CN112882317A - 一种光发射模组及tof成像装置 - Google Patents

一种光发射模组及tof成像装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及3D探测领域技术领域，公开了一种光发射模组及TOF成像装置，所述光发射模组适应于TOF成像装置，其包括：光源件，用于发射光束；散射件；以及缩小组件，所述散射件和所述缩小组件相隔设置且均位于所述光束的延伸路径上，所述散射件用于使所述光束均匀射向所述缩小组件，所述缩小组件用于缩小所述光束的发散角以使所述光束照射至预设区域。本方案通过缩小组件缩小光束的发散角度，延长光束的照射距离，使得光束射至预设区域内，避免光束的光能无谓损耗，进而提高TOF成像装置的探测距离。此外，还能使得目标物的清晰度提高，有利于TOF成像装置的成像。

Description

一种光发射模组及TOF成像装置
技术领域
本发明一般涉及3D探测领域技术领域，具体涉及一种光发射模组及TOF成像装置。
背景技术
传统的2D成像装置，例如摄像机，只能获取物体的平面信息；而3D成像装置还可以获取物体的深度信息，构建一个立体的3D模型，因此3D成像装置被广泛应用于工业测量，零件建模，医疗诊断，安防监控，机器视觉，生物识别，增强现实AR，虚拟现实VR等领域，具有极大的应用价值。
在相关技术中，TOF成型装置的发射模组光源发出的激光投射至特定距离的目标物体，其探测范围小。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种光发射模组及TOF成像装置。
本发明提供一种光发射模组，光发射模组，适应于TOF成像装置，所述光发射模组包括：光源件，用于发射光束；散射件；以及缩小组件，所述散射件和所述缩小组件相隔设置且均位于所述光束的延伸路径上，所述散射件用于使所述光束均匀射向所述缩小组件，所述缩小组件用于缩小所述光束的发散角以使所述光束照射至预设区域。
作为可实现的最优方式，还包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述散射件与所述缩小组件之间。
作为可实现的最优方式，所述准直透镜由两个以上的单透镜组成。
作为可实现的最优方式，所述光源件、所述散射件与所述缩小组件一体化设置。
作为可实现的最优方式，所述缩小组件包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述散射件、所述第一凸透镜及所述第二凸透镜依次相隔设置，所述第一凸透镜至所述第二凸透镜的间距小于所述第一凸透镜的焦距。
作为可实现的最优方式，还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于第一凸透镜和所述第二凸透镜之间，第一凸透镜的正投影落于第二凸透镜内，且第二凸透镜的正投影与第一凸透镜完全重合。
作为可实现的最优方式，所述缩小镜头包括第一凸透镜和第一凹透镜，所述散射件、所述第一凸透镜及所述第一凹透镜依次相隔设置，
所述第一凹透镜至所述第一凸透镜的间距小于所述第一凸透镜的焦距。
作为可实现的最优方式，还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于第一凸透镜和所述第二凸透镜之间，第一凸透镜的正投影落于第一凹透镜内，且第一凹透镜的正投影与第一凸透镜完全重合。
本发明还提供一种TOF成像装置，所述TOF成像装置包括上述中任一项所述的光发射模组。
作为可实现的最优方式，包括TOF相机，所述TOF相机为iTOF、pTOF或dTOF中的任一者。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方案通过缩小组件缩小光束的发散角度，延长光束的照射距离，使得光束射至预设区域内，避免光束的光能无谓损耗，进而提高TOF成像装置的探测距离。此外，还能使得目标物的清晰度提高，有利于TOF成像装置的成像；采用第一凸透镜和第二凸透镜组合的缩小镜头，或者，采用第一凸透镜和第一凹透镜组合的缩小镜头实现预设缩小倍率，这种缩小镜头的体积小，便于携带。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本申请的实施方式的一种TOF成像装置的的结构示意图；
图2是根据本申请的实施方式的一种光发射模组的结构示意图；
图3是根据本申请的实施方式的另一种光发射模组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1和2示出了一种光发射模组的结构示意图。
一种光发射模组，其适应于TOF成像装置，其包括：光源件10、散射件20及缩小组件30。光源件10用于发射光束；散射件20和缩小组件30相隔设置且均位于光束的延伸路径上，散射件20用于使光束均匀射向缩小组件30，缩小组件30用于缩小光束的发散角以使光束射至预设区域。
在本实施例中，从光源件10直接射出的光束可以是可见光、不可见光，光源为不可见光时，可以为红外、紫外等激光光源；光源的类型可以是边发射激光，也可以垂直腔面激光，为了使得光发射模组的体积较小，最优的方案是远择垂直腔面激光发射器阵列作为光源。从光源件10直接出射的光束具有一定发散角度。当光束在经过散射件20时，可以利用其发散作用对光束进行均匀处理，使得光束均匀射向缩小组件30。缩小组件30缩小光束的发散角度，延长光束的照射距离，使得光束射至预设区域内，避免光束的光能无谓损耗，进而提高TOF成像装置的探测距离。此外，还能使得目标物的清晰度提高，有利于TOF成像装置的成像。
在一优选的实施例中，光发射模组还包括准直透镜，准直透镜设置于散射件20与缩小组件30之间。
在本实施例中，光发射模组包括光源件10、散射件20、准直透镜及缩小组件30，光源件10、散射件20、准直透镜和缩小组件30依次间隔设置。准直透镜将具有一定发散角度的光束调整为平行的光束，即经过准直透镜的光束，各光束之间以相互平行的方式射向缩小组件30。准直透镜收窄光束的发散角，约束了光束的照射区域，使得光束集中，延长照射距离。
准直透镜包括若干个单透镜。
具体地，准直透镜包括第一透镜组和第二透镜组。第一透镜组包括第一透镜A、第一透镜B及第一透镜C，第一透镜A具有负屈折率，自第一透镜A的一个平面向另一个平面凹陷形成非球面凹面。第一透镜C具有正屈折率，自第一透镜C的一个平面向外凸起形成非球面凸面。第一透镜B具有两个平面。第一透镜B的一个平面与第一透镜A的平面相抵靠，第一透镜B的另一个平面与第一透镜C的平面相抵靠。
第二透镜组包括第二透镜A和第二透镜B，第一透镜A具有正屈折率，自第一透镜A的一个平面向外凸起形成非球面凸面。第二透镜B具有两个平面。第二透镜B的一个平面与第一透镜A的平面相抵靠。
第一透镜组和第二透镜组相对设置，使得第一透镜组的第一透镜C的非球面凸面与第二透镜组的第二透镜A的非球面凸面正对，光线依次穿过第一透镜组和第二透镜组后，各光线之间相互平行，使得光束发射角减小，探测距离增加。
在一优选的实施例中，光源件10、准直透镜及散射件20一体化设置，以减小尺寸、节省材料，且便于安装。
在一优选的实施例中，所述缩小组件30包括第一凸透镜31和第二凸透镜32，所述散射件20、所述第一凸透镜31及所述第二凸透镜32依次相隔设置，所述第一凸透镜31至所述第二凸透镜32的间距小于所述第一凸透镜31的焦距。
在本实施例中，激光发射模组包括：光源件10、散射件20、第一凸透镜31及第二凸透镜32。光源件10、散射件20、第一凸透镜31及第二凸透镜32依次间隔设置，第一凸透镜31与第二凸透镜32之间的间距为d1，第一凸透镜31的焦距为f11，第二凸透镜32的焦距为f12，其中，d1<f11。
通过散射件20的光束射向第一凸透镜31，各光束之间不相互平行，第一凸透镜31第一次缩小光束的视场角，以延长光束的照射距离，其中，各光束之间依旧不相互平行；光束射向第二凸透镜32，第二凸透镜32再次缩小光束的发射角，以进一步的延长光束的照射距离，以保证光束照射着预设的范围内；此外，第一凸透镜31至所述第二凸透镜32的间距小于所述第一凸透镜31的焦距，有利于缩小激光发射模组的整体长度，方便TOF成像装置的携带。
进一步地，激光发射模组还包括伸缩机构，伸缩机构设置于第一凸透镜31与第二凸透镜32之间。第一凸透镜31的正投影落于第二凸透镜32内，且第二凸透镜32的正投影与第一凸透镜31完全重合。伸缩机构可以为电动推杆，通过电动推杆调整第一凸透镜31与第二凸透镜32之间的距离，进而控制缩小倍率。
在一优选的实施例中，所述缩小镜头包括第一凸透镜31和第一凹透镜33，所述散射件20、所述第一凸透镜31及所述第一凹透镜33依次相隔设置，
所述第一凹透镜33至所述第一凸透镜31的间距小于所述第一凸透镜31的焦距。
在本实施例中，激光发射模组包括：光源件10、散射件20、第一凸透镜31及第一凹透镜33。光源件10、散射件20、第一凸透镜31及第一凹透镜33依次间隔设置，第一凸透镜31与第一凹透镜33之间的间距为d2，第一凸透镜31的焦距为f11，第一凹透镜33的焦距为f12，其中，d2<f11。
通过散射件20的光束射向第一凸透镜31，各光束之间不相互平行，第一凸透镜31第一次缩小光束的视场角，以延长光束的照射距离，其中，各光束之间依旧不相互平行；光束射向第一凹透镜33，第一凹透镜33再次缩小光束的发射角，以进一步的延长光束的照射距离，以保证光束照射着预设的范围内；此外，第一凸透镜31至所述第一凹透镜33的间距小于所述第一凸透镜31的焦距，有利于缩小激光发射模组的整体长度，方便TOF成像装置的携带。
进一步地，激光发射模组还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于第一凸透镜31与第一凹透镜33之间。第一凸透镜31的正投影落于第一凹透镜33内，且第一凹透镜33的正投影与第一凸透镜31完全重合。伸缩机构可以电动推杆，通过电动推杆调整第一凸透镜31与第一凹透镜33之间的距离，进而控制缩小倍率，保证通过第一凸透镜31的光线都能被第一凹透镜33再次缩小视场角。
需要说明的是，缩小镜头也可以是一个凸透镜，光源件10、散射件20及凸透镜依次设置，以缩小光束的视场角；也可以在散射件20与凸透镜之间设置伸缩机构，调整缩小倍率。
在一优选的实施例中，缩小镜头采用菲涅尔透镜阵列，菲涅尔透镜阵列中的多个第一微透镜单元与多个垂直腔面发射激光器一一对应设置，有利于降低多个VCSEL之间的光线干扰。
或者，缩小镜头采用微透镜阵列，微透镜阵列中的多个第二微透镜单元与多个垂直腔面发射激光器一一对应设置，有利于降低多个VCSEL之间的光线干扰。
或者，缩小镜头采用全息透镜阵列，全息透镜阵列中的多个第三微透镜单元与多个垂直腔面发射激光器一一对应设置，有利于降低多个VCSEL之间的光线干扰。
参考图3，本申请还提供了一种TOF成像装置，该TOF成像装置包括TOF相机200、主控板及上述的光发射模组100。TOF相机200和光发射模组100设置于主控板，光发射模组用于向目标物发出投射光，TOF相机200用于接收经目标物反射投射光形成的反射光。
TOF相机可以是iTOF、pTOF或dTOF中的任一者，拓宽TOF成型装置的应用范畴。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种光发射模组，适应于TOF成像装置，其特征在于，包括：
光源件，用于发射光束；
散射件；以及
缩小组件，所述散射件和所述缩小组件相隔设置且均位于所述光束的延伸路径上，所述散射件用于使所述光束均匀射向所述缩小组件，所述缩小组件用于缩小所述光束的发散角以使所述光束照射至预设区域。
2.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，还包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述散射件与所述缩小组件之间。
3.根据权利要求2所述的光发射模组，其特征在于，所述准直透镜由两个以上的单透镜组成。
4.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述光源件、所述散射件与所述缩小组件一体化设置。
5.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，
所述缩小组件包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述散射件、所述第一凸透镜及所述第二凸透镜依次相隔设置，所述第一凸透镜至所述第二凸透镜的间距小于所述第一凸透镜的焦距。
6.根据权利要求5所述的光发射模组，其特征在于，还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于第一凸透镜和所述第二凸透镜之间，第一凸透镜的正投影落于第二凸透镜内，且第二凸透镜的正投影与第一凸透镜完全重合。
7.根据权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，
所述缩小镜头包括第一凸透镜和第一凹透镜，所述散射件、所述第一凸透镜及所述第一凹透镜依次相隔设置，
所述第一凹透镜至所述第一凸透镜的间距小于所述第一凸透镜的焦距。
8.根据权利要求7所述的光发射模组，其特征在于，还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置于第一凸透镜和所述第二凸透镜之间，第一凸透镜的正投影落于第一凹透镜内，且第一凹透镜的正投影与第一凸透镜完全重合。
9.一种TOF成像装置，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的光发射模组。
10.根据权利要求9所述的TOF成像装置，其特征在于，包括TOF相机，所述TOF相机为iTOF、pTOF或dTOF中的任一者。
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