CN109116515B - 一种水下超广角大靶面摄影镜头 - Google Patents

一种水下超广角大靶面摄影镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水下超广角大靶面摄影镜头，摄影镜头主要由具有负光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑组成：所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜；后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜。本发明采用10片球面透镜，具有小光圈数、超广角、大靶面、结构紧凑等特点，还保证了较好的水下成像质量。

Description

一种水下超广角大靶面摄影镜头
技术领域
本发明涉及一种水下超广角大靶面摄影镜头。
背景技术
水下摄影技术诸如水下机器人视觉、水下电视是进行水下探测的基本手段,在国防、海洋开发与工程、水下考古等领域起着极其重要的作用并因此受到世界各国的广泛重视。通常，水下摄影物镜采用简单的透明平行平板玻璃密封防水，这会使物镜的视角变小，放大率减小，像差也将发生变化，从而使成像质量变化，导致图像变形，清晰度降低，且承受压力有限。因而为了克服这些困难，本发明提供一种满足像质好、视场大的一种水下摄影的超广角、大靶面摄影镜头及其装置。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是常，水下摄影物镜采用简单的透明平行平板玻璃密封防水，这会使物镜的视角变小，放大率减小，像差也将发生变化，从而使成像质量变化，导致图像变形，清晰度降低，且承受压力有限。
本发明的具体实施方案是：一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于，包括由具有负光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑；
所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜；
所述第一透镜为凹面朝向像面的弯月形负透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜；
所述后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜。
所述第五透镜为凹面朝向像面的弯月形正透镜，所述第六透镜为凸面朝向像面的弯月形正透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸透镜，所述第十透镜为双凸透镜。
进一步的，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔介于13mm和14mm之间，所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第三透镜和第四透镜之间的空气间隔介于 0mm 和 1mm 之间，所述第四透镜和光阑之间的空气间隔介于1mm和2mm之间，所述光阑和第五透镜之间的空气间隔介于0mm和 1mm之间，所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔介于2mm和3mm之间，所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔介于1mm 和2mm之间，所述第八透镜和第九透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第九透镜和第十透镜之间的空气间隔介于9mm和10mm之间，所述第十透镜和像面之间的空气间隔介于14.5mm和15.5mm之间。
进一步的，所述第一透镜的焦距介于-20mm 和-22mm之间，所述第二透镜的焦距介于45mm和47mm之间，所述第三透镜的焦距介于-15mm和-17mm之间，所述第四透镜的焦距介于19mm和21mm之间，所述第五透镜的焦距介于79mm和 81mm之间，所述第六透镜的焦距介于55mm和57mm之间，所述第七透镜的焦距介于20mm和32mm之间，所述第八透镜的焦距介于-12mm和-14mm之间，所述第九透镜的焦距介于37mm和39mm之间，所述第十透镜的焦距介于45mm和47mm之间。
进一步的，所述镜头的有效焦距为9.02mm，相对数值孔径为2，靶面为28mm。
进一步的，所述镜头满足下列关系式：15.5<R1/R2<16.5；其中，R1为第一透镜的朝向物方一侧表面的曲率半径，R2为所述第一透镜的朝向像方一侧表面的曲率半径。
进一步的，所述镜头满足下列关系式：-2.3 ≤f1/f≤-2.2；其中，f1表示第一透镜的焦距，f为所述镜头的焦距。
进一步的，所述镜头的全视场角为160度。
进一步的，所述镜头的镜片均为球面。
进一步的，所述第一透镜前侧设置有球罩，所述镜头装置满足下列关系式：1≤Lp/Lx ≤1.5，其中,Lp为镜头的入瞳位置数值,Lx为所述装置球罩的球心距离数值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用10片球面透镜，具有小光圈数、超广角、大靶面、结构紧凑等特点，还保证了较好的水下成像质量，此外本发明在摄影镜头的第一面镜片前加上一个球罩装置，消除了水下摄影镜头的成像差、视场减小因数，并简化了水下摄影镜头的成像设备。
附图说明
图 1 是本发明实施例的水下超广角、大靶面摄影镜头的光学结构图。
图 2 是本发明实施例中一种水下超广角、大靶面摄影镜头半视场角为0°、24°、40°、56°、80各视场在像面上的光线点列图。
图 3 是图 1 中光学镜头的各视场像面上的传递函数MTF曲线图。
图 4 是图 1 中光学镜头的像差图。
图 5 是图 1 中光学镜头的相对照度图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～2所示，一种水下超广角大靶面摄影镜头，本实施例中，摄影镜头包括由具有负光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑；
所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜1、具有正光焦度的第二透镜2、具有负光焦度的第三透镜3、具有正光焦度的第四透镜4；
所述第一透镜1为凹面朝向像面的弯月形负透镜，所述第二透镜2为双凸透镜，所述第三透镜3为双凹透镜，所述第四透镜4为双凸透镜；
本实施例中，后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜5、具有正光焦度的第六透镜6、具有正光焦度的第七透镜7、具有负光焦度的第八透镜8、具有正光焦度的第九透镜9、具有正光焦度的第十透镜10。
本实施例中，第五透镜5为凹面朝向像面的弯月形正透镜，所述第六透镜6为凸面朝向像面的弯月形正透镜，所述第七透镜7为双凸透镜，所述第八透镜8为双凹透镜，所述第九透镜9为双凸透镜，所述第十透镜10为双凸透镜。
本实施例中，所述第一透镜1和第二透镜2之间的空气间隔介于13mm和14mm之间，所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第三透镜和第四透镜之间的空气间隔介于 0mm 和 1mm 之间，所述第四透镜和光阑之间的空气间隔介于1mm和2mm之间，所述光阑和第五透镜之间的空气间隔介于0mm和 1mm之间，所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔介于2mm和3mm之间，所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔介于1mm 和2mm之间，所述第八透镜和第九透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第九透镜和第十透镜之间的空气间隔介于9mm和10mm之间，所述第十透镜和像面之间的空气间隔介于14.5mm和15.5mm之间。
本实施例中，所述第一透镜的焦距介于-20mm 和-22mm之间，所述第二透镜的焦距介于45mm和47mm之间，所述第三透镜的焦距介于-15mm和-17mm之间，所述第四透镜的焦距介于19mm和21mm之间，所述第五透镜的焦距介于79mm和 81mm之间，所述第六透镜的焦距介于55mm和57mm之间，所述第七透镜的焦距介于20mm和32mm之间，所述第八透镜的焦距介于-12mm和-14mm之间，所述第九透镜的焦距介于37mm和39mm之间，所述第十透镜的焦距介于45mm和47mm之间。
本实施例中，所述镜头的有效焦距为9.02mm，相对数值孔径为2，靶面为28mm。
本实施例中，所述镜头满足下列关系式：15.5<R1/R2<16.5；其中，R1为第一透镜的朝向物方一侧表面的曲率半径，R2为所述第一透镜的朝向像方一侧表面的曲率半径。
本实施例中，所述镜头满足下列关系式：-2.3 ≤f1/f≤-2.2；其中，f1表示第一透镜的焦距，f为所述镜头的焦距。
本实施例中，所述镜头的全视场角为160度。
本实施例中，所述镜头的镜片均为球面。
在本实施例中，所述水下摄影镜头的镜片的材料均为环保玻璃。
在本实施例中，所述第一透镜前侧设置有球罩，所述球罩材料为塑料。
本实施例中，所述镜头装置满足下列关系式：1≤ Lp/Lx ≤1.5，其中,Lp为镜头的入瞳位置数值,Lx为所述装置球罩的球心距离数值。
本实施例中，各个透镜的表面的曲率半径及各个表面相邻间距如下表所示，表格中的厚度为所在透镜曲面与下一曲面的间距，例如第一透镜1对应的S1及S2分别表示为图1中第一透镜1左侧曲面及右侧曲面，第二透镜2对应的S3及S4分别表示第二透镜2左侧曲面S3与右侧曲面S4，S1对应的间距为曲面S1与曲面S2的间隔（即厚度），S2对应的间距表示S2与S3曲面的中心间距，以此类推，S19及S20分别表示第S20左侧曲面及右侧曲面，S19表示第十透镜10左侧曲面及右侧曲面中心点间距，S20表示第十透镜10右侧曲面与镜头的空气间隔。
在本实施例中，光学系统数据如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
在本实施例中，摄影镜头的有效焦距为9.025mm，相对数值孔径 F/2，使用 28mm的尼康APSC画幅接收，最大口径小于 10mm，光学总长为球罩到第十透镜的距离120mm。该镜头的全视场为 160°，工作波段为 420nm-580nm。如图2所示的当镜头半视场角为 0°、24°、40°、56°、80°各视场在像面上的光线点列图，从图中可看出，各个视场下的点列图的均方根半径小于7.3um。图 3 是本实施例中镜头各视场芯片面上的传递函数 MTF 曲线图。图中在60lp/mm 下各视场的0.8视场 MTF 值均大于 0.3，且曲线平滑、紧凑，说明该镜头成像清晰，均匀，系统在全波段全视场具有很好的成像质量。如图 4所示为是本实施例中镜头的像差图。从图中可以看出该镜头的像差变化较为平缓符合较高的像质。图 5 是本发明实施例中一种水下超广角、大靶面摄影镜头的相对照度图。从图中可以看出该镜头的相对照度大于0.4，满足通光亮度。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于，包括由具有负光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑；
所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜；
所述第一透镜为凹面朝向像面的弯月形负透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜；
所述后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜；
所述第五透镜为凹面朝向像面的弯月形正透镜，所述第六透镜为凸面朝向像面的弯月形正透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸透镜，所述第十透镜为双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔介于13mm和14mm之间，所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第三透镜和第四透镜之间的空气间隔介于 0mm 和 1mm 之间，所述第四透镜和光阑之间的空气间隔介于1mm和2mm之间，所述光阑和第五透镜之间的空气间隔介于0mm和 1mm之间，所述第五透镜和第六透镜之间的空气间隔介于2mm和3mm之间，所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔介于1mm 和2mm之间，所述第八透镜和第九透镜之间的空气间隔介于0mm 和1mm之间，所述第九透镜和第十透镜之间的空气间隔介于9mm和10mm之间，所述第十透镜和像面之间的空气间隔介于14.5mm和15.5mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述第一透镜的焦距介于-20mm 和-22mm之间，所述第二透镜的焦距介于45mm和47mm之间，所述第三透镜的焦距介于-15mm和-17mm之间，所述第四透镜的焦距介于19mm和21mm之间，所述第五透镜的焦距介于79mm和 81mm之间，所述第六透镜的焦距介于55mm和57mm之间，所述第七透镜的焦距介于20mm和32mm之间，所述第八透镜的焦距介于-12mm和-14mm之间，所述第九透镜的焦距介于37mm和39mm之间，所述第十透镜的焦距介于45mm和47mm之间。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述镜头满足下列关系式：15.5<R1/R2<16.5；其中，R1为第一透镜的朝向物方一侧表面的曲率半径，R2为所述第一透镜的朝向像方一侧表面的曲率半径。
5.根据权利要求4所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述镜头满足下列关系式：-2.3 ≤f1/f≤-2.2；其中，f1表示第一透镜的焦距，f为所述镜头的焦距。
6.根据权利要求1所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述镜头的全视场角为160度。
7.根据权利要求1所述的一种水下超广角大靶面摄影镜头，其特征在于：所述镜头的镜片均为球面。
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