CN109901137A - 广角tof模组的标定方法及其标定设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述标定设备的标定板针对性地被实施为曲面形状，以适应所述广角TOF模组的工作视场角。具体而言，一广角TOF模组的所述标定设备通过标定所述广角TOF模组的模组参数标定所述广角TOF模组，并且，所述标定设备被实施为特别形状以匹配所述广角TOF模组，从而使得所述广角TOF模组所得到的TOF图像(或深度图像)具有较高的测量精度和/或良好的分辨率。

Description

广角TOF模组的标定方法及其标定设备

技术领域

本发明涉及TOF(时间飞行法，Time of flight)技术领域，特别是一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的工作视场角大于80°，所述标定方法能够标定工作视场角大于80°的所述广角TOF模组。

背景技术

飞行时间法(Time Of Flight，TOF)通过测量测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返目标对象一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对目标对象(或目标对象检测区域)的三维结构或三维轮廓的测量。TOF测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

TOF测量仪器是利用飞行时间法制备而成的一种测试仪器，如TOF相机，对目标对象的深度或三维结构的测量主要是基于脉冲信号或激光的相位差的测量。其通常包括一光源发射模块和一感光接收模块，所述光源发射模块与所述感光接收模块相配合，并基于TOF深度测量生成目标对象的深度信息。更具体地说，所述光源发射模块发射一特定波段的光波，所述发射光波在目标对象的表面发生反射，以被所述感光接收模块所接收，进而，所述感光接收模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出目标对象的深度信息。所述TOF测量仪器不仅能够获取目标对象的深度信息，同时，还能如传统摄像模组板获取目标对象的灰度信息和亮度信息，从而使得所述TOF测量仪器被应用于各个领域。

然而，由于现有技术的TOF测量仪器的设计特点，以TOF相机为例，所述TOF相机的芯片、镜头以及模组设计等等均为常规视场角，从而决定了所述TOF相机也为常规视场角相机，这样的TOF测量仪器的设计使得TOF测量仪器在一些特定场景中得不到良好的应用。具体来说，由于现有技术的TOF测量仪器被设计为常规视场角相机，从而使得现有技术的TOF测量仪器不能被很好地应用于需要大视场角的场景中。

换言之，常规视场角的TOF测量仪器在大视场角场景中表现不良好，以常规视场角TOF测量仪器被应用于位置追踪举例说明，当TOF测量仪器被应用于位置追踪时，所述光源发射模块向目标对象发射至少一特定频率和时间的光束，所述光束抵达目标对象后反射被所述感光控制模块接收，所述TOF测量仪器精确测量接收光波和发射光波的相位差信息，然后通过计算转换为时间差，可以精确地输出所述目标对象的三维场景物体的距离信息。而在目标对象的位置追踪过程中，所述目标对象不断地移动，所述TOF测量仪器只有准确地测量到所述目标对象才可实现对所述目标对象的位置追踪，而此时一旦所述目标对象逃离所述TOF测量仪器的监控范围(TOF测量仪器处于一固定位置时的工作视场角范围)，则所述TOF测量仪器就不能检测该目标对象，更不要说是追踪该目标对象。当然，可通过转动所述TOF测量仪器的位置以调控所述TOF测量仪器的监控范围，但是在这种情况下，所述TOF测量仪器的位置调整与目标对象的位置追踪存在时间差，从而影响对所述目标对象的测试精度，并且在这种情况下还需要另外设置一转动设备以控制所述TOF测量仪器的位置。

综上所述，所述TOF测量仪器可被应用于多领域而得到应用，但由于TOF测量仪器的工作视场角的限定，导致所述TOF测量仪器的应用效果得到限制。比如所述TOF测量仪器可被设置于一家居设备中，以改变使用者与所述家居设备之间的交互模式，例如实现家居设备的手势控制等功能，根据使用者的手势动作信号，控制空调的温度升降功能。然而由于现有TOF测量仪器的视场角的限定，用户的手势交互范围只能限定在一定局限的范围内在。再或者被设置于一无人驾驶设备中，其中所述无人驾驶设备根据TOF测量仪器检测到的路上的移动物体和道路两旁的固定物体相对自动驾驶汽车相位变化，帮助自动驾驶汽车躲避道路上的移动物体，以实现机动车的自动驾驶，其中所述无人驾驶设备包括无人驾驶轮船，无人机器。而此时由于现有TOF测量仪器的视场角的限定，车辆需要配置多个所述TOF测量仪器以全方位地监控车辆周围环境。再或者被配置于一机器人设备中，以扫地机器人为例，其中所述扫地机器人设备根据TOF测量仪器检测到的家中固定物体相对扫地机器人的相位变化，帮助扫地机器人进行路径规划，以实现自动完成清扫，自动充能等功能而此时由于现有TOF测量仪器的视场角的限定，所述扫地机器人只能在一定的范围内使用。

另外，由于广角TOF模组的工作视场角较一般常规TOF模组的工作视场角更大，故所述广角TOF模组也不适用于常规的标定设备标定。或者可以说，常规设备标定方法和标定设备无法满足广角TOF模组的测试要求，然而不经过标定的广角TOF模组输出的数据是错误的，故广角TOF模组又必须经过标定后才可投入正常应用。综上所述，如何寻找一种适用于所述广角TOF模组的标定设备以及标定方法也是所述广角TOF模组在设计生产中必须面对的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述广角TOF模组相较传统的常规TOF模组具有更大的工作视场角，所述广角TOF模组的工作视场角较大，从而使得所述广角TOF模组在大视场角场景中得到良好的应用。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述广角TOF模组应用于大视场角场景，以测量更广范围的目标对象，从而提高所述广角TOF模组的测试准确性，并且提高用户的使用体验的舒适度。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述广角TOF模组通过一标定设备进行标定，所述标定设备标定所述广角TOF模组的至少一光源模块以及至少一感光控制模块，使得所述广角TOF模组有良好的光学表现。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述标定设备被设计为曲面标板或者凹陷腔室结构，以特别适应于所述广角TOF模组的标定。换言之，所述标定设备提供所述曲面标板或者所述凹陷腔室结构，以用于标定所述广角TOF模组。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述标定设备被设计为一曲面标定设备，以此方式大大地减小了所述标定设备的体积尺寸，并节省了所述广角TOF模组的标定场地。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述标定设备被设计为一曲面标定设备，针对性地标定所述广角TOF模组，以提高所述广角TOF模组的标定准确度。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，在所述广角TOF模组的标定方法中，所述广角TOF模组可只获取一次图像而同时标定多种所述广角TOF模组的标定参数，以此方式提高所述广角TOF模组的标定效率，降低加工工序难度，减少加工成本。

本发明的目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中，所述标定设备根据所述广角TOF模组做针对性调整，以提高所述广角TOF模组的标定准确度，从而使得所述广角TOF模组有良好的光学表现。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的透镜畸变通过所述标定设备标定，以此方式减少由于透镜畸变引起的广角TOF模组成像的图像扭曲，从而使得所述广角TOF模组所得到的TOF图像(或深度图像)具有较高的测量精度和/或良好的分辨率。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的芯片灵敏度通过所述标定设备标定，从而避免由于所述感光控制模块中芯片灵敏度差异而造成的测量精度的偏差，即所述标定方法可减少由于芯片灵敏度差异而造成的TOF图像测试精度的偏差。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的积分时间误差通过所述标定设备标定，从而确保所述光源模块发射出来的激光符合测试标准，并且避免由于光电信号转换不佳造成的TOF测试精度的偏差。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的光斑均匀性通过所述标定设备标定，从而使得所述光源模块发射的激光源可以较高水准被所述感光控制模块接收处理，换言之，经过标定校正后的广角TOF模组的所述光源模块有良好的光斑均匀性。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的视场匹配度通过所述标定设备标定，从而使得所述光源模块发出的光源可较大程度地被所述感光控制模块接收处理，也可进一步地标定所述广角TOF模组中所述光源模块以及所述感光控制模块的组装公差。

本发明的另一目的在于提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组中所述光源模块发射的温漂通过所述标定设备标定，从而减少由于光源温度变化引起的激光光学性能变化对所述广角TOF模组测试精度造成的影响。换言之，被标定后的所述广角TOF模组受温度影响小。

本发明提供一广角TOF模组的标定方法及其标定设备，其中所述广角TOF模组的各个参数通过所述标定设备被快速准确地标定，从而提高所述广角TOF模组的光学表现，使得所述广角TOF模组在大视场角场景中应用良好。

依本发明的一个方面，本发明提供一标定设备，用于标定一广角TOF模组的一光源模块和一感光控制模块，其中所述标定设备包括：

至少一第一标定盒，其中所述第一标定盒包括至少一弧形的标定板和至少一发光板，其中所述发光板被设置于所述标定板的凸面，所述光源模块和所述感光控制模块被保持在所述标定板的凹面，以藉由所述第一标定盒标定所述光源模块和所述感光控制模块。

根据本发明的一个实施例，所述发光板为弧形的发光板，其中所述发光板的凹面朝向所述标定板的凸面。

根据本发明的一个实施例，所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心位于同一轴线，并且所述光源模块的中心轴线能够同时穿过所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心，或者所述感光控制模块的中心轴线能够同时穿过所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心。

根据本发明的一个实施例，所述标定板具有一曲面角，所述标定板的所述曲面角大于或者等于所述光源模块的光源视场角。

根据本发明的一个实施例，所述标定板具有一曲面角，所述标定板的所述曲面角大于或者等于所述感光控制那模块的接收视场角。

根据本发明的一个实施例，所述发光板的发光面积大于或者等于所述标定板的面积。

根据本发明的一个实施例，所述标定设备进一步包括至少一第二标定盒，其中所述第二标定盒包括至少一光纤整合器、一光路标定板以及被连接于所述光纤整合器和所述光路标定板的至少二十根光纤，其中每个所述光纤分别具有不同的长度以用于模拟不同距离的光路，其中所述光源模块以被保持在所述光纤整合器的侧部的方式被所述第二标定盒标定。

根据本发明的一个实施例，所述光路标定板是一个曲面标定板，其中所述光路标定板的凹面朝向所述光纤整合器。

根据本发明的一个实施例，所述光路标定板具有一曲面角，所述光路标定板的所述曲面角大于或者等于所述光源模块的所述光源视场角。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一标定一广角TOF模组的方法，其中所述标定方法包括如下步骤：

(a)在一弧形的标定板的凸面发光；

(b)所述广角TOF模组的一光源模块在弧形的所述标定板的凹面发射光束；以及

(c)所述广角TOF模组的一感光控制模块在弧形的所述标定板的凹面接收被所述标定板反射的光束，以对所述光源模块和所述感光控制模块进行标定。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤(a)中，以一弧形的发光板的凹面朝向所述标定板的凸面的方式藉由所述发光板在所述标定板的凸面发光。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一广角TOF模组的标定方法，其中所述标定方法包括以下步骤：

S1：标定所述广角TOF模组的一感光控制模块，得到至少一感光控制模块参数；以及

S2：标定所述广角TOF模组的一光源模块，得到至少一光源模块参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11：标定所述感光控制模块的芯片灵敏度，得到至少一芯片灵敏度参数；以及

S12：标定所述感光控制模块的透镜畸变，得到至少一透镜畸变参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S21：标定所述光源模块的至少一光电信号质量参数；以及

S22：标定所述光源模块的至少一光斑均匀性参数。

根据本发明的一个实施例，所述标定方法进一步包括以下步骤：

S3：标定所述广角TOF模组的至少一视场匹配参数。

根据本发明的一个实施例，所述标定方法进一步包括以下步骤：

S4：标定所述广角TOF模组的至少一温漂参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S21进一步包括以下步骤：

S211：通过一第一标定盒标定所述光源模块的至少一暗态信号补偿参数；

S212：通过所述第一标定盒标定所述光源模块的至少一固定位置光电信号质量质量参数；以及

S213：通过一第二标定盒标定所述光源模块在不同相位值情况下的变化相位光电信号质量参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S211包括以下步骤：

S2111：在一发光板以及所述光源模块都不发光的情况下，获取一标定板的初始图像，其中所述第一标定盒包括所述发光板以及一标定板；以及

S2112：根据所述标定板得到所述初始图像，标定所述暗态信号补偿参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S212进一步包括以下步骤：

S2121：在所述光源模块距离一标定板固定位置处发光，并且所述发光板不发光的情况下，获取所述标定板的固定位置图像，其中所述第一标定盒包括所述发光板以及所述标定板；以及

S2122：根据所述固定位置图像，标定所述固定位置光电信号质量参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S213进一步包括以下步骤：

S2131：获取不同长度光纤映射在一光路标定板上得到的至少一光点，其中不同长度光纤对应的光点对应不同的光学相位；以及

S2132：分析不同光学相位的所述光点信息，标定所述变化相位光电信号质量参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S3进一步包括以下步骤：

S31：获取所述光源模块的至少一光照区域图；以及

S32：通过所述感光控制模块获取所述光照区域图，得到一感光区域图；

S33：对比所述光照区域图以及所述感光区域图，标定所述广角TOF模组的视场匹配参数。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4进一步包括以下步骤：

S41：测量不同温度下的所述光源模块的光照强度，得到一温度强度标准曲线；

S42：测量所述光源模块的工作温度；以及

S43：根据所述温度强度标准曲线，标定所述广角TOF模组的温漂参数。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的广角TOF模组的实际应用图。

图2是根据本发明的上述实施例的所述广角TOF模组的截面图。

图3是根据本发明的上述实施例的所述广角TOF模组的框图示意图。

图4是现有技术的常规TOF模组的光路示意图。

图5是根据本发明的上述实施例的所述广角TOF模组的光路示意图。

图6是根据本发明的一实施例的所述广角TOF模组的爆炸示意图。

图7是根据本发明的上述实施例的一光源模块的爆炸示意图。

图8是根据本发明的上述实施例的所述光源模块的截面示意图。

图9是根据本发明的上述实施例的所述光源模块的光路示意图。

图10是根据本发明的另一实施例的一等效实施例的广角TOF模组的截面示意图。

图11是根据本发明的上述实施例的光源模块的截面示意图。

图12是根据本发明的另一实施例的广角TOF模组的截面示意图。

图13是根据本发明的上述实施例的光源模块的示意图。

图14是根据本发明的上述实施例的光源模块的截面示意图。

图15是根据本发明的上述实施例的广角TOF模组的光路示意图。

图16是根据本发明的另一实施例的广角TOF模组的截面示意图。

图17是根据本发明的上述实施例的光源模块的截面示意图。

图18是根据本发明的上述实施例的所述广角TOF模组的光路示意图。

图19到图20是根据本发明的上述实施例的广角TOF模组的一标定设备的详细示意图。

图21是根据本发明的上述实施例的广角TOF模组的另一标定设备的详细示意图。

图22是根据本发明的传统广角TOF模组的标定设备的详细示意图。

图23到图27是根据本发明的上述实施例的广角TOF模组的标定方法流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1和图2所示，依本发明的一较佳实施例的一广角TOF模组在接下来的描述中被阐述，其中所述广角TOF模组包括至少一用于提供具有预设波长激光的光源模块10和至少一感光控制模块20，其中所述光源模块10能够产生至少一具有预设波长激光的发射光束，所述感光控制模块20可接收所述光源模块10发送的至少一接收光束，从而使得所述广角TOF模组精确测量接收光束和发射光束的相位差信息，然后通过计算转换为时间差，可以精确地输出所述目标对象的三维场景物体的距离信息。

换言之，当所述广角TOF模组被适用于检测至少一目标对象时，所述光源模块10向所述目标对象发生预定波长激光的所述发射光束，所述发射光束抵达所述目标对象后被反射形成对应的所述接收光束，所述感光控制模块20接收由所述目标对象反射的激光，并生成感应信号，并且所述广角TOF模组处理所述感应信号并且生成对应的原始数据，以此方式完成对所述目标对象的检测。

如图5所示，所述广角TOF模组的所述光源模块10以一定的光源视场角101产生所述发射光束，所述发射光束经过所述目标对象被反射成所述接收光束，所述感光控制模块20以一定的感光视场角201接收所述接收光束，所述光源视场角101以及所述感光视场角201组成所述TOF模组的工作视场角，换言之，所述广角TOF模组的所述工作视场角由所述光源视场角101以及所述感光视场角201决定。

值得注意的是，根据TOF模组的工作视场角的大小，可将所述TOF模组定义为常规TOF模组以及所述广角TOF模组比如可将所述工作视场角小于80度的TOF模组定义为常规TOF模组，将所述工作视场角大于80°度的所述TOF模组定义为广角TOF模组。当然，所述TOF模组的所述工作视场角的范围划分并不确定，但可以确定的是所述广角TOF模组的所述工作视场角大于所述常规常TOF模组的所述工作视场角。在本实施例中，所述广角TOF模组的所述工作视场角大于80°。

如图3所示，根据本发明的广角TOF模组被阐明，其中所述广角TOF模组包括所述光源模块10以及所述感光控制模块20，其中所述感光控制模块20包括至少一TOF光强传感器21和一控制器22，其中所述控制器22包括至少一数据处理模块221，其中所述TOF光强传感器21和所述数据处理模块221可通电地相连接，其中所述光源模块10能产生具有预设波长激光至所述目标对象，所述TOF光强传感器21被设置能够接收由所述目标对象反射的激光，并生成所述感应信号，其中所述数据处理模块221被设置以自所述TOF光强传感器21接收所述感应信号，其中所述数据处理模块221被设置能够处理所述感应信号和生成原始数据。可以理解的是，所述TOF光强传感器21被设置用于接收和/或感应目标对象或目标对象反射的激光，并生成相应原始数据。

本实施例中的所述光源模块10和感光控制模块20形成深度检测系统，用以检测目标对象(或目标对象)的表面深度，从而得到目标对象深度成像数据。可以理解的是，本发明TOF模组的所述光源模块10发射的激光被目标对象反射后，进一步被所述TOF光强传感器21感应和检测到。因此，所述TOF光强传感器21检测到的每个激光点数据均具有深度(值)信息。本领域技术人员可知，本发明所述TOF模组的所述光源模块10发出(发射)的激光可以是红外光。优选地，所述光源模块10发出的激光为具有一预设波长的激光。本领域技术人员可知，本发明TOF模组的所述控制器22可以是可编程SOC芯片，或包括至少一可编程SOC芯片。

依本发明较佳实施例的广角TOF模组的所述控制器22包括一控制模块222，其中所述控制模块222被设置能够根据控制指令，如来自上位机或处理器的控制指令，控制TOF光强传感器21运行。所述控制模块222也可根据预设程序控制TOF光强传感器21运行。进一步地，所述控制模块222被设置能够控制所述控制器22的其它功能模块的运行，如控制所述控制器22的一数据处理模块221对TOF光强传感器21所感应的感应信号进行处理以生成相应的原始数据。进一步地，所述原始数据可进一步地传输给一上位机或处理器，其中所述上位机能够结合深度信息提取方法将原始数据进行转化，得出所述目标对象的深度信息。也就是说，所述上位机可通信地连接于所述数据处理模块221中所存储的目标对象的原始数据，以通过进一步地分析计算得出所述目标对象的深度信息。另外，所述控制器22的所述控制模块222被设置能够根据所述广角TOF模组标定参数，校正所述TOF光强传感器21生成的原始数据。

另外，依本发明较佳实施例的所述感光控制模块20的所述控制器22进一步包括一数据接口223，以使所述控制器22中的所述原始数据可被传输给上位机。例如，通过一MIPI数据接口，将所述原始数据传输给上位机。

如图3所示，依本发明较佳实施例的TOF模组的所述光源模块10包括一电源供给11和一用于发射激光的发光器12，其中所述发光器12在被提供电能后，向所述目标对象发射所述发射光束。优选地，在本发明该优选实施例中，所述光源模块10被实施为一垂直腔面发射器(VCSEL)10’，其包括一垂直腔面发射激光器的电源供给11和一发光器12。

另外，依本发明较佳实施例的广角TOF模组进一步包括一线路板30，其中，优选地，所述光源模块10和所述感光控制模块20均被设置于所述线路板30。也就是，在本发明的该优选实施例中，所述光源模块10与所述感光控制模块20被集成地设置于所述线路板30，一方面使得所述广角TOF模组具有紧凑性结构，另一方面，利于提高所述广角TOF模组的深度测量精度。

更具体地说，所述光源模块10的所述发光器12邻近地设置于所述线路板30，以使得所述发光器12至目标对象之间的所形成的发射光路，与目标对象至所述TOF光强传感器21所形成的接收光路尽可能平行且相近地设置，以减少由于发射光路和接收光路路径不同所产生的误差，提高所述广角TOF模组的测量精度。

所述线路板30包括但不限于硬式电路板，挠性电路板，软硬结合板，以及陶瓷。在本发明的该优选实施例中，所述线路板30为软硬结合板，其具有一光源模块组装区31和一感光控制模块组装区32，其中所述光源模块10以及所述感光控制模块20分别设备置于所述光源模块组装区31和所述感光控制组装区32。

依本发明较佳实施例的所述光源模块10进一步包括一衍射光学元件15，其中所述衍射光学元件15用以改变所述发光器12所产生光波的相位和空间强度，以获取具有较为理想的光能密度。本领域的技术人员应了解，经过调制的发射激光，不仅具有更高的抗环境干扰性能，利于提高所述广角TOF模组的测量精度，而且经过调制的发射光波对人眼不会造成伤害。

特别地，在本发明的该优选实施例中，所述衍射光学元件15被设置于一照明模组镜座上部，所述镜座的结构设计可防止所述衍射光学元件15脱落，从而避免所述发光器12发出的激光束伤害到人的眼睛，所述照明模组的镜座限制发光器12所产生的激光仅能通过一光窗抵至外界，以有限地限定该激光的出射方向。

如图3所示，在本发明的一实施例中，广角TOF模组可进一步包括一温度传感器40，其中所述温度传感器40能够感应所述光源模块10的所述发光器12的工作温度，以在所述发光器12发出的激光的光功率超过一预设功率后，所述感光控制模块20的所述控制器22的所述控制模块222能够降低甚至切断对所述光源模块10的所述发光器12的供电，以确保所述光源模块10的所述发光器12发出的激光在安全范围内。但熟悉该项技术的人应该明白，所述温度传感器40可内置于所述激光发射器12，本发明在这方面不受限制。

所述光源模块10进一步包括一驱动电路17，其中所述驱动电路17被设置在所述电源供给11和所述发光器12之间，以控制所述电源供给11对所述发光器12的供电。优选地，所述驱动电路17与所述控制器22的所述控制模块222可通电地相连通，以使所述电路能够根据所述控制模块222的控制指令控制向所述电源供给11对所述发光器12的供电。

所述感光控制模块20进一步包括一镜头23，其中所述镜头23包括至少一透镜，其中所述镜头被设置在所述感光控制模块20的所述TOF光强传感器21的感光路径，以通过所述镜头采集目标对象表面所反射的激光。

所述感光控制模块20进一步包括一保持架24，其中所述保持架24被设置用于保持所述镜头23处在一适当的位置。优选地，所述镜头23被设置在所述保持架24形成的一位置固定孔240中，以确保所述镜头23处在一预设位置。

所述感光控制模块20还包括一滤光元件25，其中所述滤光元件25设置于所述TOF光强传感器21和所述镜头23之间，以通过所述滤光元件25过滤杂光，提高所述TOF摄像模组的测量精度。所述广角TOF模组进一步包括一支架，其中所述线路板30被设置在所述支架，以使所述线路板30的位置被固定。进一步地，被设置在所述线路板30的各个电子元件的位置也被固定，以实现TOF摄像模组的预设布局。

然而如图4所示，所述常规TOF模组的工作光线示意图被阐释，其中所述光源模块10P向着所述目标对象以所述光源视场角101P发射所述发射光束，所述发射光束被控制在一定的角度范围内，从而导致所述光源模块10P的发光照射范围也被局限，换言之，此时所述光源模块10P发出的所述发射光束只能抵达一定范围，处于该范围的所述目标对象才可以被检测。被所述目标对象发射的所述接收光束也以一感光视场角201P被所述感光控制模块20P接收，当然，所述感光控制模块20P也只能接收处于所述感光视场角201P范围内的所述目标对象，从而导致所述常规TOF模组的工作视场角被局限在一范围内。

而当所述TOF模组被适用于测取大范围活动的所述目标对象时，所述常规TOF模组的所述工作视场角已不能满足大视场角范围的需要，故本发明提供一广角TOF模组，所述广角TOF模组相较所述常规TOF模组有更大的工作视场角，从而使得所述广角TOF模组可被适用于大视场角范围的场景应用。具体而言，所述广角TOF模组的所述工作视场角大于80°。具体而言，所述广角TOF模组通过扩大所述光源模块10的所述光源视场角101的方式来扩大所述工作视场角，并且所述感光控制模块20的所述感光视场角201做相对应地扩大，以此方式可以扩大所述广角TOF模组的所述工作视场角。值得一提的是，所述感光视场角201的大小不小于所述光源视场角101的大小。

如图5所述，所述光源模块10的所述光源视场角101大于所述光源视场角101P，从而使得所述光源模块10的所述发射光束的照射范围变大，即，所述光源模块10的所述发射光束可抵达到所述目标对象的范围变大。而此时，所述感光控制模块20被定制设计为大视场角镜头模组，从而使得所述感光控制模块20的所述感光视场角201可针对性地变大。

在本发明的一实施例中，所述光源视场角101与所述感光视场角201同时变大，从而扩大所述广角TOF模组的所述工作视场角，所述工作视场角大于80度，以使得所述广角TOF模组被应用于类似手势交互、位置追踪以及SLAM的大视场角场景。本发明的所述广角TOF模组的所述感光控制模块20的所述感光视场角201可通过定制设计而改变，具体而言，所述透镜的位置或者类型改变都可改变所述感光视场角201。另外，所述光源模块10的所述光源视场角101相较所述光源视场角101P变大，在本发明中所述光源模块10的所述光源视场角101可以多种方式被改变。在本发明的实施例中，将重点阐述所述光源视场角101的改变，相对应地，所述感光控制模块20的所述感光视场角201定制设计而改变。

具体而言，所述广角TOF模组的所述感光控制模块20也具有大的感光视场角201，其中所述感光视场角201大于80°。所述感光控制模块20的所述感光视场角201的大小可通过调整所述感光控制模块20的所述透镜的位置或类型而达到，比如，所述感光控制模块20可被实施为“反远距型”光路结构，即所述透镜被实施为不对称的光路结构，并且所述透镜选择为非球面结构。再比如，通过调整所述透镜彼此之间的位置来调整所述感光控制模块20的焦距从而扩大所述感光视场角201。本发明在所述感光控制模块20如何扩大所述感光视场角201的方面并不受限制，熟悉该项技术的人应该明白本发明在这方面并不受限制。以下将主要介绍所述光源模块10的所述光源视场角101如何变大，值得注意的是，所述感光控制模块20的所述感光视场角201也相应地被定制化增大。

如图6到图8所示，在本发明的一实施例中，所述广角TOF模组的所述光源视场角101的变大通过在所述光源模块10中添置至少一扩散元件16实现，以实现所述光源视场角101大于80°。具体而言，所述光源模块10包括所述扩散元件16，其中所述扩散元件16被实施为一光学元件，以改变所述发射光束的光路方向，从而扩大所述光源模块10的所述光源视场角101。

在本发明的一实施例中，所述扩散元件16被实施一扩束镜161，所述扩束片不仅可以扩展所述发射光束的直径，同时也可减少所述发射光束的发散角，从而使得经过所述扩束镜161的所述发射光束被改变光路的传播方向，从而使得所述发射光束向着彼此更远离的方向发射，进而扩大所述光源模块10的所述光源视场角101。值得注意的是，所述扩束镜161被实施为凸透镜类型，所述扩束将161距离所述发光器12的距离根据实际情况定制设计。

具体而言，所述发光器12联通所述电源供给11被设置于所述线路板30，其中所述电源供给11可为所述发光器12提供能量支撑，换言之，所述电源供给11确保所述发光器12有足够的能量向外发射所述发射光束，其中，所述发光器12被设置于所述线路板30以实现与所述线路板30的通信连接，所述发光器12可被所述线路板30控制而朝向所述目标对象发射所述发射光束，并且传送至少一光电信息给所述线路板30。

在本发明的一实施例中，所述扩散元件16被设置于所述发光器12的光路路径，换言之，所述扩散元件16被设置于所述发光器12的发射光束的发射方向，并且与所述发光器12隔开一定的距离。从而使得从所述发光器12发射的所述发射光束可通过所述扩散元件16再向外发射，抵达所述扩散元件16的所述发射光束的光路传播方向被改变，以使得所述发射光束朝向更大的范围扩散，从而扩大所述发射光束形成的所述光源视场角101。

值得一提的是，在本发明的一实施例中，所述扩散元件16的中心轴重合于于所述发光器12的所述光路路径，以使得所述发光器12发出的所述发射光束被对称地向周边扩散，以此方式方便所述光源模块10的加工以及提高所述光源视场角101的准确度。当然，在本发明的一实施例中，所述扩散元件16的尺寸不小于所述发光器12的发光面积，从而使得从所述发光器12向外发射的所述发射光束可完全抵达所述扩散元件16被扩散，提高所述扩散元件16的光束扩散效率。

在本发明的一实施例中，所述衍射光学元件15也被设置于所述发光器12的光路路径，其中所述衍射光学元件15用以改变所述发光器12所产生光波的相位和空间强度，以获取具有较为理想的光能密度。本领域的技术人员应了解，经过调制的发射激光，不仅具有更高的抗环境干扰性能，利于提高所述TOF摄像模组的测量精度，而且经过调制的发射光波大大地降低了对人眼的伤害，从而满足人眼激光安全标准。换言之，所述衍射光学元件15被适用于调制所述发射光束，从而使得所述发射光束以更加合适的方式探测所述目标对象。

值得一提的是，在本发明的实施例中，所述扩散元件16设置于所述发光器12的光学路径即可，所述扩散元件16的具体位置对于本发明并无影响。当所述光源模块10包括所述衍射光学元件15时，所述扩散元件16被设置于所述衍射光学元件15与所述发光器12之间，此时，从所述发光器12发射的所述发射光束经过所述扩散元件16的扩散后，再经过所述衍射光学元件15的调制后射向所述目标对象。或者，所述扩散元件16被置于所述衍射光学元件15的外侧，此时，从所述发光器12发射的所述发射光束经过所述衍射光学元件15的调制后，再经过所述扩散元件16的扩散。再或者，所述扩散元件16以及所述衍射光学元件15共同组成一衍射扩散光学元件，以同时对所述发射光束进行调制以及扩散，本发明在这方面并不受限制。

另外，所述光源模块10的所述光源视场角101由所述发光器12以及所述扩散元件16决定，所述扩散元件16的位置和类型改变会影响所述光源模块10的所述光源视场角101，即所述光源模块10的所述光源视场角101可通过改变所述扩散元件16的类型改变。

如图9所示，从所述发光器12向外发射的所述发射光束经过所述扩散元件16的扩散后具有更大的所述光源视场角101，换言之，所述扩散元件16改变所述发射光束的传播方向从而增大所述光源模块10的所述光源视场角101，从而使得所述光源视场角101大于80°。

另外，在本发明的另一实施例中，所述TOF模组包括至少两光源模块10B，所述光源模块10B相对倾斜设置于所述线路板30B，从而使得至少两发光器12B相对倾斜地置于所述线路板30B。每个所述发光器12B的所述发射光束并无改变，而通过两个所述发光器12B所述发射光束共同扩大所述光源模块10B的所述光源视场角，从而使得所述光源视场角大于80°。

如图所示，所述TOF模组包括至少两光源模块10B，本发明的一实施例中，所述TOF模组包括两光源模块10B1，第一光源模块10B1以第一倾斜角倾斜地设置于所述线路板30B，所述第二光源模块10B2以第二倾斜角倾斜地设置于所述线路板30B，从而使得所述第一光源模块10B1与所述第二光源模块10B2之间形成相对倾斜的角度，从所述第一光源模块10B1向外发射的所述发射光束以及从所述第二光源模块10B2向外发射的所述发射光束之间的夹角形成所述TOF模组的光源视场角101B，从而使得所述光源视场角大于80°。

在本发明的一实施例中，所述第一光源模块10B1以及所述第二光源模块10B2可被选择为完全相同的光源模块，也可被选择为不同类型的光源模块，本发明在这方面不做限制。以下将以所述第一光源模块10B1与所述第二光源模块10B2完全相同为例进行说明。

所述第一光源模块10B1包括所述电源，所述第一发光器12B1，以及所述金属屏蔽罩，其中所述电源为所述第一发光器12B1提供能量支持，所述第一发光器12B1置于所述金属屏蔽罩被支持和被保护。所述第一光源模块10B1可进一步包括所述衍射光学元件，所述衍射光学元件被设置于调制所述第一发光器12B1的发射光束。相类似地，所述第二光源模块10B2的结构相似或相同于所述第一光源模块10B1，在此不再重复介绍。

所述第一发光器12B1向外发射所述第一发射光束，所述第一发射光束以所述第一发光器12B1为平面，垂直于该平面对称向外发射。而此时，由于所述第一发光器12B1以所述第一倾斜角倾斜于所述线路板30B，从而导致所述第一发射光束的对称轴也倾斜于所述线路板30B。相类似地，从所述第二发光器12B2向外发射的所述第二发射光束的对称轴也倾斜于所述线路板30B。所述第一发射光束的边侧光线与所述第二发射光束的边侧光线之间形成所述TOF模组的所述光源视场角。

所述第一光源模块10B1以及所述第二光源模块10B2可以任意角度任意方向倾斜设置于所述线路板30B，所述TOF模组的所述光源视场角由所述第一光源模块10B1以及所述第二光源模块10B2共同决定，故可通过改变所述第一光源模块10B1以及所述第二光源模块10B2的放置位置而改变所述TOF模组的所述光源视场角。

在本发明的一实施例中，所述第一光源模块10B1相对于所述第二光源模块10B2朝向所述TOF模组的左侧倾斜放置，所述第二光源模块10B2相对于所述第一光源模块10B1朝向所述TOF模组的右侧倾斜放置，从而使得所述TOF模组有较大的所述光源视场角。另外值得一提的是，所述第一光源模块10B1以及所述第二光源模块10B2设置于同一平面，从而使得所述TOF模组的可探测到同一范围的探测范围。

另外，在本发明的一实施例中，所述线路板30B对应每个光源模块10B的位置设置至少一过渡元件35B，其中所述过渡元件35B被设置于所述线路板30B，并且所述过渡元件35B与所述线路板30B形成一定的倾斜角，所述光源模块10B被设置于所述过渡元件35B从而与所述线路板30B保持倾斜设置。具体而言，一第一过渡元件351B1被设置于所述线路板30B，其中所述第一过渡元件351B1与所述线路板30B形成所述第一倾斜角，一第二过渡元件351B2设置于所述线路板30B，其中所述第二过渡元件351B2与所述线路板30B形成所述第二倾斜角。此时，所述第一光源模块10B1设置于所述第一过渡元件351B1而与所述线路板30B形成所述第一倾斜角，所述第二光源模块10B2设置于所述第二过渡元件351B2而与所述线路板30B形成所述第二倾斜角。

在本发明的一实施例中，所述过渡元件35B可导通所述光源模块10B与所述线路板30B，即所述过渡元件35B被实施为一导通元件，当所述光源模块10B设置于所述过渡元件35B时，所述光源模块10B可通过所述过渡元件35B与所述线路板30B通信地连接。

在本发明的另一实施例中，所述过渡元件35B不导通地设置于所述线路板30B，此时，所述TOF模组进一步包括至少一导通件，其中所述导通件联通所述光源模块10B与所述线路板30B，具体而言，所述导通件联通所述发光器12B与所述线路板30B，从而实现所述发光器12B与所述线路板30B通信地连接。在本实施例中，所述导通件可被实施为金线等导通线。

当然，所述过渡元件35B还可直接实施为所述光源模块10B或者所述线路板30B，即在本发明的一实施例中，设计所述光源模块10B而使得当光源模块10B设置于所述线路板30B上时，由于所述光源模块10B自身形状特点，所述发光器与所述线路板30B形成倾斜角。在本发明的另一实施例中，所述线路板30B可直接设置倾斜槽或者倾斜凸起，从而使得当所述光源模块10B设置于所述线路板30B上时，所述发光器与所述线路板30B形成所述倾斜角。

值得注意的是，不论是所述光源模块包括至少两发光器还是所述TOF模组包括至少两光源模块10B，所述TOF模组均是通过使得所述发光器相对特定角度倾斜来实现扩大所述TOF模组的光源视场角。所述第一发光器12B1相对于所述线路板30倾斜发射第一发射光束，所述第二发光器12B2相对于所述线路板30倾斜发射第二光束，所述第一光束的边侧光线与所述第二光束的边侧光线形成所述光源视场角，其中所述第一光束的边侧光线与所述第二光束的边侧光线距离最远。

在本发明的另一实施例中，所述广角TOF模组通过改变所述发光器12C的类型来扩大所述广角TOF模组的所述光源视场角，换言之，所述广角TOF模组改变所述发光器12C，而使得所述发光器12C本身发出的发射光束的夹角变大，而扩大所述TOF模组的所述光源视场角,从而使得所述光源视场角101C大于80°。

具体而言，所述广角TOF模组的所述发光器12C的类型不同于正常视场角发光器，在本发明的实施例中，所述发光器12C被实施为一LED照明光源，在所述常规TOF模组中，所述发光器12被实施为垂直腔面发射器(VCSEL)，而在本实施例中，所述发光器12C被实施为LED照明光源。

值得注意的是，与垂直腔面发射器(VCSEL)不同的是，所述垂直腔面发射器(VCSEL)的发射光束的夹角为正常视场角范围，而当所述发光器12C被被实施为LED照明光源时，所述发光器12C的视场角相较垂直腔面发射器(VCSEL)的视场角变大，另外，所述光源模块10C的所述光源视场角的大小可通过改变所述发光器12C的类型而改变。

如图15所示，所述LED照明光源12C相较所述垂直腔面发射器有更大的视场角，从而也使得从所述LED照明光源12C发出的所述发射光束有更大的光源视场角。

与上相同的是，所述发光器12C联通所述电源供给被设置于所述线路板30C，其中所述电源供给可为所述发光器12C提供能量支持，换言之，所述电源供给确保所述发光器12C有足够的能量向外发射所述发射光束，其中，所述发光器12C被设置于所述线路板30C以实现与所述线路板30C的通信连接，所述发光器12C可被所述线路板30C控制而朝向所述目标对象发射所述发射光束，并且传送至少一光电信息给所述线路板30C。

与上不同的是，所述发光器12C的发射光束的光束范围大，从而使得所述光源模块10C的所述光源视场角变大，所述光源模块10C的光路示意图如图15所示。

进一步地，所述发光器12C包括一发光部121C和一透光部122C，其中所述发光部121C被电连接于所述电源供给11C，以使所述发光部121C在被所述电源供给11C提供电能后能够产生光线，其中所述透光部122C被保持在所述发光部121C的光线路径，以在所述发光部121C产生的光线穿过所述透光部122C时改变光线的辐射方向。优选地，所述透光部122C具有一入射平面1221C和一出射曲面1222C，其中所述透光部122C的所述入射平面1221C朝向所述发光部121C，以允许所述发光部121C产生的光线自所述透光部122C的所述入射平面1221C进入所述透光部122C和自所述出射曲面1222C射出。更优选地，所述透光部122C的所述入射平面1221C贴附在所述发光部121C的发光面，所述出射曲面1221C是单调曲面和所述出射曲面1221C的中部隆起，并且所述发光部121C的中心轴线与所述透光部122C的中心轴线重合，即，所述发光部121C的中心轴线穿过所述透光部122C的中部隆起，从而使得所述透光部122C的所述出射曲面1221C的高度尺寸自所述透光部122C的中心向四周依次递交，通过这样的方式，在所述发光部121C产生的光线在所述透光部122C内传播时能够被扩大，以增加所述光源视场角101C。

参考附图16至图18，在本发明的另一实施例中，所述广角TOF模组通过改变所述衍射光学元件15D的类型来扩大所述广角TOF模组的所述光源视场角，换言之，所述广角TOF模组改变所述衍射光学元件15D，而使得当从所述发光器12D向外发射的所述发射光束抵达所述衍射光学元件15D时，所述衍射光学元件15D扩大所述发射光束的角度，而扩大所述TOF模组的所述光源视场角。

具体而言，所述衍射光学元件15D的一侧表面进行规律化的规格设计，所述侧表面上蚀刻数以万计的凹点来达到匀光和扩大视场角的目的，其中所述侧表面上凹点的蚀刻可根据实验设计而得，并且，改变所述侧表面的凹点设计可改变所述光源模块10D的所述光源视场角，从而使得所述光源视场角大于80°。

进一步地，所述光源模块10进一步包括所述衍射光学元件15D(DOE)，其中所述衍射光学元件15D用以改变所述发光器12D所产生光波的相位和空间强度，并且改变所述发射光束的角度，从而扩大所述光源模块10D的光源视场角。即从所述发光器12D向外发射的所述发射光束被调制，本领域的技术人员应了解，经过调制的发射激光，不仅具有更高的抗环境干扰性能，利于提高所述TOF摄像模组的测量精度，而且经过调制的发射光波大大地降低了对人眼的伤害，从而满足人眼激光安全标准。

具体地说，所述衍射光学元件15D具有一入射波浪面151D和一出射面152D，其中所述衍射光学元件15D以所述衍射光学元件15D的所述入射波浪面151D朝向所述发光器12D的发光面的方式被保持在所述发光器12D的光线路径，从而所述发光部12D产生的光线能够自所述衍射光学元件15D的所述入射波浪面151D进入所述衍射光学元件15D和自所述衍射光学元件15D的所述出射面152D出射所述衍射光学元件15D。所述衍射光学元件15D通过提供所述入射波浪面151D的方式能够扩大所述光源视场角101D。值得一提的是，所述衍射光学元件15D的所述出射面152D的类型在本发明的所述广角TOF模组中不受限制，例如所述衍射光学元件15D的所述出射面152D可以是一个出射平面。

还知得一提的是，本发明的所述广角TOF模组的所述衍射光学元件15D的所述入射波浪面15D是指从所述衍射光学元件15D的剖视图来看，所述衍射光学元件15D的入射面呈波浪形，参考附图17和图18。

综上所述，本发明提供的所述广角TOF模组较常规TOF模组有更大的光源视场角，从而使得所述广角TOF模组有更大的工作视场角，以适用于大视场角场景中被应用。

根据本发明的另一方面，本发明提供一根据所述广角TOF模组的标定设备70以及对应的标定方法，所述标定设备70依据所述标定方法标定所述广角TOF模组。由于所述广角TOF模组的工作视场角相较所述常规TOF模组更大，在本发明的一实施例中，所述广角TOF模组的工作视场角为80°，故适用于所述广角TOF模组的标定设备70也要做相应的调整。值得一提的是，本领域的技术人员应当理解的是，在所述广角TOF模组的其他可能的示例中，所述广角TOF模组的工作视场角可以达到120°。

如图20到图22所示，本发明的所述标定设备70被阐释，其中标定设备70包括包括一第一标定盒71以及第二标定盒72，其中所述第一标定盒71被适用于标定所述感光控制模块20以及所述光源模块10，所述第二标定盒72被适用于标定所述光源模块10，以此方式使得所述光源模块10可发出符合光学测试的激光，同时所述感光控制模块20也可精准地接收所述光源模块10发出的激光，从而使得所述广角TOF模组可以用以检测目标对象(或目标对象)的表面深度，从而得到目标对象深度成像数据。

如图19所示，所述第一标定盒71包括一标定板711以及一发光板712，其中所述发光板712上以一定规律排布着发光元件7121，在本发明的一实施例中，所述发光元件7121被实施为白炽灯，当然，在本发明的其他实施例中，所述发光元件7121也可以被实施为LED灯。所述发光板712置于所述标定板711背面，所述感光控制模块20置于所述标定板711的正面并与所述标定板711隔有一定距离，换言之，所述标定板711位于所述感光控制模块20与所述发光板712之间，所述感光控制模块20的标定图像显示在所述标定板711上。所述标定板711的发光面积不小于所述发光板712的面积，从而使得所述发光板712可发光显示于所述标定板711。在此需要特别注意的是，所述发光板712并不一定是一层可视的板层材料，所述发光板712可直接设置于所述标定板711的背面而形成一发光层，本发明在这方面不受限制。值得注意的是，所述发光板712的边缘位置间隔排布一系列所述发光元件7121，所述发光元件7121的亮度与位置可控，操作人员通过以所述发光板712为基准来标定所述感光控制模块20。

另外，由于所述广角TOF模组的所述光源模块10的所述光源视场角101比较所述常规TOF模组的所述光源视场角101P更大，同时，所述感光控制模块20的所述感光视场角201比较所述常规TOF模组的所述感光控制模块201P更大，故当所述第一标定盒71被适用于标定所述广角TOF模组时，为了使得所述广角TOF模组的所述发射光束可等距地抵达所述标定板711，并且使得通过所述标定板711的光束可等距地被所述感光控制模块20接收，故所述标定板711被设计为曲面标板或凹陷腔室结构的形状。

换言之，所述第一标定盒71的所述标定板711被实施为曲面标板或者凹陷腔室结构结构。此时，在所述广角TOF模组的标定过程中，所述标定板711反向凹陷于所述光源模块10或者所述感光控制模块20，即所述标定板711以所述广角TOF模组所在位置为内侧，向外凸起形成一曲面，以使得所述广角TOF模组发射或者接收的光束可以等距地抵达所述标定板711。

也就是说，所述标定板711是一个曲面标定板，其具有一个凹面以及对应于所述凹面的一个凸面，相应地，所述发光板712也是一个曲面标定板，其具有一个凹面和对应于所述凹面的一个凸面，其中每个所述发光元件7121分别相互间隔地布置在所述发光板712的所述凹面。所述发光板712的所述凹面朝向所述标定板711的所述凸面，所述光源模块10或者所述感光控制模块20朝向所述标定板711的所述凹面，如图19和图20示出的那样，通过这样的方式，所述广角TOF模组的所述光源模块10发射的光束可以在相同的时间到达所述标定板711，和被所述标定板711反射的光束可以在相同的时间到达所述感光控制模块20。

值得注意的是，在一些实施例中，在所述广角TOF模组的标定过程中，所述标定板711的曲面中心与所述感光控制模块20的接收中心位于同一轴线方向上，此时，所述标定板711以所述曲面中心为中心对称设计。换言之，从所述标定板711向着所述感光控制模块20发射的所述接收光束全部抵达所述感光控制模块20。

另外，所述光源模块10从所述发光中心向四周均匀地发射所述发射光束，所述发射光束可等距地抵达所述标定板711。另外，在一些实施例中，所述标定板711的曲面弧度角不小于所述光源模块10的所述光源视场角101，以确保所述发射光束可全部或部分抵达所述标定板711被标定。

同理，在所述感光控制模块20的标定过程中，所述感光控制模块20的接收中心被设置于所述标定板711的曲面中心，此时，由于光路的可逆性，从所述标定板711向着所述感光控制模块20发射的接收光束可等距地抵达所述感光控制模块20被接收。另外，在一些实施例中，所述标定板711的曲面弧度角不小于所述感光控制模块20的所述感光视场角201，以确保所述接收光束可全部抵达所述感光控制模块20。

值得注意的是，此时所述发光板712也可对应地实施为曲面结构或凹陷腔室结构，以对应于所述标定板711，当然所述发光板712也可被实施为平面结构，只要所述发光板712可发光显示于所述标定板711即可。在此，如果所述发光板712被实施为所述标定板711的背面时，所述发光板712被实施为曲面结构并且与所述标定板711相同的弧面，本发明在这方面不受限制。

值得注意的是，所述发光板712上设置一系列所述发光元件7121，所述发光元件7121的位置和类型可根据实际需要被重新设计。由于当所述标定板711被实施为曲面标板，并被应用于所述广角TOF模组的标定时，所述标定算法被重新设定，故所述发光元件7121的阵列排布被重新设定以适应于新标定算法。所述发光元件7121的位置改变影响所述标定板711上的发光点的位置，以此方式，适应所述广角TOF模组的标定算法。

如图21所示，所述第二标定盒72包括一光纤整合器721，至少二十根光纤722以及一光路标定板723，其中所述光纤722的长度不一从而模拟不同距离的光学测试。值得一提的是，通过不同长度的光纤的设置以模拟不同距离下的光学测试，以此方式大大地节省了标定设备的体积。其中，所述光源模块10置于所述光纤整合器721的一侧，所述光源模块10发出的预定波长的激光进入所述光纤整合器721，所述光纤整合器721接收所述激光后传送给不同长度的所述光纤722，所述光纤722一端联通于所述光纤整合器721，另一端连通于所述光路标定板723，经过所述光纤722的光路映射在所述光路标定板723上，从而得到不同光路距离下的光点情况。

在本发明的实施例中，所述第二标定盒72被适用于标定所述光源模块10，以测试不同光路距离下的光点情况。然而由于所述光源模块10的所述光源视场角101较传统的所述光源视场角101P更大，所述光路标定板723以适应所述光源模块10的所述光源视场角101。

所述光源模块10的部分发射光束等距抵达所述光纤整合器721，所述光纤整合器721接收所述发射光束，并且所述发射光束从所述光纤722向着所述光路标定板723发射，此时，抵达所述光路标定板723的所述光点相位根据所述光纤722长度而改变。

值得注意的是，所述光路标定板723被实施为曲面标板或者凹形内腔的结构，以适配所述广角TOF模组的所述光源视场角。此时，在所述广角TOF模组的标定过程中，所述光路标定板723反向凹陷于所述光纤722，即所述光路标定板723向着所述感光控制模块20的位置凸起。值得一提的是，此时，所述光路标定板723的曲面设计与所述光源模块10的所述光源视场角101相关。并且在一些实施例中，所述光路标定板723的曲面中心与所述感光控制模块20的中心位于同一轴线。

图22展示了所述光源模块10的不同光路距离标定的传统标定设备，其中所述光路标定板723P在光源模块10的光路方向移动，以模拟不同的光路距离。然而这样的传统标定设备占地面积大，且操作不方便也存在标定准确度低下的问题。

具体而言，当所述光源模块适用传统的标定设备标定时，为了标定所述光源模块的发射光束在不同距离下的误差，所述光路标定板723P在一标定区域内相对于所述光源模块10前后移动，以模拟不同距离。比如当所述光路标定板723P被适用于标定10M对应光点的误差时，所述光路标定板723P被移动至与所述光源模块距离10M的位置，在这种方式下，所述标定设备的体积大幅度增大，即所述标定区域需要被实施为足够长才可以满足所述光源模块的标定。

并且，一旦所述标定板723P的位置偏移就会影响所述光源模块的标定，这对所述光源模块的标定过程提出了很高的操作精度，也影响了所述光源模块的标定准确度。本发明提供的所述第二标定盒72巧妙地解决以上标定设备存在的问题，以此方式大大地减小了所述标定设备的体积尺寸，并节省了所述广角TOF模组的标定场地。

在本发明的实施例中，所述广角TOF模组在组装完毕后通过所述标定设备70标定，所述标定设备70标定所述广角TOF模组的所述光源模块10以及所述感光控制模块20，使得所述广角TOF模组有良好的光学表现。换言之，被标定后的所述广角TOF模组所得到的TOF图像(或深度图像)具有较高的测量精度和/或良好的分辨率，从而更好地应用于实际生活中以满足不同需要的光学需要。

具体而言，所述广角TOF模组的标定方法包括以下步骤：

100：标定所述感光控制模块20，得到至少一感光控制模块参数；和

200：标定所述光源模块10，得到至少一光源模块参数。

其中，所述感光控制模块参数包括所述感光控制模块20的芯片灵敏度参数，透镜畸变参数等，并且所述感光控制模块20的所述感光控制模块参数通过所述第一标定盒71被标定，具体而言，所述标定感光控制模块20的步骤100进一步包括以下步骤：

101：标定所述感光控制模块20的芯片灵敏度，得到至少一芯片灵敏度参数；和

102：标定所述感光控制模块20的透镜畸变，得到至少一透镜畸变参数。

具体而言，由于每一感光芯片对于光照的敏感度不同，所述使得装配有所述感光芯片的所述感光控制模块20对于光照的敏感度不同，然而由于所述感光控制模块20通过对光路相位差的判断来测取被测物的深度信息，故倘若所述感光芯片灵敏度不佳将极大地影响所述广角TOF模组的测试精度。

在所述感光控制模块20的芯片灵敏度的标定过程中，所述发光板712的亮度从弱变强，不同光亮度的所述发光元件7121显示于所述发光板711，从而使得所述感光控制模块20可收取到不同强度的光照，所述发光板712的亮度不同程度地变化，从而可标定到所述感光控制模块20中所述感光芯片对光照的敏感度，而得到一芯片灵敏度参数。换言之，通过所述第一标定盒71中所述发光板712亮度的变化，可得到所述感光控制模块20中所述感光芯片对多大强度的光照开始反应，也可得到所述感光控制模块20中所述感光芯片对多大强度的光照开始反应不稳，通过所述控制模块232标定得到所述感光控制模块20的所述芯片灵敏度。

在所述感光控制模块20的标定过程中，不仅仅所述感光芯片会对所述广角TOF模组的测试精度造成影响，所述感光控制模块20中的所述镜头23也会对所述广角TOF模组的测试精度造成影响。具体而言，由于所述镜头23的特定结构，故所述镜头23在对光路的接收中会造成边缘畸变偏差，所述第一标定盒71被适用于标定所述感光控制模块20的透镜畸变，得到所述透镜畸变参数。

在所述感光控制模块20的标定过程中，当所述发光板712发光显示在所述标定板711上时，所述标定板711上对应于所述发光元件7121的位置发出光亮。此时，倘若所述镜头23不存在畸变的话，所述感光控制模块20应该得到与所述标定板71上发光位置相同的照片，然而所述感光控制模块20得到的镜头标定图像81如图所示。所述镜头标定图像81的边缘与所述发光板712的边缘存在边缘偏差，该边缘偏差由所述镜头23的透镜畸变造成。通过所述镜头标定图像81与所述发光板712存在的边缘偏差得到所述镜头23的透镜畸变参数，此处所述透镜畸变参数进一步包括所述畸变曲线和畸变函数，所述透镜畸变参数被刻录在所述广角TOF模组以校正所述透镜畸变。另外，所述透镜畸变的标定步骤中，所述标定设备70同时标定所述镜头23的投影误差，焦距以及光轴偏差。

换言之，所述透镜畸变步骤进一步包括以下步骤：

根据所述透镜畸变参数，计算得到一透镜畸变函数。

由于所述广角TOF模组中，所述感光控制模块20通过判断光路的相位差来判断被测物的深度信息，由此，所述光源模块10的发光性能对所述广角TOF模组的测试精度也有极大的影响。

另外，所述第一标定盒711也被适用于标定所述光源模块10的所述光源模块参数，所述光源模块参数包括所述光源模块的光斑均匀性，温度效应等，值得一提的是，所述第一标定盒71被适用于标定所述广角TOF模组在固定距离下的不同像素之间测量噪点，所述标定参数包括所述芯片灵敏度参数，透镜畸变参数，光斑均匀性以及温度效应等等，换言之，所述第一标定盒71被适用于标定所述广角TOF模组的光在固定相差位置的误差。

值得一提的是，所述标定所述光源模块10的步骤200进一步包括以下步骤：

201：标定所述光源模块10的至少一光电信号质量参数

202：标定所述光源模块10的至少一光斑均匀性参数

其中所述标定光电信号质量参数201进一步包括以下步骤：

2011：标定所述光源模块10的暗态信号补偿参数

2012：标定所述光源模块10的固定位置光电信号质量参数；以及

2013：标定所述光源模块10的变化相位光电信号质量参数。

具体而言，所述标定暗态信号补偿参数以及所述标定所述固定位置积分时间质量的步骤通过所述第一标定盒71完成。此时，所述发光板712置于所述标定板711背面，所述光源模块10置于所述标定板711的正面并与所述标定板711隔有一定距离，换言之，所述标定板711位于所述光源模块10与所述发光板712之间，所述光源模块10的发光光源显示在所述标定板711上。此时，所述发光板712不发光，仅仅通过所述光源模块10的发光显示于所述标定板711。

由于杂光或者其他因素的影响，即使在所述光源模块10且所述发光板712都不发光的情况下，所述标定板711上依旧会收集到暗态情况下的具备一定亮度的感光图像，所述暗态信号补偿参数的标定解决杂光等因素对广角TOF模组的工作造成的影响。换言之，在理论情况下，当所述光源模块10以及所述发光板712均不发光时，收集到所述标定板712的图像应该是全黑图像，然而实际情况下由于所述暗态电信号噪声的存在，所述标定板712上依旧可以得到一定亮度的图像。在本发明的一实施例中，通过在所述光源模块10且所述发光模块712都不发光的情况下，测试所述标定板711，即可标定所述光源模块10的暗态信号补偿参数。

另外，所述光源模块10可能会存在电信号不稳定的情况，其主要原因是所述光源模块10的被动电元件不稳定，从而使得所述光源模块10发出的光源也可能存在不稳定的情况，通过标定所述光源模块10的固定位置光电信号质量参数来解决上述问题。

在本发明的一实施例中，所述光源模块10在距离所述标定板711固定的距离位置发光并映射在所述标定板711上，理论而言，此时所述标定板711上应该得到均匀分布的光点，即所述标定板711预设得到均匀光斑。然而在实际中所述标定板711上并不是所有的光斑都均匀，从而判定所述光源模块10光电信号不稳定，并得到所述固定位置光电信号质量参数。

换言之，所述步骤2011进一步包括以下步骤：

20111：在所述发光板712以及所述光源模块10都不发光的情况下，测取所述标定板711的初始图像；以及

20112：根据所述标定板711的初始图像得到所述暗态信号补偿参数。

所述步骤2012进一步包括以下步骤：

20121：所述光源模块10在距离所述标定板711固定位置处发光，此时所述发光板712不发光，测取所述标定板711的固定位置图像；以及

20122：根据所述标定板711的固定位置图像得到所述固定位置光电信号质量参数。

另外，所述光照残缺点以及所述变化相位光电信号质量参数通过所述第二标定盒72的标定完成。由于所述广角TOF模组主要是通过判断光路的相位差来判断被测物的深度信息，故所述光源模块10发出的激光的变化相位的光电信号质量对于所述广角TOF模组而言至关重要。所述第二标定盒72被适用于标定所述光源模块10的变化相位光电信号质量。

具体而言，由于所述光纤722被设置为不同长度，从而所述光路标定板723上可得到不同光路距离下的光点信息，即，所述光路标定板723上可得到不同光路相位下的光点信息。具体而言，以所述光路标定板723上显示等比增长光路相位的光点为例，比如所述光路标定板723上显示A、B、C三个光点，其中所述A光点，B光点以及C光点分别对应于所述1M光纤，1.5M光纤，2M光纤，按照理论而言，所述A光点，B光点以及C光点应该有与调制波形相位相关的光照亮度。但此时测试中对比三个光点之间的光照亮度，却存在不确定的变化相位差，以此方式所述标定方法得到所述广角TOF模组的变化相位光电变化参数，从而标定不同距离光路下的偏差。换言之，可根据所述变化相位光电变化参数得到不同光路距离下需要补偿不同光照的信息。

具体而言，所述标定光纤残缺参数的过程包括以下步骤：获取不同长度光纤下得到的光点，得到至少一光纤残缺点；以及分析所述光纤残缺点，得到所述光纤残缺参数，以用于后续设备维护和软件测试标准制定。

所述步骤2013进一步包括以下步骤：

20131：获取不同长度光纤下得到的光点；以及

20132：分析不同光路相位下的光点信息，得到所述变化相位光电信号质量参数。

为了避免所述光纤722本身的缺陷对所述光源模块10标定造成的影响，所述光源模块10需进行光照残缺点标定。具体而言，由于落到所述光路标定板723上的光斑均来自于所述光纤整合器721，故一定所述光纤整合器721自身发生残缺则会很大程度地影响所述光源模块10的后续标定。在所述光照残缺点的标定过程中，通过判断所述光照标定板723上光照残缺的点来判断哪一条所述光纤722存在残缺。换言之，理论情况下，所述光照标定板723上应该分布相同光照强度的光点，一旦检测到某一光点发生残缺即可判定运输该光点的所述光纤722发生残缺，得到所述光纤残缺信息，用于后续设备维护和软件测试标准制定。

另外，所述光源模组10的光斑均匀性指的是所述光源模块10发出的激光光源的均匀度，所述光斑均匀性的标定通过所述第一标定盒71完成。所述光源模块10发光在所述标定板711上，通过分析所述标定板711上的光斑得到一光斑均匀图，从而标定得到所述光斑均匀参数。

除此之外，在所述广角TOF模组的标定过程中还需要标定所述广角TOF模组的视场匹配度，即，所述广角TOF模组的标定方法中进一步包括以下步骤：

300：标定所述广角TOF模组的至少一视场匹配参数。

具体而言，所述广角TOF模组中所述光源模块10与所述感光控制模块20间隔设置，所述光源模块10发出的光源并不能百分百地被所述感光控制模块20接收，在理论光学设计中，所述光源模块10与所述感光控制模块20的视场要求完全匹配。然而实际操作中可能会由于所述光源模块10与所述感光控制模块20存在的组装误差，或者所述光源模块10与所述感光控制模块20的光轴位置偏移，而导致所述光源模块10与所述感光控制模块20的视场匹配度不符合标准。

在本发明的一实施例中，所述光源模块10发光在所述标定板711上，所述感光控制模块20接收感应所述光源模块10发出的光照区域，分析判断所述感光控制模块20接收到的所述光照区域与所述光源模块10的发光区域的匹配度，而标定得到所述广角TOF模组的视场匹配参数。

值得注意的是，在本发明的实施例中，所述标定视场匹配参数的步骤可在所述标定所述感光控制模块20之前。凭此，一旦标定过程中所述视场匹配度不可校正，则无需进行后续广角TOF模组的标定。

另外，所述广角TOF模组的标定方法进一步包括以下步骤：

400：标定所述广角TOF模组的至少一温漂参数。

由于所述光源模块10向外发射预定波长的波长，进而导致所述光源模块10在发光过程中可能会导致温度变化。一般而言，所述光源模块10的温度越高，所述光源模块10发出的激光光源的功率就越低，从而影响所述广角TOF模组的测试精度。比如，所述激光光源的功率低到一定程度时就有可能导致所述感光控制模块20无法接受到光线，而极大地影响所述感光控制模块20的测试精度。由此可知，所述光源模块10的温度会影响所述广角TOF模组的测试精度。

在所述广角TOF模组的温漂参数的标定过程中，可通过测试不同温度下所述光源模块10的激光强度，而得到一关于激光强度与温度的标准曲线，再测取所述广角TOF模组的工作温度，而标定得到所述广角TOF模组的温漂参数。

换言之，所述步骤400进一步包括以下步骤：

401：测试不同温度下所述光源模块10的激光强度，得到一温度强度标准曲线；

402：测得所述光源模块10的工作温度，根据所述温度强度标准曲线，标定得到所述广角TOF模组的温漂参数。

熟悉该项技术的人应该明白，在所述广角TOF模组的标定过程中，标定步骤并无严格的先后顺序，甚至多个标定步骤在所述标定设备70中同时完成，以此方式大大地提高所述广角TOF模组的标定效率。另外所述广角TOF模组的标定参数可被刻录在所述广角TOF模组中，从而使得所述广角TOF模组所得到的TOF图像(或深度图像)具有较高的测量精度和/或良好的分辨率。

另外，本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (22)

1.一标定设备，用于标定一广角TOF模组的一光源模块和一感光控制模块，其特征在于，包括：

至少一第一标定盒，其中所述第一标定盒包括至少一弧形的标定板和至少一发光板，其中所述发光板被设置于所述标定板的凸面，所述光源模块和所述感光控制模块被保持在所述标定板的凹面，以藉由所述第一标定盒标定所述光源模块和所述感光控制模块。

2.根据权利要求1所述的标定设备，其中所述发光板为弧形的发光板，其中所述发光板的凹面朝向所述标定板的凸面。

3.根据权利要求2所述的标定设备，其中所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心位于同一轴线，并且所述光源模块的中心轴线能够同时穿过所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心，或者所述感光控制模块的中心轴线能够同时穿过所述发光板的曲面中心和所述标定板的曲面中心。

4.根据权利要求1所述的标定设备，其中所述标定板具有一曲面角，所述标定板的所述曲面角大于或者等于所述光源模块的光源视场角。

5.根据权利要求1所述的标定设备，其中所述标定板具有一曲面角，所述标定板的所述曲面角大于或者等于所述感光控制那模块的接收视场角。

6.根据权利要求1所述的标定设备，其中所述发光板的发光面积大于或者等于所述标定板的面积。

7.根据权利要求1至6中任一所述的标定设备，进一步包括至少一第二标定盒，其中所述第二标定盒包括至少一光纤整合器、一光路标定板以及被连接于所述光纤整合器和所述光路标定板的至少二十根光纤，其中每个所述光纤分别具有不同的长度以用于模拟不同距离的光路，其中所述光源模块以被保持在所述光纤整合器的侧部的方式被所述第二标定盒标定。

8.根据权利要求7所述的标定设备，其中所述光路标定板是一个曲面标定板，其中所述光路标定板的凹面朝向所述光纤整合器。

9.根据权利要求8所述的标定设备，其中所述光路标定板具有一曲面角，所述光路标定板的所述曲面角大于或者等于所述光源模块的所述光源视场角。

10.标定一广角TOF模组的方法，其特征在于，所述标定方法包括如下步骤：

(a)在一弧形的标定板的凸面发光；

(b)所述广角TOF模组的一光源模块在弧形的所述标定板的凹面发射光束；以及

(c)所述广角TOF模组的一感光控制模块在弧形的所述标定板的凹面接收被所述标定板反射的光束，以对所述光源模块和所述感光控制模块进行标定。

11.根据权利要求10所述的标定方法，其中在所述步骤(a)中，以一弧形的发光板的凹面朝向所述标定板的凸面的方式藉由所述发光板在所述标定板的凸面发光。

12.一广角TOF模组的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：

S1：标定所述广角TOF模组的一感光控制模块，得到至少一感光控制模块参数；以及

S2：标定所述广角TOF模组的一光源模块，得到至少一光源模块参数。

13.根据权利要求12所述的标定方法，其中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11：标定所述感光控制模块的芯片灵敏度，得到至少一芯片灵敏度参数；以及

S12：标定所述感光控制模块的透镜畸变，得到至少一透镜畸变参数。

14.根据权利要求12或13任一所述的标定方法，其中，所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S21：标定所述光源模块的至少一光电信号质量参数；以及

S22：标定所述光源模块的至少一光斑均匀性参数。

15.根据权利要求13所述的标定方法，其中，所述标定方法进一步包括以下步骤：

S3：标定所述广角TOF模组的至少一视场匹配参数。

16.根据权利要求14所述的标定方法，其中，所述标定方法进一步包括以下步骤：

S4：标定所述广角TOF模组的至少一温漂参数。

17.根据权利要求14所述的标定方法，其中，所述步骤S21进一步包括以下步骤：

S211：通过一第一标定盒标定所述光源模块的至少一暗态信号补偿参数；

S212：通过所述第一标定盒标定所述光源模块的至少一固定位置光电信号质量质量参数；以及

S213：通过一第二标定盒标定所述光源模块在不同相位值情况下的变化相位光电信号质量参数。

18.根据权利要求17所述的标定方法，其中，所述步骤S211包括以下步骤：

S2111：在一发光板以及所述光源模块都不发光的情况下，获取一标定板的初始图像，其中所述第一标定盒包括所述发光板以及一标定板；以及

S2112：根据所述标定板得到所述初始图像，标定所述暗态信号补偿参数。

19.根据权利要求18所述的标定方法，其中，所述步骤S212进一步包括以下步骤：

S2121：在所述光源模块距离一标定板固定位置处发光，并且所述发光板不发光的情况下，获取所述标定板的固定位置图像，其中所述第一标定盒包括所述发光板以及所述标定板；以及

S2122：根据所述固定位置图像，标定所述固定位置光电信号质量参数。

20.根据权利要求19所述的标定方法，其中，所述步骤S213进一步包括以下步骤：

S2131：获取不同长度光纤映射在一光路标定板上得到的至少一光点，其中不同长度光纤对应的光点对应不同的光学相位；以及

S2132：分析不同光学相位的所述光点信息，标定所述变化相位光电信号质量参数。

21.根据权利要求14所述的标定方法，其中，所述步骤S3进一步包括以下步骤：

S31：获取所述光源模块的至少一光照区域图；以及

S32：通过所述感光控制模块获取所述光照区域图，得到一感光区域图；

S33：对比所述光照区域图以及所述感光区域图，标定所述广角TOF模组的视场匹配参数。

22.根据权利要求15所述的标定方法，其中，所述步骤S4进一步包括以下步骤：

S41：测量不同温度下的所述光源模块的光照强度，得到一温度强度标准曲线；

S42：测量所述光源模块的工作温度；以及

S43：根据所述温度强度标准曲线，标定所述广角TOF模组的温漂参数。