一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组制造技术

本实用新型专利技术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，本实用新型专利技术结构简单，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。

【技术实现步骤摘要】
一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组
本技术涉及飞行时间TOF传感
，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。
技术介绍
飞行时间传感技术(英文名：TimeofFly,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(diffuser421)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TOF3D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TOF3D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TOF3D摄像头，迫在眉睫。
技术实现思路
本技术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，本技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎欢标，
申请(专利权)人：东莞市美光达光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44