本實(shí)用新型涉及一種水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，適用于光學(xué)成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于攝影物鏡物方水介質(zhì)的影響使得地面上使用的光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過簡單防水密封后用于水下成像會遇到很多問題，比如像質(zhì)惡化、視場損失等等。而且，常見的水下攝影鏡頭基本是采用陸用攝影鏡頭加防水罩組成。這類鏡頭的弊端是視場角比陸用的視場角小，且成像質(zhì)量較差，畫面模糊。而目前，國內(nèi)外公布的水下攝影鏡頭不具有大視場、大相對孔徑的優(yōu)點(diǎn)，水下全視場角小于86°，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，除無法充分利用水下光能外，也限制了成像范圍的大小。

本實(shí)用新型即針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而研究提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小、重量輕、視場大、景深大、高像質(zhì)、高分辨率的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)有：第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，第四透鏡，光闌，第五透鏡，第六透鏡，第七透鏡，第八透鏡；

所述第一透鏡和第六透鏡的光焦度為負(fù)值，所述第四透鏡、第五透鏡和第八透鏡的光焦度為正值；

所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

0.05<|f1/f2|<0.5，4<|f3/f4|<5.5，1<|f5/f6|<2.5，0.02<|f7/f8|<1；

其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8是第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡的焦距。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述第二透鏡、第四透鏡、第七透鏡和第八透鏡的前后兩鏡面至少有一面是非球面。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述第五透鏡和第六透鏡膠合在一起形成透鏡組。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

(vd₂，vd₅，vd₇，vd₈)＞40；

0<(vd₁，vd₃，vd₄，vd₆)＜45；

其中vd₁、vd₂、vd₃、vd₄、vd₅、vd₆、vd₇和vd₈是第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡的色散系數(shù)。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

30<vd₁<45，45<vd₂<60，20<vd₃<40，30<vd₄<45，45<vd₅<65，

20<vd₆<30，40<vd₇<50和65<vd₈<80。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述第五透鏡和第六透鏡的色散系數(shù)滿足：15<vd₅-vd₆<45。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

1.7<nd₁<2.2，1.4<nd₂<2，1.6<nd₃<2，1.6<nd₄<2，1.55<nd₅<1.85，

1.7<nd₆<2，1.7<nd₇<1.9和1.45<nd₈<1.7；

其中nd₁、nd₂、nd₃、nd₄、nd₅、nd₆、nd₇和nd₈是第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡的材質(zhì)折射率。

如上所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

0.1＜EFL/TL＜0.25，0.1＜BFL/TL＜0.25；

0.01＜T2/TL＜0.06，0.01＜T3/TL＜0.24，0.5＜(T1+T2)/T5＜1.5；

T3/T2>0.15，0.3＜T4/T3＜1，1.2＜T5/T6＜2.5，0.4＜T7/T8＜0.5；

2＜A1/A7＜4，0.5＜A4/A6＜1.5；

其中EFL是所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的有效焦距，BFL是所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的后焦，TL是第一透鏡1到像面的距離，T1至T8是第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡的鏡片中心厚度，A1是第一透鏡與第二透鏡的間距，A4是第四透鏡與第五透鏡的間距，A6是第六透鏡與第七透鏡的間距，A7是第七透鏡與第八透鏡的間距。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，采用非球面設(shè)計(jì)避免了全部球面鏡片產(chǎn)生的球面像差和畸變等，實(shí)現(xiàn)了大視場、大景深、高像質(zhì)、高分辨率、大孔徑成像，適用于水下相機(jī)對人像、海底風(fēng)景及海底浮游植物和動物等對象的拍攝；

2.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及鏡片排列方式可有效縮小鏡組體積，解決大視場角、高畫幅時(shí)畸變大的問題，能有效降低大角度光線在成像面的入射角度，并降低光學(xué)系統(tǒng)的敏感度，獲得較高的解像力；

3.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)成像均勻、亮度高、孔徑大(光圈數(shù)達(dá)到F2.8)，光能利用率高；

4.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)采用雙膠合透鏡組使得本系統(tǒng)成像顏色分明，色彩與像面還原性好；

5.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)采用的非球面透鏡有利于像差的校正，減小系統(tǒng)的色差與畸變，提高整個(gè)視場的像質(zhì)，從而使得該光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率、透過率、色彩還原性均得到顯著提升；

6.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對軸外像差的有效控制，解決了大視場、高畫幅下難以實(shí)現(xiàn)高分辨率和低畸變的難題，同時(shí)具有小型化和輕型化的結(jié)構(gòu)和外形，且在總長小于37mm的情況下全視場可實(shí)現(xiàn)大于φ16mm的像高；

7.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)能夠達(dá)到高于20M(2000萬像素)的分辨率，保證高清晰成像；

8.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭對角線視場角度大于90°，其溫度漂移范圍在-40℃～80℃內(nèi)，性能穩(wěn)定且基本無需重新對焦；

9.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的TV畸變在全視場下小于9％，畸變控制在比較小的范圍內(nèi)，滿足水下攝影相機(jī)對畸變的要求；

10.本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)0.2m至20m不同物距的拍攝，拍攝范圍較大，成像清晰，可選擇的余地大。

【附圖說明】

圖1是本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的示意圖

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作詳細(xì)說明：

如圖1所示，本實(shí)用新型涉及的一種水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，一種水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)有：第一透鏡1，第二透鏡2，第三透鏡3，第四透鏡4，光闌9，第五透鏡5，第六透鏡6，第七透鏡7，第八透鏡8；

所述第一透鏡1和第六透鏡6光焦度為負(fù)值，所述第四透鏡4、第五透鏡5和第八透鏡8光焦度為正值；

所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

0.05<|f1/f2|<0.5，4<|f3/f4|<5.5，1<|f5/f6|<2.5，0.02<|f7/f8|<1；

其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8是第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7和第八透鏡8的焦距。所述第五透鏡5和第六透鏡6膠合在一起形成透鏡組，使得本系統(tǒng)成像顏色分明，色彩與像面還原性好。

所述第二透鏡2、第四透鏡4、第七透鏡7和第八透鏡8的前后兩鏡面至少有一面是非球面。

所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

(vd₂，vd₅，vd₇，vd₈)＞40；

0<(vd₁，vd₃，vd₄，vd₆)＜45；

其中vd₁、vd₂、vd₃、vd₄、vd₅、vd₆、vd₇和vd₈是第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7和第八透鏡8的色散系數(shù)。

另外，所述第一透鏡1的材質(zhì)折射率nd₁滿足：1.7<nd₁<2.2，色散系數(shù)為vd₁，滿足：30<vd₁<45；用于控制物側(cè)光線入射角并降低成像畸變。

所述第二透鏡2前后鏡面至少有一面為橢圓形雙曲線非球面，其材質(zhì)折射率nd₂滿足：1.4<nd₂<2，色散系數(shù)為vd₂，滿足：45<vd₂<60；這樣能很好地減小畸變并增大光線在像面上的入射高度，提高邊緣視場的照度，提高系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，從而提升像質(zhì)。

所述第三透鏡3材質(zhì)折射率nd₃滿足：1.6<nd₃<2，色散系數(shù)為vd₃，滿足：20<vd₃<40；這樣可以控制光線在各透鏡之間的折射變化角度。

所述第四透鏡4前后鏡面至少有一面為扁圓形非球面，其材質(zhì)采用折射率nd₄滿足：1.6<nd₄<2，色散系數(shù)為vd₄，滿足：30<vd₄<45；這樣能很好地減小畸變并增大光線在像面上的入射高度，提高邊緣視場的照度，提高系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，從而提升像質(zhì)。

所述第五透鏡5及第六透鏡6為雙膠合結(jié)構(gòu)，所述第五透鏡5的折射率nd₅滿足：1.55<nd₅<1.85，色散系數(shù)為vd₅，滿足：45<vd₅<65；所述第六透鏡6的折射率nd₆滿足：1.7<nd₆<2，色散系數(shù)為vd₆，滿足：20<vd₆<30；第五透鏡5和第六透鏡6的色散系數(shù)還滿足：15<vd₅-vd₆<45；這樣可以對軸向色差進(jìn)行補(bǔ)償。

所述第七透鏡7前后鏡面至少有一面為雙曲線非球面，其材質(zhì)折射率nd₇滿足：1.7<nd₇<1.9，色散系數(shù)vd₇滿足：40<vd₇<50；這樣能很好地減小畸變并增大光線在像面上的入射高度，提高邊緣視場的照度，提高系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，從而提升像質(zhì)。

所述第八透鏡8前后鏡面至少有一面為雙曲線非球面，其材質(zhì)折射率nd₈滿足：1.45<nd₈<1.7，色散系數(shù)vd₈滿足：65<vd₈<80；這樣可以減小像面主光線入射角，減小成像像差。

所述第四透鏡4和第五透鏡5之間設(shè)有光闌9，可以直接利用光圈的開孔大小控制進(jìn)光量，使得成像畫面整體均勻、亮度高。

所述非球面表面形狀滿足如下表達(dá)式：

在公式中，參數(shù)c為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k<-1時(shí)，透鏡的面形曲線為雙曲線，當(dāng)k＝-1時(shí)，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)-1<k<0時(shí)，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k＝0時(shí)，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k>0時(shí)，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)，這樣有利于像差的校正，減小系統(tǒng)的色差與畸變，提高整個(gè)視場的像質(zhì)，從而使得該光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率、透過率、色彩還原性均得到顯著提升。

所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)滿足如下表達(dá)式：

0.1＜EFL/TL＜0.25，0.1＜BFL/TL＜0.25；

0.01＜T2/TL＜0.06，0.01＜T3/TL＜0.24，0.5＜(T1+T2)/T5＜1.5；

T3/T2>0.15，0.3＜T4/T3＜1，1.2＜T5/T6＜2.5，0.4＜T7/T8＜0.5；

2＜A1/A7＜4，0.5＜A4/A6＜1.5；

其中EFL是所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的有效焦距，BFL是所述水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)的后焦，TL是第一透鏡1到像面的距離，T1至T8是第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7和第八透鏡8的鏡片中心厚度，A1是第一透鏡1與第二透鏡2的間距，A4是第四透鏡4與第五透鏡5的間距，A6是第六透鏡6與第七透鏡7的間距，A7是第七透鏡7與第八透鏡8的間距。

本實(shí)用新型所述的水下專用攝影光學(xué)成像系統(tǒng)采用球面與非球面結(jié)合，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，避免了全部球面鏡片產(chǎn)生的球面像差和畸變等，實(shí)現(xiàn)了大視場、大景深、高像質(zhì)、高分辨率、大孔徑成像，適用于水下相機(jī)對人像、海底風(fēng)景及海底浮游植物和動物等對象的拍攝；而該鏡片排列方式可有效縮小鏡組體積，解決大視場角、高畫幅時(shí)畸變大的問題，能有效降低大角度光線在成像面的入射角度，并降低光學(xué)系統(tǒng)的敏感度，獲得較高的解像力；成像均勻、亮度高、孔徑大(光圈數(shù)達(dá)到F2.8)，光能利用率高；還可實(shí)現(xiàn)對軸外像差的有效控制，解決了大視場、高畫幅下難以實(shí)現(xiàn)高分辨率和低畸變的難題，同時(shí)具有小型化和輕型化的結(jié)構(gòu)和外形，且在總長小于37mm的情況下全視場可實(shí)現(xiàn)大于φ16mm的像高；

本實(shí)用新型所述的光學(xué)成像系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)能夠達(dá)到高于20M(2000萬像素)的分辨率，保證高清晰成像；光學(xué)鏡頭對角線視場角度大于90°，其溫度漂移范圍在-40℃～80℃內(nèi)，性能穩(wěn)定且基本無需重新對焦；TV畸變在全視場下小于9％，畸變控制在比較小的范圍內(nèi)，滿足水下攝影相機(jī)對畸變的要求；還可實(shí)現(xiàn)0.2m至20m不同物距的拍攝，拍攝范圍較大，成像清晰，可選擇的余地大。