透镜系统、结构光投影模组及深度相机技术方案

本实用新型专利技术公开了一种透镜系统、结构光投影模组及深度相机，透镜系统包括沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜与所述第二透镜为塑料透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，其中，所述第一透镜的前后侧表面都为凸表面；所述第二透镜的前后侧表面都为凹表面；所述第三透镜的前侧表面为凹表面，后侧表面为凸表面，减少了透镜系统受到的温度变化的影响且降低了透镜系统的制作成本。

【技术实现步骤摘要】
透镜系统、结构光投影模组及深度相机
本技术涉及光学及电子
，特别是涉及一种透镜系统、结构光投影模组及深度相机。
技术介绍
现有的光学透镜常被应用于相机、投影仪等电子设备中，特别对于消费级的电子设备如手机、电脑等，光学透镜往往即要体积小，又要成本低、性能稳定，因此设计上有较高的难度。近年来，随着消费级3D成像电子设备，如结构光深度相机的发展，光学透镜将会越来越广泛地被应用。结构光深度相机的关键部件之一是结构光投影模组，模组通过光源发出的光经透镜系统、衍射光学元件(DOE)后向外发射出图案化的结构光，如随机散斑图案，随机散斑图案随后被用来生成深度图像。随机散斑图案的诸多特性，如对比度、图案密度等都会受到透镜系统的影响。更为关键的是，透镜系统的温度适应性将决定了随机散斑图案的质量稳定性，会直接决定该深度相机是否能输出稳定的深度图像。目前应用于投影模组中的透镜系统往往为了低成本而采用塑料材质，从而使得透镜系统容易受温度影响，或者为了追求温度稳定性而采集玻璃材质的透镜系统，从而使得投影模组的成本大大提升，不利于量产及普及。
技术实现思路
为了解决透镜系统容易受到温度影响且制作成本高的技术问题，本技术提出一种透镜系统。本技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本技术提出的透镜系统，沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜与所述第二透镜为塑料透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，其中，第一透镜的前后侧表面都为凸表面；第二透镜的前后侧表面都为凹表面；第三透镜的前侧表面为凹表面，后侧表面为凸表面。在一实施例中，所述第一透镜，所述第二透镜、所述第三透镜均为非球面透镜。此外，在另一实施例中，所述透镜系统还包括光阑，所述光阑设在所述第一透镜与所述第二透镜之间、或所述光阑设在所述第二透镜与所述第三透镜之间。其中，所述光阑包括孔径光阑。在一实施例中，所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度。另外，所述透镜系统的参数至少满足以下条件中的一条：-0.66<r1/r2<-0.46；0.3<f1/f<0.4；-0.28<f2/f<-0.18；0.4<f3/f<0.5；5.7<f12<6.3；1.53<Nd<1.76；其中，f表示所述透镜系统的有效焦距；f1表示所述第一透镜的有效焦距；f2表示所述第二透镜的有效焦距；f3表示所述第三透镜的有效焦距；r1表示所述第一透镜的前侧的凹表面的曲率半径；r2表示所述第一透镜的后侧的凹表面的曲率半径；f12表示所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距；Nd表示透镜材料在d-line(587nm)的折射率。上述透镜系统的最大投射视场角≥18°；所述透镜系统的光学总长可以小于5mm。本技术还提出了一种结构光投影模组，包括光源、透镜系统以及衍射光学元件，所述光源发射的光束经所述透镜系统汇聚并由所述衍射光学元件扩束后向外投射出结构化图案光束，所述透镜系统包括上述任一所述的透镜系统。其中，光源可以包括边发射激光发射器或垂直腔面激光发射器。同时，本技术还提出了一种深度相机，包括：上述任一所述的结构光投影模组，用于发射结构光图案；采集模组，用于采集被目标物体调制后的结构光图案；处理器，根据所述结构光图案进行深度计算后获取反映所述目标物体的深度图像。本技术与现有技术对比的有益效果包括：光源发出的光束经过第一透镜前侧凸表面，第一透镜与第二透镜对光线的折射效应较小，第一透镜与第二透镜为塑料透镜，对光束没有影响，依次经过第一透镜与第二透镜的光束，通过第三透镜，虽然第三透镜设为塑料透镜可以让光束发生折射，但这样透镜系统容易受到温度的影响，将三透镜设为玻璃透镜，减少了透镜系统受到的温度变化的影响，并将第一透镜的前后侧表面都设为凸表面；第二透镜的前后侧表面都为凹表面；第三透镜的前侧表面为凹表面，后侧表面为凸表面进一步减小了温度漂移，而且透镜系统通过采用玻璃材质与塑料材质结合一定程度上降低了透镜系统的制作成本。附图说明图1是本技术中一个实施例的结构光深度相机系统的示意图。图2是本技术中一个实施例的结构光投影模组的示意图。图3是本技术中一个实施例的结构光投影模组的示意图。图4是本实施例中一个实施例的结构光投影模组的示意图。图5是一个实施例中的透镜系统的中心视场的温度漂移的测试结果图。图6是一个实施例中的透镜系统的中心视场的温度漂移的测试结果图。图7是一个实施例中的透镜系统的中心视场的温度漂移的测试结果图。具体实施方式下面对照附图并结合优选的实施方式对本技术作进一步说明。本技术提出一种透镜系统，在后面的说明中将对该透镜系统、结构光投影模组以及深度相机为例进行说明，但并不意味着这种透镜系统仅能应用在结构光投影模组中，任何其他装置中凡是直接或间接利用该方案都应被包含在本技术的保护范围内。图1所示的基于结构光的深度相机的示意图。深度相机101主要组成部件有投影模组104、采集模组105、主板103以及处理器102，在一些深度相机中还配备了彩色相机模组107。投影模组104、采集模组105以及彩色相机模组107一般被安装在同一个深度相机平面上，且处于同一条基线，每个模组或相机都对应一个进光窗口108。一般地，处理器102被集成在主板103上，而投影模组104、采集模组105通过接口106与主板连接，在一种实施例中所述的接口为FPC接口。主板103一般指电路板，比如PCB，也可以是其他支架，用于连接及固定各模组以及提供电路连接。其中，投影模组104用于向目标空间中投射经编码的结构光图案，采集模组105采集到该结构光图像后通过处理器102的处理从而得到目标空间的深度图像。在一个实施例中，结构光图像为红外激光散斑图案，图案具有颗粒分布相对均匀但局部不相关性很高的特征，这里的局部不相关性指的是图案中各个子区域都具有较高的唯一性。对应的采集模组105为与投影模组104对应的红外相机。利用处理器获取深度图像具体是指接收到由采集模组采集到的散斑图案后，通过计算散斑图案与参考散斑图案之间的偏离值来进一步得到深度图像。图2是本技术投影模组104的一种实施例的示意图。投影模组104包括光源20、透镜系统21以及图案生成器22(如衍射光学元件DOE)。其中光源20可以包括可见光、不可见光如红外、紫外等激光光源，光源的种类可以是边发射激光也可以垂直腔面激光，为了使得整体的投影装置体积较小，优选的方案是选择垂直腔面激光发射器阵列(VCSEL阵列)作为光源。VCSEL阵列光源是以二维图案排列的二维光源，VCSEL阵列整体大小仅在微米量级，比如5mmX5mm大小，上面排列了几十个甚至上百个光源，各个光源之间的距离处于微米量级，比如10微米。当投影模组104用于向空间中投影散斑图案时，VCSEL阵列光源的排列二维图案为不规则图案，不规则排列的好处在于提高了散斑图案的不相关性。VCSEL阵列光源中的每个光源都具有一定的发散角，因此需要一个用于准直或汇聚的透镜系统21。透镜系统2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透镜系统，其特征在于，沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜与所述第二透镜为塑料透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，其中，所述第一透镜的前后侧表面都为凸表面；所述第二透镜的前后侧表面都为凹表面；所述第三透镜的前侧表面为凹表面，后侧表面为凸表面。

【技术特征摘要】
1.一种透镜系统，其特征在于，沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜以及第三透镜；所述第一透镜与所述第二透镜为塑料透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，其中，所述第一透镜的前后侧表面都为凸表面；所述第二透镜的前后侧表面都为凹表面；所述第三透镜的前侧表面为凹表面，后侧表面为凸表面。2.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜均为非球面透镜。3.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述透镜系统还包括光阑，所述光阑设在所述第一透镜与所述第二透镜之间、或所述光阑设在所述第二透镜与所述第三透镜之间。4.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度。5.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述透镜系统的参数至少满足以下条件中的一条：-0.66<r1/r2<-0.46；0.3<f1/f<0.4；-0.28<f2/f<-0.18；0.4<f3/f<0.5；5.7<f12<6.3；1.53&...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旭君，王兆民，闫敏，
申请(专利权)人：深圳奥比中光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44