CN105652413A - 一种适用于rgb-d相机的成像物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种适用于RGB-D相机的成像物镜，在镜筒内从物方到像方依次有贴合的第一透镜、第一隔圈、第二透镜和第三透镜构成成像镜头。该成像物镜采用三片式球面镜结构，每个镜片均有一个镜面为平面，而另一面为球面，加工成本低，同时第二透镜和第三透镜紧密贴合，无需隔圈，结构紧凑，体积小巧，且三片透镜半径相同，装配工艺简单。在从可见光到近红外的宽光谱区域内成像清晰度高，光学性能优，能够达到65°的大视场，小于3.2％的畸变。可适用于红外辅助照明的深度成像***，实现友好、易用的自然人机交互。

Description

一种适用于RGB-D相机的成像物镜
技术领域
本发明涉及一种适用于RGB-D相机的成像物镜，适用于深度成像及人机交互领域。
背景技术
随着计算机技术的不断普及和发展，友好而易用性强的自然人机交互将成为人机交互发展的一大主流。深度成像技术作为自然人机交互技术中重要的输入技术，使无接触的手势及姿态交互成为可能。RGB-D相机是深度成像的关键设备，***通过它来获取场景的三维深度信息，因此其成像质量的好坏直接影响到深度成像的准确性和可分辨精度，进而影响人机交互体验。
现有的成像镜头只针对可见光区域优化像质，在近红外区域表现较差，需要在图像传感器前添加红外截止滤光片消除红外光的影响。
对于深度成像***来说，近红外区域是重要的光谱区域，当环境光照较差时，通常使用近红外光源进行辅助照明，同时，对于深度成像技术中通过主动光照利用图像灰度来实现深度成像的技术来说，近红外光源是重要的照明光源，因此近红外区域的成像质量也应重点考虑。因此，为了适应RGB-D相机的应用需要，有必要设计一款从可见光到近红外的宽光谱区域均具有良好成像质量的成像物镜。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构紧凑，装配工艺简单，且从可见光到近红外的宽光谱区域内图像清晰度高，视场大，畸变小的适用于RGB-D相机的成像物镜。
本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜，在镜筒内共包括三个透镜，从物方到像方依次有贴合的第一透镜、第一隔圈、第二透镜和第三透镜构成成像镜头。其中第一透镜为正透镜，其面向物方为凸面，面向像方为平面；第二透镜为负透镜，其面向物方为平面，面向像方为凹面；第三透镜为正透镜，其面向物方为平面，面向像方为凸面。位于第一透镜和第二透镜之间的第一隔圈同时起孔径光阑的作用。第三透镜后为压圈，通过螺纹与镜筒旋紧配合。镜筒的末端有外螺纹可与镜头座配合。
上述技术方案中，所述的第一透镜、第一隔圈、第二透镜和第三透镜的透镜半径均为1.1000mm。
所述的第一透镜可以采用H-ZLAF52玻璃材料，第一透镜的凸面曲率半径为2.9630mm，镜面距离0.8100mm，镜面半径0.9000mm，第一透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离为0.3000mm，镜面半径为0.6130mm。
所述的第二透镜可以采用H-ZF1玻璃材料，第二透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离0.4000mm，镜面半径0.1800mm，第二透镜的凹面曲率半径为2.3310mm，镜面距离0.1053mm，镜面半径0.6927mm。
所述的第三透镜可以采用H-LAK3玻璃材料，第三透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离0.9500mm，镜面半径1.1000mm，第三透镜的凸面曲率半径为-1.5880mm，镜面半径0.9000mm。
本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜，采用三片式球面镜结构，每个镜片均有一个镜面为平面，而另一面为球面，加工成本低，同时第二透镜和第三透镜紧密贴合，无需隔圈，结构紧凑，体积小巧，且三片透镜半径相同，装配工艺简单。光学设计容易，在从可见光到近红外的宽光谱区域内图像的清晰度高，光学性能优，能够达到65°的大视场，小于3.2％的畸变，很高的光学传递函数(MTF)。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的光学传递函数。
图3是本发明的畸变。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
图1所示，本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜共包括三个透镜1、2、3，镜筒6内从物方到像方依次有第一透镜1、第一隔圈4、第二透镜2和第三透镜3贴合构成成像镜头。其中第一透镜1为正透镜，其面向物方为凸面，面向像方为平面；第二透镜2为负透镜，其面向物方为平面，面向像方为凹面；第三透镜3为正透镜，其面向物方为平面，面向像方为凸面。位于第一透镜1和第二透镜2之间的第一隔圈4同时起孔径光阑的作用。第三透镜3后为压圈5，通过螺纹与镜筒6旋紧配合。镜筒6的末端有外螺纹可与镜头座配合。
在应用于RGB-D相机时，本发明的成像物镜从可见光到近红外均能获得清晰成像，与照明***和图像采集及处理软件***配合后，将得到高准确率和分辨精度的场景深度图。本实例中适用于RGB-D相机的成像物镜的镜筒6内共有三个透镜1、2、3，总共6个镜面，从物方到像方依次定义为：第一透镜1的凸面为第一镜面，第一透镜1的平面为第二镜面；第二透镜2的平面为第三镜面，第二透镜2的凹面为第四镜面；第三透镜3的平面为第五镜面，第三透镜3的凸面为第六镜面。6个镜面的结构参数见表1：
表1
图2和图3说明了本发明的光学成像性能。
图2计算了归一化坐标中视场角0°(中央视场)，视场角22.75°(0.7视场)，视场角32.5°(边缘视场)三个视场的光学传递函数值。由图2可见，本发明在传递函数为0.3时，视场角32.5°(边缘视场)的传递函数值能达到70lp/mm，视场角22.75°(0.7视场)的传递函数值能达到91lp/mm，视场角0°(中央视场)的传递函数值能达到105lp/mm。表明本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜的最大视场能够达到65°，并能够获得清晰成像。图3是本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜在470nm、535nm、640nm和850nm情况下的畸变曲线。具体来说，该成像物镜在470nm波长下的最大畸变为3.08143％，在535nm波长下的最大畸变为3.06866％，在640nm波长下的最大畸变为3.07992％，在850nm波长下的最大畸变为3.12895％，均控制在3.2％以下。图2和图3表明本发明的一种适用于RGB-D相机的成像物镜在从可见光到近红外的宽光谱区域内具有视场大，畸变小，分辨率高的优点。

Claims (5)

1.一种适用于RGBD相机的成像物镜，其特征在于：包括镜筒(6)，在镜筒(6)内从物方到像方依次贴合有第一透镜(1)、第一隔圈(4)、第二透镜(2)和第三透镜(3)，构成成像镜头；其中第一透镜(1)为正透镜，其面向物方为凸面，面向像方为平面；第二透镜(2)为负透镜，其面向物方为平面，面向像方为凹面；第三透镜(3)为正透镜，其面向物方为平面，面向像方为凸面；第一隔圈(4)同时起孔径光阑的作用，在第三透镜(3)后设有压圈(5)，压圈(5)通过螺纹与镜筒(6)旋紧配合；镜筒(6)的末端有外螺纹与镜头座配合。
2.根据权利要求1所述的适用于RGB-D相机的成像物镜，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)的透镜半径均为1.1000mm。
3.根据权利要求2所述的适用于RGB-D相机的成像物镜，其特征在于：所述的第一透镜(1)采用H-ZLAF52玻璃材料，第一透镜的凸面曲率半径为2.9630mm，镜面距离0.8100mm，镜面半径0.9000mm，第一透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离为0.3000mm，镜面半径为0.6130mm。
4.根据权利要求2所述的适用于RGB-D相机的成像物镜，其特征在于：所述的第二透镜(2)采用H-ZF1玻璃材料，第二透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离0.4000mm，镜面半径0.1800mm，第二透镜的凹面曲率半径为2.3310mm，镜面距离0.1053mm，镜面半径0.6927mm。
5.根据权利要求2所述的适用于RGB-D相机的成像物镜，其特征在于：所述的第三透镜(3)采用H-LAK3玻璃材料，第三透镜的平面曲率半径为无穷，镜面距离0.9500mm，镜面半径1.1000mm，第三透镜的凸面曲率半径为-1.5880mm，镜面半径0.9000mm。
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