CN207380322U - 透镜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种透镜系统，沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜；所述第一透镜靠近光源，且所述第一透镜为玻璃透镜。通过采用第一透镜和第二透镜组成的透镜系统，且靠近光源的第一透镜通过采用玻璃材质来减小温度变化带来的影响，从而实现高质量投影。

Description

透镜系统

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及透镜系统。

背景技术

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。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种透镜系统，其既能保证高质量的光学投影效果，而且也不会受温度的变化影响投影效果。

本实用新型提供的透镜系统，沿着光源发射的光束方向依次设置第一透镜、第二透镜；所述第一透镜靠近光源，且所述第一透镜为玻璃透镜。

本实用新型的有益效果：采用第一透镜和第二透镜组成的透镜系统，且靠近光源的第一透镜通过采用玻璃材质来减小温度变化带来的影响，从而实现高质量的投影。

附图说明

图1为本实用新型的结构光深度相机的侧视图。

图2为本实用新型的结构光投影模组的侧视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

本实用新型提出一种透镜系统，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实用新型的范围内。

图1所示的基于结构光的深度相机的侧面示意图。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，投影模组用于向目标空间中投射经编码的结构光图案，采集模组采集到该结构光图像后通过处理器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具有很高的局部不相关性，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地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是本实用新型投影模组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，最优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10μm。

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。透镜系统可以是单透镜也可以是透镜组合，甚至可以是微透镜阵列。一般地，由于投影模组对透镜系统有一定的设计要求，比如投影光束密度、投影图案对比度、像素以及透镜距离等多重要求，单透镜系统往往难以达到要求，此时则需要多个透镜共同组成透镜系统来实现设计要求。除了需要考虑透镜的基本设计要求之外，还需要考虑透镜在使用过程中会遇到的一些其他因素，其中温度对透镜的影响较大，是在透镜设计中不得不考虑的因素。

一般地，对于一些温度变化不大的模组中，透镜系统21为了降低成本普遍采用塑料材质，而对于一些温度变化较大的模组中，透镜系统21则采用受温度影响小的玻璃材质，如此所带来的不利影响则是提高了成本。

在图2所示的实施例中，透镜系统21包括第一透镜211、第二透镜212以及第三透镜213，其中针对于单个光源，第一透镜/第二透镜/第三透镜既可以采用单个透镜，也可以采用微透镜阵列；当采用单个透镜时，透镜需和光源一一对应；当采用微透镜阵列时，微透镜阵列整体需要覆盖到光源所发射的光束。针对于阵列光源，同样第一透镜/第二透镜/第三透镜既可以采用单个透镜，也可以采用微透镜阵列；当采用单个透镜时，透镜需覆盖到阵列光源整体所发射的光束；当采用微透镜阵列时，每一个微透镜需和光源一一对应。第一透镜211靠近光源20，因此此处温度会较高，对透镜211的性能影响也会较大，因此在本实施例中透镜211将采用玻璃材质。现有技术技术中为了提高性能,降低设计难度，一般全都采用玻璃材料；或者为了降低成本，全都采用塑料材质。本实施例通过将透镜211采用玻璃材质，减小因光源导致温度变化带来的影响，从而保证了高质量的结构光图案投影。为了进一步降低整体成本，其他透镜(第二透镜、第三透镜)都采用塑料材质制成。

在一个实施例中，第二透镜212对透镜系统21的总光焦度贡献最大，因此受温度影响较大，故第二透镜212宜采用玻璃材质。

在一个实施例中，第一透镜211与第二透镜212为汇聚透镜，第三透镜213为发散透镜。

在一个实施例中，第二透镜212与衍射光学元件22被制作在同一个光学元件上。

在一个实施例中，为了消除像差，透镜系统21中至少有一个非球面透镜。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

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；所述第一透镜靠近光源，且所述第一透镜为玻璃透镜。

2.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第二透镜对透镜系统的总光焦度贡献最大，所述第二透镜包括玻璃透镜。

3.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，还包括第三透镜，所述第三透镜位于所述第一透镜与所述第二透镜之间。

4.如权利要求3所述的透镜系统，其特征在于，所述第三透镜包括塑料透镜。

5.如权利要求3所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜包括凸透镜，所述第三透镜包括凹透镜。

6.如权利要求3所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜包括非球面透镜。

7.一种结构光投影模组，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，其特征在于，所述透镜系统包括如权利要求1-6任一项所述的透镜系统。

8.如权利要求7所述的结构光投影模组，其特征在于，所述光源包括激光光源。

9.如权利要求8所述的结构光投影模组，其特征在于，所述激光光源包括边发射激光发射器或垂直腔面激光发射器。

10.一种深度相机，其特征在于，包括：

如权利要求7-9任一项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。