一种发射模组、电子设备及距离测量方法技术

本发明专利技术涉及测距及3D成像领域，公开一种发射模组、电子设备及距离测量方法。一种发射模组，包括：发射器、像散元件和衍射光学器件，像散元件设置于发射器的光路上并用于将发射器发射的光信号进行像散变形，衍射光学器件设置于发射器的光路上，且位于像散元件背离发射器的一侧。通过像散元件将发射器发射的光信号进行像散变形发射模组投射在目标物体上的散斑形状，并根据散斑形状进行距离换算，计算方法简单，无需多次拍摄照片即可求得距离，减少延迟时间；同时散斑的投射可降低背景光干扰深度距离计算，提升精确度。同时接收模组成本较低，具有量产性。

【技术实现步骤摘要】
一种发射模组、电子设备及距离测量方法
本专利技术涉及测距及3D成像
，特别涉及一种发射模组、电子设备及距离测量方法。
技术介绍
TOF是飞行时间(TimeofFlight)技术的缩写，即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。一般来说，TOF技术主要包括iToF和dToF，其中：iToF(indirecttimeofflight)是间接测量时间的一种方法，大部分的间接测量方案都是采用了测相位偏移的方法，即发射的正弦波与接收的正弦波之间的相位差，飞行时间t，也即距离Z，是关于相位差的函数，因此可以解出Z，故iToF需要以后处理的方式进行距离计算,有两步或多步相位还原，所以帧数(Hz)无法提高，并且iToF背景光容易干扰深度距离计算，产生误判。dToF(directtimeofflight)是直接测量飞行时间。ToF最初就是希望能直接测量时间来对应距离，但能达到ps级分辨率的测量系统成熟的较慢，即SPAD。SPAD(singlephotonavalanchediode)，单光子雪崩二极管，这是一种能在ps级的时间内产生响应电流的器件，其工作原理是采用反向偏压的光电二极管，使其工作在超过击穿电压而尚未击穿的很小的一个电压范围内，此时的二极管处在非常敏感的工作区间，因此只要有微弱的光信号即可引发其产生雪崩电流，相应速度极快，价格昂贵。因此，研究一种模组既能准确进行距离计算，又能节约成本是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种发射模组、电子设备及距离测量方法，用于准确进行距离计算，并节约成本。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种发射模组，包括：发射器、像散元件和衍射光学器件，所述像散元件设置于所述发射器的光路上并用于将所述发射器发射的光信号进行像散变形，所述衍射光学器件设置于所述发射器的光路上，且位于所述像散元件背离所述发射器的一侧。发射器具体可以为激光器。本专利技术通过激光器发射激光，激光通过像散元件形成少量散斑，少量散斑经由衍射光学器件衍射形成大量散斑投射至目标物体。相较于iToF通过测相位偏移的方法以及dToF直接测量飞行时间的方法，本专利技术通过像散元件将发射器发射的光信号进行像散变形发射模组投射在目标物体上的散斑形状，并根据散斑形状进行距离换算，计算方法简单，无需多次拍摄照片即可求得距离，减少延迟时间；同时散斑的投射可降低背景光干扰深度距离计算，提升精确度。可选地，所述像散元件为像散透镜；所述像散透镜沿第一方向具有第一焦距，沿第二方向具有第二焦距，且第一焦距与所述第二焦距不相等；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。相互垂直的第一方向和第二方向具体可以为x方向和y方向，像散透镜x方向具有第一焦距fx，y方向具有第二焦距fy，且fx不等于fy。因为像散透镜xy方向的曲率半径不同，所以焦距不同，不同距离下其散斑形状亦不相同，因而可依据散斑形状标定距离。可选地，所述像散透镜朝向所述发射器一侧表面的曲率半径为2mm-3mm，例如2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或者3mm；和/或，所述像散透镜背离所述发射器一侧表面的曲率半径为2mm-3mm，例如2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或者3mm。可选地，像散透镜满足如下条件式：其中：f是透镜的焦距；n是透镜材料的折射率；nm是包围在透镜材料四周物质的折射率；R1是透镜靠近光源这一侧表面的曲率半径；R2是透镜远离这一侧表面的曲率半径；d是透镜的厚度。该像散透镜可由柱状透镜改造而成，具体地，柱状透镜x方向半径R1为3mm-5mm，研磨此透镜的y方向，使透镜形成半径R1’圆弧，R1’具体为2mm-3mm。第二方面，本专利技术还提供一种电子设备，包括接收模组以及如上任一项所述的发射模组；所述接收模组设于所述发射模组周侧，用于接收所述发射模组向目标物体投射的散斑、确定所述散斑的特征信息，并根据所述特征信息获取所述目标物体的距离信息。上述电子设备中的发射模组通过像散元件对激光器的激光信号进行像散变形，从而接收模组需要接收投射至目标物体的散斑，并确定散斑的特征信息，根据特征信息对目标物体的距离进行标定以及测量。接收模组具体可以为电荷耦合器件。电荷耦合器件(CCD，chargecoupleddevice)成本较低，从而降低整个模组的成本，使之具有量产性。可选地，所述特征信息包括所述散斑形状的椭圆比。辨识散斑在电荷耦合器件上形状即可判断距离。具体地，散斑形状可采用椭圆比作为指标，即每一个椭圆比对应不同的距离，从而通过分析散斑的椭圆比对应特定的距离值。第三方面，本专利技术还提供一种距离测量方法，包括：将如上任一项所述的发射模组发射的散斑投射至目标物体上；确定所述目标物体上散斑的特征信息，并根据所述特征信息获取所述目标物体的距离信息。根据散斑形状进行距离换算的换算方法记录在CCD的内存内。激光器朝向像散元件发射激光，激光通过像散元件形成少量散斑，少量散斑经由衍射光学器件衍射形成大量散斑投射至目标物体，而后被CCD接收；CCD对散斑形状进行处理，并根据内存内存储的换算方法将散斑形状换算成距离。该换算方法简单易实现。可选地，所述确定所述目标物体上散斑的特征信息，并根据所述特征信息获取所述目标物体的距离信息，包括：获取所述散斑沿相互垂直的两个方向上的尺寸比值，并依据所述尺寸比值换算距离。相互垂直的两个方向具体可以为x方向和y方向，CCD内存中记录散斑形状中xn，yn的比值与距离之间的换算方法，例如比值y1/x1＝1m，y5/x5＝5m。如此由xn、yn比值，每一个散斑皆可以算得距离。可选地，在确定所述目标物体上散斑的特征信息，并根据所述特征信息获取所述目标物体的距离信息之前，还包括：获取目标物体与衍射光学器件不同距离下的散斑形状，并依据所述散斑形状标定距离。判别距离矫正方法首先将目标物体移动不同距离记录散斑点的形状，从而建立距离值与散斑形状之间的对应关系，即依据散斑形状标定距离。可选地，所述获取目标物体与衍射光学器件不同距离下的散斑形状，并依据所述散斑形状标定距离，包括：获取所述散斑沿相互垂直的两个方向上的尺寸比值，并依据所述尺寸比值标定距离。判别距离矫正方法具体可以为：首先将目标物体移动不同距离记录散斑点的形状，接着记录散斑形状中xn，yn的比值，例如比值y1/x1＝1m，y5/x5＝5m。距离换算方法可记录在CCD内存。如此由xn、yn比值，每一个散斑皆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发射模组，其特征在于，包括：发射器、像散元件和衍射光学器件，所述像散元件设置于所述发射器的光路上并用于将所述发射器发射的光信号进行像散变形，所述衍射光学器件设置于所述发射器的光路上，且位于所述像散元件背离所述发射器的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种发射模组，其特征在于，包括：发射器、像散元件和衍射光学器件，所述像散元件设置于所述发射器的光路上并用于将所述发射器发射的光信号进行像散变形，所述衍射光学器件设置于所述发射器的光路上，且位于所述像散元件背离所述发射器的一侧。


2.根据权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述像散元件为像散透镜；
所述像散透镜沿第一方向具有第一焦距，沿第二方向具有第二焦距，且第一焦距与所述第二焦距不相等；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。


3.根据权利要求2所述的发射模组，其特征在于，所述像散透镜的焦距满足如下条件式：



其中，f是透镜的焦距；n是透镜材料的折射率；nm是包围在透镜材料四周物质的折射率；R1是透镜靠近光源这一侧表面的曲率半径；R2是透镜远离这一侧表面的曲率半径；d是透镜的厚度。


4.根据权利要求2所述的发射模组，其特征在于，所述像散透镜朝向所述发射器一侧表面的曲率半径为2mm-3mm；和/或，
所述像散透镜背离所述发射器一侧表面的曲率半径为2mm-3mm。


5.一种电子设备，其特征在于，包括接收模组以及如权利要求1-4中任一项所述的发射模组；
所述接收模组设于所述发射模组周侧，用于接收所述发射模组向目标物...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠晓山，冯坤亮，李宗政，
申请(专利权)人：江西欧迈斯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36