TOF摄像模组及其驱动控制方法

技术领域

本发明涉及TOF摄像领域，尤其涉及一种TOF摄像模组及其驱动控制方法。

背景技术

TOF(Time ofFlight)是一种基于时间飞行的技术，普遍应用于摄像领域，如TOF相机。TOF相机包括激光发射器(Vcsel)、接收模块和电路板，其中该激光发射器发射经调制的近红外光，遇物体后反射由该接收模块接收，再通过该电路板计算发射光与反射光之间的时间差或相位差，以获得被拍摄物体的距离，以获得深度信息。

然而，受该激光发射器的发射功率和发射光强度的限制，目前的TOF相机的测量距离普遍较近，测距基本在6米以内，无法适用于较远距离的测量。另一方面，由于该激光发射器的发射光角度一定，视场角即保持一定，使得该TOF相机无法兼容满足广角和小角度(非广角)的摄像需求，实用性较低。也就是说，目前的TOF相机有两种，一种为广角式的TOF相机，用于满足广角摄像需求，另一种为小角度(非广角)式的TOF相机，用于满足小角度的摄像需求。

因此，目前亟需一种能够适于远距离(大于6m)测量和兼容满足广角与小角度(非广角)的摄像需求的TOF摄像模组及其驱动控制方法。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一种TOF摄像模组及其驱动控制方法，相比于现有的TOF相机，本发明的所述TOF摄像模组能够发射更高光强度的光，从而提高所述TOF摄像模组的测距，以适用于远距离(大于6m)测量。

本发明的另一个优势在于提供一种TOF摄像模组及其驱动控制方法，其能够兼容满足广角与小角度(非广角)的摄像需求。

本发明的另一个优势在于提供一种TOF摄像模组及其驱动控制方法，其中所述TOF摄像模组通过多个激光光源发射的光在远场处重叠，以形成更高光强度的光。

本发明的另一个优势在于提供一种TOF摄像模组及其驱动控制方法，其中多个所述激光光源的发射光角度不同，通过可选择性地开启与关闭不同发射光角度的所述激光光源，以实现广角与小角度(非广角)的视场角之间的切换，以兼容满足广角与小角度(非广角)的摄像需求。

本发明的另一个优势在于提供一种TOF摄像模组及其驱动控制方法，其结构简单，成本较低，实用性更高。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，提供了一种TOF摄像模组，包括：

控制电路板；

电连接所述控制电路板的接收模块；以及

电连接于所述控制电路板的投射模块，其中，所述投射模块包括具有第一发射角且布置于所述接收模块两侧的一组第一激光光源，以及，具有第二发射角且布置于所述接收模块两侧的一组第二激光光源，其中，所述控制电路板被配置为控制所述投射模块在三种状态下切换，其中，当所述投射模块处于第一状态时，所述第一激光光源被同时激发以产生激光而所述第二激光光源未被激发；当所述投射模块处于第二状态时，所述第二激光光源被同时激发以产生激光而所述第一激光光源未被激发；当所述投射模块处于第三状态时，所述第一激光光源和所述第二激光光源都被激发以产生激光并且所述第一激光光源所产生的激光和所述第二激光光源所产生的激光在远场处重叠。

在本申请一实施例中，所述第一发射角小于所述第二发射角，所述第二激光光源位于所述第一激光光源远离所述接收模块的一侧。

在本申请一实施例中，所述第一激光光源所产生的激光和所述第二激光光源所产生的激光在远场处重叠的位置与所述TOF摄像模组之间的距离范围为0.3m～20m。

在本申请一实施例中，所述控制电路板包括第一控制电路和第二控制电路，其中，所述第一控制电路被配置为同时激发或关闭所述第一激光光源，所述第二控制电路被配置为同时激发或关闭所述第二激光光源。

在本申请一实施例中，所述第一控制电路，包括第一控制信号源，第一驱动电路和第一放大电路，其中，所述第一控制信号源被配置为生成第一触发信号；所述第一驱动电路被配置为转化所述第一触发信号为第一电压信号；所述第一放大电路被配置为将所述第一电压信号转化为第一电流信号，所述第一电流信号用于同时激发所述第一激光光源。

在本申请一实施例中，所述第二控制电路，包括第二控制信号源，第二驱动电路和第二放大电路，其中，所述第二控制信号源被配置为生成第二触发信号；所述第二驱动电路被配置为转化所述第二触发信号为第二电压信号；所述第二放大电路被配置为将所述第二电压信号转化为第二电流信号，所述第二电流信号用于同时激发所述第二激光光源。

在本申请一实施例中，所述第一电压信号和/或所述第二电压信号为恒压信号或脉冲电压信号。

根据本申请另一方面，还提供一种TOF摄像模组的驱动控制方法，包括：

可选择地通过第一控制电路生成第一触发信号，以通过所述第一触发信号同时激发一组第一激光光源；

可选择地通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第二触发信号同时激发一组第二激光光源；以及

同时通过第一控制电路生成第一触发信号和通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第一触发信号和所述第二触发信号同时激发所述第一激光光源和所述第二激光光源，其中，所述第一激光光源和所述第二激光光源都被激发以产生激光并且所述第一激光光源所产生的激光和所述第二激光光源所产生的激光在远场处重叠。

在本申请一实施例中，可选择地通过第一控制电路生成第一触发信号，以通过所述第一触发信号同时激发所述第一激光光源，包括：

将所述第一触发信号转化为第一电压信号；以及

将所述第一电压信号转化为第一电流信号，其中，所述第一电流信号用于同时激发所述第一激光光源。

在本申请一实施例中，可选择地通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第二触发信号同时激发第二激光光源，包括：

将所述第二触发信号转化为第二电压信号；以及

将所述第二电压信号转化为第二电流信号，其中，所述第二电流信号用于同时激发所述第二激光光源。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1图示了根据本申请较佳实施例的TOF摄像模组的框图示意图。

图2图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的部分结构示意图。

图3图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的控制电路控制激光光源的结构示意图。

图4图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的激光光源被安装于支撑单元的结构示意图。

图5图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的一具体示例的控制电路板的框图示意图。

图6图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的一具体示例的驱动电路的局部电路示意图。

图7图示了根据本申请较佳实施例的所述TOF摄像模组的驱动控制方法的方法流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

图1示出了根据本申请较佳实施例的TOF摄像模组的框图示意图，如图1至图6所示，根据本申请的该较佳实施例的所述TOF摄像模组，包括：控制电路板10、电连接所述控制电路板的接收模块20以及电连接于所述控制电路板的投射模块30，用于实现TOF摄像模组满足远距离测量和兼容满足广角与小角度(非广角)的摄像需求。

如图2和图3所示，所述投射模块30包括具有第一发射角a且布置于所述接收模块20两侧的一组第一激光光源31，以及，具有第二发射角b且布置于所述接收模块两侧的一组第二激光光源32。优选地，各所述第一激光光源31对称地布置于所述接收模组20的两侧，各所述第二激光光源32对称地布置于所述接收模组20的两侧。可选地，各所述第一激光光源31也可以非对称地布置于所述接收模组20的两侧，各所述第二激光光源32也可以非对称地布置于所述接收模组20的两侧，以改变相对地光线投射角度，在此不受限制。

也就是说，所述第一激光光源31发射光线的发射角度为所述第一发射角a，所述第二激光光源32发射光线的发射角度为所述第二发射角b，优选地，所述第一发射角a小于所述第二发射角b。更优选地，所述第一发射角a被预设能够满足所述TOF摄像模组的小角度摄像需求，所述第二发射角b被预设能够满足所述TOF摄像模组的广角摄像需求。在一具体示例中，所述第一激光光源31的所述第一发射角a为60×45°角度，所述第二激光光源32的所述第二发射角b为75×55°角度。

可以理解的是，所述小角度(非广角)被定义为所述TOF摄像模组发射的光线的角度小于预设阈值，所述广角被定义为所述TOF摄像模组发射的光线的角度大于预设阈值。

换句话说，当所述第一激光光源31开启时，所述TOF摄像模组的所述第一激光光源31发射第一角度的光线，其中所述第一角度小于所述预设阈值，以满足小角度的拍摄需求。当所述第二激光光源32开启时，所述TOF摄像模组的所述第二激光光源32发射第二角度的光线，以满足广角的摄像需求。因此，用户可以选择性地开启或关闭所述第一激光光源31或所述第二激光光源32，以兼容满足广角与小角度的摄像需求。也就是说，当各所述第一激光光源31同时开启而所述第二激光光源32未开启时，各所述第一激光光源31均发射所述第一发射角a的光线，由于各所述第一激光光源31对称地布置于所述接收模块20的两侧，这些光线朝向前方投射并最终形成由所述TOF摄像模组发射的所述第一角度的光线。相应地，当各所述第二激光光源32同时开启而所述第一激光光源31未开启时，各所述第二激光光源32均发射所述第二发射角b的光线，由于各所述第二激光光源32对称地布置于所述接收模块20的两侧，这些光线朝向前方投射并最终形成由所述TOF摄像模组发射的所述第二角度的光线。

值得一提的是，各所述第一激光光源31和各所述第二激光光源32均对称地布置于所述接收模块20的两侧，其中，所述第二激光光源32位于所述第一激光光源31远离所述接收模块20的一侧，即所述第一激光光源31位于所述接收模块20和所述第二激光光源32之间，或所述第二激光光源32位于所述第一激光光源31的外侧。当各所述第一激光光源31与各所述第二激光光源32均开启时，各所述第一激光光源31发射所述第一发射角a的光线，同时各所述第二激光光源32发射所述第二发射角b的光线，其中，所述第一激光光源31发射的所述第一发射角a的光线与所述第二激光光源32发射的所述第二发射角b的光线在远场处重叠，以重叠形成更高光强度的光，从而能够投射更远的距离，以满足远距离摄像需求。

更具体地，所述第一激光光源31发射的所述第一发射角a的光线形成第一光路301，其中所述第二激光光源32发射的所述第二发射角b的光线形成第二光路302，当所述第一激光光源31与所述第二激光光源32同时开启时，所述第一光路301与所述第二光路302在远场处重叠的位置形成一重叠光路303，其中所述重叠光路303的光强度大于所述第一光路301或所述第二光路302的光强度。

更进一步地，所述第一激光光源31所产生的激光和所述第二激光光源32所产生的激光在远场处重叠的位置与所述TOF摄像模组的所述接收模块20之间的距离范围为0.3m～20m。也就是说，所述第一光路301与所述第二光路302在所述TOF摄像模组的所述接收模块20的前方的0.3m至20m范围内重叠，换句话说，所述第三光路303位于在所述TOF摄像模组的所述接收模块20的前方的0.3m至20m(优选为0.3m至20m)范围内。

在一具体示例中，如图2、图3和图4所示，所述TOF摄像模组进一步包括壳体40和支撑单元50，其中所述接收模块20和所述支撑单元50均被安装于所述壳体40，所述投射模块30的各所述第一激光光源31和各所述第二激光光源32均被支撑于所述支撑单元50。各所述第一激光光源31和各所述第二激光光源32均对称地支撑于所述接收模块20的两侧，其中所述第二激光光源32位于所述第一激光光源31远离所述接收模块20的一侧，所述控制电路板10被安装于所述壳体40，所述接收模块20如接收模组。

进一步地，所述支撑单元50具有一安装孔51，其中所述接收模块20被安装于所述安装孔51，所述接收模块20具有预设的接收角c，其中所述接收角c与所述第一发射角a和所述第二发射角b并列地朝向前方，或者说，所述第一激光光源31发射所述第一发射角a的光线能够部分进入所述接收模块20的所述接收角c的范围内，其中，所述第二激光光源32发射所述第二发射角b的光线也能够部分进入所述接收模块20的所述接收角c的范围内，其中，所述第一激光光源31发射所述第一发射角a的光线与所述所述第二激光光源32发射所述第二发射角b的光线在远场处重叠形成的所述第三光路303也能够进入所述接收模块20的所述接收角c的范围内。优选地，各所述第一激光光源31与各所述第二激光光源32均分别平行排列于所述接收模块20的两侧，使得所述第三光路303恰好位于所述接收模块20的正前方，以提高摄像质量。可选地，所述接收角c大于等于所述第二发射角b。可选地，所述接收角c小于所述第二发射角b，大于所述第一发射角a。可选地，所述接收角c小于等于所述第一发射角a。在本实施例中，所述支撑单元50为支撑板或支撑架。

所述控制电路板10被配置为控制所述投射模块30在三种状态下切换，其中，当所述投射模块30处于第一状态时，所述第一激光光源31被同时激发以产生激光而所述第二激光光源32未被激发；当所述投射模块30处于第二状态时，所述第二激光光源32被同时激发以产生激光而所述第一激光光源31未被激发；当所述投射模块30处于第三状态时，所述第一激光光源31和所述第二激光光源32都被激发以产生激光并且所述第一激光光源31所产生的激光和所述第二激光光源32所产生的激光在远场处重叠。

也就是说，在所述第一状态，仅所述第一激光光源31开启，而所述第二激光光源32未被开启，所述TOF摄像模组的各所述第一激光光源31均投射所述第一发射角a的光线，并最终形成所述第一光路301，以满足小角度摄像需求。

在所述第二状态，仅所述第二激光光源32开启，而所述第一激光光源31未被开启，所述TOF摄像模组的各所述第二激光光源32均投射所述第二发射角b的光线，并最终形成所述第二光路302，以满足广角摄像需求。

在所述第三状态，所述第一激光光源31与所述第二激光光源32均被开启，其中，各所述第一激光光源31均投射所述第一发射角a的光线，并形成所述第一光路301，各所述第二激光光源32均投射所述第二发射角b的光线，并形成所述第二光路302，其中所述第一光路301与所述第二光路302在远场处重叠，形成更高光强度的所述第三光路303，以投射更远的距离，以满足远距离摄像需求。

进一步地，如图5所示，所述控制电路板10包括第一控制电路11和第二控制电路12，其中，所述第一控制电路11被配置为同时激发或关闭所述第一激光光源31，所述第二控制电路12被配置为同时激发或关闭所述第二激光光源32。在本实施例中，所述第一控制电路11与所述第二控制电路12之间相互独立。换句话说，用户可选择性地通过所述第一控制电路11独立控制所述第一激光光源31的开启或关闭，或者，用户可选择性地通过所述第二控制电路12独立控制所述第二激光光源32的开启或关闭，两者互不干扰，以可选择地应用上述三种状态中的任一一种。

更进一步地，所述第一控制电路11包括第一控制信号源111，第一驱动电路112和第一放大电路113，其中，所述第一控制信号源111被配置为生成第一触发信号；所述第一驱动电路112被配置为转化所述第一触发信号为第一电压信号；所述第一放大电路113被配置为将所述第一电压信号转化为第一电流信号，所述第一电流信号用于同时激发所述第一激光光源31。

同样地，所述第二控制电路12包括第二控制信号源121，第二驱动电路122和第二放大电路123，其中，所述第二控制信号源121被配置为生成第二触发信号；所述第二驱动电路122被配置为转化所述第二触发信号为第二电压信号；所述第二放大电路123被配置为将所述第二电压信号转化为第二电流信号，所述第二电流信号用于同时激发所述第二激光光源32。

在本优选实施例中，所述第一控制信号源111与所述第二控制信号源121均为LD信号源，其具有一定的频率和占空比，优选地，频率为2.8MHz，占空比为3％-5％，以适应性地调整所述投射模块30的所述第一激光光源31和所述第二激光光源32的发光功率和投射距离，以使所述TOF摄像模组满足不同的使用场景。所述第一驱动电路112和所述第二驱动电路122均为恒压驱动电路或脉冲电压驱动电路，换句话说，所述第一电压信号和/或所述第二电压信号为恒压信号或脉冲电压信号。所述第一放大电路113和所述第二放大电路123均为MOS管，其用于将小电压信号放大为大电流信号，换句话说，所述第一放大电路113将所述第一电压信号转化为放大的所述第一电流信号，所述第二放大电路123将所述第二电压信号转化为放大的所述第二电流信号。如图6所示为所述TOF摄像模组的一具体示例的所述控制电路板10的所述第一驱动电路11和所述第二驱动电路12的局部电路示意图。

更进一步地，所述投射模块30还包括具有第三发射角且对称地布置于所述接收模块20两侧的一组第三激光光源，所述第三激光光源用于被激发以投射第三发射角的光线。所述控制电路板10还包括一第三驱动电路，其中所述第三驱动电路被配置为独立地控制所述第三激光光源的开启或关闭。当所述第一激光光源31、所述第二激光光源32以及所述第三激光光源33被同时激发均产生激光时，所述第一激光光源31所产生的激光、所述第二激光光源32所产生的激光以及所述第三激光光源33所产生的激光在远场出重叠，以形成更高光强度的光，以投射更远地距离，甚至超过20m。

当然，所述第三发射角可大于所述第二发射角b，其中，所述第三激光光源位于所述第二激光光源32远离所述接收模块20的一侧，换句话说，所述第三激光光源位于所述第二激光光源32的外侧。可选地，所述第三发射角可小于所述第二发射角b，并大于所述第一发射角a，其中，所述第三激光光源位于所述第一激光光源31与所述第二激光光源32之间。可选地，所述第三发射角可小于所述第一发射角a，其中所述第三激光光源位于所述第一激光光源31靠近所述接收模块20的一侧。熟知本领域的人员可知，本实施例中，所述第一激光光源31、所述第二激光光源32、所述第三激光光源以及所述接收模块20之间的相对位置关系可以更加实际摄像需求被预设调整，在此不受限制。

更进一步地，所述第三控制电路包括第三控制信号源，第三驱动电路和第三放大电路，其中，所述第三控制信号源被配置为生成第三触发信号；所述第三驱动电路被配置为转化所述第三触发信号为第三电压信号；所述第三放大电路被配置为将所述第三电压信号转化为第三电流信号，所述第三电流信号用于同时激发所述第三激光光源。

同样地，所述第三控制信号源可以为LD信号源，所述第三驱动电路可以为恒压驱动电路或脉冲电源驱动电路，所述第三放大电路可以为MOS管。

进一步地，所述TOF摄像模组还包括电源，其中所述电源用于为所述投射模块30提供电量，其中所述电源可以为12V电源。

如图7示出了根据本申请较佳实施例的TOF摄像模组的驱动控制方法的方法流程图。如图7所示，根据本申请该较佳实施例的所述驱动控制方法，包括：

可选择地通过第一控制电路生成第一触发信号，以通过所述第一触发信号同时激发一组第一激光光源；

可选择地通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第二触发信号同时激发一组第二激光光源；以及

同时通过第一控制电路生成第一触发信号和通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第一触发信号和所述第二触发信号同时激发所述第一激光光源和所述第二激光光源，其中，所述第一激光光源和所述第二激光光源都被激发以产生激光并且所述第一激光光源所产生的激光和所述第二激光光源所产生的激光在远场处重叠。

在本申请的一实施例中，其中，可选择地通过第一控制电路生成第一触发信号，以通过所述第一触发信号同时激发所述第一激光光源，包括：

将所述第一触发信号转化为第一电压信号；以及

将所述第一电压信号转化为第一电流信号，其中，所述第一电流信号用于同时激发所述第一激光光源。

在本申请的一实施例中，其中，可选择地通过第二控制电路生成第二触发信号，以通过所述第二触发信号同时激发第二激光光源，包括：

将所述第二触发信号转化为第二电压信号；以及

将所述第二电压信号转化为第二电流信号，其中，所述第二电流信号用于同时激发所述第二激光光源。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。