CN211478651U - Tof摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种TOF摄像装置，其包括：光发射模块和光接收模块。光发射模块包括光源组件、光反射组件和光扩散组件，光源组件朝向第一方向发射第一光线，光反射组件与光扩散组件位于第一光线的传输路径上，第一光线经过光反射组件与光扩散组件以形成第二光线，第二光线朝向第二方向行进至待测物体，待测物体反射第二光线，第一方向与第二方向相交；光接收模块接收经反射的第二光线并且进行感测。通过在投射光线的光路设置光扩散组件，使来自光源的光束经由扩散片散射后，光强度得以均匀化，进而消除现有TOF摄像装置中投射光线产生亮暗不均的问题，使量测结果更完整及准确，进而实现可对距离更远的物体进行量测。

Description

TOF摄像装置
技术领域
本申请涉及摄像装置的技术领域，尤其涉及一种使用光扩散组件使投射光线强度均匀化的飞行时间摄像装置。
背景技术
目前量测三维影像深度的方法主要是有三维结构光量测法以及飞行时间量测法等。三维结构光量测法是以投射出散斑或或编码图案，并经由特征点的匹配而得到所拍摄的物体的深度。而飞行时间量测法则是利用投射光线与接收光线的相位差来计算光线在摄像机与物体之间的飞行时间，而计算出物体上各点与摄相机的距离，进而计算出物体上各点的深度。有鉴于上述特征，三维结构光量测法因为需要得到清晰的反射影像，因此无法测量距离太远的物体。而飞行时间量测法由于是量测投射光及接收光的相位差，因此可以量测距离较远的物体。
但是现有的应用飞行时间量测法的摄像装置中，其光源产生的光线其波束角较小，因此对于整个照射面而言，某些区域的光强度较高，而另一些区域的光强度较低，造成投射光的强度不均，因此对于距离较远的物体而言，投射光束的强度较弱的部分，其反射光的强度也相对较低，因此无法准确量测接收光线。
实用新型内容
本申请实施例提供一种应用飞行时间量测法的TOF摄像装置，解决目前TOF摄像装置投射光强度不均因而造成量测结果不完整或不准确的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
提供了一种TOF摄像装置，其包括光发射模块和光接收模块。光发射模块包括光源组件、光反射组件和光扩散组件，光源组件朝向第一方向发射第一光线，光反射组件与光扩散组件位于第一光线的传输路径上，第一光线经过光反射组件与光扩散组件以形成第二光线，第二光线朝向第二方向行进至待测物体，待测物体反射第二光线，第一方向与第二方向相交；光接收模块接收经反射的第二光线并且进行感测。
在本申请实施例中，通过在投射光线的光路中设置光扩散组件，使来自光源组件的第一光线经由扩散片散射后，光强度得以均匀化，进而消除现有TOF摄像装置中投射光线产生亮暗不均的问题，使量测结果更完整及准确，进而实现可以对距离更远的物体进行量测。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请的第一实施例的TOF摄像装置的结构的示意图；
图2是图1的TOF摄像装置的操作状态示意图；
图3是本申请的第一实施例的TOF摄像装置的光强度与现有TOF摄像装置的光强度的比较示意图；
图4是本申请的第二实施例的TOF摄像装置的示意图；
图5是本申请的第三实施例的TOF摄像装置的示意图；
图6是本申请的第四实施例的TOF摄像装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1及图2，其是本申请一实施例的TOF摄像装置的示意图；如图所示，本实施例提供一种TOF摄像装置100。本实施例的TOF摄像装置100包括光发射模块10以及光接收模块20。光发射模块10发射光线照射至待测物体，由待测物体反射的光线被接收进入光接收模块20，通过计算发射光线与接收光线的相位差，可以计算出光行进的时间，进而计算出待测物体上各点的距离，而测定待测物体上各点的深度，经由仿真得到三维影像。
光发射模块10以及光接收模块20设置在壳体30中，壳体30中形成发射模块容置空间31以及接收模块容置空间32。发射模块容置空间31及接收模块容置空间32之间以分隔壁W隔开。在壳体30上对应发射模块容置空间31的位置形成出光口33，在壳体30上对应接收模块容置空间32的位置形成收光口34。
光发射模块10包括光源组件11、光反射组件12和光扩散组件13。光源组件11朝向第一方向L1发射第一光线B1，第一光线通过光扩散组件13后，由光扩散组件13散射，形成光强度均匀的光束，所述强度均匀的光束由光反射组件12反射后形成第二光线B2，第二光线B2朝第二方向L2行进通过出光口33而离开光发射模块10，直到照射到待测物体。在本实施例中，光源组件11、光反射组件12和光扩散组件13位在壳体30的发射模块容置空间31中，光源组件11安装在基板14上，且光源组件11与基板14设置在容置器15中，光扩散组件13设置在容置器15的开口处。容置器15连同光源组件11及光扩散组件13设置在发射模块容置空间31中靠近壳体30处，且位在分隔壁W的相对侧，光反射组件12则邻近于壳体30的出光口33且邻近于壳体30的分隔壁W。在另一实施例中，容置器15连同光源组件11及光扩散组件13也可以设置在邻近壳体30的分隔壁W处，而光反射组件12则设置在发射模块容置空间31靠近壳体30壁面且与分隔壁W相对的位置上，而出光口33对应光反射组件12的设置位置。容置器15及光反射组件12的位置并无限定，只要光发射模块10的光线传输路径经过光扩散组件13及光反射组件12后经由壳体30的出光口33即可。
在本实施例中，光扩散组件13设置在光源组件11与光反射组件12之间的第一光线B1的传输路径上，且第一光线B1先经过光扩散组件13，然后再经过光反射组件12。但光扩散组件13不限定设在容置器15的开口，只要是在第一光线B1的传输路径上即可。在本实施例中，第一方向L1与第二方向L2为相交，即第一方向L1与第二方向L2间形成一夹角。通过适当地调整光反射组件12的反射面，可以使第一方向L1与第二方向L2相互垂直。
在本实施例中，光源组件11可以是激光芯片，例如垂直腔面发射激光芯片(VCSEL)，而基板14可以是例如陶瓷基板。光扩散组件13可以是内部散布着多个微粒的光学膜片，光束经由微粒的散射而产生强度均匀的光线。光扩散组件13也可以是在内部形成多个微结构的光学膜片，例如形成锥状凸起的微结构的光学膜片，光束经由锥状凸起可朝不同方向折射或反射而起光扩散的效果。第一光线B1的波束角为22至26度，经光扩散组件13扩散后，第二光线B2的波束角可扩大为45至60度。请参阅图3，其表示本实施例的TOF摄像装置与现有技术的摄像装置的出光在水平方向(X轴)上的光线强度倍数与角度范围的关系图。曲线C1表示现有技术的TOF摄像装置的光线强度倍数在水平方向(X轴)上分布的曲线，曲线C2表示本实施例的TOF摄像装置的光线强度倍数在水平方向(X轴)上分布的曲线。如图2所示，现有技术的TOF摄像装置的光线集中在水平方向±20度的范围内，而本实施例的TOF摄像装置的光线经光扩散组件13均匀化之后，虽然中心(0度)部分的光线强度稍微减弱，但光线分布的范围扩大到±40度的范围。
复参阅图2，在本实施例中，光反射组件12包括基座121以及棱镜122，棱镜122可以是例如直角锥棱镜，棱镜122的斜边(形成反射面)设置在基座121的倾斜面，第一光线B1入射于棱镜122的一侧面，经由反射面反射后，由棱镜122的另一侧面出射棱镜122后形成第二光线B2，从而使光入射棱镜122的方向与出射棱镜122的方向相互垂直。在另一实施例中，光反射组件也可以包括基座以及反射面镜。反射面镜可将在第一方向L1上行进的第一光线B1反射至第二方向L2。
第二光线B2照射到待测物体后，由反射形成的第三光线B3通过收光口34后由光接收模块20接收，光接收模块20包括光透镜组件21以及光传感组件22。第三光线B3进入光接收模块20后，经由光透镜组件21成像在光传感组件22，并由光传感组件22的各像素产生对应的影像数据。光传感组件22的各像素的影像数据传送至数据处理模块40，数据处理模块40根据各像素的影像数据以及光源组件11的第一光线B1的数据可计算出第一光线B1与第三光线B3的相位差，从而得到光线行进的时间，并据此得到各像素所对应的待测物体的各点的距离，进而得到待测物体的各点的深度信息，而仿真出三维影像。在本实施例中，光传感组件22可以是CCD或CMOS组件，数据处理模块40可以是包括处理器及数字/模拟转换组件。
请参阅图4，其是本申请第二实施例的TOF摄像装置的示意图。本实施例与图1所示的第一实施例的部分组件相同，相同的组件给予相同的符号并省略其说明。本实施例与图1所示的第一实施例的差异在于本实施例的TOF摄像装置100’还包括驱动模块50，驱动模块50以能传送信号的方式连接数据处理模块40，并且驱动模块50连接光反射组件12的基座121，数据处理模块40根据光传感组件22收光的状态发出控制信号，驱动模块50接收来自数据处理模块40的控制信号，而能够驱动光反射组件12的基座121在任意方向上做线性移动，从而使棱镜122移动而改变第二光线B2投射的位置，以便使反射的第三光线B3可覆盖整个光传感组件22。在本实施例中，驱动模块50可以是例如步进电机。
请参阅图5，其是本申请第三实施例的TOF摄像装置的示意图。本实施例与图1所示的第一实施例的部分组件相同，相同的组件给予相同的符号并省略其说明。本实施例与图1所示的第一实施例的差异在于本实施例的TOF摄像装置100”还包括驱动模块50’，驱动模块50’以能传送信号的方式连接数据处理模块40，并且驱动模块50’也连接光反射组件12的基座121，数据处理模块40根据光传感组件22收光的状态发出控制信号，驱动模块50’接收来自数据处理模块40的控制信号，而能够驱动光反射组件12的基座121在任意角度范围内旋转，从而使棱镜122移动而改变第二光线B2投射的方向及位置，以便使反射的第三光线B3可覆盖整个光传感组件22。在本实施例中，驱动模块50’可以是例如音圈电机。
在另一实施例中，驱动模块也可以是驱动模块50与驱动模块50’的组合，也就是可以使基座121线性移动及转动，从而使棱镜122移动而改变第二光线B2投射的方向及位置。
请参阅图6，其是本申请第四实施例的TOF摄像装置的示意图。本实施例的TOF摄像装置100”’的组件部分与图1所示的第一实施例相同，相同的组件给予相同的符号并省略其说明。本实施例与图1所示的第一实施例的差异在于本实施例的光扩散组件13的位置与第一实施例不同。本实施例的光扩散组件13设置于壳体30的出光口33，而第一实施例的光扩散组件13设置于容置器15的开口。也就是光源组件11朝向第一方向L1发射第一光线B1，第一光线B1先由光反射组件12反射后朝第二方向L2行进，再通过光扩散组件13，从而形成第二光线B2。在本实施例中，光扩散组件13在光发射模块10的第一光线B1的传输路径中，第一光线B1先通过光反射组件12后再通过光扩散组件13，但光扩散组件13不限定位在壳体30的出光口33，只要是在第一光线B1由光反射组件12反射的传输路径上即可。穿过光反射组件12的第二光线B2也同样起了光扩散的效果。例如第一光线B1的波束角为22至26度，经光扩散组件13扩散后，第二光线B2的波束角可扩大为45至60度。
综上所述，本申请提供一种TOF摄像装置，其利用光扩散组件，使光源组件发出的光束扩散成光强度(单位面积的光量)均匀的光线，从而可以提高原来光强度较低的区域的光强度，使得均匀化后的光线可量测较远距离的物体。另外，对于相同的量测距离，本申请的TOF摄像装置还可以应用于光束角较小的光发射模块，而得到相同的量测效果。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种TOF摄像装置，其特征在于，包括：
光发射模块，包括光源组件、光反射组件和光扩散组件，所述光源组件朝向第一方向发射第一光线，所述光反射组件与所述光扩散组件位于所述第一光线的传输路径上，所述第一光线经过所述光反射组件与所述光扩散组件以形成第二光线，所述第二光线朝向第二方向行进至待测物体，所述待测物体反射所述第二光线，所述第一方向与所述第二方向相交；
光接收模块，接收经反射的所述第二光线并且进行感测。
2.如权利要求1所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光扩散组件设置于所述光源组件与所述光反射组件之间，并且与所述光反射组件的所述光反射面对应，所述第一光线通过所述光扩散组件后，由所述光反射组件反射以形成在所述第二方向上行进所述第二光线。
3.如权利要求1所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光扩散组件设置于所述光反射组件的上方，并与所述光反射组件的反射面对应，所述第一光线由所述光反射组件反射后朝所述光扩散组件行进，然后通过所述光扩散组件以形成在所述第二方向上行进的所述第二光线。
4.如权利要求1所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光反射组件包括棱镜。
5.如权利要求1至4中任一项所述的TOF摄像装置，其特征在于，还包括光反射驱动机构，所述光反射驱动机构与所述光反射组件连接，并且带动所述光反射组件位移。
6.如权利要求5所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光反射驱动机构带动所述光反射组件作线性移动。
7.如权利要求5所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光反射驱动机构带动所述光反射组件作转动。
8.如权利要求1所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述第一光线的波束角为22至26度。
9.如权利要求8所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述第二光线的波束角为45至60度。
10.如权利要求1所述的TOF摄像装置，其特征在于，所述光源组件为垂直腔面发射激光器。
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