一种通光带宽跟踪系统的制作方法

本实用新型公开了一种通光带宽跟踪系统，属于激光测距技术领域。

背景技术：

tof：timeofflight，飞行时间测距法，其原理是通过向目标物体打光，测量光在镜头和物体之间传输时间来测距。

vcsel：verticalcavitysurfaceemittinglaser，垂直腔面发射激光器，用于发出激光光束。

在tof测距系统中，tof相机通过测量同步触发的脉冲光源照射到被测空间后的光源反射时间来测量被测空间的点云3d数据，为了保证tof相机在测量过程中有足够好的信噪比（snr），需要光学系统尽量降低无效的环境背景光源强度，突出测量脉冲光源的信号。为此，在tof系统中，通常使用发光带宽较窄的vcsel激光光源，同时在tof相机的光学镜头中使用与激光光源中心波长相同、通光带宽相近的窄带滤光片，来滤除激光信号波长范围以外的无效光源。

但是，在实际的使用中，由于受到vcsel激光光源的批量一致性差异、激光光源工作时的中心波长温度漂移误差以及窄带滤光片的镀膜制造公差等因素的影响的原因，实际使用时窄带滤光片的带宽通常要比激光光源的发光带宽大5-10倍才能保证激光光源能够可靠的被tof摄像头接收到，并且，即使这样依然导致tof相机能够获得的信噪比相比理想的信噪比要低3db-5db。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种通光带宽跟踪系统，用于tof相机，可以大幅缩小tof相机窄带滤光片的通光带宽，使tof相机获得更好的图像信噪比。

本实用新型的一方面涉及一种通光带宽跟踪系统，包括激光灯和tof摄像头，所述激光灯上设有激光光源、光敏元件、第一滤光片和第一驱动装置，所述tof摄像头上设有第二滤光片和第二驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述第一滤光片调节角度，所述激光光源发出激光光束射至所述第一滤光片上，所述光敏元件位于所述激光光源一侧，所述光敏元件用于采集所述第一滤光片上的反射光束，所述第二驱动装置用于驱动所述第二滤光片调节角度，所述第二滤光片用于接收所述第一滤光片透射出的光束。

进一步地，所述第一驱动装置包括第一电机和第一传动轴，所述第一传动轴一端连接所述第一电机的输出轴，所述第一传动轴另一端连接所述第一滤光片。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二电机和第二传动轴，所述第二传动轴一端连接所述第二电机的输出轴，所述第二传动轴另一端连接所述第二滤光片。

进一步地，所述激光灯还包括灯壳和第一电路板，所述灯壳一侧设有第一安装槽，所述灯壳另一侧设有第二安装槽，所述第一安装槽与所述第二安装槽中部连通，所述第一滤光片设于所述第一安装槽内，所述第一电路板设于所述第二安装槽内，所述激光光源、光敏元件和第一电机均设于所述第一电路板上。

进一步地，所述第一安装槽与所述第二安装槽之间的灯壳上设有贯通第一安装槽与第二安装槽的螺孔，所述第一传动轴的外侧设有螺纹结构，所述第一传动轴穿过所述螺孔，第一传动轴的外侧的螺纹结构与所述螺孔螺纹连接。

进一步地，所述tof摄像头还包括摄像头外壳和第二电路板，所述摄像头外壳上设有相互连通的第一安装孔和第二安装孔，所述第二电路板设于所述第二安装孔中，所述第二滤光片设于所述第一安装孔中，所述第二电机设于所述第二电路板上。

进一步地，所述tof摄像头还包括图像传感器、支撑座和透镜，所述图像传感器设于所述第二电路板上朝向所述第二滤光片一侧，所述支撑座罩设于所述图像传感器外侧，所述支撑座的一端抵接所述第二电路板，所述支撑座的另一端固定设置所述透镜。

进一步地，所述第一滤光片和所述第二滤光片设为相同光学特性的窄带滤光片。

进一步地，所述激光光源设为vcsel激光光源。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过改变第一滤光片上的入射光的入射角度，以获得反射光强度为谷值时第一滤光片上入射光最佳的入射角度，此时入射光在第一滤光片上的投射效果最佳；根据所述谷值时对应第一滤光片调节的角度值进行调节所述第二滤光片的相等的角度，从而在所述第二滤光片上获得佳的入射光效果。本实用新型用于tof相机，可以大幅缩小tof相机窄带滤光片的通光带宽，使tof相机获得更好的图像信噪比。

附图说明

图1为本实用新型所述的窄带滤光片的通光带通中心波长随入射角度变化的趋势图；

图2为本实用新型所述的激光灯的爆炸图；

图3为本实用新型所述的激光灯的截面图；

图4为本实用新型所述的tof摄像头的爆炸图；

图5为本实用新型所述的tof摄像头的截面图。

各部件名称及其标号

1：第一滤光片；

2：灯壳；

3：激光光源；

4：光敏元件；

5：第一传动轴；

6：第一电机；

7：第一电路板；

8：第二滤光片；

9：摄像头外壳；

10：透镜；

11：第二传动轴；

12：第二电机；

13：支撑座；

14：图像传感器；

15：第二电路板；

21：第一安装槽；

22：第二安装槽；

81：第一安装孔；

82：第二安装孔。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例

请参照附图1-5所示，本实用新型的实施例公开一种通光带宽跟踪系统，所述系统包括激光灯和tof摄像头，所述激光灯用于发射激光光束，所述tof摄像头用于接收所述激光光束，所述激光灯上设置所述第一滤光片1，所述tof摄像头上设置所述第二滤光片8。

所述激光灯由灯壳2、第一电路板7、激光光源3、光敏元件4、第一电机6和第一滤光片1，所述灯壳2一侧设有第一安装槽21，所述灯壳2另一侧设有第二安装槽22，所述第一安装槽21与所述第二安装槽22中部连通，且所述第一安装槽21与所述第二安装槽22之间的灯壳2上设有贯通第一安装槽21与第二安装槽22的螺孔，所述激光光源3、光敏元件4及第一电机6均设于所述第一电路板7同一侧上，所述第一电机6的输出轴上设有第一传动轴5，所述第一传动轴5的外侧设有螺纹结构；所述第一电路板7以设有所述激光光源3、光敏元件4及第一电机6的一侧朝向第一安装槽21的方式嵌入所述所述第二安装槽22中，并通过螺栓固定，且所述第一传动轴5穿过所述螺孔，第一传动轴5的外侧的螺纹结构与所述螺孔螺纹连接，所述激光光源3和所述光敏元件4均正对所述第一安装槽21与所述第二安装槽22中部连通的位置，所述第一滤光片1嵌设于所述第一安装槽21中，所述第一传动轴5的外端与所述第一滤光片1一侧连接。

所述第一电机6和所述第一传动轴5组成所述第一驱动装置。所述第一驱动装置驱动调节所述第一滤光片1的角度，所述光敏元件4采集第一滤光片1上的反射光以测得反射光强度。所述第一驱动装置的工作原理为：第一电机6旋转带动第一传动轴5转动，因此第一传动轴5的外侧的螺纹结构与所述螺孔相对旋转，使所述第一传动轴5相对所述灯壳2升降，从而带动所述第一滤光片1一侧的升降，完成对第一滤光片1角度的调节。当第一电机6正转时，所述第一传动轴5跟随正转，从而第一传动轴5上升，以顶起所述第一滤光片1一侧；当第一电机6反转时，所述第一传动轴5跟随反转，从而第一传动轴5下降，以降低所述第一滤光片1一侧。在控制及记录所述第一滤光片1的调节角度值时，只需记录第一传动轴5旋转的度数即可，比如，第一传动轴5正转两圈，记录为第一传动轴5旋转720度；第一传动轴5反转两圈，记录为第一传动轴5旋转-720度。

所述tof摄像头由摄像头外壳9、图像传感器14、支撑座13、透镜10、第二电路板15、第二滤光片8、第二电机12和第二传动轴11组成。所述摄像头外壳9上设有相互连通的第一安装孔81和第二安装孔82，所述图像传感器14和所述第二电机12设于所述第二电路板15上，所述第二电路板15设于所述第二安装孔82中，且所述第二电机12和所述图像传感器14朝向所述第一安装孔81一侧，所述支撑座13罩设于所述图像传感器14外侧，支撑座13的一端抵接所述第二电路板15，支撑座13的另一端固定设置所述透镜10，所述第二滤光片8嵌设于所述第一安装孔81中，所述第二传动轴11设于所述第二电机12的输出轴上，第二传动轴11的一端连接所述第二电机12的输出轴，其另一端连接于所述第二滤光片8一侧。

所述第二电机12和所述第二传动轴11组成所述第二驱动装置，所述第二驱动装置驱动调节所述第二滤光片8的角度。所述第二驱动装置的工作原理可参照所述第一驱动装置，此处不再赘述。

工作时，所述激光光源3发出光束照射至所述第一滤光片1上，在本实施例中，所述激光光源3采用vcsel激光光源，这些照射光束照在第一滤光片1上有些透过第一滤光片1射出，有些无法透过第一滤光片1则反射折回。另外，设置在第一电路板7上的光敏元件4用于采集这些反射光，从而计算出反射光的强度大小，反射光强度越大，则反射光越多，进而透射光则越少。并且，通过不断改变第一滤光片1的角度，使反射光和透射光的比例不断变化，在这个过程中，会经历一个反射光最多和最少的两个状态，分别记录该两个状态时第一滤光片1的角度值，可以理解的是，当反射光处于最少的状态时，此时投射光最多，即此时照射到第一滤光片1上的入射光的波长接近第一滤光片1在该角度状态下的中心波长，并记录该中心波长的相对值。然后系统根据该中心波长的相对值计算出第二滤光片8上最佳的入射光接收角度，并根据计算值进行调节第二滤光片8的角度，使得第二滤光片8上入射光的透射性达到最好。

基于上述系统，本实施公开一种通光带宽跟踪方法，所述方法包括：发射入射光到第一滤光片1上，同时检测第一滤光片1上的反射光强度；将第一滤光片1上的出射光经过被测物体反射到第二滤光片8上；通过调节第一滤光片1的角度以改变第一滤光片1上入射光的入射角度，获得第一滤光片1上的反射光强度的峰值和谷值；根据所述谷值时对应第一滤光片1调节的角度进行调节所述第二滤光片8的角度；将第一滤光片1固定在所述谷值时对应的角度，将第二滤光片8固定在调节后的角度，在所述第二滤光片8上获得佳的入射光效果。

所述第一滤光片1及所述第二滤光片8均采用窄带滤光片，窄带滤光片在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的5%以下。通常，窄带滤光片的通光带通中心波长是按照入射光线垂直入射时的状态来设计的，其带通特性如图1曲线一所示；当入射角改变时，其带通中心波长会发生偏移，但是其带通宽度不会改变，如图1曲线二所示。

本方法根据获得的第一滤光片1上的反射光强度的谷值说明在对应的入射角度时，第一滤光片1上光通过的最多、阻挡的最少，从而定性的判断出该入射光的中心波长，进而可计算出第二滤光片8最佳的入射角度。

通过本方法，可使第二滤光片8以最佳的入射角度接收入射光，因此在选用第二滤光片8时可选用通光带宽与入射光中心波长相匹配的的窄带滤光片，无需过多的增加第二滤光片8的通光带宽。

需要说明的是，所述第一滤光片1和所述第二滤光片8具有相同的光学特性，所述第二滤光片8调节的角度与所述谷值时对应1调节的角度值相等。当所述第一滤光片1和所述第二滤光片8的光学特性不完全一致时，同样可根据计算得出第二滤光片8相应的最佳的入射角度。

在本方法中，所述发射到第一滤光片1上的入射光为激光光束，所述激光光束是采用vcsel激光光源发出的。

在本方法中，所述调节第一滤光片1的角度的方法包括：通过第一传动轴5旋转以驱动第一滤光片1发生角度偏转。因为第一滤光片1调节的角度范围比较小，直接调整角度并记录角度值时其精度比较难控制，因此通过使用第一传动轴5旋转的方式间接地驱动并进行调节第一滤光片1的角度，以记录第一传动轴5旋转的角度间接地记录为第一滤光片1的调整角度，可提高对第一滤光片1调整角度的精准控制及精准记录。同理，所述调节第二滤光片8的角度的方法包括：通过第二传动轴11旋转以驱动第二滤光片8发生角度偏转。

本方法用于tof相机，可以大幅缩小tof相机窄带滤光片的通光带宽，使tof相机获得更好的图像信噪比。

综上所述，本实用新型通过改变第一滤光片1上的入射光的入射角度，以获得反射光强度为谷值时第一滤光片1上入射光最佳的入射角度，此时入射光在第一滤光片1上的投射效果最佳；根据所述谷值时对应第一滤光片1调节的角度值进行调节所述第二滤光片8的相等的角度，从而在所述第二滤光片8上获得带宽最窄的入射光。本实用新型用于tof相机，可以大幅缩小tof相机窄带滤光片的通光带宽，使tof相机获得更好的图像信噪比。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。