[实用新型]高清水下视频摄像镜头

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学镜头领域，特别涉及一种高清水下视频摄像镜头。

背景技术

随着水下视频摄影的技术突破，特别是高灵敏度、高清晰度摄像器件和适应水下摄影的高亮度的照明系统的突破，使得人类借助视频摄像设备能看到更清晰、距离更远、水底更深、观察时间更长的水下景物活动情况，推动了人类对海洋、江河湖泊等水下领域探索更大的兴趣。新的水下产业、水下安防、水下科研、水下资源勘探开发、水下娱乐运动等迅速兴起。

与陆上的大气环境不同，它的物方空间传播介质是折射率为1.334和1.34316的水或海水,因此陆上能用的视频摄像光学系统,在水下不一定可用。置于水下的摄像光学系统，所看到的景物比在大气中看的要大近4/3，能看到的景物距离仅为大气中的3/4。由于水对可见光的吸收和散射较强，光亮度迅速衰减(每米衰减约4％)，在阳光明媚的条件下，可视水平距离大约30m左右，同时很难看清水深20m的景物。在悬浮物较严重的水下，能看清的景物往往还不到2m。因此，水下摄影需要特殊的人工辅助照明，才能看得远、看得深。研究表明，由于水对光的吸收使景物在水下的色彩也发生很大的改变，在水深5m时红光消失，在10m时黄光消失，在20m后只剩下兰光，所以水下摄影的光谱中心在蓝绿光附近。总之，在水下的景物的对比度(反差)、色彩、立体感大不如在空气环境。作为较好的吸热体，温度对摄像系统影响较大，也需要给于考虑。此外，置于水下的物体还要承受比大气上更大的压力，实验表明每下沉1m，物体上受到的压力增加1个大气压。因此，设计的光学系统和外壳不仅要考虑水密的问题，还要考虑抗压问题。

目前水下视频摄像镜头常用的结构方案大致有两种：(一)、如图1所示，采用同心球壳透镜作为前置防护窗口。其中，序号a为海水，序号b为同心球壳防护窗口，序号c为后置物镜，序号d为入瞳，序号e为像面，d₁为同心球壳厚度，d₂为同心球壳到后置物镜间距，R₁为同心球壳外半径，R₂为同心球壳内半径，lp_后为后置物镜前端到入瞳中心的间距，R₂＝d₂+lp_后。它让后置的光学系统的出瞳位置处于同心球壳的球心。一方面能让光线沿径向射出，保证经球壳出射的光束无偏折的进入水空间；另一方面可产生一定的+S3和-S4(初级像场系数)，平衡物空间介质由空气改为水引起的较大的场曲和像散.。这种结构的缺点是同心球难加工而且加工效率低。(二)、如图2所示，采用在空气中设计好的后置镜头前加入一组倒置的伽利略望远镜。其中，序号f为海水，序号g为倒置伽利略望远系统，序号h为后置物镜，序号i为入瞳，序号j为像面。把在空气中设计好的后置镜头的视场扩大到和放在水介质一样。这样可以用前置的望远镜的参量来校正物空间介质由空气改为水引起的像差。这种结构的不足是片数增加。

此外，目前水下视频摄像镜头大多数是广角(有的做到超广角)、特大摄像器件、较大孔径的镜头，如美国专利：5579169，其f′＝12.3mm,2ω在170°-180°,D/f＝1；2.3,九片结构，光学总长大于130mm；我国也有单位开展这方面镜头的研制,基本上是中等视场、中等孔径，镜片数都在七片以上，光学系统长度不小于80mm，且上述镜头的清晰度均为标清。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服以上缺点，提供一种高清水下视频摄像镜头，该镜头采用使整个光学系统的入瞳位置和第一镜片第一面的球心相重合的方法，保证光束无偏折地进入水空间，不仅能适应不同水深、在不同水深均能达到高清的效果，而且光学结构简单、性价比高。

本实用新型是这样实现的：一种高清水下视频摄像镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的第一镜片、第二镜片、光栏、第三镜片、第四镜片、第五镜片以及第六镜片，所述第一镜片为凸凹负透镜，所述第二镜片为凸凹正透镜，所述第三镜片为双凹负透镜，所述第四镜片为凹凸正透镜，所述第五镜片为凸凹正透镜，所述第六镜片为平板保护玻璃，构成摄像镜头的各光学元件需满足以下条件：

lp₁＝R₁±0.2mm‥‥‥①

3<R₁/R₂<4.5‥‥‥②

-0.075<h₁/f′_前<-0.05‥‥‥③