實時監(jiān)測和拍攝。光學(xué)系統(tǒng)簡單實用，操作方便，并且能實時完成水下大角度監(jiān)測和拍攝。
【權(quán)利要求】
1.水下專用成像廣角鏡頭，包括前負(fù)組透鏡和與前負(fù)組透鏡位于同一光路的后正組透鏡，其特征在于:所述前負(fù)組透鏡和后正組透鏡均包括至少四個位于同一光路的球面鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下專用成像廣角鏡頭，其特征在于:所述前負(fù)組透鏡包括依次位于同一光路的光學(xué)窗口、第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、第一正透鏡、第三負(fù)透鏡；所述后正組透鏡包括依次位于同一光路的第二正透鏡、第四負(fù)透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡、第五正透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下專用成像廣角鏡頭，其特征在于:所述鏡頭最大有效口徑130mm, F數(shù)1.6,鏡頭總長為198mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下專用成像廣角鏡頭，其特征在于:所述光學(xué)窗口是采用石英玻璃的同心圓窗口。
【文檔編號】G02B13/06GK103744165SQ201410040571
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】劉西站, 何俊華, 薛艷博, 王維 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所