CN105242384A - 深度相机光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深度相机光学系统，包括沿光轴从物方到像方依次排列六枚镜片，其中第一镜片具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第二镜片具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第三镜片具有正光焦度的双凸形状；第四镜片具有负光焦度的双凹形状；第五镜片具有正光焦度的双凸形状；第六镜片具有正光焦度的双凸形状。上述深度相机光学系统采用不同镜片组合以及利用光焦度分配实现了大孔径、大视角、小畸变的良好性能，采用玻塑混合结构可以有效地兼顾消热差和制造成本。

Description

深度相机光学系统
技术领域
本发明涉及深度相机光学系统，尤其涉及一种六枚镜片组成的深度相机成像镜头光学系统。
背景技术
随着激光照明技术以及3D体感交互技术的发展，近红外光源及深度相机镜头的需求及应用越来越广泛。尤其随着3D-TOF技术及结构光技术的应用，市场上出现了一系列深度相机产品，如微软的Kinect、Softkinetic的DS325、华硕Xtion、以及Intel的RealSense等深度相机产品。随着深度相机的应用与推广，深度相机镜头的需求也会越来越大。因深度相机镜头通常要求较大的光圈和视场、同时又要求较小的畸变和温差变化，所以市场上专门应用于深度相机的光学镜头很少。比如专利CN102213821A中提到一种大光圈大视场小畸变光学镜头，但该镜头采用了一片玻璃球面和三片塑料非球面镜片，其消热差效果不好，只能满足5℃-50℃，环境适应性受到限制。又比如专利CN104204891A中提到一种广角深度成像镜头，该镜头采用了五片塑料非球面镜片，但该专利并没有提到此深度成像镜头所能达到的光学性能，同时因为采用塑料非球面镜片过多，温差效果并不能得到保证。因此，一种大光圈、大视场、小畸变、消热差的深度成像光学系统成为市场新的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种深度相机光学系统，其具有大光圈、大视场、小畸变、消热差性能。
本发明实施例提供一种深度相机光学系统，包括沿光轴从物方到像方依次排列的六枚镜片，其中第一镜片具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第二镜片具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第三镜片具有正光焦度的双凸形状；第四镜片具有负光焦度的双凹形状；第五镜片具有正光焦度的双凸形状；第六镜片具有正光焦度的双凸形状。
优选地，所述第二镜片采用塑料非球面镜片。
优选地，所述第六镜片采用塑料非球面镜片。
优选地，所述深度相机光学系统满足以下的关系式：
-15<f1<-5，-20<f2<-10，5<f3<15，-15<f4<-5，5<f5<15，10<f6<20；
其中，f1为所述第一镜片的焦距，f2为所述第二镜片的焦距，f3为所述第三镜片的焦距，f4为所述第四镜片的焦距，f5为所述第五镜片的焦距，f6为第六镜片的焦距。
优选地，所述第一镜片、所述第三镜片、所述第四镜片及所述第五镜片均为玻璃球面镜片。
优选地，所述深度相机光学系统还包括光阑，所述光阑设置在所述第二镜片与所述第三镜片之间。
优选地，所述深度相机光学系统还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设置在所述第六镜片与像面深度传感器之间。
上述深度相机光学采用不同镜片组合以及利用光焦度分配实现了大孔径、大视角、小畸变的良好性能，采用玻塑混合结构可以有效地兼顾消热差和制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施方式中深度相机光学系统的结构示意图；
图2是本发明一实施方式中深度相机光学系统25℃下的畸变曲线图；
图3是本发明一实施方式中深度相机光学系统25℃下的MTF曲线图；
图4是本发明一实施方式中深度相机光学系统-20℃下的MTF曲线图；
图5是本发明一实施方式中深度相机光学系统80℃下的MTF曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明一实施方式中深度相机光学系统的结构示意图。在本实施方式中，深度相机光学系统100包括第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3、第四镜片L4、第五镜片L5、第六镜片L6。第一至第六镜片L1、L2、L3、L4、L5、L6沿着光轴从物方到像方依次排列。第一镜片L1具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方。第二镜片L2具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方。第三镜片L3具有正光焦度的双凸形状。第四镜片L4具有负光焦度的双凹形状。第五镜片L5具有正光焦度的双凸形状。第六镜片L6具有正光焦度的双凸形状。
在本发明的一实施方式中，第一镜片L1、第三镜片L3、第四镜片L4、第五镜片L5采用玻璃球面镜片，第二镜片L2和第六镜片L6采用塑料非球面镜片，可以有效地消除温度变化对镜头性能的影响，提高光学镜头的环境适应性，同时降低镜头的加工难度和生产成本。
作为对本发明的进一步改进，深度相机光学系统100还包括光阑STO，光阑STO设置在第二镜片L2与第三镜片L3之间，用来调节光束的强度。优选地，光阑STO设置在第三镜片L3靠近物方侧。在本实施方式中，各镜片L1、L2、L3、L4、L5、L6及光阑STO的位置是固定的。
在本发明一实施方式中，深度相机光学系统100满足以下的关系式：
-15<f1<-5，-20<f2<-10，5<f3<15，-15<f4<-5，5<f5<15，10<f6<20；
其中，f1为第一镜片L1的焦距，f2为第二镜片L2的焦距，f3为第三镜片L3的焦距，f4为第四镜片L4的焦距，f5为第五镜片L5的焦距，f6为第六镜片L6的焦距。
在一具体实施1中，第一、二、三、四、五、六镜片L1、L2、L3、L4、L5、L6的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6。举例而言，f1＝-11.228，f2＝-18.478，f3＝6.609，f4＝-6.902，f5＝6.609，f6＝11.421，焦距单位为mm。沿光轴方向从物方到像方，依次对各个部件编号：第一镜片L1的镜面为S1、S2，第二镜片L2的镜面为S3、S4，光阑STO面为S5，第三镜片L3的镜面为S6、S7，第四镜片L4的镜面为S8、S9，第五镜片L5的镜面为S10、S11，第六镜片L6的镜面为S12、S13，窄带滤光片L7的镜面为S14、S15，像面深度传感器Sensor为S16。
表1列出的是在该具体实施例1中的镜片的相关参数，包含镜片面的表面类型、曲率半径，还有各镜片的厚度、材料以及有效径。系统参数：1/3”深度传感器，光圈1.0，视场对角90°，感应波长850nm。
表1
面序号 表面 半径 厚度 材料 有效径
物面 球面 无穷 INFINITY INFINITY
S1 球面 11.106 0.64 H-LAF50B 11.31
S2 球面 4.704 0.88 8.45
S3 非球面 8.025 0.66 E48R 9.40
S4 非球面 4.263 5.97 8.00
S5 球面 INFINITY 0 6.17
S6 球面 10.888 3.04 H-ZLAF75A 6.54
S7 球面 -10.888 1.32 6.74
S8 球面 -5.495 0.57 H-QK3L 6.40
S9 球面 8.687 0.86 6.88
S10 球面 10.888 3.04 H-ZLAF75A 7.60
S11 球面 -10.888 1.06 7.80
S12 非球面 8.889 2.95 E48R 8.40
S13 非球面 -16.201 2.49 8.40
S14 球面 INFINITY 0.55 H-K9L 6.42
S15 球面 INFINITY 0 6.30
S16 球面 INFINITY 0 6.30
表2列出的是在该具体实施例1中的第二镜片L2和第六镜片L6的非球面方程式中的相关非球面系数。
表2
图2到图5为具体实施例1相对应的光学性能曲线图。图2表征本发明深度相机光学系统在25℃下的畸变曲线图。图3至图5分别表征本发明深度相机光学系统在25℃、-20℃及80℃下的MTF(ModulationTransferFunction、调制传递函数)曲线图。从这些特征曲线图中可以看出，本具体实施例1的深度相机光学系统具有小畸变和非常好的消热差性能。
需要注意的是，上述表格1、2中的具体参数仅仅是例示性的，各镜片参数如曲率半径、厚度、材料等并不限于上述实施例所示数值，采用类似结构和参数均可达到类似的发明技术效果。
上述深度相机光学系统采用不同镜片组合以及利用光焦度分配实现了大孔径、大视角、小畸变的良好性能，可以有效地实现消热差效果。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种深度相机光学系统，其特征在于，包括沿光轴从物方到像方依次排列的六枚镜片，其中，
第一镜片，具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；
第二镜片，具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；
第三镜片，具有正光焦度的双凸形状；
第四镜片，具有负光焦度的双凹形状；
第五镜片，具有正光焦度的双凸形状；
第六镜片，具有正光焦度的双凸形状。
2.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，所述第二镜片为塑料非球面镜片。
3.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，所述第六镜片为塑料非球面镜片。
4.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，所述镜片间满足以下的关系式：
-15<f1<-5，-20<f2<-10，5<f3<15，-15<f4<-5，5<f5<15，10<f6<20；
其中，f1为所述第一镜片的焦距，f2为所述第二镜片的焦距，f3为所述第三镜片的焦距，f4为所述第四镜片的焦距，f5为所述第五镜片的焦距，f6为所述第六镜片的焦距。
5.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，所述第一镜片、所述第三镜片、所述第四镜片及所述第五镜片均为玻璃球面镜片。
6.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设置在所述第二镜片与所述第三镜片之间。
7.如权利要求1所述的深度相机光学系统，其特征在于，还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设置在所述第六镜片与像面深度传感器之间，用于过滤环境中的可见光，以使红外光穿过并被所述像面深度传感器接收。
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