光学镜头、虚像距标准器和虚像距标准器的校准系统的制作方法

本申请涉及光学器件，特别是涉及一种光学镜头、虚像距标准器和虚像距标准器的校准系统。

背景技术：

1、随着近眼显示行业的蓬勃发展，ar/vr等近眼显示产品在市场上出货量激增，随之而来，在ar/vr产品的检测仪器和设备不确定度计量方面也出现大量需求。其中，虚像距是检测仪器和设备不确定度中的一项关键计量项。虚像距（vid）表示人眼感知到的虚像在光学上“看起来”所在的位置与眼睛之间的距离。例如，一个ar眼镜可能将信息投射到感觉上距离用户5米远的地方，这个距离5米就是虚像距。与可以投射在屏幕上的实像不同，虚像是光线经过光学镜头后，其反向延长线汇聚而成的像。人眼通过透镜可以看到的放大镜下的物体就是一个虚像，近眼显示（ned）产生的就是虚像。

2、由于虚像距的准确性会直接影响到产品的使用体验，因此在生产和质量管控产线中虚像距是一项关键的检测指标。现有的虚像距检测仪器一般都是基于对焦法，其原理是透镜成像公式。具体方法为将待测的近眼显示设备固定在支架上，并显示一个特定的测试图案（如十字线或斜边）；调整仿生眼镜头，使其入瞳位于近眼显示设备的眼盒中心，精密地沿光轴方向远离或靠近近眼显示设备地移动仿生眼进图，同时观察相机捕获的图像。当图像最清晰（对比度最高或mtf值最大）时，说明仿生眼镜头恰好对焦在虚像上。此时，记录仿生眼镜头的光学中心到近眼显示设备目镜最后一个光学表面的距离s（相当于像距），最后根据薄透镜公式计算，可得出要测量的虚像距。

3、然而，这种虚像距检测仪器在实际测试环境中，需要频繁切换不同工作距的靶标，在更换靶标后需要重新调整靶标与校准系统的光轴同轴度，导致操作繁琐，且测量标定的结果容易出现偏差。此外，现有的校准系统的光学系统通常需要多个镜片才能实现大视场的虚像距的标定，并且可调节的范围较小，动组运动范围大，导致校准系统整体尺寸较大，不利于携带。

技术实现思路

1、本申请的一个优势在于提供一种光学镜头、虚像距标准器和虚像距标准器的校准系统，其仅用少量镜片即实现了大视场的虚像距产生和标定，并且在使用中能够生成不同工作距的虚像目标，无需频繁切换靶标，确保在实际使用中仅需调节一次校准系统与当前标准器的光轴同轴度，调节范围广，移动组元运动范围小，光轴稳定，而且镜片口径小，整体比较轻便易携带。

2、一方面，本申请提供了一种光学镜头，包括：前透镜镜组，所述前透镜镜组具有正光焦度，包括沿光轴从第一侧至第二侧依次布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第一透镜具有负光焦度，且所述第一透镜的第一侧面和第二侧面分别为凹面和凸面；所述第二透镜具有正光焦度，且所述第二透镜的第一侧面和第二侧面分别为凹面和凸面；所述第三透镜具有正光焦度，且所述第三透镜的第二侧面为凸面；和移动组元，所述移动组元可调节地设置于所述前透镜镜组的第二侧，包括沿光轴从第一侧至第二侧依次布置的第四透镜和第五透镜，所述第四透镜和所述第五透镜胶合形成胶合透镜，所述第四透镜具有负光焦度，且所述第四透镜的第一侧面和第二侧面分别为凸面和凹面；所述第五透镜具有正光焦度，且所述第五透镜的第一侧面和第二侧面分别为凸面和凹面。

3、在本申请的一些实施例中，所述第三透镜和所述第四透镜满足关系式：0.4＜t34＜201.0；其中，t34为所述第三透镜的第二侧面和所述第四透镜的第一侧面在光轴上的中心距离。

4、在本申请的一些实施例中，所述光学镜头满足关系式：1.3＜ttl/f＜2；其中，ttl为所述第一透镜的第一侧面到成像面在光轴上的距离，f为所述光学镜头的有效焦距。

5、在本申请的一些实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜满足关系式：-0.8＜f1/f2＜-0.3；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f2为所述第二透镜的有效焦距。

6、在本申请的一些实施例中，所述第二透镜满足关系式：-8.0＜f2×n2/r4＜-0.9；其中，f2为所述第二透镜的有效焦距，n2为所述第二透镜的折射率，r4为所述第二透镜的第二侧面的曲率半径。

7、在本申请的一些实施例中，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜满足关系式：2.5＜|（f4+f5）/f3|＜7.0；其中，f3为所述第三透镜的有效焦距，f4为所述第四透镜的有效焦距，f5为所述第五透镜的有效焦距。

8、在本申请的一些实施例中，所述第二透镜和所述第三透镜满足关系式：1.0＜v2/v3＜2.5；其中，v2为所述第二透镜的阿贝数，v3为所述第三透镜的阿贝数。

9、在本申请的一些实施例中，所述前透镜镜组和所述移动组元满足关系式：-0.2＜fg1/f＜1.5；和-0.1＜fg2/f＜2.3；其中，fg1为所述前透镜镜组的组合焦距，fg2为所述移动组元的组合焦距。

10、在本申请的一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜满足关系式：-19.0＜(f1+f2)/f3＜-7.8；其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f2为所述第二透镜的有效焦距，f3为所述第三透镜的有效焦距。

11、另一方面，本申请提供一种虚像距标准器，沿光轴自第二侧至第一侧依次包括：发光组件，具有垂直于所述光轴的图案发光面，用于发射中心在所述光轴上的图案光线；分光器件，所述分光器件被设置在所述发光组件的发光侧，用于沿着所述光轴透射一部分光线，并偏离所述光轴反射另一部分光线；以及如上述任一所述的光学镜头，用于将经由所述分光器件透射的图案光线整形为不同距离的图像虚像。

12、另一方面，本申请提供一种虚像距标准器的校准系统，包括：如上述任一所述的虚像距标准器；多个标准凹面反射器件，多个所述标准凹面反射器件具有不同的曲率半径，并且多个所述标准凹面反射器件能够分别被放置在所述虚像距标准器的出射侧的固定位置处；以及图像传感器，所述图像传感器被设置在所述虚像距标准器中分光器件的反射侧，并且所述图像传感器与所述分光器件的分光面之间的距离等于所述虚像距标准器中发光组件的图案发光面与所述分光器件的分光面之间的距离，用于接收先后经由所述标准凹面反射器件和所述分光器件反射的光线。

13、综上，本申请的前透镜镜组具有正光焦度，用于承担光线偏角，合理限制入射光线的范围，剔除边缘质量较差的光线，减小轴外像差。本申请的移动组元能够实现整个-400m至负无穷远空间范围内的对焦清晰。本申请的光学镜头在实际使用中仅需调节一次校准系统与当前标准器的光轴同轴度，通过调节移动组元，能够实现标准器分别输出不同距离的虚像，完成检测仪器的距离校准及其不确定度测试，在使用过程中无需频繁切换靶标，调节光路准直度，保证了测量标定的准确性，同时操作简便，易于实现。

1.光学镜头，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜满足关系式：

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头满足关系式：

4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜满足关系式：

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜满足关系式：

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜满足关系式：

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜满足关系式：

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述前透镜镜组和所述移动组元满足关系式：

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜满足关系式：

10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的最大畸变两小于0.1%。

11.虚像距标准器，其特征在于，沿光轴自第二侧至第一侧依次包括：

12.虚像距标准器的校准系统，其特征在于，包括：