CN112098975A - 一种用于spad方案的线扫描光源发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，属于测距设备领域，包括PCB基板和固设于PCB基板上端面的透镜安装座，构成一体化结构，透镜安装座朝向PCB基板的端面内凹形成安装腔，安装腔内置有工作组件，且透镜安装座上开设有安装槽，安装槽和安装腔相连通，且安装槽内置有透镜组件，其中，工作组件包括：光开关阵列，用于输送输入的光信号；波导阵列，用于接收光开关阵列输出的光信号，将其向外界空间输出；本发明减少装置的体积，降低企业制造生产的成本，使光线出射角度更均匀，充分得到准直出射的线状光源，提高扫描效率以及成像后的分辨率。

Description

一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置
技术领域
本发明属于测距设备领域，特别涉及一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置。
背景技术
Time-of-Flight(ToF)，顾名思义，是一种利用光飞行时间的技术。接触过3D视觉的读者应该知道，ToF和结构光、双目立体视觉是近年来三种主流的3D成像方式。
而TOF分为两种itof和dtof，目前的iToF深度精度在cm级，并且随着测量距离的增大，反射光的强度减小，相位测量的信噪比减小，绝对误差也会随之增大。
dToF，全称是direct Time-of-Flight，顾名思义，dToF直接测量飞行时间。dToF采用时间直方图统计的方式计算飞行时间，比较容易区分信号中的干扰成分，抗环境干扰能力更强，在户外场景下的测距精度比iToF更高。
目前市面上的采用dToF的3D成像设备的均采用点对点方式进行成像，即通过发光装置输出的光源以及接收器接收的均为点光源，从而导致扫描速率低以及成像的分辨率差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，包括PCB基板和固设于PCB基板上端面的透镜安装座，构成一体化结构，所述透镜安装座朝向PCB基板的端面内凹形成安装腔，所述安装腔内置有工作组件，且所述透镜安装座上开设有安装槽，所述安装槽和所述安装腔相连通，且所述安装槽内置有透镜组件，其中，所述工作组件包括：由若干个光开关构成的多道通激光输送器，用于输送输入的光信号至相应的波导阵列；波导阵列，将接收的光信号向外界空间输出；以及衬底，所述衬底固设于PCB基板的上端面，所述光开关阵列和所述波导阵列集成于所述衬底的上端面，且所述透镜组件位于波导阵列的出光端，用于校准波导阵列输出的光信号，获得线状光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用在波导上端面加工微型结构，及本发明的透镜组件和工作组件的排列方式，可使光线出射角度更均匀，充分得到准直出射的线状光源。
其次，采用阵列的形式设置波导以及光开关，构成多个光路，且通过该多个光路改变原始的点光源输出，变为面光源输出，为后续的成像环节提高扫描效率以及成像后的分辨率。
最后，通过集成封装的形式更有效的减少装置的体积，降低企业制造生产的成本。
进一步，若干个所述光开关均采用MZI型1×2热光开关。
进一步，所述透镜组件包括若干个柱透镜。
进一步，所述波导阵列包括包括若干个间隔设置的波导以及固设于波导上端面的微型结构。
进一步，所述波导长度为5～15nm。
进一步，所述微型结构为对波导上端面进行去材处理形成的小孔、栅格或凸起。
进一步，所述小孔的横截面为圆形、方型或者锯齿形中的一种或者及其组合。
进一步，所述波导的底面粘接有反射膜或者反射镜。
附图说明
图1是本发明实施例1整体结构第一示意图；
图2是本发明实施例1整体结构第二示意图；
图3是本发明实施例2整体结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例1：
如图1所示的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，包括PCB基板1和固设于PCB基板1上端面的透镜安装座2；构成一体化结构，所述透镜安装座2朝向PCB基板1的端面内凹形成安装腔5，所述安装腔5内置有工作组件，在本实施例中，所述透镜安装座2上端面开设有安装槽3，所述安装槽3和所述安装腔5相连通，且所述安装槽3内置有透镜组件4；采用在波导上端面加工微型结构，及本发明的透镜组件和工作组件的排列方式，可使光线出射角度更均匀，充分得到准直出射的线状光源。
其中，结合图2可知，所述工作组件包括由若干个光开关7构成的多道通激光输送器，用于输送输入的光信号至相应的波导阵列8；波导阵列8，将接收的光信号向外界空间输出；以及衬底6，所述衬底6固设于PCB基板1的上端面，且所述衬底6容置于安装腔5内，另外，若干个所述光开关7和所述波导阵列8集成于所述衬底6的上端面，其中，所述光开关7采用MZI型1×2热光开关，在本实施例中，依次将MZI型1×2热光开关依次串联，即每一个MZI型1×2热光开关的输出端均串联有一个MZI型1×2热光开关，从而构成多道光路；且所述透镜组件4位于波导阵列3的正上方，用于校准波导阵列3输出的光信号，获得线状光源，所述透镜组件4包括若干个柱透镜，即每一列波导陈列3的输出端设置有一块柱透镜；其次，采用阵列的形式设置波导以及多个MZI型1×2热光开关串联，构成多个光路，且通过该多个光路实现原始的点光源输出变为面光源输出，为后续的成像环节提高扫描效率以及成像后的分辨率；另外，通过集成封装的形式更有效的减少装置的体积，降低企业制造生产的成本。
值得注意的是，在本实施例中，所述波导阵列3包括若干各间隔设置的波导以及固设于波导上端面的微型结构9，其中，所述波导长度为5～15nm，且所述波导的底端面粘接有反射膜或者反射镜，而所述微型结构9为对波导上端壁进行去材处理形成的孔、栅格、凸起中的一种或组合，从而实现将光以垂直基底表面的角度出射。
另外，所述孔的横截面为圆形、方型、锯齿形中的一种或其组合。
实施例2：
如图3所示的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，包括PCB基板1和固设于PCB基板1上端面的透镜安装座2；构成一体化结构，所述透镜安装座2朝向PCB基板1的端面内凹形成安装腔5，所述安装腔5内置有工作组件，在本实施例中，所述透镜安装座2右端面开设有安装槽3，所述安装槽3和所述安装腔5相连通，且所述安装槽3内置有透镜组件4；采用在波导上端面加工微型结构，及本发明的透镜组件和工作组件的排列方式，可使光线出射角度更均匀，充分得到准直出射的线状光源。
其中，结合图2可知，所述工作组件包括由若干个光开关7构成的多道通激光输送器，用于输送输入的光信号至相应的波导阵列8；波导阵列8，将接收的光信号向外界空间输出；以及衬底6，所述衬底6固设于PCB基板1的上端面，且所述衬底6容置于安装腔5内，另外，若干个所述光开关7和所述波导阵列8集成于所述衬底6的上端面，其中，所述光开关7采用MZI型1×2热光开关，在本实施例中，依次将MZI型1×2热光开关依次串联，即每一个MZI型1×2热光开关的输出端均串联有一个MZI型1×2热光开关，从而构成多道光路；且所述透镜组件4位于波导阵列3的右侧，用于校准波导阵列3输出的光信号，获得线状光源；其中，所述透镜组件4包括若干个柱透镜，即每一列波导陈列3的输出端设置有一块柱透镜；其次，采用阵列的形式设置波导以及多个MZI型1×2热光开关串联，构成多个光路，且通过该多个光路实现原始的点光源输出变为面光源输出，为后续的成像环节提高扫描效率以及成像后的分辨率；另外，通过集成封装的形式更有效的减少装置的体积，降低企业制造生产的成本。
值得注意的是，在本实施例中，所述波导阵列3仅包括若干个间隔设置的波导，其中，所述波导长度为5～15nm，且所述波导的底端面粘接有反射膜或者反射镜，实现将光从波导的右端面出射。
本发明的工作原理：首先，光信号经过若干个MZI型1×2热光开关，从而输入至相应的波导阵列3，其中，若波导上端面设置有微型结构9，则从波导上端面出光，反之，从波导的右端面出光，接着，光经过相应的柱透镜，由于出射光为发散的锥状光束，经过柱透镜后在一个方向进行准直，形成线状光源，具体而言，激光经过波导后出射角度为θ，柱透镜的口径为D，柱透镜与波导表面之间距离为L，根据焦平面定理，满足tg(θ/2)＝D/2L。
本发明后续的应用：通过将spad阵列作为接收器，根据最远测试距离，计算出spad每列对应的角分辨率，同时角分辨率与照明光束准直后的发散角度相对应，这样一个光开光和波导对应一列spad的pixel，spad每列由一个TDC控制，由多列组成的spad由一行TDC完成时序控制，通过光开关与TDC的同时切换，完成扫描成像。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。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。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，包括PCB基板和固设于PCB基板上端面的透镜安装座，构成一体化结构，其特征在于：包括PCB基板和固设于PCB基板上端面的透镜安装座，构成一体化结构，其特征在于：所述透镜安装座朝向PCB基板的端面内凹形成安装腔，所述安装腔内置有工作组件，且所述透镜安装座上开设有安装槽，所述安装槽和所述安装腔相连通，且所述安装槽内置有透镜组件，其中，所述工作组件包括：由若干个光开关构成的多道通激光输送器，用于输送输入的光信号至相应的波导阵列；波导阵列，将接收的光信号向外界空间输出；以及衬底，所述衬底固设于PCB基板的上端面，若干个所述光开关和所述波导阵列集成于所述衬底的上端面，且所述透镜组件位于波导阵列的出光端，用于校准波导阵列输出的光信号，获得线状光源。
2.根据权利要求1所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：若干个所述光开关均采用MZI型1×2热光开关。
3.根据权利要求1所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述透镜组件包括若干个柱透镜。
4.根据权利要求1所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述波导阵列包括包括若干个间隔设置的波导以及固设于波导上端面的微型结构。
5.根据权利要求4所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述波导长度为5～15nm。
6.根据权利要求5所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述微型结构为对波导上端面进行去材处理形成的小孔、栅格或凸起。
7.根据权利6所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述小孔的横截面为圆形、方型或者锯齿形中的一种或者及其组合。
8.根据权利要求4所述的一种用于SPAD方案的线扫描光源发生装置，其特征在于：所述波导的底面粘接有反射膜或者反射镜。
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