CN106125302A - 红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统 - Google Patents

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吕涛
付东辉
陈小云
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Abstract

红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统属于非成像光学设计领域，解决了当环境中的太阳光强度较高时，就会干扰红外器件的正常工作的问题，该光学系统包括：光源、椭球面聚光镜、微透镜阵列组件和球面准直反射镜；所述光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件从左至右依次同轴排列；所述球面准直反射镜的光轴与光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件的光轴成25°夹角，以微透镜阵列的后主点为旋转轴，构成离轴反射光学系统。该光学系统可实现平行光光束，在600mm×400mm范围内极高的均匀度和极高的辐照强度，满足600mm×400mm红外触摸屏的抗强光干扰试验研究。

Description

红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统
技术领域
本发明属于非成像光学设计领域，涉及一种用于600mm×400mm红外触摸屏抗强光干扰研究的强光测试平台光学系统。
背景技术
红外触摸屏技术是在屏幕四周安装红外发射管和红外接收管，分别在横、竖方向上不断扫描探测，并利用触摸体阻隔红外线的工作方式进行坐标定位的技术。它具有透光率高、定位精确、无漂移等优点，但是由于采用红外器件作为传感器，当环境中的太阳光强度较高时，就会干扰红外器件的正常工作，因此研究抗强光干扰的红外触摸屏具有重大实际意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统。该光学系统可实现600mm×400mm范围内极高的均匀度和极高的辐照强度，满足600mm×400mm红外触摸屏的抗强光干扰试验研究。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，该光学系统包括：光源、椭球面聚光镜、微透镜阵列组件和球面准直反射镜；所述光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件从左至右依次同轴排列；所述球面准直反射镜的光轴与光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件的光轴成25°夹角，构成离轴反射光学系统。
本发明的有益效果是：本发明提出一种可用于光学系统，该光学系统可实现平行光光束，在600mm×400mm范围内极高的均匀度和极高的辐照强度，满足600mm×400mm红外触摸屏的抗强光干扰试验研究。其中，辐照强度：≥1367W/m2；辐照不均匀度在600mm×400mm范围内优于5％，在400mm×400mm范围内优于2％；光谱匹配达到AM1.5A级；准直角(即平行光张角，按对角线视场)优于±4°。
附图说明
图1本发明红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统结构示意图。
图2本发明红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统微透镜阵列组件主视图和左视图。
图3本发明红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统仿真结果的线图表。
图4本发明红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统仿真结果的栅格图表。
图中：1、光源，2、椭球面聚光镜，3、微透镜阵列组件，4、视场光阑，5、滤光片和6、球面准直反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，该光学系统包括：光源1、椭球面聚光镜2、微透镜阵列组件3、视场光阑4、AM1.5滤光片5和球面准直反射镜6；所述光源1、椭球面聚光镜2和微透镜阵列组件3从左至右依次同轴排列；所述球面准直反射镜6的光轴与光源1、椭球面聚光镜2和微透镜阵列组件3的光轴成25°夹角，构成离轴反射光学系统。采用与光源1结构相匹配的椭球面聚光镜2，经椭球面聚光镜2汇聚后的光，经微透镜阵列组件3进行光束匀化，视场光阑4位于第二个微透镜阵列的主面位置，即球面准直反射镜6的前焦面上，用于限制出射平行光的张角AM1.5滤光片5位于微透镜阵列组件3之后，用于将氙灯光谱校正为标准AM1.5A级的光谱，尺寸205mm×205mm，厚度5mm。匀化后的光束经离轴球面准直反射镜6进行准直输出，最后形成辐照光斑。
光源1采用与阳光光谱接近且在红外波段能量较强的高压短弧球型氙灯，氙灯功率为10kW。
椭球面聚光镜2的第一焦距为f1＝53.7mm，第二焦距f2＝2148mm，出瞳处口径为Φ370mm，后开口直径Φ62.5mm。
微透镜阵列组件3采用两组相同的微透镜阵列3-1，两者之间的空气间隔为96.95mm，如图2所示。从图2(b)上可以看出，微透镜3-1-1按照6行4列形式(合计24个)采用光胶合工艺固定在厚度为15mm的胶合基板3-1-2上而形成的微透镜阵列3-1的结构图，如图2(a)所示；单个微透镜3-1-1的长宽比为3:2，尺寸为49.5mm×33mm，厚度为12mm，球面半径为SR＝67.31mm。
本实例视场光阑4根据球面准直反射镜6的焦距和张角要求，视场光阑尺寸为198mm×198mm，对角线280mm。
AM1.5滤光片5的尺寸为205mm×205mm，厚度5mm
球面准直反射镜6对角线尺寸1064mm，按长宽比3:2，则尺寸为885.3mm×590.2mm，球面半径SR＝4000mm，焦距为2000mm，如图1所示，球面准直反射镜6的光轴与其他光学元件构成的光轴的夹角为25°，构成离轴反射光学系统。
如图3和图4所示，从仿真结果可见，辐照面600mm×400mm范围内的辐照强度约为1600W/m2，不均匀度优于2％，达到600mm×400mm红外触摸屏抗强光干扰研究的要求。

Claims (8)

1.红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，该光学系统包括：光源、椭球面聚光镜、微透镜阵列组件和球面准直反射镜；所述光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件从左至右依次同轴排列；所述球面准直反射镜的光轴为以微透镜阵列组件的后主点为旋转轴与光源、椭球面聚光镜和微透镜阵列组件的光轴成25°夹角，构成离轴反射光学系统。
2.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，采用与光源结构相匹配的椭球面聚光镜，经椭球面聚光镜汇聚后的光，经微透镜阵列组件进行光束匀化，匀化后的光束经离轴球面准直反射镜进行准直输出，最后形成辐照光斑。
3.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，所述光源为高压短弧氙灯10kW光源。
4.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，所述微透镜阵列组件的形状为正方形，单个微透镜的长宽比为3:2。
5.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，所述椭球面聚光镜第一焦距为53.7mm，第二焦距为2148mm，出瞳直径为Φ370mm。
6.根据权利要求4所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，所述微透镜尺寸为49.5mm×33mm，球面半径SR＝67.31mm，采用6行4列布置通过光胶合形成的尺寸为198mm×198mm的微透镜阵列。
7.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，在所述微透镜阵列组件后设置滤光片。
8.根据权利要求1所述的红外触摸屏抗强光干扰测试平台的光学系统，其特征在于，所述椭球面聚光镜和微透镜阵列组件同光轴时，在所述微透镜阵列组件后设置视场光阑。
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Citations (4)

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