CN114762308B - 测距相机设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明实施例的测距相机设备包括：光发射单元；以及光接收单元，包括图像传感器。光发射单元包括：光源，包括发光器件；以及漫射构件，布置在光源上并且包括多个微透镜。漫射构件包括第一区域和第二区域，其中第一区域包围第二区域并且第二区域布置成使得其中心在光轴方向上与光发射单元重叠。此外，第二区域中的微透镜的直径小于第一区域中的微透镜的直径。

Description

测距相机设备
技术领域
实施例涉及一种测距相机设备。
背景技术
三维(3D)内容应用于诸如教育、制造、自动驾驶以及游戏和文化的许多领域。为了获取3D内容，需要深度信息(深度图)。深度信息是指示空间距离的信息，并且指示相对于二维(2D)图像的一个点的另一点的透视信息。
近来，飞行时间(ToF)作为一种获取深度信息的方法受到关注。根据TOF方法，通过测量飞行时间来计算到物体的距离，即发射光反射并且到达所用的时间。ToF方法的最大优势在于它可以实时快速地提供关于3D空间的距离信息。另外，用户在无需应用单独的算法或硬件校正的情况下能够获得准确的距离信息。此外，即使通过测量非常接近的对象或测量移动的对象，也能够获得准确的深度信息。
但是，与不使用单独光源的相机模块不同，TOF相机具有通过光源输出光的结构，因此可能会导致安全问题。特别是光强度高的光照射到身体的光敏感部位，例如眼睛时，则可能导致严重的伤害。为了防止这样的事故，按照严格的安全规定制造ToF相机模块。因此，需要一种能够解决这些问题的相机模块。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种具有高度安全性的ToF测距相机设备。
实施例中要解决的问题不限于此，还包括通过以下描述的技术方案或实施例可以理解的目的或效果。
技术方案
根据本发明的实施例的测距相机设备包括光发射器和光接收器，光接收器包括图像传感器。光发射器包括光源和漫射构件，光源包括发光器件，漫射构件设置在光源上并包括多个微透镜。漫射构件具有第一区域和第二区域。第一区域设置为包围第二区域。第二区域设置为使得其中心在光轴方向上与光发射器重叠。位于第二区域中的微透镜的直径小于位于第一区域中的微透镜的直径。
第二区域可以包括多个子区域，多个子区域可以包括：第一子区域，与第一区域相邻并且包括具有第一直径的尺寸的微透镜；以及第二子区域，被第一子区域包围并且包括具有小于第一直径的第二直径的尺寸的微透镜。
第一直径可以等于设置在第一区域中的微透镜的直径。
多个子区域还可以包括第三子区域，第三子区域包括漫射构件的中心，被第二子区域包围，并且包括具有小于第二直径的第三直径的微透镜。
第二区域的面积可以随着漫射构件与光源之间的间隔距离增大而离散地增大。
可以使用以下等式来设定第二区域的最小面积。
这里E表示第二区域的水平长度或垂直长度，D表示漫射构件与光源之间的间隔距离，θ表示光源的发散角，t表示光源所包括的多个发光器件中设置在同一行或同一列中的发光器件的中心之间的最大间隔距离。
光源可以接收在第一电流水平与第二电流水平之间的电流，并且可以基于当输入第二电流水平的电流时光源输出的光的输出来设定光源的发散角。
光源的发散角可以是输出光源的最大光强度的1/e2倍的光强度处的角度。
位于第二区域中的微透镜的直径可以为150μm以下。
一种测距相机设备可以包括光发射器和光接收器，光接收器包括图像传感器，光发射器可以包括：光源，包括发光器件；以及漫射构件，设置在光源上并且包括多个微透镜，并且漫射构件可以具有第一区域和第二区域。第一区域可以设置为包围第二区域，第二区域可以设置为使得其中心在光轴方向上与光发射器重叠，并且位于第一区域中的微透镜的直径可以为150μm以下。
有益效果
根据实施例，可以实现提供高度安全性的ToF测距相机设备。
本发明的各种有益的优点和效果不限于上述内容，并且通过对本发明的具体实施例的描述将更容易理解。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的测距相机设备的框图。
图2是根据本发明的实施例的光发射器的示意图。
图3是用于说明根据本发明的实施例的漫射构件的光通量的集中度(concentration)的图。
图4是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
图5是用于说明根据本发明的实施例的漫射构件的图。
图6是用于说明根据本发明的实施例在设定第一区域和第二区域时的光源与漫射构件之间的距离的图。
图7是用于根据说明本发明的实施例的发光器件的发散角的图。
图8是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
图9是示出根据图8的光通量的集中度的示例的图。
图10是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
图11是示出根据本发明的实施例的光通量的集中度的示例的图。
图12和图13是示出根据本发明的实施例的模拟结果的图。
图13是示出根据本发明的实施例的漫射构件的模拟结果的图。
图14是根据本发明的实施例的测距相机设备的分解图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的各种实施例。
然而，本发明不限于本文中描述的一部分实施例，而是可以以各种不同形式来实现，并且在本发明的精神和范围内，实施例中的一个或多个部件可以选择性地结合和替换使用。
另外，除非另有明确定义和描述，否则本发明的实施例中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以被解释为本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义。通常使用的术语(例如在字典中定义的术语)可以考虑现有技术的上下文来解释。
另外，在本发明的实施例中使用的术语用于描述实施例，而不旨在限制本发明。
在本说明书中，除非在措辞中另有说明，否则单数形式也可以包括复数形式。当描述为“A、B和C的至少一个(或者一个以上)”时，可以包括A、B和C全部组合中的一个或多个。
此外，在描述本发明的实施例的部件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。
这些术语仅用于将一个部件与其它部件进行区分，并且术语不限于部件的实质、顺序或次序。
另外，当描述一个部件“连接”或“耦接”到另一部件时，其可以不仅包括该部件直接连接或耦接到另一部件的情况，还包括该部件通过这两个部件之间的又一个部件“连接”或“耦接”到另一部件的情况。
另外，当描述为形成或设置在另一个部件的“上(上方)或下(下方)”时，这不仅可以包括两个部件彼此直接接触的情况，还包括一个或多个其它部件形成或设置在两个部件之间的情况。此外，当表述为“上(上方)或下(下方)”时，基于一个部件，不仅可以包括向上方向的含义，还可以包括向下方向的含义。
图1是根据本发明的实施例的测距相机设备的框图。
根据本发明的实施例的测距相机设备1000是指通过使用飞行时间(ToF)功能提取深度信息的相机或相机设备。因此，测距相机设备1000可以与ToF测距相机设备、ToF相机设备、ToF相机模块和ToF相机互换使用。
参照图1，根据本发明的实施例的测距相机设备1000可以包括光发射器100和光接收器200。
光发射器100可以是产生光信号然后将产生的光信号输出到物体的单元。为此，光发射器100可以包括能够产生光的部件(例如发光器件)以及能够调制光的部件。光信号可以是脉冲波或连续波的形式。连续波可以是正弦波或方波的形式。
参照图1，光发射器100可以包括光源110和漫射构件120。光源110可以产生光。光源110可以输出光。光源110可以辐照光。光源110产生的光可以是波长为770至3000nm的红外线。或者，光源110产生的光可以是波长为380至770nm的可见光。漫射构件120可以接收从光源110输出的光，将接收到的光衍射，并且输出衍射光。漫射构件120可以收集光并且将其转换成平行光。漫射构件120可以是微透镜阵列(MLA)。
光接收器200可以检测被物体反射的光。光接收器200可以检测被物体反射的光信号。在这种情况下，检测到的光信号可以是由光发射器100输出并且被物体反射的光信号。
光接收器200可以包括透镜组件、滤光器和用于检测光信号的传感器。被物体反射的光信号可以通过透镜组件。透镜组件的光轴可以与传感器的光轴对齐。滤光器可以设置在透镜组件与传感器之间。滤光器可以设置在物体与传感器之间的光路上。滤光器可以过滤具有预定波长范围的光。滤光器可以透射特定波段的光。滤光器可以通过特定波长的光。例如，滤光器可以通过红外波段中的光而阻挡红外波段之外的光。传感器可以感测光。传感器可以接收光信号。传感器可以是感测光信号的图像传感器。传感器可以检测光信号并且将其作为电信号输出。传感器可以检测波长与从发光器件输出的光的波长对应的光。例如，传感器可以检测红外波段中的光。
光接收器200和光发射器100可以并排布置。光接收器200可以设置在光发射器100旁边。光接收器200可以设置在与光发射器100相同的方向上。
图2是根据本发明的实施例的光发射器的示意图。
参照图2，根据本发明的实施例的光发射器100包括光源110和漫射构件120。
根据本发明的实施例，光源110可以包括多个发光器件112。具体地，光源110可以以阵列的形式实现，其中多个发光器件112按照预定规则布置在基板111上。基板111具有第一表面与第二表面。多个光孔径可以形成在基板111的第一表面上，并且多个漫射构件120可以设置在基板111上以对应于多个光孔径。光源110通过光孔径输出光，并且可以以预定的发散角输出光。多个发光器件112可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
漫射构件120可以分为主体部121和多个微透镜122。具体地，漫射构件120可以具有多个微透镜122按照预定规则设置在主体部121上的形状。在漫射构件120中，主体部121和多个微透镜122可以彼此一体形成。在这种情况下，主体部121和微透镜122可以由相同的材料形成。主体部121可以具有板形状。
漫射构件120可以具有接收来自光源110的光的第一表面和输出光的第二表面。漫射构件120的第一表面可以包括水平表面或曲面，并且多个微透镜122可以设置在漫射构件120的第二表面上。
多个微透镜122可以具有预定直径。多个微透镜122的直径可以被设置为使得多个微透镜的光通量的集中度中的最大值不超过预定值。这里，光通量的集中度可以指入射在一个微透镜上的光通量与由光源110输出的总能量之比。
根据本发明的实施例，多个微透镜122的直径被设置为使得多个微透镜的光通量的集中度中的最大值不超过预定值，并且同时，多个微透镜122可以设计为具有彼此相同的直径。
根据本发明的另一实施例，漫射构件120可以被划分为多个区域，并且设置在多个区域中的某个区域中的微透镜122的直径可以小于设置在另一区域中的微透镜122的直径。具体地，漫射构件120的第二表面可以划分为第一区域125和第二区域126，并且第二区域126可以划分为多个子区域。第一区域125可以设置为包围第二区域126，第二区域126可以设置为在光轴方向上与光发射器100重叠，并且第二区域126的中心可以设置为与漫射构件120的中心重叠。另外，第二区域126可以包括多个子区域。例如，多个子区域可以包括两个或三个子区域。在这种情况下，设置在多个子区域中的至少一个子区域中的微透镜122的直径可以小于设置在第一区域125中的微透镜122的直径。
图3是用于说明根据本发明的实施例的漫射构件的光通量集中度的图。
图3示意性地示出了漫射构件120，其中每个单元指的是一个微透镜。图3示出了直径各为300μm的微透镜以8×8阵列排列的形式。每个单元中描绘的阴影表示集中在每个微透镜上的能量与由光源110输出的总能量之比。在图3中，表示随着微透镜设置在阴影颜色较深之处，集中的能量更高。
参照图3，显示约9％以上的光通量集中度的微透镜相对于由光源输出的总能量的比为4/64。显示约0.5％以上至9％以下的光通量集中度的微透镜相对于由光源输出的总能量的比约为45/64。
即使与由光源输出的总能量相比光通量集中度约为9％以上，正常的微透镜也会衍射和散射光以输出，因此集中在微透镜上的能量不会按照原样被传输到物体。然而，当微透镜受损时，集中在微透镜上的能量可能直接传递到物体。如果对象是人，则可能导致失明。因此，有必要通过分散集中在一个微透镜上的能量来提高稳定性。
图4是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
在根据本发明的实施例的漫射构件120中，多个微透镜的直径可以被设计成使得多个微透镜中的每一个的光通量的集中度被分散。具体地，在根据本发明的实施例的漫射构件120中，微透镜的直径可以被设置为使得多个微透镜的光通量的集中度中的最大值不超过预定值。例如，在漫射构件120中，微透镜的直径可以设定为使得多个微透镜的光通量的集中度中的最大值不超过2.5％。根据实施例，多个微透镜可以被设计为具有150μm以下的直径。例如，漫射构件120可以以直径均为100μm的微透镜实现，或者可以以直径均为50μm的微透镜实现。根据另一实施例，多个微透镜可以被设计为直径小于或等于在150μm的-10％至10％范围内的值。例如，漫射构件120的每个微透镜可以被设计为具有135μm以下的直径或者165μm以下的直径。
图4示出了其中直径均为150μm的微透镜以16×16阵列排列的形式。参照图4，显示约0.5％以上且9％以下的光通量集中度的微透镜相对于由光源输出的总能量的比约为60/256。特别地，可以看出，不存在与由光源输出的总能量相比具有约9％以上的光通量集中度的微透镜。即，即使微透镜被部分损坏，集中在一个微透镜上的能量的比率也低，因此具有可以提高稳定性的优点。
图5是用于说明根据本发明的实施例的漫射构件的图。
微透镜的直径越小，集中在一个微透镜上的能量越少并且安全性越高，但是在这种情况下，漫射构件120的制造工艺的难度也增加了。因此，根据本发明的实施例的漫射构件120可以通过将布置在彼此区分的多个区域中的微透镜的直径设定为不同来解决上述问题。
根据本发明的实施例的漫射构件120包括第一区域125和第二区域126。设置在第二区域126中的微透镜122中的至少一个的直径可以小于设置在第一区域125中的微透镜122的直径。
可以根据漫射构件120与光源110之间的间隔距离而不同地设定第一区域125和第二区域126。根据本发明的实施例，漫射构件120可以设置为与光源110隔开。可以根据漫射构件120与光源110之间的间隔距离而不同地设定第二区域126。第二区域126的面积可以随着漫射构件120与光源110之间的间隔距离增加而增加。具体地，第二区域126的面积可以随着漫射构件120与光源110之间的间隔距离增大而离散地增大。相应地，第一区域125的面积可以随着漫射构件120与光源110之间的间隔距离的增加而离散地减小。
可以使用以下等式来设定第二区域126。
[等式1]
这里，E表示第二区域126的水平长度或垂直长度，D表示漫射构件120与光源110之间的间隔距离，θ表示发光器件112的发散角，t表示在光源110所包括的多个发光器件112中设置在同一行或列中的发光器件的中心之间的最大间隔距离。
基于以上等式1，第二区域126可以具有水平长度为E1和垂直长度为E2的四边形的最小面积。如果与发光器件112的行或列对应的最大间隔距离t相同，则第二区域126可以具有正方形形状，而如果不同，则第二区域126可以具有矩形形状。在如上所述设定第二区域126的最小面积时，能够有效地分散光输出集中的区域的能量，并且能够提高漫射构件120的制造效率。
漫射构件120与光源110之间的间隔距离可以是光源110的第一表面与漫射构件120的第一表面之间的垂直距离。光源110的第一表面是指设置有光孔径的一个表面。漫射构件120的第一表面是指多个微透镜122中的每一个接收来自光源110的光的一个表面。具体地，由于多个微透镜122以压印(embossing)在漫射构件120的第一表面上的形式布置，所以漫射构件120的第一表面可以指光轴穿过多个微透镜122中的每一个所通过的点相连接的表面。因此，漫射构件120与光源110之间的间隔距离可以是光源110的第一表面与光轴穿过微透镜122所通过的点之间的垂直距离。
微透镜122的球面可以通过以下等式2来计算。
[等式2]
这里，Cx和Cy分别表示x轴和y轴的曲率，kx和ky分别表示x轴和y轴的圆锥常数。
Cx和Cy的值可以与图像传感器的x轴和y轴方向的长度成比例。即，当图像传感器的y轴方向的长度大于x轴方向的长度时，Cy可以大于Cx。例如，当图像传感器的x轴和y轴方向的长度比为a：b时，Cx：Cy之比也可以为a：b。具体地，当a：b为3：4时，Cx：Cy之比实现为3:4。即，通过增大y轴方向的曲率，光可以进一步漫射，并且光可以在x轴方向和y轴方向均匀漫射。
另外，如果将kx和ky设计为具有相同的值，则可以实现x轴和y轴方向上的光漫射分布趋于相同。
当微透镜122的球面上光轴所通过的点的坐标为(0,0)时，可以通过将微透镜122的直径的半值(R/2)应用到上述等式2中的变量x和y来计算微透镜122的高度。
图6是用于说明根据本发明的实施例在设定第一区域和第二区域时的光源与漫射构件之间的距离的图。
图6示出了与光源110具有不同间隔距离的漫射构件120的能量分布。如图6所示，在间隔距离为D2的情况下，能量分布的区域比间隔距离为D1的情况更宽，在间隔距离为D3的情况下，能量分布的区域比间隔距离为D2的情况更宽，在间隔距离为D4的情况下，能量分布的区域比间隔距离为D3的情况更宽，并且在间隔距离为D5的情况下，能量分布的区域比间隔距离为D4的情况更宽。
下面的表1显示了根据光源110与漫射构件120之间的间隔距离以及微透镜的尺寸的能量的入射量。
[表1]
表1显示了入射有光源所输出的总能量的99％以上的微透镜的数量。例如，当漫射构件120排列有尺寸均为50[μm]的微透镜时，99％以上的能量入射到光源110与漫射构件120之间的间隔距离为0.5[mm]的16×16微透镜上，但99％以上的能量入射到间隔距离为2.3[mm]的28×28微透镜上。即，随着间隔距离增加，入射有99％以上的能量的微透镜的数量增加，这表明第二区域的面积变宽。当布置尺寸为100[μm]、150[μm]、200[μm]或300[μm]的微透镜时同样适用。然而，由于布置了均具有预定尺寸的微透镜，所以第二区域的面积可以离散地增加。即，可以针对每个预定间隔距离范围增加第二区域的面积。另一方面，表1显示了入射有光源输出的总能量的99％以上的面积大小根据微透镜的大小而减小。在表1中，假设每个尺寸的微透镜排列在相同大小的区域中。因此，50[μm]大小的微透镜以48×48的阵列形成整个漫射构件120，300[μm]大小的微透镜以8×8阵列形成整个漫射构件120。在间隔距离为2.3[mm]的情况下，当阵列由50[μm]大小的微透镜组成时，99％以上的能量入射到48×48微透镜中的28×28微透镜上，而当阵列由300[μm]大小的微透镜组成时，99％以上的能量入射到8×8微透镜中的8×8微透镜上。
由于每一个微透镜的能量随着入射有由光源输出的总能量的99％以上的微透镜数量增加而减少，因此可以看出，间隔距离和微透镜尺寸越小越好。但是，由于安装了测距相机设备1000的终端的尺寸，不能无限制地增大间隔距离。此外，考虑制造成本等，不能无限制地减小微透镜的尺寸。因此，考虑到光源110与漫射构件120之间的间隔距离，需要有效地设定第一区域和第二区域。
图7是用于说明根据本发明的实施例的发光器件的发散角的图。
参照图6和图7，首先，光源110和漫射构件120设置为隔开预定距离D。另外，发光器件以预定角度θ输出光。当从发光器件112的中心连接垂直于基板111的假想法线时，假想法线与光的夹角θ/2为从发光器件112输出的光的发散角θ的一半。多个发光器件112可以具有相同的标准，并且多个发光器件112输出光的发散角θ可以相同。
如上所述，可以基于光源110的发散角来设定第二区域的面积。即，可以根据如何设定发散角来确定第二区域。
例如，如图5所示，发光器件可以相对于光轴从-20度到20度发射一定的能量。然而，可以看出，在-15度以下和+15度以上能量的量几乎为零。即，大部分能量存在于相对于发光器件的光轴的一定角度内。因此，将除零能量以外的所有角度设定为发光器件的发散角是无效的，而将发射一定量以上能量的角度设定为发光器件的发散角是有效的。因此，在本发明中，可以将光源110的发散角设定为输出光源110的最大光强度的1/e2倍的光强度处的角度。在这种情况下，可以在光源110的发散角内输出从光源110输出的光通量的99％。在本发明中，可以将光源110的最大光强度的1/e2倍的光强度定义为有效光，并且可以将对应的角度定义为发散角。
同时，发散角可以根据供应到发光器件的电流的大小而变化。光源可以接收预定范围内(在第一电流水平和第二电流水平之间)的电流，并且供应的功率越大，发散角可以越大。图5示出了向光源110供应1.74[A]至5.23[A]范围内的电流。可以看出，在供应5.23[A]的情况下的相对光强度图的宽度大于供应3.49[A]的情况下的相对光强度图的宽度。可以看出，供应3.49[A]的情况下的相对光强图的宽度大于供应1.74[A]的情况下的相对光强度图的宽度。因此，可以基于当向光源110供应最大电流时的光输出来设定发散角。即，当光源110接收在第一电流水平与第二电流水平之间的电流时，可以基于输入第二电流水平的电流时从光源输出的光来设定光源的发散角。
将通过图8和图9描述根据本发明的第一实施例的漫射构件120。
图8是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
在图8中，(a)是根据实施例的漫射构件120的平面图，(b)是根据实施例的漫射构件120的截面图。
根据本发明的实施例的漫射构件120包括第一区域125和第二区域126，其中第二区域126可以包括两个子区域126-1和126-2。多个子区域可以包括第一子区域126-1和第二子区域126-2。
第一子区域126-1可以设置为与第一区域125相邻。另外，第二子区域126-2可以设置为与第一子区域125隔开并且被第一子区域126-1包围。根据实施例，设置在多个子区域中的至少一个子区域中的微透镜的直径可以等于设置在第一区域125中的微透镜的直径。如图7所示，当第二区域126包括第一子区域126-1和第二子区域126-2时，设置在第一子区域126-1中的微透镜的直径可以等于设置在第一区域125中的微透镜的直径，设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径可以小于设置在第一区域125中的微透镜的直径。例如，设置在第一子区域126-1中的微透镜的直径可以是300[μm]，设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径可以是150[μm]。同时，由设置在第一子区域126-1中的微透镜形成的高度可以等于由设置在第二子区域126-2中的微透镜形成的高度。
图9是示出根据图8的光通量的集中度的示例的图。
参照图9，在微透镜设置在第一子区域的情况下，在从光源110入射的总能量的0.5％以内接收到能量。在第二子区域的情况下，被输入2.5％以上且小于9.0％的能量的微透镜的数量为16，对应于微透镜的整个面积的1/16。这是如图3所示的被输入2.5％以上的能量的微透镜面积的1/6，说明安全性非常高。
将参照图10和图11描述根据本发明的第一实施例的漫射构件120。
图10是示出根据本发明的实施例的漫射构件的图。
在图10中，(a)是根据实施例的漫射构件120的平面图，(b)是根据实施例的漫射构件120的截面图。
根据本发明的实施例的漫射构件120包括第一区域125和第二区域126，其中第二区域126可以包括三个子区域126-1、126-2和126-3。多个子区域可以包括第一子区域126-1、第二子区域126-2和第三子区域126-3。第三子区域126-3包括漫射构件120的中心，与第一子区域126-1间隔开，并且被第二子区域126-2包围。即，在从漫射构件120的中心向外的方向上，可以依次布置第三子区域126-3、第二子区域126-2和第一子区域126-1。设置在第三子区域126-3中的微透镜的直径可以小于设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径。因此，设置在第一区域125中的微透镜的直径可以等于设置在第一子区域126-1中的微透镜的直径，设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径可以小于设置在第一子区域126-1中的微透镜的直径，设置在第三子区域126-3中的微透镜的直径可以小于设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径。例如，设置在第一子区域126-1中的微透镜的直径可以是300[μm]，设置在第二子区域126-2中的微透镜的直径可以是150[μm]，并且设置在第三子区域126-3中的微透镜的直径可以是100[μm]。同时，设置在第一子区域126-1至第三子区域126-3中的微透镜可以具有相同的高度。
图11是示出根据本发明的实施例的光通量的集中度的示例的图。
参照图11，设置在第一子区域126-1至第三子区域126-3中的微透镜接收从光源110入射的总能量的0.5％以内的能量。因此，漫射构件120中包括的所有微透镜接收0.5％以内的能量。因此，即使部分微透镜受损，从光源110输出的光也能均匀地入射到所有微透镜上，从而可以防止光对人体的伤害。
将参照图12和图13描述根据本发明的实施例的模拟结果。
图12是示出仅使用大小为300[μm]的微透镜构成的漫射构件的模拟结果的图。
参照图12，如果微透镜(参考)没有受损，或者如果微透镜在最外区域(边缘)或与最外区域相邻的区域(中间)中受损，则从微透镜的受损部分发射的能量为1.1％以下，眼睛孔径因子(eye aperture factor)为179以上。该值高于眼睛安全标准的179，并且即使相应的光照射到人眼也不会造成伤害。然而，如果微透镜在与漫射构件120的中心相邻的区域(中心2×2、4×4)中受损，则从微透镜的受损部分发射的能量为4.8％以上，并且眼睛孔径因子为179以下。特别地，在这两种情况下，该值都比眼睛孔径因子标准值179低100以上，这表明当相应的光照射到人眼时，会导致失明。
图13是示出根据本发明的实施例的漫射构件的模拟结果的图。
在图13中，(a)根据是第一实施例的远场，(b)是根据第二实施例的远场。在这两种情况下，微透镜在与漫射构件120的中心相邻的区域中受损。在图13的(a)的情况下，眼睛孔径因子是125.2，并且基于光源110的总能量570[mW]，从受损部分输出4.55[mW]。在图13的(b)的情况下，眼睛孔径因子是194.8，并且并且基于光源110的总能量570[mW]，从受损部分输出2.93[mW]。在第一实施例的情况下，虽然眼睛孔径因子值低于参考值174，但仅相差50以下，因此可以防止失明等严重伤害。在第二实施例的情况下，眼睛孔径因子值高于参考值174，表明没有因微透镜损坏而造成的身体伤害。
图14是根据本发明的实施例的测距相机设备的分解图。
测距相机设备可以包括光发射器和光接收器。然而，由于基板10、保持器30和屏蔽罩50一体地形成并且共同用于光发射器和光接收器，因此可能难以区分光发射器和光接收器。在这种情况下，上述各个部件可以理解为光发射器和光接收器中的每一个的部件。或者，如在修改例中，也可以为光发射器和光接收器分别设置诸如基板10、保持器30、屏蔽罩50的共同部件。
光发射器可以包括基板10、光源20、保持器30、漫射构件41、漫射器环42和屏蔽罩50。光接收器可以包括基板10、传感器60、滤光器80、保持器30、透镜70、镜筒71和屏蔽罩50。
基板10可以包括印刷电路板(PCB)。基板10可以通过FPCB 91连接到连接器。基板10和FPCB91可以由刚柔结合PCB(rigid flexible PCB，RFPCB)形成。光源20和传感器60可以设置在基板10上。基板10可以设置在保持器30下方。基板10可以包括端子。基板10的端子可以耦接到屏蔽罩50的耦接部。基板10的端子可以包括多个端子。基板10的端子可以包括两个端子。
光源20可以设置在基板10上。光源20可以设置为与基板10接触。光源20可以设置在基板10上方。光源20可以设置在基板10中。光源20可以对应于上述光源110。
保持器30可以设置在基板10上。保持器30可以设置为与基板10接触。保持器30可以设置在基板10上方。保持器30可以设置在基板10中。保持器30可以通过粘合剂固定到基板10。保持器30中可以容纳光源20、漫射器模块40、传感器60和滤光器80。保持器30可以是注塑成型产品。保持器30可以通过注射形成。
漫射器模块40可以包括漫射构件41和漫射器环42。漫射器模块40可以如修改例中那样一体形成，但是在此实施例中，漫射构件41和漫射器环42可以分开制造以提高注塑成型过程中的成型性。漫射构件41和漫射器环42可以彼此分离。
漫射构件41可以是漫射透镜。漫射构件41可以对应于上述漫射构件120。漫射构件41可以设置在保持器30中。漫射构件41可以耦接到保持器30。漫射构件41可以固定到保持器30。漫射构件41可以设置在从光源20发出的光的光路上。漫射构件41可以设置在光源20上。漫射构件41可以设置在光源20上方。漫射构件41可以是注塑成型产品。漫射构件41可以通过注塑形成。漫射构件41的上端的高度可以对应于透镜70的上端的高度。漫射构件41可以沿向上方向垂直插入并且耦接到保持器30。在这种情况下，向上方向可以是从保持器30的下部朝向保持器30的上部的方向。漫射构件41的一部分可以在向上方向上与保持器30重叠。
漫射器环42可以设置在保持器30中。漫射器环42可以固定到保持器30。漫射器环42可以耦接到保持器30。漫射器环42可以设置在漫射构件下方41。漫射器环42可以支撑漫射构件41。漫射器环42可以与漫射构件41接触。漫射器环42可以是注塑成型产品。漫射器环42可以通过注塑形成。
屏蔽罩50可以覆盖保持器30的主体。屏蔽罩50可以包括盖。屏蔽罩50可以包括盖罩。屏蔽罩50可以是非磁性材料。屏蔽罩50可以由金属材料形成。屏蔽罩50可以由金属板形成。屏蔽罩50可以电连接到基板10。屏蔽罩50可以通过焊球连接到基板10。由此，屏蔽罩50可以接地。屏蔽罩50可以阻挡电磁干扰(EMI)。在这种情况下，屏蔽罩50可以被称为“EMI屏蔽罩”。在此实施例中，屏蔽罩50可以阻挡EMI，因为EMI可能随着光学器件内部使用高电压而增加。
传感器60可以设置在基板10上。传感器60可以设置在基板10上的保持器30的分隔壁的另一侧。即，传感器60可以相对于保持器30的分隔壁设置在光源20的相对侧。传感器60可以检测红外线。传感器60可以检测红外线中特定波长的光。传感器60可以检测通过滤光器80的光。传感器60可以检测光源20的波段中的光。由此，传感器60检测从光源20发射并且在物体上反射的光并由此感测物体的3D图像信息。传感器60的有效感测区域被设置为对应于漫射构件41，但是传感器60可以被设置为作为整体偏向分隔壁。传感器60的电路图案可以设置在传感器60的偏向分隔壁的部分上。
透镜70可以固定在镜筒71中。透镜70可以是注塑成型产品。透镜70可以通过注塑形成。透镜70可以包括多个透镜。
滤光器80可以设置在透镜70与传感器60之间。滤光器80可以是使特定波段的光通过的带通滤光器。滤光器80可以使红外线通过。滤光器80可以使红外线中特定波长的光通过。滤光器80可以使由光源20发射的光的波段的光通过。滤光器80可以阻挡可见光。滤光器80可以耦接到保持器30。具有与滤光器80的尺寸对应的尺寸的凹槽可以形成在保持器30中，并且滤光器80可以插入到凹槽中并且用粘合剂固定。为了在滤光器80与保持器30之间注入粘合剂，粘合剂注入槽可以一起形成在保持器30的凹槽中。滤光器80可以设置在低于漫射器环42的位置的位置处。
尽管以上描述了实施例，但这些实施例仅是示例，并不限制本发明。本领域技术人员将理解，在不脱离实施例的基本特征的情况下，可以进行以上未例示的多种变化和应用。例如，可以通过修改来实现实施例中具体示出的各个部件。此外，与这些修改和应用相关的差异应该被解释为包括在所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种测距相机设备，包括：
光发射器；以及
光接收器，包括图像传感器，
所述光发射器包括：
光源，包括发光器件；以及
漫射构件，设置在所述光源上并且包括主体部和设置在所述主体部上的多个微透镜，
所述漫射构件具有第一区域和第二区域，
其中，所述第一区域设置为包围所述第二区域，
所述第二区域设置为使得所述第二区域的中心在光轴方向上与所述光发射器重叠，并且
位于所述第二区域中的所述微透镜的直径小于位于所述第一区域中的所述微透镜的直径，
其中，所述第一区域和所述第二区域距所述主体部具有相同的高度。
2.根据权利要求1所述的测距相机设备，其中，所述第二区域包括多个子区域，并且
所述多个子区域包括：
第一子区域，与所述第一区域相邻并且包括具有第一直径的尺寸的微透镜；以及
第二子区域，被所述第一子区域包围并且包括具有小于所述第一直径的第二直径的尺寸的微透镜。
3.根据权利要求2所述的测距相机设备，其中，所述第一直径等于设置在所述第一区域中的所述微透镜的直径。
4.根据权利要求2所述的测距相机设备，其中，所述多个子区域还包括：
第三子区域，包括所述漫射构件的中心，被所述第二子区域包围，并且包括具有小于所述第二直径的第三直径的微透镜。
5.根据权利要求2所述的测距相机设备，其中，所述第二区域的面积随着所述漫射构件与所述光源之间的间隔距离增大而离散地增大。
6.根据权利要求2所述的测距相机设备，其中，使用以下等式设定所述第二区域的最小面积：
其中，E表示所述第二区域的水平长度或垂直长度，D表示所述漫射构件与所述光源之间的间隔距离，θ表示所述光源的发散角，t表示所述光源包括的多个发光器件中设置在同一行或同一列中的发光器件的中心之间的最大间隔距离。
7.根据权利要求6所述的测距相机设备，其中，所述光源接收在第一电流水平与第二电流水平之间的电流，并且
基于当输入所述第二电流水平的电流时所述光源输出的光的输出来设定所述光源的所述发散角。
8.根据权利要求6所述的测距相机设备，其中，所述光源的所述发散角是输出所述光源的最大光强度的1/e2倍的光强度处的角度。
9.根据权利要求1所述的测距相机设备，其中，位于所述第二区域中的所述微透镜的直径为150μm以下。
10.一种测距相机设备，包括：
光发射器；以及
光接收器，包括图像传感器，
所述光发射器包括：
光源，包括发光器件；以及
漫射构件，设置在所述光源上并且包括主体部和设置在所述主体部上的多个微透镜，
所述漫射构件具有第一区域和第二区域，
其中，所述第一区域设置为包围所述第二区域，
所述第二区域设置为使得所述第二区域的中心在光轴方向上与所述光发射器重叠，并且
位于所述第一区域中的所述微透镜的直径为150μm以下，
其中，所述第一区域和所述第二区域距所述主体部具有相同的高度。
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