一种透镜系统、成像模组及深度相机的制作方法

1.本实用新型属于光学器件技术领域，尤其涉及一种透镜系统、成像模组及深度相机。


背景技术：

2.随着消费电子终端的不断发展，结构光技术广泛应用在移动电子终端中，例如各种消费手机逐渐普及应用的face id功能中所用到的成像模组，以及扫地机、机器人也都应用有成像模组。
3.但是，相关技术中的成像模组的市场角在80度左右，解析力或者分辨率偏低；当增大视场角后，镜头畸变又较大，无法满足大角度视场的应用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的技术目的在于提供一种透镜系统、成像模组及深度相机，旨在解决成像模组无法兼顾视场角较大、分辨率较高以及畸变较小的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本技术实施例提出一种透镜系统，包括由物侧至像侧依次排列：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面。
6.在一些实施例中，所述透镜系统还包括置于所述第二透镜和所述第三透镜之间的孔径光阑，以及置于所述第六透镜像侧的窄带滤光片。
7.本技术实施例还提供一种成像模组，包括图像传感器、过滤单元以及如前述任一实施例技术方案所述的透镜系统，以用于接收被目标反射的光信号并将至少部分所述光信号引导至所述图像传感器上。
8.本技术实施例还提供一种深度相机，包括如前述任一实施例技术方案所述的成像模组、投影模组、支架以及处理器；其中，所述投影模组和所述成像模组以预设的基线距离安装在所述支架上。
9.本实用新型中一种透镜系统与现有技术相比，有益效果在于：通过6块透镜，以及个透镜表面形状搭配和合理的光焦度分配，使透镜系统兼顾具有较大视场角(最大视场角≥100度)，较高分辨率或者解析力，以及较小畸变(畸变＜1％)的技术效果。
附图说明
10.图1是本实用新型实施例中深度相机的示意图；
11.图2是本实用新型实施例中一种透镜系统的各镜面分布示意图；
12.图3是本实用新型实施例中一种透镜系统的畸变曲线示意图；
13.图4是本实用新型实施例中一种透镜系统的场曲曲线示意图；
14.图5是本实用新型实施例中一种透镜系统的调制传递函数(mtf曲线)示意图。
15.在附图中，各附图标记表示：l1、第一透镜；l2、第二透镜；l3、第三透镜；l4、第四透镜；l5、第五透镜；l6第六透镜；j、孔径光阑；k、窄带滤光片；s1、第一透镜的物侧面；s2第一透镜的像侧面；s3、第二透镜的物侧面；
16.s4、第二透镜的像侧面；s5、孔径光阑所在面；s6、第三透镜的物侧面；s7、第三透镜的像侧面；s8、第四透镜的物侧面；s9、第四透镜的像侧面；s10、第五透镜的物侧面；s11、第五透镜的像侧面；s12、第六透镜的物侧面；s13、第六透镜的像侧面；s14、窄带滤光片的物侧面；s15、窄带滤光片的像侧面；100、深度相机；10、投影模组；101、投射光源；102、发射光学元件；103、衍射光学元件；20、成像模组；201、图像传感器；202、过滤单元；203、接收光学元件；30、处理器。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.本实用新型提供一种透镜系统、成像模组以及深度相机，为便于理解，下面先对深度相机、成像模组进行描述，最后再进一步对透镜系统进行说明。
19.请参阅图1，图1为本实用新型实施例深度相机100的示意图，深度相机100包括投影模组10、成像模组20以及处理器30；其中，投影模组10、成像模组20以预设的基线距离安装在支架上，支架也可以是基底、电路基板等，并不限于侠义的支架；其中，投影模组10包括由一个或多个激光器组成的投射光源101，以用于向目标空间中投射经编码的散斑图案，经目标空间中的目标物体反射回成像模组20；成像模组20包括有图像传感器201，以用于采集反射回的散斑图案，并通过处理器30进行处理计算以得到目标的深度信息。
20.具体的，投影模组10还包括有发射光学元件102以及驱动器等。投射光源101可以是发光二极管、激光二极管、边发射激光器、垂直腔面发射激光器等，也可以是由多个光源组成的一维或二维光源阵列。投射光源101所投射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。投射光源101在驱动器的控制下向外投射光束。在一个实施例中，投射光源101为红外激光光源，如940nm波段，散斑图案的散斑点可以按四边形或六边形图案排布；对应的，成像模组20为对应波段的红外相机。
21.发射光学元件102接收来自投射光源101发射的光束并整形后投射到目标区域。在一个实施例中，投射模组10还包括有衍射光学元件103，发射光学元件102接收来自投射光源101的脉冲光束，并将脉冲光束进行编码调制，比如衍射、折射、反射等调制，随后向空间中投射经编码的散斑图案，比如聚焦光束、泛光光束、结构光光束等。在一个实施例中，发射光学元件102为透镜或透镜组。
22.成像模组20包括图像传感器201、过滤单元202和接收光学元件203；其中，接收光学元件203用于接收由目标物体反射回的至少部分散斑图案并将所述至少部分散斑图案引
导至图像传感器201上；过滤单元202用于滤除背景光或杂散光；在一个实施例中，过滤单元202为滤光片，接收光学元件203包括有透镜系统。
23.深度相机100包含成像模组20，成像模组20包括本实施例提供的透镜系统，可以使相机获得视场角大、畸变小、质量稳定的图像，提升相机的拍摄质量。
24.请参阅图2，图2是本技术某一实施例提供的透镜系统的各镜面分布示意图。在本实施例中，透镜系统包括由物侧至像侧依次排列：具有负光焦度的第一透镜l1，第一透镜l1物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面；具有正光焦度的第二透镜l2，第二透镜l2物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面；具有正光焦度的第三透镜l3，第三透镜l3物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有负光焦度的第四透镜l4，第四透镜l4物侧面近光轴处为凹面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度的第五透镜l5，第五透镜l5物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凸面；具有正光焦度的第六透镜l6，第六透镜l6物侧面近光轴处为凸面，像侧面近光轴处为凹面。
25.通过六块透镜，以及个透镜表面形状搭配和合理的光焦度分配，使透镜系统兼顾具有较大视场角(最大视场角≥100度)，较高分辨率或者解析力，以及较小畸变(畸变＜1％)的技术效果，能够满足大角度视场的应用需求。
26.作为本实用新型一实施例，透镜系统还包括置于第二透镜l2和第三透镜l3之间的孔径光阑j，用于阻挡非成像光线，有利于像差平衡，提高镜头的成像质量，有些实施例中，孔径光阑j设置在第一透镜l1和第二透镜l2之间或者第三透镜l3和第四透镜l4之间。
27.作为本实用新型一实施例，所有透镜系统还包括置于其像侧的并用于成像的像面，以及置于第六透镜l6与像面之间的窄带滤光片k，用于过滤掉非成像波段的光线，提高图像的信噪比。
28.在本实施例中，第一透镜l1物侧面的曲率半径为c1，像侧面的曲率半径为c2；第二透镜l2物侧面的曲率半径为c3，像侧面的曲率半径为c4；第三透镜l3物侧面的曲率半径为c5，像侧面的曲率半径为c6；第四透镜l4物侧面的曲率半径为c7，像侧面的曲率半径为c8；第五透镜l5物侧面的曲率半径为c9，像侧面的曲率半径为c10；第六透镜l6物侧面的曲率半径为c11，像侧面的曲率半径为c12。为了获得较大视场角和较小畸变，透镜系统满足下列关系式：
29.2.6《c1/c2《2.8；
30.0.15《c3/c4《0.25；
31.1.15《c5/c6《1.35；
32.0.45《c7/c8《0.56
[0033]-0.15《c9/c10《-0.05；
[0034]
0.4《c11/c12《0.5。
[0035]
优选地，c1＝3.89；c2＝1.45；c3＝2.72；c4＝13.7；c5＝-1.85；c6＝-1.48；c7＝-0.95；c8＝-1.86；c9＝25.34；c10＝-250.12；c11＝1.53；c12＝3.32。
[0036]
进一步地，透镜系统的有效焦距为efl，第一透镜l1的有效焦距为f1，第二透镜l2的有效焦距为f2，第三透镜l3的有效焦距为f3，第四透镜l4的有效焦距为f4，第五透镜l5的有效焦距为f5，第六透镜l6的有效焦距为f6；且满足下列关系式：
[0037]
10》|f1/efl|》2；-0.8》f1/f2》-1.0；
[0038]
3》|f2/efl|》2；1.5》f2/f3》0.5；
[0039]
3》|f3/efl|》2；-0.87》f3/4》-0.75；
[0040]
3》|f4/efl|》2；-0.16》f4/f5》-0.05；
[0041]
25》|f5/efl|》24；12》f5/f6》10；
[0042]
3》|f6/efl|》2。
[0043]
优选地，efl＝1.75；f1＝-3.84mm；f2＝4.13mm；f3＝4.05mm；f4＝-4.9mm；f5＝43.44mm；f6＝3.75mm。在此实施例中，
[0044]
进一步地，第一透镜物侧面沿主光轴至用于成像的像面的距离为ttl；第一透镜l1的像侧面与第二透镜l2的物侧面沿主光轴的距离为t1，第二透镜l2的像侧面与第三透镜l3的物侧面沿主光轴的距离为t2，第三透镜l3的像侧面与第四透镜l4的物侧面沿主光轴的距离为t3，第四透镜l4的像侧面与第五透镜l5的物侧面沿主光轴的距离为t4，第五透镜l5的像侧面与第六透镜l6的物侧面沿主光轴的距离为t5；且满足下列关系式：
[0045]
0.25《t1/ttl《0.35；2.3《t1/t2《3.5；
[0046]
0.05《t2/ttl《0.15；2.5《t2/t3《3.7；
[0047]
0.02《t3/ttl《0.04；2.7《t3/t4《3.8；
[0048]
0.005《t4/ttl《0.015；1.5《t4/t5《0.5；
[0049]
0.005《t5/ttl《0.015。
[0050]
优选地，ttl＝10mm；t1＝3.06mm；t2＝1.06mm；t3＝0.33mm；t4＝0.1mm；t5＝0.1mm；此外，沿透镜系统的主光轴方向：s1至s2之间的距离为1.5mm，s3至s4之间的距离为1.05mm，s4至s5之间的距离为0.41mm，s5至s6之间的距离为0.65mm，s6至s7之间的距离为0.76mm，s8至s9之间的距离为0.65mm，s10至s11之间的距离为0.65mm，s12至s13之间的距离为1.53mm，s13至s14之间的距离为0.34mm，s14至s15之间的距离为0.3mm，s15至像面的之间的距离为0.6mm。
[0051]
进一步地，在d光下：第一透镜l1的折射率为nd1、阿贝数为vd1，第二透镜l2的折射率为nd2、阿贝数为vd2，第三透镜l3的折射率为nd3、阿贝数为vd3，第四透镜l4的折射率为nd4、阿贝数为vd4，第五透镜l5的折射率为nd5、阿贝数为vd5，第六透镜l6的折射率为nd6、阿贝数为vd6；且满足如下关系式：
[0052]
1.6mm≥nd1≥1.4mm，56.5mm≥vd1≥54.5mm；
[0053]
1.9mm≥nd2≥1.7mm，41.5mm≥vd2≥40.5mm；
[0054]
1.6mm≥nd2≥1.4mm，56.5mm≥vd2≥54.5mm；
[0055]
1.6mm≥nd2≥1.4mm，56.5mm≥vd2≥54.5mm；
[0056]
1.6mm≥nd2≥1.4mm，56.5mm≥vd2≥54.5mm。
[0057]
优选地，d光的波长为940nm，nd1＝1.544，vd1＝55.98；nd2＝1.806，vd2＝40.73；nd3＝1.544，vd3＝55.98；nd4＝1.544，vd4＝55.98；nd5＝1.544，vd5＝55.98；nd6＝1.544，vd6＝55.98。
[0058]
作为本实用新型一实施例，第二透镜l2采用玻璃透镜；用于提高镜片对温度变化的稳定性。
[0059]
第一透镜l1、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6均可以为塑料材质或者玻璃材质；玻璃镜片能够提高镜片对温度变化的稳定性，全塑料的话，在高温下清晰
度会降低。
[0060]
本技术中，所有透镜的表面都由非球面构成，设透镜各非球面的矢高(非球面沿光轴方向在高度为r位置时，距离非球面顶点的距离)为z，曲率半径为c，圆锥系数为k，非球面系数为α；且满足如下关系式：
[0061][0062]
下面给一个透镜系统的实施例，如表1为本实施例中透镜系统各透镜的表面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数；如表2为本实施例中透镜系统f/#(透镜系统的有效焦距与有效孔径直径之间的比率)、透镜系统视场角fov、透镜系统中心波长λ、透镜系统总长ttl、透镜系统的有效焦距efl及各透镜的有效焦距f1至f6；如表3为本实施例中各非球面的矢高(非球面沿光轴方向在高度为r位置时，距离非球面顶点的距离)z，曲率半径c，圆锥系数k，非球面系数α。
[0063]
表1：
[0064]
[0065]
表2：
[0066][0067][0068]
表3：
[0069] s1s2s3s4s6s7c3.891.452.7213.7-1.85-1.48k5.86e-01-4.60e-01-2.36e-01-5.65e 011.19e 01-2.92e 00α1000000α2-5.42e-04-4.65e-031.57e-03-1.03e-02-7.23e-02-5.88e-03α31.75e-05-5.46e-04-1.67e-03-5.93e-03-2.83e-02-1.24e-02α44.73e-07-7.66e-058.34e-04-2.42e-03-1.07e-02-1.01e-03α51.01e-08-2.19e-05-7.98e-041.01e-035.33e-03-1.22e-03α66.21e-112.65e-213.65e-063.06e-05-5.43e-04-2.74e-05α7-1.19e-11-1.21e-21-1.80e-06-2.93e-056.20e-052.21e-05α88.90e-22-1.55e-298.23e-089.44e-066.61e-07-2.52e-06
[0070] s8s9s10s11s12s13c-0.95-1.8625.34-250.121.533.32k-2.91e 00-5.18e-017.94e 01-1.11e 10-3.64e 00-2.48e 00α1000000α21.58e-028.13e-033.47e-03-1.11e-027.04e-03-1.36e-02α32.58e-03-4.61e-04-4.33e-046.17e-05-1.40e-039.57e-04α4-3.78e-032.96e-048.44e-06-1.28e-051.41e-04-1.67e-04α5-3.23e-042.91e-05-8.15e-06-7.05e-06-4.21e-061.91e-05α64.24e-058.05e-067.36e-20-1.68e-19-2.07e-07-1.52e-06α71.15e-062.32e-072.41e-221.12e-221.12e-085.42e-08
α8-3.36e-07-5.88e-08-1.49e-246.36e-252.71e-10-7.21e-10
[0071]
本实施例中，透镜系统的畸变曲线示意图如图3所示，表示不同视场下畸变量的大小，此镜头的畸变量＜1％；透镜系统的场曲曲线示意图如图4所示，场曲表示了不同视场在子午像面和弧矢像面的弯曲；透镜系统的mtf曲线示意图如图5所示，衡量光学镜头的成像质量，此镜头在各视场下的mtf接近衍射极限，成像质量好。
[0072]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0073]
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。