CN117289531A - 一种水下相机组件及水下相机组件设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下相机组件及水下相机组件设计方法，其中，水下相机组件安装骨架，所述安装骨架一侧密封连接有外防水罩，安装骨架的另一侧密封连接有镜筒，所述安装骨架中部贯穿开设透光孔；成像模组，所述成像模组安装在镜筒内，所述成像模组包括透镜组件，所述透镜组件位于成像模组靠近安装骨架的一侧；外镜头玻璃，所述外镜头玻璃安装在外防水罩内，所述外镜头玻璃朝向透光孔的一侧开设有正对透镜组件的内凹球面槽，所述外防水罩前端开设有与外镜头玻璃相对的通光口；本发明技术方案实现水下相机组件更加一体化的设计，在使其具有不小于常规相机在空气中的视场角的同时，有效提升防水性能。

Description

一种水下相机组件及水下相机组件设计方法

技术领域

本发明涉及水下摄像技术领域，特别涉及一种水下相机组件及水下相机组件设计方法。

背景技术

现有的水下相机，需要做好本体防水，而且绝大多数都是通过一个防水壳包裹住相机本体，才能实现防水，且防水深度都不高，大概在50米左右；并且在这种方式下，原相机的视场角，因为空气和水的折射关系(1:1.33)，视场角会极度缩小，使得水下可视范围变窄。

如果不牺牲水下视场角，那么需要在防水壳外增加一个大型的球面防水壳，将水的折射缩减的视场角弥补回来，但通过这种方式，整个水下相机单元，又会变得很大很笨重，导致防水成本变高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种水下相机组件，旨在使水下相机具有不小于常规相机在空气中的视场角的同时，有效提升防水性能。

为实现上述目的，本发明提出的水下相机组件，包括安装骨架，所述安装骨架一侧密封连接有外防水罩，安装骨架的另一侧密封连接有镜筒，所述安装骨架中部贯穿开设透光孔；

成像模组，所述成像模组安装在镜筒内，所述成像模组包括透镜组件，所述透镜组件位于成像模组靠近安装骨架的一侧；

外镜头玻璃，所述外镜头玻璃安装在外防水罩内，所述外镜头玻璃朝向透光孔的一侧开设有正对透镜组件的内凹球面槽，所述外防水罩前端开设有与外镜头玻璃相对的通光口；光线能够自所述通光口射入所述外镜头玻璃，再经内凹球面槽弯折穿出并聚焦于所述透镜组件。

优选地，所述外防水罩内设有安装槽，所述外镜头玻璃容纳于安装槽中。

优选地，所述外防水罩靠近安装骨架的一端向外周侧延伸形成第一外沿，所述安装骨架靠近外防水罩的一侧向外周侧延伸形成第二外沿，所述第一外沿与第二外沿对接，将所述外防水罩固定在安装骨架上。

优选地，所述安装骨架靠近外防水罩的一侧设有外镜固定部，所述通光口向内周侧延伸，与所述安装槽之间形成内沿，所述外镜头玻璃限位设置在外镜固定部与内沿之间。

优选地，所述透光孔穿过外镜固定部，并正对内凹球面槽，所述透光孔的直径不小于内凹球面槽的外径。

优选地，所述外镜固定部外周具有凸沿，位于所述凸沿与外镜固定部之间设有密封圈槽，所述密封圈槽内设有密封圈，所述密封圈抵接在凸沿与外镜头玻璃的外周侧之间，将所述外镜头玻璃与凸沿之间的间隙密封。

优选地，所述安装骨架靠近所述镜筒的一侧形成镜筒安装部，所述镜筒与镜筒安装部对接，将所述镜筒密封固定在安装骨架上。

优选地，所述安装骨架远离外防水罩的一侧设有位于透光孔外周的成像模组固定部，所述成像模组靠近安装骨架的一侧向外周延伸形成固定外沿，所述固定外沿与成像模组固定部对接，将所述成像模组固定在安装骨架上。

优选地，所述成像模组还包括调焦组件和成像组件，所述透镜组件包括两块安装于调焦组件两端的透镜，所述成像组件安装于调焦组件远离安装骨架的一端。

本发明还提出一种水下相机组件设计方法，具体包括以下步骤：

S10：根据光线在空气中的折射率以及在外镜头玻璃中的折射率，在外镜头玻璃同一位置，计算光线从空气中穿入外镜头玻璃时的弯折角度θ₂，以及光线沿θ₂穿出外镜头玻璃后照射在透镜组件上的位置T；

S20：根据光线在水中的折射率以及在外镜头玻璃中的折射率，在外镜头玻璃同一位置，计算光线从水中穿入外镜头玻璃时的弯折角度θ₁，设计内凹球面槽的曲率半径，使经过弯折角度θ₁后的光线再经内凹球面槽弯折后照射在透镜组件上的位置T1，其中，位置T1与位置T相同，或者处于位置T靠近外镜头玻璃的一侧；

S30：根据计算获取的内凹球面槽的曲率半径，在外镜头玻璃朝向透镜组件的一面开设内凹球面槽；

S40：将外镜头玻璃装入外防水罩内，将外防水罩安装固定在安装骨架上；

S50：将成像模组固定在安装骨架另一侧，装入镜筒。

本发明技术方案通过将相机组件的最外层的保护镜片设计成外部为平面，内部具有内凹球面槽的结构，避免水下相机受水折射率影响，并在外镜头玻璃与成像模组之间设置安装骨架，使外镜头玻璃密封固定在安装骨架的一侧，成像模组密封固定在安装骨架的另一侧，实现水下相机组件更加一体化的设计，在使其具有不小于常规相机在空气中的视场角的同时，有效提升防水性能，相比传统外挂球面镜并加装防水外壳的做法，整体成本更低，体积更小，防水效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明水下相机组件一实施例的结构示意图；

图2为本发明水下相机组件的结构爆炸图；

图3为本发明水下相机组件外镜头玻璃与安装骨架的结构示意图；

图4为本发明水下相机组件安装骨架的结构示意图；

图5为本发明水下相机组件外防水罩的结构示意图；

图6为本发明水下相机组件成像模组的结构示意图；

图7为本发明水下相机组件光路进入状态示意图一；

图8为本发明水下相机组件光路进入状态示意图二；

图9为本发明水下相机组件光路进入状态示意图三。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

相机的视场角在水下会受到折射的影响而缩小。由于水的光学性质与空气不同，光线在从水中传播到空气中时会发生折射现象，根据斯涅尔定律，光线在两种介质之间传播时会改变传播方向，折射角度与入射角度以及两种介质的折射率有关。空气的折射率约为1，而水的折射率约为1.33，因此当光线从水中射入空气中时，折射角会变小。这导致了水下观测时视场角的缩小，即可视范围的减小。相同的相机在水下与在空气中相比，所能够拍摄到的景物范围会变窄。

如果不牺牲水下视场角，那么需要在防水壳外增加一个大型的球面防水壳，将水的折射缩减的视场角弥补回来，但通过这种方式，整个水下相机单元，又会变得很大很笨重，导致防水成本变高。

为此，本发明提出一种水下相机组件100，旨在使水下相机具有不小于常规相机在空气中的视场角的同时，有效提升防水性能。

图1为本发明水下相机组件一实施例的结构示意图；图2为本发明水下相机组件的结构爆炸图；图3为本发明水下相机组件外镜头玻璃与安装骨架的结构示意图；图4为本发明水下相机组件安装骨架的结构示意图；图5为本发明水下相机组件外防水罩的结构示意图；图6为本发明水下相机组件成像模组的结构示意图；图7为本发明水下相机组件光路进入状态示意图一；图8为本发明水下相机组件光路进入状态示意图二；图9为本发明水下相机组件光路进入状态示意图三。

在本发明实施例中，该水下相机组件100包括安装骨架30、成像模组50和外镜头玻璃20；如图1和图2所示，安装骨架30中部贯穿开设透光孔35，安装骨架30一侧密封连接有外防水罩10，安装骨架30的另一侧密封连接有镜筒(图中未示出)，镜筒内安装有成像模组50，成像模组50包括透镜组件51，透镜组件51位于成像模组50靠近安装骨架30的一侧，外防水罩10内安装外镜头玻璃20，外镜头玻璃20为防水玻璃，外镜头玻璃20作为水下相机组件100最外层的镜片，外镜头玻璃20朝向透光孔35的一侧开设有正对透镜组件51的内凹球面槽21，外防水罩10前端开设有与外镜头玻璃20相对的通光口12，光线从水下经通光口12穿入外镜头玻璃20时，如图7、图8和图9所示，光线经外镜头玻璃20折射，再经内凹球面槽21反向弯折穿出外镜头玻璃20，并聚焦于透镜组件51，使弯折后的光线聚于透镜组件51上点与外镜头玻璃20入射面的间距不大于光线自空气中穿过平面玻璃聚焦于透镜组件51上点与外镜头玻璃20入射面的间距，依次类推，当二者光线聚焦于透镜组件51上同样的点时，水下相机组件100具有与正常相机同样或者更大的视场角。

本发明技术方案通过采用将传统相机的最外层的防护玻璃设计成外部为平面，内部具有内凹球面槽21的外镜头玻璃20，同时在外镜头玻璃20与成像模组50之间加装安装骨架30，用于连接外防水罩10与装有成像模组50的镜筒的方式，使水下相机组件100在避免水折射率影响具有不小于常规相机组件视场角的同时，使整个水下相机组件100实现更加一体的设计，无需在外部加装体积巨大的外置防水壳以及球面罩，从而更加有利于水下相机组件100防水功能的设置，在保证拍摄视场角足够大的情况下提升水下相机组件100的防水性能。

结合参照图2和图5所示，进一步地，外防水罩10内设有安装槽11，外镜头玻璃20容纳于安装槽11中。

通过加装外防水罩10，将外镜头玻璃20一整个容纳于外防水罩10的安装槽11中，实现对外镜头玻璃20的安装固定与保护，同时只需做好外防水罩10与安装骨架30之间的密封，即可做好水下相机组件100最外层的防水，从而有利于水下相机组件100防水性能的提升。

结合参照图4和图5所示，优选地，外防水罩10靠近安装骨架30的一端形成第一外沿13，安装骨架30靠近外防水罩10的一侧形成第二外沿31，第一外沿13与第二外沿31均向外周侧延伸形成较宽的对接面，第一外沿13与第二外沿31对接，将外防水罩10固定在安装骨架30上，沿外防水罩10与安装骨架30的连接处均匀涂抹设置防水胶。

优选地，可沿第一外沿13与第二外沿31开设多个通孔，通过螺栓穿入通孔固定的方式，将外防水罩10固定在安装骨架30上。

与上述实施例不同的是，第一外沿13与第二外沿31的对接面设有多个卡扣与卡扣槽(图中未示出)，当将第一外沿13与第二外沿31对接时，可将卡扣扣入卡扣槽中，实现外防水罩10在安装骨架30上的固定。

通过在外防水罩10与安装骨架30连接处设置宽度较大的对接外沿，可便于在外防水罩10与安装骨架30之间加装固定架，实现外防水罩10的安装与固定。

结合参照图4所示，优选地，安装骨架30靠近外防水罩10的一侧设有外镜固定部33，外镜固定部33具有一圈对外镜头玻璃20限位的凸沿37，同时外镜固定部33内设有多个均匀分布的限位凸起，限位凸起选用摩擦阻尼较大的硅胶或橡胶材质，可增加对外镜头玻璃20的限位，通光口12向内周侧延伸，与所述安装槽11之间形成内沿，所述外镜头玻璃20限位设置在外镜固定部33与内沿之间外镜头玻璃20限位设置在外镜固定部33与通光口12之间。

通过设置外镜固定部33，当外镜头玻璃20安装固定后，可对外镜头玻璃20进行限位固定，防止外镜头玻璃20发生移位，影响内凹球面槽21位置的设置，从而影响水下相机组件100的成像效果。

结合参照图5所示，优选地，沿安装槽11的内周壁设有多个加强筋14，加强筋14靠近外镜头玻璃20的一侧贴附设置有一层硅胶(图中未示出)，外镜头玻璃20的外周侧贴附硅胶设置。

结合参照图3和图4所示，进一步地，透光孔35穿过外镜固定部33，并正对内凹球面槽21，透光孔35的直径不小于内凹球面槽21的外径，其中，内凹球面槽21的外径即为内凹球面槽21与外镜头玻璃20靠近透镜组件51一面交汇圆的直径，使经过内凹球面槽21穿出的光线，经过透光孔35聚焦于透镜组件51上。

结合参照图2和4所示，进一步地，外镜固定部33外周具有凸沿37，位于凸沿37与外镜固定部33之间设有密封圈槽34，密封圈槽34内设有密封圈40，密封圈40抵接在凸沿37与外镜头玻璃20的外周侧之间，将外镜头玻璃20与凸沿37之间的间隙密封。

将密封圈40设置在外镜头玻璃20与凸沿37之间，可对外镜头玻璃20与外镜固定部33之间的缝隙进行密封，防止水从透光孔35进入到成像模组50中。

结合参照图2所示，进一步地，安装骨架30靠近镜筒的一侧形成镜筒安装部32，镜筒与镜筒安装部32对接，将镜筒密封固定在安装骨架30上，在镜筒与镜筒安装部32的连接处的外侧均匀涂抹设置有防水胶。

镜筒安装部32朝向镜筒的一面环绕设置有有密封槽，密封槽内设有垫圈(图中未示出)，将镜筒安装部32与镜筒之间的缝隙密封。

通过将水下相机组件100的前端镜头与前盖去除，将相机组件的其余部分密封固定在安装骨架30上，使整体结构更加一体性，可避免加装外置球面镜和防水结构时，由于结构分散，相机组件的防水需要更高的成本的问题。

结合参照图3和图6所示，进一步地，安装骨架30远离外防水罩10的一侧设有位于透光孔35外周的成像模组固定部36，成像模组50靠近安装骨架30的一侧向外周延伸形成固定外沿54，固定外沿54与成像模组固定部36对接，将成像模组50固定在安装骨架30上。

在用于成像的成像模组50前端预设固定外沿54，使成像模组50可以固定骨架30上的成像模组固定部36对接固定，使成像模组50能够与安装骨架一体固定，避免成像模组50晃动，影响透镜组件51与内凹球面槽21的相对位置。

优选地，成像模组50还包括调焦组件52和成像组件53，透镜组件51包括两块安装于调焦组件52两端的透镜，成像组件53安装于调焦组件52远离安装骨架30的一端。

本发明还提出一种水下相机组件100设计方法，该水下相机组件100的具体结构参照上述实施例，由于本水下相机组件100设计方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，具体包括以下步骤：

S10：根据光线在空气中的折射率以及在外镜头玻璃20中的折射率，在外镜头玻璃20同一位置，计算光线从空气中穿入外镜头玻璃20时的弯折角度θ₂，以及光线沿θ₂穿出外镜头玻璃20后照射在透镜组件51上的位置T；

S20：根据光线在水中的折射率以及在外镜头玻璃20中的折射率，在外镜头玻璃20同一位置，计算光线从水中穿入外镜头玻璃20时的弯折角度θ₁，设计内凹球面槽21的曲率半径，使经过弯折角度θ₁后的光线再经内凹球面槽21弯折后照射在透镜组件51上的位置T1，其中，位置T1与位置T相同，或者处于位置T靠近外镜头玻璃的一侧；

S30：根据计算获取的内凹球面槽21的曲率半径，在外镜头玻璃20朝向透镜组件51的一面开设内凹球面槽21；

S40：将外镜头玻璃20装入外防水罩10内，将外防水罩10安装固定在安装骨架30上；

S50：将成像模组50固定在安装骨架30另一侧，装入镜筒。

本发明通过将相机组件的最外层的保护镜片设计成外部为平面，内部具有内凹球面槽21的结构，可避免水下相机受折射率影响，并在外镜头玻璃20与用于成像的成像模组50之间设置安装骨架30，使外镜头玻璃20通过外防水罩10密封固定在安装骨架30的一侧，使成像模组50通过镜框密封固定在安装骨架30的另一侧，实现水下相机组件100更加一体化的设计，在具有不小于常规相机在空气中的视场角的同时，只需保证安装骨架30两侧的防水即可，相比传统外挂球面镜并加装防水外壳的做法，整体成本更低，防水效果更好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下相机组件，其特征在于，包括

安装骨架，所述安装骨架一侧密封连接有外防水罩，安装骨架的另一侧密封连接有镜筒，所述安装骨架中部贯穿开设透光孔；

成像模组，所述成像模组安装在镜筒内，所述成像模组包括透镜组件，所述透镜组件位于成像模组靠近安装骨架的一侧；

外镜头玻璃，所述外镜头玻璃安装在外防水罩内，所述外镜头玻璃朝向透光孔的一侧开设有正对透镜组件的内凹球面槽，所述外防水罩前端开设有与外镜头玻璃相对的通光口_；光线能够自所述通光口射入所述外镜头玻璃，再经内凹球面槽弯折穿出并聚焦于所述透镜组件。

2.如权利要求1所述的水下相机组件，其特征在于，所述外防水罩内设有安装槽，所述外镜头玻璃容纳于安装槽中。

3.如权利要求2所述的水下相机组件，其特征在于，所述外防水罩靠近安装骨架的一端向外周侧延伸形成第一外沿，所述安装骨架靠近外防水罩的一侧向外周侧延伸形成第二外沿，所述第一外沿与第二外沿对接，将所述外防水罩固定在安装骨架上。

4.如权利要求3所述的水下相机组件，其特征在于，所述安装骨架靠近外防水罩的一侧设有外镜固定部，所述通光口向内周侧延伸，与所述安装槽之间形成内沿，所述外镜头玻璃限位设置在外镜固定部与内沿之间。

5.如权利要求4所述的水下相机组件，其特征在于，所述透光孔穿过外镜固定部，并正对内凹球面槽，所述透光孔的直径不小于内凹球面槽的外径。

6.如权利要求4或5所述的水下相机组件，其特征在于，所述外镜固定部外周具有凸沿，位于所述凸沿与外镜固定部之间设有密封圈槽，所述密封圈槽内设有密封圈，所述密封圈抵接在凸沿与外镜头玻璃的外周侧之间，将所述外镜头玻璃与凸沿之间的间隙密封。

7.如权利要求1所述的水下相机组件，其特征在于，所述安装骨架靠近所述镜筒的一侧形成镜筒安装部，所述镜筒与镜筒安装部对接，将所述镜筒密封固定在安装骨架上。

8.如权利要求1所述的水下相机组件，其特征在于，所述安装骨架远离外防水罩的一侧设有位于透光孔外周的成像模组固定部，所述成像模组靠近安装骨架的一侧向外周延伸形成固定外沿，所述固定外沿与成像模组固定部对接，将所述成像模组固定在安装骨架上。

9.如权利要求1或8所述的水下相机组件，其特征在于，所述成像模组还包括调焦组件和成像组件，所述透镜组件包括两块安装于调焦组件两端的透镜，所述成像组件安装于调焦组件远离安装骨架的一端。

10.一种水下相机组件设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S10：根据光线在空气中的折射率以及在外镜头玻璃中的折射率，在外镜头玻璃同一位置，计算光线从空气中穿入外镜头玻璃时的弯折角度θ₂，以及光线沿θ₂穿出外镜头玻璃后照射在透镜组件上的位置T；

S20：根据光线在水中的折射率以及在外镜头玻璃中的折射率，在外镜头玻璃同一位置，计算光线从水中穿入外镜头玻璃时的弯折角度θ₁，设计内凹球面槽的曲率半径，使经过弯折角度θ₁后的光线再经内凹球面槽弯折后照射在透镜组件上的位置T1，其中，位置T1与位置T相同，或者处于位置T靠近外镜头玻璃的一侧；

S30：根据计算获取的内凹球面槽的曲率半径，在外镜头玻璃朝向透镜组件的一面开设内凹球面槽；

S40：将外镜头玻璃装入外防水罩内，将外防水罩安装固定在安装骨架上；

S50：将成像模组固定在安装骨架另一侧，装入镜筒。