本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)計(jì)，特別涉及一種非球面水下成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、海洋作為地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，在支持全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維護(hù)地球生態(tài)平衡方面發(fā)揮著不可或缺的作用。此外，海洋還涉及國(guó)家領(lǐng)土與海洋權(quán)益保障、海上安全等重大領(lǐng)域，直接關(guān)系到國(guó)家的安全與穩(wěn)定。在許多領(lǐng)域，如水下資源勘探、海洋開(kāi)發(fā)、海洋地質(zhì)勘探、水下運(yùn)動(dòng)和水下考古等都至關(guān)重要。光學(xué)成像系統(tǒng)是水下攝像裝置的重要組成部分，其成像特點(diǎn)是判斷該裝置先進(jìn)性的重要依據(jù)。近年來(lái)，我國(guó)也越來(lái)越重視對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)，因此，光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)越來(lái)越重要。

2、然而，傳統(tǒng)的球面水下成像系統(tǒng)存在著一些難以克服的問(wèn)題。首先，球差是球面成像系統(tǒng)的主要缺陷之一。不同孔徑的光線通過(guò)球面透鏡后不能會(huì)聚到一點(diǎn)，導(dǎo)致成像模糊，降低了圖像的清晰度和分辨率。尤其在水下環(huán)境中，由于水和空氣的折射率不同，球差問(wèn)題更加明顯。其次，場(chǎng)曲和像散等像差也會(huì)影響水下成像質(zhì)量。場(chǎng)曲會(huì)使平面物體的成像面變?yōu)榍妫瑢?dǎo)致不同位置的清晰度不一致。像散則使不同方向的光線聚焦能力不同，造成圖像的變形和模糊。此外，成像受水下吸收與散射作用影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降問(wèn)題如亮度降低、色彩失真、對(duì)比度損失等。

3、非球面透鏡具有更多的設(shè)計(jì)自由度，可以更好地控制光線的傳播路徑，顯著減小像差，大幅度提高成像質(zhì)量，有效校正和平衡了球差、場(chǎng)曲和像散，最終獲得高質(zhì)量的成像效果，增強(qiáng)成像系統(tǒng)在水下環(huán)境中的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，可以在水下清晰成像。因此本文設(shè)計(jì)一種非球面水下成像系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種非球面水下成像系統(tǒng)，工作波長(zhǎng)范圍400nm~700nm。非球面水下成像系統(tǒng)包含6枚透鏡，其中有一枚非球面鏡片，增加了設(shè)計(jì)過(guò)程中的自由度，有效校正和平衡了球差、場(chǎng)曲和像散，最終獲得高質(zhì)量的成像效果，可以在水下清晰成像，使其具有像質(zhì)優(yōu)良、分辨率高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明實(shí)施例中提供一種非球面水下成像系統(tǒng)，沿光線入射方向依次同軸排布的第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、第二正透鏡、第三正透鏡和第三負(fù)透鏡；所述第一負(fù)透鏡的材料為sf4_schott，21.0mm<通光口徑<22.0mm，5.5mm<厚度<6.5mm；所述第一正透鏡的材料為nlaf2_schott，15.5mm<通光口徑<16.5mm，3.5mm<厚度<4.5mm；所述第二負(fù)透鏡的材料為sf4_schott，13.5mm<通光口徑<14.5mm，5.5mm<厚度<6.5mm；所述第二正透鏡的材料為nsk16_schott，6.5mm<通光口徑<7.0mm，4.0mm<厚度<4.5mm；所述第三正透鏡的材料為nlaf2_schott，8.5mm<通光口徑<9.0mm，3.5mm<厚度<4.5mm。所述第三負(fù)透鏡的材料為nsf10_schott，8.0mm<通光口徑<9.0mm，5.5mm<厚度<6.5mm。

3、可選地，所述第一負(fù)透鏡的通光口徑為21.5mm，厚度為6.0mm；所述第一正透鏡的通光口徑為15.9mm，厚度為4.0mm；所述第二負(fù)透鏡的通光口徑為14.1mm，厚度為6.0mm；所述第二正透鏡的通光口徑為6.7mm，厚度為4.1mm；所述第三正透鏡的通光口徑為8.7mm，厚度為3.9mm；所述第三負(fù)透鏡的通光口徑為8.6mm，厚度為6.0mm。

4、可選地，所述第三正透鏡和所述第三負(fù)透鏡組成一個(gè)膠合透鏡。

5、可選地，所述第三負(fù)透鏡光線出射表面中心與像面之間的距離為5.5mm。

6、可選地，所述非球面水下成像系統(tǒng)的光學(xué)外形尺寸為φ21.5×49.15mm。

7、可選地，所述非球面水下成像系統(tǒng)的系統(tǒng)焦距為14.29mm，f數(shù)為2.0。

8、可選地，所述非球面水下成像系統(tǒng)的工作波段范圍為400nm~700nm。

9、可選地，所述非球面水下成像系統(tǒng)的全視場(chǎng)角40°。

10、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

11、1.所述非球面水下成像系統(tǒng)，其工作波段范圍400nm~700nm，由6枚透鏡組成，其中有一枚非球面鏡片，非球面鏡片具有更多的設(shè)計(jì)自由度，可以更好地控制光線的傳播路徑，顯著提高了成像質(zhì)量，可以在水下清晰成像。

12、2.所述非球面水下成像系統(tǒng)，其焦距為14.29mm，f數(shù)為2.0，視場(chǎng)角40°，光學(xué)總長(zhǎng)為49.15mm，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)所有像差進(jìn)行了校正和平衡，使其具有像質(zhì)優(yōu)良、分辨率高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：由沿光線入射方向依次同軸排布的第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、第二正透鏡、第三正透鏡和第三負(fù)透鏡組成；

2.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：

3.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：所述第三正透鏡和所述第三負(fù)透鏡組成一個(gè)膠合透鏡。

4.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：所述第三負(fù)透鏡光線出射表面中心與像面之間的距離為5.5mm。

5.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：光學(xué)外形尺寸為φ21.5×49.15mm。

6.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：焦距為14.29mm，f數(shù)為2.0。

7.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：工作波段范圍為400nm~700nm。

8.如權(quán)利要求1所述的非球面水下成像系統(tǒng)，其特征在于：全視場(chǎng)角40°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種非球面水下成像系統(tǒng)，由6枚透鏡組成，沿光線入射的方向依次為負(fù)透鏡、正透鏡、負(fù)透鏡、正透鏡、正透鏡、負(fù)透鏡，非球面水下成像系統(tǒng)的焦距為14.29mm，像方F數(shù)為2.0，視場(chǎng)角40°，總長(zhǎng)為49.15mm；非球面水下成像系統(tǒng)工作在可見(jiàn)光波段，工作波長(zhǎng)范圍400nm~700nm。非球面水下成像系統(tǒng)包含一枚非球面鏡片，增加了設(shè)計(jì)過(guò)程中的自由度，有效校正和平衡了球差、場(chǎng)曲和像散，獲得高質(zhì)量的成像效果，可以在水下清晰成像，最終具有像質(zhì)優(yōu)良、分辨率高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳建軍,常麗芳,宋淑江,王琳琳,霍立民,譚明月,邵明偉,王緒虎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10