CN113126111A - 飞行时间模组和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种飞行时间模组和电子设备。飞行时间模组包括发射端和接收端。发射端可以包括可独立控制的至少两个光源，至少两个光源同时工作以向被测物体发射光线。接收端用于接收被测物体反射的光线。至少两个光源沿接收端的周向均匀设置。至少两个光源发射的光线在接收端的视场范围内重叠。飞行时间模组根据发射端发射光线和接收端接收对应光线的时间差获取被测物体的深度图像。本申请实施方式的飞行时间模组和电子设备中，发射端通过设置可独立控制的至少两个光源，使得飞行时间模组可根据实际需要同时开启多个光源，从而增加飞行时间模组的工作距离，增加对环境光线的抗干扰能力，提升深度图像的完整性。

Description

飞行时间模组和电子设备
技术领域
本申请涉及消费性电子技术领域，更具体而言，涉及一种飞行时间模组和电子设备。
背景技术
现有技术中，手机可以通过深度相机采集物体的深度信息，例如，飞行时间(Timeof flight，TOF)模组可以通过发射光线和接收被测物体反射光线之间的时间差计算模组与被测物体之间的距离，从而获取物体的深度信息。一般地，飞行时间模组的具有一定的光功率限制，从而工作距离较小，同时，在环境光强度较高或者物体反射率较低的情况下，被测物体反射的光线进入传感器的信噪比较低，影响检测的精度，使得深度图质量差、容易产生空洞。
发明内容
本申请实施方式提供一种飞行时间模组和电子设备。
本申请实施方式的飞行时间模组包括发射端和接收端，所述发射端包括可独立控制的至少两个光源，所述至少两个光源同时工作以向被测物体发射光线；所述接收端用于接收所述被测物体反射的光线，所述至少两个光源沿所述接收端的周向均匀设置，所述至少两个光源发射的光线在所述接收端的视场范围内重叠，所述飞行时间模组根据所述发射端发射光线和所述接收端接收对应光线的时间差获取所述被测物体的深度图像。
本申请实施方式的电子设备包括机壳和上述实施方式的飞行时间模组，所述飞行时间模组设置在所述机壳。
本申请实施方式的飞行时间模组和电子设备中，发射端通过设置可独立控制的至少两个光源，使得飞行时间模组可根据实际需要同时开启多个光源，从而增加飞行时间模组的工作距离，增加对环境光线的抗干扰能力，提升深度图像的完整性。
本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的电子设备的结构示意图。
图2是本申请实施方式的飞行时间模组的工作示意图。
图3是本申请实施方式的飞行时间模组的模块示意图。
图4是本申请实施方式的飞行时间模组的信号示意图。
图5时本申请实施方式的飞行时间模组的结构示意图。
图6是本申请实施方式的飞行时间模组的另一模块示意图。
图7是本申请实施方式的飞行时间模组的又一模块示意图。
主要元件符号说明：
电子设备100、飞行时间模组10、发射端12、光源122、第一光源1222、第二光源12244、接收端14、镜头142、红外通过滤光片144、图像传感器146、距离传感器15、壳体16、环境光传感器17、基板18、机壳20。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1至图3，本申请实施方式的电子设备100包括飞行时间模组10和机壳20，飞行时间模组10设置在机壳20。机壳20可以承载飞行时间模组10并为飞行时间模组10提供保护，电子设备100可以通过飞行时间模组10获取被测物体的深度图像，进一步对深度图像进行处理可以实现识别用户人脸、去除/虚化背景图像、人像跟踪或物体三维建模等功能。
在某些实施方式中，电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、可穿戴设备等。在图示的实施例中，电子设备是手机，飞行时间模组10设置在手机后壳并自后壳露出以采集图像。
当然，在其他实施方式中，飞行时间模组10还可以设置在手机的前壳并自前壳露出以采集用户图像，或设置在手机的驱动机构上，通过驱动机构驱动飞行时间模组10移动以选择地收容在机壳20内或露出机壳20外。
在某些实施方式中，飞行时间模组10包括发射端12和接收端14。发射端12可以包括可独立控制的至少两个光源122，至少两个光源122可选择地同时工作以向被测物体发射光线。接收端14用于接收被测物体反射的光线。至少两个光源122沿接收端14的周向均匀设置。至少两个光源122发射的光线在接收端14的视场范围内重叠。飞行时间模组10根据发射端12发射光线和接收端14接收对应光线的时间差获取被测物体的深度图像。
本申请实施方式的飞行时间模组10和电子设备中，发射端12通过设置可独立控制的至少两个光源122，使得飞行时间模组10可根据实际需要同时开启多个光源122，从而增加飞行时间模组10的工作距离，增加对环境光线的抗干扰能力，提升深度图像的完整性。
在某些实施方式中，发射端12还可以单独控制至少两个光源122中的一个光源122工作以向被测物体发射光线。
也即是说，在一个光源122可以满足检测要求的情况下，例如，环境光线较弱、电子设备与被测物体的距离较近等，发射端12可以仅开启其中一个光源122，减少发射端12的功耗，同时可以避免多个光源122同时开启时，光线过强对用户造成伤害，保证激光投射的安全性。
在某些实施方式中，至少两个光源122可以是红外激光发射器或红外发光二极管，接收端14包括红外传感器。
如此，至少两个光源122用于向被测物体发射红外光线，红外传感器用于接收被测物体反射的红外光线。
光源122可以是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser,VCSEL)或者边发射激光器(edge-emitting laser，EEL)。其中，垂直腔面发射激光器是一种垂直表面出光的新型激光器，发光方向与衬底垂直，可以较容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出。
在某些实施方式中，飞行时间模组10可以通过接收端14接收到的红外信号与发射端12发射红外光线的脉冲信号之间的相位差来检测被测物体的深度信息。
可以理解，发射端12可以通过周期性调制的脉冲信号来发射红外光线以照射被测物体，在红外光线反射回到飞行时间模组10时，接收端14接收到的红外信号与发射端12发射红外光线的脉冲信号存在相位差，相位差的大小反应了红外光线从发射到返回所经过的时间，如此，飞行时间模组10可以通过接收端14接收到的红外信号与发射端12发射红外光线的脉冲信号之间的相位差实现对被测物体深度信息的检测。
在某些实施方式中，红外传感器中的每个像素包括第一检测部和第二检测部。第一检测部和第二检测部以相同的频率和占空比通过相反的相位检测被测物体反射的红外光线信号。通过对第一检测部检测的红外信号以及第二检测部检测的红外信号进行处理从而获取接收端14接收到的红外信号与发射端12发射红外光线的脉冲信号之间的相位差。第一检测部和第二检测部通过相反的相位检测红外信号指的是第一检测部采集红外信号的起始点与第二检测部采集红外信号的起始点相差180°相位角。
如图4所示的，发射端12可以以一定的频率发射占空比为1/2的光线信号，第一检测部可以以与发射端12相同的频率、占空比和相位采集光线信号，第二检测部以与第一检测部相同的频率、占空比以及与第一检测部相反的相位采集红外信号。由于发射端12发射的红外光脉冲信号与接收端14接收到的红外信号存在相位差φ，如此，第一检测部检测到的信号与第二检测部检测到的信号随着该相位差φ变化而采集到不同比例的红外信号，进而可以通过第一检测部和第二检测部采集的红外信号之间的比例来确定发射端12发射的红外光脉冲信号与接收端14接收到的红外信号之间的相位差。
在某些实施方式中，至少两个光源122发射光线的波长、相位和频率相同。
飞行时间模组10工作时，为减少环境光线的干扰，接收端14可以采用滤光片来滤除不相关波长的光线，光源122的波长相同使得对应波长的光线叠加从而增加发射光线的光功率，如此，接收与发射端12相同波长的光线，从而获取较佳的深度图像。
飞行时间模组10通过第一检测部和第二检测部采集的红外信号之间的比例来确定发射端12发射的红外光脉冲信号与接收端14接收到的红外信号之间的相位差，需要确定接收端14发射红外光的脉冲信号。如此，发射端12控制多个光源122同时工作时，各个光源122发射红外光的相位和频率相同有利于实现相位差的检测。
在某些实施方式中，接收端14接收多个脉冲周期的红外信号。
也即是说，接收端14采集的红外信号是以预设频率持续采集多个周期的光功率的总和。如此，通过多个周期的累积可以保证红外信号的强度。
在某些实施方式中，预设频率可以是20MHz、60MHz、100MHz或120MHz等。
在一个例子中，接收端14采集红外信号的时长为500us。在预设频率下，接收端14可采集多个周期的红外信号。例如，预设频率为100MHz，接收端14可采集100个周期的红外信号，将100个周期的光功率的总和作为红外信号。
当然，在其他实施方式在，每个相位采集的红外信号的时长不限于上述讨论的实施方式，而可以根据实际情况进行变换在此不做具体限定。
在图5所示的实施方式中，至少两个光源122包括第一光源1222和第二光源1224，第一光源1222和第二光源1224对称设置在接收端14相背的两侧。
如此，光源122关于接收端14对称设置可以使得第一光源1222和第二光源1224同时工作时发出的光线在接收端14视场范围内均匀分布，有利于提高深度图像的质量。
需要说明的是，在本申请的实施方式的描述中，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所述特征。
在某些实施方式中，发射端12可以用于控制至少两个光源122中的一个光源工作以向被测物体发射光线。
可以理解，在保证可以获取到清晰度较高的深度图像的情况下，发射端12可以单独控制至少两个光源122中的一个光源或较少数量的光源工作，从而可以减少发射端12的消耗。
具体地，在某些实施方式中，飞行时间模组10可以先控制一个光源122发射光线并获取对应的深度图像，通过分析深度图像的清晰度来控制发射端12开启光源122的数量。
在一个光源122发射光线对应获取的深度图像的清晰度较高时，发射端12保持开启一个光源122，如此，可以减少发射端12的功耗，在一个光源122发射光线对应获取的深度图像的清晰度较低时，发射端12可以开启多个光源122使得多个光源122同时工作以获取清晰的深度图像。在一个例子中，光源122的数量可以是三个或三个以上，发射端12可以根据一个光源122发射光线对应获取的深度图像的清晰度控制光源122开启的数量。例如，单独开启一个光源122、或同时开启两个光源122、或同时开启三个或三个以上数量的光源122。
在某些实施方式中，发射端12用于根据被测物体与飞行时间模组10之间的距离控制至少两个光源122同时工作。
如此，飞行时间模组10根据被测物体的距离来判断光源122是否同时开启，在被测物体与飞行时间模组10之间的距离较近时，发射端12可以只开启一个光源122进行工作，以减少发射端12的功耗，特别地，光源122发射激光且被测物体为人体时，人体距离飞行时间模组10较近而激光光源122强度过大会对人眼造成伤害，此时，应当只开启一个光源122，实现深度图像采集的同时，保证激光投射的安全性。在被测物体与飞行时间模组10之间的距离较远时，发射端12可以开启多个光源122同时工作，提升发射端12发射光功率，增加飞行时间模组10的检测距离，保证深度图像质量。
在某些实施方式中，发射端12可以先控制一个光源122发射光线并估算被测物体与飞行时间模组10之间的距离。
如此，通过只开启一个光源122的方式估算被测物体与飞行时间模组10之间的距离，进而灵活调节发射端12开启光源122，实现光线投射安全、减少功耗的同时，保证深度图像质量。
在某些实施方式中，接收端14可以采用图像传感器146的部分像素来估算被测物体与飞行时间模组10之间的距离。
如此，估算被测物体与飞行时间模组10之间的距离时无需开启图像传感器146的全部像素，可以减少图像传感器146的功耗以及计算量。在一个例子中，部分像素可以是图像中间预定区域对应的像素。在另一个例子中，电子设备100可以由彩色摄像头采集预览图像，通过对预览图像进行分析而得到被测物体所在的对象区域，此时，部分像素为发射端12的图像传感器146中与对象区域对应的像素。在又一个例子中，电子设备100可以由彩色摄像头采集预览图像，用户通过选择预览图像中的对象区域，此时，部分像素为发射端12的图像传感器146中与用户所选择对象区域对应的像素。
请参阅图6，在某些实施方式中，飞行时间模组10包括距离传感器，距离传感器用于检测被测物体与飞行时间模组10之间的距离。
也即是说，飞行时间模组10可以采用单独的距离传感器来检测被测物体与飞行时间模组10之间的距离。距离传感器可独立控制，在飞行时间模组10开启时，距离传感器可实时进行检测。
在某些实施方式中，发射端12用于根据环境光线强度控制至少两个光源122同时工作。
如图7所示，飞行时间模组可以包括环境光传感器，环境光传感器用于检测环境光线强度。环境光线较强时，对应接收端14接受到环境光线较多，即接收到较大的背景噪声，会导致信噪比较低，影响检测的精度及深度图质量。发射端12可以通过检测环境光线强度来控制光源122是否同时开启以及同时开启的数量，在环境光线强度较低的情况下，接收端14可以只开启一个光源122进行工作，以减少发射端12的功耗，保证激光投射的安全性。在环境光线强度较高的情况下，接收端14可以开启多个光源122同时工作，提升发射端12发射光功率，有利于提高采集信号的信噪比，保证深度图像质量。
请一并参阅图5，在某些实施方式中，接收端14包括镜头142、红外通过滤光片144和图像传感器146，镜头142、红外通过滤光片144和图像传感器146沿接收端14的光路依次设置。
如此，镜头142可以将光线汇聚到图像传感器146，实现接受端采集图像相应的视角需求，并通过采用滤光片来滤除不相关波长的光线，保证深度图像质量。
在某些实施方式中，飞行时间模组10包括壳体16和基板18，壳体16设置在基板18，发射端12和接收端14设置在壳体16内。
具体的，壳体16和基板18共同形成有用于收容发射端12和接收端14的收容腔，壳体16保护发射端12和接收端14。
在某些实施方式中，基板18可以是印刷电路板、柔性电路板或软硬结合板等，光源122图像传感器146可以通过芯片封装设置在基板18上与基板18电性连接从而传输图像数据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”或“一个例子”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种飞行时间模组，其特征在于，包括：
发射端，所述发射端包括可独立控制的至少两个光源，所述至少两个光源同时工作以向被测物体发射光线；和
接收端，所述接收端用于接收所述被测物体反射的光线，所述至少两个光源沿所述接收端的周向均匀设置，所述至少两个光源发射的光线在所述接收端的视场范围内重叠，所述飞行时间模组根据所述发射端发射光线和所述接收端接收对应光线的时间差获取所述被测物体的深度图像。
2.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述至少两个光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源对称设置在所述接收端相背的两侧。
3.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述至少两个光源发射光线的波长、相位和频率相同。
4.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述发射端用于根据所述被测物体与所述飞行时间模组之间的距离控制所述至少两个光源同时工作。
5.根据权利要求4所述的飞行时间模组，其特征在于，所述飞行时间模组包括距离传感器，所述距离传感器用于检测所述被测物体与所述飞行时间模组之间的距离。
6.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述发射端用于根据环境光线强度控制所述至少两个光源同时工作。
7.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述至少两个光源包括红外激光发射器或红外发光二极管，所述接收端包括红外传感器。
8.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述接收端包括镜头、红外通过滤光片和图像传感器，所述镜头、所述红外通过滤光片和所述图像传感器沿所述接收端的光路依次设置。
9.根据权利要求1所述的飞行时间模组，其特征在于，所述发射端用于控制所述至少两个光源中的一个光源工作以向所述被测物体发射光线。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
机壳；和
权利要求1-9任一项所述的飞行时间模组，所述飞行时间模组设置在所述机壳。
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