CN213600890U - 一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，包括基座，所述基座装设有基板，装设在基板上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片上方并与基座固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的光束角度扩大到120°的广角扩束透镜系统，所述广角扩束透镜系统由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件，本实用新型结构简单，只需一片镜片实现大角度的均匀配光，将光束角度扩大到120°，大大提高了光学效率，另外广角接收器组件能获得大视场角的3D图像。

Description

一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组

技术领域

本实用新型涉及飞行时间TOF传感技术领域，特别涉及一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组。

背景技术

飞行时间传感技术(英文名：Time of Fly,简称：TOF，)是当前重要的图像传感技术，它是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测这些发射和接收光脉冲的飞行往返时间来得到目标物距离。TOF传感技术推动了3D摄像头在新一代移动设备中的应用，并将在未来几年推动3D图像传感应用市场的快速增长。飞行时间传感技术采用红外光源就直接测量每个像素中的深度和幅度信息，发射调制红外光到整个场景，通过TOF成像器捕获物体的反射光。通过计算发射光脉冲和接收光脉冲之间测量到之间差，或光学信号的相位差以及幅度值可以得到高度可靠的距离信息以及完整场景的3D图像。

飞行时间传感技术在许多领域有广泛的应用，如智能手机的接近传感器、人脸识别、手势识别、车载趋近警告传感器、激光雷达Lidar、无人机的地面迫近雷达、室内无人机的天花接近雷达、机器人通用的AI深度传感器、机器人真空吸尘器的墙壁边清扫和避障传感器、智能货架等。

早期的TOF传感器基本上是单光源的，其光源为红外激光二极管，波长为940nm或者850nm。其缺点为功率比较低，通常探测角度比较小，一般为二三十度。近年来，随着VCSEL垂直腔表面发射激光器阵列技术的成熟，以及发射功率的进一步提升，TOF传感器的照射光源渐渐演变成VCSEL阵列光源，探测距离进一步增加，探测角度也进一步扩大。如美国微软公司在2015年公布的专利号US20150229912A1的TOF技术。

该专利中的发射组件采用了一片扩散片(diffuser 421)来进行均匀照明和扩束，其将VCSEL垂直腔表面发射激光器阵列发射的角度较小的红外激光，经过扩散之后形成相对均匀、角度较大的发射光，照射到被测物体上。但由于红外光线经过扩散片之后的出射光是杂乱无章的，损耗比较大，透过率一般都比较低，一般只能达到60％-70％，导致照射到被测物的辐射度比较低。

另外该专利的接收器组件则通过一个凸透镜424、带通滤波器BPF、以及深度图像传感器来探测被测物体的3D深度信息。由于单个凸透镜的视场角一般比较小，一般只能在四十度以内才能成相对清晰的3D图像。因此专利 US20150229912A1所述的这种类型的该传感器模组，都存在视场角较小，光学效率较低的问题。

现有及未来新一代的智能手机，一般是采用三摄或多摄的，其中一个摄像头就是TOF 3D摄像头，其与其它两个可见光摄像头一起搭配使用。由于智能手机摄像头的一个发展趋势为广角及鱼眼镜头，摄像头的视场角超过90°，有的鱼眼摄像头拍摄的视场角甚至高达140°以上，对于智能手机这种发展趋势，现有较小视场角的TOF 3D摄像头，由于与其他广角可见光摄像头的拍摄范围不匹配，已经满足不了需求。开发更大视场角度的TOF 3D摄像头，迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，结构简单，只需一片镜片实现大角度的均匀配光，将光束角度扩大到120°，大大提高了光学效率，另外广角接收器组件能获得大视场角的3D图像。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，包括基座，所述基座装设有基板，装设在基板上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片上方并与基座固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的光束角度扩大到120°的广角扩束透镜系统，所述广角扩束透镜系统由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件，所述广角接收器组件包括光学成像系统，装设在光学成像系统下方的接收光信号的飞行时间成像器，所述飞行时间成像器经过处理后输出图像信息。

作为优选的，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片的发射角为60°×45°。

作为优选的，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片的底面导电极通过导电胶与基板上的导电极贴合导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片的表面导电极通过导电引线与基板上的另一个导电极焊接导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片工作点亮时通过基板上的两个导电极供电。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统的镜片为光学透明树脂材料构件、光学透明硅胶材料构件、玻璃材料构件或者光敏无影胶材料构件；

所述广角扩束透镜系统的镜片材料的光学折射率在940nm波段介于 1.30-1.75之间。

作为优选的，所述基座为聚邻苯二甲酰胺PPA材料构件或者聚酰亚胺树脂PI材料构件，所述广角扩束透镜系统其中的一个镜片与基座为双料一体成型或者广角扩束透镜系统的镜片与基座通过粘接胶固定连接。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统其中的一个镜片与基座为材料相同的一体结构，所述镜片材料为透明液态硅胶或者耐高温透明树脂，所述耐高温透明树脂的玻璃化温度介于200-300℃之间，光学折射率在940nm波段介于 1.30-1.75之间。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统的镜片表面镀有光学增透膜或者透近红外波段的带通滤波光学膜。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统的镜片表面为镜面或者具有混光作用的鳞片面或者微结构纹理面。

作为优选的，所述飞行时间成像器装设在基板上或者装设在单独的另一块基板上。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统为第一广角扩束透镜系统，所述第一广角扩束透镜系统与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片之间装设有第一硅胶，所述第一广角扩束透镜系统包括第一透镜，所述第一透镜具有第一透镜内凹球面和第一透镜马鞍形配光曲面，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的光束经第一透镜进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

作为优选的，所述广角扩束透镜系统为第二广角扩束透镜系统，所述第二广角扩束透镜系统与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片之间装设有第一空气隙，所述第二广角扩束透镜系统包括第二透镜，所述第二透镜具有第二透镜内凹曲面和第二透镜平面，所述第二透镜内凹曲面为配光曲面，所述第二透镜平面为出光面，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的光束经第二透镜进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax ≥120°。

作为优选的，所述光学成像系统包括从物侧到像侧依次设置的广角凹透镜、隔圈、孔径光阑、凸透镜和半弯月透镜，所述广角凹透镜为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述凸透镜为低折射率、高色散系数材料，其折射率nd<1.58，阿贝系数vd>50，所述半弯月透镜为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述光学成像系统的接收角度为2ψmax，所述光学成像系统的接收角度2ψmax≥90°。

作为优选的，所述光学成像系统其中一片镜片的其中一个面，其镀有红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜，或者采用单独的一个平面镜片作为红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波片，或者在模组保护玻璃上镀红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型设有基座，所述基座装设有基板，装设在基板上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片上方并与基座固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的光束角度扩大到 120°的广角扩束透镜系统，所述广角扩束透镜系统由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件，所述广角接收器组件包括光学成像系统，装设在光学成像系统下方的接收光信号的飞行时间成像器，所述飞行时间成像器经过处理后输出图像信息，本实用新型结构简单，只需一片镜片实现大角度的均匀配光，将光束角度扩大到120°，大大提高了光学效率，另外广角接收器组件能获得大视场角的3D图像。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是专利US20150229912A1的TOF传感器技术的方案示意图；

图2是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的剖面图；

图3是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的发射与接收结构示意图；

图4是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的广角接收器组件的光学成像系统的光路图；

图5是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的广角接收器组件的光学成像系统的调制传递函数(MTF)曲线；

图6是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的广角接收器组件的光学成像系统的点列图；

图7是本实用新型提供的实施例一一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的广角接收器组件的光学成像系统的场曲与畸变；

图8是本实用新型提供的实施例二一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的剖面图；

图9是本实用新型提供的实施例二一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组的发射与接收结构示意图。

在图中包括有：

10-基座、1-基板、2-垂直腔面发射激光器VCSEL芯片、6-广角扩束透镜系统、4-广角接收器组件、7-光学成像系统、8-飞行时间成像器、9-导电引线、11-第一硅胶、61-第一广角扩束透镜系统、611-第一透镜、6111-第一透镜内凹球面、6112-第一透镜马鞍形配光曲面、12-第一空气隙、62-第二广角扩束透镜系统、621-第二透镜、6211-第二透镜内凹曲面、6212-第二透镜平面、71-广角凹透镜、72-隔圈、73-孔径光阑、74-凸透镜、75-半弯月透镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型本实施方式中的附图，对本实用新型本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本实施方式是本实用新型的一种实施方式，而不是全部的本实施方式。基于本实用新型中的本实施方式，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本实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请参考图2，本实施例一提供了一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，包括基座10，所述基座10装设有基板1，装设在基板1上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2上方并与基座10固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束角度扩大到120°的广角扩束透镜系统6，所述广角扩束透镜系统6由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件4，所述广角接收器组件4包括光学成像系统7，装设在光学成像系统7下方的接收光信号的飞行时间成像器8，所述飞行时间成像器8经过处理后输出图像信息，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2的发射角为 60°×45°。

所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2的底面导电极通过导电胶与基板1 上的导电极贴合导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2的表面导电极通过导电引线9与基板1上的另一个导电极焊接导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2工作点亮时通过基板1上的两个导电极供电。

所述广角扩束透镜系统6的镜片为光学透明树脂材料构件、光学透明硅胶材料构件、玻璃材料构件或者光敏无影胶材料构件；

所述广角扩束透镜系统6的镜片材料的光学折射率在940nm波段介于 1.30-1.75之间。

所述基座10为聚邻苯二甲酰胺PPA材料构件或者聚酰亚胺树脂PI材料构件，所述广角扩束透镜系统6其中的一个镜片与基座10为双料一体成型或者广角扩束透镜系统6的镜片与基座10通过粘接胶固定连接。

所述广角扩束透镜系统6其中的一个镜片与基座10为材料相同的一体结构，所述镜片材料为透明液态硅胶或者耐高温透明树脂，所述耐高温透明树脂的玻璃化温度介于200-300℃之间，光学折射率在940nm波段介于 1.30-1.75之间。

所述广角扩束透镜系统6的镜片表面镀有光学增透膜或者透近红外波段的带通滤波光学膜。

所述广角扩束透镜系统6的镜片表面为镜面或者具有混光作用的鳞片面或者微结构纹理面。

所述飞行时间成像器8装设在基板1上或者装设在单独的另一块基板上。

所述广角扩束透镜系统6为第一广角扩束透镜系统61，所述第一广角扩束透镜系统61与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2之间装设有第一硅胶11，所述第一广角扩束透镜系统61包括第一透镜611，所述第一透镜611具有第一透镜内凹球面6111和第一透镜马鞍形配光曲面6112，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束经第一透镜611进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

具体的，本实施例一的剖面图如图2所示，所述光束的发射与接收结构示意图如图3所示，所述大角度发射组件包括垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2、导电引线9、第一硅胶11和第一透镜611，所述第一透镜611将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束进行一次扩束，扩束后输出的光束角全角大于120°。

所述第一透镜611包括第一透镜内凹球面6111为球面，所述第一透镜内凹球面6111与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2之间的部分填满第一硅胶11，所述第一透镜马鞍形配光曲面6112为配光用的曲面。

所述第一透镜611将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的中角度光束进行一次扩束，本实施例一中优选光束角为60°×45°，扩束后的最大的光束角大于120°。

请参考图3，所述光学成像系统7包括从物侧到像侧依次设置的广角凹透镜71、隔圈72、孔径光阑73、凸透镜74和半弯月透镜75，所述广角凹透镜 71为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述凸透镜74为低折射率、高色散系数材料，其折射率nd<1.58，阿贝系数vd>50，所述半弯月透镜75为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述光学成像系统7的接收角度为2ψmax，所述光学成像系统7的接收角度2ψmax≥90°，本实施例一优选所述光学成像系统7的接收角度为 120°。

所述光学成像系统7其中一片镜片的其中一个面，其镀有红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜，或者采用单独的一个平面镜片作为红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波片，或者在模组保护玻璃上镀红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜。

请参考图3，所述大角度发射组件的发射角全角为2βmax，所述广角接收器组件4的接收角度为2ψmax，所述大角度发射组件的发射角全角2βmax与广角接收器组件4的接收角度2ψmax满足如下关系：2βmax≥2ψmax。

具体的，所述光学成像系统7拥有一个正透镜及一个负透镜，其可以更好地矫正球差及轴外像差。

请参考图4，所述光学成像系统7包括从物侧到像侧依次设置的广角凹透镜71、隔圈72、孔径光阑73、凸透镜74和半弯月透镜75，所述广角凹透镜 71为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述凸透镜74为低折射率、高色散系数材料，其折射率nd<1.58，阿贝系数vd>50，所述半弯月透镜75为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述光学成像系统7的接收角度为2ψmax，所述光学成像系统7的接收角度2ψmax≥90°，本实施例一优选所述光学成像系统7的接收角度为 120°。

所述光学成像系统7的光路图如5所示。

本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，其调制传递函数(MTF)曲线如6所示，其在80线对中心视场的全部分辨率可以达到0.82以上。由于采用了三片透镜，其调制传递函数的效果很好。

本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，其点列图如7所示，每个视场的点列图的均方根值基本上都分布在2μm以内，最好位置的点列图的均方根值小于1μm。

本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，其场曲与畸变图如8所示，全视场的畸变控制在1％以内。

本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，其光学参数包括曲面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝系数、净口径、以及圆锥系数如表格1所示，所述广角凹透镜71为凹透镜，其为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6，阿贝系数vd<30。所述凸透镜74为凸透镜，其为低折射率、高色散系数材料，其折射率nd<1.58、阿贝系数vd>50。所述半弯月透镜725，其为半弯月透镜，其为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6，阿贝系数vd<30。

本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，所述广角凹透镜72、凸透镜74及半弯月透镜75都为非球面，其非球面系数如表格2所示。

表格1本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7 的光学参数

表面	类型	曲率半径	厚度	折射率nd	阿贝系数vd	净口径	圆锥系数
								物面	标准	无限	600			1477.756	0
711	偶次非球面	0.803986	0.23	1.661319	20.374576	1.041205	0
								712	偶次非球面	-0.31755	0.295349			0.460024	-6.307674
73(光阑)	标准	无限	0.02			0.329464	0
								741	偶次非球面	0.675875	0.395694	1.544919	55.929938	0.452339	2.844554
742	偶次非球面	-0.40198	0.02			0.568379	-6.246033
								751	偶次非球面	-0.96726	0.294	1.661319	20.374576	0.572334	0
752	偶次非球面	-0.6514	0.550757			0.747947	0
								8(像面)	标准	无限				0.823459	0

表格2本实施例一具体实施方案所述广角接收器组件4的光学成像系统7，所述每个面的非球面系数

实施例二

本实施例二与实施例一的区别是，所述广角扩束透镜系统6的结构发生改变，所述广角扩束透镜系统6为第二广角扩束透镜系统62，所述广角接收器组件4的光学成像系统7与实施例一相同。

请参考图8，所述广角扩束透镜系统6为第二广角扩束透镜系统62，所述第二广角扩束透镜系统62与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2之间装设有第一空气隙12，所述第二广角扩束透镜系统62包括第二透镜621，所述第二透镜621具有第二透镜内凹曲面6211和第二透镜平面6212，所述第二透镜内凹曲面6211为配光曲面，所述第二透镜平面6212为出光面，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束经第二透镜621进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

请参考图9，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的中角度单模光束经第二透镜621进行一次扩束，所述一次扩束的最大的光束角全角为 2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

请参考图9，所述大角度发射组件的发射角全角为2βmax，所述广角接收器组件4的接收角度为2ψmax，所述大角度发射组件的发射角全角2βmax与广角接收器组件4的接收角度2ψmax满足如下关系：2βmax≥2ψmax。

具体的，本实施例二的剖面图如图8所示，所述光束的发射与接收结构示意图如图9所示，所述大角度发射组件包括垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2、导电引线9、第一空气隙12和第二透镜621，所述第二透镜621将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束进行一次扩束，扩束后输出的光束角全角大于120°。

所述第二透镜621包括第二透镜内凹曲面6211，所述第二透镜内凹曲面 6211与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2之间装设有第一空气隙12，并无填充硅胶，所述第二透镜内凹曲面6211为配光用的曲面。

所述第二透镜621将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的中角度光束进行一次扩束，本实施例二中优选光束角为60°×45°，扩束后的最大的光束角大于120°。

综上所述，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型设有基座10，所述基座10装设有基板1，装设在基板1上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2 上方并与基座10固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的光束角度扩大到120°的广角扩束透镜系统6，所述广角扩束透镜系统6由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片2一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件4，所述广角接收器组件4包括光学成像系统7，装设在光学成像系统7下方的接收光信号的飞行时间成像器8，所述飞行时间成像器8经过处理后输出图像信息，本实用新型结构简单，只需一片镜片实现大角度的均匀配光，将光束角度扩大到120°，大大提高了光学效率，另外广角接收器组件能获得大视场角的3D图像。

Claims (13)

1.一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，包括基座(10)，所述基座(10)装设有基板(1)，装设在基板(1)上的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)，装设在垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)上方并与基座(10)固定连接用于将垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)发射的光束角度扩大到120°的广角扩束透镜系统(6)，所述广角扩束透镜系统(6)由一片镜片构成，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)发射的为中角度单模光束，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)一侧装设有用于接收反射光束的广角接收器组件(4)，所述广角接收器组件(4)包括光学成像系统(7)，装设在光学成像系统(7)下方的接收光信号的飞行时间成像器(8)，所述飞行时间成像器(8)经过处理后输出图像信息。

2.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)的发射角为60°×45°。

3.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)的底面导电极通过导电胶与基板(1)上的导电极贴合导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)的表面导电极通过导电引线(9)与基板(1)上的另一个导电极焊接导通，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)工作点亮时通过基板(1)上的两个导电极供电。

4.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)的镜片为光学透明树脂材料构件、光学透明硅胶材料构件、玻璃材料构件或者光敏无影胶材料构件；

所述广角扩束透镜系统(6)的镜片材料的光学折射率在940nm波段介于1.30-1.75之间。

5.根据权利要求4所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述基座(10)为聚邻苯二甲酰胺PPA材料构件或者聚酰亚胺树脂PI材料构件，所述广角扩束透镜系统(6)其中的一个镜片与基座(10)为双料一体成型或者广角扩束透镜系统(6)的镜片与基座(10)通过粘接胶固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)其中的一个镜片与基座(10)为材料相同的一体结构，所述镜片材料为透明液态硅胶或者耐高温透明树脂，所述耐高温透明树脂的玻璃化温度介于200-300℃之间，光学折射率在940nm波段介于1.30-1.75之间。

7.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)的镜片表面镀有光学增透膜或者透近红外波段的带通滤波光学膜。

8.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)的镜片表面为镜面或者具有混光作用的鳞片面或者微结构纹理面。

9.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述飞行时间成像器(8)装设在基板(1)上或者装设在单独的另一块基板上。

10.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)为第一广角扩束透镜系统(61)，所述第一广角扩束透镜系统(61)与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)之间装设有第一硅胶(11)，所述第一广角扩束透镜系统(61)包括第一透镜(611)，所述第一透镜(611)具有第一透镜内凹球面(6111)和第一透镜马鞍形配光曲面(6112)，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)发射的光束经第一透镜(611)进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

11.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述广角扩束透镜系统(6)为第二广角扩束透镜系统(62)，所述第二广角扩束透镜系统(62)与垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)之间装设有第一空气隙(12)，所述第二广角扩束透镜系统(62)包括第二透镜(621)，所述第二透镜(621)具有第二透镜内凹曲面(6211)和第二透镜平面(6212)，所述第二透镜内凹曲面(6211)为配光曲面，所述第二透镜平面(6212)为出光面，所述垂直腔面发射激光器VCSEL芯片(2)发射的光束经第二透镜(621)进行一次扩束，扩束的最大的光束角全角为2βmax，所述光束角全角2βmax≥120°。

12.根据权利要求1所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述光学成像系统(7)包括从物侧到像侧依次设置的广角凹透镜(71)、隔圈(72)、孔径光阑(73)、凸透镜(74)和半弯月透镜(75)，所述广角凹透镜(71)为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述凸透镜(74)为低折射率、高色散系数材料，其折射率nd<1.58，阿贝系数vd>50，所述半弯月透镜(75)为高折射率、低色散系数材料，其折射率nd>1.6、阿贝系数vd<30，所述光学成像系统(7)的接收角度为2ψmax，所述光学成像系统(7)的接收角度2ψmax≥90°。

13.根据权利要求12所述的一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组，其特征在于，所述光学成像系统(7)其中一片镜片的其中一个面，其镀有红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜，或者采用单独的一个平面镜片作为红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波片，或者在模组保护玻璃上镀红外通过、可见光阻挡的红外带通滤波膜。

Images