CN208314313U - 一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，括沿光线入射方向自前向后依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及平面滤光片，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜均为偶次非球面透镜。所述光阑与第一透镜之间的空气间隔为1mm；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.542mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为3.052mm；所述第三透镜与平面滤光片之间的空气间隔为1.272mm。本实用新型结构简单、合理，可用于于激光投影的散斑检测，适用于高分辨率芯片。

Description

一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头

技术领域：

本实用新型涉及一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头。

背景技术：

激光作为投影光源具有独特的优势，相对于其他投影光源（如LED，CCFL）而言，其色域面积更大，投影画面的颜色更加逼真、色彩更加鲜艳。此外，激光器还具有高度的方向性、单色性、相干性和高亮度等特性。对于激光投影技术而言，激光散斑严重影响了成像质量，成为阻碍激光显示发展的技术难题。由于散斑不具有标度不变性，衬比度与检测光学系统的分辨率、CCD每一帧响应时间、计算机取样精度、空间位置以及检测时间等诸多因素有关，如何科学合理地评价激光显示散斑将是一个有意义的研究内容。

如专利号为201721215340.1公开的一种可用于激光投影斑检测的镜头，该镜头主要是针对于较低分辨率芯片。根据散斑测量的需要，采用更高分辨率传感芯片，同时降低芯片像素单元的尺寸，更有利于模仿人眼的分辨率，所测得的散斑衬比度大小更符合人眼特性的观测结果。由于采用了更小像素的高分辨率芯片，那么对镜头的要求提高了，需要更高的空间分辨率。

实用新型内容：

本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及平面滤光片，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜均为偶次非球面透镜。

进一步的，所述光阑与第一透镜之间的空气间隔为1mm；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.542mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为3.052mm；所述第三透镜与平面滤光片之间的空气间隔为1.272mm。

进一步的，所述平面滤光片与像面之间的空气间隔为3.715mm。

进一步的，所述第一透镜为E48R玻璃，所述第二透镜为Polycarb玻璃，所述第三透镜为E48R玻璃，所述平面滤光片为N-BK7玻璃。

进一步的，所述第一透镜的前侧面曲率半径为5.315mm，第一透镜的后侧面曲率半径为-7.624mm；所述第二透镜的前侧面曲率半径为-2.877mm，第二透镜的后侧面曲率半径为-13.297mm；所述第三透镜的前侧面曲率半径为5.869mm，第三透镜的后侧面曲率半径为3.715mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：本实用新型结构简单、合理，可用于于激光投影的散斑检测，适用于高分辨率芯片。

附图说明：

图1是本实用新型实施例中光学镜头的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中光学镜头的MIF（调制光学传递函数）；

图3是本实用新型实施例中光学镜头的均方根半径(RMS)图；

图4是本实用新型实施例中光学镜头的场曲/畸变图；

图5是本实用新型实施例中光学镜头的系统相对照度曲线图。

图中：

1-光阑；2-像面；A-第一透镜；B-第二透镜：C-第三透镜；D-平面滤光片。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光阑1、第一透镜A、第二透镜B、第三透镜C以及平面滤光片D，所述第一透镜A、第二透镜B以及第三透镜C均为偶次非球面透镜。

本实施例中，所述光阑1与第一透镜A之间的空气间隔为1mm；所述第一透镜A与第二透镜B之间的空气间隔为0.542mm；所述第二透镜B与第三透镜C之间的空气间隔为3.052mm；所述第三透镜C与平面滤光片D之间的空气间隔为1.272mm。

本实施例中，所述平面滤光片D与像面2之间的空气间隔为3.715mm。

本实施例中，所述第一透镜为E48R玻璃，所述第二透镜为Polycarb玻璃，所述第三透镜为E48R玻璃，所述平面滤光片为N-BK7玻璃。其F数为7.406，焦距ƒʹ为16.76mm，在所有视场在空间频率113.5pl/mm处，调制传递函数（MTF）大于0.3，在空间频率227pl/mm处，调制传递函数均大于0， 并且所有视场均趋近于衍射极限。视场角为+-12度，最大畸变量控制在1%以下，场曲小于20um, 均方根半径（RMS）均在2µm以内，像面最大光线入射角度小于11度，满足镜头设计要求。

本实施例中，所述第一透镜的前侧面曲率半径为5.315mm，第一透镜的后侧面曲率半径为-7.624mm；所述第二透镜的前侧面曲率半径为-2.877mm，第二透镜的后侧面曲率半径为-13.297mm；所述第三透镜的前侧面曲率半径为5.869mm，第三透镜的后侧面曲率半径为3.715mm。

本实施例中，采用四片式光学系统结构，其中前三片为偶次非球面透镜，后一片为平面滤光片（去除红外线人眼不敏感波长）。光学总长为21.40mm，其中镜片的结构参数各曲面的曲率半径R，镜片厚度和镜片之间的厚度d，非球面非线性系数以及镜片玻璃的折射率和阿贝系数如下表所示。

本实施例中，选择五百万像素的Aptina’s MT9P001作为图像芯片，其与镜头主要相关参数如下表。

设定2*2个像素对应人眼分辨元胞大小，激光投影散斑检测镜头要求如下表。

图2 是本实施例中的光学镜头组件的调制传递函数曲线(MTF)，调制传递函数表征了物体频率信息的传递情况，MTF曲线的空间频率大小体现了光学系统对目标物体成像分辨能力，低频率表示物体轮廓，中频率表示物体层次，高频率表示物体细节。当空间频率衰减为零时，则称此频率为截至频率。从图2中可知，零视场、0.3视场、0.5视场、0.7视场和边缘视场的MTF曲线随着空间频率的增加逐渐减低，并且在不同视场其曲线几乎都重合在一起，并且趋近衍射极限，表明各视场上镜头传递信息水平的无差异。

图3 是本发明的光学镜头组件的均方根半径(RMS)图，均方根半径值表示同一视场内的任意光线偏离主光线的程度，RMS值越小，说明光线聚焦性越好。不同视场的点列图的形状能体现存在不同的像差，如图3所示，体现了不同视场下RMS值的分布情况。由图可知，各个视场上的RMS值分布不同，说明各个视场的光线在像面上偏离主光线的程度不同，这主要是系统像差导致的。图中零视场、0.3视场、0.5视场、0.7视场以及边缘视场的RMS值分别为，，，和，小于图像传感器CCD 的像元大小2.2，因此系统均方根半径值在设计要求范围内。

图4是本发明的光学镜头组件的场曲/畸变图，场曲与畸变是镜头像质评价的主要依据，其中畸变只与光学系统的视场有关，但是对于检测镜头的高精度等要求，畸变的控制显得特别严格，以防止成像的变形而影响检测的精度，而对场曲没有特别严格要求，场曲与视场的关系如图4所示。子午和弧矢场曲均在20um以内。对于本课题激光散斑检测镜头的畸变要求小于1%，其实优化后的畸变如图4所示。依据图4可知，畸变在全视场范围内变化情况：-0.52%，并且在波长656nm最大视场处的畸变达到最大值。由此可知在全视场范围内，畸变均小于1%的设计要求。

图5是本发明的光学镜头组件的系统光线相对照度曲线，光线相对照度曲线如图5所示，从图中可知最大视场相对照度均大于90%。

通过以上具体实施方式可知，通过本发明的镜头搭配组合能够实现激光投影散斑检测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及平面滤光片，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜均为偶次非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，其特征在于：所述光阑与第一透镜之间的空气间隔为1mm；所述第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为0.542mm；所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为3.052mm；所述第三透镜与平面滤光片之间的空气间隔为1.272mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，其特征在于：所述平面滤光片与像面之间的空气间隔为3.715mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，其特征在于：所述第一透镜为E48R玻璃，所述第二透镜为Polycarb玻璃，所述第三透镜为E48R玻璃，所述平面滤光片为N-BK7玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光投影散斑检测的非球面镜头，其特征在于：所述第一透镜的前侧面曲率半径为5.315mm，第一透镜的后侧面曲率半径为-7.624mm；所述第二透镜的前侧面曲率半径为-2.877mm，第二透镜的后侧面曲率半径为-13.297mm；所述第三透镜的前侧面曲率半径为5.869mm，第三透镜的后侧面曲率半径为3.715mm。