光学变焦成像装置及深度相机的制作方法

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种光学变焦成像装置及深度相机。

背景技术：

光学变焦镜头由于其成像性能的优异性，被更多的应用于各种相机和电子设备中，然而，由于电子设备对外观、体积的不断追求，给其内置元器件的设计、安装等也带来了巨大的挑战，不仅要求元器件具有微小的体积、较低的功耗以及高散热性能，同时也要求各元器件之间布局足够合理以实现较高的集成度，这与光学变焦镜头结构复杂、体积大的特点存在冲突。

总之，目前仍缺乏一种便于制造、集成度高的光学成像装置。

技术实现要素：

一种光学变焦成像装置，包括：第一光束偏转元件、变焦镜头、分束器、可见光成像模组、红外成像模组；所述第一光束偏转元件，接收来自目标场景的光束后并将其反射到所述变焦镜头；所述变焦镜头，包括一个或多个透镜，设置在所述第一光束偏转元件的光路上，并可沿所述光路方向移动，以调整变焦倍数；所述分束器，接收来自所述变焦镜头的光束后，将其分成透射光束和反射光束；所述可见光成像模组用于采集所述透射光束以进行可见光成像，所述红外成像模组用于采集所述反射光束以进行红外成像；或所述红外成像模组用于采集所述透射光束以进行红外成像，所述可见光成像模组用于采集所述反射光束以进行可见光成像。

在其中一个实施例中，还包括第二光束偏转元件，用于接收所述反射光束并将其反射到所述可见光成像模组或所述红外成像模组。

在其中一个实施例中，所述第一光束偏转元件、所述第二光束偏转元件包括反射镜或微机电系统中的至少一种。

在其中一个实施例中，还包括第一中继镜和第二中继镜，所述第一中继镜设于所述分束器与所述红外成像模组之间，所述第二中继镜设于所述分束器与所述可见光成像模组之间。

在其中一个实施例中，还包括第三中继镜和第四中继镜，其中，所述第三中继镜设于所述分束器与所述红外成像模组之间，所述第四中继镜设于所述第二光束偏转元件与所述可见光成像模组之间；或所述第三中继镜设于所述分束器与所述可见光成像模组之间，所述第四中继镜设于所述第二光束偏转元件与所述红外成像模组之间。

在其中一个实施例中，所述分束器包括第一棱镜、以及与所述第一棱镜连接的第二棱镜；其中，所述第一棱镜与所述第二棱镜的接触面上镀有第一增透膜以将红外光束透射到所述红外成像模组，所述第二棱镜与所述第一棱镜的接触面上镀有第一高反射膜以将可见光光束反射到所述可见光成像模组；或所述第一棱镜与所述第二棱镜的接触面上镀有第二增透膜以将所述可见光光束透射到所述可见光成像模组，所述第二棱镜与所述第一棱镜的接触面上镀有第二高反射膜以将所述红外光束反射到所述红外成像模组。

在其中一个实施例中，所述第一增透膜，透过光谱范围覆盖800nm～1300nm，光谱透光率大于85％，所述第一高反射膜，反射光谱范围覆盖400nm～700nm，反射率大于85％；所述第二增透膜，透过光谱范围覆盖400nm～700nm，光谱透光率大于85％，所述第二高反射膜，反射光谱范围覆盖800nm～1300nm，反射率大于85％。

在其中一个实施例中，所述可见光成像模组，包括可见光滤光片以及可见光图像传感器，所述可见光滤光片贴于所述可见光图像传感器的入光侧；所述红外成像模组，包括红外滤光片以及红外图像传感器，所述红外滤光片贴于所述红外图像传感器的入光侧。

一种深度相机，包括：投影仪，用于投影出红外结构光图像；如上述所述的光学变焦成像装置，用于采集可见光图像以及所述红外结构光图像；处理器，分别与所述投影器和所述成像模组连接。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于根据所述结构光图像计算出深度图像，并将所述深度图像与所述彩色图像进行融合以获得彩色深度图像。

本实用新型的有益效果：上述光学变焦成像装置，通过变焦镜头的设置可改变装置的摄影距离和成像大小，此外，由于通过反射镜改变入射光束的方向，使得变焦镜头可平躺，从而极大减小了装置的体积；此外采用分束器将入射光束分成方向不同的光束并分别进入可见光成像模组与红外光成像模组，不仅可同时实现可见光成像与红外光成像，且采集得到的可见光图像与红外图像视场角相同。

附图说明

图1是本实用新型其中一实施例中光学变焦装置的结构示意图。

图2是本实用新型其中一实施例中分束器的结构示意图。

图3是本实用新型其中一实施例中光学变焦装置的结构示意图。

图4是本实用新型其中一实施例中光学变焦装置的结构示意图。

图5是本实用新型其中一实施例中光学变焦装置的结构示意图。

图6是本实用新型其中一实施例中深度相机的结构示意图。

具体实施方式

面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

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。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

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实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本实用新型实施例提供的光学变焦成像装置10进行说明。光学变焦成像装置10包括：第一光束偏转元件110、变焦镜头120、分束器130、可见光成像模组140、红外成像模组150。第一光束偏转元件110接收来自目标场景的光束后并将其反射到所述变焦镜头120。变焦镜头120包括一个或多个透镜121，并设置在第一光束偏转元件110的光路上，透镜121可沿光路方向移动，以调整变焦倍数。分束器130接收来自变焦镜头120的光束后，将其分成透射光束a和反射光束b。可见光成像模组140用于采集透射光束a以进行可见光成像，红外成像模组150用于采集反射光束b以进行红外成像。其中，可见光成像模组140和红外成像模组150的位置可以互换，在此不做限制。如此，使用上述光学变焦成像装置10可同时实现可见光成像与红外成像，且可通过调整变焦镜头120的变焦倍数来改变摄影距离和成像大小。

请继续参阅图1，第一光束偏转元件110将入射光束l进行偏转后反射到变焦镜头120，与入射光束l直接进入变焦镜头120相比，此时，变焦镜头中120中的透镜121可以平躺，如此极大减小装置10的整体体积。在一个实施例中，光束偏转元件110包括反射镜或微机电系统(microelectromechanicalsystem，mems)中的至少一种，也可以是其他类型的器件，只要可以改变入射光束l的传播路径即可，此处不做限制。

在一个实施例中，变焦镜头120包括多个透镜121，通过改变变焦镜头120中的各透镜121的相对位置可改变镜头的焦距，即达到光学变焦的目的。光学变焦的倍数不同，意味着最大焦距的不同。例如最小焦距为35mm的成像装置，10倍变焦以后就是350mm的焦距。变焦镜头120可以实现5倍或10倍的变焦倍数，依据实际情况进行设置，在此不做限制。在一个实施例中，可以通过音圈马达或其他驱动器来驱动透镜121进行相对移动。每个透镜121的面型可以为非球面、球面、菲涅尔面、二元光学面中的任意一种。透镜121可由玻璃材质制成，以解决环境温度变化时透镜121会产生温漂现象的问题；或者透镜121由塑料材质制成，以使得成本较低、便于获取。

请继续参阅图1，在一个实施例中，分束器130可采用一种非常薄的玻璃片制成，当以某一角度插入变焦镜头120出射的光束l中时，可将一部分光束转向到不同方向，即将光束l分成透射光束a和反射光束b。在一个实施例中，分束器130可为半透半反镜。

在一个实施例中，可见光成像模组140包括可见光滤光片141以及可见光图像传感器142，可见光滤光片141贴于可见光图像传感器142的入光侧。红外成像模组150包括红外滤光片151以及红外图像传感器152，红外滤光片151贴于所述红外图像传感器152的入光侧。透射光束a经过可见光滤光片141到达可见光图像传感器142以实现可见光成像。反射光束b经过红外滤光片151到达红外图像传感器152以实现红外成像。其中，可见光成像模组140和红外成像模组150的位置可以互换，在此不做限制。在一个实施例中，可见光滤光片141可以是rgb滤光片，可见光图像传感器142可以是rgb图像传感器。

在上述实施例中，分束器130仅单纯地将入射光束l分成透射光束a和反射光束b，可以理解的是，当透射光束a经过可见光滤光片141时，透射光束a中的红外光成分将会被过滤掉，即透射光束a仅有一部分被可见光图像传感器142有效采集；或者，当透射光束a经过红外滤光片151时，透射光束a中的可见光成分将会被过滤掉，即透射光束a仅有一部分被红外图像传感器152有效采集。同理，反射光束b也一样。如此，对于可见光成像模组140和红外成像模组150来说，会有相当一部分的光束被浪费掉，由此可能会造成成像质量不佳的问题。

针对上述问题，本申请还提供一种分束器130，其中分束器130被配置成对红外光反射，而对可见光透射；或者被配置对可见光反射，而对红外光透射。如此使更多的光束能被可见光成像模组140和红外成像模组150有效采集，以增强成像质量。

参阅图2，在一个实施例中，分束器130包括两个光轴方向相同、结构尺寸相似的直角三角形棱镜：第一棱镜131、以及与所述第一棱镜胶合在一起的第二棱镜132。其中，第一棱镜131与第二棱镜132的接触面上1311镀有第一增透膜，透过光谱范围覆盖800nm～1300nm，光谱透光率大于85％，以将红外光束透射到红外成像模组150。第二棱镜132与第一棱镜131的接触面1321上镀有第一高反射膜，反射光谱范围覆盖400nm～700nm，反射率大于85％，以将可见光光束反射到可见光成像模组140。可以理解的是，上述分束器130仅作为一个示例以更好的理解本实施方式，在其它的实施例中，分束器130也可以由其它结构组成。

在一个实施例中，第一棱镜131与第二棱镜132的接触面1311上镀有第二增透膜，透过光谱范围覆盖400nm～700nm，光谱透光率大于85％，以将可见光光束透射到可见光成像模组140。第二棱镜132与第一棱镜131的接触面1321上镀有第二高反射膜，反射光谱范围覆盖800nm～1300nm，反射率大于85％，以将所述红外光束反射到所述红外成像模组150。可以理解的是，此时的可见光成像模组140与红外成像模组中的滤光片都可省略。

在一个实施例中，分束器130还可以是其它分光镜或分色镜。

可以理解的是，入射光束l通过分束器130使不同的方向的光束分别进入可见光成像模组140与红外成像模组150，从而使得可见光成像模组140与红外成像模组150的成像视场角相同，即装置10采集到的可见光图像与红外图像的视场角相同，后续将两者进行融合应用的时候，无需进行配准的步骤。

请参阅图3，在一个实施例中，光学变焦成像装置10还包括第二光束偏转元件111，第二光束偏转元件111用于接收反射光束b并将其反射到可见光成像模组140。在一个实施例中，第二光束偏转元件111也可将反射光束b再次反射到红外成像模组150。可见光成像模组140与红外成像模组150的位置可以相互调换。

请参阅图4，在一个实施例中，光学变焦成像装置10还包括第一中继镜161和第二中继镜162。第一中继镜161设于分束器130与所述红外成像模组150之间，用于将透射光束a成像到红外成像模组150。第二中继镜162设于分束器130与可见光成像模组140之间，用于将反射光束b成像到可见光成像模组140。可以理解的是，可见光成像模组140与红外成像模组150的位置可以相互调换。

请参阅图5，在一个实施例中，光学变焦成像装置10还包括第三中继镜163和第四中继镜164。第三中继镜163设于所述分束器130与所述红外成像模组150之间，用于将透射光束a成像到红外成像模组150。第四中继镜164设于第二光束偏转元件111与所述可见光成像模组140之间，用于将反射光束b成像到可见光成像模组140。可见光成像模组140与红外成像模组150的位置可以相互调换。

应该理解的是，当调整变焦镜头120的变焦倍数后，变焦镜头120的成像面相比原来有可能会变得比较近，此时，很有可能会落在分束器130所在范围内，由此会影响成像质量。由此，分别在可见光成像模组140与红外模组150前加一个中继镜，利用中继镜可以通过二次成像将成像面延后到上述成像模组各自的图像传感器平面上，以解决成像质量不佳的问题。

上述光学变焦成像装置，通过变焦镜头的设置可改变装置的摄影距离和成像大小，此外，由于通过反射镜改变入射光束的方向，使得变焦镜头可平躺，从而极大减小了装置的体积；此外采用分束器将入射光束分成方向不同的光束并分别进入可见光成像模组与红外光成像模组，不仅可同时实现可见光成像与红外光成像，且采集得到的可见光图像与红外图像视场角相同。

请参阅图6，本发明还提供一种深度相机60，包括：投影仪100，用于投影出红外结构光图像；光学变焦成像装置200，用于采集可见光图像以及所述红外结构光图像；处理器300，分别与所述投影仪100和所述光学变焦成像装置200连接。光学变焦成像装置200可由上述光学变焦成像装置10代替。投影仪100、光学变焦成像装置200、被安装在同一个平面上，且处于同一条基线，每个元件都对应一个窗口。由此，通过两个窗口就实现了结构光发射，可见光图像以及红外图像的采集。

投影仪100包括：光源(未示出)，用于发射光束；衍射光学元件(未示出)，用于接收上述光束并投影出结构光图像。所述光源包括单个光源或者多个光源组成的阵列，其中光源包括激光二极管、边缘发射激光二极管、垂直腔面发射激光器中的至少一种。在一个实施例中，光源投影出的结构光图像为红外散斑图像，红外散斑图像具备高度不相关性以及分布均匀的特点。

可以理解的是，光学变焦成像装置200采集的红外结构光图像和可见光图像可以进一步传输给处理器300，处理器300可以根据接收的红外结构光图像计算出深度图像，并将所述深度图像与可见光图像进行融合以获得彩色深度图像，进而根据可见光深度图像进行人脸检测、人脸识别、安全支付等操作。可以理解的是，由于是在同一视场角度下采集到的红外结构光图像和彩色图像，因此，可以省略将深度图像与可见光图像配准的步骤，如此不仅提高了图像融合的准确率，也降低了对深度相机的算法要求。

以上内容是结合具体的优选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技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。