[发明专利]一种水下成像镜头

说明书

技术领域

本发明涉及水下光学成像技术领域，特别是一种水下成像镜头。

背景技术

水下成像技术在海洋开发与工程、水下科考等领域起着极其重要的作用。由于水下成像镜头浸没于水中使得地面上使用的光学系统经过简单防水密封后用于水下成像会遇到很多问题，比如像质恶化、视场损失等等。为了解决以上问题，水下专用成像镜头应运而生，这种镜头从设计之初就综合考虑了水介质的影响，因此像差可以校正到高质量地面镜头的水平。但是，水介质对光的吸收和散射作用所引发的光能损失和背景干扰将导致水下摄影的有效成像距离非常有限。此时增大水下摄影物镜的视场和相对孔径无疑具有重要意义，因为视场的增加可以拓展镜头的有效观测范围，而相对孔径的增大则有利于提高水下光能的利用。

发明内容

本发明提供一种专用于水下成像的大视场、大相对孔径的成像镜头，其解决了背景技术中，水下成像镜头由于水介质对光的吸收和散射所引发的光能损失和背景干扰，导致水下摄影的有效成像距离非常有限的问题，

本发明所采用的技术方案是：

一种水下成像镜头，包括设置于密封机构内的光学系统，其特殊之处在于：所述光学系统包括沿光路入射方向依次设置的水密封窗口、前透镜组、光阑、后透镜组及像面；

所述前透镜组包括沿光路入射方向依次设置的第一负弯月透镜、双凹透镜、第一正弯月透镜和双凸透镜。

上述后透镜组依次设置有密接胶合透镜、第二正弯月透镜、第三正弯月透镜、第四正弯月透镜、第二负弯月透镜。

上述水下成像镜头还包括调焦机构，调焦机构用于使前透镜组、光阑和后透镜组整体沿光轴方向移动。

上述调焦机构包括步进电机、固定于步进电机机轴上的电机齿轮、固定于主镜筒外侧壁沿圆周方向的与电机齿轮相咬合的调焦轮以及限位机构。

上述后透镜组具有正的光焦度。

上述各透镜之间以空气为介质。

上述第一负弯月透镜、双凹透镜、第二正弯月透镜、第四正弯月透镜、第二负弯月透镜的材料分别为LAK3、LAF9、LAK11、LAK4和LAF8。

沿光路入射方向，每相邻的两个透镜之间的空气间隔依次为4mm、7.19mm、4.96mm、17.72mm、29.25mm、15.16mm、0.2mm、0.16mm、2.65mm和22.9mm。

上述前透镜组的第一负弯月透镜2弯向光阑。

上述像面是CCD或者胶片。

本发明的优点是：

（1）通过大量实试验，优化玻璃组合和合理分配光焦度，采用11片玻璃，选用低色散高折射率的镧系玻璃材料，能够有效地校正球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差等像差，提高成像质量。

（2）本发明提出了一种水下专用成像镜头，以物理、化学性质稳定的石英玻璃作水密壳窗，具有抗压能力强、不易腐蚀的优点。

（3）采用本发明的光学系统可以达到以下指标：相对孔径为1/1.4，水下视场角66°，焦距为11.76mm，后截距为22.9mm，工作波段：0.48～0.60μm，最大光学畸变为-5.45%。

附图说明

图1为水下专用成像镜头的光学结构图；

图2为水下专用成像镜头的光学传递函数；

图3为水密封和调焦机构示意图；

其中：1-水密封窗口；2-第一负弯月透镜；3-双凹透镜；4-第一正弯月透镜；5-双凸透镜；6-光阑；7-密接胶合透镜；8-第二正弯月透镜；9-第三正弯月透镜；10-第四正弯月透镜；11-第二负弯月透镜；12-像面；13-压圈；14-主镜筒；15-第一O形圈；16-步进电机；17-电机齿轮；18-调焦轮；19-电机座；20-调焦柱；21-限位螺钉；22-次镜筒；23-外壳；24-螺钉；25-第二O形圈；26-橡胶垫圈。

具体实施方式

本发明所涉及的水下成像镜头是一种适用于水下微光成像的大视场、大相对孔径光学系统，同时校正包括球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差等所有像差。

如图1所示，该水下成像镜头，沿光路入射方向依次设置有水密封窗口1、前透镜组、光阑6、后透镜组及像面12；该光学系统物方介质为水,像方介质为空气。

水下物方目标发出的光线经水密封窗口1折射后，光线与光轴的角度加大。水密封窗口1为平面玻璃；玻璃材料牌号为JGS1，密封方式是O形圈端面密封,其尺寸为Ф58×9mm；

前透镜组依次设置有第一负弯月透镜2、双凹透镜3、第一正弯月透镜4、双凸透镜5四片镜片；