CN219302747U - 一种透镜***、接收模组及深度相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学器件领域，更具体地说，是涉及一种透镜***、接收模组及深度相机，透镜***包括沿光轴自物侧至像侧的方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，第一透镜、第三透镜和第五透镜具有负光焦度，第二透镜、第四透镜和第六透镜具有正光焦度；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜中的两者为玻璃透镜，其他四者为塑料非球面型透镜。本实用新型提供的透镜***，与现有技术相比，通过合理配置六个透镜的光焦度，采用玻璃透镜和塑料透镜混合，利用非球面型透镜消除像差、改善成像质量，使透镜***能够在保持小型化设计的前提下同时具备优良的光学性能。

Description

一种透镜***、接收模组及深度相机

技术领域

本实用新型属于光学器件领域，更具体地说，是涉及一种透镜***、接收模组及深度相机。

背景技术

光学透镜经常被应用于相机、投影仪和机器人等电子设备的成像***中，对于机器人来说，工作环境包括室内和室外的各种严苛环境，对于成像***的要求也逐渐增加，成像***需要同时兼顾大视场角、低畸变、小体积以及适合在高低温条件下工作。但现有的成像***很难满足要求，例如，传统安防行业镜头普遍存在大视场角下畸变较大，而手机行业镜头视场角一般80°左右，且不具备高低温条件下性能要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种透镜***、接收模组及深度相机，以解决现有镜头不能同时兼顾大视场角、低畸变和小体积的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种透镜***，包括沿光轴自物侧至像侧的方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，第一透镜、第三透镜和第五透镜具有负光焦度，第二透镜、第四透镜和第六透镜具有正光焦度；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜中的两者为玻璃透镜，其他四者为塑料非球面型透镜。

进一步地，第一透镜和第六透镜为玻璃透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜为塑料非球面型透镜；或者，第一透镜和第四透镜为玻璃透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜和第六透镜为塑料非球面型透镜。

进一步地，透镜***还包括孔径光阑；孔径光阑位于第三透镜和第四透镜之间，或者，孔径光阑位于第二透镜和第三透镜之间。

进一步地，透镜***还包括设于第六透镜的像侧的滤光片。

进一步地，透镜***满足如下条件：

-2＜F₁＜-5；

3＜F₂＜8；

-8＜F₃＜-2；

1＜F₄＜4；

-6＜F₅＜-1.5；

10＜F₆＜50；

0.1＜F/TTL＜0.4；

其中，F₁为第一透镜的有效焦距；F₂为第二透镜的有效焦距；F₃为第三透镜的有效透镜；F₄为第四透镜的有效透镜；F₅为第五透镜的有效透镜；F₆为第六透镜的有效透镜；F为透镜***的组合焦距；TTL为透镜***的总长度。

进一步地，透镜***满足如下条件：

FNO≤2.4；

其中，FNO为透镜***的光圈值。

进一步地，透镜***满足如下条件：

1.7＜N₁＜1.9；

1.5＜N₂＜1.7；

1.5＜N₃＜1.7；

1.5＜N₄＜1.7；

1.5＜N₅＜1.7；

其中，N₁为第一透镜的折射率；N₂为第二透镜的折射率；N₃为第三透镜的折射率；N₄为第四透镜的折射率；N₅为第五透镜的折射率。

进一步地，透镜***满足如下条件：

20＜V_d2＜60；

20＜V_d3＜60；

20＜V_d4＜60；

20＜V_d5＜60；

其中，V_d2为第二透镜的阿贝数；V_d3为第三透镜的阿贝数；V_d4为第四透镜的阿贝数；V_d5为第五透镜的阿贝数。

本实用新型还提供了一种接收模组，包括如前述的透镜***。

本实用新型还提供了一种深度相机，包括投影模组、处理器以及如前述的接收模组，投影模组和接收模组均与处理器连接。

本实用新型提供的透镜***，与现有技术相比，通过六个透镜分别采用负光焦度、正光焦度、负光焦度、正光焦度、负光焦度和正光焦度来合理配置光焦度，使得透镜***能够实现的高成像性能；通过玻璃透镜和塑料透镜混合，能够使得透镜***同时兼具良好的光学性能和较小的体积的优点；采用非球面型透镜，能够有效地消除像差，改善成像质量，同时还有利于透镜***的小型化设计，使透镜***能够在保持小型化设计的前提下同时具备优良的光学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的透镜***的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的透镜***的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的透镜***的光路结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的透镜***的调制传递函数；

图5为本实用新型实施例提供的透镜***的相对照度曲线图；

图6为本实用新型实施例提供的透镜***在常温下的离焦曲线示意图；

图7为本实用新型实施例提供的透镜***在低温-20°下的离焦曲线示意图；

图8为本实用新型实施例提供的透镜***在高温60°下的离焦曲线示意图；

图9为本实用新型实施例提供的深度相机的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

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；STO-孔径光阑；L7-滤光片；10-目标物体；1-投影模组；2-接收模组；S1-第一表面；S2-第二表面；S3-第三表面；S4-第四表面；S5-第五表面；S6-第六表面；S7-第七表面；S8-第八表面；S9-第九表面；S10-第十表面；S11-第十一表面；S12-第十二表面；S13-第十三表面；S14-第十四表面。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型提供一种透镜***、接收模组2以及深度相机，为便于理解，以下先对深度相机和接收模组2进行描述，最后再进一步对透镜***进行说明。

请参阅图9所示，深度相机包括投影模组1、接收模组2以及处理器(图未示)；投影模组1和接收模组2均与处理器连接；其中，投影模组1可以包括由一个或多个激光器组成的投射光源，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10反射回接收模组2；接收模组2可以包括图像传感器，以用于采集反射回的散斑图案，并通过处理器进行处理计算以得到目标的深度信息。该深度相机可以应用于单目结构光产品中，也可以应用于双目结构光产品以及TOF(Time of flight，飞行时间)类3D(three-dimensional，三维)相机中。

在一实施例中，投影模组1还可以包括发射光学元件以及驱动器等，投射光源可以是发光二极管、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。投射光源所投射的光束可以是可见光、红外光或紫外光等。投射光源在驱动器的控制下向外投射光束，发射光学元件接收来自投射光源发射的光束并整形后投射到目标区域。

在一实施例中，接收模组2可以包括图像传感器和接收光学元件；其中，接收光学元件用于接收由目标物体10反射回的至少部分散斑图案并将至少部分散斑图案引导至图像传感器上，其中，接收光学元件包括透镜***，图像传感器可以包括彩色传感器和深度传感器，在彩色传感器采集的彩色图像和深度相机采集的深度图像对齐时，通常会先提前对深度图像进行去畸变，这个过程中会造成一定的视场角损失，因此，具有小畸变的接收模组2能减少视场角的损失。

请参阅图1，本实用新型提供的透镜***包括沿光轴自物侧至像侧的方向依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6，第一透镜L1、第三透镜L3和第五透镜L5具有负光焦度，第二透镜L2、第四透镜L4和第六透镜L6具有正光焦度；其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6中的两者为玻璃透镜，其他四者为塑料非球面型透镜。

相比于塑料透镜，玻璃透镜更耐擦伤，在采用酒精擦拭脏污时，玻璃透镜表面镀膜膜层更不容易脱离，能够确保透镜的光学性能；相比玻璃透镜，塑料透镜采用注塑成型，可以做到中心厚度更薄、体积更小，不仅能降低成本，还可以有效减少透镜***的总长度，使得透镜***能够更灵活地应用于各种小型化设备中，如服务机器人等。采用玻璃透镜和塑料透镜混合，能够使得透镜***同时兼具塑料透镜和玻璃透镜的优点。

采用非球面型透镜，能够有效地消除像差，改善成像质量，同时还有利于透镜***的小型化设计，使透镜***能够在保持小型化设计的前提下同时具备优良的光学效果。

本实用新型提供的透镜***，与现有技术相比，通过六个透镜分别采用负光焦度、正光焦度、负光焦度、正光焦度、负光焦度和正光焦度来合理配置光焦度，使得透镜***能够实现的高成像性能；通过玻璃透镜和塑料透镜混合，能够使得透镜***同时兼具良好的光学性能和较小的体积的优点；采用非球面型透镜，能够有效地消除像差，改善成像质量，同时还有利于透镜***的小型化设计，使透镜***能够在保持小型化设计的前提下同时具备优良的光学性能。

更具体地，如图2所示，第一透镜L1包括朝向物侧的第一表面S1和朝向像侧的第二表面S2，第一表面S1和第二表面S2在近光轴处均为凸面，第一表面S1为凸面，有利于光线以较大的角度入射至第一透镜L1中，从而提高透镜***的视场角，有效地增大了透镜***的拍摄范围，从而实现广角化拍摄的设计需求。第二透镜L2包括朝向物侧的第三表面S3和朝向像侧的第四表面S4，第三表面S3在近光轴处为凸面，第四表面S4在近光轴处为凹面，由于第二透镜L2具有正光焦度，有利于使经过第一透镜L1的光线平缓地汇聚至第二透镜L2，使第二透镜L2能够充分地接收入射至其第三表面S3的光线。第三透镜L3包括朝向物侧的第五表面S5和朝向像侧的第六表面S6，第五表面S5和第六表面S6在近光轴处均为凸面；第四透镜L4包括朝向物侧的第七表面S7和朝向像侧的第八表面S8，第七表面S7在近光轴处为凸面，第八表面S8在近光轴处为凹面；第五透镜L5包括朝向物侧的第九表面S9和朝向像侧的第十表面S10，第九表面S9和第十表面S10在近光轴处均为凹面；第六透镜L6包括朝向物侧的第十一表面S11和朝向像侧的第十二表面S12，第十一表面S11和第十二表面S12在近光轴处均为凸面。

在一实施例中，第一透镜L1和第六透镜L6为玻璃透镜，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5为塑料非球面型透镜。由于第一透镜L1和第六透镜L6分别为靠近物侧和像侧，将第一透镜L1和第六透镜L6设置成玻璃透镜，可以使得第一透镜L1和第六透镜L6更耐擦，确保第一透镜L1和第六透镜L6的光学性能，将其他透镜设置为塑料非球面型透镜，能够保证透镜***的小型化，还能有效地消除像差、改善成像质量。当然可以理解的是，在其他实施例中，第一透镜L1和第四透镜L4为玻璃透镜，第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5和第六透镜L6为塑料非球面型透镜。具体可根据实际需要选择设置。

在一实施例中，透镜***还包括孔径光阑STO，孔径光阑STO的具***置可以根据图像传感器的主光角来进行匹配，例如，当图像传感器的主光角较大时，可以将孔径光阑STO放置于第三透镜L3和第四透镜L4之间；当图像传感器的主光角较小时，孔径光阑STO可以放置于第二透镜L2和第三透镜L3之间。

在一实施例中，透镜***还包括设于第六透镜的像侧的滤光片L7，滤光片L7用于滤除背景光或杂散光。滤光片L7包括朝向物侧的第十三表面S13和朝向像侧的第十四表面S14。

在一实施例中，透镜***满足如下条件：

-2＜F₁＜-5；

3＜F₂＜8；

-8＜F₃＜-2；

1＜F₄＜4；

-6＜F₅＜-1.5；

10＜F₆＜50；

0.1＜F/TTL＜0.4；

其中，F₁为第一透镜L1的有效焦距；F₂为第二透镜L2的有效焦距；F₃为第三透镜L3的有效透镜；F₄为第四透镜L4的有效透镜；F₅为第五透镜L5的有效透镜；F₆为第六透镜L6的有效透镜；F为透镜***的组合焦距；TTL为透镜***的总长度。

在一实施例中，透镜***满足如下条件：

FNO≤2.4；

其中，FNO为透镜***的光圈值。

在一实施例中，透镜***满足如下条件：

1.7＜N₁＜1.9；

1.5＜N₂＜1.7；

1.5＜N₃＜1.7；

1.5＜N₄＜1.7；

1.5＜N₅＜1.7；

其中，N₁为第一透镜L1的折射率；N₂为第二透镜L2的折射率；N₃为第三透镜L3的折射率；N₄为第四透镜L4的折射率；N₅为第五透镜L5的折射率。

第一透镜L1采用高折射率的材质，有利于在进行大视场角、小畸变性能参数优化同时，保证第一透镜L1的形状不会出现过度弯曲而造成工艺无法加工以及加工成本增大的问题。第二透镜L2至第五透镜L5均采用普通折射率材质，能够降低透镜***的成本。

在一实施例中，透镜***满足如下条件：

20＜V_d2＜60；

20＜V_d3＜60；

20＜V_d4＜60；

20＜V_d5＜60；

其中，V_d2为第二透镜L2的阿贝数；V_d3为第三透镜L3的阿贝数；V_d4为第四透镜L4的阿贝数；V_d5为第五透镜L5的阿贝数。

如下将提供本实用新型实施例透镜***的一种示例性设计参数，可以理解的是，该示例性设计参数仅用于示意，基于本实用新型原理的其他设计在本领域人员阅读本实用新型实施例之后是显而易见的，因此也属于本实用新型的范围内。

如下表为位一种示例性的透镜***表面系数：

上述各透镜的非球面曲线方程式表示如下：

其中，z为沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作为参考的位置值；c为透镜表面靠近光轴处的曲率，并为曲率半径的倒数，h为透镜表面距离光轴的垂直距离，k为圆锥系数，A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄为高阶非球面系数。如下表为一种示例性的透镜***的非球面系数设计：

在上述参数设计实例中，透镜***的最大视场角为120°，焦距为2.5mm，光圈值为2.5，光学总长度为13mm，最大半像高为3.3mm；图3示出了上述参数设计实例的透镜***的光路结构示意图；图4示出了上述参数设计实例的透镜***的调制传递函数(MTF)；图5示出了上述参数设计实例的透镜***的相对照度曲线图，相对照度是指成像面边缘照度和中心照度之比；图6示出了上述参数设计实例的透镜***在常温下的离焦曲线示意图；图7示出了上述参数设计实例的透镜***在低温-20°下的离焦曲线示意图；图8示出了上述参数设计实例的透镜***在高温60°下的离焦曲线示意图。综合图3至图8可以得出，上述参数设计的结果满足设计需求。

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。

Claims (10)

1.一种透镜***，其特征在于，包括沿光轴自物侧至像侧的方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第一透镜、所述第三透镜和所述第五透镜具有负光焦度，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第六透镜具有正光焦度；

其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜中的两者为玻璃透镜，其他四者为塑料非球面型透镜。

2.如权利要求1所述的透镜***，其特征在于，所述第一透镜和所述第六透镜为玻璃透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为塑料非球面型透镜；或者，

所述第一透镜和所述第四透镜为玻璃透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面型透镜。

3.如权利要求1所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***还包括孔径光阑；所述孔径光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间，或者，所述孔径光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜之间。

4.如权利要求1所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***还包括设于所述第六透镜的像侧的滤光片。

5.如权利要求1至4中任一项所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***满足如下条件：

-2＜F₁＜-5；

3＜F₂＜8；

-8＜F₃＜-2；

1＜F₄＜4；

-6＜F₅＜-1.5；

10＜F₆＜50；

0.1＜FTTL＜0.4；

其中，F₁为所述第一透镜的有效焦距；F₂为所述第二透镜的有效焦距；F₃为所述第三透镜的有效透镜；F₄为所述第四透镜的有效透镜；F₅为所述第五透镜的有效透镜；F₆为所述第六透镜的有效透镜；F为所述透镜***的组合焦距；TTL为所述透镜***的总长度。

6.如权利要求1至4中任一项所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***满足如下条件：

FNO≤2.4；

其中，FNO为透镜***的光圈值。

7.如权利要求1至4中任一项所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***满足如下条件：

1.7＜N₁＜1.9；

1.5＜N₂＜1.7；

1.5＜N₃＜1.7；

1.5＜N₄＜1.7；

1.5＜N₅＜1.7；

其中，N₁为所述第一透镜的折射率；N₂为所述第二透镜的折射率；N₃为所述第三透镜的折射率；N₄为所述第四透镜的折射率；N₅为所述第五透镜的折射率。

8.如权利要求1至4中任一项所述的透镜***，其特征在于，所述透镜***满足如下条件：

20＜V_d2＜60；

20＜V_d3＜60；

20＜V_d4＜60；

20＜V_d5＜60；

其中，V_d2为所述第二透镜的阿贝数；V_d3为所述第三透镜的阿贝数；V_d4为所述第四透镜的阿贝数；V_d5为所述第五透镜的阿贝数。

9.一种接收模组，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的透镜***。

10.一种深度相机，其特征在于，包括投影模组、处理器以及如权利要求9所述的接收模组，所述投影模组和所述接收模组均与所述处理器连接。

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