CN213210474U - 飞行时间tof装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了飞行时间TOF装置和电子设备。该TOF装置包括：发射模组和接收模组。所述发射模组包括光源和驱动所述光源发光的驱动电路，所述驱动电路包括：光源开关、限流电阻和驱动电容，其中，所述光源开关的一端接地，所述光源开关的另一端与所述光源的一端连接，所述光源的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接电源电压，所述驱动电容和所述限流电阻并联连接，所述光源开关用于控制所述光源的开启和关闭，所述驱动电容用于在光源开关开启时，提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的脉冲光束的上升沿的上升时间。

Description

飞行时间TOF装置和电子设备

技术领域

本申请涉及3D技术领域，并且更具体地，涉及飞行时间TOF装置和电子设备。

背景技术

时间飞行(Time of Flight，TOF)模组是通过测量光束在空间中的飞行时间来计算物体的距离，或者说，深度，由于其具有精度高、测量范围大等优点被广泛应用于消费电子、无人驾驶、AR/VR等领域。

TOF模组中包括光源和相机，光源用于向目标空间发射脉冲光束以提供照明，相机根据从外部对象返回的脉冲光束和光源向目标空间发射脉冲光束之间的时间差或相位差来获取外部对象的深度信息或距离。

TOF模组包括D-TOF(Direct Time Of Flight)模组和I-TOF(Indirect Time OfFlight)模组。其中，D-TOF模组用于根据从外部对象返回的脉冲光束和光源向目标空间发射脉冲光束之间的时间差来获取外部对象的深度信息或距离。I-TOF模组用于根据从外部对象返回的脉冲光束和光源向目标空间发射脉冲光束之间的相位差来获取外部对象的深度信息或距离。

光源用向目标空间发射的脉冲光的上升时间越短，深度的检测精度越高。然而，现有的光源发出的脉冲光的上升沿的上升时间较长，导致TOF模组的感测精度较低。

实用新型内容

本申请提供一种飞行时间TOF装置和电子设备，能够降低发射模组发射的光脉冲的上升沿的上升时间。

第一方面，提供了一种飞行时间TOF装置，包括：

发射模组和接收模组，所述发射模组用于发射脉冲光束，并将发射的脉冲光束投射至外部对象，所述接收模组用于接收从所述外部对象返回的脉冲光束，以获取所述外部对象的深度信息；

所述发射模组包括光源和驱动所述光源发光的驱动电路，所述驱动电路包括：光源开关、限流电阻和驱动电容，其中，所述光源开关的一端接地，所述光源开关的另一端与所述光源的一端连接，所述光源的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接电源电压，所述驱动电容和所述限流电阻并联连接，所述光源开关用于控制所述光源的开启和关闭，所述驱动电容用于在光源开关开启时，提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的脉冲光束的上升沿的上升时间。

在一些可能的实现方式中，所述发射模组还包括：

电源开关驱动电路，与所述电源开关连接，用于根据驱动信号控制所述电源开关的导通和关断。

在一些可能的实现方式中，所述电源开关驱动电路具体用于：

在所述驱动信号为第一电平时，控制所述光源开关导通，以使所述光源发射光束；和

在所述驱动信号为第二电平时，控制所述光源开关关断，以使所述光源停止发射光束；

其中，所述第一电平不同于所述第二电平。

在一些可能的实现方式中，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平；或，所述第一电平为低电平，所述第二电平为高电平。

在一些可能的实现方式中，所述驱动电路还包括：

滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述电源电压，所述滤波电容的另一端接地。

在一些可能的实现方式中，所述光源包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源；

所述接收模组包括多个像素单元，用于在所述多个子光源组分时发射脉冲光束时，分时接收从所述外部对象返回的脉冲光束，以获取所述外部对象的深度信息。

在一些可能的实现方式中，所述光源开关包括多个控制开关，每个控制开关用于控制所述多个子光源组中的一个子光源组的开启和关闭。

在一些可能的实现方式中，所述限流电阻连接所述光源的阳极，所述光源的阴极连接所述光源开关。

在一些可能的实现方式中，所述光源为VCSEL光源，所述脉冲光束为方波信号。

第二方面，提供了一种电子设备，包括：

上述第一方面或上述任一可能的实现方式中的飞行时间TOF装置。

由于本申请的TOF装置的发射模组的驱动电路中增加了与限流电阻并联连接的驱动电容，从而能够提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的脉冲光束的上升沿的上升时间。因此，能够提高TOF模组的感测精度。相应地，具有所述TOF模组的电子设备的性能较好。

附图说明

图1是本申请实施例的飞行时间TOF装置的示意性结构图。

图2是图1所示TOF装置的光源的驱动电路结构示意图。

图3是本申请实施例的电子设备的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述日的，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个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例的飞行时间(Time Of Flight，TOF)装置10的示意性结构图。可选的，所述TOF装置10可以用于安装在电子设备上。所述电子设备例如包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、笔记本电脑、台式机电脑、智能可穿戴设备、智能门锁、车载电子设备、医疗、航空等有TOF功能需求的设备或装置。

所述TOF装置10可以为D-TOF装置，也可以为I-TOF装置，或者是其它合适类型的TOF装置。本申请对此并不做限制。下面以所述TOF装置10D-TOF装置的结构为例进行说明。

具体地，如图1所示，所述TOF装置10包括发射模组11、接收模组12和处理模块13。所述发射模组11用于发射脉冲光束201至所述外部对象20的空间，至少部分发射的脉冲光束201从所述外部对象20返回后形成脉冲光束202，该返回的脉冲光束202中携带有所述外部对象20的深度信息(或者说，景深信息)，所述脉冲光束202的至少部分被所述接收模组12接收，所述处理模块13用于计算所述光束201和所述光束202之间的时间差或相位差以确定所述外部对象20的深度信息，从而能够实现所述TOF装置10对所述外部对象的深度成像功能。可选的，所述脉冲光束为方波信号。可选的，本申请实施例的所述外部对象20的深度信息例如可以用于3D建模，人脸识别或者即时定位和地图构建(simultaneous localizationand mapping，SLAM)、测距、无人驾驶、AR/VR等，本申请对此不作限定。

可选的，所述处理模块13与所述发射模组11和所述接收模组12连接，所述处理模块13还用于同步所述发射模组11和所述接收模组12的触发信号以计算所述脉冲光束201从所述发射模组11发出到被所述接收模组12接收所需的时间，即发射光束201和接收光束202之间时间差或相位差，以确定所述外部对象20上的对应点的深度信息。

可选的，所述处理单元13可以为所述TOF装置10的处理模块，也可以为包括TOF装置10的电子设备的处理模块，例如，电子设备的主控模块，本申请实施例不作限定。

所述发射模组11包括：光源110和调制元件111，所述光源110用于发射脉冲光束，所述调制元件111例如用于对所述光源发射的脉冲光束进行调制，以增加投射出去的脉冲光束的分辨率，即形成所述脉冲光束201，并将所述脉冲光束201投射至外部对象20。

可选的，所述调制元件111例如但不局限于为衍射光学元件。所述衍射光学元件用于对来自光源110的脉冲光束进行衍射，以对所述光源11发出的光束进行复制并扩展，使得出射光束的面积远大于光源110发射的光束面积，例如能够覆盖填充被照明空间。

所述衍射光学元件例如为DOE等。

可选的，在一些实施例中，所述发射模组11还包括：第一透镜单元112，设置在所述光源110和所述调制元件111之间，用于将所述子光源组发射的光束进行准直或会聚后传输至所述调制元件111。

在一些实施例中，所述接收模组12包括图像传感器，所述图像传感器例如但不限于包括由多个像素单元组成的像素阵列120，所述像素阵列用于接收从所述外部对象20返回的光束202。其中，一个像素单元用于转换接收的光束202形成一个深度信息。可选的，所述像素单元可以是电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Meta1Oxide Semiconductor，CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等器件。可变更地，在某些实施方式中，所述多个像素单元也可不组成阵列，例如呈非规则方式排布。本申请对此并不做限定。

可选的，所述接收模组12还包括与所述图像传感器连接的信号放大器、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，本申请并不限于此。

可选的，所述接收模组12还包括：第二透镜单元121，用于接收从所述外部对象20返回的脉冲光束202，并将所述脉冲光束202进行准直或会聚后传输至所述多个像素单元。

在本申请实施例中，所述发射组件11可以向所述外部对象20发射脉冲光，脉冲光的上升时间越短，深度的检测精度越高，为了达到较高的深度的检测精度，对于所述脉冲光的上升时间和下降时间提出了极高的要求。一般需要在数纳秒(ns)内。

在一种实施例中，如图2所示，所述发射模组11还包括驱动电路，与所述光源110连接，用于驱动所述光源110发光，所述驱动电路包括光源开关电路114和限流电阻113，所述电源开关电路114与所述光源110的一端(阴极)连接，所述光源110的另一端(阳极)连接至所述限流电阻113的一端，所述限流电阻113的另一端连接至电源电压117，所述电源开关电路114用于控制所述光源110的开启和关闭，所述限流电阻113对所述光源110起到限流和保护的作用。具体的，所述限流电阻110可以控制所述电源电压117在所述光源110上的分压，以降低流过所述光源110的电流。

可选的，在本申请实施例中，如图2所示，所述电源开关电路114可以包括电源开关1140和电源开关驱动电路1141。电源开关驱动电路1141与所述电源开关1140连接，用于根据驱动信号V_IN控制所述电源开关1140的导通和关断。可选的，所述驱动信号V_IN可以为高低电平交替变化的方波信号，例如，所述电源开关驱动电路1141在所述驱动信号V_IN为第一电平时，控制所述电源开关1140导通，以使所述光源110发射光束；或者在所述驱动信号V_IN为第二电平时，控制所述电源开关1140关断，以使所述光源110停止发射光束。其中，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。所述电源开关1140例如但不局限为NMOS管。所述第二电平例如但不局限地为0伏或者负电压，所述第一电平高于第二电平。

然，可变更地，在某些实施方式中，所述第一电平也可为低电平，所述第二电平为高电平。相应地，所述电源开关1140例如但不局限为PMOS管。

可选的，在一些实施例中，当所述光源110分为多个子光源组时，所述电源开关1140包括多个控制开关，每个控制开关用于控制所述多个子电源组中的一个子电源组的开启和关闭。

所述接收模组12的多个像素单元用于在所述多个子光源组分时发射光束时，分时接收从所述外部对象20返回的光束，以获取所述外部对象20的深度信息。

在具体实现中，所述电源开关1140，光源110，TOF装置10的电路板之间不可避免的存在着寄生电容、寄生电感，这就导致流过光源110的电流无法以非常高的速度(例如数纳秒)达到设定值，因此光源110所产生的光信号的上升沿比较平缓。

基于该技术问题，在本申请实施例中，所述驱动电路还包括在所述限流电阻113上并联的驱动电容116，换言之，可以在电源电压117和光源110之间增加驱动电容116。这样，在所述电源开关1140开启瞬间增大了流过光源110上的电流值，也就是说，所述驱动电容116的存在为光源110的光信号的上升瞬间提供了脉冲电流，补偿了因寄生电容，寄生电感的存在导致的光信号的电流上升缓慢的问题。从图2中可以看出，在增加驱动电容116之后，光信号的上升沿明显变得更陡峭，上升时间可以缩短到10ns以内。

可选的，在一些实施例中，所述驱动电路还包括：

滤波电容115，所述滤波电容115的一端连接所述电源电压117，所述滤波电容115的另一端接地。所述滤波电容115用于降低光源110的内阻，导线等对光信号的上升沿的影响。

可选的，在一些实施例中，所述光源110例如为垂直腔面发射激光器VCSEL或发光二极管LED。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种电子设备100，所述电子设备100包括所述TOF装置10。所述电子设备100例如包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、笔记本电脑、台式机电脑、智能可穿戴设备、智能门锁、车载电子设备、医疗、航空等有TOF功能需求的设备或装置。

上述的处理模块13可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

上述的存储模块可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种飞行时间TOF装置，其特征在于，包括：

发射模组和接收模组，所述发射模组用于发射脉冲光束，并将发射的脉冲光束投射至外部对象，所述接收模组用于接收从所述外部对象返回的脉冲光束，以获取所述外部对象的深度信息；

所述发射模组包括光源和驱动所述光源发出脉冲光束的驱动电路，所述驱动电路包括：光源开关、限流电阻和驱动电容，其中，所述光源开关的一端接地，所述光源开关的另一端与所述光源的一端连接，所述光源的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接电源电压，所述驱动电容和所述限流电阻并联连接，所述光源开关用于控制所述光源的开启和关闭，所述驱动电容用于在光源开关开启时，提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的脉冲光束的上升沿的上升时间。

2.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述驱动电路还包括：

电源开关驱动电路，与所述电源开关连接，用于根据驱动信号控制所述电源开关的导通和关断。

3.根据权利要求2所述的TOF装置，其特征在于，所述电源开关驱动电路具体用于：

在所述驱动信号为第一电平时，控制所述光源开关导通，以使所述光源发射光束；和

在所述驱动信号为第二电平时，控制所述光源开关关断，以使所述光源停止发射光束；

其中，所述第一电平不同于所述第二电平。

4.根据权利要求3所述的TOF装置，其特征在于，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平；或，所述第一电平为低电平，所述第二电平为高电平。

5.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述驱动电路还包括：

滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述电源电压，所述滤波电容的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述光源包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源；

所述接收模组包括多个像素单元，用于在所述多个子光源组分时发射脉冲光束时，分时接收从所述外部对象返回的脉冲光束，以获取所述外部对象的深度信息。

7.根据权利要求6所述的TOF装置，其特征在于，所述光源开关包括多个控制开关，每个控制开关用于控制所述多个子光源组中的一个子光源组的开启和关闭。

8.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述限流电阻连接所述光源的阳极，所述光源的阴极连接所述光源开关。

9.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述光源为VCSEL光源，所述脉冲光束为方波信号。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的飞行时间TOF装置。

Images