CN117148321A - ToF发射模组和具有其的ToF系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种ToF发射模组和具有其的ToF系统，所述ToF发射模组包括辐射源以及位于辐射源出光侧的发射超透镜，所述发射超透镜用于对辐射源发出的出射光束进行调制，以在目标表面形成点云照明图案，所述发射超透镜包括多个阵列式排布的超结构单元，所述发射超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列；利用发射超透镜对辐射源的出射光束进行调制后，从而生成点云照明图案，减小了ToF发射模组的体积和重量。

Description

ToF发射模组和具有其的ToF系统

技术领域

本发明涉及光学测距领域，尤其涉及一种ToF发射模组和具有其的ToF系统。

背景技术

ToF，即飞行时间法(Time of Flight)是三维测量技术的一种。其原理是发射模组发射光脉冲到被测物体上，然后由接收模组接收从物体返回的光脉冲，通过计算光脉冲的飞行时间来计算被测物体的深度信息。

现有的ToF发射模组，采用传统透镜和衍射光学元件去对光束进行准直和点云生成，存在体积占用大，重量重的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小了ToF发射模组体积和重量的ToF发射模组和具有其的ToF系统。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种ToF发射模组，包括辐射源以及位于辐射源出光侧的发射超透镜，所述发射超透镜用于对辐射源发出的出射光束进行调制，以在目标表面形成点云照明图案，所述发射超透镜包括多个阵列式排布的超结构单元，所述发射超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜基于辐射源的不同入射角度对应排布不同周期值的超结构单元。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜具有排布超结构单元的第一区域和第二区域，所述第一区域相比于第二区域更接近于发射超透镜的中心，所述第二区域内超结构单元的周期值小于第一区域内超结构单元的周期值。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第二区域内超结构单元的径向周期对应小于第一区域内的超结构单元的径向周期，和/或所述第二区域内超结构单元的周向周期对应小于第一区域内的超结构单元的周向周期。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜的每个超结构单元的径向周期自第一区域至第二区域方向上递减，所述发射超透镜的每个超结构单元的周向周期均相等。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜的每个超结构单元的径向周期和周向周期自第一区域至第二区域方向上递减。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜还具有排布超结构单元的第三区域，所述第一区域、第三区域和第二区域的圆心相互重合，且外径尺寸依次递增，所述第三区域内超结构单元的径向周期和/或周向周期自第一区域至第二区域方向上递减。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一区域和/或第二区域内超结构单元的径向周期和周向周期保持不变。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第三区域内超结构单元的径向周期和/或周向周期自第一区域至第二区域等比例递减。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜配置为透射式超透镜或者反射式超透镜。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜的每个超结构单元的中心和/或顶点位置设有纳米结构，基于纳米结构的相位分布，所述发射超透镜对出射光束进行准直以及衍射分束。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜还包括连接纳米结构的基底、连接纳米结构和基底的填充物以及设于基底和/或填充物上的至少一层增透膜。

作为本发明一实施方式的进一步改进，至少在发射超透镜的纳米结构与基底之间设置增透膜。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发射超透镜还包括连接纳米结构的基底、连接纳米结构和基底的填充物以及设于基底和/或填充物上的增透膜，所述增透膜包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层或第二材料层与发射超透镜相连。

为实现上述发明的目的，本发明还提供了一种ToF系统，所述ToF系统包括如上述的ToF发射模组以及与ToF发射模组相对应的ToF接收模组，所述ToF接收模组包括接收透镜，所述接收透镜配置为接收超透镜或者传统透镜组合。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述接收超透镜包括多个阵列式排布的超结构单元，所述接收超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列。

与现有技术相比，本发明的实施方式中，利用发射超透镜对辐射源的出射光束进行调制后，从而生成点云照明图案，减小了ToF发射模组的体积和重量。

附图说明

图1是本发明优选实施方式中ToF发射模组的结构示意图；

图2是图1中ToF发射模组的光路示意图以及发射超透镜的俯视图；

图3是本发明优选的一实施方式中发射超透镜的俯视图；

图4是本发明优选的另一实施方式中发射超透镜的俯视图；

图5是图2中发射超透镜处的光路示意图；

图6是图5中A处剖视图的一实施方式；

图7是图5中A处剖视图的另一实施方式；

图8是本发明优选的一实施方式中ToF系统的结构示意图；

图9是本发明优选的另一实施方式中ToF系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

再者，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到上述术语的限制。上述术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一区域可以被称作第二区域，同样，第二区域也可以被称作第一区域，这并不背离该申请的保护范围。

在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。

参考图1所示，一种ToF发射模组，包括辐射源20以及位于辐射源20出光侧的发射超透镜10。本实施例中，辐射源20的工作波段可以为红外波段(例如近红外波段)，也可以为可见光波段。辐射源20与发射超透镜10同光轴设置，且辐射源20位于发射超透镜10的焦平面。

具体的，ToF发射模组还包括底座40和支架50，其中底座40用于安装辐射源20和支架50，支架50则用于支撑发射超透镜10。支架50还可用于屏蔽环境光从侧面进入该模组。

进一步的，所述发射超透镜10用于对辐射源20发出的出射光束进行调制，以在目标表面形成点云照明图案。本实施例中，辐射源20发出的出射光束，经发射超透镜10的调制后，能够生成点云，并在目标表面(即探测对象表面)形成点云照明图案。

为了保证出光强度，辐射源20可以是由多个点辐射21组成的阵列。优选地，为了确保生成的点云照明图案正中间有完整的图像，辐射源20由奇数x奇数个点辐射21排布而成，从而保持对称性，得到更准确的点云照明图案。

具体的，辐射源20可以配置为垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical cavitysurface emitting laser)阵列、发光二极管(LED，Light Emitting Diode)阵列、固体激光器或边缘发射激光器(EEL，Edge Emitting Laser)阵列，辐射源20还可以配置为由前述激光器和/或发光二极管组成的多种点辐射21阵列。

进一步的，所述发射超透镜10配置为透射式超透镜或者反射式超透镜。本实施例中，发射超透镜10优选透射式超透镜。当辐射源20的出射光束朝向发射超透镜10入射后，发射超透镜10对辐射源20出射光束的调制形成类似折射的直接投影。为了增加该ToF发射模组的探测距离，发射超透镜10可选地采用长焦型透射式超透镜。

当然，在未示出的实施例中，发射超透镜10还可以配置为反射式超透镜。从而，当辐射源20的出射光束朝向发射超透镜10入射后，经发射超透镜10反射后形成点云照明图案，从而缩小ToF发射模组的体积。

配合参照图2所示，具体的，所述发射超透镜10包括多个阵列式排布的超结构单元12。本实施例中，超透镜(即发射超透镜10)是一种超表面，超表面为一层亚波长的人工纳米结构膜，可通过其上设置的超结构单元12来对入射光的振幅、相位和偏振进行调制。

具体的，所述发射超透镜10的每个超结构单元12的中心和/或顶点位置设有纳米结构123。本实施例中，纳米结构123可理解为包含全介质或电浆子的、能够导致相位突变的亚波长结构，而超结构单元12为通过对超透镜(即发射超透镜10)进行划分而得到以每个纳米结构123为中心的结构单元。

具体的，所述发射超透镜10还包括连接纳米结构123的基底11。本实施例中，多个纳米结构123排布于基底11上，其中每个周期中的纳米结构123组成一个超结构单元12。超结构单元12为可密堆积图形，例如可以为正四边形、正六边形、扇形等，每个周期中包含一个纳米结构123，并且超结构单元12的顶点和/或中心可以设置有纳米结构123。在超结构单元12为正六边形的情况下，正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构123。同理，扇形、正方形的情况下也是如此。

进一步的，所述纳米结构123配置为偏振相关结构或者偏振不相关结构。本实施例中，纳米结构123能够根据使用场景的不同，选择偏振相关结构或者偏振不相关结构。偏振不相关结构，例如圆柱形、方柱形、十字柱形、圆孔方柱形等。偏振相关结构，例如椭圆柱形、矩形柱形、六棱柱形等。

其中，基底11可以由透光或不透光的材料构成，基底11透过光时，从而形成透射超表面，即透射式超透镜。基底11不透光或反射光时则为反射超表面，即反射式超透镜。基底11的材料包括但不限于石英玻璃、晶态与非晶态硅、氧化铝、氮化硅、氟化钙，纳米结构123的材料包括但不限于氧化钛、氧化钽、氧化铪、氮化硅、光刻胶、石英玻璃、氧化铝、晶态与非晶态硅、氮化镓、晶体锗、硫化硒、硫化硒、硫系玻璃。

另外，纳米结构123可以位于基底11朝向辐射源20的一侧，也可以位于基底11背离辐射源20的一侧。

具体的，基于纳米结构123的相位分布，所述发射超透镜10对出射光束进行准直以及衍射分束。本实施例中，通过计算求出准直与点云生成(即衍射分束)所需的相位分布，根据相位分布选取合适的超结构单元12进行阵列排布，使得发射超透镜10可以同时集成准直与点云生成功能。

进一步的，所述发射超透镜10的多个超结构单元12呈非周期性排列。本实施例中，发射超透镜10至少部分的超结构单元12呈非周期性排列，这些超结构单元12的周期值不相等，而发射超透镜10其他部分的超结构单元12的周期值可以是相等或者不相等，从而满足发射超透镜10在不同需求(例如大角度入射时的调制效果需求)时的调制效果。

进一步的，所述发射超透镜10基于辐射源20的不同入射角度对应排布不同周期值的超结构单元12。本实施例中，发射超透镜10上超结构单元12的周期值可以根据入射角度的不同进行选择，从而构成不同的入射角度对应不同的超结构单元12周期值。与恒定周期相比，避免随着入射角度的增大而产生的相位突变，从而更好地对每个入射角度进行调制，提高不同入射角度的透射率。

进一步的，所述发射超透镜10具有排布超结构单元12的第一区域101和第二区域102。本实施例中，发射超透镜10包括至少两个区域，对发射超透镜10划分不同区域后，每个区域内能够排布一个或者多个超结构单元12。超结构单元12的数量则根据排布函数获取，超结构单元12的结构参数则可以根据相应的相位分布公式获取。同一区域内超结构单元12可以是相同的周期，也可以是不同的周期。

为了方便表述，以下实施方式均以图2为例，采用同一辐射源20照射于发射超透镜10上时，照射于发射超透镜10上各处光的入射角度不同，同一入射平面内，按照入射角度的不同对发射超透镜10进行区域的划分。另外，每个区域之间相互不重合，可以是相邻或者间隔。

进一步的，所述第一区域101的中心与第二区域102的中心相互重合。本实施例中，发射超透镜10上的超结构单元12优选呈环形分布，该环形可以如图2中的封闭结构，也可以是不封闭结构的结构。因此，每个区域的中心则在该环形的中心处，即如图2中的C点处。而且，该中心C点与发射超透镜10的焦点沿着Z轴方向排列，例如图2中的辐射源20正射于该中心C点，辐射源20与发射超透镜10同光轴设置，且辐射源20位于发射超透镜10的焦平面。

具体的，所述第一区域101相比于第二区域102更接近于发射超透镜10的中心，所述第二区域102内超结构单元12的周期值小于第一区域101内超结构单元12的周期值。

本实施例中，辐射源20照射于第一区域101和第二区域102处光的入射角度不同，即第二区域1021处的入射角度大于第一区域101处的入射角度。此时，相对于第一区域101而言，照射于第二区域102内的光呈大角度入射，将第二区域102内超结构单元12的周期值设置为小于第一区域101内的超结构单元12，使得第二区域102内的超结构单元12对大角度的入射光具有更好的调制效果，适用于大数值孔径(NA)系统，能够提高大NA系统效率。

从而，发射超透镜10对出射光束进行准直以及衍射分束时，避免了在大NA和大视场下，发射超透镜10远离中心C点位置处的相位变化速率过快，实现0-2π相位覆盖的超结构单元12更多，有利于提高发射超透镜10对大角度入射光的透过率，降低了对发射超透镜10到辐射源20距离的要求，ToF发射模组在保证出射光效率的同时降低了体积。

配合参照图3和图4所示，进一步的，所述第二区域102内超结构单元12的径向周期121对应小于第一区域101内的超结构单元12的径向周期121，和/或所述第二区域102内超结构单元12的周向周期122对应小于第一区域101内的超结构单元12的周向周期122。

本实施例中，超结构单元12的周期值具体是指：超结构单元12的径向周期和/或周向周期。

当然，在未示出的实施例中，超结构单元12的周期值还可以是X轴和/或Y轴方向的周期。

具体的，第二区域102内超结构单元12的径向周期121和周向周期122均对应小于第一区域101内的超结构单元12的径向周期121和周向周期122。或者，第二区域102内超结构单元12的径向周期121对应小于第一区域101内的超结构单元12的径向周期121，第二区域102内超结构单元12的周向周期122等于第一区域101内的超结构单元12的周向周期122。又或者，第二区域102内超结构单元12的周向周期122对应小于第一区域101内的超结构单元12的周向周期122，第二区域102内超结构单元12的径向周期121等于第一区域101内的超结构单元12的径向周期121。

具体的，第一区域101与第二区域102内采用不同的超结构单元12周期，该不同的超结构单元12周期可以是径向周期121和/或周向周期122的不同，即该不同的超结构单元12周期可以是径向周期121、周向周期122、径向周期121和周向周期122的不同。径向周期121指的是以中心C为圆心，在X轴和Y轴所在平面内形成假想圆后，沿着该假想圆半径方向(如图3和图4中的L1所示方向)的周期值。同样，周向周期122指的是以中心C为圆心，在X轴和Y轴所在平面内形成假想圆后，沿着该假想圆圆周方向(如图3和图4中的L2所示方向)的周期值，或者说是沿着该假想圆圆心角方向的周期值。

优选的，第一区域101位于中心C点处，第二区域102位于远离中心C点的发射超透镜10的边缘处。此时，辐射源20照射于第一区域101的入射光为正入射或小角度入射(例如入射角度为0°～5°)，辐射源20射于第二区域102处光的入射光为大角度入射(例如入射角度为45°～50°)。

优选的，多个纳米结构123排布于基底11上后，从俯视图上看呈圆形，也即在X轴和Y轴所在平面内呈圆形，此时第一区域101和第二区域102均呈封闭的圆形，第一区域101的圆心与第二区域102的圆心均与中心C重合，第一区域101位于圆心处，第二区域102位于外圆处。

如图3，本发明提供优选的一实施方式中发射超透镜10的俯视图及部分放大示意图。本实施例相对于恒定周期的超透镜而言，仅改变了径向周期121。

具体的，所述发射超透镜10的每个超结构单元12的径向周期121自第一区域101至第二区域102方向上递减，所述发射超透镜10的每个超结构单元12的周向周期122均相等。本实施例中，自第一区域101至第二区域102方向上指的是：自圆心(即中心C)至外圆的方向上。自圆心(即中心C)至外圆的方向上，发射超透镜10上所有超结构单元12的径向周期121均呈递减趋势，且所有超结构单元12的周向周期122保持不变。可见，整个发射超透镜10均采用了变周期的方案。因此，相比于恒定周期的超透镜而言，本实施例中发射超透镜10的纳米结构123沿着第一区域101的径向方向(即图中L1方向)上更密集，满足对大角度的入射光具有更好的调制效果的同时，结构相对简单，制造难度低。

另外，本实施例中，于发射超透镜10边缘处，相邻的四个纳米结构123的中心之间构成矩形，并且随着与中心C距离的增大，该矩形的长宽比更大。

在未示出的实施例中，还可以是，自圆心(即中心C)至外圆的方向上，发射超透镜10上所有超结构单元12的周向周期122均呈递减趋势，且所有超结构单元12的径向周期121保持不变，同样能够满足对大角度的入射光具有更好的调制效果。

如图4，本发明提供优选的另一实施方式中发射超透镜10的俯视图及部分放大示意图。与上述实施例相比，本实施例同时改变了径向周期121和周向周期122。

具体的，所述发射超透镜10的每个超结构单元12的径向周期121和周向周期122自第一区域101至第二区域102方向上递减。本实施例中，自第一区域101至第二区域102方向上指的是：自圆心(即中心C)至外圆的方向上。自圆心(即中心C)至外圆的方向上，发射超透镜10上所有超结构单元12的径向周期121和周向周期122均呈递减趋势。可见，整个发射超透镜10采用了变周期的方案。因此，相比于上述实施例中的超透镜而言，本实施例中发射超透镜10的纳米结构123沿着第一区域101的径向和周向更密集，对大角度的入射光具有更好的调制效果。

另外，本实施例中，于发射超透镜10边缘处，相邻的四个纳米结构123的中心之间构成正方形。

进一步的，继续配合参照图5所示，所述发射超透镜10还具有排布超结构单元12的第三区域103，所述第一区域101、第三区域103和第二区域102的圆心相互重合，且外径尺寸依次递增。本实施例中，第三区域103介于第一区域101与第二区域102之间，三者的圆心均与中心C重合，且相互之间不重合。如图2，优选第三区域103与第一区域101和第二区域102相邻设置，因此，发射超透镜10从圆心(即中心C)至外圆处依次排列第一区域101、第三区域103以及第二区域102。

当然，未示出的实施例中，也可以是第三区域103与第一区域101和第二区域102间隔设置。或者，还可以是第一区域101、第三区域103以及第二区域102均呈不封闭的环形。

具体的，所述第三区域103内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122自第一区域101至第二区域102方向上递减。

本实施例中，当第三区域103与第一区域101和第二区域102相邻设置时，第三区域103内超结构单元12的周期值(包括径向周期121和/或周向周期122)自圆心(即中心C)至外圆方向上递减，因此介于第一区域101与第二区域102之间区域内所有的超结构单元12均采用了变周期的方案，而介于第一区域101与第二区域102之外的区域则可采用恒定周期或者变周期的方案，对介于第一区域101与第二区域102之间的不同角度的入射光均具有更好的调制效果。

而当第三区域103与第一区域101和第二区域102间隔设置时，例如第一区域101与第二区域102之间间隔一个或者多个区域。自圆心(即中心C)至外圆的方向上，第三区域103内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122呈递减趋势。也即，自圆心(即中心C)至外圆的方向上，位于第一区域101与第二区域102之间的多个区域中的至少一个区域内的超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122呈递减趋势，而多个区域中的其他区域内的超结构单元12周期则保持恒定周期即可。

上述两种方式，使得发射超透镜10至少部分区域采用了变周期的方案，其余区域则可以采用恒定周期。

当然，在未示出的实施例中，第三区域103内超结构单元12的周期(包括径向周期121和/或周向周期122)也可以采用恒定周期。

进一步的，所述第一区域101和/或第二区域102内超结构单元12的径向周期121和周向周期122保持不变。本实施例中，第一区域101内的超结构单元12采用恒定周期，第二区域102内的超结构单元12采用变周期。或者，第一区域101内的超结构单元12采用变周期，第二区域102内的超结构单元12采用恒定周期。又或者，第一区域101和第二区域102内的超结构单元均采用恒定周期。

由于辐射源20照射于第一区域101的入射光为正入射或小角度入射，该区域内的超结构单元12采用变周期对调制效果影响小。同样，辐射源20照射于第二区域102处光的入射光为大角度入射，该区域内的超结构单元12采用变周期对调制效果影响小，并且第二区域102边缘处无法容纳更多的纳米结构123。因此，将第一区域101和/或第二区域102内的周期值(包括径向周期121和周向周期122)采用恒定周期，能够降低发射超透镜10的制造难度，并且对超透镜效率影响较小。

进一步的，所述第三区域103内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122自第一区域101至第二区域102等比例递减。本实施例中，第三区域103内超结构单元12的周期值(包括径向周期121和/或周向周期122)对应小于第一区域101内的超结构单元12，并对应大于第二区域102内的超结构单元12。第三区域103内超结构单元12的周期等比例变化，从而无需获取第三区域103内所有入射角度所对应的周期值，便于发射超透镜10的制造。

具体的，通过获取第一区域101和第二区域102所对应的入射角度和周期值或者它们的平均值(例如第一区域101或者第二区域102存在多个入射角度时)，在入射角度与周期值之间建立第一线性函数，第三区域103内超结构单元12的周期和入射角度能够通过代入第一线性函数获得，从而简化了发射超透镜10的设计和制造过程。

当然，在一些实施例中，还可以根据第一区域101和第二区域102所对应的入射角度和周期值建立其他函数，例如二次函数等。

进一步的，所述第三区域103具有外径尺寸依次递增的第一区1031、第二区1032以及第三区1033。本实施例中，如图2，将第三区域103进一步进行划分，得到圆心相互重合的第一区1031、第二区1032和第三区1033。辐射源20的出射光束照射于三个区的入射角度不同。例如，照射于第一区1031的入射角度在5°～15°之间，照射于第二区1032的入射角度在15°～30°之间，照射于第三区1033的入射角度在30°～45°之间。

具体的，所述第一区1031内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122自第一区域101至第二区1032等比例递减。本实施例中，通过获取第一区域101和第二区1032所对应的入射角度和周期值或者它们的平均值(例如第一区域101或者第二区1032存在多个入射角度时)，在入射角度与周期值之间建立第二线性函数，第一区1031内超结构单元12的周期和入射角度能够通过代入第二线性函数获得，从而无需获取第一区1031内所有入射角度所对应的周期值，便于发射超透镜10的制造。

具体的，所述第二区1032内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122自第一区1031至第三区1033等比例递减。本实施例中，通过获取第一区1031和第三区1033所对应的入射角度和周期值或者它们的平均值(例如第一区1031或者第三区1033存在多个入射角度时)，在入射角度与周期值之间建立第三线性函数，第二区1032内超结构单元12的周期和入射角度能够通过代入第三线性函数获得，从而无需获取第二区1032内所有入射角度所对应的周期值，便于发射超透镜10的制造。

具体的，所述第三区1033内超结构单元12的径向周期121和/或周向周期122自第二区1032至第二区域102等比例递减。本实施例中，通过获取第二区1032和第二区域102所对应的入射角度和周期值或者它们的平均值(例如第二区1032或者第二区域102存在多个入射角度时)，在入射角度与周期值之间建立第四线性函数，第三区1033内超结构单元12的周期和入射角度能够通过代入第四线性函数获得，从而无需获取第三区1033内所有入射角度所对应的周期值，便于发射超透镜10的制造。

因此，对第三区域103进一步划分区，并计算各个区所对应的线性函数，从而更准确地排布超结构单元12，使得第三区域103内的超结构单元12周期所产生的调制效果更好，并使得发射超透镜10的整体效率更高。

当然，在其他实施例中，还可以将第三区域103划分为其他数量的区，例如两个区、四个区、五个区等。

如图5和图6所示，本发明优选的一实施方式中提供的发射超透镜10，该发射超透镜10设置有增透膜13，该增透膜13采用单一材料，降低发射超透镜10反射率的同时，提高了发射超透镜10的透射率，节约了制造成本。

其中，增透膜13也可以被称之为AR抗反射膜。增透膜13通过电子束蒸发、化学气相沉积、磁控溅射和原子层沉积等工艺在发射超透镜10上沉积形成，增透膜13的材料可以是二氧化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铪、氮化硅、氧化铝、多晶硅、氮化镓、晶体锗、硫化硒、硫化硒中的任意组合形成交替层。

具体的，配合参考图6所示，所述发射超透镜10还包括设于基底11和/或填充物上的至少一层增透膜13，至少在发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间设置增透膜13。本实施例中，发射超透镜10设置有至少一层增透膜13的结构包括了图6中的四种情况(分别对应图中的A-1、A-2、A-3、A-4)，只要保证发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间具有一层增透膜13即可。

具体的，所述发射超透镜10还包括连接纳米结构123和基底11的填充物14。本实施例中，填充物14用于保护纳米结构123，可以为空气，即无保护情形，也可以为聚合物材料等。如图6中A-1所示，发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间设置有一层增透膜13。如图6中A-2所示，发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间设置有一层增透膜13，以及如图5中发射超透镜10的入光侧面上也设置有一层增透膜13。如图6中A-3所示，发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间设置有一层增透膜13，以及如图5中发射超透镜10的出光侧面上也设置有一层增透膜13。如图6中A-4所示，发射超透镜10的纳米结构123与基底11之间设置有一层增透膜13，以及如图5中发射超透镜10的入光侧面和出光侧面上均设置有一层增透膜13。

如图5和图7所示，本发明优选的另一实施方式中提供的发射超透镜10，与上述实施例相比，该增透膜13采用多种材料，或者说至少两种材料，降低发射超透镜10反射率的同时，提高了发射超透镜10的透射率。

同样，本实施例中的增透膜13同样适用于上述实施例中的四种情况(分别对应图6中的A-1、A-2、A-3、A-4)。

具体的，所述发射超透镜10还包括设于基底11和/或填充物14上的增透膜13。本实施例中，优选在基底11和填充物14上均设置增透膜13。此时，一层增透膜13覆盖于填充物14背离基底11一侧的表面，另一层增透膜13覆盖于基底11背离纳米结构123一侧的表面。也即，如图5中，发射超透镜10的入光侧面和出光侧面上均覆盖有增透膜13。通过设置增透膜13，能够降低反射率，从而提高超透镜的透射率，进一步提高超透镜效率。

具体的，所述增透膜13包括第一材料层131和第二材料层132。本实施例中，第一材料层131优选氮化硅，第二材料层132优选氧化硅，从而满足光束大角度入射时的高透条件。

具体的，所述第一材料层131或第二材料层132与发射超透镜10相连。本实施例中，根据基底11和填充物14材料的不同，选择不同材料层与它们相连。例如，如图7，基底11和填充物14均采用氧化硅时，将第一材料层131(即氮化硅)连接于基底11和填充物14，第二材料层132则连接于第一材料层131的外侧。同样，当基底11和填充物14采用其他材料时，也可以将第二材料层132连接于基底11和填充物14。

配合参照图8和图9所示，根据本发明的另一方面，还提供了一种ToF系统，所述ToF系统设置有根据本发明的ToF发射模组以及与ToF发射模组相对应的ToF接收模组，所述ToF接收模组包括接收透镜。

本实施例中，ToF接收模组还包括探测器31，接收透镜设置于探测器31的入光侧，并与探测器31相对应。从而，ToF系统工作时，当辐射源20的出射光束经过发射超透镜10时，发射超透镜10对出射光束进行准直，并生成点云，向周围环境中进行辐射，并射向目标表面(即探测对象表面)后生产点云照明图案。由于在点云的辐射路径中，射向障碍物的点云能够被障碍物反射，因此射向探测对象的点云被探测对象反射回接收透镜，并形成回波信号。接收透镜将回波信号聚焦在探测器上，同时探测器将回波信号从光信号转换为电信号。

如图8，本发明优选的一实施方式中提供的ToF系统，所述接收透镜配置为接收超透镜30a，能够减小ToF系统的体积和重量。

具体的，所述接收超透镜30a包括多个阵列式排布的超结构单元，所述接收超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列。本实施例中，与发射超透镜10相同的是，接收超透镜30a也是一种超表面，并且接收超透镜30a上的超结构单元在进行排布时，同样采用了接收超透镜30a的排布方式，即非周期性的排布方式，具体排布方式可参考上文所述，在此不再过多赘述。

如图9，本发明优选的另一实施方式中提供的ToF系统，所述接收透镜配置为传统透镜组合30b，能够节约ToF系统的制造成本。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种ToF发射模组，其特征在于，包括辐射源以及位于辐射源出光侧的发射超透镜，所述发射超透镜用于对辐射源发出的出射光束进行调制，以在目标表面形成点云照明图案，所述发射超透镜包括多个阵列式排布的超结构单元，所述发射超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列。

2.如权利要求1所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜基于辐射源的不同入射角度对应排布不同周期值的超结构单元。

3.如权利要求1所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜具有排布超结构单元的第一区域和第二区域，所述第一区域相比于第二区域更接近于发射超透镜的中心，所述第二区域内超结构单元的周期值小于第一区域内超结构单元的周期值。

4.如权利要求3所述的ToF发射模组，其特征在于，所述第二区域内超结构单元的径向周期对应小于第一区域内的超结构单元的径向周期，和/或所述第二区域内超结构单元的周向周期对应小于第一区域内的超结构单元的周向周期。

5.如权利要求4所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜的每个超结构单元的径向周期自第一区域至第二区域方向上递减，所述发射超透镜的每个超结构单元的周向周期均相等。

6.如权利要求4所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜的每个超结构单元的径向周期和周向周期自第一区域至第二区域方向上递减。

7.如权利要求4所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜还具有排布超结构单元的第三区域，所述第一区域、第三区域和第二区域的圆心相互重合，且外径尺寸依次递增，所述第三区域内超结构单元的径向周期和/或周向周期自第一区域至第二区域方向上递减。

8.如权利要求7所述的ToF发射模组，其特征在于，所述第一区域和/或第二区域内超结构单元的径向周期和周向周期保持不变。

9.如权利要求7所述的ToF发射模组，其特征在于，所述第三区域内超结构单元的径向周期和/或周向周期自第一区域至第二区域等比例递减。

10.如权利要求1所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜配置为透射式超透镜或者反射式超透镜。

11.如权利要求1所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜的每个超结构单元的中心和/或顶点位置设有纳米结构，基于纳米结构的相位分布，所述发射超透镜对出射光束进行准直以及衍射分束。

12.如权利要求11所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜还包括连接纳米结构的基底、连接纳米结构和基底的填充物以及设于基底和/或填充物上的至少一层增透膜。

13.如权利要求12所述的ToF发射模组，其特征在于，至少在发射超透镜的纳米结构与基底之间设置增透膜。

14.如权利要求11所述的ToF发射模组，其特征在于，所述发射超透镜还包括连接纳米结构的基底、连接纳米结构和基底的填充物以及设于基底和/或填充物上的增透膜，所述增透膜包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层或第二材料层与发射超透镜相连。

15.一种ToF系统，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的ToF发射模组以及与ToF发射模组相对应的ToF接收模组，所述ToF接收模组包括接收透镜，所述接收透镜配置为接收超透镜或者传统透镜组合。

16.如权利要求15所述的ToF系统，其特征在于，所述接收超透镜包括多个阵列式排布的超结构单元，所述接收超透镜的多个超结构单元呈非周期性排列。