CN115453720A - 玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法 - Google Patents

玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法 Download PDF

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CN115453720A CN202211155190.5A CN202211155190A CN115453720A CN 115453720 A CN115453720 A CN 115453720A CN 202211155190 A CN202211155190 A CN 202211155190A CN 115453720 A CN115453720 A CN 115453720A
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罗杰
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江伟
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Abstract

本发明涉及一种玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法,其中玻塑混合无热化光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜。其中第一透镜、第五透镜为玻璃球面透镜,第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜和第七透镜为塑料非球面透镜,通过合理地搭配球面和非球面镜片,本发明在具有超高清4K清晰度、广角、日夜共焦等光学性能同时,可以在‑40℃到80℃环境下保持高清晰度的成像质量。

Description

玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法。
背景技术
光学镜头作为图像摄取最基本的组件,是光电设备最为关键的元器件之一;应用在日常生活的方方面面,包括智能手机、汽车、安防监控、自动化工业等领域;然而目前使用的光学镜头普遍还存在以下缺点:光学成像质量不足,难以满足市场所需的4K清晰度;环境适应性较差,在高温和低温时温漂较大,影响成像质量;提高像质的同时,镜片数量较多,尺寸较大;塑胶镜片由于其可塑性较好,可设计成各种形状的非球面透镜,被广泛用于高清晰度的光学镜头。
发明内容
鉴于现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种玻塑混合无热化光学镜头及其工作方法,该玻塑混合无热化光学镜头搭配玻璃球面透镜和塑胶非球面透镜,在控制镜片数量的情况下,满足4K高分辨率、广角、日夜共焦的光学性能。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种玻塑混合无热化光学镜头,包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜;第一透镜为弯月负透镜,第二透镜为双凹负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为弯月正透镜,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜,第七透镜为双凸正透镜;第一透镜的物面与像面均朝向物侧,第四透镜的物面与像面均朝向像侧,透镜由玻璃和塑胶材料制成,其中第一、第五透镜为玻璃球面透镜,第二、第三、第四、第六以及第七透镜均为塑胶非球面透镜。
优选的,所述第一透镜为高折射率的玻璃球面镜片,第五透镜具有负的折射率温度系数;光学系统的焦距为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为
Figure 252060DEST_PATH_IMAGE002
、、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
Figure 706569DEST_PATH_IMAGE004
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
Figure 207957DEST_PATH_IMAGE006
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
,其中
Figure 608852DEST_PATH_IMAGE002
Figure 967021DEST_PATH_IMAGE008
Figure 836DEST_PATH_IMAGE003
Figure 201240DEST_PATH_IMAGE004
Figure 269690DEST_PATH_IMAGE005
Figure 798760DEST_PATH_IMAGE006
Figure 569139DEST_PATH_IMAGE007
Figure 22117DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例:-3.5<
Figure 194341DEST_PATH_IMAGE002
/
Figure 441783DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,-3.5<
Figure 905650DEST_PATH_IMAGE008
/
Figure 896740DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,3.0<
Figure 923470DEST_PATH_IMAGE003
/
Figure 341813DEST_PATH_IMAGE001
<5.0,18.0<
Figure 821205DEST_PATH_IMAGE004
/
Figure 881565DEST_PATH_IMAGE001
<20.0,1.5<
Figure 762802DEST_PATH_IMAGE005
/
Figure 352047DEST_PATH_IMAGE001
<3.5,-2.5<
Figure 784646DEST_PATH_IMAGE006
/
Figure 632385DEST_PATH_IMAGE001
<-0.5,0.5<
Figure 322124DEST_PATH_IMAGE007
/
Figure 597116DEST_PATH_IMAGE001
<2.5。
优选的,第一透镜满足关系式:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 988783DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第二透镜满足关系式:
Figure 390946DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 984126DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第三透镜满足关系式:
Figure 180752DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 122032DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第四透镜满足关系式:
Figure 249257DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 710325DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第五透镜满足关系式:
Figure 327120DEST_PATH_IMAGE009
≤1.5,
Figure 240850DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第六透镜满足关系式:
Figure 231153DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 812307DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第七透镜满足关系式:
Figure 334424DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 204291DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;其中
Figure 470056DEST_PATH_IMAGE009
为折射率,
Figure 905716DEST_PATH_IMAGE010
为阿贝常数。
优选的,第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜,非球面曲线方程表达式为:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
其中,Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时,距非球面顶点的离矢高;c为非球面的近轴曲率;k为圆锥常数;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
Figure 460719DEST_PATH_IMAGE014
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
Figure 801570DEST_PATH_IMAGE016
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
Figure 198923DEST_PATH_IMAGE018
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
Figure 673111DEST_PATH_IMAGE020
均为高次项系数。
优选的,光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足:TTL/f≤10.0;光学系统的F数≤2.0;光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足:H/f≥2.5;第一透镜的折射率
Figure 818921DEST_PATH_IMAGE021
;第五透镜的折射率温度系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
优选的,光学系统实现的技术指标如下:
(1)焦距:2.0≤EFFL≤4.0mm;(2)光圈F≤2.0;(3)视场角:2w≥150°;(4)工作波段:可见光波段和850nm波段。
上述技术指标所采用的具体参数如下表:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
各非球面透镜的非球面系数如下表:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
本发明玻塑混合无热化光学镜头的工作方法,光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜;第一透镜为弯月负透镜,第二透镜为双凹负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为弯月正透镜,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜,第七透镜为双凸正透镜;第一透镜的物面与像面均朝向物侧,第四透镜的物面与像面均朝向像侧,透镜由玻璃和塑胶材料制成,其中第一、第五透镜为玻璃球面透镜,第二、第三、第四、第六以及第七透镜均为塑胶非球面透镜,光学镜头实现焦距:2.0≤EFFL≤4.0mm;(2)光圈F≤2.0;(3)视场角:2w≥150°;(4)工作波段:可见光波段和850nm波段。
当光线入射时,沿光路顺序依次进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和等效玻璃平板后在IMA成像面进行成像。
与现有技术相比,本发明有以下优点:
1、本发明提供的玻塑混合无热化光学镜头采用七片光学镜片,通过合理的搭配球面镜片和非球面镜片,校正了各轴向色差、垂轴色差以及高阶色差,使得光学系统达到4K清晰度。
2、第一透镜为高折射率的玻璃球面镜片,缩小头部尺寸的同时,提高镜头的耐磨性。
3、镜头在可见光波段和红外波段下的后焦差异较小,满足日夜共焦的需求。
4、保证成像质量的同时,具有较高的相对照度,可以适应不同光照条件。
5、第五透镜具有负的折射率温度系数,保证镜头在-40℃到80℃下,镜头离焦量小,具有较好的环境稳定性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明的光学结构示意图;
图2是本发明的全工作波段轴向色差图;
图3是本发明的全工作波段垂轴色差图;
图4是本发明的全工作波段场曲畸变图;
图5是本发明的在可见光波段下的低温-40℃的离焦曲线图;
图6是本发明的在可见光波段下的常温25℃的离焦曲线图;
图7是本发明的在可见光波段下的高温80℃的离焦曲线图;
图中:L1-第一透镜;L2-第二透镜;L3-第三透镜; L4-第四透镜;STO-光阑;L5-第五透镜;L6-第五透镜;L7-第七透镜;L8-等效玻璃平板;IMA-成像面。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方法对本发明做进一步说明;
如图1所示,一种玻塑混合无热化光学镜头,该光学镜头从物方到像方依次设有第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑STO、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、等效玻璃平板L8和IMA-成像面;在不考虑非球面系数造成的反曲的情况下,第一透镜为弯月负透镜,第二透镜为双凹负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为弯月正透镜,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜,第七透镜为双凸正透镜;第一透镜的物面与像面均朝向物侧,第四透镜的物面与像面均朝向像侧,透镜由玻璃和塑胶材料制成,其中第一、第五透镜为玻璃球面透镜,第二、第三、第四、第六以及第七透镜均为塑胶非球面透镜。
该光学系统的焦距为
Figure 506123DEST_PATH_IMAGE001
,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为
Figure 113691DEST_PATH_IMAGE002
、、
Figure 979403DEST_PATH_IMAGE003
Figure 764957DEST_PATH_IMAGE004
Figure 877138DEST_PATH_IMAGE005
Figure 304708DEST_PATH_IMAGE006
Figure 818735DEST_PATH_IMAGE007
,其中
Figure 40769DEST_PATH_IMAGE002
Figure 843509DEST_PATH_IMAGE008
Figure 543612DEST_PATH_IMAGE003
Figure 198232DEST_PATH_IMAGE004
Figure 43697DEST_PATH_IMAGE005
Figure 146782DEST_PATH_IMAGE006
Figure 899844DEST_PATH_IMAGE007
Figure 76878DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例:-3.5<
Figure 889982DEST_PATH_IMAGE002
/
Figure 480364DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,-3.5<
Figure 977729DEST_PATH_IMAGE008
/
Figure 586433DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,3.0<
Figure 524433DEST_PATH_IMAGE003
/
Figure 789062DEST_PATH_IMAGE001
<5.0,18.0<
Figure 415084DEST_PATH_IMAGE004
/
Figure 363448DEST_PATH_IMAGE001
<20.0,1.5<
Figure 718688DEST_PATH_IMAGE005
/
Figure 18082DEST_PATH_IMAGE001
<3.5,-2.5<
Figure 854320DEST_PATH_IMAGE006
/
Figure 437617DEST_PATH_IMAGE001
<-0.5,0.5<
Figure 717420DEST_PATH_IMAGE007
/
Figure 487798DEST_PATH_IMAGE001
<2.5。
其中第一透镜满足关系式:
Figure 940776DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 319193DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第二透镜满足关系式:
Figure 815902DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 89888DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第三透镜满足关系式:
Figure 533508DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 310971DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第四透镜满足关系式:
Figure 447423DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 923885DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第五透镜满足关系式:
Figure 984245DEST_PATH_IMAGE009
≤1.5,
Figure 334324DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第六透镜满足关系式:
Figure 641677DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 624677DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第七透镜满足关系式:
Figure 206837DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 896575DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;其中
Figure 174497DEST_PATH_IMAGE009
为折射率,
Figure 362902DEST_PATH_IMAGE010
为阿贝常数。
其中第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜,非球面曲线方程表达式为:
Figure 233906DEST_PATH_IMAGE011
Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时,距非球面顶点的离矢高;c为非球面的近轴曲率;k为圆锥常数;
Figure 292998DEST_PATH_IMAGE013
Figure 207733DEST_PATH_IMAGE014
Figure 634167DEST_PATH_IMAGE015
Figure 86358DEST_PATH_IMAGE016
Figure 547426DEST_PATH_IMAGE017
Figure 898642DEST_PATH_IMAGE018
Figure 281213DEST_PATH_IMAGE019
Figure 8866DEST_PATH_IMAGE020
均为高次项系数。
其中光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足:TTL/f≤10.0;光学系统的F数≤2.0;光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足:H/f≥2.5;第一透镜的折射率
Figure 324441DEST_PATH_IMAGE027
;第五透镜的折射率温度系数
Figure DEST_PATH_IMAGE028
如图2至图4所示可知,通过本申请合理的镜片搭配,有效地优化了系统的各种像差问题,提高了成像质量;如图5至图7所示可知,光学镜头在-40℃、25℃和80℃时具有较小的离焦量,有效地保证了高低温时的成像质量。
本实施例光学系统实现的技术指标如下:
(1)焦距:2.0≤EFFL≤4.0mm;(2)光圈F≤2.0;(3)视场角:2w≥150°;(4)工作波段:可见光波段和850nm波段。
为实现上述设计参数,本实施例光学系统所采用的具体设计见下表:
Figure 315400DEST_PATH_IMAGE024
本实施例的光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表:
Figure 968623DEST_PATH_IMAGE026
当光线入射时,沿光路顺序依次进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和等效玻璃平板后在IMA成像面进行成像。
与现有技术相比,本发明有以下优点:
1、本发明提供的玻塑混合无热化光学镜头采用七片光学镜片,通过合理的搭配球面镜片和非球面镜片,校正了各轴向色差、垂轴色差以及高阶色差,使得光学系统达到4K清晰度。
2、第一透镜为高折射率的玻璃球面镜片,缩小头部尺寸的同时,提高镜头的耐磨性。
3、镜头在可见光波段和红外波段下的后焦差异较小,满足日夜共焦的需求。
4、保证成像质量的同时,具有较高的相对照度,可以适应不同光照条件。
5、第五透镜具有负的折射率温度系数,保证镜头在-40℃到80℃下,镜头离焦量小,具有较好的环境稳定性。
综上,本申请光学系统实现了总长小、广角以及无热化设计,同时对轴上、轴外像差进行了良好的校正。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜;第一透镜为弯月负透镜,第二透镜为双凹负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为弯月正透镜,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜,第七透镜为双凸正透镜;第一透镜的物面与像面均朝向物侧,第四透镜的物面与像面均朝向像侧,透镜由玻璃和塑胶材料制成,其中第一、第五透镜为玻璃球面透镜,第二、第三、第四、第六以及第七透镜均为塑胶非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:所述第一透镜为高折射率的玻璃球面镜片,第五透镜具有负的折射率温度系数;光学镜头光学系统的焦距为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
,第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距分别为
Figure 434033DEST_PATH_IMAGE002
、、
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 475807DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 400686DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
,其中
Figure 186108DEST_PATH_IMAGE002
Figure 938163DEST_PATH_IMAGE008
Figure 150839DEST_PATH_IMAGE003
Figure 355555DEST_PATH_IMAGE004
Figure 741406DEST_PATH_IMAGE005
Figure 347968DEST_PATH_IMAGE006
Figure 531212DEST_PATH_IMAGE007
Figure 488804DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例:-3.5<
Figure 412766DEST_PATH_IMAGE002
/
Figure 608255DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,-3.5<
Figure 490630DEST_PATH_IMAGE008
/
Figure 669938DEST_PATH_IMAGE001
<-1.5,3.0<
Figure 132012DEST_PATH_IMAGE003
/
Figure 713166DEST_PATH_IMAGE001
<5.0,18.0<
Figure 232354DEST_PATH_IMAGE004
/
Figure 23592DEST_PATH_IMAGE001
<20.0,1.5<
Figure 23778DEST_PATH_IMAGE005
/
Figure 990597DEST_PATH_IMAGE001
<3.5,-2.5<
Figure 510047DEST_PATH_IMAGE006
/
Figure 319740DEST_PATH_IMAGE001
<-0.5,0.5<
Figure 123617DEST_PATH_IMAGE007
/
Figure 210521DEST_PATH_IMAGE001
<2.5。
3.根据权利要求1或2所述的玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:所述光学镜头的第一透镜满足关系式:
Figure DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 670846DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第二透镜满足关系式:
Figure 577622DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 857294DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第三透镜满足关系式:
Figure 516814DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 833526DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第四透镜满足关系式:
Figure 883390DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 698244DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第五透镜满足关系式:
Figure 884375DEST_PATH_IMAGE009
≤1.5,
Figure 558939DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;第六透镜满足关系式:
Figure 689575DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 313978DEST_PATH_IMAGE010
≤50.0;第七透镜满足关系式:
Figure 167665DEST_PATH_IMAGE009
≥1.5,
Figure 544289DEST_PATH_IMAGE010
≥50.0;其中
Figure 178532DEST_PATH_IMAGE009
为折射率,
Figure 134856DEST_PATH_IMAGE010
为阿贝常数。
4.根据权利要求3所述的玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜以及第七透镜为非球面透镜,非球面曲线方程表达式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中,Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时,距非球面顶点的离矢高;c为非球面的近轴曲率;k为圆锥常数;
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure 29999DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure 457087DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure 703260DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 197695DEST_PATH_IMAGE020
均为高次项系数。
5.根据权利要求4所述的玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:所述光学镜头光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足:TTL/f≤10.0;光学系统的F数≤2.0;光学系统的像高H与光学系统的焦距f之间满足:H/f≥2.5;第一透镜的折射率
Figure 25974DEST_PATH_IMAGE021
;第五透镜的折射率温度系数
Figure DEST_PATH_IMAGE022
6.根据权利要求1、2、4或5所述的玻塑混合无热化光学镜头,其特征在于:所述光学镜头光学系统实现的技术指标如下:
焦距:2.0≤EFFL≤4.0mm;(2)光圈F≤2.0;(3)视场角:2w≥150°;(4)工作波段:可见光波段和850nm波段;
上述技术指标所采用的具体参数如下表:
Figure DEST_PATH_IMAGE024
各非球面透镜的非球面系数如下表:
Figure DEST_PATH_IMAGE026
7.一种如权利要求1-6任一所述玻塑混合无热化光学镜头的工作方法,其特征在于:光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜以及第七透镜;第一透镜为弯月负透镜,第二透镜为双凹负透镜,第三透镜为双凸正透镜,第四透镜为弯月正透镜,第五透镜为双凸正透镜,第六透镜为双凹负透镜,第七透镜为双凸正透镜;第一透镜的物面与像面均朝向物侧,第四透镜的物面与像面均朝向像侧,透镜由玻璃和塑胶材料制成,其中第一、第五透镜为玻璃球面透镜,第二、第三、第四、第六以及第七透镜均为塑胶非球面透镜,光学镜头实现焦距:2.0≤EFFL≤4.0mm;(2)光圈F≤2.0;(3)视场角:2w≥150°;(4)工作波段:可见光波段和850nm波段;
当光线入射时,沿光路顺序依次进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和等效玻璃平板后在IMA成像面进行成像。
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