CN211149065U - 一种激光扫描距离测量装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光扫描距离测量装置,包括发射模组，包括光源、光束整形组件；其中，光源用于发出光束，光束整形组件用于接收所述光束并对光束进行调制后向目标物体发出泛光光束；采集模组，用于接收经所述目标物体反射回的泛光光束并形成电信号；控制与处理器，与发射模组和采集模组连接；以及，控制发射模组向目标物体发射泛光光束，同时控制采集模组采集经目标物体反射回的泛光光束并形成电信号，并基于所述电信号计算目标物体的距离。通过光束整形对光源发出的光束进行进行调制处理,使得光束形成大面积均匀光斑,在得到大面积光斑的同时实现均匀的光强分布，从而实现大视场角的情形下目标物体边缘亮度与中间亮度的均匀分布。

Description

一种激光扫描距离测量装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及激光扫描测距技术领域，尤其涉及一种激光扫描距离测量装置及电子设备。

背景技术

ToF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，利用飞行时间原理可以对目标进行距离测量以获取包含目标深度值的深度图像，进一步基于该深度图像可以实现三维重建、人脸识别、人机交互等功能，相关的距离测量装置已被广泛应用于消费电子、无人驾驶、AR/VR等领域。

基于飞行时间原理的距离测量装置往往都包含一个光束发射器以及采集器，发射器中的光源朝向目标空间发射光束以提供照明，采集器接收经由目标反射回的光束，飞行时间距离测量系统通过计算光束由发射到反射回来被接收所需要的时间来计算目标物体的距离。

目前基于飞行时间原理的距离测量装置的发射模组一般都是向外发射大视角的泛光光束，光束照射到目标物体上后，目标物体边缘位置的亮度相对于中间位置的亮度差别较大，从而容易影响测量精度，导致距离测量装置的测量精度不高；而如果发射模组向外发射小视场的泛光光束，则又难以满足实际应用中的测量需求。因此，如何有效解决距离测量装置的发射模组发射光束的视场角与目标物体边缘亮度与中间亮度差别的问题，是目前急需解决的问题。

故，针对上述现有技术，有必要进行开发研究，以提供一种解决方案，使发射模组发射光束的视场角更大，但边缘位置与中间位置的亮度无明显差别，从而提高测量精度。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明创作的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可实现大视场角，且目标物体边缘亮度与中间亮度均匀分布，测量精度高的激光扫描距离测量装置。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

一种激光扫描距离测量装置，包括：

发射模组，包括光源、光束整形组件；其中，所述光源用于发出光束，所述光束整形组件用于接收所述光束并对所述光束进行调制后向目标物体发出泛光光束；

采集模组，用于接收经所述目标物体反射回的泛光光束并形成电信号；

控制与处理器，与所述发射模组和所述采集模组连接；以及，控制所述发射模组向所述目标物体发射泛光光束，同时控制所述采集模组采集经所述目标物体反射回的泛光光束并形成电信号，并基于所述电信号计算所述目标物体的距离。

在一些实施例中，所述光束整形组件包括有扩散器以及扫描单元；所述扩散器用于接收所述光束以形成第一泛光光束；所述扫描单元用于接收所述第一泛光光束并偏转一定角度后向目标物体发射第二泛光光束，经过多次偏转后形成多个第二泛光光束。

在一些实施例中，所述扫描单元为MEMS振镜，通过控制与处理器控制所述MEMS振镜的偏转角度，使得第一泛光光束经过所述MEMS振镜偏转后向外发射多个第二泛光光束。

在一些实施例中，所述多个第二泛光光束形成多个视场，其中相邻两个第二泛光光束形成的视场边界重合。

在一些实施例中，所述光束整形组件包括有扩散器以及液晶偏振光栅；所述扩散器用于接收所述光束以形成第一泛光光束；所述第一泛光光束经过所述液晶偏振光栅发生衍射形成对称的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

在一些实施例中，所述扩散器为漫射器，入射光束经过所述漫射器发生散射或衍射后形成所述泛光光束。

在一些实施例中，所述光源为垂直腔面发射激光器。

在一些实施例中，所述采集模组包括有图像传感器以及透镜单元，所述透镜单元用于接收经目标物体反射回的至少部分泛光光束，并将所述至少部分泛光光束成像在图像传感器上。

本实用新型的另一技术方案为：

一种电子设备，包括：壳体、屏幕、以及前述方案中的激光扫描距离测量装置；其中，所述激光扫描距离测量装置的发射模组与采集模组设置于电子设备的第一平面上，用于向目标物体发射泛光光束以及接收所述目标物体反射回来的泛光光束并形成电信号；所述屏幕安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示信息；所述第一平面与所述第二平面为同一平面或所述第一平面与所述第二平面为相对立的平面。

本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型通过光束整形对光源发出的光束进行进行调制处理,使得光束形成大面积均匀光斑,在得到大面积光斑的同时实现均匀的光强分布，从而实现大视场角的情形下目标物体边缘亮度与中间亮度的均匀分布。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例激光扫描距离测量装置的示意图；

图2是本实用新型一实施例激光扫描距离测量装置的发射模组的示意图；

图3是本实用新型一实施例激光扫描距离测量装置的发射模组的另一结构示意图；

图4是本实用新型另一实施例包含有图1激光扫描距离测量装置的电子设备的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”和“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参照图1所示，作为本实用新型一实施例，提供一种激光扫描距离测量装置10。装置10包括发射模组11、采集模组12以及控制与处理器13。其中，发射模组11朝向目标物体20发射泛光光束；采集模组12接收经目标物体20反射回来的泛光光束并形成电信号；控制与处理器13分别与发射模组11和采集模组12连接，以控制发射模组11向目标物体20发射泛光光束，同时接收来自采集模组12所采集到的电信号，并对该电信号进行计算，以获取目标物体20的深度值。

发射模组11包括光源101、光束整形组件102。其中，光源101可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光源，也可以是多个光源组成的光源阵列，光源所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。优选地，采用VCSEL阵列作为光源，由于VCSEL拥有体积小、光源发射角小、稳定性好等特点。

光束整形组件102接收光源101发出的光束，并对光束进行调制得到泛光光束，随后向空间发射被调制后的泛光光束,使得光束形成大面积均匀光斑,在得到大面积光斑的同时实现均匀的光强分布。在本发明实施例中，光束整形组件102可以是透镜、漫射器(diffuser)、微机电系统(Micro-Electro Mechanical System，MEMS)振镜、液晶偏振光栅(Liquid Crystal Polarization Grating，LCPG)等形式中的一种或多种组合。

采集模组12包括图像传感器，还可以包括透镜单元(未图示)，透镜单元用于接收经目标物体反射回的至少部分泛光光束，并将所述至少部分泛光光束成像在图像传感器121上。图像传感器121可以是电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等组成的图像传感器。一般地，与图像传感器121连接的还包括由信号放大器、时数转换器(TDC)、模数转换器(ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路(图中未示出)。

图2是本实用新型一实施例中发射模组的示意图。其中，所述发射模组11包括有光源201、扩散器203以及扫描单元204。所述光源201用于发出光束；所述扩散器203用于对光源发出的光束发生散射或衍射，形成第一泛光光束；所述扫描单元204用于接收第一泛光光束并偏转一定角度后向外发射第二泛光光束，经过多次偏转之后会形成多个第二泛光光束，所述多个第二泛光光束形成更大的视场角，从而提高整个测量装置的视场角。

在一个实施例中，扫描单元204可以是MEMS振镜，通过控制与处理器13控制MEMS振镜的偏转角度从而实现大视场扫描。可以理解的是，控制与处理器13可以控制MEMS振镜的偏转角度，使得第一泛光光束经过MEMS振镜偏转后向外发射多个第二泛光光束并分别形成视场205、206、207、208，从而组合成更大的视场角，提高整个测量装置的视场角。优选地，通过控制与处理器13控制MEMS振镜的偏转角度，使得相邻两个第二泛光光束形成的视场205、206边界重合，从而更有利于提高测量装置的测量精度。

在一些实施例中，所述扩散器203可以是漫射器(diffuser)，入射光束经过扩散器203发生散射或衍射后形成泛光光束。

图3是本实用新型另一结构的发射模组的示意图。其中，所述发射模组11包括光源201、扩散器203以及液晶偏振光栅(Liquid_Crystal_Polarization_Grating,简称LCPG)301。光源201用于发出线偏振光或非偏振光光束，扩散器203用于接收光源201发出的光束，并对光束进行散射或衍射后形成第一泛光光束，第一泛光光束经过LCPG301发生衍射形成对称的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并且实现光束偏转。因为每个LCPG301使得光束衍射角度不一样，所以采用级联LCPG301可以实现光束的多角度偏转。可以理解的是，第一泛光光束经过级联LCPG301衍射后会向外发射多个第二泛光光束并分别形成视场302、303、304、305，从而组合成更大的视场角，提高整个测量装置的视场角。优选地，调整级联LCPG301使得相邻两个第二泛光光束形成的视场303、304边界重合，从而更有利于提高测量装置的测量精度。

在一个实施例中，扩散器203可以是漫射器(diffuser)，入射光束经过扩散器203发生散射或衍射后形成泛光光束。

在一些实施例中，所述发射模组11还包括透镜(或透镜组)、微透镜阵列等光束整形组件中的一种或多种，比如在光源201与扩散器203之间设置透镜(或透镜组或透镜组与微透镜阵列的组合)202，透镜203用于准直光源201发出的光束，并对发出的光束准直后的光束进行折射以产生汇聚、准直或发散效果(形成汇聚、准直或发散的光束)，以满足后续光束整形组件的调制需求。

本实用新型实施例通过光束整形对光源发出的光束进行进行调制处理,使得光束形成大面积均匀光斑,在得到大面积光斑的同时实现均匀的光强分布。从而实现大视场角的情形下目标物体边缘亮度与中间亮度的均匀分布。

本实用新型另一个实施例还提供一种电子设备，所述电子设备可以是手机、平板、电脑、电视以及机器人等，参照图4所示，以手机为例进行说明，所述终端电子设备400包括壳体41、屏幕42、以及前述实施例所述的激光扫描距离测量装置；其中，所述激光扫描距离测量装置的发射模组11与采集模组12设置于电子设备400的第一平面上，用于向目标物体发射泛光光束以及接收目标物体反射回来的泛光光束并形成电信号；所述屏幕42安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示图像或者文字等信息；所述第一平面与第二平面为同一平面或所述第一平面与第二平面为相对立的平面。在一些实施例中，所述激光扫描距离测量装置的控制与处理器可以共用电子设备的处理器；而在一些实施例中，当终端电子设备本身设置有图像传感器时，所述激光扫描距离测量装置的采集模组12也可以共用所述图像传感器。

通过将所述激光扫描距离测量装置集成到电子设备中，如：手机、平板、电脑、电视以及机器人等，从而使得电子设备的功能不断扩大，应用越来越广泛，例如可以实现对目标进行距离测量以获取包含目标深度值的深度图像，进一步基于该深度图像可以实现三维重建、人脸识别、人机交互等等功能。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明创作所作的进一步详细说明，不能认定本发明创作的具体实施只局限于这些说明。对于本发明创作所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创作构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本专利的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明创作的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本发明创作的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (9)

1.一种激光扫描距离测量装置，其特征在于，包括：

发射模组，包括光源、光束整形组件；其中，所述光源用于发出光束，所述光束整形组件用于接收所述光束并对所述光束进行调制后向目标物体发出泛光光束；

采集模组，用于接收经所述目标物体反射回的泛光光束并形成电信号；

控制与处理器，与所述发射模组和所述采集模组连接；以及，控制所述发射模组向所述目标物体发射泛光光束，同时控制所述采集模组采集经所述目标物体反射回的泛光光束并形成电信号，并基于所述电信号计算所述目标物体的距离。

2.根据权利要求1所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述光束整形组件包括有扩散器以及扫描单元；所述扩散器用于接收所述光束以形成第一泛光光束；所述扫描单元用于接收所述第一泛光光束并偏转一定角度后向目标物体发射第二泛光光束，经过多次偏转后形成多个第二泛光光束。

3.根据权利要求2所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述扫描单元为MEMS振镜，通过控制与处理器控制所述MEMS振镜的偏转角度，使得第一泛光光束经过所述MEMS振镜偏转后向外发射多个第二泛光光束。

4.根据权利要求3所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述多个第二泛光光束形成多个视场，其中相邻两个第二泛光光束形成的视场边界重合。

5.根据权利要求1所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述光束整形组件包括有扩散器以及液晶偏振光栅；所述扩散器用于接收所述光束以形成第一泛光光束；所述第一泛光光束经过所述液晶偏振光栅发生衍射形成对称的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

6.根据权利要求5所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述扩散器为漫射器，入射光束经过所述漫射器发生散射或衍射后形成所述泛光光束。

7.根据权利要求1所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述光源为垂直腔面发射激光器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的激光扫描距离测量装置，其特征在于：所述采集模组包括有图像传感器以及透镜单元，所述透镜单元用于接收经目标物体反射回的至少部分泛光光束，并将所述至少部分泛光光束成像在图像传感器上。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：壳体、屏幕、以及权利要求1-7任一项所述的激光扫描距离测量装置；其中，所述激光扫描距离测量装置的发射模组与采集模组设置于电子设备的第一平面上，用于向目标物体发射泛光光束以及接收所述目标物体反射回来的泛光光束并形成电信号；所述屏幕安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示信息；所述第一平面与所述第二平面为同一平面或所述第一平面与所述第二平面为相对立的平面。

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