TOF测距系统及可移动平台的制作方法

本发明实施例涉及测距领域，尤其涉及一种tof测距系统及可移动平台。

背景技术：

目前可移动平台(例如无人飞行器、探测机器人等)设置有探测设备，探测设备用于探测可移动平台周围的障碍物，以免可移动平台撞向周围的障碍物。

飞行时间测距法(timeofflight,简称tof)是一种常用的测距方法，tof测距方法包括相位调制法，相位调制法指的是可移动平台上的tof测距系统的光源发射一个振幅调制的连续光信号，该光源通常为发光二极管(lightemittingdiode，简称led)，当连续光信号照射到可移动平台周围的障碍物时，障碍物向tof测距系统返回反射光信号，tof测距系统根据反射光信号的相位，计算障碍物与可移动平台之间的距离。

但是在tof测距系统,一方面随着测量距离的增加，返回的光信号强度降低导致接收器接收到的光信号强度不足，另一方面，为了得到足够的光信号强度，需要增加积分时间，此时消耗的电功率和光功率都会提高。因此，目前tof测距系统只能检测较近的障碍物，无法检测较远距离的障碍物。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种tof测距系统及可移动平台，以提高tof测距系统的测距范围。

本发明实施例的一个方面是提供一种tof测距系统，包括：发光器、接收器、控制器和光学系统；其中，

发光器，用于发射光信号；

接收器，用于接收由目标对象反射的光信号；

所述控制器，用于根据所述发光器发射的光信号和所述接收器接收到的由目标对象反射的光信号，确定所述目标对象与所述测距系统之间的距离；

所述光学系统包括如下至少一种：

第一光信号处理装置，所述发光器发射的光信号经过所述第一光信号处理装置以提高所述发光器发射的光信号的辐射功率密度；

第二光信号处理装置，由目标对象反射的光信号经过所述第二光信号处理装置以提高所述接收器接收到的目标对象反射的光信号强度。

本发明实施例的另一个方面是提供一种tof测距系统，包括：发光器、接收器、控制器和外部驱动电路；其中，

发光器，用于发射光信号；

接收器，用于接收由目标对象反射的光信号；

所述控制器，用于根据所述发光器发射的光信号和所述接收器接收到的由目标对象反射的光信号，确定所述目标对象与所述测距系统之间的距离；

所述外部驱动电路，用于增大所述发光器的输出功率。

本发明实施例的另一个方面是提供一种可移动平台，包括：上述任一项所述的tof测距系统。

本实施例提供的tof测距系统及可移动平台，通过在该tof测距系统中设置光学系统，光学系统包括第一光信号处理装置和第二光信号处理装置中的至少一个，使得tof测距系统中的发光器发射的光信号经过第一光信号处理装置，和/或tof测距系统中的接收器通过第二光信号处理装置接收由目标对象反射的光信号，第一光信号处理装置能够提高发光器发射的光信号的辐射功率密度，第二光信号处理装置能够提高接收器接收到的目标对象反射的光信号强度，通过提高发光器发射的光信号的辐射功率密度，和/或提高接收器接收到的目标对象反射的光信号强度，可提高tof测距系统的信噪比，使得tof测距系统可检测到距离tof测距系统较远的目标对象，从而提高了tof测距系统的测距范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图2为现有技术中发光器发射光信号的示意图；

图3为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图4为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图5为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图6为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图7为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图8为现有技术中接收器接收光信号的示意图；

图9为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图10为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图11为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图12为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图13为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图14为现有技术中tof测距系统的结构图；

图15为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；

图16为本发明实施例提供的发光器的驱动电流和发光强度的关系图；

图17为本发明另一实施例提供的tof测距系统的结构图；

图18为本发明实施例提供的无人飞行器的结构图。

附图标记：

11-发光器12-接收器13-控制器

14-光学系统15-目标对象141-第一光信号处理装置

142-第二光信号处理装置21-发光二极管

22-平面31-第一汇聚透镜41-反射镜

51-第一光阑91-第二汇聚透镜92-滤光片

131-第二光阑151-驱动源152-控制电路

150-外接电源16-外部驱动电路161-外部驱动电源

162-开关元件163-电阻

17-电阻163与开关元件162连接的一端100-无人飞行器

107-电机106-螺旋桨117-电子调速器

118-飞行控制器108-传感系统110-通信系统

102-支撑设备104-拍摄设备112-地面站

114-天线116-电磁波119-tof测距系统

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图1为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图。如图1所示，tof测距系统包括：发光器11、接收器12、控制器13和光学系统14，光学系统14包括第一光信号处理装置141和第二光信号处理装置142中的至少一种，在本实施例中，光学系统14包括第一光信号处理装置141和第二光信号处理装置142，在其他实施例中，光学系统14包括第一光信号处理装置141和第二光信号处理装置142中的任意一个。

本实施例提供的tof测距系统可以设置在可移动平台上，该可移动平台包括如下至少一种：无人飞行器、可移动机器人、车辆。tof测距系统用于检测可移动平台周围的目标对象，该目标对象可以是障碍物或感兴趣的目标，该tof测距系统具体用于检测目标对象与该tof测距系统之间的距离，并根据目标对象与该tof测距系统之间的距离，确定目标对象与可移动平台之间的距离。

发光器11用于发射光信号，具体的，发光器11可以是发光二极管(lightemittingdiode，简称led)或激光二极管(laserdiode，简称ld)。当发光器11发射的光信号照射到可移动平台周围的目标对象时，目标对象向tof测距系统返回反射光信号，tof测距系统中的接收器12用于接收由目标对象反射的光信号，可选的，接收器12包括感光元件，所述感光元件包括如下至少一种：光电二极管、雪崩光电二极管、电荷耦合元件。

如图1所示，控制器13分别与发光器11和接收器12连接，且控制器13根据发光器11发射的光信号和接收器12接收到的由目标对象15反射的光信号，确定目标对象15与tof测距系统之间的距离。具体的，控制器13用于确定发光器11发射的光信号和接收器12接收到的由目标对象15反射的光信号之间的相位差，并根据该相位差确定目标对象15与tof测距系统之间的距离。

在本实施例中，发光器11发射的光信号经过第一光信号处理装置141射向目标对象15，第一光信号处理装置141所起的作用是提高发光器11发射的光信号的辐射功率密度，可选的，第一光信号处理装置141具有光信号汇聚的功能，即第一光信号处理装置141能够对发光器11发射的光信号进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，从而提高发光器11发射的光信号的辐射功率密度。

例如图2所示，发光器11为发光二极管21，发光二极管led通常是一个发散的光源，该led发射的光信号为发散的光束。在没有第一光信号处理装置141的情况下，假设led的发光功率为p，该led发射的光信号的发散角为θ,在距离该led为d、垂直于led的光轴的平面22上，该led的光束投射形成的光斑的半径为r，r根据如下公式(1)确定：

r＝dtan(θ)(1)

另外，该led发射的光信号的辐射功率密度e根据如下公式(2)确定：

为了提高led发射的光信号的辐射功率密度e，本实施例在led前面设置第一光信号处理装置141，使得led发射的光信号经过第一光信号处理装置141射向平面22，第一光信号处理装置141能够对led发射的光信号进行汇聚，在led的发光功率p不变的情况下，第一光信号处理装置141可以减小led发射的光信号的发散角θ，以增大该led发射的光信号的辐射功率密度e。

另外，发光器11发射的光信号经过第一光信号处理装置141射向目标对象15后，目标对象15向tof测距系统返回反射光信号，目标对象15反射的光信号被光学系统14中的第二光信号处理装置142接收，且目标对象15反射的光信号经过第二光信号处理装置142后被接收器12接收，接收器12将目标对象15反射的光信号发送给控制器13，控制器13根据发光器11发射的光信号和接收器12接收到的由目标对象15反射的光信号，确定目标对象15与tof测距系统之间的距离。其中，第二光信号处理装置142所起的作用是提高接收器12接收到的目标对象15反射的光信号强度。可选的，第二光信号处理装置142能够对目标对象15反射的光信号进行汇聚，使目标对象15反射的光信号中能有更多的光信号被接收器12所接收，从而提高接收器12接收到的目标对象15反射的光信号强度。

可选的，目标对象15为障碍物，障碍物反射的光信号为反射光束，障碍物对光信号的反射可以被认为是朗伯反射，该障碍物的反射光束分布在π的立体角内，如果不设置第二光信号处理装置142，障碍物的反射光束中只有一小部分的反射光束会被接收器12所接收，本实施例通过在接收器12前面设置第二光信号处理装置142，第二光信号处理装置142能够对障碍物的反射光束进行汇聚，使障碍物的反射光束中能有更多的反射光束被接收器12所接收，从而提高接收器12接收到的障碍物反射的光信号强度。

本实施例提供的tof测距系统，通过在该tof测距系统中设置光学系统，光学系统包括第一光信号处理装置和第二光信号处理装置中的至少一个，使得tof测距系统中的发光器发射的光信号经过第一光信号处理装置，和/或tof测距系统中的接收器通过第二光信号处理装置接收由目标对象反射的光信号，第一光信号处理装置能够提高发光器发射的光信号的辐射功率密度，第二光信号处理装置能够提高接收器接收到的目标对象反射的光信号强度，通过提高发光器发射的光信号的辐射功率密度，和/或提高接收器接收到的目标对象反射的光信号强度，可提高tof测距系统的信噪比，使得tof测距系统可检测到距离tof测距系统较远的目标对象，从而提高了tof测距系统的测距范围。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图3为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图4为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图5为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图6为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图7为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图。

在本实施例中，图1所示实施例中的第一光信号处理装置141包括第一汇聚透镜、反射镜和第一光阑中的至少一种。如图3-7所示，11表示发光器，发光器11可以是发光二极管，也可以是激光二极管，22表示垂直于发光器11的光轴的平面，该平面可以作为目标对象的表面。

另外，在其他实施例中，第一光信号处理装置141可以同时包括第一汇聚透镜和反射镜，或者，第一光信号处理装置141可以同时包括第一汇聚透镜和第一光阑。

具体的，第一光信号处理装置141可以有如下几种形式：

第一种：

如图3所示，第一光信号处理装置141具体为第一汇聚透镜31，第一汇聚透镜31与平面22之间的距离为d，第一汇聚透镜31包括如下至少一种：平凸透镜、双凸透镜、透镜组合。第一汇聚透镜31具有光信号汇聚的功能，即第一汇聚透镜31能够对发光器11发射的光信号进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，如图3所示，发光器11发射的光信号经过第一汇聚透镜31后，发光器11发射的光信号的发散角从图2所示的θ减小为图3所示的θ1，相应的，发光器11发射的光信号经过第一汇聚透镜31后投射在平面22上形成的光斑的半径为r1，在d较大的情况下，r1可近似根据如下公式(3)确定：

r1＝dtan(θ1)(3)

如图3所示，发光器11发射的光信号的辐射功率密度e1根据如下公式(4)确定：

比较图2和图3可知，增加第一汇聚透镜31之后，发光器11发射的光信号投射在平面22上形成的光斑的半径从r＝dtan(θ)减小到r1＝dtan(θ1)，相应的，发光器11发射的光信号的辐射功率密度从提高到若将与的比值作为发光器11发射的光信号的辐射功率密度的提升量m，则m可根据如下公式(5)确定：

例如，θ为10度，发光器11发射的光信号经过第一汇聚透镜31后，发光器11发射的光信号的发散角θ1减小为3度，则发光器11发射的光信号的辐射功率密度的提升量即e1是e的11.3倍。

另外，在本实施例中，发光器11的位置根据第一汇聚透镜31的后焦点来确定。可选的，发光器11位于第一汇聚透镜31的后焦点。

第二种：

如图4所示，第一光信号处理装置141具体为反射镜41，反射镜41的镜面为抛物面，该抛物面至少部分地包围发光器11。通常发光二极管发射的光信号具有较大的发散角，如图4所示的实线箭头1和2表示的光束，其发射的角度较大，当实线箭头1和2表示的光束射向反射镜41的抛物面后，反射镜41对该实线箭头1和2表示的光束进行反射，根据镜面的反射原理，实线箭头1表示的光束被反射为光束3，实线箭头2表示的光束被反射为光束4，光束3的发射角度比实线箭头1表示的光束的发射角度小，光束4的发射角度比实线箭头2表示的光束的发射角度小，可见，反射镜41具有光信号汇聚的功能，即反射镜41能够对发光器11发射的光信号进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，同理提高了发光器11发射的光信号的辐射功率密度。

另外，在本实施例中，反射镜41的抛物面的曲率根据如下至少一种参数确定：发光器11的大小、发光器11发射的光信号的能量分布。

第三种：

如图5所示，第一光信号处理装置141具体为第一光阑51，第一光阑51至少部分地套设在发光器11的周围，第一光阑51的通光孔的轴线与发光器11的光轴平行。如图5所示的实线箭头表示的光束射向第一光阑51后被第一光阑51的内壁阻挡，无法射出第一光阑51的通光孔，相比于图2，减小了发光器11发射的光信号投射在平面22上形成的光斑的半径。可见，第一光阑51也具有光信号汇聚的功能，即第一光阑51也能够对发光器11发射的光信号进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，同理提高了发光器11发射的光信号的辐射功率密度。具体的，第一光阑51可以是一个套筒，该套筒的横截面可以是圆形、矩形、正方形等。

另外，发光器11发射的光信号经过第一光阑51后的发散角根据如下至少一种参数确定：第一光阑51的长度、第一光阑51的通光孔的孔径、第一光阑51相对于发光器11的位置。此外，第一光阑51的大小还可以根据发光器11的大小确定。

第四种：

如图6所示，第一光信号处理装置141包括第一汇聚透镜31和反射镜41。如图3所示，例如，发光器11为发光二极管，通常发光二极管发射的光信号具有较大的发散角，如图3所示，发光器11发射的光信号中有部分光信号无法射向第一汇聚透镜31，例如箭头a和箭头b所示的光束，其发射的角度较大而无法射向第一汇聚透镜31，使得发光器11发射的光信号无法被有效利用，导致发光器11的发光功率的利用效率降低，同时，导致第一汇聚透镜31汇聚发光器11发射的光信号的效率下降，为了解决该问题，如图6所示，在图3的基础上，增设一个反射镜41，图6中的反射镜41与图4所示的反射镜41一致。例如，在图3中箭头a和箭头b所示的光束无法射向第一汇聚透镜31，在图6中箭头a和箭头b所示的光束射向反射镜41的抛物面后，反射镜41对箭头a和箭头b所示的光束进行反射，经过反射镜41反射后的光束可以射向第一汇聚透镜31，即反射镜41能将发光器11发射的大角度的光束反射成小角度的光束，以使发光器11发射的光束中能有更多的光束射向第一汇聚透镜31，使得发光器11发射的光信号能被有效利用，提高发光器11的发光功率的利用效率，同时，提高第一汇聚透镜31汇聚发光器11发射的光信号的效率。

第五种：

如图7所示，第一光信号处理装置141包括第一汇聚透镜31和第一光阑51。由于第一汇聚透镜31具有光信号汇聚的功能，即第一汇聚透镜31能够对发光器11发射的光信号进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，如图7所示，在图5的基础上，在发光器11的前面增设一个第一汇聚透镜31，发光器11发射的光信号首先经过第一光阑51进行汇聚，以减小发光器11发射的光信号的发散角，发光器11发射的光信号经过第一光阑51后，部分光信号被第一光阑51的内壁阻挡，无法射出第一光阑51的通光孔，射出第一光阑51的通光孔的光信号再次射向第一汇聚透镜31，第一汇聚透镜31对射出第一光阑51的通光孔的光信号进行再次汇聚。相比于图5中射出第一光阑51的通光孔的光信号的发散角，图7中透过第一汇聚透镜31的光信号的发散角较小，因此，增设第一汇聚透镜31后，可使发光器11发射的光信号的发散角进一步减小。

本实施例提供的tof测距系统，其第一光信号处理装置可以是第一汇聚透镜、反射镜和第一光阑中的至少一种，第一汇聚透镜、反射镜和第一光阑中的任意一种均能够对发光器发射的光信号进行汇聚，为减小发光器发射的光信号的发散角提供了多种实现方式；另外，第一光信号处理装置也可以是第一汇聚透镜和反射镜，反射镜能将发光器发射的大角度的光束反射成小角度的光束，以使发光器发射的光束中能有更多的光束射向第一汇聚透镜，使得发光器发射的光信号能被有效利用，提高发光器的发光功率的利用效率，同时，提高第一汇聚透镜汇聚发光器发射的光信号的效率；此外，第一光信号处理装置还可以是第一汇聚透镜和第一光阑，发光器发射的光信号首先经过第一光阑进行汇聚，以减小发光器发射的光信号的发散角，射出第一光阑的通光孔的光信号再次射向第一汇聚透镜，第一汇聚透镜对射出第一光阑的通光孔的光信号进行再次汇聚，以进一步减小发光器发射的光信号的发散角，从而进一步提高了发光器发射的光信号的辐射功率密度。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图9为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图。图3-图7所示的实施例通过减小发光器11发射的光信号的发散角，提高发光器11发射的光信号的辐射功率密度，以提高tof测距系统的信噪比，本实施例通过提高接收器12的接收孔径，来提高tof测距系统的信噪比。接收器12的接收孔径决定了接收器12接收到的目标对象15反射的光信号强度，如图8所示，12表示接收器，接收器12包括感光元件，所述感光元件包括如下至少一种：光电二极管、雪崩光电二极管、电荷耦合元件。15表示目标对象，该目标对象15可以是障碍物，障碍物反射的光信号为反射光束，障碍物对光信号的反射可以被认为是朗伯反射，该障碍物的反射光束分布在π的立体角内，如果不设置第二光信号处理装置142，障碍物的反射光束中只有一小部分的反射光束会被接收器12所接收，假设障碍物的反射光束中只有立体角为ω内的反射光束会被接收器12所接收，接收器12和目标对象15之间的距离为d，接收器12的面积为a，则ω、d和a之间的关系可通过如下公式(6)确定：

ω＝a/d²(6)

为了提高接收器12的接收孔径，本实施例在接收器12前面设置一个第二光信号处理装置142，如图9所示，第二光信号处理装置142包括第二汇聚透镜91，第二汇聚透镜91包括如下至少一种：平凸透镜、双凸透镜、透镜组合。第二汇聚透镜91具体用于提高接收器12的接收孔径，以提高接收器12接收到的目标对象15反射的光信号强度。第二汇聚透镜91的面积为a1，焦距为f，且第二汇聚透镜91的面积a1大于接收器12的面积a，如图9所示，在目标对象15反射的光信号中，凡是射向第二汇聚透镜91的光信号都会被第二汇聚透镜91聚焦在接收器12上，即目标对象15反射的光信号中立体角ω1内的光信号都会被接收器12所接收，假设第二汇聚透镜91和目标对象15之间的距离为d，则ω1、d和a1之间的关系可通过如下公式(7)确定：

ω1＝a1/d²(7)

由于第二汇聚透镜91的面积a1大于接收器12的面积a，则ω1大于ω，若接收器12的面积a为1平方毫米，第二汇聚透镜91的面积a1为100平方毫米，则ω1是ω的100倍，接收器12接收到的目标对象反射的光信号强度将有100倍的提升，即通过在接收器12前面增加第二汇聚透镜91，可提高接收器12的接收孔径，从而提高接收器12接收到的目标对象反射的光信号强度。

另外，在其他实施例中，接收器12的位置根据第二汇聚透镜91的后焦点来确定。可选的，接收器12位于第二汇聚透镜91的后焦点。

此外，在其他实施例中，第一汇聚透镜31和第二汇聚透镜91可以是相同的透镜，也可以是不同的透镜。

本实施例提供的tof测距系统，通过在接收器前面设置一个汇聚透镜，目标对象反射的光信号经过该汇聚透镜汇聚后被接收器所接收，该汇聚透镜的面积大于接收器的面积，使得目标对象反射的光信号中能有更多的光信号被接收器所接收，提高了接收器的接收孔径，从而提高了接收器接收到的目标对象反射的光信号强度，进一步提高了tof测距系统的信噪比，提高了tof测距系统的测量结果的精确度。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图11为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图12为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图；图13为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图。

如图10所示，在tof测距系统中，接收器12在接收第二汇聚透镜91汇聚的光信号的同时，还会接收到背景光，背景光是随机出现的，且接收器12可能会接收到各个方向上的背景光，背景光不仅会影响接收器12接收到的目标对象反射的光信号强度，同时背景光还会带来较大的噪声，对tof测距系统的测量结果造成较大的影响，从而降低tof测距系统的测量精确度，为了解决该问题，本实施例通过如下两种方式来限制接收器12所接收的背景光的强度，下面进行详细介绍：

第一种：

第二光信号处理装置142包括滤光片，如图11所示，滤光片92位于第二汇聚透镜91靠近接收器12的一侧，或者，如图12所示，滤光片92位于第二汇聚透镜91远离接收器12的一侧，如图11或12所示，滤光片92可滤除部分背景光，而让目标对象15反射的光信号通过，从而避免过多的背景光被接收器12所接收，提高接收到的光信号的信噪比。

另外，滤光片92的透过波长根据发光器11发射的光信号的波长确定。例如，发光器11发射的光信号的波长是850nm，则滤光片92的透过波长可以设置在830nm-870nm范围内。

第二种：

光学系统14还包括第二光阑，如图13所示，第二光阑131位于接收器12和第二汇聚透镜91之间，用于阻挡预设方向的背景光。由于背景光是随机出现的，且接收器12可能会接收到各个方向上的背景光，但是目标对象15反射的光信号的方向较为集中，如图13所示，目标对象15反射的光信号集中在立体角ω1内，本实施例可通过第二光阑131阻挡预设方向的背景光，该预设方向可以是目标对象15反射的光信号的方向，从而避免过多的背景光被接收器12所接收。另外，通过调整第二光阑131的大小调整第二光阑131阻挡的背景光的多少，通过调整第二光阑131的放置角度还可以调整该预设方向。

本实施例提供的tof测距系统，通过在第二汇聚透镜靠近接收器的一侧或第二汇聚透镜远离接收器的一侧放置滤光片，该滤光片可滤除部分背景光，而让目标对象反射的光信号通过，从而避免过多的背景光被接收器所接收，提高了接收器接收到的光信号的信噪比；另外，通过在接收器和第二汇聚透镜之间设置第二光阑，第二光阑用于阻挡预设方向的背景光，同样可避免过多的背景光被接收器所接收，从而降低了背景光对接收器接收目标对象反射的光信号强度的影响，同时，避免背景光带来的较大噪声，降低背景光对tof测距系统的测量结果造成的影响，进一步提高了tof测距系统的测量结果的精确度。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图15为本发明实施例提供的tof测距系统的结构图。在上述实施例的基础上，图1所示的控制器13，不仅能够根据发光器11发射的光信号和接收器12接收到的由目标对象15反射的光信号，确定目标对象15与tof测距系统之间的距离，还能够驱动发光器11按照预设的周期发射调制的光信号，同时，控制器13还能够控制发光器11发射的光信号的强度。如图14所示，控制器13内部设置有驱动电路，控制器13内置的驱动电路包括驱动源151和控制电路152，驱动源151连接有外接电源150，外接电源150提供恒定电压驱动该驱动源151，以使该驱动源151可以作为一个恒流源，此处的恒流源是指最高电流为固定值例如200ma，最小电流为0的电流，控制电路152可以包括控制器13内部的一个寄存器，该寄存器可对该恒流源进行脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，简称pwm)，以使流向发光器11的电流为脉冲电流，具体的，控制电路152可控制pwm波形的起始时刻、持续时间、占空比等参数。经过控制电路152控制后的脉冲电流流向发光器11，且在该脉冲电流为高电平时发光器11发射光信号，在该脉冲电流为低电平时发光器11不发射光信号，即控制器13控制发光器11进行开关调制发光。由于恒流源的最高电流固定，无法继续提升，导致如图14所示的发光器11输出的光功率固定，无法输出更高的光功率。发光器11可以是发光二极管(lightemittingdiode，简称led)或激光二极管(laserdiode，简称ld)。

针对上述问题，本实施例对如图14所示的电路进行了改进，如图15所示，在图14的基础上，tof测距系统还包括：外部驱动电路16，外部驱动电路16与控制器13和发光器11分别连接，用于增大发光器11的输出功率。具体的，外部驱动电路16包括外部驱动电源161，外部驱动电源161用于驱动发光器11，外部驱动电源161提供的电压大于外接电源150提供的电压，控制器13输出控制信号i，该控制信号i即为图14中流向发光器11的脉冲电流，与图14不同的是，该控制信号i不直接控制发光器11，而是控制外部驱动电路16。

如图15所示，外部驱动电路16包括开关元件162，发光器11与开关元件162连接；控制器13输出的控制信号i控制开关元件162，当控制器13输出的控制信号i为高电平时，开关元件162开启，当控制器13输出的控制信号i为低电平时，开关元件162断开，即当控制器13输出的控制信号i为高电平时，外部驱动电路16导通，当控制器13输出的控制信号i为低电平时，外部驱动电路16断开，从而实现了利用控制器13输出的控制信号i对外部驱动电路16的控制。在本实施例中，开关元件162包括如下至少一种：金属氧化物半导体场效应管、三极管、用于对所述发光器的发光作幅度调制的器件。可选的，开关元件162为金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxidesemi-conductorfieldeffecttransistor，简称mosfet)。

另外，外部驱动电路16还包括电阻163，电阻163与开关元件162连接；利用控制信号i控制开关元件162以实现对外部驱动电路16的控制包括：控制信号i加载在电阻163与开关元件162连接的一端17，利用控制信号i来控制开关元件162的断开或闭合来实现对外部驱动电路16的控制。具体的，控制信号i即控制器13输出的脉冲电流i流经电阻163后，在电阻163上形成分压u,分压u、脉冲电流i、电阻163的阻值r之间的关系根据如下公式(8)确定：

u＝i*r(8)

当控制器13输出的脉冲电流i为高电平时，该分压u大于mosfet的导通电压，使mosfet导通，此时外部驱动电路16导通，发光器11在外部驱动电源161的驱动下发光。

当控制器13输出的脉冲电流i为低电平时，脉冲电流i在电阻163上形成的分压u小于mosfet的导通电压，mosfet不导通，此时外部驱动电路16不导通，发光器11不发光，即控制器13输出的脉冲电流i通过控制开关元件162的断开或闭合来实现对外部驱动电路16的控制，从而使发光器11在外部驱动电源161的驱动下进行开关调制发光。由于外部驱动电源161提供的电压大于外接电源150提供的电压，则发光器11在外部驱动电源161的驱动下可输出更高的光功率，从而提高了接收器12接收到的光信号的信噪比，提高了接收器12接收到的光信号的功率，使得tof测距系统的测距范围更大、测量结果更精确。

此外，在其他实施例中，外部驱动电源161提供的电压大小可根据发光器11的伏安特性来调整，以使发光器11达到最大的输出功率，且不受控制器13内部设置的驱动电路的驱动能力的影响。

如图16所示，横轴表示流经发光器11的驱动电流i的大小，纵轴表示发光器11在驱动电流i驱动下的发光强度和ie的比值，此处，ie表示发光器11在100ma驱动下的标称发光功率。例如，控制器13输出的脉冲电流i的最高电流固定为200ma，在图14中，流经发光器11在脉冲电流i的最大值为200ma，根据图16可知，当驱动电流i为200ma时，发光器11的发光强度为2倍的ie。如图15所示，外部驱动电源161提供的电压固定为2.4v，通过发光器11的驱动电流为1a，根据图16可知，当驱动电流i为1a时，发光器11的发光强度为7倍的ie，相当于发光器11的发光功率提高了3.5倍。

本实施例提供的tof测距系统，通过在tof测距系统中增加外部驱动电路，外部驱动电路通过使用外部电源驱动电源可增大发光器的输出功率，具体的，外部驱动电路包括外部驱动电源和开关元件，由外部驱动电源驱动发光器，控制器输出的控制信号不直接控制发光器，而是控制开关元件的断开或闭合来实现对外部驱动电路的控制，从而使发光器在外部驱动电源的驱动下进行开关调制发光，由于外部驱动电源提供的电压驱动发光器可输出更高光功率的光信号，从而提高接收器接收到的光信号的信噪比，提高接收器接收到的光信号的光功率，使得tof测距系统的测距范围更大、测量结果更精确。

本发明实施例提供一种tof测距系统。图17为本发明另一实施例提供的tof测距系统的结构图。如图17所示，tof测距系统包括发光器11、接收器12、控制器13和外部驱动电路16，发光器11用于发射光信号；接收器12用于接收由目标对象反射的光信号；控制器13用于根据发光器11发射的光信号和接收器12接收到的由目标对象反射的光信号，确定目标对象与tof测距系统之间的距离；外部驱动电路16用于增大发光器11的输出功率。

如图15所示，外部驱动电路16包括外部驱动电源161，外部驱动电源161用于驱动发光器11。控制器13与外部驱动电路16连接，控制器13还用于输出控制信号，对外部驱动电路16进行控制。

外部驱动电路16包括开关元件162，发光器11与开关元件162连接；控制器13具体用于输出控制信号，利用控制信号控制开关元件162以实现对外部驱动电路16的控制。

另外，外部驱动电路16还包括电阻163，电阻163与开关元件162连接；利用控制信号控制开关元件162以实现对外部驱动电路16的控制包括：控制信号加载在电阻163与开关元件162连接的一端，利用控制信号来控制开关元件162的断开或闭合来实现对外部驱动电路16的控制。

可选的，开关元件162包括如下至少一种：金属氧化物半导体场效应管、三极管、用于对所述发光器的发光作幅度调制的器件。

控制器13具体用于确定发光器11发射的光信号和接收器12接收到的目标对象反射的光信号之间的相位差，根据所述相位差确定目标对象与所述测距系统之间的距离。

本发明实施例提供的外部驱动电路16的具体原理和实现方式均与图15所示实施例类似，此处不再赘述。

本发明实施例提供一种可移动平台，该可移动平台包括上述实施例所述的tof测距系统。该可移动平台包括无人飞行器。

本发明实施例提供一种无人飞行器。图18为本发明实施例提供的无人飞行器的结构图，如图18所示，无人飞行器100包括：机身、动力系统和控制设备118，所述动力系统包括如下至少一种：电机107、螺旋桨106和电子调速器117，动力系统安装在所述机身，用于提供飞行动力；控制设备118具体可以是飞行控制器。

另外，如图18所示，无人飞行器100还包括：传感系统108、通信系统110、支撑设备102、拍摄设备104、tof测距系统119，其中，传感系统用于检测所述无人飞行器的速度、加速度、姿态参数(俯仰角、横滚角、偏航角等)或者云台的姿态参数(俯仰角、横滚角、偏航角等)等，支撑设备102具体可以是云台，通信系统110具体可以包括接收机和/或发射机，接收机用于接收地面站112的天线114发送的无线信号，通信系统110也可以向地面站发送无线信号(例如图像信息、无人飞行器的状态信息等)，116表示通信系统110和天线114通信过程中产生的电磁波。

本发明实施例提供的tof测距系统119的具体原理和实现方式均与上述实施例的tof测距系统类似，此处不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。