[实用新型]水下专用成像广角镜头

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种在水下恶劣环境中使用的专用广角光学成像系统。

背景技术

随着水下探测技术的不断发展，迫切需要对多个目标发射的过程进行多角度、大视场地监控，从而进一步地了解运动目标发射过程中的运动情况，了解运动目标周围环境变化情况。

通常采用的水下成像镜头只能实时监控小视场范围内的运动目标或进行小角度拍摄，适用的场合有限，对于实时监测水下高速运动目标的发射运动状态需要具备是一个大视场、大相对孔径的水下专用成像物镜。

实用新型内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种水下专用成像广角镜头，实现了水下拍摄水平视场角≥75°，垂直视场≥60°，对角线视场角≥85.3°的实时监测和拍摄。

本实用新型的技术解决方案是：水下专用成像广角镜头，包括前负组透镜和与前负组透镜位于同一光路的后正组透镜，其特征在于：所述前负组透镜和后正组透镜均包括至少四个位于同一光路的球面镜。

上述前负组透镜包括依次位于同一光路的光学窗口、第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第三负透镜；所述后正组透镜包括依次位于同一光路的第二正透镜、第四负透镜、第三正透镜、第四正透镜、第五正透镜。

上述镜头最大有效口径130mm，F数1.6，镜头总长为198mm；

上述光学窗口是采用石英玻璃的同心圆窗口。

本实用新型的优点是：自动化程度高、对焦速度快、成像好、光圈大、镜头群多、选择的余地大等等。通过这样的结构布局不仅可以实现对轴外像差的有效控制而且也可以满足在小焦距的前提下仍有较大的后截距。此外，采用了较多的高折射率、低色散的玻璃用于校正由于大孔径导致的球差。本实用新型的镜头实现了水下拍摄水平视场角≥75°,垂直视场≥60°，对角线视场角≥85.3°的实时监测和拍摄。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型光学系统的光学传递函数图；

图4是无穷物距5米光学传递函数图；

图5是无穷物距0.5米光学传递函数图；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型水下专用成像广角镜头采用了反射式摄远结构，该结构由前负组透镜1和后正组透镜2组成，光学窗口3采用石英玻璃为材料的同心圆窗口，这类窗口较之平面窗口视场损失更小，性能可靠，抗压能力强。其不足之处是对加工和装配的工艺要求较高，而且维护成本较高，在以往相关项目中得到广泛的应用。经过实践表明这种密封窗口是合理可行的。

图2为光学系统的结构图，采用10片球面镜位于同一光路；前负组透镜1包括光学窗口3、第一负透镜4、第二负透镜5、第一正透镜6、第三负透镜7；后正组透镜2包括依次位于同一光路的第二正透镜8、第四负透镜9、第三正透镜10、第四正透镜11、第五正透镜12；镜头最大有效口径130mm，F数是1.6；镜头总长为198mm。

图3是光学系统的MTF图，MTF代表了光学系统对目标对比度的传递能力，其值越高表明像差控制越好。由于CCD的最小像元为22μm，其对应的空间频率为23lp/mm，为了使光学系统与CCD匹配，必须以23lp/mm的空间频率进行实际考察。根据图3所示，在该空间频率下的0.707视场的MTF高于0.3的最低工艺要求值，可以满足实际的工作需求。

光学系统按无穷远进行设计，而实际使用时为有限距离。为了满足有限距离的成像清晰度镜头必须要能调焦。由于采用了球壳窗口其自身有一个光焦度，在实际使用过程中该窗口是无法移动的，因此调焦时无法通过移动整个镜组。本镜头结构上采用了前后镜组结构，前组焦距为负，后组焦距为正。通过改变后组与前组之间的距离可以实现镜头调焦。图4、5分别为无穷物距5米和0.5米时的光学传递函数图，此时后组的移动量分别为0.092mm和0.25mm。

实际使用中只需要将水下专用成像广角镜头密封在密封壳体中，然后将系统放置在待测量目标区域，即可完成实时监测和拍摄。光学系统简单实用，操作方便，并且能实时完成水下大角度监测和拍摄。