CN211426796U - 一种离轴扫描距离测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离轴扫描距离测量系统，包括：发射器、采集器以及处理电路；其中，发射器包括有光源、光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅，以用于产生偏振方向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；采集器包括有像素单元、成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅，用于接收并采集由目标反射回的至少部分第一衍射光束以及至少部分第二衍射光束；所述处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算所述光束从被发射到被采集之间的飞行时间。通过级联LCPG将视场角进行了扩展，不仅可以将单个视场扩充成两个视场，同时还可以通过改变LCPG的衍射角实现视场的扫描。

Description

一种离轴扫描距离测量系统

技术领域

本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及一种离轴扫描距离测量系统。

背景技术

目前，利用飞行时间原理(Time of Flight)、结构光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。相关的距离测量系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。基于飞行时间原理的距离测量系统往往都包含一个光束发射器以及采集器，发射器中的光源向目标空间发射光束以提供照明，通过采集器接收由目标反射回的光束。其中，飞行时间距离测量系统通过计算光束由发射到反射接收所需要的时间来计算物体的距离；而结构光距离测量系统则通过对反射回的光束图案进行处理并利用三角法计算物体的距离。

根据发射器以及采集器之间的光路配置，飞行时间距离测量系统可以分为共轴及离轴两种形式；其中，共轴系统往往让发射器以及采集器共用一个扫描器件，如MEMS振镜，从而实现大视场的扫描；离轴系统则往往无需扫描器件，而是在采集器端设置较多的接收元器件(如像素阵列)，从而一次性测量大视场内多个点的距离。

相对而言，共轴系统更适合大视场的扫描，但缺点是速度慢。而离轴系统成像速度快，但缺点是视场相对较小。因此实现大视场、高速度距离测量成为目前距离测量系统所面临的一个难题。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，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提供一种离轴扫描距离测量系统，以解决上述背景技术问题中的至少一种。

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：

一种离轴扫描距离测量系统，包括发射器、采集器以及处理电路；其中，发射器包括有光源、光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述光源用于发射光束；所述光束整形组件用于对光束进行调制；所述级联液晶偏振光栅用于对调制后的光束进行衍射以产生偏振方向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；采集器包括有像素单元、成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分第一衍射光束以及至少部分第二衍射光束以形成偏振方向相反、传播方向一致的第一偏振光束与第二偏振光束，所述第一偏振光束与第二偏振光束进一步经由所述偏振选择组件以及所述成像透镜单元后被所述像素单元采集；所述处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算所述光束从被发射到被采集之间的飞行时间。

在一些实施例中，所述第一级联液晶偏振光栅与所述第二级联液晶偏振光栅为同一个级联液晶偏振光栅。

在一些实施例中，所述级联液晶偏振光栅包括多层液晶偏振光栅；或者，所述所述级联液晶偏振光栅包括多层液晶偏振光栅以及液晶1/2波片。

在一些实施例中，所述多层液晶偏振光栅中每个所述液晶偏振光栅的光栅栅线方向相同；或者，所述多层液晶偏振光栅包含光栅栅线方向相互垂直的第一液晶偏振光栅以及第二液晶偏振光栅。

在一些实施例中，所述多层液晶偏振光栅中的各层所述液晶偏振光栅可以被独立控制以实现对所述级联液晶偏振光栅衍射角的动态调整。

在一些实施例中，所述偏振选择组件用于：对所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束进行选择以确保在同一时间仅有单个偏振光束通过；或者，对对所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束进行分离以确保可以同步被所述像素单元采集。

在一些实施例中，所述偏振选择组件包括1/4波片、可调1/2波片以及检偏器，其中，所述1/4波片接收所述第一、第二偏振光束后分别以第一、第二线偏振光束出射；所述可调1/2波片的光轴方向可以在预设的第一光轴方向以及第二光轴方向之间进行切换，当在第一光轴方向时，所述可调1/2波片将所述第一线偏振光束变成具有与所述检偏器透光方向一致的偏振方向的线偏振光束，从而可以经由所述检偏器入射到所述像素单元上；当在第二光轴方向时，所述1/2波片将所述第二线偏振光束变成具有与检偏器透光方向一致的偏振方向的线偏振光束，从而可以经由所述检偏器入射到所述像素单元上。

在一些实施例中，所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜，其中，所述1/4波片接收所述第一、第二偏振光束后分别以第一、第二线偏振光束出射；所述偏振分光镜透射所述第一线偏振光束、反射所述第二线偏振光束；所述反射镜用于反射所述第一线偏振光束或所述第二线偏振光束。

在一些实施例中，所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅；所述单片液晶偏振光栅用于接收所述第一、第二偏振光束后形成衍射角对称的空间上分立的两束圆偏振光，以被所述像素单元采集。

在一些实施例中，所述光束整形组件包含有单一种类的光学器件，或，由多种光学器件组合，以将光源发射的光束经准直、扩束后向外发射光束。

本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型通过配置级联液晶偏振光栅，最终实现了视场角的扩展，不仅可以将单个视场扩充成两个视场，同时还可以通过改变LCPG的衍射角实现视场的扫描；另外，通过设置偏振选择组件实现了对两个不同视场内光信号的选择与采集，基于偏振选择组件的不同可以实现：利用较小面积的像素单元通过多次测量实现大视场测量或者利用较大面积的像素单元通过单次测量实现大视场测量，解决了现有技术大视场测量等问题。

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是根据本实用新型一个实施例离轴扫描距离测量系统示意图。

图2是根据本实用新型一个实施例的发射视场与接收视场示意图。

图3是根据本实用新型一个实施例的偏振选择组件示意图。

图4是根据本实用新型另一个实施例的偏振选择组件示意图。

图5是根据本实用新型又一个施例的偏振选择组件示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

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”、“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实施例和简化描述，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。

此外，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该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

作为本实用新型一实施例，提供一种离轴扫描距离测量系统，其具有更高的分辨率或者更大的视场角。

图1是根据本实用新型一个实施例的离轴扫描距离测量系统示意图。距离测量系统包括发射器11、采集器12以及处理电路(图中未示出)；其中，发射器11提供发射光束至目标空间中，至少部分发射光束经空间中物体反射后形成反射光束，反射光束的至少部分光信号(光子)被采集器采集，处理电路分别与发射器11以及采集器12连接，同步发射器11以及采集器12的触发信号以计算光束由发射器11发出并被采集器12接收所需要的时间，即发射光束与反射光束之间的飞行时间t，进一步的，在一个实施例中，物体上对应点的距离D可以由下式计算出：

D＝c·t/2 (1)

其中，c为光速。

发射器11包括光源111、光束整形组件112以及级联液晶偏振光栅(LiquidCrystal Polarization Grating，LCPG)113。

光源111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阵列光源，优选地，阵列光源111是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源以形成的VCSEL阵列光源芯片。

光源111所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。光束的偏振态可以是线偏振或者非偏振态的，其中线偏振的偏振方向可以根据需要任意设定。

光源111在处理电路的控制下向外发射光束，比如在一个实施例中，光源111在处理电路的控制下以一定的频率(脉冲周期)发射脉冲光束，可以用于直接飞行时间法(Direct TOF)测量中,频率根据测量距离进行设定，比如可以设置成1MHz-100MHz，测量距离在几米至几百米。在一个实施例中，光源111在处理电路的控制下向外发射振幅被调制的连续波光束，比如正弦或者方波连续波光束，可以用于间接飞行时间法(Indirect TOF)测量中。可以理解的是，可以是处理电路中的一部分或者独立于处理电路存在的子电路来控制光源111发射相关的光束，比如脉冲信号发生器。

光束整形组件112接收来自光源111的光束，并将光束进行光学调制，比如衍射、折射、反射等调制，随后向空间中发射被调制后的光束，比如聚焦光束、泛光光束、结构光光束等。光学元件112可以是透镜(包括多个单片透镜组成的透镜组)、衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)、漫射器(diffuser)、超表面(Metasurface)光学元件、微透镜阵列(Microlens Array,MLA)、鲍威尔棱镜、掩膜板、反射镜、MEMS振镜等形式中的一种或多种组合。

在一个实施例中，光束整形组件112包括透镜，光源111可以是单点光源或者多点光源，透镜接收并汇聚单个光束或多个光束后产生准直、聚焦或扩散的光束。

在一个实施例中，光束整形组件112包括MLA，光源111包含多点光源，其发射的多个光源经过MLA中的透镜单元后向外发射准直或聚焦后的多个光束。优选地，MLA中的透镜单元与光源111中的多点光源一一对应。

在一个实施例中，光束整形组件112包括DOE，用于将光源111发射的光束进行衍射以产生分束效果，最终向外发射数量更多的光束。

在一个实施例中，光束整形组件112包括Diffuser，用于将光源111发射的光束进行衍射以产生泛光效果，最终向外发射泛光光束。

在一个实施例中，光束整形组件112包括鲍威尔棱镜，用于将光源111发射的光束进行线调制以向外发射线光束。

可以理解的是，在以上实施例中，光束整形组件112不仅仅可以包含单一种类的光学器件，也可以由多种光学器件组合一起使用。比如在一个实施例中，光束整形组件112可以包括透镜以及DOE，以将光源111发射的光束经准直、扩束后向外发射视场角更大、光束数量更多的光束。

级联LCPG113包含多层LCPG，每层LCPG拥有自身的光栅栅距及栅线方向，用于对入射的光束进行衍射，通过各层光栅的设计可以实现级联LCPG113在扫描方向以及扫描角度上的变化。比如在一个实施例中，级联LCPG113中每个LCPG的光栅栅线方向相同，此时级联LCPG可以实现垂直栅线方向的一维光束扫描；在一个实施例中，级联LCPG113中包含不同光栅栅线方向的LCPG，比如包含沿x轴方向光栅栅线的多层第一LCPG以及沿y轴方向光栅栅线的多层第二LCPG，第一LCPG以及第二LCPG分别用于实现y、x方向的扫描从而实现二维扫描，例如有10层LCPG级联，第1-5层LCPG光轴沿x轴、第2-10层LCPG光轴沿y轴，或者第1/3/5/7/9层LCPG光轴沿x轴，第2/4/6/8/10层LCPG光轴沿y轴，具体排布方式可以根据实际需要进行设定，这里不做限制。在一个实施例中，多层LCPG的光栅周期设置成互不相同，从而可以通过独立控制各层LCPG的开关以实现不同角度的衍射以进一步实现多角度扫描的效果。在一个实施例中，多层LCPG可以被独立控制，从而可以通过独立控制各层LCPG的开关以动态控制级联LCPG的衍射角以实现不同角度的衍射，从而实现多角度扫描的效果。

级联LCPG113中也可以设置液晶1/2波片，比如在一个实施例中，通过液晶1/2波片与单个LCPG交叠形成一维光束扫描的级联LCPG113。液晶1/2波片有两个工作状态，不加饱和电压时是一个1/2波片，当加了饱和电压后，可理解为一个普通的玻璃。液晶1/2波片可以切换单个LCPG之间的圆偏振光的旋向，此时级联LCPG的扫描角度由液晶1/2波片和LCPG共同决定。在一个实施例中，用于二维扫描的级联LCPG也可由栅线垂直的单个LCPG交替级联构成，例如有10个单LCPG级联，第1/3/5/7/9LCPG光轴沿x轴，第2/4/6/8/10LCPG光轴沿y轴。此时，相邻两个单LCPG之间可以放置液晶1/2波片，也可以不放置液晶1/2波片。

级联LCPG113接收来自光束整形组件的光束后被衍射为偏振方向相反的两级衍射光：第一衍射光束131、第二衍射光束132(如+1级131、-1级132)。来自光束整形组件的光束可以是单点、多点、泛光、线光束等，且均为线偏振或者是无偏振的光束，被衍射后形成的两级衍射光均为圆偏光且偏振方向相反，比如第一衍射光束131是左旋圆偏振光、第二衍射光束132是右旋圆偏振光，且±1级次衍射光的传播方向关于LCPG的法线方向对称。需要说明的是，当光束整形器件输出的是多点光束时，±1级次的衍射光并不是只有一束，而是+1级光束为一组多点光束，-1级光束为另一组多点光束。同时发射的+1级光束131和-1级光束132照亮目标上的第一区域201和第二区域202。对于单点光束而言，第一区域与第二区域为单个点。

采集器12包括像素单元121、成像透镜单元122、偏振选择组件123以及级联LCPG113，用于接收被目标反射的部分发射器所发射出的光束。其中，级联LCPG113与发射器11中的级联LCPG113相同，在一个实施例中，发射器11与采集器12共用同一个级联LCPG113；在一个实施例中，两个LCPG113也可以被设计和制造在同一个光学器件上以减小体积。

在一个实施例中，像素单元121可以由单个像素也可以由多个像素组成的阵列，像素可以是CMOS、CCD、APD、SPAD等可以将光信号转换成电信号的器件。

由发射器11所发射出的第一衍射光束以及第二衍射光束中，被第一区域201以及第二区域202中目标反射后，至少部分第一、第二衍射光束被反射以分别形成光束133与光束134，随后光束133与光束134入射到接采集器12的级联LCPG113中，光束133以及光束134被级联LCPG113衍射后形成偏振方向相反、但传播方向近乎一致(后面的描述中以一致为例进行说明)的第一偏振光束以及第二偏振光束，第一偏振光束以及第二偏振光束会进一步经由偏振选择组件123以及成像透镜单元122后被像素单元121所采集。由于传播方向一致，因此两个偏振光束最终会成像在像素单元121的相同区域203上。另外通过改变级联LCPG113的衍射角可以实现动态扫描，比如让第一区域与第二区域分别沿方向204以及205相向扫描或者背向扫描，而采集器12的像素单元121无需改变大小和位置，从而实现大视场扫描测量。由此可见，相对于传统方案，本方案在实现大视场成像的前提下，仅需要较小的像素单元即可，从而有效减小像素单元体积以及相关成本。

需要说明的是，被测目标的反射属性会影响到反射光束的偏振属性，比如对于平面镜等反射物体，其反射回的光束具有保偏特性，即第一区域反射后的光束133与第一衍射光束131的偏振属性一致，比如是左旋圆偏振光；第二区域反射后的光束134与第二衍射光束132的偏振属性一致，比如是右旋圆偏振光。当圆偏振光束反射后入射到采集器12中的级联LCPG113后，仅会产生一束衍射光束，该衍射光束的偏振方向与入射时的相反，比如左旋圆偏振光133入射级联LCPG113后产生了右旋圆偏振的第一偏振光束、右旋圆偏振光134入射级联LCPG113后产生了左旋圆偏振的第二偏振光束。

但当被测目标为漫射体时，其反射回的光束将不具备保偏特征，其反射回的光束为无偏振的光束。由于无偏振的光也可以分解为左旋和右旋圆偏振光，只是此时无偏振的光束133入射到级联LCPG113上之后，将分别产生两束传播方向不同、偏振旋向相反的圆偏振衍射光：第一偏振光束与第三偏振光束；同样的，无偏振的光束134入射到级联LCPG113上之后，将分别产生两束传播方向不同、偏振旋向相反的圆偏振衍射光：第二偏振光束与第四偏振光束，其中第一偏振光束与第二偏振光束传播方向相同(与保偏情况相同)、偏振方向相反，第三偏振光束与第四偏振光束的传播方向不同、且与第一偏振光束和第二偏振光束的传播方向也不相同。此时可以将第三偏振光束与第四偏振光束看成是杂散光，由于杂散光与信号光(第一与第二偏振光束)传播方向不同，经成像镜头后可以在像素单元上分离，通过像素读出可以滤除杂散光。由于信号光由第一偏振光束与第二偏振光束共同构成、且二者偏振旋向相反，因此可以采用保偏情形中完全相同的光路方案。本专利中将以保偏情形为例进行说明，相关方案同样适用于不保偏情形。

由于第一偏振光束与第二偏振光束传播方向近乎相同，会成像在同一像素单元的区域，二者同步成像时会出现图像的叠加从而产生误差，对此本实用新型将通过偏振选择组件123对两个偏振光束进行选择以确保在同一时间仅有单个偏振光束通过或者将两个偏振光束进一步分离以确保可以同步被像素单元采集，通过偏振选择组件123的合理配置最终可以实现分别对第一偏振光束与第二偏振光束的采集。

图3是根据本实用新型一个实施例的偏振选择组件示意图，偏振选择组件包括1/4波片301、可调1/2波片302以及检偏器303，1/4波片301接收由目标反射回的第一、第二偏振光束后分别以第一、第二线偏振光束出射，可调1/2波片302的光轴方向可以在两个预设方向之间进行切换：第一光轴方向与第二光轴方向，当在第一光轴方向时，该1/2波片302将入射的第一线偏振光束变成具有与检偏器透光方向一致的偏振方向的线偏振光束从而可以经由检偏器入射到像素单元121上，而将入射的第二线偏振光束变成具有与检偏器透光方向垂直的偏振方向的线偏振光束从而被阻挡以无法入射到像素单元121上；当在第二光轴方向时，该1/2波片302将入射的第一线偏振光束变成具有与检偏器303透光方向垂直的偏振方向的线偏振光束从而被阻挡以无法入射到像素单元121上，而将入射的第二线偏振光束变成具有与检偏器303透光方向一致的偏振方向的线偏振光束从而可以经由检偏器303入射到像素单元121上。由此，便可以通过对1/2波片302的光轴进行调节以实现偏振选择组件123对第一、第二偏振光束的选择通过，最终实现在同一时刻像素单元仅对第一区域或者第二区域进行光信号采集，以实现对两个视场区域的区分，在分别对第一区域与第二区域进行测量后，进行融合就可以实现对完整视场的测量。

下面给出一个具体的例子，以第一、第二偏振光束分别为左旋、右旋圆偏振光为例，左旋、右旋圆偏振光首先经过光轴与x轴成45°的1/4波片301，左旋圆偏光经过1/4波片后变为x方向偏振光，右旋圆偏光经过1/4波片后变为y方向偏振光，光轴可变的1/2波片的光轴方向在与x轴成22.5°和67.5°之间切换，检偏器的透光方向与x轴成45°。当1/2波片的光轴与x轴成22.5°时，x方向线偏光的偏振方向逆时针旋转45°，与检偏器的透光方向重合，y方向线偏振光的偏振方向也逆时针旋转45°，与检偏器的透光方向垂直，此时只有x方向线偏振光能透过检偏器，即只有左旋圆偏振光能够通过偏振选择组件。当1/2波片的光轴与x轴成67.5°时，x方向线偏光的偏振方向逆时针旋转135°(顺时针旋转45度)与检偏器的透光方向垂直，y方向线偏振光的偏振方向顺时针旋转45°，与检偏器的透光方向重合，此时只有y方向线偏振光能透过检偏器，即右旋圆偏振光能够通过偏振选择组件。

图4是根据本实用新型第另一实施例的偏振选择组件示意图，偏振选择组件包括1/4波片401、偏振分光镜(Polarizing Beam Splitter,PBS)402以及反射镜404，1/4波片401接收由目标反射回的第一/第二偏振光束后以第一/第二线偏振光束出射，第一与第二线偏振光束的偏振方向相互垂直，比如当第一、第二偏振光束分别是左旋、右旋圆偏振光时，第一、第二线偏振光束分别是x方向线偏振光、y方向线偏振光。随后第一、第二线偏振光束经过PBS402后，其中一个被透射、另一个被反射，进一步地被透射的线偏振光束将会入射到像素单元上被采集(成像透镜未示出)，被反射的线偏振光束经由反射镜404也会入射到像素单元上被采集，反射镜404也可以被设置在PBS402透射光路上。这里通过PBS402与反射镜404的合理设置将第一、第二偏振光束同时成像在像素单元121的不同位置上，从而实现了同步测量。可以理解的是，像素单元121可以是单一的图像传感器也可以由两个图像传感器组成，分别用于采集第一偏振光束与第二偏振光束。

图5是根据本实用新型第又一实施例的偏振选择组件示意图，偏振选择组件包括单片LCPG501，当由目标反射回的第一及第二偏振光束入射到该单片LCPG501上时，由于第一及第二偏振光束分别是左旋以及右旋圆偏振光，因此经LCPG501衍射后将形成衍射角关于LCPG501法线对称的右旋圆偏振光502以及左旋圆偏振光503。衍射后的两束圆偏振光在空间上分立，因此会分别入射到像素单元121的不同位置上，从而可以实现同步测量。可以理解的是，像素单元121可以是单一的图像传感器也可以由两个图像传感器组成，分别用于采集第一偏振光束与第二偏振光束。

处理电路可以是独立的专用电路，比如专用SOC芯片、FPGA芯片、ASIC芯片等等，也可以包含通用处理电路，比如当该深度相机被集成到如手机、电视、电脑等智能终端中去，终端中的处理电路可以作为该处理电路的至少一部分。

与传统方案相比，本创作所提供的方案至少可以实现以下好处：

一是通过级联LCPG将视场角进行了扩展，不仅可以将单个视场扩充成两个视场，同时还可以通过改变LCPG的衍射角实现视场的扫描。

二是通过偏振选择组件实现了对两个不同视场内光信号的选择与采集，基于偏振选择组件的不同可以实现：利用较小面积的像素单元通过多次测量实现大视场测量或者利用较大面积的像素单元通过单次测量实现大视场测量。

基于图1-图4所示各实施例的离轴扫描距离测量系统，本创作还提供一种离轴扫描距离测量方法，该方法可以通过程序、代码的形式被保存在系统中，并被处理电路调用以实施，方法包括以下步骤：

首先，控制发射器11向目标物体发射偏振方向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；

其次，控制采集器12接收并采集由所述目标反射回的至少部分第一衍射光束以及至少部分第二衍射光束以形成偏振方向相反、传播方向一致的第一偏振光束与第二偏振光束；

最后，利用采集到所述第一偏振光束和/或第二偏振光束以计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间。

可以理解的是，当将本创作的测量系统嵌入装置或硬件中时会作出相应的结构或部件变化以适应需求，其本质仍然采用本创作的距离测距系统，所以应当视为本创作的保护范围。以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本创作所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本创作构思的前提下，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实用新型的保护范围。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实用新型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，本实用新型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 (10)

1.一种离轴扫描距离测量系统，其特征在于，包括发射器、采集器以及处理电路；其中，

发射器包括有光源、光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述光源用于发射光束；所述光束整形组件用于对光束进行调制；所述第一级联液晶偏振光栅用于对调制后的光束进行衍射以产生偏振方向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；

采集器包括有像素单元、成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分第一衍射光束以及至少部分第二衍射光束，以形成偏振方向相反、传播方向一致的第一偏振光束与第二偏振光束，所述第一偏振光束与第二偏振光束进一步经由所述偏振选择组件以及所述成像透镜单元后被所述像素单元采集；

所述处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间。

2.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述第一级联液晶偏振光栅与所述第二级联液晶偏振光栅为同一个级联液晶偏振光栅。

3.如权利要求1-2任一项所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述级联液晶偏振光栅包括多层液晶偏振光栅；或者，所述级联液晶偏振光栅包括多层液晶偏振光栅以及液晶1/2波片。

4.如权利要求3所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述多层液晶偏振光栅中每个所述液晶偏振光栅的光栅栅线方向相同；或者，所述多层液晶偏振光栅包含光栅栅线方向相互垂直的第一液晶偏振光栅以及第二液晶偏振光栅。

5.如权利要求3所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述多层液晶偏振光栅中的各层所述液晶偏振光栅可以被独立控制以实现对所述级联液晶偏振光栅衍射角的动态调整。

6.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述偏振选择组件用于：

对所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束进行选择以确保在同一时间仅有单个偏振光束通过；或者，

对所述第一偏振光束以及所述第二偏振光束进行分离以确保可以同步被所述像素单元采集。

7.如权利要求6所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述偏振选择组件包括1/4波片、可调1/2波片以及检偏器，其中，

所述1/4波片接收所述第一、第二偏振光束后分别以第一、第二线偏振光束出射；

所述可调1/2波片的光轴方向可以在预设的第一光轴方向以及第二光轴方向之间进行切换，当在第一光轴方向时，所述可调1/2波片将所述第一线偏振光束变成具有与所述检偏器透光方向一致的偏振方向的线偏振光束，从而可以经由所述检偏器入射到所述像素单元上；当在第二光轴方向时，所述1/2波片将所述第二线偏振光束变成具有与检偏器透光方向一致的偏振方向的线偏振光束，从而可以经由所述检偏器入射到所述像素单元上。

8.如权利要求6所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜，其中，

所述1/4波片接收所述第一、第二偏振光束后分别以第一、第二线偏振光束出射；

所述偏振分光镜透射所述第一线偏振光束、反射所述第二线偏振光束；

所述反射镜用于反射所述第一线偏振光束或所述第二线偏振光束。

9.如权利要求6所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅；所述单片液晶偏振光栅用于接收所述第一、第二偏振光束后形成衍射角对称的空间上分立的两束圆偏振光，以被所述像素单元采集。

10.如权利要求1、2、6任一项所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于，所述光束整形组件包含有单一种类的光学器件，或，由多种光学器件组合，以将光源发射的光束经准直、扩束后向外发射光束。

Images