[实用新型]一种将光束扩大到120°的广角飞行时间传感器模组

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及飞行时间TOF传感技术领域，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。

背景技术

飞行时间传感技术(英文名：Time of Fly,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(diffuser 421)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TOF 3D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TOF 3D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TOF 3D摄像头，迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型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。