[發明專利]一種用于光學測量的像方遠心鏡頭

有效

• 申請號: 202011052460.0
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112179628B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 宋維濤;張擎天;王涌天;劉越
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G02B13/00;G02B13/22
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;郭德忠

本發明提供了一種用于光學測量的像方遠心鏡頭，能夠與一些機械部件結合，對頭戴式顯示器顯示性能做定量的檢測。本發明用于光學測量的像方遠心鏡頭，采用5片玻璃球面透鏡的設計，光闌放在鏡頭第一個表面之前，鏡頭近似像方遠心設計，入瞳直徑大小可在2mm～10mm范圍內調節，與人眼瞳孔調節范圍類似，系統有效焦距為21.092mm，F數為2.1，系統的半視場角為10°，并在全視場范圍內具有較好的MTF。通過傳統的光學設計方法，設計出一個具有部分人眼特性、成本較低、加工簡單的鏡頭，從而用該鏡頭來代替人眼進行光學測量。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，尤其涉及一種用于光學測量的像方遠心鏡頭。

背景技術

目前的虛擬顯示設備主要以頭戴顯示器為主，頭戴顯示器是根據人眼特點來進行設計的，人眼可以通過頭戴顯示器看到虛擬場景，但卻只能通過自己的主觀感受去大致的評估虛擬顯示設備(頭戴顯示器)的顯示性能，而無法對虛擬場景的深度與視場角做精確的測量。視場角、角分辨率以及場景深度是評價頭戴式顯示器顯示性能非常重要的指標，但該領域目前缺乏一種定量檢測這些性能指標的方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于光學測量的像方遠心鏡頭，能夠與一些機械部件結合，對頭戴式顯示器顯示性能做定量的檢測。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案，具體如下：

本發明的一種用于光學測量的像方遠心鏡頭，包括光闌、前鏡頭組、中鏡頭組以及后鏡頭組；

其中，前鏡頭組為正折射率透鏡組，包括第一透鏡；中鏡頭組為負折射率透鏡組，包括第二透鏡和第三透鏡；后鏡頭組為正折射率透鏡組，包括第四透鏡和第五透鏡；

光闌放在第一透鏡之前；光闌大小可在2mm～10mm內調節；

鏡頭中各個透鏡的焦距有如下關系式：

1≤|f1/f|≤1.5,且1≤|f23/f|≤1.5，0.5≤|f45/f|≤1；有1≤|f1/f|≤1.5，0.5≤|f2/f|≤1，0|f3/f|≤1，1≤|f4/f|≤2，0|f5/f|≤1；

其中，f表示所述鏡頭的焦距，f1～f5分別表示第一透鏡到第五透鏡的焦距，f23表示中鏡頭組的焦距，f45表示后鏡頭組的焦距。

其中，第三透鏡和第四透鏡為負透鏡，第二透鏡和第五透鏡為正透鏡。

其中，所述第三透鏡和第四透鏡的阿貝數均小于40，所述第一透鏡、第二透鏡和第五透鏡的阿貝數均大于40。

其中，所述鏡頭的F數小于2.2。

其中，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡的表面類型均為球面，材質為玻璃。

其中，所述鏡頭最大視場主光線在像面上的入射角為3.76°。

其中，所述鏡頭采用無漸暈的視場設計。

有益效果：

本發明用于光學測量的像方遠心鏡頭，采用5片玻璃球面透鏡的設計，光闌放在鏡頭第一個表面之前，鏡頭近似像方遠心設計，入瞳直徑大小可在2mm～10mm范圍內調節，與人眼瞳孔調節范圍類似，系統有效焦距為21.092mm，F數為2.1，系統的半視場角為10°，并在全視場范圍內具有較好的MTF。通過傳統的光學設計方法，設計出一個具有部分人眼特性、成本較低、加工簡單的鏡頭，從而用該鏡頭來代替人眼進行光學測量。該鏡頭與一些機械部件的結合，后續可對頭戴式顯示器的視場角、角分辨率以及場景深度等性能指標做定量檢測，且整個鏡頭中的鏡片全采用玻璃球面的設計，加工成本低、難度小，可進行大規模生產。

附圖說明

圖1為本發明的鏡頭結構示意圖。

圖2為本發明光闌直徑為2mm時的鏡頭結構示意圖。