CN213462065U - 小体积tof摄像模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小体积TOF摄像模组，包括安装支架、深度成像模组、光投射器、第一软排线、第二软排线以及软排线接口；所述深度成像模组和所述光投射器设置在所述安装支架上；所述深度成像模组电连接所述第一软排线的一端，所述光投射器电连接所述第二软排线的一端；所述第二软排线的另一端电连接所述第一软排线，所述第一软排线的另一端电连接所述软排线接口。在本实用新型中深度成像模组对应的第一软排线和光投射器对应的第二软排线焊接在一起，使得所述第一软排线和所述第二软排线电路上导通，以便实现通过一个软排线接口进行信号输出，实现深度成像模组和光投射器共用一个软排线接口，从而能够更小巧集成TOF模组。

Description

小体积TOF摄像模组

技术领域

本实用新型涉及3D成像领域，具体地，涉及一种小体积TOF摄像模组。

背景技术

ToF(time of flight)技术是一种从投射器发射测量光，并使测量光经过目标物体反射回到接收器，从而能够根据测量光在此传播路程中的传播时间来获取物体到传感器的空间距离的3D成像技术。常用的ToF技术包括单点扫描投射方法和面光投射方法。

单点扫描投射的ToF方法采用一个单点投射器，投射出单束的准直光，该单束的准直光的投射方向受到扫描器件的控制从而能够投射到不同的目标位置。光束单束的准直光经过目标物反射后，部分光被单点的光探测器接收，从而获取当前投射方向的深度测量数据。此种方法能够将所有的光功率集中在一个目标点上，从而在单个目标点实现的高信噪比，进而实现高精度的深度测量。整个目标物体的扫描依赖于扫描器件，比如机械马达、MEMS、光相控雷达等。将扫描获得的深度数据点拼接即可获取3D成像所需的离散点云数据。此种方法有利于实现远距离的3D成像，但需要使用复杂的投射扫描系统，成本较高。

面光投射的ToF方法则是投射出一个能量连续分布的面光束。投射光连续覆盖目标物体表面。光探测器为一个能够获取光束传播时间的光探测器阵列。目标物体反射的光信号经过光学成像系统在光探测器上成像时，每个探测器像点获得的深度即为其物象关系对应物体位置的深度信息。这种方法能够摆脱复杂的扫描系统。然而，由于面光投射的光功率密度远低于单数的准直光，信噪比相对于单点扫描投射的方法大大下降，使得这种方法仅能够适用于距离减小，精度较低的场景。

通过光投射器向目标物体投射多束离散准直光束，使得光探测器阵列成像器接收经目标物体反射的部分准直光束，实现对目标物体表面的深度数据的获取，提高了光束功率密度，在在信噪比与点云密度之间实现平衡，从而能够低成本、低功耗、高精度的进行3D成像。在该种成像模式的TOF摄像模组中，需要将一深度摄像头以及一光投射器设置在一个支架上面，以实现体积集成最小化，但是因为深度摄像头与光投射器属于两种不同的器件，需要分别将两个器件通过FPC软排线引出；增加了软排线接口的数量，即会在电路上多占用一个软排线接口，且因两个软排线接口不在同一个高度空间上，导致在实际使用的时候，出现折弯困难，固定不稳定的现象。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种小体积TOF摄像模组。

根据本实用新型提供的小体积TOF摄像模组，包括安装支架、深度成像模组、光投射器、第一软排线、第二软排线以及软排线接口；

所述深度成像模组和所述光投射器设置在所述安装支架上；所述深度成像模组电连接所述第一软排线的一端，所述光投射器电连接所述第二软排线的一端；

所述第二软排线的另一端电连接所述第一软排线，所述第一软排线的另一端电连接所述软排线接口。

优选地，所述安装支架的后侧面上设置有第一安装槽，所述第一安装槽的槽底设置有通孔，以连通所述安装支架的前侧面；

所述深度成像模组设置在所述第一安装槽内，所述深度成像模组的图像采集端通过所述通孔伸出，所述第一软排线设置在所述第一安装槽内且设置在所述深度成像模组上。

优选地，所述安装支架的前侧面上与所述通孔相邻的区域设置有第二安装槽；

所述第二软排线的一端部设置在所述第二安装槽的槽底面上，另一端部折弯至所述安装支架的后侧面上通过连接器电连接所述第一软排线；

所述光投射器设置在所述第二安装槽内且设置在所述第二软排线上侧。

优选地，所述第一软排线包括软排线A和软排线B；所述软排线A和所述软排线B封装呈一体结构；

所述软排线A的一端电连接所述深度成像模组，另一端电连接所述软排线接口；

所述软排线B的一端延伸至所述第二软排线的另一端下侧面且与所述第二软排线的另一端电连接。

优选地，所述安装支架的一侧壁面上开有避让槽；

所述第二软排线的另一端部通过所述避让槽折弯延伸后延伸至所述安装支架的后侧面上。

优选地，所述光投射器包括设置在一光路上的激光器阵列、准直镜头和分束器件；

所述激光器阵列，用于向所述准直镜头投射第一数量级的激光；

所述准直镜头，用于将入射的多束所述激光准直后出射第一数量级的准直光束；

所述分束器件，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束至目标物体；

所述第二数量级大于所述第一数量级。

优选地，所述光投射器包括设置在一光路上的边发射激光器和光束投射器；

所述边发射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；

所述光束投射器，用于将入射的所述激光投射出多束离散准直光束至目标物体。

优选地，还包括扩散器；所述扩散器，用于对所述准直光束进行扩散，并使所述准直光束泛光出射。

优选地，所述深度成像模组包括光学成像镜头、光探测器阵列以及驱动电路；所述光探测器阵列包括多个呈阵列分布的光探测器；

所述光学成像镜头，用于使得透过所述光学成像镜头进入光探测器阵列的所述准直光束的方向向量与光探测器呈一一对应关系；

所述光探测器，用于接收经所述目标物体反射的准直光束；

所述驱动电路，用于测量出多束所述准直光束的传播时间并进而生成目标物体表面的深度数据。

优选地，所述安装支架、所述第一安装槽以及所述第二安装槽呈矩形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

在本实用新型中深度成像模组对应的第一软排线和光投射器对应的第二软排线焊接在一起，使得所述第一软排线和所述第二软排线电路上导通，以便实现通过一个软排线接口进行信号输出，实现深度成像模组和光投射器共用一个软排线接口，从而能够更小巧集成TOF模组；

在本实用新型中深度成像模组和光投射器按照两个独立的模组设置安装支架上，避免了深度成像模组的基板和光投射器的基板集成在一起时，会因SMT(Surface MountedTechnology，表面贴装技术)贴装器件数量的增加而影响到整个TOF摄像模组的良率的降低问题。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例中小体积TOF摄像模组一方向的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中小体积TOF摄像模组另一方向的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中光投射器的一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例中光投射器的另一种结构示意图；

图5为本实用新型实施例中深度成像模组的结构示意图。

图中：

1 为深度成像模组；

2 为光投射器；

3 为安装支架；

4 为第一软排线；

5 为第二软排线；

6 为软排线接口；

101 为光探测器阵列；

102 为光学成像镜头；

201 为边发射激光器；

202 为光束投射器；

203 为激光器阵列；

204 为准直镜头；

205 为分束器件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

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。

本实用新型提供的小体积TOF摄像模组，包括安装支架、深度成像模组、光投射器、第一软排线、第二软排线以及软排线接口；

所述深度成像模组和所述光投射器设置在所述安装支架上；所述深度成像模组电连接所述第一软排线的一端，所述光投射器电连接所述第二软排线的一端；

所述第二软排线的另一端电连接所述第一软排线，所述第一软排线的另一端电连接所述软排线接口。

在本实用新型中深度成像模组对应的第一软排线和光投射器对应的第二软排线焊接在一起，使得所述第一软排线和所述第二软排线电路上导通，以便实现通过一个软排线接口进行信号输出，实现深度成像模组和光投射器共用一个软排线接口，从而能够更轻巧集成的TOF模组。

以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例中小体积TOF摄像模组一方向的结构示意图，如图1所示，本实用新型提供的小体积TOF摄像模组，包括安装支架3、深度成像模组1、光投射器2、第一软排线44、第二软排线5以及软排线接口6；

所述深度成像模组1和所述光投射器设置在所述安装支架3上；所述深度成像模组1电连接所述第一软排线的一端，所述光投射器电连接所述第二软排线5的一端；

所述第二软排线5的另一端电连接所述第一软排线4，所述第一软排线4的另一端电连接所述软排线接口6。

图2为本实用新型实施例中小体积TOF摄像模组另一方向的结构示意图，如图2所示，所述安装支架3的后侧面上设置有第一安装槽，所述第一安装槽的槽底设置有通孔，以连通所述安装支架3的前侧面；

所述深度成像模组1设置在所述第一安装槽内，所述深度成像模组1的图像采集端通过所述通孔伸出，所述第一软排线4设置在所述第一安装槽内且设置在所述深度成像模组1上。

所述安装支架3的前侧面上与所述通孔相邻的区域设置有第二安装槽；

所述第二软排线5的一端部设置在所述第二安装槽的槽底面上，另一端部折弯至所述安装支架3的后侧面上通过连接器电连接所述第一软排线4；

所述光投射器设置在所述第二安装槽内且设置在所述第二软排线5上侧。

在本实用新型一实施例中，所述第一软排线4所述第二软排线5采用FPC软排线。

在本实用新型一实施例中，所述第一软排线4包括软排线A和软排线B；所述软排线A和所述软排线B封装呈一体结构；

所述软排线A的一端电连接所述深度成像模组1，另一端电连接所述软排线接口6；

所述软排线B的一端延伸至所述第二软排线5的另一端下侧面且与所述第二软排线5的另一端电连接。

在本实用新型一实施例中，所述安装支架3的一侧壁面上开有避让槽；

所述第二软排线5的另一端部通过所述避让槽折弯延伸后延伸至所述安装支架3的后侧面上。

在本实用新型一实施例中，所述安装支架3、所述第一安装槽以及所述第二安装槽呈矩形。

图3为本实用新型实施例中光投射器的一种结构示意图，如图3所示，所述光投射器2包括设置在一光路上的边发射激光器201和光束投射器202；

所述边发射激光器201，用于向所述光束投射器202投射激光；

所述光束投射器202，用于将入射的所述激光投射出多束所述离散准直光束至目标物体。

在本实用新型一实施例中，由于所述分束投射器的内表面加工了微纳结构的光芯片并配合光学透镜组成。所述分束投射器能够实现将来自于边发射激光器201的入射光分成任意多束准直光束的功能。所述边发射激光器201的发射方向和所述分束投射器的投射方向即可以相同，也可以成90度或者为光学系统设计所需的任意角度。

在本实用新型一实施例中，所述光束投射器202还可以采用衍射光栅。

图4为本实用新型实施例中光投射器的另一种结构示意图，如图4所示，所述光投射器2包括设置在一光路上的激光器阵列203、准直镜头204和分束器件205；

所述激光器阵列203，用于向所述准直镜头204投射第一数量级的激光；

所述准直镜头204，用于将入射的所述多束激光准直后出射第一数量级的准直光束；

所述分束器件205，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束至目标物体；

所述第二数量级大于所述第一数量级。

在本实用新型一实施例中，所述激光器阵列203可以采用多个垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)或者多个边发光激光器(EdgeEmitting Laser，EEL)组成。多束激光经过准直镜头204后可以成为高度平行的准直光束。根据实际应用中可以根据离散光束数量的需求，可以采用分束器件205实现更多的准直光束。所述分束器件205可以采用衍射光栅(DOE)、空间光调制器(SLM)等。

在本实用新型一实施例中，本实用新型提供的小体积TOF摄像模组，还包括扩散器；所述扩散器，用于对所述准直光束进行扩散，并使所述准直光束泛光出射。

图5为本实用新型实施例中深度成像模组的结构示意图，如图5所示，所述深度成像模组1包括光学成像镜头102、光探测器阵列101以及驱动电路；所述光探测器阵列101包括多个呈阵列分布的光探测器；

所述光学成像镜头102，用于使得透过所述光学成像镜头102进入光探测器阵列101的所述准直光束的方向向量与光探测器呈一一对应关系；

所述光探测器，用于接收经所述目标物体反射的准直光束；

所述驱动电路，用于测量出多束所述准直光束的传播时间并进而生成目标物体表面的深度数据。

为了过滤背景噪声，所述光学成像镜头102内通常还装有窄带滤光片，使得所述光探测器阵列101仅能通过预设的波长的入射准直光束。所述预设的波长可以为入射准直光束的波长，也可以为小于入射准直光束50纳米和大于入射准直光束50纳米之间。所述光探测器阵列101可以呈周期或者非周期性排列。每个光探测器与辅助电路配合可以实现对准直光束的飞行时间进行测量。根据离散准直光束数量的需求，光探测器阵列101可以是多个单点光探测器的组合或者是一个集成了多个光探测器的传感器芯片。为了进一步优化光探测器的灵敏度，一个离散准直光束在目标物体3上的照射光斑可以对应一个或者多个光探测器。在多个光探测器对应同一个照射光斑时，每个探测器的信号可以通过电路连通，从而在能够合并为一个探测面积更大的光探测器。

在本实用新型实施例中深度成像模组对应的第一软排线4和光投射器对应的第二软排线焊接在一起，使得所述第一软排线4和所述第二软排线电路上导通，以便实现通过一个软排线接口进行信号输出，实现深度成像模组和光投射器共用一个软排线接口，从而能够更小巧集成TOF模组；深度成像模组和光投射器按照两个独立的模组设置安装支架上，避免了深度成像模组的基板和光投射器的基板集成在一起时，因SMT贴装器件数量的增加而影响到整个TOF摄像模组的良率的降低问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种小体积TOF摄像模组，其特征在于，包括安装支架、深度成像模组、光投射器、第一软排线、第二软排线以及软排线接口；

所述深度成像模组和所述光投射器设置在所述安装支架上；所述深度成像模组电连接所述第一软排线的一端，所述光投射器电连接所述第二软排线的一端；

所述第二软排线的另一端电连接所述第一软排线，所述第一软排线的另一端电连接所述软排线接口。

2.根据权利要求1所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述安装支架的后侧面上设置有第一安装槽，所述第一安装槽的槽底设置有通孔，以连通所述安装支架的前侧面；

所述深度成像模组设置在所述第一安装槽内，所述深度成像模组的图像采集端通过所述通孔伸出，所述第一软排线设置在所述第一安装槽内且设置在所述深度成像模组上。

3.根据权利要求2所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述安装支架的前侧面上与所述通孔相邻的区域设置有第二安装槽；

所述第二软排线的一端部设置在所述第二安装槽的槽底面上，另一端部折弯至所述安装支架的后侧面上通过连接器电连接所述第一软排线；

所述光投射器设置在所述第二安装槽内且设置在所述第二软排线上侧。

4.根据权利要求1所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述第一软排线包括软排线A和软排线B；所述软排线A和所述软排线B封装呈一体结构；

所述软排线A的一端电连接所述深度成像模组，另一端电连接所述软排线接口；

所述软排线B的一端延伸至所述第二软排线的另一端下侧面且与所述第二软排线的另一端电连接。

5.根据权利要求3所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述安装支架的一侧壁面上开有避让槽；

所述第二软排线的另一端部通过所述避让槽折弯延伸后延伸至所述安装支架的后侧面上。

6.根据权利要求1所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述光投射器包括设置在一光路上的激光器阵列、准直镜头和分束器件；

所述激光器阵列，用于向所述准直镜头投射第一数量级的激光；

所述准直镜头，用于将入射的多束所述激光准直后出射第一数量级的准直光束；

所述分束器件，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束至目标物体；

所述第二数量级大于所述第一数量级。

7.根据权利要求1所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述光投射器包括设置在一光路上的边发射激光器和光束投射器；

所述边发射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；

所述光束投射器，用于将入射的所述激光投射出多束离散准直光束至目标物体。

8.根据权利要求6或7所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，还包括扩散器；所述扩散器，用于对所述准直光束进行扩散，并使所述准直光束泛光出射。

9.根据权利要求6或7所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述深度成像模组包括光学成像镜头、光探测器阵列以及驱动电路；所述光探测器阵列包括多个呈阵列分布的光探测器；

所述光学成像镜头，用于使得透过所述光学成像镜头进入光探测器阵列的所述准直光束的方向向量与光探测器呈一一对应关系；

所述光探测器，用于接收经所述目标物体反射的准直光束；

所述驱动电路，用于测量出多束所述准直光束的传播时间并进而生成目标物体表面的深度数据。

10.根据权利要求3所述的小体积TOF摄像模组，其特征在于，所述安装支架、所述第一安装槽以及所述第二安装槽呈矩形。

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