飞行时间测距传感模组及终端的制作方法

1.本实用新型涉及测距传感技术领域，特别是涉及一种飞行时间测距传感模组及终端。


背景技术：

2.飞行时间(time of flight，简称tof)测距传感模组通过光发射器向目标物连续发送激光脉冲，并通过光接收器接收从目标物返回的激光脉冲，便可以获取激光脉冲的飞行时间，以利用激光脉冲的飞行时间结合激光脉冲的传播速度确定目标物至飞行时间测距传感模组的距离。
3.然而，随着飞行时间测距传感模组的尺寸进一步小型化，光发射器和光接收器之间的距离也越来越小，使得光发射器和光接收器之间容易出现串扰光信号，导致飞行时间测距传感模组的测距精准度变差。
4.现有技术中，光发射器和光接收器之间设有遮光板。处理器驱动光发射器出射测距光信号的时间作为第一计时信号；在光接收器接收测距光信号照射至目标物后的反射光信号时，处理器生成第二计时信号。这样处理器根据前述第一计时信号和第二计时信号之间的时间差，可以确定目标物的深度信息。但是，通过此方法得到的第一计时信号，因受到环境温度和电路结构的影响会发生变化，使得目标物的距离检测精度变差。


技术实现要素：

5.基于此，本实用新型实施例提供了一种飞行时间测距传感模组及终端，能够提升飞行时间测距传感模组的测距精准度。
6.本实用新型实施例提供了一种飞行时间测距传感模组。该飞行时间测距传感模组包括：光发射器、光接收器、遮光板和处理器。光发射器用于出射测距光信号至目标物。光接收器与光发射器之间具有间隔。光接收器包括分区域设置的触发部和传感部。遮光板设置于光接收器与光发射器之间的间隔内，用于遮挡光发射器和光接收器之间的串扰光信号。遮光板上设有透光孔，所述透光孔用于使测距光信号的部分光信号传输至触发部。处理器与触发部、传感部分别连接。触发部用于接收测距光信号的部分光信号以使处理器生成第一计时信号。传感部用于接收测距光信号照射至目标物后的反射光信号以使处理器生成第二计时信号。处理器用于根据第一计时信号和第二计时信号之间的时间差，确定目标物的深度信息。
7.在一些实施例中，飞行时间测距传感模组还包括：底座和盖板。底座用于承载光发射器和光接收器。盖板与底座对扣设置，盖板上设有与光发射器相对的第一透光部，以及与光接收器相对的第二透光部。遮光板还位于底座和盖板围成的容置空间内。测距光信号穿过第一透光部传输至目标物，且测距光信号的部分光信号被盖板反射至透光孔，并穿过透光孔传输至触发部。测距光信号照射至目标物后的反射光信号穿过第二透光部传输至传感部。
8.可选的，遮光板与底座之间具有间隙。
9.可选的，遮光板与盖板之间具有间隙。
10.在一些实施例中，遮光板与底座可移动连接；遮光板用于在光发射器和光接收器之间移动。如此，遮光板与触发部之间的距离可调，有利于在装配飞行时间传感模组的过程中调节遮光板在底座上的位置，以合理调试测距光信号被反射至透光孔内的部分光信号的能量，从而确保触发部接收到能量合适并稳定的光信号以使处理器生成准确的第一计时信号。
11.在另一些实施例中，遮光板与底座一体成型；或，遮光板与盖板一体成型。
12.在一些实施例中，透光孔的轴心线与水平面的夹角范围包括：0
°
～45
°
。
13.在一些实施例中，透光孔沿其轴心线方向虚拟延长的部分与触发部相交。如此，测距光信号的部分光信号可以通过透光孔对准传输至触发部，以具备较高的光传输效率并确保处理器能够及时生成准确的第一计时信号。
14.在一些实施例中，透光孔的孔径的取值范围包括：0.2mm～0.8mm。
15.在一些实施例中，遮光板的厚度的取值范围包括1mm～3mm。
16.本实用新型实施例还提供了一种终端，包括如上任一实施例所述的飞行时间测距传感模组。
17.在本公开实施例提供的飞行时间测距传感模组及终端中，光接收器包括触发部和传感部。如此，利用触发部接收测距光信号的部分光信号，可以将该部分光信号作为触发信号，使处理器准确生成第一计时信号。然后，利用传感部接收测距光信号传输至目标物后的反射光信号，可以将该反射光信号作为终止信号，使处理器准确生成第二计时信号。基于此，处理器根据第一计时信号和第二计时信号之间的时间差，可以准确确定目标物的深度信息。由于触发部和传感部集成于光接收器，即位于相同的环境中，因此处理器所对应生成的第一计时信号和第二计时信号，不易受环境因素或光发射器发热温度的影响，从而可以确保处理器精准获取目标物的深度信息。
18.并且，本公开实施例在光发射器和光接收器之间设置遮光板，可以利用遮光板对光发射器和光接收器之间的串扰光信号进行有效遮挡，例如避免光发射器出射的测距光信号在经由盖板反射和/或漫反射之后传输至光接收器的传感部导致处理器生成错误的第二计时信号，从而避免串扰光信号对飞行时间测距传感模组的测距产生不良影响。
19.此外，遮光板上设有透光孔，利用透光孔可以确保光发射器出射的测距光信号的部分光信号能够穿过透光孔及时传输至触发部，以使处理器及时生成第一计时信号。因此，本公开实施例在飞行时间测距传感模组中设置具有透光孔的遮光板，可以在不影响光接收器的触发部接收测距光信号以确保处理器及时生成第一计时信号的基础上，有效隔绝光发射器和光接收器之间绝大部分的串扰光信号对传感部的感光产生串扰，从而有利于提升飞行时间测距传感模组的测距精准度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。
21.图1为一实施例中提供的一种飞行时间测距传感模组的结构示意图；
22.图2为图1所示的飞行时间测距传感模组中i区域的放大示意图；
23.图3为一实施例中提供的另一种飞行时间测距传感模组的结构示意图；
24.图4为一实施例中提供的又一种飞行时间测距传感模组的结构示意图；
25.图5为一实施例中提供的又一种飞行时间测距传感模组的结构示意图；
26.图6为一实施例中提供的又一种飞行时间测距传感模组的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.100-飞行时间测距传感模组，1-底座，2-盖板，21-第一透光部，
29.22-第二透光部，10-处理器，3-光发射器，4-光接收器，
30.41-触发部，42-传感部；5-遮光板，6-透光孔，
31.l-光发射器和光接收器之间的间隔，t-遮光板的厚度，
32.d-透光孔的孔径，α-透光孔的轴心线与水平面的夹角。
具体实施方式
33.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
35.在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由
……
组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
36.应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本实用新型的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。
37.还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。
38.此外，在说明书中，短语“平面示意图”是指当从上方观察目标部分时的附图，短语“截面示意图”是指从侧面观察通过竖直地切割目标部分截取的剖面时的附图。
39.此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
40.飞行时间(time of flight，简称tof)测距传感模组可以用于实现对被测物体的三维结构或三维轮廓的测量，以获得灰度图像和距离图像，从而能够被广泛应用于体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3d建模等诸多领域。
41.请参阅图1、图2和图3，本公开实施例提供了一种飞行时间传感模组100。飞行时间传感模组100包括：对扣设置的底座1和盖板2，以及设置于底座1和盖板2围成的容置空间内的光发射器3、光接收器4和处理器10。
42.底座1用于承载光发射器3和光接收器4，底座1例如为电路板或集成有电路板的支撑座。处理器10可以集成于底座1的电路板上，例如设置于底座1的内部或者底座1的表面上。处理器10例如为激光测距芯片。
43.盖板2与底座1对扣设置，盖板2可以与底座1可拆卸连接或固定连接。盖板2上设有与光发射器3相对的第一透光部21，以及与光接收器4相对的第二透光部22。第一透光部21和第二透光部22可以为透光孔，或者为透光镜等具有光聚焦功能和较高透光率的光学元件。
44.光发射器3用于出射测距光信号至目标物，光发射器3例如为激光发射器，特别是近红外激光发射器。光发射器3出射的测距光信号通常具有一定的发散角，例如20
°
到30
°
。如此，光发射器3出射的测距光信号的大部分信号能够透过盖板2上的第一透光部21出射，而少部分信号会在盖板2和底座1围成的容置空间内发生反射和/或漫反射。
45.光接收器4与光发射器3之间具有间隔l。光接收器4包括分区域设置的触发部41和传感部42。触发部41和传感部42分别与处理器10连接。处理器10可以设置于光接收器4的正下方。触发部41用于接收测距光信号的部分光信号以使处理器10生成第一计时信号t0，第一计时信号t0例如为计时触发信号。传感部42用于接收测距光信号照射至目标物后的反射光信号以使处理器10生成第二计时信号t1，第二计时信号t1例如为计时停止信号。处理器10用于根据第一计时信号t0和第二计时信号t1之间的时间差，确定目标物的深度信息，也即目标物至飞行时间测距传感模组100的距离。
46.此处，可以理解的是，光接收器4的触发部41和传感部42例如为光电传感器或图像传感器，二者主要用于接收光信号并将光信号转换为电信号输出。触发部41和传感部42分别位于光接收器4的不同区域。可选的，触发部41的感光面积小于传感部42的感光面积。触发部41可以设置于传感部42的任一侧。例如图1中所示，触发部41位于传感部42的左侧；或者，例如图3中所示，触发部41位于传感部42的右侧。
47.请继续参阅图1和图3，飞行时间传感模组100还包括：位于底座1和盖板2围成的容置区域内的遮光板5。遮光板5用于遮挡光发射器3和光接收器4之间的串扰光信号，遮光板5还设置于光接收器4与光发射器3之间的间隔l内。遮光板5上设有透光孔6，该透光孔6用于使测距光信号的部分光信号传输至触发部41。可选的，遮光板5为金属板或塑料板。
48.由上，光发射器3发射的测距光信号可以穿过第一透光部21传输至目标物，且该测距光信号的部分光信号可以被盖板2反射至透光孔6，并穿过透光孔6传输至触发部41。测距光信号照射至目标物后的反射光信号可以穿过第二透光部22传输至传感部42。
49.本公开实施例中，光接收器4包括触发部41和传感部42。如此，利用触发部41接收测距光信号的部分光信号，可以将该部分光信号作为触发信号，使处理器10准确生成第一计时信号t0。然后，利用传感部42接收测距光信号传输至目标物后的反射光信号，可以将该反射光信号作为终止信号，使处理器10准确生成第二计时信号t1。基于此，处理器10根据第一计时信号t0和第二计时信号t1之间的时间差，可以准确确定目标物的深度信息。由于触发部41和传感部42集成于光接收器4，即位于相同的环境中，因此处理器10所对应生成的第一
计时信号t0和第二计时信号t1，不易受环境因素或光发射器3发热温度的影响，从而可以确保处理器10精准获取目标物的深度信息。
50.并且，本公开实施例在光发射器3和光接收器4之间设置遮光板5，可以利用遮光板5对光发射器3和光接收器4之间的串扰光信号进行有效遮挡，例如避免光发射器3出射的测距光信号在经由盖板2反射和/或漫反射之后传输至光接收器4的传感部42，以导致处理器10生成错误的第二计时信号，从而避免串扰光信号对飞行时间测距传感模组100的测距产生不良影响。
51.此外，遮光板5上设有透光孔6，利用透光孔6可以确保光发射器3出射的测距光信号的部分光信号能够穿过透光孔6及时传输至触发部41，以使处理器10及时生成第一计时信号t0。因此，本公开实施例在飞行时间测距传感模组100中设置具有透光孔6的遮光板5，可以在不影响光接收器4的触发部41接收测距光信号以确保处理器10及时生成第一计时信号t0的基础上，有效隔绝光发射器3和光接收器4之间绝大部分的串扰光信号对传感部42的感光产生串扰，从而有利于提升飞行时间测距传感模组100的测距精准度。
52.可以理解的是，第一计时信号t0的生成需要具备一定能量的光信号，例如该部分光信号的能量大于或等于106ppm。基于此，透光孔6的形状、孔径以及其在遮光板5上的设置位置，可以根据触发部41对光信号能量的需求、触发部41的设置位置、触发部41的感光面积、底座1和盖板2围成的容置空间的大小、光发射器3出射光信号的发散角、光发射器1和触发部41之间的距离、遮光板5的厚度、以及遮光板5至触发部41的距离等因素综合确定。
53.示例的，请参阅图1和图2，光发射器1和触发部41之间的距离的取值范围包括3.5mm～6mm，例如为3.5mm、4mm、5mm或6mm。遮光板5的厚度t的取值范围包括1mm～3mm，例如为1mm、1.5mm、2mm或3mm。光发射器3出射的测距光信号的发散角β包括20
°
到30
°
，例如为20
°
、22
°
、26
°
或30
°
。但并不仅限于此。
54.示例的，请参阅图2，透光孔6为圆形孔，透光孔6的孔径d的取值范围包括0.2mm～0.8mm，例如为0.2mm、0.5mm、0.6mm或0.8mm。但并不仅限于此，透光孔6还可以采用方形孔、其他规则形状孔、其他非规则形状孔或缝隙等任一允许光信号传输通过的结构。相应的，透光孔6的横截面面积可以根据其单位面积允许传输的光信号能量确定。
55.示例的，请参阅图2，透光孔6的轴心线与水平面的夹角α范围包括0
°
～45
°
，例如为0
°
、15
°
、20
°
、25
°
、30
°
、40
°
或45
°
等。但并不仅限于此。
56.在一个具体的示例中，光发射器3出射的测距光信号的发散角β为26
°
。光发射器1和触发部41之间的距离为4mm。透光孔6的轴心线与水平面的夹角α为30
°
。
57.示例的，如图2所示，透光孔6沿其轴心线方向虚拟延长的部分与触发部41相交。如此，测距光信号的部分光信号在被盖板2反射至透光孔6后，可以通过透光孔6对准传输至触发部41，以具备较高的光传输效率并及时生成准确的第一计时信号。
58.在一些实施例中，请参阅图1，遮光板5与底座1可移动连接；遮光板5用于在光发射器3和光接收器4之间移动，例如沿x-x’方向移动。
59.可选的，遮光板5与底座1之间设有平移机构7。平移机构7的结构可以根据实际需求选择设置，例如采用导轨-滑块移动副。本公开实施例对此不作限定，以能实现遮光板5与底座1之间的相对移动为限。
60.本公开实施例中，遮光板5与底座1可移动连接，使得遮光板5与触发部41之间的距
离可调，有利于在装配飞行时间传感模组100的过程中调节遮光板5在底座1上的位置，以合理调试测距光信号被反射至透光孔6内的部分光信号的能量，从而确保触发部41接收到能量合适并稳定的光信号以使处理器10生成准确的第一计时信号t0。
61.此外，请继续参阅图1，遮光板5与底座1可移动连接，遮光板5的顶部可以与盖板2相抵。如此，遮光板5能够有效封闭光发射器3和光接收器4之间的空间，以最大程度的隔绝串扰光信号。
62.当然，在另一些示例中，遮光板5的顶部与盖板2之间具有间隙，也可以利用该间隙传输测距光信号的部分光信号至触发部41，从而增强触发部41所能接收到的光信号能量，以使处理器10生成准确且稳定的第一计时信号t0。此外，在遮光板5的顶部预留与盖板2之间的间隙，也可以降低遮光板5顶部对工艺精度的需求，并易于组装盖板2和底座1。
63.在另一些实施例中，请参阅图3和图4，遮光板5与底座1固定连接，例如焊接、铆接或胶粘接等。示例的，遮光板5与底座1一体成型，可以简化飞行时间传感模组100的装配工艺，以提高生产效率。
64.此外，可选的，如图3所示，遮光板5的顶部与盖板2相抵。如此，遮光板5能够有效封闭光发射器3和光接收器4之间的空间，以最大程度的隔绝串扰光信号。
65.可选的，如图4所示，遮光板5的顶部与盖板2之间具有间隙，利用该间隙可以传输测距光信号的部分光信号至触发部41，从而增强触发部41所能接收到的光信号能量，以使处理器10生成准确且稳定的第一计时信号t0。此外，在遮光板5的顶部预留与盖板2之间的间隙，也可以降低遮光板5顶部对工艺精度的需求，并易于组装盖板2和底座1。
66.在又一些实施例中，请参阅图5和图6，遮光板5与盖板2固定连接，例如焊接、铆接或胶粘接等。示例的，遮光板5与盖板2一体成型，可以简化飞行时间传感模组100的装配工艺，以提高生产效率。
67.可选的，如图5所示，遮光板5的底部与底座1相抵。如此，遮光板5能够有效封闭光发射器3和光接收器4之间的空间，以最大程度的隔绝串扰光信号。
68.可选的，如图6所示，遮光板5的底部与底座1之间具有间隙，利用该间隙可以传输测距光信号的部分光信号至触发部41，从而增强触发部41所能接收到的光信号能量，以使处理器10生成准确且稳定的第一计时信号t0。此外，在遮光板5的底部预留与盖板2之间的间隙，也可以降低遮光板5底部对工艺精度的需求，并易于组装盖板2和底座1。
69.由上可知，遮光板5与底座1之间，和/或，遮光板5与盖板2之间均可以设置有间隙。间隙的形状和尺寸可以根据实际需求选择设置，以能传输测距光信号的部分光信号至触发部41为限。
70.本实用新型实施例还提供了一种终端，包括如上任一实施例所述的飞行时间测距传感模组。所述终端例如为深度相机、虚拟现实设备、3d场景重建设备、手机等具备飞行时间测量功能的任意电子设备。本公开实施例中，终端所能实现的技术效果与前述一些实施例中的飞行时间传感模组相同，此处不再详述。
71.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。