CN215678765U - 混合型tof传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种混合型TOF传感器系统，包括接收端、点光源发射端以及面光源发射端，所述接收端包括TOF传感器，所述点光源发射端以及所述面光源发射端均包括驱动电路、激光器、探测器以及光学元件，所述激光器以及所述探测器均与所述驱动电路相连，所述激光器发射光线经过所述光学元件至待测物表面后反射至所述TOF传感器。本实用新型设计合理，TOF传感器系统采用点光源发射和面光源发射混合的工作方式，不仅能够大大降低工作能耗，同时也大大提高了分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及距离传感器领域，特别是涉及一种混合型TOF传感器系统。
背景技术
TOF传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。
目前市面上的TOF技术，发射面阵或者发射点阵。面阵发射时，比如接收是QVGA，VGA，分辨率较高，但问题是发射功耗过大，因此测距量程受限。而发射点阵方案，发射功耗大幅度降低，所以可以测得远，问题是分辨率随之降低，所以不能做人脸识别等需要高分辨率场景应用。因此功耗和分辨率两头受限，存在一定的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种混合型TOF传感器系统，实现工作能耗的降低，同时还能够提高分辨率。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种混合型TOF传感器系统，包括接收端、点光源发射端以及面光源发射端；
所述接收端包括TOF传感器；
所述点光源发射端以及所述面光源发射端均包括驱动电路、激光器、探测器以及光学元件，所述激光器以及所述探测器均与所述驱动电路相连，所述激光器发射光线经过所述光学元件至待测物表面后反射至所述TOF传感器。
进一步的，位于所述点光源发射端上的所述光学元件包括准直镜以及衍射片，所述激光器发射光线经过所述准直镜及所述衍射片至待测物表面。
进一步的，位于所述面光源发射端上的所述光学元件包括扩散片，所述激光器发射光线经过所述扩散片至待测物表面。
进一步的，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
进一步的，所述激光器为分区激光器。
进一步的，所述点光源发射端以及所述面光源发射端为同一个发射端。
进一步的，所述探测器为光电探测器。
进一步的，所述接收端还包括镜头，且所述镜头与所述TOF传感器之间设置有滤波层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：TOF传感器采用点光源发射和面光源发射混合的工作方式，不仅能够大大降低工作能耗，同时也大大提高了分辨率。
附图说明
图1为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的整体结构示意图一；
图2为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的点光源和面光源示意图；
图3为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的接收端pixel阵列结构示意图；
图4为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的接收端工作模式示意图；
图5(a)为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的稠密光斑示意图；
图5(b)为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的稀疏光斑示意图；
图5(c)为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的分区激光器芯片发射孔连接关系图；
图6为本实用新型一种混合型TOF传感器系统的整体结构示意图二。
具体实施方式
下面将结合示意图对本实用新型的一种混合型TOF传感器系统进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
如图1所示，本实用新型实施例提出了一种混合型TOF传感器系统，包括：接收端1、点光源发射端2以及面光源发射端3；
所述接收端包括TOF传感器4；
所述点光源发射端2以及所述面光源发射端3均包括驱动电路5、激光器6、探测器7以及光学元件，所述激光器6以及所述探测器7均与所述驱动电路5相连，所述激光器6发射光线经过所述光学元件至待测物8表面后反射至所述TOF传感器4。
其中，所述接收端1包括TOF传感器4，如图2所示，TOF传感器4设有SPAD阵列，用于接收来自待测物(object)8表面反射回来的光线阵列，通过TOF方式计算出待测物8表面相应的距离，从而探测出待测物8表面的三维距离。其中SPAD阵列可以是电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor，CMOS)、雪崩二极管(Avalanche Diode，AD)、单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)等结构。
位于所述点光源发射端2上的所述光学元件包括准直镜(collimator)9以及衍射片(DOE)10，所述激光器6发射光线经过所述准直镜9及所述衍射片10至待测物8表面。在本实施方式中，如图2所示，点斑光源的测量精度高，每个发射点光源精确的打到一个或多个像素(Pixel)上，因此充分利用了发射光，降低了功耗。因此在同样功耗下可提高发射功率，从而提高了灵敏度，提高了测量量程。
特别说明的是，点光源发射端2上的激光器6采用分区激光器。图5(c)为分区激光器芯片发射孔连接关系图。以9个连接孔为例，分为两组，其中一组只连接一个发射孔，引线V2，另一组连接周边8个孔，引线V1。工作时，当V1和V2同时供电时，所有发射孔打开，此时在经过DOE复制后发射出如图5(a)的稠密光斑；当只对V2供电时，相当于只开启中间一个发射孔，周边发射孔关闭，此时在经过DOE复制后发射出图5(b)的光斑。
当采用分区激光器时，也可以只有一个发射端，其结构参考图6所示。
位于所述面光源发射端3上的所述光学元件包括扩散片11，所述激光器6发射光线经过所述扩散片11至待测物8表面。在本实施方式中，衍射片(DOE)10更换为扩散片(Diffuser)11，从而发出如图2所示的面阵光源，其中，面阵光源对光学元件安装和结构要求较低，从而可降低成本。另外，经过扩散片11发射出的面阵光源其精度更高，可全面的检测出待测物8的三维距离。
所述激光器6为垂直腔面发射激光器，所述探测器7为光电探测器。在本实施方式中，激光器6为垂直腔面发射激光器(VCSEL,Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)，所述探测器7为光电探测器(PD，Photodetector)，激光器6发射光线经过准直镜9及衍射光学元件10或者扩散片11至待测物8表面，随后探测器7来检测反馈光信号，并将反馈信号传导至驱动电路5，以对光源进行反馈调节。
在本实施方式中，所述接收端1还包括镜头(lens)12，且所述镜头12与所述TOF传感器(TOF sensor IC)4之间设置有滤波层(color filter)13。在本实施方式中，滤波层13可过滤部分干扰信号，与镜头12一起可提高光子探测效率，减少干扰。
以下列举所述混合型TOF传感器系统的较优实施例，以清楚的说明本实用新型的内容，应当明确的是，本实用新型的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本实用新型的思想范围之内。
本实用新型设置有两个发射端，分别为点光源发射和面光源发射，其对应两种工作模式：
(1)在户外、强太阳光以及远距离场景下，采用点光源发射端2，点光源发射端2发射散斑点阵光源，能量集中，可以照的更远，因此在同样量程下功耗更低，并且具有良好的测量精度。
(2)在人脸识别、近距离以及低太阳光干扰场景下，采用面光源发射端3，面光源发射端3发射面阵光源，能量比较均匀，可以大大提升分辨率。
无论一个还是两个发射端，其接收端1都如图4样式。如图3，对于接收端1情况，接收端是m*n的pixel阵列，可以是CMOS、CCD、SPAD、APD等。m*n是接收端分辨率，如320*240，480*640，100*100，200*200，1000*1000,32*32等。
在实际工作时，接收端1也是混合型工作模式。如图4所示，(1)接收端1可整个阵列分面状区域分时工作，应用于高精度模式，图中例子是分8个时间段工作，实际情况可以分2个、3个、5个等不同组的面阵分时工作；(2)接收端可整个阵列不分时工作，应用于高速高精度模式；(3)接收端可分点阵区域工作，应用于远距离模式，图中例子是分两个时间段工作，实际情况可以分3个、4个、5个等不同组的点阵分时工作。
综上所述，TOF传感器系统采用点光源发射和面光源发射混合的工作方式，不仅能够大大降低工作能耗，同时也大大提高了分辨率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种混合型TOF传感器系统，其特征在于，包括：
接收端、点光源发射端以及面光源发射端；
所述接收端包括TOF传感器；
所述点光源发射端以及所述面光源发射端均包括驱动电路、激光器、探测器以及光学元件，所述激光器以及所述探测器均与所述驱动电路相连，所述激光器发射光线经过所述光学元件至待测物表面后反射至所述TOF传感器。
2.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，位于所述点光源发射端上的所述光学元件包括准直镜以及衍射片，所述激光器发射光线经过所述准直镜及所述衍射片至待测物表面。
3.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，位于所述面光源发射端上的所述光学元件包括扩散片，所述激光器发射光线经过所述扩散片至待测物表面。
4.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
5.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，所述激光器为分区激光器。
6.如权利要求5所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，所述点光源发射端以及所述面光源发射端为同一个发射端。
7.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，所述探测器为光电探测器。
8.如权利要求1所述的混合型TOF传感器系统，其特征在于，所述接收端还包括镜头，且所述镜头与所述TOF传感器之间设置有滤波层。
Priority Applications (1)
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Family
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| CN202121231507.XU Active CN215678765U (zh) | 2021-06-03 | 2021-06-03 | 混合型tof传感器系统 |
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2021
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