CN115437125B - 光阑前置的超广角光学系统及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示器检测设备领域,尤其涉及一种光阑前置的超广角光学系统及其成像方法,光学系统包括沿光线入射方向依次设置的光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C;所述前镜组A包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜A1、正月牙透镜A2、正月牙透镜A3、正月牙透镜A4、由双凸透镜A5和负月牙透镜A6密接的第一胶合镜组;所述中继镜组B包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜B1、正月牙透镜B2、双凹透镜B3、正月牙透镜B4、正月牙透镜B5、双凸透镜B6;所述前镜组C包括沿光线自左向右入射方向依次设置的双凸透镜C1、由双凸透镜C2与双凹透镜C3密接的第二胶合镜组、由双凹透镜C4与双凸透镜C5密接的第三胶合镜组、双凸透镜C6、双凸透镜C7。该光学系统扩大视场角,以便于更好的对显示器视角性能进行检测。

Description

光阑前置的超广角光学系统及其成像方法
技术领域
本发明涉及显示器检测设备领域,尤其涉及一种光阑前置的超广角光学系统及其成像方法。
背景技术
随着显示器在消费电子产品、汽车制造等众多行业的应用持续增长,产品功能也比以前更加的依赖显示控制。终端用户使用显示器的行为是复杂变化的,例如,终端用户不可能永远保持与显示器表面垂直或者小范围内变化,试想若超过一定角度,就看不见显示器的内容,那将是被视为不能忍受的。因此,显示制造商需要使用专用的设备在生产线上以及研发环境下测量显示器的视角性能,以加强对显示器质量的控制。
研究发现,通过在亮度计或色度计前加入一颗光阑前置的超广角光学镜头,即可提供一种高效的视角性能解决方案,适用于广泛的显示器类型,包括LCD或者OLED技术的显示器以及背光显示器。然而目前此类镜头的解决方案中,光阑大小偏小,视场角也不够大,因此亟需一款大通光、超广角的光阑前置光学系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光阑前置的超广角光学系统及其成像方法,该光学系统增加光阑尺寸,扩大视场角,以便于更好的对显示器视角性能进行检测。
本发明的技术方案在于:一种光阑前置的超广角光学系统,光学系统包括沿光线入射方向依次设置的光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C;所述前镜组A与中继镜组B之间的空气间隔为56.4 mm,所述中继镜组B与后镜组C之间的空气间隔为59.3 mm;所述前镜组A包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜A1、正月牙透镜A2、正月牙透镜A3、正月牙透镜A4、由双凸透镜A5和负月牙透镜A6密接的第一胶合镜组;所述中继镜组B包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜B1、正月牙透镜B2、双凹透镜B3、正月牙透镜B4、正月牙透镜B5、双凸透镜B6;所述后镜组C包括沿光线自左向右入射方向依次设置的双凸透镜C1、由双凸透镜C2与双凹透镜C3密接的第二胶合镜组、由双凹透镜C4与双凸透镜C5密接的第三胶合镜组、双凸透镜C6、双凸透镜C7。
进一步地,所述中继镜组B中正月牙透镜B1最靠近光阑的一面周部向光阑弯曲,所述后镜组C中双凸透镜C1最靠近光阑的一面周部向像面弯曲。
进一步地,所述前镜组A的焦距fa与中继镜组B的焦距fb比值满足:0.15≤fa/fb≤0.3;所述后镜组C的焦距fc与中继镜组B的焦距fb的比值满足:0.3≤fc/fb≤0.5。
进一步地,所述前镜组A的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足:2.5≤|fa/f |≤4;所述中继镜组B的焦距fb与整个系统的有效焦距f的比值满足:0.03≤| f/fb |≤0.1;所述后镜组C的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足:4.5≤| fc/f |≤6.5。
进一步地,所述光学系统的镜片中至少有四片透镜由氟冕玻璃材料制成,且至少有一片透镜采用折射率大于1.95的材料制成。
进一步地,所述光学系统的后截距FL与整个系统的有效焦距f之比满足:1.5≤|FL/f |≤2.0。
进一步地,所述光学系统匹配的最大像面为Φ30 mm,观察视场角大于150°,最大F-theta畸变小于2%,系统工作距离大于3 mm。
一种光阑前置的超广角光学系统的成像方法,光线自左向右依次通过光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C后进行成像。
与现有技术相比较,本发明具有以下优点:该光学系统针对大通光、大角度的使用要求,提供了最大像面达Φ30mm,光阑直径8 mm的镜头,视场角150°,共采用十九片球面镜片,系统工作距离大于3 mm,F-theta畸变小于2%,成像效果较好。
附图说明
图1为本发明的光学系统构造示意图;
图2为本发明的光学系统常温下调制传递函数曲线;
图3为本发明的光学系统畸变曲线;
图4为本发明的光学系统相对照度曲线;
图中:A1-正月牙透镜A1 A2-正月牙透镜A2 A3-正月牙透镜A3 A4-正月牙透镜A4A5-双凸透镜A5 A6-负月牙透镜A6 B1-正月牙透镜B1 B2-正月牙透镜B2 B3-双凹透镜B3B4-正月牙透镜B4 B5-正月牙透镜B5 B6-双凸透镜B6 C1-双凸透镜C1 C2-双凸透镜C2 C3-双凹透镜C3 C4-双凹透镜C4 C5-双凸透镜C5 C6-双凸透镜C6 C7-双凸透镜C7。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说明如下,但本发明并不限于此。
参考图1至图4
一种光阑前置的超广角光学系统,光学系统包括沿光线入射方向依次设置的光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C;所述前镜组A与中继镜组B之间的空气间隔为56.4 mm;所述中继镜组B与后镜组C之间的空气间隔为59.3 mm;所述前镜组A包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜A1、正月牙透镜A2、正月牙透镜A3、正月牙透镜A4、由双凸透镜A5和负月牙透镜A6密接的第一胶合镜组;所述中继镜组B包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜B1、正月牙透镜B2、双凹透镜B3、正月牙透镜B4、正月牙透镜B5、双凸透镜B6;所述后镜组C包括沿光线自左向右入射方向依次设置的双凸透镜C1、由双凸透镜C2与双凹透镜C3密接的第二胶合镜组、由双凹透镜C4与双凸透镜C5密接的第三胶合镜组、双凸透镜C6、双凸透镜C7。
本实施例中,所述正月牙透镜A1与正月牙透镜A2之间的空气间隔为0.1 mm;所述正月牙透镜A2与正月牙透镜A3之间的空气间隔为0.1 mm;所述正月牙透镜A3与正月牙透镜A4之间的空气间隔为0.1 mm;所述正月牙透镜A4与第一胶合镜组之间的空气间隔为0.1mm。
本实施例中,所述正月牙透镜B1与正月牙透镜B2之间的空气间隔为0.1 mm;所述正月牙透镜B2与双凹透镜B3之间的空气间隔为13.7 mm,所述双凹透镜B3与正月牙透镜B4之间的空气间隔为13.1 mm,所述正月牙透镜B4与正月牙透镜B5之间的空气间隔为0.9 mm;所述正月牙透镜B5与双凸透镜B6之间的空气间隔为0.8 mm。
本实施例中,所述双凸透镜C1与第二胶合镜组之间的空气间隔为3.7 mm,所述第二胶合镜组与第三胶合镜组之间的空气间隔为8.1 mm,所述第三胶合镜组与双凸透镜C6之间的空气间隔为0.1 mm,所述双凸透镜C6与双凸透镜C7之间的空气间隔为24.7 mm。
本实施例中,所述前镜组A与中继镜组B之间各视场主光线近似平行,所述中继镜组B与后镜组C之间的各个视场内光束近似平行。
本实施例中,所述中继镜组B采用类库克式结构,所述后镜组C采用类高斯的结构。
本实施例中,所述中继镜组B中正月牙透镜B1靠近光阑的一面周部向光阑弯曲,所述后镜组C中双凸透镜C1靠近光阑的一面周部向像面弯曲。前镜组A的焦距fa与中继镜组B的焦距fb比值满足:0.15≤fa/fb≤0.3,后镜组C的焦距fc与中继镜组B的焦距fb的比值满足:0.3≤fc/fb≤0.5。
本实施例中,所述前镜组A的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足:2.5≤|fa/f |≤4,中继镜组B的焦距fb与整个系统的有效焦距f的比值满足:0.03≤| f/fb |≤0.1,后镜组C的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足:4.5≤| fc/f |≤6.5。
本实施例中,所述光学系统的镜片中至少有四片透镜由氟冕玻璃材料制成;且至少有一片透镜采用折射率大于1.95的材料制成,例如双凸透镜A5和负月牙透镜A6。
本实施例中,所述光学系统的后截距FL与整个系统的有效焦距f之比满足:1.5≤|FL/f |≤2.0。
本实施例中,所述光学系统匹配最大像面为Φ30 mm,观察视场角大于150°,最大F-theta畸变小于2%,系统工作距离大于3 mm。
在一较佳实施例中,所述正月牙透镜A1厚度为20.8 mm,正月牙透镜A2厚度为11.8mm,正月牙透镜A3厚度为9.7 mm,正月牙透镜A4厚度为13.3mm,双凸透镜A5厚度为34.9mm,负月牙透镜A6厚度为1.5mm。正月牙透镜B1厚度为12.5 mm,正月牙透镜B2厚度为25.0mm,双凹透镜B3厚度为1.5 mm,正月牙透镜B4厚度为25.0mm,正月牙透镜B5厚度为13.0mm,双凸透镜B6厚度为8.6mm。双凸透镜C1厚度为13.2 mm,双凸透镜C2厚度为9.7mm,双凹透镜C3厚度为1.5 mm,双凹透镜C4厚度为1.5mm,双凸透镜C5厚度为9.7 mm,双凸透镜C6厚度为11.7mm,双凸透镜C7厚度为24.2 mm。
本实施例中,成像时,光线自左向右依次通过光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C后进行成像。即光线自左向右依次通过正月牙透镜A1、正月牙透镜A2、正月牙透镜A3、正月牙透镜A4、由双凸透镜A5和负月牙透镜A6密接的第一胶合镜组、正月牙透镜B1、正月牙透镜B2、双凹透镜B3、正月牙透镜B4、正月牙透镜B5、双凸透镜B6、双凸透镜C1、由双凸透镜C2与双凹透镜C3密接的第二胶合镜组、由双凹透镜C4与双凸透镜C5密接的第三胶合镜组、双凸透镜C6、双凸透镜C7后进行成像。
本实施例中,该光阑前置的超广角光学系统在奈奎斯特频率处的调制传递函数值都大于0.15,成像质量较好。
本实施例中,该光阑前置的超广角光学系统在边缘处的相对照度大于20%,参见图4。
本实施例中,该光学系统实现的技术指标如下:
1. 最大像面:30 mm;
2. 波长范围:可见光;
3. 焦距:-11.35 mm;
4. 视场角:150°;
5. 光阑直径:8 mm;
6. F-theta畸变:小于2 %;
8. 后截距:19.6 mm。
本实施例中,光学系统中各个镜片的具体参数见下表:
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外,如果其公开了数值范围,那么公开的数值范围均为优选的数值范围,任何本领域的技术人员应该理解:优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多,无法穷举,所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案,并且,上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员而言,根据本发明的教导,设计出不同形式的光阑前置的超广角光学系统并不需要创造性的劳动,在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,光学系统由沿光线入射方向依次设置的光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C组成;所述前镜组A由沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜A1、正月牙透镜A2、正月牙透镜A3、正月牙透镜A4、由双凸透镜A5和负月牙透镜A6密接的第一胶合镜组组成;所述中继镜组B由沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜B1、正月牙透镜B2、双凹透镜B3、正月牙透镜B4、正月牙透镜B5、双凸透镜B6组成;所述后镜组C由沿光线自左向右入射方向依次设置的双凸透镜C1、由双凸透镜C2与双凹透镜C3密接的第二胶合镜组、由双凹透镜C4与双凸透镜C5密接的第三胶合镜组、双凸透镜C6、双凸透镜C7组成;所述前镜组A的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足:2.5≤|fa/f |≤4;所述中继镜组B的焦距fb与整个系统的有效焦距f的比值满足:0.03≤| f/fb |≤0.1;所述后镜组C的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足:4.5≤| fc/f |≤6.5。
2.根据权利要求1所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述前镜组A与中继镜组B之间的空气间隔为56.4 mm,所述中继镜组B与后镜组C之间的空气间隔为59.3 mm。
3.根据权利要求1所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述中继镜组B中正月牙透镜B1最靠近光阑的一面周部向光阑弯曲,所述后镜组C中双凸透镜C1最靠近光阑的一面周部向像面弯曲。
4.根据权利要求1、2或3所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述前镜组A的焦距fa与中继镜组B的焦距fb比值满足:0.15≤fa/fb≤0.3;所述后镜组C的焦距fc与中继镜组B的焦距fb的比值满足:0.3≤fc/fb≤0.5。
5.根据权利要求1、2或3所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述光学系统的镜片中至少有四片透镜由氟冕玻璃材料制成,且至少有一片透镜采用折射率大于1.95的材料制成。
6.根据权利要求1所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述光学系统的后截距FL与整个系统的有效焦距f之比满足:1.5≤| FL/f |≤2.0。
7.根据权利要求1所述的光阑前置的超广角光学系统,其特征在于,所述光学系统匹配的最大像面为Φ30 mm,观察视场角大于150°,最大F-theta畸变小于2%,系统工作距离大于3 mm。
8.一种应用于权利要求1、2、3、5、7所述的光阑前置的超广角光学系统的成像方法,其特征在于,光线自左向右依次通过光阑、前镜组A、中继镜组B、后镜组C后进行成像。
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