CN217385838U - 飞行时间（tof）相机设备 - Google Patents

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金道焕
池祥铉
朴庭铉
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Abstract

一种飞行时间(TOF)相机设备，所述相机设备包括：光发射器，配置为向对象发射光；光接收器，配置为接收从对象反射的光；以及致动器，配置为调整光发射器的光学扫描方向和亮度场(FOL)中的一者或两者。根据本公开的TOF相机设备可以提高对象的3D感测的最大测量距离和分辨率。

Description

飞行时间(TOF)相机设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月3日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0057406号韩国专利申请的优先权权益，出于所有目的将其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及飞行时间(TOF)相机。
背景技术
最近，能够执行三维(3D)图像感测的飞行时间(TOF)模块可以支持对象识别或面部识别功能，并且TOF模块已经越来越多地安装在最新的高端智能电话中。除了智能电话之外，在人工现实(AR)、虚拟现实(VR)和游戏领域中对TOF模块的兴趣也已经增加了。
此外，随着3D感测被应用于基于人工智能(AR)的机器人技术，已经开发了一种新水平的与人类的交互系统，以增加对周围环境的理解。
通常，TOF技术是3D感测技术，其通过基于向对象发出的光被反射并返回期间的时间来计算距离，从而识别对象的三维效果、空间信息和移动。
应用该TOF技术的TOF相机具有如下问题：由于外部环境(光)在该技术的性质方面测量距离受限；由于发射器使用激光器与眼睛安全相关，使可以使用的功率受到限制；不具有可调整的光学扫描方向；并且在测量距离增加时由于分辨率降低，在测量距离方面受到限制。
实用新型内容
提供本实用新型内容部分是为了以简化的形式介绍对实用新型构思的选择，这些实用新型构思在以下具体实施方式中被进一步描述。本实用新型内容部分不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总的方面中，一种飞行时间(TOF)相机设备包括：光发射器，配置为向对象发射光；光接收器，配置为接收从对象反射的光；以及致动器，配置为调整光发射器的光学扫描方向和亮度场(FOL)中的一者或两者。
致动器可以包括第一致动器，该第一致动器配置为调整光发射器的光学扫描方向，以及第一致动器可以包括：第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及第一磁体，设置在光发射器的内部壳体中并且面对第一驱动线圈，并且配置为根据由第一驱动线圈产生的磁力来调整光发射器的光学扫描方向。
第一致动器还可以包括引导球，该引导球配置为根据第一驱动线圈和第一磁体之间的磁力而移动，以调整光发射器的光学扫描方向。
光发射器可以包括：光源，配置为产生要被扫描至对象的光；发射(TX)透镜单元，包括多个透镜，该多个透镜配置为聚焦来自光源的光；以及衍射光学元件(DOE)透镜单元，该DOE透镜单元配置为将来自TX透镜单元的经聚焦的光转换为DOE图案光并将DOE图案光扫描至对象。
DOE透镜单元可以包括：第一DOE透镜，设置成垂直于光轴；以及第二DOE透镜，设置成与第一DOE透镜间隔开预定距离并且垂直于光轴，其中，第一DOE透镜和第二DOE透镜中的一个DOE透镜配置为能够移动以调整光发射器的FOL。
致动器可以包括第二致动器，该第二致动器配置为调整光发射器的FOL，以及第二致动器可以包括：第二驱动线圈，设置在光发射器的内部壳体内并与DOE透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及第二磁体，设置在DOE透镜单元的壳体中并且面对第二驱动线圈，并且配置为根据由第二驱动线圈产生的磁力来调整第一DOE透镜和第二DOE透镜中的配置为能够移动的一个DOE透镜的位置。
光发射器还可以包括液晶透镜单元，该液晶透镜单元设置在TX透镜单元和DOE透镜单元之间，并且配置为响应于电压来调整光发射器的FOL。
光接收器可以包括：接收(RX)透镜单元，配置为聚焦从对象入射到RX透镜单元上的光；以及光学传感器，配置为感测来自RX透镜单元的经聚焦的光。
在另一个总的方面，一种飞行时间(TOF)相机设备包括：光发射器，配置为向对象发射光；光接收器，配置为接收从对象反射的光；致动器，配置为调整光发射器的光学扫描方向和亮度场(FOL)中的一者或两者；以及驱动电路，配置为通过基于对象的位置控制致动器来调整光发射器。
驱动电路可以包括发射(TX)方向控制器，该发射(TX)方向控制器配置为控制光发射器的光学扫描方向。
TX方向控制器可以包括：第一监控单元，配置为选择测量区域并监控对象的目标位置；第一控制器，配置为基于对象的当前位置和对象的目标位置来计算目标移动距离和目标移动方向；第一驱动单元，配置为在第一控制器的控制下产生第一驱动电流，并且将所产生的第一驱动电流输出到致动器；以及第一感测单元，配置为感测光发射器的当前位置。
驱动电路还可以包括TX亮度场(FOL)控制器，该TX FOL控制器配置为调整光发射器的FOL。
TX FOL控制器可以包括：第二监控单元，配置为使用测量区域的用户选择或测量区域的自动选择来监控对象的目标角度；第二控制器，配置为基于光发射器的当前FOL和对象的目标角度来计算目标移动距离和目标移动方向；第二驱动单元，配置为在第二控制器的控制下产生第二驱动电流，并且将所产生的第二驱动电流输出到致动器；以及第二感测单元，配置为感测光发射器的当前FOL。
致动器可以包括第一致动器，该第一致动器配置为调整光发射器的光学扫描方向，以及第一致动器可以包括：第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及第一磁体，设置在光发射器的内部壳体中并且面对第一驱动线圈，并且配置为根据由第一驱动线圈产生的磁力来调整光发射器的光学扫描方向。
第一致动器还可以包括引导球，该引导球配置为根据第一驱动线圈与第一磁体之间的磁力而移动，以调整光发射器的光学扫描方向。
光发射器可以包括：光源，配置为产生要被扫描至对象的光；发射(TX)透镜单元，包括多个透镜，多个透镜配置为聚焦来自光源的光；以及衍射光学元件(DOE)透镜单元，配置为将来自TX透镜单元的经聚焦的光转换为DOE图案光并将DOE图案光扫描至对象。
DOE透镜单元可以包括：第一DOE透镜，设置成垂直于光轴；以及第二DOE透镜，设置成与第一DOE透镜间隔开预定距离并且垂直于光轴，其中，第一DOE透镜和第二DOE透镜中的一个DOE透镜配置为能够移动以调整光发射器的FOL。
致动器还可以包括第二致动器，该第二致动器配置为调整光发射器的FOL，以及第二致动器可以包括：第二驱动线圈，设置在光发射器的内部壳体内，与DOE透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及第二磁体，设置在DOE透镜单元的壳体中，面对第二驱动线圈，并且配置为根据由第二驱动线圈产生的磁力来调整包括在DOE透镜单元中的第一DOE透镜或第二DOE透镜的位置。
光发射器还可以包括液晶透镜单元，该液晶透镜单元设置在TX透镜单元和DOE透镜单元之间，并且配置为响应于在驱动电路的控制下的电压来调整光发射器的FOL。
光接收器可以包括：接收(RX)透镜单元，配置为聚焦从对象入射到RX透镜单元上的光；以及光学传感器，配置为感测来自RX透镜单元的经聚焦的光。
在另一个总的方面，一种飞行时间(TOF)相机设备包括：光发射器，配置为向对象发射光；光接收器，配置为接收从对象反射的光；以及致动器，配置为调整测量区域的位置和TOF相机设备的分辨率中的一者或两者。
致动器还可以配置为通过调整光发射器的光学扫描方向来调整测量区域的位置。
致动器可以包括第一致动器，该第一致动器配置为调整光发射器的光学扫描方向，以及第一致动器可以包括：第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及第一磁体，设置在光发射器的内部壳体中并且面对第一驱动线圈，并且配置为根据由第一驱动线圈产生的磁力来调整光发射器的光学扫描方向。
致动器还可以配置为通过调整光发射器的亮度场(FOL)来调整分辨率。
光发射器可以包括：光源，配置为产生要被扫描至对象的光；发射(TX)透镜单元，包括多个透镜，该多个透镜配置为聚焦来自光源的光；以及衍射光学元件(DOE)透镜单元，配置为将来自TX透镜单元的经聚焦的光转换为DOE图案光并将DOE图案光扫描至对象。
DOE透镜单元可以包括：第一DOE透镜，设置成垂直于光轴；以及第二DOE透镜，设置成与第一DOE透镜间隔开预定距离并且垂直于光轴，其中，第一DOE透镜和第二DOE透镜中的一个DOE透镜配置为能够移动以调整光发射器的FOL。
致动器可以包括第二致动器，第二致动器配置为调整光发射器的FOL，以及第二致动器可以包括：第二驱动线圈，设置在光发射器的内部壳体内并与DOE透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及第二磁体，设置在DOE透镜单元的壳体中并且面对第二驱动线圈，并且配置为根据由第二驱动线圈产生的磁力来调整第一DOE透镜和第二DOE透镜中的配置为能够移动的一个DOE透镜的位置。
光发射器还可以包括液晶透镜单元，该液晶透镜单元设置在TX透镜单元与DOE透镜单元之间，且配置为响应于电压来调整光发射器的FOL。
根据本公开的TOF相机设备可以提高对象的3D感测的最大测量距离和分辨率。
根据以下具体实施方式、所附附图和权利要求书，其它特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是飞行时间(TOF)相机设备的示例的视图。
图2是TOF相机设备的另一示例的视图。
图3是图2的驱动电路的示例的视图。
图4是示出图3的驱动电路的操作的视图。
图5是图3的驱动电路的另一示例的视图。
图6是示出图5的驱动电路的操作的视图。
图7是光发射器和光接收器的示例的视图。
图8是光发射器和光接收器的另一示例的视图。
图9是示出调整图7的光发射器的光学扫描方向的示例的视图。
图10是示出调整图7的光发射器的光学扫描方向的另一示例的视图。
图11是光发射器和光接收器的另一示例的侧视图。
图12是图11的光发射器和光接收器的前视图。
图13是示出调整图11的光发射器的亮度场(FOL)的示例的视图。
图14是示出调整图11的光发射器的FOL的另一示例的视图。
图15是示出调整图11的光发射器的光学扫描方向和FOL的示例的视图。
图16是示出调整图11的光发射器的光学扫描方向和FOL的另一示例的视图。
图17是光发射器的另一示例的视图。
图18A和图18B是示出图17的光发射器的液晶透镜单元的操作的示例的视图。
图19A和图19B是示出根据对象是否被追踪的光学扫描的示例的视图。
图20A、图20B和图20C是示出使用衍射光学元件(DOE)透镜调整FOL的示例的视图。
图21A和图21B是示出根据FOL的调整而改变分辨率的示例的视图。
图22是示出根据FOL的调整的测量距离的视图。
图23是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的示例的视图。
图24A和图24B是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
图25A和图25B是示出根据FOL的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
图26A和图26B是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
图27是说明图2、图3、图5和图8的驱动电路的示例的框图。
在所有附图和具体实施方式中，相同的附图标记表示相同的元件。附图可能不是按比例绘制的，并且为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘可能被夸大。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对本文中所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，本文中所描述的方法、装置和/或系统的各种改变、修改和等同将是显而易见的。例如，除了必须以特定顺序发生的操作之外，本文中所描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在本文中所阐述的顺序，而是可以做出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的改变。此外，为了更加清楚和简洁，可能省略对本领域公知的特征的描述。
本文描述的特征可以以不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文描述的示例。相反，本文描述的示例仅被提供来说明在理解本申请的公开内容之后将显而易见的、实现在本文描述的方法、装置和/或系统的许多可能的方式中的一些。
在本文中，在描述各种示例时使用措辞“可以”(例如，关于示例可以包括或实现什么)意味着存在其中包括或实现这种特征的至少一个示例，而所有示例不限于此。
在整个说明书中，当诸如层、区域或衬底的元件被描述为位于另一个元件“上”、“连接到”或“联接到”另一个元件时，该元件可以直接位于另一个元件“上”、直接“连接到”或直接“联接到”另一个元件，或者可以存在介于该元件与该另一个元件之间的一个或多个其它元件。相反地，当元件被描述为“直接位于”另一个元件“上”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件时，则不存在介于该元件与该另一个元件之间的其它元件。
如本文中所使用的，措辞“和/或”包括相关联的所列项目中的任何一项以及任何两项或更多项的任何组合。
尽管在本文中可以使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的措辞来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些措辞的限制。更确切地，这些措辞仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一个构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不背离本文中所描述示例的教导的情况下，示例中提及的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可以被称作第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
诸如“上方”、“较上”、“下方”和“较下”的空间相对措辞可以在本文中为了描述便利而使用，以描述如附图中示出的一个元件相对于另一个元件的关系。除了涵盖附图中所描绘的定向之外，这些空间相对措辞旨在还涵盖设备在使用或操作中的不同的定向。例如，如果附图中的设备翻转，则描述为位于另一个元件“上方”或相对于另一个元件“较上”的元件将位于该另一个元件“下方”或相对于该另一个元件“较下”。因此，根据设备的空间定向，措辞“上方”涵盖“上方”和“下方”两种定向。该设备还可以以其它方式定向(例如，旋转90度或处于其它定向)，并且本文中使用的空间相对措辞应被相应地解释。
本文中使用的术语仅用于描述各种示例，而不用于限制本申请的公开内容。除非上下文另有明确指示，否则冠词“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。措辞“包括”、“包含”和“具有”说明所陈述的特征、数字、操作、构件、元件和/或它们的组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、数字、操作、构件、元件和/或它们的组合的存在或添加。
本文中所描述的示例的特征可以以各种方式组合，这些方式在获得对本申请的公开内容的理解之后将是显而易见的。此外，尽管本文中所描述的示例具有多种配置，但是在获得对本申请的公开内容的理解之后将显而易见的是，其它配置也是可能的。
图1是飞行时间(TOF)相机设备的示例的视图，以及图2是TOF相机设备的另一示例的视图。
参照图1，TOF相机设备10可以包括光发射器410、光接收器420和致动器300。
参照图2，TOF相机设备10可以包括光发射器410、光接收器420、致动器300和驱动电路100。
参照图1和图2，光发射器410可以将光扫描至对象1。例如，由光发射器410扫描的光可以来自激光器，但不限于此。
光接收器420可以接收从对象1反射的光。
致动器300可以调整光学扫描方向和光学扫描角度(即，光发射器410的亮度场(FOL))中的一者或两者。在本申请中，光学扫描角度被称为FOL。
在本申请中，为了便于描述，描述了从光发射器发射的光来自激光器的示例，但是光不限于此。
参照图2，驱动电路100可以通过基于对象1的位置来控制致动器300从而控制光发射器410的光学扫描方向和FOL中的一者或两者。
例如，驱动电路100可以输出第一控制信号SC1和第二控制信号SC2，使用第一控制信号SC1控制光源411(图8)，并且使用第二控制信号SC2控制致动器300。
此外，驱动电路100可以从光接收器420的光学传感器422(图7)接收感测信号SD，并基于感测信号SD识别对象。
本申请的使用TOF功能的相机设备具有如下特征：可以克服由外部环境(光)引起的在技术特征方面的测量距离的限制；尽管当光发射器使用激光作为光源时与眼睛安全相关而使可以使用的功率受到限制，但是能够使用包括图案光(例如点或其它形状)的透射光来进行3D扫描；通过调整光学扫描方向和FOL中的一者或两者来提高分辨率，并且提高测量距离。这将在下面具体描述。
在描述附图时，可能省略对相同附图标记和具有相同功能的部件的冗余描述，并且可以仅对每个附图描述差异。
图3是图2的驱动电路的示例的视图，图4是示出图3的驱动电路的操作的视图，图5是图2的驱动电路的另一示例的视图，以及图6是示出图5的驱动电路的操作的视图。
参照图3，驱动电路100可以包括发射(TX)方向控制器110。
参照图5，驱动电路100可以包括TX方向控制器110和TX FOL控制器120。
参照图3和图5，TX方向控制器110可以控制光发射器410的光学扫描方向。
例如，TX方向控制器110可以包括第一监控单元111、第一控制器112、第一驱动单元113和第一感测单元114。
第一监控单元111可以选择测量区域并监控对象1的目标位置。例如，第一监控单元111可以检测包括目标位置信息的监控信号，并将包括在监控信号中的目标位置输出到第一控制器112。例如，可以根据用户选择来确定目标位置。
第一控制器112可以基于对象1的当前位置和目标位置来计算目标移动距离和目标移动方向。
第一驱动单元113可以在第一控制器112的控制下产生第一驱动电流，并将所产生的第一驱动电流输出到致动器300。
此外，第一感测单元114可以感测光发射器410的当前位置，并将感测到的当前位置输出到第一控制器112。
参照图4，描述了以固定FOL发射和接收光的操作。首先，光发射器410开始操作(S41)，并且当检测到用于光学扫描方向的监控信号时(S42)，光发射器410在包括在监控信号中的光学扫描方向上发射光(S43)，并且从光发射器410发射的光可以从对象1反射并由光接收器420感测(S44)。
监控信号可以包括目标位置信息。
参照图5，TX FOL控制器120可以调整光发射器410的FOL。
例如，TX FOL控制器120可以包括第二监控单元121、第二控制器122、第二驱动单元123和第二感测单元124。
第二监控单元121可以使用测量区域的用户选择或测量区域的自动选择来监控对象1的目标角度。
第二控制器122可以基于光发射器410的当前FOL和对象1的目标角度来计算目标移动距离和目标移动方向。
第二驱动单元123可以在第二控制器122的控制下产生第二驱动电流，并将所产生的第二驱动电流输出到致动器300。
第二感测单元124可以感测光发射器410的当前FOL，并将感测到的当前FOL输出到第二控制器122。
参照图6，描述了以固定的窄FOL发射和接收光的操作。首先，光发射器410开始操作(S41)，并且当检测到用于光学扫描方向的监控信号时(S42)，光发射器410在包括在监控信号中的光学扫描方向上发射光(S43)，并且从光发射器410发射的光可以从对象1反射并由光接收器420感测(S44)。
此外，当检测到用于FOL的监控信号时(S61)，光发射器410以包括在监控信号中的FOL发射光(S62)，并且从光发射器410发射的光可以从对象1反射并由光接收器420感测(S63)。
图7是光发射器和光接收器的示例的视图，以及图8是光发射器和光接收器的另一示例的视图。
参照图7和图8，例如，光发射器410可以包括光源411、TX透镜单元413和衍射光学元件(DOE)透镜单元415。
光源411可以产生要被扫描至对象1的光。
TX透镜单元413可以包括多个透镜并且可以聚焦来自光源411的光。
DOE透镜单元415可以将来自TX透镜单元413的经聚焦的光转换为DOE图案光并将DOE图案光扫描至对象1。
例如，光接收器420可以包括接收(RX)透镜单元421和光学传感器422。
RX透镜单元421可以包括多个透镜并且聚焦从对象1入射的光。
光学传感器422可以感测来自RX透镜单元421的经聚焦的光。例如，光学传感器422可以是单光子雪崩二极管(SPAD)、硅光电倍增管(SiPM)或能够感测来自RX透镜单元421的经聚焦的光的任何其它光学传感器。
参照图7和图8，致动器300可以包括调整光发射器410的光学扫描方向的第一致动器310。
例如，第一致动器310可以包括第一驱动线圈311和第一磁体312。
第一驱动线圈311可以设置在外部壳体C1中，与光发射器410间隔开，并根据第一驱动电流产生磁力。
第一磁体312可以设置在光发射器410的内部壳体C2中，设置成面对第一驱动线圈311，并且根据由第一驱动线圈311产生的磁力来调整光发射器410的光学扫描方向。
参照图8，驱动电路100可以安装在其上安装有光发射器410和光接收器420的板90上，并且板90可以包括连接器80。
图9是示出调整图7的光发射器的光学扫描方向的示例的视图，以及图10是示出调整图7的光发射器的光学扫描方向的另一示例的视图。
参照图9和图10，第一致动器310可以包括引导球350。
引导球350可以根据第一驱动线圈311和第一磁体312之间的磁力移动，以调整光发射器410的光学扫描方向。
例如，在光发射器410中，可以根据作用在第一驱动线圈311和第一磁体312之间的磁力，在第一方向D1(参见图9)上或者在第二方向D2(参见图10)上或者在不同于第一方向D1和第二方向D2的方向上调整光学扫描方向。
图11是光发射器和光接收器的另一示例的侧视图，以及图12是图11的光发射器和光接收器的前视图。
参照图11和图12，致动器300可以包括调整光发射器410的FOL的第二致动器320。
例如，第二致动器320可以包括第二驱动线圈321和第二磁体322。
第二驱动线圈321可以设置在光发射器410的内部壳体C2内，与DOE透镜单元415间隔开，并根据第二驱动电流产生磁力。
第二磁体322可以被设置成在DOE透镜单元415的壳体C3中面对第二驱动线圈321，并且根据由第二驱动线圈321产生的磁力来调整包括在DOE透镜单元415中的第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2中的一个DOE透镜的位置。
图13是示出调整图11的光发射器的FOL的示例的视图，以及图14是示出调整图11的光发射器的FOL的另一示例的视图。
参照图13和图14，DOE透镜单元415可以包括第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2。
第一DOE透镜DOE1可以设置成垂直于光轴。第二DOE透镜DOE2可以设置成垂直于光轴并且与第一DOE透镜DOE1间隔开预定距离。第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2中的一个DOE透镜可以设置成可移动的，以便调整FOL。
例如，可以通过调整第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2中的第一DOE透镜DOE1的位置来调整光发射器410的FOL。例如，根据第一DOE透镜DOE1的第一位置移动方向MD1或第一DOE透镜DOE1的第二位置移动方向MD2，可以将光发射器410调整为第一FOL A1(参见图13)、或第二FOL A2(参见图14)、或与第一FOL和第二FOL不同的FOL。
例如，第一DOE透镜DOE1的第一位置移动方向MD1可以是第一DOE透镜DOE1移动以使得第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2彼此更接近的方向。此外，第一DOE透镜DOE1的第二位置移动方向MD2可以是第一DOE透镜DOE1移动以使得第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2彼此远离的方向。
图15是示出调整图11的光发射器的光学扫描方向和FOL的示例的视图，以及图16是示出调整图11的光发射器的光学扫描方向和FOL的另一示例的视图。
参照图15，在光发射器410中，可以通过第一致动器310在第一方向D1上调整光学扫描方向，并且可以通过第二致动器320在第一位置移动方向MD1上移动第一DOE透镜DOE1，从而可以将光发射器410调整到第一FOL A1。
参照图16，在光发射器410中，可以通过第一致动器310在第二方向D2上调整光学扫描方向，并且可以通过第二致动器320在第二位置移动方向MD2上移动第一DOE透镜DOE1，从而可以将光发射器410调整到第二FOL A2。
图17是光发射器的另一示例的视图，以及图18A和图18B是示出图17的光发射器的液晶透镜单元的操作的示例的视图。
参照图17，光发射器410可以包括液晶透镜单元414。
例如，液晶透镜单元414可以设置在TX透镜单元413和DOE透镜单元415之间，并且可以响应于由驱动电路100控制的电压来调整FOL。
参照图18A和图18B，当没有向液晶透镜单元414提供第一驱动电压Vd1时，FOL可以被调整为宽FOL A1(参见图18A)，并且当向液晶透镜单元414提供第一驱动电压Vd1时，FOL可以被调整为窄FOL A2(参见图18B)。
第一驱动电压Vd1可以是在驱动电路100的控制下被控制的电压。
如上所述的TOF相机设备可以调整光学扫描方向和FOL，从而提高最大测量距离和分辨率，这将参考附图进行描述。
图19A和图19B是根据对象是否被追踪的光学扫描的示例的视图。
图19A是示出不使用对象1追踪功能的光学扫描的示例的视图，以及图19B是示出使用对象1追踪功能的光学扫描的另一示例的视图。
参照图19A，在现有的相机设备中，即使当对象1移动时，也一律以宽FOL执行光学扫描。相反，参照图19B，在本申请的相机设备中，当对象1移动时，对象被追踪，并且可以以高分辨率以窄FOL向对象1扫描光。
图20A、图20B和图20C是示出使用DOE透镜调整FOL的示例的视图。
参照图20A，当DOE透镜单元415包括单个DOE透镜时，FOL A可以是固定的。
参照图20B和图20C，当DOE透镜单元415包括第一DOE透镜DOE1和第二DOE透镜DOE2时，通过移动第一DOE透镜DOE1的位置，FOL可以被调整为窄FOL A2(参见图20B)或宽FOL A1(参见图20C)。
图21A和图21B是示出根据FOL的调整而改变分辨率的示例的视图。
图21A和图21B示出了可以通过针对相同的最大测量距离d调整FOL来提高分辨率。
例如，当图21A中的FOL A被改变为图21B中的FOL A/2时，在对FOL中具有12点图案的激光进行扫描的情况下，如果FOL变窄，则在窄的扫描区域中具有12点图案的激光变得更加密集，从而相应地增加分辨率。
在下面的描述中，描述了其中激光包括12点图案的示例，但是这仅仅是为了便于描述，并且激光可以包括其它类型的图案。
图22是示出根据FOL的调整的测量距离的视图。
参照图22，比较用于具有相同功率的激光的宽FOL A的情况和窄FOL A/2的情况，参考被包括在光学扫描区域中的12点图案，当在相同的最大测量距离d处FOL较小时，分辨率更高。
此外，窄FOL A/2的最大测量距离2d比宽FOL A的最大测量距离d长，并且分辨率彼此相似。也就是说，可以看出，当FOL减小时，可以增加最大测量距离，并且当FOL减小时，在相同的最大测量距离d处，激光的强度可以增加。
换句话说，在现有的相机设备中，当光发射器的发射功率相同时，随着FOL的增加，在目标点处的到达强度变弱。在本申请的相机设备中，可以通过减小FOL来更远地测量，并且同时，通过使用致动器控制光发射器的光学扫描方向，可以补偿由于FOL的减小而导致的感测区域不足。
此外，与控制折叠相机模块的自动聚焦(AF)类似，光发射器包括两个DOE透镜，并且可以通过控制DOE透镜中的一个DOE透镜来调整最终FOL。当以这种方式调整FOL时，可以改变最大测量距离，并且因此可以测量较长距离处的对象。
此外，通过在基于对象的位置跟随对象的同时以窄FOL发射激光而不是光发射器以全FOL发射光，可以提高分辨率。
图23是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的示例的视图。
参照图23，当宽FOL A减小到窄FOL A/2时，可以通过使用致动器调整光学扫描方向来补偿光学扫描区域并保持高分辨率。
这种光学扫描方向可以通过例如采用引导球结构的致动器来调整，或者可以在不使用单独的致动器的情况下使用液晶透镜单元来调整激光发射方向。
图24A和图24B是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
参照图24A，在将具有FOL A和最大测量距离d的12点图案激光扫描至对象的情况下，示出了在最大测量距离d处用于对象的激光的分辨率。
在使用如图24B所示的功率的激光的情况下，如果FOL减小，则可以在相同的最大测量距离d处获得更高的分辨率，并且在这种情况下，在相同的最大测量距离d处的激光强度也可以变强。
图25A和图25B是示出根据FOL的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
参照图25A，在将具有12点图案(具有最大测量距离d和固定的FOL A)的激光扫描至对象的情况下，假定与静止对象(立方体)相匹配的分辨率水平包括具有四个点的激光。
当使用具有如图25B所示的功率的激光时，与静止物体(立方体)匹配的分辨率水平可以是包括具有大约12个点的激光的水平，并且可以看到，在由光接收器接收的光信号方面，分辨率高于图25A的分辨率。
图26A和图26B是示出根据FOL和光学扫描方向的调整来提高分辨率的其它示例的视图。
参照图26A，在将光发射器的具有最大测量距离d和固定的FOL A的12点图案激光扫描至对象的情况下，假定与移动对象(立方体)相匹配的分辨率水平包括具有2到4个点的激光。
当具有如图26B所示的功率的光发射器追踪对象时，与运动对象(立方体)相匹配的分辨率水平可以是包括具有大约12个点的激光的水平，并且可以看到，在由光接收器接收的光信号方面，分辨率高于图26A的分辨率。
图27是示出图2、图3、图5和图8的驱动电路的示例的框图。
参照图27，存储器510存储指令，所述指令在由处理器520执行时使处理器520执行图2、图3、图5和图8的驱动电路100的功能。因此，处理器520包括驱动电路100。
如上所述，作为本申请的TOF相机设备的致动器，可以使用具有音圈马达(VCM)结构的致动器(即，第一致动器310和第二致动器320)。替代地，可采用具有微机电系统(MEMS)结构的致动器。
此外，可以使用液晶透镜代替单独的致动器来跟随对象。
除了智能电话之外，如上所述的本申请的相机设备还可以应用于使用TOF相机模块的所有应用，例如智能驱动设备、机器人、智能家居、智能TV、智能安全、VR、AR、游戏和汽车显示器。
图2、图3、图5和图8的驱动电路100可以在计算环境中实现，其中在计算环境中，如下的部件互连：处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)、存储器(例如，易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))等)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存等)、输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备、红外相机、视频输入设备等)、输出设备(例如，显示器、扬声器、打印机等)以及通信连接设备(例如，调制解调器、网络接口卡(NIC)、集成网络接口、射频(RF)发射器/接收器、红外端口、USB连接设备等)。
执行本申请中描述的操作的图2、图3、图5和图8中的驱动电路100、图3和图5中的TX方向控制器110、第一监控单元111、第一控制器112、第一驱动单元113和第一感测单元114，图5中的TX FOL控制器120、第二监控单元121、第二控制器122、第二驱动单元123和第二感测单元124由硬件组件来实现，这些硬件组件被配置为执行本申请中描述的由硬件组件执行的操作。可以在适当的情况下用于执行本申请中所描述的操作的硬件组件的示例包括控制器、传感器、发生器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器以及被配置为执行本申请中所描述的操作的任何其它电子组件。在其它示例中，执行本申请中描述的操作的一个或多个硬件组件通过计算硬件来实现，例如，通过一个或多个处理器或计算机来实现。处理器或计算机可以由一个或多个处理元件(例如逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器、或被配置为以规定的方式响应和执行指令以实现期望结果的任何其它设备或设备的组合)来实现。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。由处理器或计算机实现的硬件组件可以执行指令或软件，例如操作系统(OS)和在OS上运行的一个或多个软件应用程序，以执行在本申请中描述的操作。硬件组件还可以响应于指令或软件的执行来访问、操纵、处理、创建和存储数据。为简单起见，单数术语“处理器”或“计算机”可以用于描述本申请中所描述的示例，但在其它示例中可以使用多个处理器或计算机，或处理器或计算机可以包括多个处理元件、或多种类型的处理元件、或两者。例如，可以通过单个处理器、或两个或多个处理器、或处理器和控制器来实现单个硬件组件或两个或多个硬件组件。一个或多个硬件组件可以由一个或多个处理器、或处理器和控制器来实现，并且一个或多个其它硬件组件可以由一个或多个其它处理器、或另一处理器和另一控制器来实现。一个或多个处理器、或处理器和控制器可以实现单个硬件组件、或两个或多个硬件组件。硬件组件可以具有任何一个或多个不同的处理配置，其示例包括单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理和多指令多数据(MIMD)多处理。
图4和图6中所示的执行在本申请中描述的操作的方法由如上所述实现的执行指令的计算硬件(例如，由一个或多个处理器或计算机)、或执行在本申请中描述的由方法执行的操作的软件来执行。例如，可以由单个处理器、或两个或更多个处理器、或处理器和控制器来执行单个操作或两个或更多个操作。一个或多个操作可以由一个或多个处理器、或处理器和控制器来执行，并且一个或多个其它操作可以由一个或多个其它处理器、或另一处理器和另一控制器来执行。一个或多个处理器、或处理器和控制器可以执行单个操作、或两个或多个操作。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)以实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件可被写成计算机程序、代码段、指令或其任何组合，以用于单独或共同地指示或配置一个或多个处理器或计算机作为机器或专用计算机来操作，从而执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法。在一个示例中，指令或软件包括由一个或多个处理器或计算机直接执行的机器代码，例如由编译器产生的机器代码。在另一示例中，指令或软件包括由使用解释器的一个或多个处理器或计算机执行的高级代码。基于附图中所示的框图和流程图以及说明书中的相应描述(公开了用于执行由如上所述的硬件组件和方法执行的操作的算法)，可以使用任何编程语言来编写指令或软件。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)以实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件，以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可以被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中或上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-RLTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储设备、光数据存储设备、硬盘、固态盘和任何其它设备，该任何其他设备被配置为：以非暂时性方式存储指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构；并向一个或多个处理器或计算机提供指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件以及数据结构，使得一个或多个处理器或计算机可以执行所述指令。在一个示例中，指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在网络耦合的计算机系统上，使得指令和软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构由一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
如上所述，根据上述TOF相机设备的示例，可以基于对象的位置来调整光学扫描方向和FOL中的一者或两者，并且因此可以提高对象的3D感测的最大测量距离和分辨率。
虽然本公开包括了具体示例，但在理解本申请的公开内容后将显而易见的是，在不背离权利要求及其等同的精神和范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种变化。本文中所描述的示例应仅以描述性意义解释，而非出于限制的目的。对每个示例中的特征或方面的描述应被认为可适用于其它示例中的相似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果以不同的方式组合和/或用其它部件或它们的等同替换或增补所描述的系统、架构、装置或电路中的部件，则也可以获得合适的结果。因此，本公开的范围不通过具体实施方式限定，而是通过权利要求及其等同限定，并且在权利要求及其等同的范围之内的全部变型应被理解为包括在本公开中。

Claims (28)

1.一种飞行时间相机设备，其特征在于，所述飞行时间相机设备包括：
光发射器，配置为向对象发射光；
光接收器，配置为接收从所述对象反射的光；以及
致动器，配置为调整所述光发射器的光学扫描方向和亮度场中的一者或两者。
2.根据权利要求1所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器包括第一致动器，所述第一致动器配置为调整所述光发射器的光学扫描方向，以及
所述第一致动器包括：
第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与所述光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及
第一磁体，设置在所述光发射器的内部壳体中并且面对所述第一驱动线圈，并且配置为根据由所述第一驱动线圈产生的所述磁力来调整所述光发射器的光学扫描方向。
3.根据权利要求2所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述第一致动器还包括引导球，所述引导球配置为根据所述第一驱动线圈和所述第一磁体之间的磁力而移动，以调整所述光发射器的光学扫描方向。
4.根据权利要求1所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器包括：
光源，配置为产生要被扫描至所述对象的光；
发射透镜单元，包括多个透镜，所述多个透镜配置为聚焦来自所述光源的所述光；以及
衍射光学元件透镜单元，配置为将来自所述发射透镜单元的经聚焦的光转换为衍射光学元件图案光并将所述衍射光学元件图案光扫描至所述对象。
5.根据权利要求4所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述衍射光学元件透镜单元包括：
第一衍射光学元件透镜，设置成垂直于光轴；以及
第二衍射光学元件透镜，设置成与所述第一衍射光学元件透镜间隔开预定距离并且垂直于所述光轴，
其中，所述第一衍射光学元件透镜和所述第二衍射光学元件透镜中的一个衍射光学元件透镜配置为能够移动以调整所述光发射器的亮度场。
6.根据权利要求5所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器包括第二致动器，所述第二致动器配置为调整所述光发射器的亮度场，以及
所述第二致动器包括：
第二驱动线圈，设置在所述光发射器的内部壳体内并与所述衍射光学元件透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及
第二磁体，设置在所述衍射光学元件透镜单元的壳体中并且面对所述第二驱动线圈，并且配置为根据由所述第二驱动线圈产生的所述磁力来调整所述第一衍射光学元件透镜和所述第二衍射光学元件透镜中的配置为能够移动的所述一个衍射光学元件透镜的位置。
7.根据权利要求4所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器还包括液晶透镜单元，所述液晶透镜单元设置在所述发射透镜单元和所述衍射光学元件透镜单元之间，并且配置为响应于电压来调整所述光发射器的亮度场。
8.根据权利要求1所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光接收器包括：
接收透镜单元，配置为聚焦从所述对象入射到所述接收透镜单元上的光；以及
光学传感器，配置为感测来自所述接收透镜单元的经聚焦的光。
9.一种飞行时间相机设备，其特征在于，所述飞行时间相机设备包括：
光发射器，配置为向对象发射光；
光接收器，配置为接收从所述对象反射的光；
致动器，配置为调整所述光发射器的光学扫描方向和亮度场中的一者或两者；以及
驱动电路，配置为通过基于所述对象的位置控制所述致动器来调整所述光发射器。
10.根据权利要求9所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述驱动电路包括发射方向控制器，所述发射方向控制器配置为控制所述光发射器的光学扫描方向。
11.根据权利要求10所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述发射方向控制器包括：
第一监控单元，配置为选择测量区域并监控所述对象的目标位置；
第一控制器，配置为基于所述对象的当前位置和所述对象的目标位置来计算目标移动距离和目标移动方向；
第一驱动单元，配置为在所述第一控制器的控制下产生第一驱动电流，并且将所产生的第一驱动电流输出到所述致动器；以及
第一感测单元，配置为感测所述光发射器的当前位置。
12.根据权利要求11所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述驱动电路还包括发射亮度场控制器，所述发射亮度场控制器配置为调整所述光发射器的亮度场。
13.根据权利要求12所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述发射亮度场控制器包括：
第二监控单元，配置为使用测量区域的用户选择或测量区域的自动选择来监控所述对象的目标角度；
第二控制器，配置为基于所述光发射器的当前亮度场和所述对象的目标角度来计算目标移动距离和目标移动方向；
第二驱动单元，配置为在所述第二控制器的控制下产生第二驱动电流，并且将所产生的第二驱动电流输出到所述致动器；以及
第二感测单元，配置为感测所述光发射器的当前亮度场。
14.根据权利要求9所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器包括第一致动器，所述第一致动器配置为调整所述光发射器的光学扫描方向，以及
所述第一致动器包括：
第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与所述光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及
第一磁体，设置在所述光发射器的内部壳体中并且面对所述第一驱动线圈，并且配置为根据由所述第一驱动线圈产生的所述磁力来调整所述光发射器的光学扫描方向。
15.根据权利要求14所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述第一致动器还包括引导球，所述引导球配置为根据所述第一驱动线圈与所述第一磁体之间的磁力而移动，以调整所述光发射器的光学扫描方向。
16.根据权利要求9所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器包括：
光源，配置为产生要被扫描至所述对象的光；
发射透镜单元，包括多个透镜，所述多个透镜配置为聚焦来自所述光源的所述光；以及
衍射光学元件透镜单元，配置为将来自所述发射透镜单元的经聚焦的光转换为衍射光学元件图案光并将所述衍射光学元件图案光扫描至所述对象。
17.根据权利要求16所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述衍射光学元件透镜单元包括：
第一衍射光学元件透镜，设置成垂直于光轴；以及
第二衍射光学元件透镜，设置成与所述第一衍射光学元件透镜间隔开预定距离并且垂直于所述光轴，
其中，所述第一衍射光学元件透镜和所述第二衍射光学元件透镜中的一个衍射光学元件透镜配置为能够移动以调整所述光发射器的亮度场。
18.根据权利要求17所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器还包括第二致动器，所述第二致动器配置为调整所述光发射器的亮度场，以及
所述第二致动器包括：
第二驱动线圈，设置在所述光发射器的内部壳体内，与所述衍射光学元件透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及
第二磁体，设置在所述衍射光学元件透镜单元的壳体中，面对所述第二驱动线圈，并且配置为根据由所述第二驱动线圈产生的所述磁力来调整包括在所述衍射光学元件透镜单元中的所述第一衍射光学元件透镜或所述第二衍射光学元件透镜的位置。
19.根据权利要求16所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器还包括液晶透镜单元，所述液晶透镜单元设置在所述发射透镜单元和所述衍射光学元件透镜单元之间，并且配置为响应于在所述驱动电路的控制下的电压来调整所述光发射器的亮度场。
20.根据权利要求9所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光接收器包括：
接收透镜单元，配置为聚焦从所述对象入射到所述接收透镜单元上的光；以及
光学传感器，配置为感测来自所述接收透镜单元的经聚焦的光。
21.一种飞行时间相机设备，其特征在于，所述飞行时间相机设备包括：
光发射器，配置为向对象发射光；
光接收器，配置为接收从所述对象反射的光；以及
致动器，配置为调整测量区域的位置和所述飞行时间相机设备的分辨率中的一者或两者。
22.根据权利要求21所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器还配置为通过调整所述光发射器的光学扫描方向来调整所述测量区域的位置。
23.根据权利要求22所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器包括第一致动器，所述第一致动器配置为调整所述光发射器的光学扫描方向，以及
所述第一致动器包括：
第一驱动线圈，设置在外部壳体中并且与所述光发射器间隔开，并且配置为根据第一驱动电流产生磁力；以及
第一磁体，设置在所述光发射器的内部壳体中并且面对所述第一驱动线圈，并且配置为根据由所述第一驱动线圈产生的所述磁力来调整所述光发射器的光学扫描方向。
24.根据权利要求21所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器还配置为通过调整所述光发射器的亮度场来调整所述分辨率。
25.根据权利要求24所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器包括：
光源，配置为产生要被扫描至所述对象的光；
发射透镜单元，包括多个透镜，所述多个透镜配置为聚焦来自所述光源的所述光；以及
衍射光学元件透镜单元，配置为将来自所述发射透镜单元的经聚焦的光转换为衍射光学元件图案光并将所述衍射光学元件图案光扫描至所述对象。
26.根据权利要求25所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述衍射光学元件透镜单元包括：
第一衍射光学元件透镜，设置成垂直于光轴；以及
第二衍射光学元件透镜，设置成与所述第一衍射光学元件透镜间隔开预定距离并且垂直于所述光轴，
其中，所述第一衍射光学元件透镜和所述第二衍射光学元件透镜中的一个衍射光学元件透镜配置为能够移动以调整所述光发射器的亮度场。
27.根据权利要求26所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述致动器包括第二致动器，所述第二致动器配置为调整所述光发射器的亮度场，以及
所述第二致动器包括：
第二驱动线圈，设置在所述光发射器的内部壳体内并与所述衍射光学元件透镜单元间隔开，并且配置为根据第二驱动电流产生磁力；以及
第二磁体，设置在所述衍射光学元件透镜单元的壳体中并且面对所述第二驱动线圈，并且配置为根据由所述第二驱动线圈产生的所述磁力来调整所述第一衍射光学元件透镜和所述第二衍射光学元件透镜中的配置为能够移动的所述一个衍射光学元件透镜的位置。
28.根据权利要求25所述的飞行时间相机设备，其特征在于，所述光发射器还包括液晶透镜单元，所述液晶透镜单元设置在所述发射透镜单元与所述衍射光学元件透镜单元之间，并且配置为响应于电压来调整所述光发射器的亮度场。
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