CN108594404A - 视力检测用高清红外光学镜头 - Google Patents
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Abstract
一种视力检测用高清红外光学镜头，自光源至被测眼球之间依次包括：红外滤光镜、具有正光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、光阑、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组；所述的透镜组，包括至少一枚透镜或胶合镜片。本镜头结构简单，设计合理，体积小，通过合理的光焦度的分配，优化镜片选材，使得镜头解像力优异，无畸变，通过拍摄眼球照片就能获得精确的眼球屈光度等等诊测结果，操作简单，便捷易行，精确度高。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体涉及一种视力检测用高清红外光学镜头。
背景技术
目前视力检查往往利用综合验光仪对被测者眼球的屈光状态进行检测，需要被检者注视机器内部的标靶，这种检测设备难适合配合能力不高的儿童检测。如果针对少儿或者心智不健全者，很难获得可靠的测试结果。如果通过拍摄眼球的图片就能获得眼睛的各种信息，对于视力检测简单易行，精确度高。诊断的结果的精确度绝大程度上取决于拍摄眼球照片的真实还原度，成像质量越高的镜头对于获得更精确的诊断结果至关重要。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出一种视力检测用高清红外光学镜头，其结构简单，精确度高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明自光源至被测眼球之间依次包括：红外滤光镜、具有正光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、光阑、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组。
所述的透镜组，包括至少一枚透镜或胶合镜片。
所述的光源包括：可见光源、红外光源以及图像采集装置。
所述的图像采集装置为红外光图像传感器。
所述的视力检测用高清红外光学镜头满足：0.5<f1/EFL<0.54，0.82<f2/EFL<0.88，-0.19<f3/EFL<-0.18，0.71<f4/EFL<0.77，0.94<f5/EFL<1.13，其中：f1～f5依次为第一至第五透镜组的焦距，EFL为整个镜头的焦距。
所述的视力检测用高清红外光学镜头进一步满足：1.03<TTL/EFL<1.1，其中：TTL为第一透镜组中第一枚透镜物方最外点至成像面的距离。
所述的第一透镜组和第二透镜组中的透镜或胶合镜片均采用高折射率材料，承担了整个光学镜头系统的较大光焦度，使得轴外光束经过前组镜片后，光线与光轴的夹角快速减小，与胶合镜片共同校正轴外像差，从而实现光学镜头系统的全视场范围内都有优良的分辨率，光学畸变小，且相面照度均匀。
所述的第一透镜组中的第一枚透镜与红外滤光镜的间隔为0.2mm。
所述的第三透镜组包括至少一枚胶合镜片，该胶合镜片通过色散匹配以减小色差，并选择折射率差值大的两种材料，易于实现相差的补偿校正，使得红外成像效果进一步提升。
所述的第二透镜组为一枚透镜或胶合镜片实现，该透镜或胶合镜片的中心厚度CT2与其到光阑的空气间隔T2之间满足：2.4<CT2/T2<2.46且第三透镜组中的胶合镜片的中心厚度CT34与其至光阑的空气间隔T3之间满足：13.22<CT34/T3<16.63。从而使得本发明镜头具有较好的平衡畸变和色散的能力。
所述的胶合镜片的前镜片的折射率和阿贝数分别满足：1.8764<Nd<1.9459，17.95<Vd<19.34；后镜片的材料的折射率和阿贝数分别满足：1.4969<Nd<1.588，37.87<Vd<81.61。
技术效果
与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，体积小，通过合理的光焦度的分配，优化镜片选材，使得镜头解像力优异，无畸变，通过拍摄眼球照片就能获得精确的眼球屈光度等等诊测结果，操作简单，便捷易行，精确度高。
附图说明
图1为实施例1的各个透镜分布示意图；
图2为实施例1的色差特性及场曲畸变特性曲线图；
图3为实施例1在MTF特性曲线图；
图4为实施例2的各个透镜分布示意图；
图5为实施例2的色差特性及场曲畸变特性曲线图；
图6为实施例2的MTF特性曲线图；
图7为实施例3的各个透镜分布示意图；
图8为实施例3的场曲畸变特性曲线图；
图9为实施例3的MTF特性曲线图；
图中：第一至第五透镜组G1～G5、滤光片IRCF、第一至第五透镜/镜片L1～L5、透镜表面s1～s13。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例定焦镜头包括：红外滤光镜IRCF、具有正光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、光阑STOP、具有负光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4和具有正光焦度的第五透镜组G5。
所述的透镜L3、L4粘合而成的胶合镜片。
各个透镜的面型、曲率半径R、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率Nd和阿贝数Vd分别满足一下条件(表1)：
表1：各透镜物理参数
表1中，R表示曲率半径，-号表示该面的曲率中心在该面的左边，同一表面序号既有折射率Nd的，又有数据D的，D表示该透镜在光轴上中心厚度，同一表面序号只有数据D而没有折射率的Nd，D表示该透镜在光轴上的中心到下一透镜的间距。表面序号S1和S2分别对应滤光片朝向物方的面和朝向像方的面；表面序号S3和S4分别对应第一透镜L1朝向物方的面和朝向像方的面；表面序号S5和S6分别对应第三透镜L2朝向物方的面和朝向像方的面；表面序号S10表示光阑面，表面序号S8和9分别对应第四透镜L3朝向物方的面和朝向像方的面；表面序号10分别对应第四透镜L4朝向像方的面，表面序号11和12分别对应第六透镜L5朝向物方的面和朝向像方的面。
本实施例在所述镜头前设置红外光源，可通过固定光源的装置来对检测者的头部进行限制，让被测者的鼻梁中间在光轴上，红外光源发光进入被测者眼睛，由眼底反射照亮瞳孔，由于该镜头有红外滤光片，只有红外光可以通过红外滤光片通过镜头进入图像获取模块，因此只需要对采集到的眼球照片进行分析就可得到眼球的屈光等信息。
本实施例定焦镜头的焦距和总长满足EFL/TTL＝1.03，各个透镜的焦距满足：
f1/EFL＝0.54，f2/EFL＝0.88，f3/EFL＝-0.19，f4/EFL＝0.71，f5/EFL＝1.0，其中：f1～f5依次为第一至第五透镜的焦距，通过合理的光焦度的分配，使得每枚镜片的光焦度都在合理的区间，最大程度降低了公差敏感性，呈现最佳的性能。
如图2所示，S和T分别表示子午场曲和弧矢场曲，根据场曲图得出：本实施例的子午场曲和弧矢场曲均控制在(-0.02，0.02)范围内，场曲得到了很好的校正。
本实施例中镜头的有效焦距为35mm，在全视场范围内，光学畸变控制在0.5％以内，得到完全无畸变的眼球图片，更有利于获得精确的诊测结果。
如图3所示，为本实施例的调制传递函数，横轴表示空间频率，单位是线对每毫米(lp/mm)，纵轴表示调制传递函数，从图4可知，本实施例的镜头在全视场范围内子午方向和弧矢方向的MTF曲线靠近，在全视场范围内对于200lp/mm的MTF数值大于30％，表明该镜头具有非常高的解像力。
实施例2
如图4所示，本实施例定焦镜头包括：红外滤光镜IRCF、具有正光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、光阑STOP、具有负光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4和具有正光焦度的第五透镜组G5。
各个透镜的面型、曲率半径R、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率Nd和阿贝数Vd分别满足一下条件(表2)：
本实施例定焦镜头的焦距和总长满足EFL/TTL＝1.07，各个透镜的焦距满足：
f1/EFL＝0.52，f2/EFL＝0.87，f3/EFL＝-0.18，f4/EFL＝0.73，f5/EFL＝1.13，其中：f1～f5依次为第一至第五透镜的焦距，通过合理的光焦度的分配，使得每枚镜片的光焦度都在合理的区间，最大程度降低了公差敏感性，呈现最佳的性能。
如图5所示，S和T分别表示子午场曲和弧矢场曲，根据场曲图得出：本实施例的子午场曲和弧矢场曲均控制在(-0.02，0.02)范围内，场曲得到了很好的校正。
本实施例中镜头的有效焦距为32mm，在全视场范围内，光学畸变控制在0.5％以内，得到完全无畸变的眼球图片，更有利于获得精确的诊测结果。
实施例3
如图7所示，与实施例1相比，本实施例第五透镜组L5采用了塑料非球面，更好的控制了本发明镜头的场曲。
各个透镜的面型、曲率半径R、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率Nd和阿贝数Vd分别满足一下条件(表3)：
在本实施例中，第四透镜组中的透镜为塑料非球面，其结构满足：
其中：Z值为透镜的sag值，c为曲率半径的倒数，k为圆锥系数，A，B，C，D，E，F分别代表高阶非球面系数。
本实施例非球面系数列于下表：
| K | A(4阶系数) | B(6阶系数) | C(8阶系数) | D(8阶系数) | |
| s11 | -2.546672 | -3.64E-04 | -8.13E-06 | -8.5E-07 | -8.4E-09 |
| s12 | -90.29877 | -6.13E-04 | -2.17E-05 | -4.57E-07 | -5.66E-09 |
本实施例定焦镜头的焦距和总长满足EFL/TTL＝1.1，各个透镜的焦距满足：f1/EFL＝0.5，f2/EFL＝0.82，f3/EFL＝-0.17，f4/EFL＝0.77，f5/EFL＝0.94，其中：f1～f5依次为第一至第五透镜的焦距，通过合理的光焦度的分配，使得每枚镜片的光焦度都在合理的区间，最大程度降低了公差敏感性，呈现最佳的性能。
本实施例中，第四透镜组采用了塑料非球面，更好的控制了本发明镜头的场曲和象散，如图8所示，子午场曲和弧矢场曲均控制在(-0.005，0.005)范围内，相比较而言，性能提高了4倍。镜头仍然保持无畸变的特性，在利用了塑料非球面的后，如图9所示，为本发明实施例镜头的MTF特性曲线图，子午和弧矢都表现非常优异的解像力，200lp/mm全视场范围内大于50％。在运用了塑料非球面的后，进一步提升了镜头的成像品质，降低了场曲和像散，同时也降低了镜头的F数，使其低照效果也变现更好。
本装置利用摄像头模组获取被测者眼睛瞳孔的照片检测视力，当光进入眼睛，光线穿过瞳孔进入眼底，由眼底反射回来，并在角膜形成一个圆点光斑。当被测者的眼睛是正常的，由眼底反射回来，该光斑是一个周边清晰的圆形图案，其中心有一个亮点；当被测者的眼睛屈光不正，有近视、远视、散光或斜视等问题，该光斑就会变化，当是近视，光斑会变大，当是远视，光斑周边会模糊不清，当是散光，光斑的位置就偏离角膜中心，中心的亮点也会增大；当是斜视，圆点光斑周围还会出现其他形状的光斑。这些光斑的变化会被记录在照片上，因此拍摄两组眼睛的照片，和标准的数据资料进行对比分析，就得到被测者眼睛的屈光诊断结果。诊断的结果的精确度绝大程度上取决于拍摄眼球照片的真实还原度，成像质量越高的镜头对于获得更精确的诊断结果至关重要。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述的具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种视力检测用高清红外光学镜头，其特征在于，自光源至被测眼球之间依次包括：红外滤光镜、具有正光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、光阑、具有负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组；所述的透镜组，包括至少一枚透镜或胶合镜片。
2.根据权利要求1所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的第三透镜组包括至少一枚胶合镜片。
3.根据权利要求2所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的第二透镜组为一枚透镜或胶合镜片实现，该透镜或胶合镜片的中心厚度CT2与其到光阑的空气间隔T2之间满足：2.4<CT2/T2<2.46且第三透镜组中的胶合镜片的中心厚度CT34与其至光阑的空气间隔T3之间满足：13.22<CT34/T3<16.63。从而使得本发明镜头具有较好的平衡畸变和色散的能力。
4.根据权利要求2所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的胶合镜片的前镜片的折射率和阿贝数分别满足：1.8764<Nd<1.9459，17.95<Vd<19.34；后镜片的材料的折射率和阿贝数分别满足：1.4969<Nd<1.588，37.87<Vd<81.61。
5.根据权利要求1所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的第四透镜组中的透镜为塑料非球面，其结构满足：其中：Z值为透镜的sag值，c为曲率半径的倒数，k为圆锥系数，A，B，C，D，E，F分别代表高阶非球面系数。
6.根据权利要求1所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的视力检测用高清红外光学镜头满足：0.5<f1/EFL<0.54，0.82<f2/EFL<0.88，-0.19<f3/EFL<-0.18，0.71<f4/EFL<0.77，0.94<f5/EFL<1.13，其中：f1～f5依次为第一至第五透镜组的焦距，EFL为整个镜头的焦距。
7.根据权利要求1或6所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的视力检测用高清红外光学镜头进一步满足：1.03<TTL/EFL<1.1，其中：TTL为第一透镜组中第一枚透镜物方最外点至成像面的距离。
8.根据权利要求1所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的第一透镜组中的第一枚透镜与红外滤光镜的间隔为0.2mm。
9.根据权利要求2所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的第一透镜组和第二透镜组中的透镜或胶合镜片均采用高折射率材料并与所述胶合镜片共同校正轴外像差。
10.根据权利要求1所述的视力检测用高清红外光学镜头，其特征是，所述的光源包括：可见光源、红外光源以及图像采集装置；所述的图像采集装置包括红外光图像传感器和可见光图像传感器。
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Cited By (1)
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| WO2021072682A1 (zh) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 南昌欧菲精密光学制品有限公司 | 光学成像系统、取像装置及电子设备 |
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2018
- 2018-06-11 CN CN201810594442.1A patent/CN108594404A/zh active Pending
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