【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及手机摄像头，具体涉及一种手机摄像头景深测量的光学装置及方法。
技术介绍
1、手机摄像头可以进行录像、拍照、文字识别、拍全景照等功能，其中全景照片，又称为全景，通常是指符合人的双眼正常有效视角或包括双眼余光视角以上，乃至360度完整场景范围拍摄的照片；
2、景深，是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。而光圈、镜头、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素；在聚焦完成后，焦点前后的范围内所呈现的清晰图像，这一前一后的距离范围，便叫做景深，在镜头前方(调焦点的前、后)有一段一定长度的空间，当被摄物体位于这段空间内时，其在底片上的成像恰位于焦点前后这两个弥散圆之间，被摄体所在的这段空间的长度，就叫景深，换言之，在这段空间内的被摄体，其呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内，这段空间的长度就是景深
3、光学器件在飞行时间(tof)景深测量摄像头中起着关键作用，光学设计决定了最终系统的复杂性和可行性及其性能，3d tof摄像头有一些独特的特性1，因此其在光学方面有一些特殊要求，本文介绍景深测量光学系统架构，其由成像光学子组件、接收器上的tof传感器和发射器上的照明模块组成，并讨论如何优化每个子模块以提高传感器和系统性。
4、如申请号为cn10248660a的一种景深测量方法，景深测量方法包括：分别于数个聚焦刻度撷取图像，数张图像分别包括对应至同一图像位置的图像区域；从数个图像区域中选择一图像区域作为最佳景深图像区域；以及根据查阅表找出对应
5、上述以及在现有技术中，光源通常使用led发光灯管，速度太慢，并且成本高、体积大、可靠性低。因此，亟需设计一种手机摄像头景深测量的光学装置及方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种手机摄像头景深测量的光学装置及方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种手机摄像头景深测量的光学装置，包括照明模块和成像模块，所述照明模块包括第一壳体，且第一壳体的内部设置有光源，所述光源的内部设置有驱动器，且第一壳体顶部的外壁上设置有漫射器，所述成像模块包括第二壳体和底板，且第二壳体罩在底板的外部，所述第二壳体的内部插放有成像透镜，所述第二壳体底部的外壁上设置有带通滤波器，所述底板的内部设置有成像器，且成像器的内部设置有微透镜阵列。
4、进一步地，所述光源为波长与温度相关性较低的窄带光源，且驱动器为垂直腔面发射激光器(vcsel)和边缘发射激光器(eel)。
5、进一步地，所述光源因光波长的不同会对tof的性能产生影响，且根据以下情况对820nm或940nm波长进行选择：传感器量子效率和响应度、qe衡量光电探测器将光子转换为电子的能力、r衡量光电探测器将光功率转换为电流的能力、人类感知和太阳光。
6、进一步地，所述传感器量子效率和响应度：量子效率(qe)和响应度(r)是相互关联的，qe测量光电探测器将光子转换为电子的能力，r测量光电探测器将光功率转换为电流的能力，公式为：r＝r＝qe×q/hc/λ(qe＝收集到的电子数量/撞击光检测板的光子数量(％)；r＝光检测板上的上的电流/光检测板上的光功率(a/w)；r＝qe×q/hc/λ；其中q是电子电荷，h是普朗克常数，c是光速，λ是波长)；
7、硅基传感器的qe在850nm处要比在940nm处好2倍以上；例如，adicw tof传感器在850nm处的qe是44％，在940nm处的qe只有27％。
8、进一步地，所述人类感知：人眼可以感知850nm的光，但是看不到940nm的光；所述太阳光：户外应用时，由于大气的吸收，920nm至960nm范围的太阳辐射强度有所下降，与850nm范围相比，940nm范围的太阳辐射强度还不到一半，即户外应用中，以940nm运行tof系统可提供更好的抗光环境干扰性能、更好的深度传感性能。
9、进一步地，所述光源的辐射强度是影响tof系统的信噪比的原因之一，所述光源的光波束轮廓完整性应满足以下特征：foi内的照明轮廓形状、轮廓宽度、光学效率(即在特定fov内的封闭能量)和foi外的光功率下降，且应满足以下公式：i＝dφ/dω(dφ是入射进立体角dω中的功率)。
10、进一步地，所述foi内的照明轮廓形状：tof泛光照明中最常见的辐射强度分布呈蝙蝠翼形状，且具有呈cos-n(θ)变化的轮廓，以补偿成像镜头的衰减，且目标中心和目标边缘之间辐照度(e)中的cos3(θ)下降因子[w/m2]的定义公式为：e＝dφ/da＝i(θ)cos(θ)/r(θ)2＝i(θ)cos3(θ)/r02；(其中e是辐射照度，da是光功率dφ照射的表面积，r(θ)是光源与da之间的距离，dω＝dacos(θ)/r(θ)2)。
11、进一步地，所述轮廓宽度：轮廓的宽度是光源的强度轮廓与散射器对准直光束响应的卷积；散射器的输入发散角越宽，宽度就越宽，过渡斜率就越慢，可以使用以下两个指标来确定此类损失的可接受标准：光学效率-成像镜头fov内的封闭能量，且该规范定义了成像模块将接收多少能量，定义为：光学效率＝镜头fov内的2d集合光功率/整个照明剖面轮廓的2d集合光功率％x散射器的传输效率；
12、foi外的光功率下降定义为：foi外的光功率下降＝照明轮廓的总积分-foi内的照明轮廓积分/照明轮廓的总积分％。
13、进一步地，所述微透镜阵列的像素阵列上光线采集的效率和均匀性极大地影响整体性能，且光线收集效率与1/(f/#)2成正比，其中f/#＝(焦距)/(孔径大小)，所述光线采集的效率和均匀性会受杂散光影响，且杂散光受影响的因素为：光晕、增透膜、透镜数量、带通滤波器和微透镜阵列。
14、一种手机摄像头景深测量的方法，包括所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，还包括以下方法：将照明模块内部的光源的光被相机视野中的物体反向散射，成像模块的成像器和微透镜阵列对反射的光进行接收，测量发射波形和反射接收波形之间的相移，通过测量多个调制频率的相移，可以计算每个像素的深度值，相移是通过使用像素内光子混合解调，测量不同的相对延时下发射波形和接收波形之间的相关性获得的，即可得到景深值。
15、在上述技术方案中，本专利技术提供的一种手机摄像头景深测量的光学装置及方法，(1)通过设置的光源，光源为波长与温度相关性较低的窄带光源，驱动器为垂直腔面发射激光器(vcsel)和边缘发射激光器(eel)，垂直腔面发射激光器vcsel，垂直腔面发射激光器vcse成本较低、外形尺寸小、可靠性高且易于集成到手机摄像头成像技术的tof模块中而越来越受欢迎，与eel(光线从侧面射出)和led(光线从侧面和顶部射出)相比，vcsel射出的光束垂直于其表面，故生产良率更高且制造成本更低。
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1.一种手机摄像头景深测量的光学装置，包括照明模块(1)和成像模块(2)，其特征在于，所述照明模块(1)包括第一壳体(10)，且第一壳体(10)的内部设置有光源(3)，所述光源(3)的内部设置有驱动器(12)，且第一壳体(10)顶部的外壁上设置有漫射器(11)，所述成像模块(2)包括第二壳体(8)和底板(9)，且第二壳体(8)罩在底板(9)的外部，所述第二壳体(8)的内部插放有成像透镜(4)，所述第二壳体(8)底部的外壁上设置有带通滤波器(5)，所述底板(9)的内部设置有成像器(6)，且成像器(6)的内部设置有微透镜阵列(7)。
2.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述光源(3)为波长与温度相关性较低的窄带光源，且驱动器(12)为垂直腔面发射激光器(VCSEL)和边缘发射激光器(EEL)。
3.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述光源(3)因光波长的不同会对TOF的性能产生影响，且根据以下情况对820nm或940nm波长进行选择：传感器量子效率和响应度、QE衡量光电探测器将光子转换为电子的
4.根据权利要求3所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述传感器量子效率和响应度：量子效率(QE)和响应度(R)是相互关联的，QE测量光电探测器将光子转换为电子的能力，R测量光电探测器将光功率转换为电流的能力，公式为：R＝R＝QE×q/hc/λ(QE＝收集到的电子数量/撞击光检测板的光子数量(％)；R＝光检测板上的上的电流/光检测板上的光功率(A/W)；R＝QE×q/hc/λ；其中q是电子电荷，h是普朗克常数，c是光速，λ是波长)；
5.根据权利要求3所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述人类感知：人眼可以感知850nm的光，但是看不到940nm的光；所述太阳光：户外应用时，由于大气的吸收，920nm至960nm范围的太阳辐射强度有所下降，与850nm范围相比，940nm范围的太阳辐射强度还不到一半，即户外应用中，以940nm运行ToF系统可提供更好的抗光环境干扰性能、更好的深度传感性能。
6.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述光源(3)的辐射强度是影响ToF系统的信噪比的原因之一(表1)，所述光源(3)的光波束轮廓完整性应满足以下特征：FOI内的照明轮廓形状、轮廓宽度、光学效率(即在特定FOV内的封闭能量)和FOI外的光功率下降，且应满足以下公式：I＝dΦ/dΩ(dΦ是入射进立体角dΩ中的功率)。
7.根据权利要求6所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述FOI内的照明轮廓形状：ToF泛光照明中最常见的辐射强度分布呈蝙蝠翼形状，且具有呈cos-n(θ)变化的轮廓，以补偿成像镜头的衰减，且目标中心和目标边缘之间辐照度(E)中的cos3(θ)下降因子[W/m2]的定义公式为：E＝dΦ/DA＝I(θ)cos(θ)/R(θ)2＝I(θ)cos3(θ)/R02；(其中E是辐射照度，dA是光功率dΦ照射的表面积，R(θ)是光源(3)与dA之间的距离，dΩ＝dAcos(θ)/R(θ)2)。
8.根据权利要求6所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述轮廓宽度：轮廓的宽度是光源的强度轮廓与散射器对准直光束响应的卷积；散射器的输入发散角越宽，宽度就越宽，过渡斜率就越慢，可以使用以下两个指标来确定此类损失的可接受标准：光学效率-成像镜头FOV内的封闭能量，且该规范定义了成像模块将接收多少能量，定义为：光学效率＝镜头FOV内的2D集合光功率/整个照明剖面轮廓的2D集合光功率％x散射器的传输效率；
9.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述微透镜阵列(7)的像素阵列上光线采集的效率和均匀性极大地影响整体性能，且光线收集效率与1/(f/#)2成正比，其中f/#＝(焦距)/(孔径大小)，所述光线采集的效率和均匀性会受杂散光影响，且杂散光受影响的因素为：光晕、增透膜、透镜数量、带通滤波器和微透镜阵列。
10.一种手机摄像头景深测量的方法，其特征在于，包括权利要求1-9中的任意一项所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，包括以下方法：
...【技术特征摘要】
1.一种手机摄像头景深测量的光学装置，包括照明模块(1)和成像模块(2)，其特征在于，所述照明模块(1)包括第一壳体(10)，且第一壳体(10)的内部设置有光源(3)，所述光源(3)的内部设置有驱动器(12)，且第一壳体(10)顶部的外壁上设置有漫射器(11)，所述成像模块(2)包括第二壳体(8)和底板(9)，且第二壳体(8)罩在底板(9)的外部，所述第二壳体(8)的内部插放有成像透镜(4)，所述第二壳体(8)底部的外壁上设置有带通滤波器(5)，所述底板(9)的内部设置有成像器(6)，且成像器(6)的内部设置有微透镜阵列(7)。
2.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述光源(3)为波长与温度相关性较低的窄带光源，且驱动器(12)为垂直腔面发射激光器(vcsel)和边缘发射激光器(eel)。
3.根据权利要求1所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述光源(3)因光波长的不同会对tof的性能产生影响，且根据以下情况对820nm或940nm波长进行选择：传感器量子效率和响应度、qe衡量光电探测器将光子转换为电子的能力、r衡量光电探测器将光功率转换为电流的能力、人类感知和太阳光。
4.根据权利要求3所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述传感器量子效率和响应度：量子效率(qe)和响应度(r)是相互关联的，qe测量光电探测器将光子转换为电子的能力，r测量光电探测器将光功率转换为电流的能力，公式为：r＝r＝qe×q/hc/λ(qe＝收集到的电子数量/撞击光检测板的光子数量(％)；r＝光检测板上的上的电流/光检测板上的光功率(a/w)；r＝qe×q/hc/λ；其中q是电子电荷，h是普朗克常数，c是光速，λ是波长)；
5.根据权利要求3所述的一种手机摄像头景深测量的光学装置，其特征在于，所述人类感知：人眼可以感知850nm的光，但是看不到940nm的光；所述太阳光：户外应用时，由于大气的吸收，920nm至960nm范围的太阳辐射强度有所下降，与850nm范围相比，940nm范围的太阳辐射强度还不到一半，即户外应用中，以940nm运行to...
【专利技术属性】
技术研发人员：李庆康，周小雄，宋柳良，龚燕英，
申请(专利权)人：深圳市三劲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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