CN213879967U - Tof相机及3d探测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学器件和3D感测技术领域，公开了一种TOF相机及3D探测设备，TOF相机包括偏振元件、镜头元件和感光元件，所述镜头元件和所述感光元件间隔设置，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件之间。3D探测设备包括上述TOF相机，其光源发射装置发射的光线经反射后进入所述TOF相机。通过偏振元件将偏振透光方向旋转到户外光强偏振能量最弱的方向，可将大部分的太阳光给过滤掉，不仅可以提高信噪比，还可以防止相机过曝情况的发生，保证成像效果，能获取到深度信息。

Description

TOF相机及3D探测设备

技术领域

本实用新型一般涉及光学器件和3D感测技术领域，具体涉及一种TOF相机及3D探测设备。

背景技术

不同于传统的2D成像装置，如摄像机，只能获取物体的平面2D信息，3D成像装置还可以获取物体的深度信息，构建一个立体的3D模型，因此3D成像装置被广泛应用于工业测量，零件建模，医疗诊断，安防监控，机器视觉，生物识别，增强现实AR，虚拟现实VR等领域，具有极大的应用价值。

基于TOF技术的3D成像装置是一种体积小、成像精度高的新型技术装置，具备极大的商业应用潜力，目前在消费手机领域已经获得一定程度的应用。目前市面上时间飞行(Time of fligh,TOF)成像装置在户外的情况下，由于存在大量的干扰光，经常会导致时间飞行(Time of fligh,TOF)相机信噪比过低，还会出现眩光并且过曝，导致成像失败，从而不能获取到深度信息。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种TOF相机及3D探测设备。

第一方面，本实用新型提供一种TOF相机，包括偏振元件、镜头元件和感光元件，所述镜头元件和所述感光元件间隔设置，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件之间。

在一个实施例中，所述偏振元件采用偏振薄膜，所述偏振薄膜为一个完整的薄膜，所述偏振薄膜的偏振方向可以旋转到预设角度。

在一个实施例中，所述偏振元件采用偏振薄膜，所述偏振薄膜由至少两个子偏振薄膜拼接而成的薄膜，至少两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

在一个实施例中，所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形相对两边的中线分为两个子偏振薄膜，两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

在一个实施例中，所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形各相对边的中线分为四个子偏振薄膜，任意两个所述子偏振薄膜的偏振方向均互不相同。

在一个实施例中，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧。

在一个实施例中，所述TOF相机还包括支撑玻璃，所述支撑玻璃设于偏振元件和镜头元件之间，所述偏振元件安装于所述支撑玻璃上。

在一个实施例中，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜，所述平凸透镜的平面部分朝向远离所述感光元件的一侧，所述偏振元件设于所述平面部分上。

在一个实施例中，所述偏振元件设于所述镜头元件和所述感光元件之间，所述偏振元件设于所述感光元件靠近所述镜头元件的一侧，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜或至少一个双面凸透镜。

第一方面，本实用新型提供一种3D探测设备，包括上面所描述的TOF相机、光源发射装置及驱动电路模块，所述TOF相机和所述光源发射装置相隔设置且均位于所述驱动电路模块的同一侧，以使所述光源发射装置发射的光线经反射后进入所述TOF相机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种TOF相机及3D探测设备，TOF相机包括偏振元件、镜头元件和感光元件，所述镜头元件和所述感光元件间隔设置，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件之间。3D探测设备包括上述TOF相机，其光源发射装置发射的光线经反射后进入所述TOF相机。通过偏振元件将偏振透光方向旋转到户外光强偏振能量最弱的方向，可将大部分的太阳光给过滤掉，从而防止相机过曝情况的发生，保证成像效果，能获取到深度信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图2示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图3示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图4示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图5示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图6示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图7示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图8示出了本申请实施例涉及的TOF相机的一种结构示意图；

图9示出了本申请实施例涉及的偏振元件的一种结构示意图；

图10示出了本申请实施例涉及的偏振元件的一种结构示意图；

图11示出了本申请实施例涉及的偏振元件的一种结构示意图；

图12示出了本申请实施例涉及的偏振元件的一种结构示意图；

图13示出了本申请实施例涉及的感光元件的结构示意图；

图14示出了本申请实施例涉及的3D探测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1至图13示出了本申请提供的TOF相机的结构示意图。

TOF相机包括偏振元件13、镜头元件和感光元件12，所述镜头元件和所述感光元件12间隔设置，所述偏振元件13设于所述镜头元件远离所述感光元件12一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件12之间。

感光元件用于将镜头元件生成的光学图像转化为电信号，经过模数转换(A/D)转换后变为数字图像信息。偏振元件13用于对入射光遮蔽和透过，该偏振片按照预设角度设置以过滤相应偏振方向的光。需要说明的是，这里的偏振元件13指的是偏振薄膜。

例如，由于大部分材料对特定方向的偏振光有着更强的反射率，导致户外的太阳光线在经过物体反射后，会变成特定方向光强更强的部分偏振光。通过偏振元件13将偏振透光方向旋转到户外光强偏振能量最弱的方向，可将大部分的太阳光给过滤掉，从而防止TOF相机过曝情况的发生。

可选地，TOF相机还包括相机壳体15，所述镜头元件和所述感光元件12间隔安装于所述相机壳体15上，所述偏振元件13设于所述镜头元件远离所述感光元件12一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件12之间。

在一实施例中，偏振元件13、镜头元件及感光元件12依次安装于所述相机壳体15内。

可选地，所述TOF相机还包括支撑玻璃，所述支撑玻璃设于偏振元件和镜头元件之间，所述偏振元件安装于所述支撑玻璃上。

如图1所示，镜头元件包括一个双面凸透镜11，偏振元件13在凸面上固定困难，因此给TOF相机加装支撑玻璃14，将偏振元件13安装于支撑玻璃14上。TOF相机还包括支撑玻璃14，支撑玻璃14安装于偏振元件13和镜头元件之间，偏振元件13安装于支撑玻璃14上。

如图2所示，TOF相机同样包括支撑玻璃14，支撑玻璃14安装于偏振元件13和镜头元件之间，偏振元件13安装于支撑玻璃14上。不同之处在于，镜头元件包括两个双面凸透镜11，将镜头元件设置为双凸透镜，两个凸透镜相邻设置。

可选地，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜，所述平凸透镜的平面部分朝向远离所述感光元件的一侧，所述偏振元件设于所述平面部分上。

如图3所示，镜头元件包括一个平凸透镜16，平凸透镜16的平面部分朝向远离所述感光元件12的一侧。偏振元件13为偏振薄膜，偏振元件13粘贴于上述的平面部分，实现偏振元件13固定连接在镜头元件上，同时缩小了结构光相机的整体体积。

如图4所示，镜头元件包括两个平凸透镜16，两个平凸透镜16的平面部分均朝向远离所述感光元件12的一侧。偏振元件13为偏振薄膜，偏振元件13粘贴于远离所述感光元件12的平凸透镜16的平面部分上。

在一实施例中，所述偏振元件13设于所述镜头元件和所述感光元件12之间，即镜头元件、偏振元件13及感光元件12依次依次安装于所述相机壳体15内。

可选地，所述偏振元件设于所述镜头元件和所述感光元件之间，所述偏振元件设于所述感光元件靠近所述镜头元件的一侧，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜或至少一个双面凸透镜。

如图5所示，TOF相机的镜头元件包括一个双面凸透镜11，偏振元件13为偏振薄膜，偏振元件13设于感光元件12靠近所述双面凸透镜11的一侧。通过将偏振元件13粘贴于感光元件12朝的表面，实现偏振元件13的固定。

如图6所示，偏振元件13为偏振薄膜，偏振元件13设于感光元件12靠近所述双面凸透镜11的一侧。通过将偏振元件13粘贴于感光元件12的表面，实现偏振元件13的固定。TOF相机的镜头元件包括两个双面凸透镜11，两个双面凸透镜11相邻设置。

如图7所示，偏振元件13设于感光元件12靠近所述双面凸透镜11的一侧。通过将偏振元件13粘贴于感光元件12的表面，实现偏振元件13的固定。TOF相机的镜头元件包括一个平凸透镜16，平凸透镜16的平面部分均朝向远离所述感光元件12的一侧。

如图8所示，偏振元件13为偏振薄膜，偏振元件13设于感光元件12靠近所述双面凸透镜11的一侧。通过将偏振元件13粘贴于感光元件12朝的表面，实现偏振元件13的固定。TOF相机的镜头元件包括两个平凸透镜16，两个平凸透镜16的平面部分均朝向远离所述感光元件12的一侧。

需要说明的是，图2、图6中多个双面凸透镜11及图4、图8中多个平凸透镜16的设置，均有利于提高结构光相机的成像效果。

在一实施例中，述偏振元件采用偏振薄膜，偏振薄膜为一个完整的薄膜。

如图9所示，所述偏振元件采用偏振薄膜，偏振薄膜为一个完整的薄膜，该偏振薄膜的偏振方向可以旋转到预设角度。有效将大部分自然光过滤掉，从而避免TOF相机眩光和过曝问题。

在一实施例中，所述偏振元件采用偏振薄膜，所述偏振薄膜由至少两个子偏振薄膜拼接而成的薄膜，至少两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

可选地，所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形相对两边的中线分为两个子偏振薄膜，两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

参见图10和图11，偏振元件采用偏振薄膜，偏振薄膜为由两个子偏振薄膜拼接而成的薄膜，一个子偏振薄膜对应的偏振方向设置为第一方向，另一个子偏振薄膜的偏振方向设置为第二方向。该偏振薄膜对应的两个偏振方向，可以将垂直于第一方向和第二方向的自然光过滤掉。

如图10所示，偏振薄膜由沿水平方向区分的两个子偏振薄膜拼接而成，两个子偏振薄膜的形状和大小相同。处于上方的子偏振薄膜对应的偏振方向设置为第一方向，处于下方的子偏振薄膜的偏振方向设置为第二方向。

如图11所示，偏振薄膜由沿竖直方向区分的两个子偏振薄膜拼接而成，两个子偏振薄膜的形状和大小相同。处于右侧的子偏振薄膜的偏振方向设置为第一方向，处于左侧的子偏振薄膜对应的偏振方向设置为第二方向。

在一实施例中，所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形各相对边的中线分为四个子偏振薄膜，任意两个所述子偏振薄膜的偏振方向均互不相同。

如图12所示，偏振元件采用偏振薄膜，偏振薄膜为由四个子偏振薄膜拼接而成的薄膜，各个子偏振薄膜对应的偏振片依次旋转至第一方向、第二方向、第三方向及第四方向。该偏振薄膜对应的四个偏振方向，可以将垂直于第一方向、第二方向、第三方向及第四方向的自然光过滤掉。

如图13所示，TOF相机的感光元件，包括：第一相位探测像素121，第二相位探测像素122，第三相位探测像素123，第四相位探测像素124。四个相位探测像素为一组，每一组再周期的排列，可获取到光线经过空间反射后的相位变化等信息。通过对相位变化等信息的解算，可算出利用TOF原理得到的环境深度信息。

图14示出了本申请提供的3D探测设备的结构示意图。

该3D探测设备包括光源发射装置2、上述TOF相机1及驱动电路模块3。

在本实施例中，TOF相机1和光源发射装置2相隔设置且均位于驱动电路模块3的同一侧，以使光源发射装置发射的光线经待测物体4反射后进入TOF相机。

光源发射装置可采用垂直腔面激光发射器(VCSEL)，例如，高对比度光栅(HighContrast Grating，HCG)垂直腔面发射激光器，或者分布布拉格反光镜(DistributedBragg Reflector，DBR)垂直腔面发射激光器；边发射激光器(EEL)；发光二极管(LED)。

在一些优选的实施例中，光源发射装置发射装置可采用分区设计，不同分区可单独控制点亮；通过控制不同分区垂直腔面发射激光器发射光的光功率，得到不同偏振方向且不同功率大小的发射光，通过矢量叠加来得到各种不同的偏振方向的出射光。在后续的系统中可以通过调整出射光的偏振方向至最大信噪比的偏振方向，以使得信号的信噪比达到最高的水平,有利于提高3D探测设备的成像效果。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种TOF相机，其特征在于，包括偏振元件、镜头元件和感光元件，所述镜头元件和所述感光元件间隔设置，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧，或设于所述镜头元件和所述感光元件之间。

2.根据权利要求1所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振元件采用偏振薄膜，所述偏振薄膜为一个完整的薄膜，所述偏振薄膜的偏振方向可以旋转到预设角度。

3.根据权利要求1所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振元件采用偏振薄膜，所述偏振薄膜由至少两个子偏振薄膜拼接而成的薄膜，至少两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

4.根据权利要求3所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振元件所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形相对两边的中线分为两个子偏振薄膜，两个子偏振薄膜的偏振方向互不相同。

5.根据权利要求3所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振薄膜为正方形，所述偏振薄膜沿所述正方形各相对边的中线分为四个子偏振薄膜，任意两个所述子偏振薄膜的偏振方向均互不相同。

6.根据权利要求1所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振元件设于所述镜头元件远离所述感光元件一侧。

7.根据权利要求6所述的TOF相机，其特征在于，所述TOF相机还包括支撑玻璃，所述支撑玻璃设于偏振元件和镜头元件之间，所述偏振元件安装于所述支撑玻璃上。

8.根据权利要求6所述的TOF相机，其特征在于，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜，所述平凸透镜的平面部分朝向远离所述感光元件的一侧，所述偏振元件设于所述平面部分上。

9.根据权利要求5所述的TOF相机，其特征在于，所述偏振元件设于所述镜头元件和所述感光元件之间，所述偏振元件设于所述感光元件靠近所述镜头元件的一侧，所述镜头元件包括至少一个平凸透镜或至少一个双面凸透镜。

10.一种3D探测设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的TOF相机、光源发射装置及驱动电路模块，所述TOF相机和所述光源发射装置相隔设置且均位于所述驱动电路模块的同一侧，以使所述光源发射装置发射的光线经反射后进入所述TOF相机。

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