CN114879340A - 一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统 - Google Patents

一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，由前组镜片与后组镜片组成，前组镜片与后组镜片之间设有第六球面透镜，前组镜片包括第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜与第五胶合球面透镜，后组镜片包括第七球面透镜、第八球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二胶合球面透镜、第十三球面透镜、第十四球面透镜与像面。本发明的有益效果：能够快速、精确地实时采集显示器的视角性能测量数据，测量大视角下多个角度光源分布的色度、亮度和对比度，通过单次测量采集完整锥体的视角数据，快速提供精确的测量结果，使系统能够成为各种研发项目和线上生产质量控制应用的选择。

Description

一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域，具体为一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统。
背景技术
随着科学技术的发展，工业革命已经不再停留在简单的工业化发展水平了，机器视觉可以代替传统的人工检测方法，大大地提高了工业制造的效率和效果，从而极大地提高市场的产品质量，工业镜头作为机器视觉的重要组成部分，直接影响系统的整体性能。对于市面上常规的平板显示器件亮度色度检测方法主要是通过点式垂直测量或面阵测量，但是这种方式只能测量特定角度的发光亮度，而实际的显示器件具有不同的发光角度，当测量角度发生变化时，对亮度测量结果影响很大，从而影响色度以及色度均匀性，传统的工业镜头无法满足多个角度亮度色度的测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，由前组镜片与后组镜片组成，所述前组镜片与所述后组镜片之间设有第六球面透镜，所述前组镜片包括第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜与第五胶合球面透镜；前组镜片的一次像面设置于第五胶合球面透镜与第六球面透镜之间；所述后组镜片包括第七球面透镜、第八球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二胶合球面透镜、第十三球面透镜、第十四球面透镜与像面。
优选的，所述第十四球面透镜与所述像面之间为各视场主光线。
优选的，所述第一球面透镜远离所述第二球面透镜的另一端为入瞳。
优选的，所述第六球面透镜靠近所述第五胶合球面透镜的一侧为一次像面。
优选的，所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜、第五胶合球面透镜、第七球面透镜、第八球面透镜、第十一球面透镜、第十三球面透镜与第十四球面透镜均为正光焦度的球面透镜。
优选的，所述第六球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜与第十二胶合球面透镜为负光焦度的球面透镜。
优选的，所述入瞳放置于所述前组镜片最前端，且位于物方焦平面位置，用于保证入射到所述像面的主光线满足像方远心光路要求。
优选的，所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜为弯向入瞳，用于收集大角度的光线，所述第五胶合球面透镜为消色差透镜，有利于平衡所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜产生的轴向及横向色差。
优选的，所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜、第五胶合球面透镜、第七球面透镜、第八球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二胶合球面透镜、第十三球面透镜与第十四球面透镜满足以下条件式：
-100≤f1/f≤-1，-0.5≤d1/f≤-0.01 (1)
-20≤f2/f≤-1，-0.5≤d2/f≤-0.01 (2)
-20≤f3/f≤-1，-0.5≤d3/f≤-0.01 (3)
-50≤f4/f≤-1，-0.5≤d4/f≤-0.01 (4)
-100≤f5/f≤-1，-2≤d5/f≤-0.01 (5)
1≤f6/f≤50，-10≤d6/f≤-0.02 (6)
-20≤f7/f≤-1，-0.5≤d7/f≤-0.01 (7)
-20≤f8/f≤-1，-2≤d8/f≤-0.02 (8)
0.5≤f9/f≤10，-1≤d9/f≤-0.01 (9)
0.5≤f10/f≤20，-0.5≤d10/f≤-0.01 (10)
-10≤f11/f≤-1，-1≤d11/f≤-0.01 (11)
0.5≤f12/f≤20，-1≤d12/f≤-0.01 (12)
-20≤f13/f≤-1，-5≤d13/f≤-0.02 (13)
-20≤f14/f≤-1，-10≤d14/f≤-0.1 (14)，
其中f为组合镜头的焦距，f1为所述第一球面透镜焦距，d1为所述第一球面透镜与第二球面透镜的间隔；f2为所述第二球面透镜焦距，d2为所述第二球面透镜与第三球面透镜间隔；f3为所述第三球面透镜焦距，d3为所述第三球面透镜与第四球面透镜间隔；f4为所述第四球面透镜焦距，d4为所述第四球面透镜与第五胶合球面透镜间隔；f5为所述第五胶合球面透镜焦距，d5为所述第五胶合球面透镜与所述第六球面透镜间隔；f6为所述第六球面透镜焦距，d6为所述第六球面透镜与所述第七球面透镜间隔；f7为所述第七球面透镜焦距，d7为所述第七球面透镜与所述第八球面透镜间隔；f8为所述第八球面透镜焦距，d8为所述第八球面透镜与所述第九球面透镜间隔；f9为所述第九球面透镜焦距，d9为所述第九球面透镜与第十球面透镜间隔；f1为所述第十球面透镜焦距，d1为所述第十球面透镜与第十一球面透镜间隔；f11为所述第十一球面透镜焦距，d11为所述第十一球面透镜与第十二胶合球面透镜间隔；f12为所述第十二胶合球面透镜焦距，d12为所述第十二胶合球面透镜与第十三球面透镜间隔；f13为所述第十三球面透镜焦距，d13为所述第十三球面透镜与第十四球面透镜间隔；f14为所述第十四球面透镜焦距，d2为所述第十四球面透镜与所述像面间隔。
有益效果
本发明所提供的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，针对市面上平板显示器制造商能够快速、精确地实时采集显示器的视角性能测量数据，能够测量大视角下多个角度光源分布的色度、亮度和对比度，通过单次测量采集完整锥体的视角数据，快速提供精确的测量结果，使得该系统能够成为各种研发项目和线上生产质量控制应用的理想选择。
附图说明
图1为本发明的大视场、像方远心锥光物镜光路图；
图2为传统镜头色度亮度测量原理图；
图3为本发明的锥光镜头色度亮度测量原理图；
图4(a)为实施例1中的物距为无穷远时锥光镜头MTF曲线图；
图4(b)为实施例1中的物距为750mm时锥光镜头MTF曲线图；
图4(c)为实施例1中的物距为500mm时锥光镜头MTF曲线图；
图4(d)为实施例1中的物距为250mm时锥光镜头MTF曲线图；
图5为实施例1中的锥光镜头畸变图；
图6为实施例1中的锥光镜头远心度图；
图7(a)实施例2中的物距为无穷远时锥光镜头MTF曲线图；
图7(b)实施例2中的物距为750mm时锥光镜头MTF曲线图；
图7(c)实施例2中的物距为500mm时锥光镜头MTF曲线图；
图7(d)实施例2中的物距为250mm时锥光镜头MTF曲线图；
图8为实施例2中的锥光镜头畸变图；
图9为实施例2中的锥光镜头远心度图；
图10(a)实施例3中的物距为无穷远时锥光镜头MTF曲线图；
图10(b)实施例3中的物距为750mm时锥光镜头MTF曲线图；
图10(c)实施例3中的物距为500mm时锥光镜头MTF曲线图；
图10(d)实施例3中的物距为250mm时锥光镜头MTF曲线图；
图11为实施例3中的锥光镜头畸变图；
图12为实施例3中的锥光镜头远心度图。
附图标记
1－第一球面透镜，2－第二球面透镜，3－第三球面透镜，4－第四面透镜，5－第五胶合球面透镜，6－第六球面透镜，7－第七球面透镜，8－第八球面透镜，9－第九球面透镜，10－第十球面透镜，11－第十一球面透镜，12－第十二胶合球面透镜，13－第十三球面透镜，14－第十四球面透镜，15－入瞳，16－一次像面，17－各视场主光线，18－像面。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，如图1所示：由前组镜片与后组镜片组成，所述前组镜片与所述后组镜片之间设有第六球面透镜6，所述前组镜片包括第一球面透镜1、第二球面透镜2、第三球面透镜3、第四球面透镜4与第五胶合球面透镜5；前组镜片的一次像面16设置于第五胶合球面透镜与第六球面透镜之间；所述后组镜片包括第七球面透镜7、第八球面透镜8、第九球面透镜9、第十球面透镜10、第十一球面透镜11、第十二胶合球面透镜12、第十三球面透镜13、第十四球面透镜14与像面18；入瞳15作为所述锥光光学系统的光阑放置于所述前组镜片最前端，且位于物方焦平面位置。
上述方案的优选方案为：前组镜片中第一球面透镜1、第二球面透镜2、第三球面透镜3、第四球面透镜4都为正透镜，并且都弯向入瞳，将角度0～140°的光收集进前组镜片中，前组镜片将不同视野的光线汇聚在一次像面16处，选用折射率大于1.6玻璃，有利于减小前组口径尺寸，并且有利于消除一部分由于大角度产生的场曲像差；第五胶合球面透镜5有利于消除前组产生的轴向色差及倍率色差；第六球面透镜作为整个的场镜用于消除前组部分场曲像差；后组的作用是保证锥光光学系统出射光路为远心光路，并且平衡前组产生的场曲像差；第七球面透镜7、第八球面透镜7用于消除与视场有关的：彗差、像散、场曲；第九球面透镜9、第十球面透镜10为负透镜，用于平衡整组锥光光学系统的球差、像散、场曲；第十二胶合球面透镜12用于：平衡球差、轴向色差、倍率色差；第十三球面透镜13、第十四球面透镜14用于消除球差、像散，以及改变各视场主光线17走向，有助于像方远心光路的实现。
由于该锥光光学系统具有合理的光焦度分配，可以有效抑制像差，设计出大视场、像方远心锥光光学物镜。FOV为成像视场，CRA为远心度(主光线与光轴的平行度)。
120度≤FOV≤140度。
CRA≤0.05度。
传统镜头的光阑一般位于镜头内部如图2所示，对于待测物有视场光阑的时候，边缘视场容易被遮挡，从而无法获得大视场方向成像；图3为本锥光光学系统成像原理，该镜头设计模拟人眼的大小、位置和视野，不同于光圈位于镜头内部的其他镜头，由于光圈位于镜头前面，所连接的成像系统在无镜头硬件遮挡的情况下，可以采集到显示器的完整视场(FOV)。
镜头入瞳直径D＝3.6mm，视场120°，通过移动前组与后组的相对距离来实现调焦，调焦范围250mm～∞。该光学系统设计参数如表1所示，不同物距前后组调焦距离如表2所示，全视场下不同物距MTF曲线分别如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示，其MTF值均在100lp/mm≥0.3，具有高分辨率；畸变如图5所示，其值小于35％，在可接受范围内；本锥光镜头远心度如图6所示，其远心度CRA≤0.05。
3.6mm的入瞳与人眼入射光瞳的大小相匹配，这使测量系统能够在与观察者观看时的相同条件下，对显示器进行测量。
表1.视场120°锥光光学系统设计参数
Figure BDA0003527551120000071
Figure BDA0003527551120000081
表2.视场120°锥光光学系统不同物距前后组调焦距离
物距(0stop) 厚度(14面)
Infinity 49.710946
1000 50.118181
500 50.523156
250 51.336590
实施例2：
镜头入瞳直径D＝3.6mm，视场130°，通过移动前组与后组的相对距离来实现调焦，调焦范围250mm～∞。该光学系统设计参数如表3所示，不同物距前后组调焦距离如表4所示，全视场下不同物距MTF曲线分别如图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)所示，其MTF值均在100lp/mm≥0.3，具有高分辨率；畸变如图8所示，其值小于43％，在可接受范围内；本锥光镜头远心度如图9所示，其远心度CRA≤0.05。
表3.视场130°锥光光学系统设计参数
Figure BDA0003527551120000091
Figure BDA0003527551120000101
表4.视场130°锥光光学系统不同物距前后组调焦距离
物距(0stop) 厚度(14面)
Infinity 50.200981
1000 50.53356
500 50.86634
250 51.53286
实施例3：
镜头入瞳直径D＝3.6mm，视场140°，通过移动前组与后组的相对距离来实现调焦，调焦范围250mm～∞。该光学系统设计参数如表5所示，不同物距前后组调焦距离如表6所示，全视场下不同物距MTF曲线分别如图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)所示，其MTF值均在100lp/mm≥0.15，具有高分辨率；畸变如图11所示，其值小于50％，在可接受范围内；本锥光镜头远心度如图12所示，其远心度CRA≤0.05。
表5.视场140°锥光光学系统设计参数
Figure BDA0003527551120000111
Figure BDA0003527551120000121
表6.视场140°锥光光学系统不同物距前后组调焦距离
物距(0stop) 厚度(14面)
Infinity 50.183452
1000 50.460141
500 50.734773
250 51.288693
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。

Claims (9)

1.一种工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，由前组镜片与后组镜片组成，所述前组镜片与所述后组镜片之间设有第六球面透镜，所述前组镜片包括第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜与第五胶合球面透镜；前组镜片的一次像面设置于第五胶合球面透镜与第六球面透镜之间；所述后组镜片包括第七球面透镜、第八球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二胶合球面透镜、第十三球面透镜、第十四球面透镜与像面。
2.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第十四球面透镜与所述像面之间为各视场主光线。
3.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜远离所述第二球面透镜的另一端为入瞳。
4.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第六球面透镜靠近所述第五胶合球面透镜的一侧为一次像面。
5.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜、第五胶合球面透镜、第七球面透镜、第八球面透镜、第十一球面透镜、第十三球面透镜与第十四球面透镜均为正光焦度的球面透镜。
6.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第六球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜与第十二胶合球面透镜为负光焦度的球面透镜。
7.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述入瞳放置于所述前组镜片最前端，且位于物方焦平面位置，用于保证入射到所述像面的主光线满足像方远心光路要求。
8.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜为弯向入瞳，用于收集大角度的光线，所述第五胶合球面透镜为消色差透镜，有利于平衡所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜产生的轴向及横向色差。
9.根据权利要求1所述的工业色度亮度检测用大视场像方远心的锥光光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜、第二球面透镜、第三球面透镜、第四球面透镜、第五胶合球面透镜、第七球面透镜、第八球面透镜、第九球面透镜、第十球面透镜、第十一球面透镜、第十二胶合球面透镜、第十三球面透镜与第十四球面透镜满足以下条件式：
-100≤f1/f≤-1，-0.5≤d1/f≤-0.01 （1）
-20≤f2/f≤-1 ，-0.5≤d2/f≤-0.01 （2）
-20≤f3/f≤-1，-0.5≤d3/f≤-0.01 （3）
-50≤f4/f≤-1 ，-0.5≤d4/f≤-0.01 （4）
-100≤f5/f≤-1 ，-2≤d5/f≤-0.01 （5）
1≤f6/f≤50，-10≤d6/f≤-0.02 （6）
-20≤f7/f≤-1，-0.5≤d7/f≤-0.01 （7）
-20≤f8/f≤-1，-2≤d8/f≤-0.02 （8）
0.5≤f9/f≤10，-1≤d9/f≤-0.01 （9）
0.5≤f10/f≤20，-0.5≤d10/f≤-0.01 （10）
-10≤f11/f≤-1，-1≤d11/f≤-0.01 （11）
0.5≤f12/f≤20，-1≤d12/f≤-0.01 （12）
-20≤f13/f≤-1，-5≤d13/f≤-0.02 （13）
-20≤f14/f≤-1，-10≤d14/f≤-0.1 （14），
其中f为组合镜头的焦距，f1为所述第一球面透镜焦距，d1为所述第一球面透镜与第二球面透镜的间隔；f2为所述第二球面透镜焦距，d2为所述第二球面透镜与第三球面透镜间隔；f3为所述第三球面透镜焦距，d3为所述第三球面透镜与第四球面透镜间隔；f4为所述第四球面透镜焦距，d4为所述第四球面透镜与第五胶合球面透镜间隔；f5为所述第五胶合球面透镜焦距，d5为所述第五胶合球面透镜与所述第六球面透镜间隔；f6为所述第六球面透镜焦距，d6为所述第六球面透镜与所述第七球面透镜间隔；f7为所述第七球面透镜焦距，d7为所述第七球面透镜与所述第八球面透镜间隔；f8为所述第八球面透镜焦距，d8为所述第八球面透镜与所述第九球面透镜间隔；f9为所述第九球面透镜焦距，d9为所述第九球面透镜与第十球面透镜间隔；f10为所述第十球面透镜焦距，d10为所述第十球面透镜与第十一球面透镜间隔；f11为所述第十一球面透镜焦距，d11为所述第十一球面透镜与第十二胶合球面透镜间隔；f12为所述第十二胶合球面透镜焦距，d12为所述第十二胶合球面透镜与第十三球面透镜间隔；f13为所述第十三球面透镜焦距，d13为所述第十三球面透镜与第十四球面透镜间隔；f14为所述第十四球面透镜焦距，d2为所述第十四球面透镜与所述像面间隔。
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