水下光学测量技术是在水下成像技术的基础上,对成像物镜进行特殊化的光学设计,实现了水下高精度位置测量。本课题是基于水下模拟太空中零重力环境,实现主平台与目标飞行器水下完全自主对接的项目背景下,创新性的提出了将水下光学测量物镜运用于目标的相对位置测量之中。通过望远型附加镜与像方远心光路相拼接的水下测量物镜,实现了水下高精度测量的需求。水下光学测量技术在水下目标的外形尺寸测量、水下监控、水下考古等诸多民用与军用方面具有极其广阔的前景。本文主要对水下光学测量物镜的设计及水下成像的理论进行了探讨。主要内容如下:1)讨论了水的光学特性及水对光学成像造成的影响。水下测量物镜不同于其他类型测量物镜最主要的特点是物方介质是水,因此需要了解水的光学特性以及水对成像质量的影响。并且根据水的光学特性,确定了水下测量物镜的工作波段为蓝绿光波段,测量物镜是望远型附加镜以及像方远心光路相拼接的结构形式。2)设计了一款水下测量物镜。水下测量物镜的对角线视场达到了54.8°,畸变小于0.25%,MTF在90lp/mm处大于0.5,在工作距离1m-5m内,位置测量误差小于6mm,角度测量误差小于0.06°。物镜的像质评价表明,成像质量良好,物镜的像差得到了校正。将物距调整到实际工作距离时,成像质量稍微有所变化,但是不影响测量精度。3)对测量物镜进行了公差分析以及杂散光分析。测量物镜整体的公差分配比较宽松,但是成像质量仍然得到了保证。宽松的公差分配提高了系统的加工、装调的可靠性。测量物镜的杂散光分析表明,虽然没有设计遮光罩,但是由于孔径光阑后置,系统的PST仍然是比较低的。特别是在离轴大视场,系统的PST降低到了10^-7。