CN111812663A - 深度测量模组及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种深度测量模组及系统，深度测量模组包括：投影模组，投影模组包括光源单元、第一光学结构、第二光学结构，光源单元包含第一发光模式和第二发光模式，光源单元基于第一发光模式发射的光线通过第一光学结构后向空间中投射第一画面，光源单元基于第二发光模式发射的光线通过第二光学结构后向空间中投射第二画面；接收模组用于基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量，以及，接收模组还用于基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样可以使得深度测量模组可以在不同的距离和清晰度要求下，选择合适的飞行时间测量模式，有效克服深度测量模组在不同应用场景下的适应性问题。

Description

深度测量模组及系统
技术领域
本申请涉及深度测量技术领域，具体而言，涉及一种深度测量模组及系统。
背景技术
飞行时间法是通过从测量光在空间中飞行时间来计算物体的距离。其中主要分为两种方法。一种是间接式的飞行时间测量法(indirect Time of Flight，简称iToF，间接飞行时间)，另一种式直接式的飞行时间测量法(direct Time of Flight，简称dToF，直接飞行时间)。
其中，iToF是先发射经过调制的光信号，对发射的光信号和反射的光信号进行相位延迟测量，再利用延迟的相位对飞行时间进行计算进而得到被测距离。而dToF系统中的高精度时间计数器与光信号发射器同步开始，当检测到从物体上反射回的光信号时，时间计数器停止，由此得到光信号的往返时间，而由于光速是恒定的，因此可得待测距离。
目前，iToF技术和dToF技术因为技术原理和硬件结构的不同，各方面的性能互有优劣：相比dToF，iToF具有分辨率高的优点，但同时功耗偏大，并且测量距离受限于调制波长，通常适用于短距离的应用场景；而dToF的功耗较小，并且测量距离不受调制波长的限制，但由于其接收端芯片分辨率低，对于近距离处物体的细节和纹理的还原度远远不够，通常应用于远距离。
总而言之，iToF技术的图像分辨率较高，但测试距离较短；而dToF技术的测试距离较远，但图像分辨率较低。因此，iToF技术和dToF技术的适用场景不同，且均面临实际应用场景的适应性问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种深度测量模组及系统，以克服iToF技术和dToF技术在应用场景中的适应性问题。
为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：
第一方面，本申请实施例提供一种深度测量模组，包括：投影模组，包括光源单元、第一光学结构、第二光学结构，所述光源单元包含第一发光模式和第二发光模式，所述光源单元基于所述第一发光模式发射的光线通过所述第一光学结构后向空间中投射第一画面，所述光源单元基于所述第二发光模式发射的光线通过所述第二光学结构后向空间中投射第二画面；接收模组，包含第一接收模式和第二接收模式，所述接收模组用于基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量，以及，所述接收模组还用于基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
在本申请实施例中，通过光源单元的两种发射模式(第一发光模式和第二发光模式)和接收模组的两种接收模式(第一接收模式和第二接收模式)：基于第一发光模式发射的光线通过第一光学结构后向空间中投射第一画面，而接收模组可以基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；基于第二发光模式发射的光线通过第二光学结构后向空间中投射第二画面，而接收模组可以基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样的方式，可以将直接飞行时间测量和间接飞行时间测量进行融合，使得深度测量模组可以在不同的距离和清晰度要求下，选择合适的飞行时间测量模式，有效克服深度测量模组在不同应用场景下的适应性问题。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述光源单元包括VCSEL光源，且所述VCSEL光源与外部控制电路连接，所述VCSEL光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设脉宽的第一光信号，其中，所述VCSEL光源发射所述预设脉宽的第一光信号为所述第一发光模式；或者，所述VCSEL光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设调制频率的第二光信号，其中，所述VCSEL光源发射所述预设调制频率的第二光信号为所述第二发光模式。
在该实现方式中，通过外部控制电路控制VCSEL光源的发射模式(预设脉宽的第一光信号，或者，预设调制频率的第二光信号)，可以简单可靠地实现对VCSEL光源的发射模式的切换。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一光学结构包括准直镜和衍射光学元件，所述准直镜，用于对所述第一光信号进行准直；所述衍射光学元件，用于基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案，其中，所述散斑图案为所述第一画面。
在该实现方式中，第一光学结构包括准直镜(对第一光信号进行准直)和衍射光学元件(基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案)，这样可以保证直接飞行时间测量法的可靠性。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第二光学结构包括光学扩散片，所述光学扩散片，用于对所述第二光信号进行匀光处理，以基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案，所述光学图案为所述第二画面。
在该实现方式中，第二光学结构包括光学扩散片(对第二光信号进行匀光处理)，以向空间中投射光学图案，这样可以保证间接飞行时间测量法的可靠性。
结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述光源单元包括设置在同一基板上的第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源分别与外部控制电路连接，所述第一光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设脉宽的第一光信号，其中，所述第一光源发射所述预设脉宽的第一光信号为所述第一发光模式；所述第二光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设调制频率的第二光信号，其中，所述第二光源发射所述预设调制频率的第二光信号为所述第二发光模式。
在该实现方式中，光源单元包括设置在同一基板上的第一光源和第二光源，第一光源用于发射预设脉宽的第一光信号(第一发光模式)，第二光源用于发射预设调制频率的第二光信号(第二发光模式)。这样的方式，可以无需设计额外的光学结构件以控制光源(第一光源或第二光源)的光路至其对应的光学结构(第一光学结构或第二光学结构)，可以节省开发成本，且结构简单，可靠性高。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一光学结构包括第一准直镜和衍射光学元件，所述第二光学结构包括光学扩散片，所述第一准直镜设置在所述第一光源的光路上，用于对所述第一光源发射的所述第一光信号进行准直，所述衍射光学元件设置在所述第一准直镜的前侧，用于基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案，其中，所述前侧为所述准直镜远离所述第一光源的一侧，所述散斑图案为所述第一画面；所述光学扩散片设置在所述第二光源的光路上，用于对所述第二光信号进行匀光处理，以基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案，所述光学图案为所述第二画面。
在该实现方式中，第一光学结构包括第一准直镜和衍射光学元件，所述第二光学结构包括光学扩散片，可以使得第一光源和第二光源在各自的发光模式下，有其各自对应的光学结构，实现对应的投射模式，从而可靠地实现各自对应的飞行时间测量模式。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第二光学结构还包括第二准直镜，所述第二准直镜设置于所述第二光源的光路上，且位于所述第二光源与所述光学扩散片之间，用于对所述第二光源发射的第二光信号进行收光，以使所述光学扩散片对收光后的第二光信号进行匀光处理，其中，所述收光表示减小光线的发散角。
在该实现方式中，第二光学结构还包括第二准直镜，第二准直镜可以对第二光源发射的光线进行准直，从而尽可能避免第一光源和第二光源之间的串光，保证直接飞行时间测量和间接飞行时间测量的可靠性。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述第一准直镜与所述第二准直镜一体化设计，所述衍射光学元件与所述光学扩散片一体化设计。
在该实现方式中，第一准直镜与第二准直镜一体化设计，衍射光学元件与光学扩散片一体化设计，这样可以尽可能减少元件的使用，一方面可以降低模组装配的复杂度，另一方面有利于节约成本。
结合第一方面，或者结合第一方面的第一种至第七种中任一可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述接收模组包括图像传感器，所述图像传感器与外部控制电路连接，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第一画面以实现对目标物的直接飞行时间测量，或者，接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
在该实现方式中，图像传感器与外部控制电路连接，可以实现接收模式的切换，例如接收第一画面以实现对目标物的直接飞行时间测量，或者接收第二画面以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样的方式可以有效简化接收模组的复杂度，优化接收模组的结构和体量，还有利于控制成本。
结合第一方面，或者结合第一方面的第一种至第七种中任一可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述接收模组包括第一图像传感器和第二图像传感器，所述第一图像传感器和第二图像传感器分别与外部控制电路连接，所述第一图像传感器，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；所述第二图像传感器，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
在该实现方式中，接收模组可以包括第一图像传感器和第二图像传感器，分别用于接收第一画面和第二画面，以分别实现对目标物的直接飞行时间测量和间接飞行时间测量。这样的方式，有利于简化外部控制电路的设计复杂度，提升两种测量模式的独立性和可靠性。
第二方面，本申请实施例提供一种深度测量系统，包括距离传感器，控制器，以及，第一方面或第一方面可能的实现方式中任一项所述的深度测量模组，所述距离传感器、所述投影模组和所述接收模组分别与所述控制器连接，所述距离传感器检测目标物的距离，并将所述距离发送给所述控制器；所述控制器，用于在所述距离大于第一距离阈值时，控制所述光源单元通过所述第一发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第一画面，并控制所述接收模组基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对所述目标物的直接飞行时间测量；以及，所述控制器，还用于在所述距离小于第二距离阈值时，控制所述光源单元通过所述第二发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第二画面，并控制所述接收模组基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对所述目标物的间接飞行时间测量，其中，所述第一距离阈值大于等于所述第二距离阈值。
在本申请实施例中，通过距离传感器检测目标物的距离，控制器则基于检测的距离所处的距离阈值范围，控制深度测量模组的飞行时间测量模式，从而可以实现对不同应用场景(主要是距离不同)的适应性测量，有效克服直接飞行时间测量模式和间接飞行时间测量模式在应用场景中的适应性问题。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，在所述距离处于所述第一距离阈值与所述第二距离阈值之间时，所述控制器还用于：获取当前的拍摄模式，其中，所述拍摄模式包括清晰度优先模式和轮廓优先模式；在所述拍摄模式为所述轮廓优先模式时，控制所述光源单元通过所述第一发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第一画面，并控制所述接收模组基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对所述目标物的直接飞行时间测量；在所述拍摄模式为所述清晰度优先模式时，控制所述光源单元通过所述第二发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第二画面，并控制所述接收模组基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对所述目标物的间接飞行时间测量。
在该实现方式中，在距离处于第一距离阈值与第二距离阈值之间时，说明直接飞行时间测量和间接飞行时间测量在该距离上都可以有效检测目标物的距离，此种情况下，还可以考虑拍摄模式(轮廓优先模式和清晰度优先模式)的因素，在轮廓优先模式(例如姿态识别)中，不需要太高的清晰度，可以采用直接飞行时间测量方法测量目标物的距离，可以节省资源；在清晰度优先模式(例如人脸识别)中，可以使拍摄图像具有更高的清晰度。这样可以提升深度测量方法的灵活性，满足不同的需求。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种深度测量模组的示意图。
图2为本申请实施例提供的一种投影模组的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的另一种投影模组的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的第一光学结构和第二光学结构之间添加有挡板的示意图。
图5为本申请实施例提供的衍射光学元件与光学扩散片一体化设计的示意图。
图6为本申请实施例提供的一种接收模组的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的另一种接收模组的结构示意图。
图8为本申请实施例提供的一种深度测量系统的结构示意图。
图标：10-深度测量系统；100-深度测量模组；110-投影模组；111-光源单元；1111-第一光源；1112-第二光源；112-第一光学结构；1121-第一准直镜；1122-衍射光学元件；113-第二光学结构；1131-第二准直镜；1132-光学扩散片；120-接收模组；121-图像传感器；1211-第一图像传感器；1212-第二图像传感器；122-透镜组；200-控制器；300-距离传感器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在介绍本申请实施例提供的深度测量模组前，为了便于对本方案的理解，此处先对直接飞行时间测量法(简称dToF，后文以dToF指代)和间接飞行时间测量法(简称iToF，后文以iToF指代)。
dToF的测量原理是：采用高精度时间计数器与光信号发射器同步，当检测到从物体上反射回的光信号时，时间计数器停止，得到光信号的往返时间，由于光速是恒定的，由此可得待测距离。
而dToF的产品结构通常包含安装在同一基板的投影模块和接收模块，投影模块的光源可以选用VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直共振腔面射型激光)光源，准直透镜则可以将VCSEL光源的光束进行准直，以平行光的形式入射到衍射光学元件1122中(Diffraction Optical Element，简称DOE)，并向空间中投射规则的散斑图案。接收模块通常由单光子雪崩二极管组成(Single photon avalanche diode，简称SPAD)，分辨率约为3万像素。在深度测量时，VCSEL光源可以发射高能量、短脉宽的光信号(通常为1纳秒)，经过准直透镜准直后进入到DOE进行光的分束和衍射，并向空间中投射特定排列的衍射光学图案；接收模块可以接收空间中物体反射的光信号，通过高精度时间计数器记录光在空间中飞行的时间，实现深度的测量。其深度计算公式如下：
Figure BDA0002647302120000091
其中，d为物体的深度，t0为投影模块发射光信号的起始时间，t1为接收模块接收到反射的光信号的时间，c表示光速。
而iToF测量原理则为：先发射经过调制的光信号，对发射的光信号和反射的光信号进行相位延迟测量，再利用延迟的相位对飞行时间进行计算进而得到被测距离。
iToF的产品结构通常包含安装在同一基板上的投影模块和接收模块，投影模块可以包含光源(例如VCSEL，或者其他类型的激光光源)和光学扩散片1132(即Diffuser)。接收模块所使用的芯片(即图像传感器121)通常为CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)芯片，分辨率约为30万像素。在进行深度测量时，光源可以发射特定调制频率的光信号(通常为10-100MHz)，经过Diffuser的匀光处理后，向空间中投射特定调制频率的光学图案；接收模块则可以接收空间中物体反射的光信号，通过比对发射光信号和反射光信号的相位延迟实现深度的测量。其深度计算公式如下：
Figure BDA0002647302120000092
其中，d为待测物体的深度，fm为光信号的调制频率，
Figure BDA0002647302120000093
为发射信号和接收信号的相位差，c为光速。
以上为本实施例中对直接飞行时间测量和间接飞行时间测量的介绍，以下，将对本申请实施例提供的深度测量模组100进行详细的介绍。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种深度测量模组100的结构示意图。
在本实施例中，深度测量模组100可以包括：投影模组110和接收模组120，其中，投影模组110可以包括光源单元111、第一光学结构112和第二光学结构113。光源单元111可以包含第一发光模式和第二发光模式，接收模组120可以包含第一接收模式和第二接收模式。在第一发光模式下，光源单元111发射的光线可以通过第一光学结构112后向空间中投射第一画面(可以理解为光信号)，而接收模组120则可以通过第一接收模式接收经空间中的目标物反射的第一画面，并通过预设的直接飞行时间测量的测量方式，实现对空间中目标物的直接飞行时间测量。而在第二发光模式下，光源单元111发射的光线可以通过第二光学结构113后向空间中投射第二画面(同样可以理解为光信号)，而接收模组120则可以通过第二接收模式接收经空间中的目标物反射的第二画面，并通过预设的间接飞行时间测量的测量方式，实现对空间中目标物的间接飞行时间测量。
通过光源单元111的两种发射模式(第一发光模式和第二发光模式)和接收模组120的两种接收模式(第一接收模式和第二接收模式)：基于第一发光模式发射的光线通过第一光学结构112后向空间中投射第一画面，而接收模组120可以基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；基于第二发光模式发射的光线通过第二光学结构113后向空间中投射第二画面，而接收模组120可以基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样的方式，可以将直接飞行时间测量和间接飞行时间测量进行融合，使得深度测量模组100可以在不同的距离和清晰度要求下，选择合适的飞行时间测量模式，有效克服深度测量模组100在不同应用场景下的适应性问题。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种投影模组110的结构示意图。
示例性的，光源单元111可以包括VCSEL光源，且VCSEL光源与外部控制电路连接(外部控制电路可以控制VCSEL光源的发光模式)。VCSEL光源可以在外部控制电路的控制下，发射预设脉宽(例如1纳秒)的第一光信号，此处，VCSEL光源发射预设脉宽的第一光信号即为光源单元111的第一发光模式。当然，VCSEL光源也可以在外部控制电路的控制下，发射预设调制频率(例如100MHz、30MHz等)的第二光信号，其中，此处，VCSEL光源发射预设调制频率的第二光信号即为光源单元111的第二发光模式。
通过外部控制电路控制VCSEL光源的发射模式(预设脉宽的第一光信号，或者，预设调制频率的第二光信号)，可以简单可靠地实现对VCSEL光源的发射模式的切换。
当然，上述通过VCSEL光源切换发光模式实现直接飞行时间测量模式或间接飞行时间测量模式，只是多种实现方案中的一种，本实施例中还可以提供一些其他的方案，实现对光源单元111的发射模式的切换，以实现直接飞行时间测量模式和间接飞行时间测量模式的切换。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的另一种投影模组110的结构示意图。
在本实施例中，光源单元111可以包括第一光源1111和第二光源1112，第一光源1111和第二光源1112可以设置在同一基板上，且分别与外部控制电路连接。第一光源1111可以在外部控制电路的控制下，发射预设脉宽的第一光信号，实现光源单元111的第一发光模式，第一光信号经第一光学结构112向空间中投射第一画面，由接收模组120利用第一接收模式接收经空间中目标物反射的光线(光信号)，实现对目标物的直接飞行时间测量。而第二光源1112可以在外部控制电路的控制下，发射预设调制频率的第二光信号，实现光源单元111的第二发光模式，第二光信号经第二光学结构113向空间中投射第二画面，由接收模组120利用第二接收模式接收经空间中目标物反射的光线(光信号)，实现对目标物的间接飞行时间测量。
通过这样的方式，可以无需设计额外的光学结构件以控制光源(第一光源1111或第二光源1112)的光路至其对应的光学结构(第一光学结构112或第二光学结构113)，可以节省开发成本，且结构简单，可靠性高。
示例性的，第一光源1111和第二光源1112可以采用同类型的光源，例如第一光源1111和第二光源1112可以均为VCSEL光源；也可以采用不同类型的光源，以实际需要为准，此处不作限定。
需要说明的是，上述的“无需设计额外的光学结构件”，由于第一光学结构112和第二光学结构113所在的光路可能不同，若需要利用同一光源的两种发光模式分别实现直接飞行时间测量和间接飞行时间测量，那么，光源单元111在第一发光模式下的光路与第二发光模式下的光路，则会有所不同。此时就需要设计一些改变光路的结构件(例如，使用反射、折射等方式改变光路)，或者改变光源位置的结构件(例如，光源单元111的位置可调节，在第一发光模式下，光源单元111在第一位置发射第一光信号，以使第一光信号经第一光学结构112后向空间中投射第一画面；而在第二发光模式下，光源单元111在第二位置发射第二光信号，以使第二光信号经第二光学结构113后向空间中投射第一画面)。因此，若使用两个光源(第一光源1111和第二光源1112)分别实现光源单元111的第一发光模式和第二发光模式，则可以无需进行额外的结构设计，一方面可以降低开发难度，节省开发成本，另一方面能够使得投影模组110具有结构简单、可靠性高的优点。
请继续参阅图2，在本实施例中，第一光学结构112可以包括准直镜和衍射光学元件1122。
示例性的，准直镜可以设置在光源单元111(或者第一光源1111)的前方(即光源单元111发射第一光信号的一方)，用于对第一光信号进行准直。而衍射光学元件1122，则可以设置在准直镜的前方(即准直后的第一光信号出射的一方)，以基于准直后的第一光信号，向空间中投射散斑图案(即第一画面)，这样可以保证直接飞行时间测量法的可靠性。
在本实施例中，第二光学结构113可以包括光学扩散片1132。
示例性的，光学扩散片1132可以设置在光源单元111(或者第二光源1112)的前方(可以与第一光学结构112中的衍射光学元件1122位于同一基线，也可以位于不同基线，此处不作限定)，用于对第二光信号进行匀光处理，以基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案(该光学图案即为第二画面)，这样可以保证间接飞行时间测量法的可靠性。
为了防止光源单元111在不同发光模式下的串光(即，在第一发光模式下，光源单元111或第一光源1111发射的第一光信号应当入射到第一光学结构112中，但会存在部分第一光信号入射到第二光学结构113中的可能性)，在本实施例中，可以在第二光学结构113的光学扩散片1132和光源单元111(或者第二光源1112)之间加入准直镜，对光源单元111(或者第二光源1112)发射的第二发光信号进行准直，起到收光(此处的收光是指：表示减小光线的发散角)作用，以使光学扩散片1132对收光后的第二光信号进行匀光处理，从而尽可能避免串光现象的发生。
请再次参阅图3，第一光学结构112可以包括第一准直镜1121和衍射光学元件1122，第二光学结构113可以包括第二准直镜1131和光学扩散片1132。
第一准直镜1121设置可以在第一光源1111的光路上，用于对第一光源1111发射的第一光信号进行准直，而衍射光学元件1122可以设置在第一准直镜1121的前侧(即准直镜远离第一光源1111的一侧)，可以基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案(即第一画面)。第二准直镜1131设置于可以第二光源1112的光路上，且位于第二光源1112与光学扩散片1132之间，用于对第二光源1112发射的第二光信号进行收光(减小光线的发散角)，以使光学扩散片1132对收光后的第二光信号进行匀光处理，从而基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案(即第二画面)。
这样的方式，可以使得第一光源1111和第二光源1112在各自的发光模式下，有其各自对应的光学结构，实现对应的投射模式，从而可靠地实现各自对应的飞行时间测量模式。另外，第二光学结构113的第二准直镜1131可以对第二光源1112发射的光线进行准直，从而尽可能避免第一光源1111和第二光源1112之间的串光，保证直接飞行时间测量和间接飞行时间测量的可靠性。
当然，通过添加准直镜进行收光以防止串光的方式，仅是一种示例性的方式，也可以通过在第一光学结构112和第二光学结构113之间添加挡板，防止串光(如图4所示)，此处不作限定。
请继续参阅图3，在本实施例中，第一光学结构112可以包括第一准直镜1121和衍射光学元件1122，第二光学结构113可以包括第二准直镜1131和光学扩散片1132。为了降低深度测量模组100装配的复杂度，在本实施例中，第一光学结构112的部分结构件和第二光学结构113的部分结构件之间，可以采用一体化设计。
示例性的，第一准直镜1121与第二准直镜1131之间可以采用一体化设计，无论第一准直镜1121和第二准直镜1131的类型是否相同，均可采用一体化设计。此种设计方式，以目前的加工工艺，是可以实现的。在设计加工时还能够考虑到第一准直镜1121与第二准直镜1131的焦距、位置等因素，此处可以以实际设计时的要求为准，不作具体限定。
示例性的，衍射光学元件1122与光学扩散片1132之间也可以采用一体化设计。例如，可以采用刻蚀或者纳米压印的工艺，将衍射光学元件1122和光学扩散片1132设计在同一块玻璃基板上，实现衍射光学元件1122与光学扩散片1132的一体化设计，如图5所示。
通过将第一准直镜1121与第二准直镜1131一体化设计，衍射光学元件1122与光学扩散片1132一体化设计，这样可以尽可能减少元件的使用，一方面可以降低模组装配的复杂度，另一方面有利于节约成本。
需要说明的是，以上对投影模组110的介绍，仅是示例性的。例如，光源单元111，可以通过单光源实现第一发光模式和第二发光模式(具体的实现方式：例如改变光路或者改变光源位置实现)，也可以通过双光源的方式实现第一发光模式和第二发光模式；又如，第一光学结构112和第二光学结构113之间的关系，例如，第一光学结构112可以包括第一准直镜1121和衍射光学元件1122，而第二光学元件可以包括光学扩散片1132，或者第二准直镜1131和光学扩散片1132，以及，第一光学结构112和第二光学结构113之间是否采用一体化设计等。这些都是可以任意组合的，本实施例中仅是介绍了其中的部分方式，并非全部方式，还可以包含其他的组合方式，都应当属于本申请所保护的范围内。
请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种接收模组120的结构示意图。
在本实施例中，接收模组120可以包括图像传感器121。图像传感器121可以与外部控制电路连接，用于在外部控制电路的控制下，接收第一画面(即第一接收模式)以实现对目标物的直接飞行时间测量，或者，接收第二画面(即第二接收模式)，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这种方式是利用单个图像传感器121实现接收模组120的两种接收模式，可以有效简化接收模组120的复杂度，优化接收模组120的结构和体量，还有利于控制成本。
示例性的，图像传感器121可以是电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等组成的阵列像素传感器单元(阵列大小代表相机的分辨率)。
在本实施例中，接收模组120还可以包括透镜组122，透镜组122设置在图像传感器121前方(即空间中的光线在传播到图像传感器121之前)，对图像传感器121将要接收的光线进行处理(例如汇聚光线)，从而提升图像传感器121接收光线的效率。
当然，接收模组120也可以采用其他的方式实现两种接收模式(即第一接收模式和第二接收模式)。例如，请参阅图7，接收模组120可以包括第一图像传感器1211和第二图像传感器1212，第一图像传感器1211和第二图像传感器1212分别与外部控制电路连接。第一图像传感器1211可以在外部控制电路的控制下，接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；而第二图像传感器1212可以在外部控制电路的控制下，接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样的方式，有利于简化外部控制电路的设计复杂度，提升两种测量模式的独立性和可靠性。
需要说明的是，本实施例中的投影模组110的具体结构和接收模组120的具体结构之间，可以任意组合，以实现本方案，此处不作限定。另外，本实施例中所提到的外部控制电路，是将控制整个深度测量模组100的外围电路视为一个统一的概念，而外部控制电路可以是相互关联的电路，也可以是相对独立的电路(例如，控制光源单元111中第一光源1111的电路和控制第二光源1112的电路之间可以相互独立；又如，与图像传感器121连接的信号放大器、时数转换器、模数转换器和滤波器等器件的一种或多种组成的电路，可以与控制光源单元111的电路相互独立等)，可以以实际需要为准，此处不作限定。
请参阅图8，图8为本申请实施例提供的一种深度测量系统10的结构示意图。
在本实施例中，深度测量系统10可以包括距离传感器300，控制器200，以及，本实施例中的深度测量模组100。距离传感器300、投影模组110和接收模组120分别与控制器200连接。
距离传感器300可以检测目标物的距离，并将该距离发送给控制器200。控制器200可以对该距离进行判断：在该距离大于第一距离阈值(例如5米)时，控制光源单元111通过第一发光模式发射光线以向包含目标物的空间中投射第一画面，并控制接收模组120基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量。在该距离小于第二距离阈值(例如3米)时，可以控制光源单元111通过第二发光模式发射光线以向包含目标物的空间中投射第二画面，并控制接收模组120基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。其中，第一距离阈值大于等于第二距离阈值。
通过距离传感器300检测目标物的距离，控制器200则基于检测的距离所处的距离阈值范围，控制深度测量模组100的飞行时间测量模式，从而可以实现对不同应用场景(主要是距离不同)的适应性测量，有效克服直接飞行时间测量模式和间接飞行时间测量模式在应用场景中的适应性问题。
而在该距离处于第一距离阈值与第二距离阈值之间(即处于3至5米之间)时，控制器200还可以获取当前的拍摄模式(包括清晰度优先模式和轮廓优先模式)。在拍摄模式为轮廓优先模式(例如在姿态识别场景中)时，控制器200可以控制光源单元111通过第一发光模式发射光线以向包含目标物的空间中投射第一画面，并控制接收模组120基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量。而在拍摄模式为清晰度优先模式(例如在人脸识别场景中)时，控制器200可以控制光源单元111通过第二发光模式发射光线以向包含目标物的空间中投射第二画面，并控制接收模组120基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
在距离处于第一距离阈值与第二距离阈值之间时，说明直接飞行时间测量和间接飞行时间测量在该距离上都可以有效检测目标物的距离，此种情况下，还可以考虑拍摄模式(轮廓优先模式和清晰度优先模式)的因素，在轮廓优先模式(例如姿态识别)中，不需要太高的清晰度，可以采用直接飞行时间测量方法测量目标物的距离，可以节省资源；在清晰度优先模式(例如人脸识别)中，可以使拍摄图像具有更高的清晰度。这样可以提升深度测量方法的灵活性，满足不同的需求。
综上所述，本申请实施例提供一种深度测量模组及系统，通过光源单元的两种发射模式(第一发光模式和第二发光模式)和接收模组的两种接收模式(第一接收模式和第二接收模式)：基于第一发光模式发射的光线通过第一光学结构后向空间中投射第一画面，而接收模组可以基于第一接收模式接收第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；基于第二发光模式发射的光线通过第二光学结构后向空间中投射第二画面，而接收模组可以基于第二接收模式接收第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。这样的方式，可以将直接飞行时间测量和间接飞行时间测量进行融合，使得深度测量模组可以在不同的距离和清晰度要求下，选择合适的飞行时间测量模式，有效克服深度测量模组在不同应用场景下的适应性问题。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种深度测量模组，其特征在于，包括：
投影模组，包括光源单元、第一光学结构、第二光学结构，所述光源单元包含第一发光模式和第二发光模式，所述光源单元基于所述第一发光模式发射的光线通过所述第一光学结构后向空间中投射第一画面，所述光源单元基于所述第二发光模式发射的光线通过所述第二光学结构后向空间中投射第二画面；
接收模组，包含第一接收模式和第二接收模式，所述接收模组用于基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量，以及，所述接收模组还用于基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
2.根据权利要求1所述的深度测量模组，其特征在于，所述光源单元包括VCSEL光源，且所述VCSEL光源与外部控制电路连接，
所述VCSEL光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设脉宽的第一光信号，其中，所述VCSEL光源发射所述预设脉宽的第一光信号为所述第一发光模式；或者，
所述VCSEL光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设调制频率的第二光信号，其中，所述VCSEL光源发射所述预设调制频率的第二光信号为所述第二发光模式。
3.根据权利要求2所述的深度测量模组，其特征在于，所述第一光学结构包括准直镜和衍射光学元件，
所述准直镜，用于对所述第一光信号进行准直；
所述衍射光学元件，用于基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案，其中，所述散斑图案为所述第一画面。
4.根据权利要求2所述的深度测量模组，其特征在于，所述第二光学结构包括光学扩散片，
所述光学扩散片，用于对所述第二光信号进行匀光处理，以基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案，所述光学图案为所述第二画面。
5.根据权利要求1所述的深度测量模组，其特征在于，所述光源单元包括设置在同一基板上的第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源分别与外部控制电路连接，
所述第一光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设脉宽的第一光信号，其中，所述第一光源发射所述预设脉宽的第一光信号为所述第一发光模式；
所述第二光源用于在所述外部控制电路的控制下，发射预设调制频率的第二光信号，其中，所述第二光源发射所述预设调制频率的第二光信号为所述第二发光模式。
6.根据权利要求5所述的深度测量模组，其特征在于，所述第一光学结构包括第一准直镜和衍射光学元件，所述第二光学结构包括光学扩散片，
所述第一准直镜设置在所述第一光源的光路上，用于对所述第一光源发射的所述第一光信号进行准直，所述衍射光学元件设置在所述第一准直镜的前侧，用于基于准直后的第一光信号向空间中投射散斑图案，其中，所述前侧为所述准直镜远离所述第一光源的一侧，所述散斑图案为所述第一画面；
所述光学扩散片设置在所述第二光源的光路上，用于对所述第二光信号进行匀光处理，以基于匀光处理后的第二光信号向空间中投射光学图案，所述光学图案为所述第二画面。
7.根据权利要求6所述的深度测量模组，其特征在于，所述第二光学结构还包括第二准直镜，
所述第二准直镜设置于所述第二光源的光路上，且位于所述第二光源与所述光学扩散片之间，用于对所述第二光源发射的第二光信号进行收光，以使所述光学扩散片对收光后的第二光信号进行匀光处理，其中，所述收光表示减小光线的发散角。
8.根据权利要求7所述的深度测量模组，其特征在于，所述第一准直镜与所述第二准直镜一体化设计，所述衍射光学元件与所述光学扩散片一体化设计。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的深度测量模组，其特征在于，所述接收模组包括图像传感器，所述图像传感器与外部控制电路连接，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第一画面以实现对目标物的直接飞行时间测量，或者，接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的深度测量模组，其特征在于，所述接收模组包括第一图像传感器和第二图像传感器，所述第一图像传感器和第二图像传感器分别与外部控制电路连接，
所述第一图像传感器，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第一画面，以实现对目标物的直接飞行时间测量；
所述第二图像传感器，用于在所述外部控制电路的控制下，接收所述第二画面，以实现对目标物的间接飞行时间测量。
11.一种深度测量系统，其特征在于，包括距离传感器，控制器和权利要求1至10中任一项所述的深度测量模组，所述距离传感器、所述投影模组和所述接收模组分别与所述控制器连接，
所述距离传感器检测目标物的距离，并将所述距离发送给所述控制器；
所述控制器，用于在所述距离大于第一距离阈值时，控制所述光源单元通过所述第一发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第一画面，并控制所述接收模组基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对所述目标物的直接飞行时间测量；以及，
所述控制器，还用于在所述距离小于第二距离阈值时，控制所述光源单元通过所述第二发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第二画面，并控制所述接收模组基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对所述目标物的间接飞行时间测量，其中，所述第一距离阈值大于等于所述第二距离阈值。
12.根据权利要求11所述的深度测量系统，其特征在于，在所述距离处于所述第一距离阈值与所述第二距离阈值之间时，所述控制器还用于：
获取当前的拍摄模式，其中，所述拍摄模式包括清晰度优先模式和轮廓优先模式；
在所述拍摄模式为所述轮廓优先模式时，控制所述光源单元通过所述第一发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第一画面，并控制所述接收模组基于所述第一接收模式接收所述第一画面，以实现对所述目标物的直接飞行时间测量；
在所述拍摄模式为所述清晰度优先模式时，控制所述光源单元通过所述第二发光模式发射光线以向包含所述目标物的空间中投射第二画面，并控制所述接收模组基于所述第二接收模式接收所述第二画面，以实现对所述目标物的间接飞行时间测量。
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