水下專用成像廣角鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型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(gè)位于同一光路的球面鏡。本實(shí)用新型水下專用成像廣角鏡頭，實(shí)現(xiàn)了水下拍攝水平視場(chǎng)角≥75°，垂直視場(chǎng)≥60°，對(duì)角線視場(chǎng)角≥85.3°的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和拍攝。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光學(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)。 水下專用成像廣角鏡頭

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著水下探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，迫切需要對(duì)多個(gè)目標(biāo)發(fā)射的過程進(jìn)行多角度、大 視場(chǎng)地監(jiān)控，從而進(jìn)一步地了解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)射過程中的運(yùn)動(dòng)情況，了解運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)控小視場(chǎng)范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或進(jìn)行小角度 拍攝，適用的場(chǎng)合有限，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水下高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的發(fā)射運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要具備是一個(gè) 大視場(chǎng)、大相對(duì)孔徑的水下專用成像物鏡。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種水下專用成像廣 角鏡頭，實(shí)現(xiàn)了水下拍攝水平視場(chǎng)角>75°，垂直視場(chǎng)>60°，對(duì)角線視場(chǎng)角>85. 3°的 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和拍攝。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(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(gè)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] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化程度高、對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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。本實(shí)用新型的鏡頭實(shí)現(xiàn)了水下拍攝水平視場(chǎng)角>75°，垂直 視場(chǎng)彡60°，對(duì)角線視場(chǎng)角彡85. 3°的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和拍攝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本實(shí)用新型的原理示意圖；
[0011] 圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3是本實(shí)用新型光學(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(shí)施方式】
[0015] 如圖1所示，本實(shí)用新型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1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(chǎng)損失更小，性能可靠，抗壓能力強(qiáng)。其不足之處是對(duì)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(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過實(shí)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1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(duì)目標(biāo)對(duì)比度的傳遞能力，其值越 高表明像差控制越好。由于(XD的最小像元為22 μ m，其對(duì)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(shí)際考察。根據(jù)圖3所示，在該空 間頻率下的0. 707視場(chǎng)的MTF高于0. 3的最低工藝要求值，可以滿足實(shí)際的工作需求。
[0018] 光學(xué)系統(tǒng)按無窮遠(yuǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而實(shí)際使用時(shí)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(gè)光焦度，在實(shí)際使用過程 中該窗口是無法移動(dòng)的，因此調(diào)焦時(shí)無法通過移動(dòng)整個(gè)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(shí)現(xiàn)鏡頭調(diào) 焦。圖4、5分別為無窮物距5米和0. 5米時(shí)的光學(xué)傳遞函數(shù)圖，此時(shí)后組的移動(dòng)量分別為 0.092mm 和 0. 25mm。
[0019] 實(shí)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(cè)量目標(biāo)區(qū)域，即可完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和拍攝。光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，操作方便，并且能實(shí)時(shí) 完成水下大角度監(jiān)測(cè)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(gè)位于同一光路的球面鏡； 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。
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：所述鏡頭最大有效口 徑130mm，F(xiàn)數(shù)1. 6,鏡頭總長為198mm。
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：所述光學(xué)窗口是采用 石英玻璃的同心圓窗口。
【文檔編號(hào)】G02B13/06GK203909386SQ201420054048
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所