CN111999900A - 用于tof的光路改变组件以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于TOF的光路改变组件以及电子设备，涉及光学技术领域，该光路改变组件包括：光源，用于发射光束；准直器，设置于光源的出光侧，用于将光束转换为准直光；扩散件，设置于准直器远离光源的一侧，准直光穿过扩散件后形成用于探测的扩散光；其中，准直器包括多个准直芯，多个准直芯贯穿准直器。准直器可以将光源发出的光束转换为平行的准直光，也就使得光源发出的光束平行传导至扩散件上，使得应用光路改变组件的TOF的照射区域亮度集中且均匀；光源发出的光束经过准直器中的多个准直芯照射到扩散件上，多个准直芯可以有效避免光源发出的光束在传播中的损失，进而提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

Description

用于TOF的光路改变组件以及电子设备

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种用于TOF的光路改变组件以及电子设备。

背景技术

随着科学技术的发展，人们会应用到各种电子设备进行测距，飞行时间测距法(Time Of Flight，TOF)也成为本领域人员研究的重点之一。

在相关技术中，TOF直译为飞行时间的意思，所谓飞行时间法3D成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。用于TOF的光路组件一般包括光源以及扩散片等元件组成。

但是在上述相关技术中，为了保证光源的亮度，光源的发散角不能过小，而光源的发散角较大会使得TOF的照射区域的亮度不均匀；且光源直接照射至扩散片会造成光源的损失，进而影响TOF的测距准确度。

发明内容

本申请提供一种用于TOF的光路改变组件以及电子设备，可以解决相关技术中TOF的照射区域的亮度不均匀；且光源直接照射至扩散片会造成光源的损失，进而影响TOF的测距准确度的技术问题。

本申请实施例一方面提供一种用于TOF的光路改变组件，该所述组件包括：光源，用于发射光束；准直器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光束转换为准直光；扩散件，设置于所述准直器远离所述光源的一侧，所述准直光穿过所述扩散件后形成用于探测的扩散光；其中，所述准直器包括多个准直芯，所述多个准直芯贯穿所述准直器，所述多个准直芯靠近所述光源的芯口所在平面朝向所述光源，所述多个准直芯靠近所述扩散件的芯口所在平面朝向所述扩散件。

一方面，由于准直器可以将光源发出的光束转换为平行的准直光，也就使得光源发出的光束平行传导至扩散件上，使得应用光路改变组件的TOF的照射区域亮度集中且均匀；另一方面，所述准直器包括多个准直芯，所述多个准直芯贯穿所述准直器，因此光源发出的光束经过准直器中的多个准直芯照射到扩散件上，多个准直芯可以有效避免光源发出的光束在传播中的损失，进而提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

可选地，所述多个准直芯为实心结构或者空心结构，且所述多个准直芯可弯曲。当所述多个准直芯为实心结构时，所述准直芯包括实心的内芯以及包裹所述内芯的外芯，且所述内芯和所述外芯的折射率不同，以使得所述光束照射到所述内芯与所述外芯的界面时发生全反射。当所述多个准直芯为空心结构时，所述准直芯的内壁闭合且围成空心通道，且所述准直芯的内壁设置有全反射膜，以使得所述光束照射到所述准直芯的内壁时发生全反射。

由于准直芯可弯曲，且光束可以准直芯内部发生全反射而朝向一个方向进行传输，因此光源、准直器以及扩散件的位置可以不在同一直线上，光源发出的光束仍然可以通过准直器中的准直芯转换以及传输至扩散件，提高了光路改变组件的实际应用范围。

可选地，所述光源与所述准直器之间设置有微透镜层；所述微透镜层包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，其中所述第一表面靠近所述光源，所述第二表面靠近所述扩散件；所述第一表面上形成有多个微透镜，所述第二表面为平面。

由于微透镜层的第一表面上形成有多个微透镜且第二表面为平面，照射在第一表面上的光束，可以穿过第一表面中的微透镜并在第二表面上汇聚形成会聚光，会聚光穿过准直器后，可以提高TOF的照射区域亮度集中性，而TOF 较小的发散区域可以有效提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

可选地，每个所述微透镜在所述多个准直芯靠近所述微透镜层的芯口所在平面上的投影至少覆盖一个所述准直芯。所述第一表面上的微透镜在所述扩散件上的投影呈圆形。所述第一表面上微透镜的透镜中心与所述多个准直芯靠近所述微透镜层的芯口所在平面之间的距离不大于所述第一表面上微透镜的焦距。

所述第一表面上的微透镜在所述扩散件上的投影呈圆形，以提高微透镜层的汇聚反射光的效果。且上述微透镜与准直芯的设置可以使更多的光束进入到准直器的准直芯中，进一步提高TOF的照射区域亮度集中性。

可选地，所述组件还包括滤光片，所述滤光片设置于所述准直器与所述扩散件之间，用于对所述准直光进行过滤。从而使得准直光穿过滤光片以及扩散件之后，形成用于探测的扩散光不受其它光线的干扰，提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

本申请实施例另一方面提供一种电子设备，该所述电子设备包括如上述的用于TOF的光路改变组件，可以提高电子设备的测距准确度。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供一种用于TOF的光路改变组件，该组件包括：光源，用于发射光束；准直器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光束转换为准直光；扩散件，设置于所述准直器远离所述光源的一侧，所述准直光穿过所述扩散件后形成用于探测的扩散光；其中，所述准直器包括多个准直芯，所述多个准直芯贯穿所述准直器，所述多个准直芯靠近所述光源的芯口所在平面朝向所述光源，所述多个准直芯靠近所述扩散件的芯口所在平面朝向所述扩散件。一方面，由于准直器可以将光源发出的光束转换为平行的准直光，也就使得光源发出的光束平行传导至扩散件上，使得应用光路改变组件的TOF的照射区域亮度集中且均匀；另一方面，准直器包括多个准直芯，多个准直芯贯穿准直器，因此光源发出的光束经过准直器中的多个准直芯照射到扩散件上，多个准直芯可以有效避免光源发出的光束在传播中的损失，进而提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图；

图2为本申请实施例二提供的一种准直器的一种结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的一种准直器的另一种结构示意图；

图4为本申请实施例三提供的一种准直器的一种结构示意图；

图5为本申请实施例三提供的一种准直器的另一种结构示意图；

图6为本申请实施例四提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图；

图7为本申请实施例五提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图。

具体实施方式

为使得本申请的特征和优点能够更加的明显和易懂，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请实施例一提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图。

如图1所示，用于TOF的光路改变组件100包括：光源110、准直器120 以及扩散件130。

其中，光源110用于发射光束，光源110可以是任何类型的光源110，例如，光源110可以是垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser， VCSEL)，VCSEL是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。

准直器120设置于光源110的出光侧，用于将光束转换为准直光，准直器 120可以是由任何可以传导光、并将光以预设角度输出的装置构成。

准直器120靠近光源110的一端可以紧贴于光源110发出光束的一侧，或者准直器120靠近光源110的一端与光源110间隔设置，由于准直器120可以将接收到的光束转换为准直光，准直光具有平行传导特性，当准直器120的一端接收到光源110发出的光束后，可以将光束转换为相同的强度且平行传导准直光至准直器120的另一端，也即准直器120将光源110发出的光束进行一定程度的汇聚，并汇聚成平行光后延伸一定长度后输出。

扩散件130，设置于准直器120远离光源110的一侧，准直光穿过扩散件 130后形成用于探测的扩散光。由于准直器120可以将光源110发出的光束转换为平行的准直光，也就使得光源110发出的光束平行传导至扩散件130上，使得应用光路改变组件100的TOF的照射区域亮度集中且均匀，进而提高装备 TOF的电子设备的测距准确度。

由于准直器120可以由任何传导光、并将光以预设角度输出的装置构成，例如，准直器120可以是某种具有上述特性的透镜，再例如，准直器120可以是包括多个准直芯，多个准直芯为实心结构或者空心结构，使得准直芯的一端在接收到光束后，光束可以在准直芯内以较小损耗的方式传输，并且准直芯可以使用柔性材料制成，使得准直芯可弯曲，也即准直芯可以呈现弯曲状态或者水平笔直状态，光束可以在准直芯的另一端以平行于准直芯内芯或者内壁的方向输出，输出的光即为准直光。

为方面描述，下面先以准直器120包括多个准直芯121，且多个准直芯121 为实心结构为例，介绍准直器120的结构示意图。

请参阅图2，图2为本申请实施例二提供的一种准直器的一种结构示意图。如图2所示，准直器120包括多个水平笔直的准直芯121，且每个准直芯121 为实心结构，一种可行实施方式是，准直芯121可以是光纤管或者与光纤管类似类似的结构，使得光纤管的一端在接收到光束后，光束可以在光纤管内以较小损耗的方式传输，光束可以在光纤管的另一端以平行于光纤管的内芯方向输出，输出的光即为准直光。具体地，所述准直芯121包括实心的内芯1211以及包裹所述内芯的外芯1212，且所述内芯1211和所述外芯1212的折射率不同，以使得所述光束照射到所述内芯1211与所述外芯1212的界面时发生全反射，也即多个准直芯121靠近光源110的芯口所在平面朝向光源110，使得由光源 110发出的光束可以进入准直芯121中的内芯1211，由于内芯1211和所述外芯 1212的折射率不同，使得由光源110发出的光束可以在内芯1211与所述外芯 1212的界面上发生全反射并向前传输，而多个准直芯121靠近扩散件130的芯口所在平面朝向扩散件130，使得从准直芯121中的内芯1211射出的光束可以照射至扩散件130上。由于个准直芯121的直径较小，因此从准直芯121中的内芯1211射出的光束可以认为是平行于内芯1211或者垂直于内芯1211芯口所在平面的准直光。

由于准直器120中多个准直芯121的设置，可以将光源110发出的光束平行传导至扩散件130上，提升了准直器120转换光束的转换效果。进一步地，准直器120包括多个准直芯121，多个准直芯121贯穿准直器120，因此光源 110发出的光束经过准直器120中的多个准直芯121照射到扩散件130上，多个准直芯121可以有效避免光源110发出的光束在传播中的损失，扩散件130 可以接收到更多的光束，进而提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

请参阅图3，图3为本申请实施例二提供的一种准直器的另一种结构示意图。如图3所示，准直器120还可以包括多个可弯曲且实心结构的准直芯121，与上述准直器120包括多个水平笔直且实心结构的准直芯121类似，准直芯121 还可以使用柔性材料制成，使得准直芯121可以任意角度的弯曲且由光源110 发出的光束仍然可以在准直芯121内发生全反射并向前传输。

由于准直器120中的准直芯121可弯曲，因此光源110、准直器120以及扩散件130的位置可以不在同一直线上，光源110发出的光束仍然可以通过准直器120中的准直芯121转换以及传输至扩散件130，提高了光路改变组件的实际应用范围。

下面再以准直器120包括多个准直芯121，且多个准直芯121为空心结构为例，介绍准直器120的结构示意图。

请参阅图4，图4为本申请实施例三提供的一种准直器的一种结构示意图。如图4所示，准直器120包括多个水平笔直的准直芯121，每个准直芯121为空心结构，准直芯121的内壁闭合且围成空心通道122，且所述准直芯的内壁设置有全反射膜，以使得所述光束照射到所述准直芯121的内壁时发生全反射，也即准直器120包括多个准直芯121，多个准直芯121贯穿准直器120，光源 110发出的光束可以穿过准直器120，其中多个准直芯121靠近光源110的芯口所在平面朝向光源110，使得由光源110发出的光束可以进入准直芯121中的空心通道122，准直芯121的内壁可以设置有全反射膜，使得由光源110发出的光束照射到准直芯121的内壁上后，光束可以在准直芯121的内壁上发生全反射并向前传输，而多个准直芯121靠近扩散件130的芯口所在平面朝向扩散件130，使得从准直芯121中的准直芯121射出的光束可以照射至扩散件130 上。由于个准直芯121的直径较小，因此从准直芯121中的内芯1211射出的光束可以认为是平行于内芯1211或者垂直于内芯1211芯口所在平面的准直光。

由于准直器120中准直芯121的设置，可以将光源110发出的光束平行传导至扩散件130上，提升了准直器120转换光束的转换效果。进一步地，准直器120包括多个准直芯121，多个准直芯121贯穿准直器120，因此光源110 发出的光束经过准直器120中的多个准直芯121照射到扩散件130上，多个准直芯121可以有效避免光源110发出的光束在传播中的损失，进而提高装备TOF 的电子设备的测距准确度。

请参阅图5，图5为本申请实施例三提供的一种准直器的另一种结构示意图。如图5所示，准直器120还可以包括多个可弯曲且空心结构的准直芯121，与上述准直器120包括多个水平垂直且空心结构的准直芯121类似，准直芯121 还可以使用柔性材料制成，使得准直芯121可以任意角度的弯曲且由光源110 发出的光束可以在准直芯121的发生全反射并向前传输。

由于准直器120中的准直芯121可弯曲，因此光源110、准直器120以及扩散件130的位置可以不在同一直线上，光源110发出的光束仍然可以通过准直器120中的准直芯121转换以及传输至扩散件130，提高了光路改变组件的实际应用范围。

在本申请实施例一、实施例二以及实施例三中，一种用于TOF的光路改变组件包括：光源，用于发射光束；准直器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光束转换为准直光；扩散件，设置于所述准直器远离所述光源的一侧，所述准直光穿过所述扩散件后形成用于探测的扩散光；其中，所述准直器包括多个准直芯，所述多个准直芯贯穿所述准直器，所述多个准直芯靠近所述光源的芯口所在平面朝向所述光源，所述多个准直芯靠近所述扩散件的芯口所在平面朝向所述扩散件。一方面，由于准直器可以将光源发出的光束转换为平行的准直光，也就使得光源发出的光束平行传导至扩散件上，使得应用光路改变组件的TOF的照射区域亮度集中且均匀；另一方面，准直器包括多个准直芯，多个准直芯贯穿准直器，因此光源发出的光束经过准直器中的多个准直芯照射到扩散件上，多个准直芯可以有效避免光源发出的光束在传播中的损失，进而提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

进一步地，准直器120还可以为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的入光侧靠近光源110，菲涅尔透镜的出光侧靠近扩散件130。菲涅尔透镜可以实现将光源110 发出的光束转换为平行的准直光的同时，其透明材质还可以不损失光源110发出的光束的强度。

请参阅图6，图6为本申请实施例四提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图。

如图6所示，光源110与准直器120之间还可以设置有微透镜层140，微透镜层140包括第一表面141以及与第一表面141相对的第二表面142，其中第一表面141靠近光源110，第二表面142靠近扩散件130，第一表面141上形成有多个微透镜，第二表面142为平面。

其中在生产过程中可以对微透镜层140中第一表面141以第二表面142的形状进行设定，以使得第一表面141形成有多个凸设的凸起面，一个凸起面以及该凸起面内部的材质构成一个透镜，还可以在微透镜层140的生产过程中，对第一表面141凸起的长宽或者直径进行限定，使得凸面形成的透镜为微透镜，第二表面142可以为平面，使得微透镜层140中微透镜为平凸透镜。在实际应用中还可以对微透镜层140中第一表面141以第二表面142的形状进行设定，以使得微透镜层140中微透镜为凹透镜或者平凹透镜，本申请实施例对微透镜层140中微透镜的形状不做具体限定。

由于微透镜层140的第一表面141上形成有多个微透镜且第二表面142为平面，照射在第一表面141上的光束，可以穿过第一表面141中的微透镜并在第二表面142上汇聚形成会聚光，会聚光穿过准直器120后，可以提高TOF的照射区域亮度集中性，而TOF较小的发散区域可以有效提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

可选地，每个微透镜在多个准直芯122靠近微透镜层140的芯口所在平面上的投影至少覆盖一个准直芯122。第一表面141上的微透镜在扩散件130上的投影呈圆形。第一表面141上微透镜的透镜中心与多个准直芯122靠近微透镜层140的芯口所在平面之间的距离不大于第一表面141上微透镜的焦距。第一表面141上的微透镜在扩散件130上的投影呈圆形，以提高微透镜层140的汇聚反射光的效果。且上述微透镜与准直芯122的设置可以使更多的光束进入到准直器120的准直芯122中，进一步提高TOF的照射区域亮度集中性。

可选地，扩散件130为双凹透镜或者平凹透镜，可以使得TOF的照射区域亮度更为均匀，有利于进行探测。

请参阅图7，图7为本申请实施例五提供的一种用于TOF的光路改变组件的结构示意图。

如图7所示，光路改变组件还包括滤光片150，滤光片150设置于准直器 120与扩散件130之间，用于对准直光进行过滤。从而使得准直光穿过滤光片150以及扩散件130之后，形成用于探测的扩散光不受其它光线的干扰，提高装备TOF的电子设备的测距准确度。

本申请实施例另一方面提供一种电子设备，该电子设备包括如上述的用于 TOF的光路改变组件，可以提高电子设备的测距准确度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本申请所提供的一种用于TOF的光路改变组件以及电子设备的描述，对于本领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种用于TOF的光路改变组件，其特征在于，所述光路改变组件包括：

光源，用于发射光束；

准直器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光束转换为准直光；

扩散件，设置于所述准直器远离所述光源的一侧，所述准直光穿过所述扩散件后形成用于探测的扩散光；

其中，所述准直器包括多个准直芯，所述多个准直芯贯穿所述准直器，所述多个准直芯靠近所述光源的芯口所在平面朝向所述光源，所述多个准直芯靠近所述扩散件的芯口所在平面朝向所述扩散件。

2.根据权利要求1所述的光路改变组件，其特征在于，所述多个准直芯为实心结构或者空心结构，且所述多个准直芯可弯曲。

3.根据权利要求2所述的光路改变组件，其特征在于，当所述多个准直芯为实心结构时，所述准直芯包括实心的内芯以及包裹所述内芯的外芯，且所述内芯和所述外芯的折射率不同，以使得所述光束照射到所述内芯与所述外芯的界面时发生全反射。

4.根据权利要求2所述的光路改变组件，其特征在于，当所述多个准直芯为空心结构时，所述准直芯的内壁闭合且围成空心通道，且所述准直芯的内壁设置有全反射膜，以使得所述光束照射到所述准直芯的内壁时发生全反射。

5.根据权利要求1所述的光路改变组件，其特征在于，所述光源与所述准直器之间设置有微透镜层；

所述微透镜层包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，其中所述第一表面靠近所述光源，所述第二表面靠近所述扩散件；

所述第一表面上形成有多个微透镜，所述第二表面为平面。

6.根据权利要求5所述的光路改变组件，其特征在于，每个所述微透镜在所述多个准直芯靠近所述微透镜层的芯口所在平面上的投影至少覆盖一个所述准直芯。

7.根据权利要求6所述的光路改变组件，其特征在于，所述第一表面上的微透镜在所述扩散件上的投影呈圆形。

8.根据权利要求7所述光路改变组件，其特征在于，所述第一表面上微透镜的透镜中心与所述多个准直芯靠近所述微透镜层的芯口所在平面之间的距离不大于所述第一表面上微透镜的焦距。

9.根据权利要求1-8任一项所述的光路改变组件，其特征在于，所述组件还包括滤光片，所述滤光片设置于所述准直器与所述扩散件之间，用于对所述准直光进行过滤。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的用于TOF的光路改变组件。

Images