1.本发明涉及光路采样检测，具体涉及一种用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统。
背景技术：2.随着系统模组体积的轻量化、小型化，眼动范围eye box所包络的出瞳区域与入瞳的间隔越来越小，入瞳一般位于置于ar眼镜腿内的投影模组前端，镜腿与眼动范围的最近距离甚至缩短至15~18mm，给检测ar眼镜整机的性能带来一定难度。
3.检测ar眼镜整机的性能可分为全视场覆盖或按照ansi 9点测试方法在全视场空间内取9个特征测试点；前者借助锥光镜头虽可覆盖整个视场角，但镜头前端外径尺寸较大，与ar眼镜镜腿干涉；后者按照ansi测试方法在全视场空间内取9个特征测试点，一般需要9个接收镜头相机模组，整个检测设备体积较大，成本较高。
技术实现要素：4.发明目的：本发明的目的是提供一种用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，使用一个棱镜模组、一个成像接收镜头跟一个相机感光面解决全视场特征测试需要多个接收镜头及相机模组导致的结构复杂、体积较大、装调困难和成本较高的问题。
5.技术方案：本发明所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，包括沿出瞳后光路依次设置的棱镜模组、成像接收镜头和相机感光面，所述棱镜模组包括围绕光轴并与预设特征采样视场点对应的若干棱镜，预设特征采样视场点的待测光束经过对应的棱镜折转后进入同一个成像接收镜头并聚焦在同一个相机感光面成像，其中，待测光束主光线经过棱镜反射面反射后相对光轴的角度θ2、棱镜反射面相对光轴的角度θ3和每个预设特征采样视场点相对光轴的角度θ1的关系为：。
6.优选的是，所述预设特征采样视场点包括位于光轴z上的中央视场点a0、轴外视场点b1～b6和轴外视场点c1～c2，其中轴外视场点b1和轴外视场点b4位于同一截面内，轴外视场点b2和轴外视场点b3位于同一截面内，轴外视场点b5和轴外视场点b6位于同一截面内，轴外视场点c1和轴外视场点c2位于同一截面内，其中 ，α为特征采样视场点视场角在y方向的分量，β为特征采样视场点视场角在x方向的分量。
7.为避免采样视场点在相机感光面上重叠，轴外视场点b1～b4的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满足，轴外视场点b5~b6和c1～c2的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满足，θ0为待测光束的子视场角。
8.方便同一个相机对采样视场点光束进行成像，所述轴外视场点b1～b6和轴外视场点c1～c2的待测光束经过折转后在相机感光面的成像以中央视场点a0的待测光束在相机
感光面的成像为中心。
9.为使待测光束在相机感光面上合理分布，每个待测光束在相机感光面上的子像面区域直径d相同，为：，f’为成像接收镜头的焦距，θ0为待测光束的子视场角。
10.优选的是，每个棱镜前表面和光轴的夹角，棱镜后表面和光轴的夹角，反射面与前后两个表面的夹角相同，即为。
11.防止棱镜模组与眼镜腿干涉，所述棱镜模组前端面到出瞳面的距离d1满足：10mm《d1《20mm。
12.为使各个采样视场点的待测光束在成像接收镜头上的投射高度最小，减轻成像接收镜头的设计难度，所述棱镜模组后端面与成像接收镜头的距离d2满足：50mm《d2《100mm。
13.为使经过成像接收镜头的待测光束可以在相机感光面上成像，所述成像接收镜头与相机感光面的距离为镜头的后焦距值。
14.避免棱镜引入的色差，方便设计，每个棱镜前表面、后表面相对反射面展开为平板玻璃。
15.有益效果：本发明采用棱镜模组将全视场特征采样点的待测光束折转经过同一个成像接收镜头在同一个相机感光面成像，避免测试模组与镜腿的干涉，结构简单，体积紧凑，成本较低。
附图说明
16.图1为本发明测试ar眼镜的整体布局示意图；图2为测试ar眼镜右眼的布局示意图；图3为棱镜折转光路示意图；图4为棱镜模组立体示意图；图5为棱镜模组截面结构示意图；图6为特征采样测试点在相机靶面上成像的分布示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例附图对本发明进行进一步说明。
[0018] 以ar眼镜整机检测为例，具体结构布局如图1-2所示，本发明的光学系统置于待测ar眼镜g01左眼或右眼出瞳后。本例中棱镜模组g03前端面到待测眼镜出瞳面g02的距离d1满足：10mm《d1《20mm，d1取值太小易造成轴上待测光束的切割；d1取值太大易造成棱镜模组与眼镜腿g04干涉。棱镜模组g03与成像接收镜头g05的距离d2的取值：50mm《d2《100mm；成像接收镜头g05与相机感光面g06的距离d3等于镜头的后焦距值。本例中采用ansi 9点采样测试，9个特征采样视场点如表1所示：
上表中a0为位于光轴z上的中央视场点、b1～b6和 c1～c2为轴外视场点，其中轴外视场点b1和轴外视场点b4位于同一截面内，轴外视场点b2和轴外视场点b3位于同一截面内，轴外视场点b5和轴外视场点b6位于同一截面内，轴外视场点c1和轴外视场点c2位于同一截面内。
[0019]
根据上表特征采样视场点坐标确定特征采样视场点相对光轴的角度θ1，，α为特征采样视场点视场角在y方向的分量，β为特征采样视场点视场角在x方向的分量，得到的各个特征采样视场点的θ1为：a0:0
°
；b1~b4:20.3
°
；b4~b5：15
°
；c1~c2：25
°
。
[0020]
α、β、θ1角度值确定后，具有上述角度的待测光束在空间中的位置即可确定。为了将各个待测光束经过同一个成像接收镜头并聚焦在同一个相机感光面成像，本例中棱镜模组的布置如图4-5所示，棱镜模组中心p01对应中央视场点a0，p01不设置反射棱镜，8个棱镜围绕光轴z上的中央视场点a0设置，棱镜p02、p03对应视场点b5、b6，p04、p05对应视场点c2、c1，p06、p07、p08、p09对应视场点b3、b4、b1、b2。
[0021]
如图3所示，待测光束主光线经过棱镜反射面反射后相对光轴的角度θ2、棱镜反射面相对光轴的角度θ3和每个预设特征采样视场点相对光轴的角度θ1的关系为：。
[0022]
其中，为避免9个采样视场点在相机靶面上重叠，轴外视场点b1～b4的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满足如下关系式：轴外视场点b5~b6和c1～c2的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满
足如下关系式：式中，θ0为待测光束的子视场角，本例中θ0优选取
±
1.5
°
。
[0023]
根据关系式可确定对应各个待测光束的棱镜的反射面，每个棱镜的前表面s02与对应的待测光束主光线垂直，后表面s04与折转后的待测光束主光线垂直，棱镜前表面s02和反射面s05的夹角与棱镜后表面s04和反射面s05的夹角相同，本例中各个棱镜的角度值根据以下关系确定：；；。
[0024]
选定棱镜的边ad长度，棱镜的尺寸即可确定；棱镜模组中心相对光轴z的横向偏移距离h，。
[0025]
为避免棱镜引入的色差，每个棱镜前表面、后表面相对反射面展开为平板玻璃。每个反射棱镜的反射面作为全反射面，对测试光束能量没有损失。
[0026]
测试时，9个特征采样视场点在相机感光面上的成像如图6所示，中央视场点a0待测光束直接穿过棱镜模组中心成像，轴外视场点b1～b6和轴外视场点c1～c2的待测光束经过折转后在相机感光面的成像以光轴z上的中央视场点a0的待测光束在相机感光面的成像为中心，各个视场点待测光束在相机感光面上的子像面区域直径d计算公式如下：式中f’为选用的成像接受镜头的焦距，θ0为待测光束的子视场角。
[0027]
在设计本发明的折转光学系统时，通过待测视场点的已知数据可得到棱镜模组各个棱镜的设计参数，结果如下表所示：
本发明以出瞳为中心的9个测试点点向空间发散，为了能够用一个相机接收所有的测试点，借助不同反射角度的棱镜将测试点待测光束偏转后，再通过一个成像接收镜头将其成像在有个相机感光面相面，根据每个子区域内的目标靶的成像质量即可判定待测眼镜性能。
[0028]
以上，对本发明示例性实施方式进行了说明，但是本发明不限于这些实施方式，在其权利要求的范围内能够进行各种变形以及变更，本发明给出了检测ar眼镜整机的性能的示例性应用，但不仅仅限于ar眼镜整机的性能检测，还可以应用于其他光学整机部件模组如光波导片，投影模组的采样检测。
技术特征：1.一种用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，包括沿出瞳后光路依次设置的棱镜模组、成像接收镜头和相机感光面，所述棱镜模组包括围绕光轴并与预设特征采样视场点对应的若干棱镜，预设特征采样视场点的待测光束经过对应的棱镜折转后进入同一个成像接收镜头并聚焦在同一个相机感光面成像，其中，待测光束主光线经过棱镜反射面反射后相对光轴的角度θ2、棱镜反射面相对光轴的角度θ3和每个预设特征采样视场点相对光轴的角度θ1的关系为：。2.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，所述预设特征采样视场点包括位于光轴z上的中央视场点a0、轴外视场点b1～b6和轴外视场点c1～c2，其中轴外视场点b1和轴外视场点b4位于同一截面内，轴外视场点b2和轴外视场点b3位于同一截面内，轴外视场点b5和轴外视场点b6位于同一截面内，轴外视场点c1和轴外视场点c2位于同一截面内，其中 ，α为特征采样视场点视场角在y方向的分量，β为特征采样视场点视场角在x方向的分量。3.根据权利要求2所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，轴外视场点b1～b4的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满足，轴外视场点b5~b6和c1～c2的待测光束经折转后主光线相对光轴的角度θ2取值满足，θ0为待测光束的子视场角。4.根据权利要求2所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，所述轴外视场点b1～b6和轴外视场点c1～c2的待测光束经过折转后在相机感光面的成像以中央视场点a0的待测光束在相机感光面的成像为中心。5.根据权利要求4所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，每个待测光束在相机感光面上的子像面区域直径d相同，为：，f’为成像接收镜头的焦距，θ0为待测光束的子视场角。6.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，每个棱镜前表面和光轴的夹角，棱镜后表面和光轴的夹角，棱镜反射面与前后两个表面的夹角相同，即为：。7.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，所述棱镜模组前端面到出瞳面的距离d1满足：10mm<d1<20mm。8.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，所述棱镜模组后端面与成像接收镜头的距离d2满足：50mm<d2<100mm。9.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，所述成像接收镜头与相机感光面的距离为镜头的后焦距值。10.根据权利要求1所述的用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，其特征在于，每个棱镜前表面、后表面相对棱镜反射面展开为平板玻璃。
技术总结本发明公开了一种用于全视场特征采样检测的棱镜折转光学系统，包括沿出瞳后光路依次设置的棱镜模组、成像接收镜头和相机感光面，所述棱镜模组包括围绕光轴并与预设特征采样视场点对应的若干棱镜，预设特征采样视场点的待测光束经过对应的棱镜折转后进入同一个成像接收镜头并聚焦在同一个相机感光面成像，其中，待测光束主光线经过棱镜反射面反射后相对光轴的角度θ2、棱镜反射面相对光轴的角度θ3和每个预设特征采样视场点相对光轴的角度θ1的关系为：。本发明采用棱镜模组将全视场特征采样点的待测光束折转经过同一个成像接收镜头在同一个相机感光面成像，避免测试模组与镜腿的干涉，结构简单，体积紧凑，成本低。低。低。
技术研发人员：梁思远 周威 何姜 武鹏飞 葛建媛 吴昊
受保护的技术使用者：茂莱（南京）仪器有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/7/5
