本实用新型属于TOF技术领域，尤其涉及TOF电路模块及TOF模组。
背景技术：
随着光学测量以及计算机视觉的发展，光学三维测量技术逐渐成熟，已逐渐出现在手机等消费类电子行业，游戏娱乐、医疗护理、头戴式显示器、无人机、机器人等领域中，也成为当前测量领域中的热点，而这些应用过程都离不开3D摄像模组。
TOF（Time-Of-Flight，飞行时间）技术是众多三维光学测量技术中较为突出的一种。TOF技术的基本原理是，主动光源发射的光线经被测物体反射后被TOF设备捕获，而后TOF设备根据光线由发出至捕获的时间差或相位差来计算被测物体的距离，以产生深度信息。此外再结合传统的相机拍摄，就可以将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的图形方式呈现出来。
TOF深度相机是近些年发展起来的基于TOF技术的应用设备，其不仅能向传统的2D相机那样获得光线强度信息，还能实时获得感光器件上每个像素点到目标物体对应的距离。可是，随着智能设备的飞速发展，TOF深度相机在3D摄像等方面无法跟上智能设备的发展脚步，无法满足智能设备的需求。
现有的TOF深度相机的集成度低、功能单一，是存在的一个明显问题。以深度相机在识别检测中的应用为例，在检测识别过程中，TOF深度相加需要与扫描仪、信息处理设备等相配合，测量过程与成像相互分离，处理流程复杂，相应的硬件设备较多、完全不适于应用于现有的智能设备，尤其不能满足现有技术中智能设备的轻薄化发展，如手机、平板电脑等，不能满足用于安防监控、机器人、医疗生物领域需要配置体积较小的3D摄像模组。
发明专利申请CN105992960A公开了用于深度相机的VCSEL阵列，该申请附图4公开的VCSEL阵列与为该阵列提供电流的驱动器是设置在一块PCB板上，而深度图像传感器是与驱动器以及VCSEL阵列是分体式装配于热沉上。由于分体式装配使得TOF模组内需要为各分体装配件提供装配空间，并且各装配件彼此需要用连接线相连，无法优化TOF模组尺寸以及版图的合理排布。
发明专利申请CN106817794A公开了一种TOF电路模块及其应用。该申请通过将主动光源的驱动与控制电路与TOF电路相融合来解决额外采用驱动电路的问题。该申请仅仅提到将LED驱动器作为驱动电路集成在TOF电路模块，并未具体说明驱动电路和TOF电路模块如何实现一体化集成；并且该申请中提到的感光元件采用的是普通CMOS、CCD工艺传感器，其对近红外光谱的响应仍不够好，CCD像素点尺寸也不够小。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种空间识别精度高、尺寸小、近红外光谱辨别灵敏度高、全局快门曝光块、噪声干扰少的TOF电路模块及TOF模组。
根据上述目的，本实用新型提供一种TOF电路模块，包括
光源单元，用于提供主动光源给目标物；
感光处理单元，用于接收目标物的反射信号，以获得目标物距离所述电路模块的距离信息；
其中，所述光源单元和所述感光处理单元集成为一体。
作为本实用新型优选，所述光源单元包括光源驱动电路。作为本实用新型优选，所述光源驱动电路包括驱动器、开关电路；所述驱动器连接所述开关电路，所述开关电路用于连接TOF光源。
作为本实用新型优选，所述开关电路包括场效应晶体管。
作为本实用新型优选，所述光源单元还包括至少两电容，用于确保TOF光源工作时的峰值功率。
作为本实用新型优选，所述光源单元还包括TOF光源。
作为本实用新型优选，所述TOF光源为VCSEL。
作为本实用新型优选，所述感光处理单元包括感光子单元和图像处理子单元；所述感光子单元用于接收目标物的反射光信号，所述图像处理子单元对投射给目标物的入射光和发射光信号处理获得目标物距离所述电路模块的距离信息。
作为本实用新型优选，所述感光子单元包括CCD传感器。
作为本实用新型优选，所述感光子单元还包括电压缓冲电路，用于缓冲CCD传感器输出信号。
作为本实用新型优选，所述感光子单元还包括快门电路，用以进行SUB电子快门控制电平转换和嵌位电平控制。
作为本实用新型优选，所述快门电路包括具有互补的双信号的晶体管。
作为本实用新型优选，所述感光子单元还包括快门驱动电路，用以为所述快门电路提供驱动电压。
作为本实用新型优选，所述图像处理子单元包括模拟前端电路、深度信息图像处理器，所述模拟前端电路将感光子单元输出的模拟视频信号转换成数字视频信号后，发送给深度信息图像处理器。
作为本实用新型优选，所述TOF电路模块包括存储单元。
作为本实用新型优选，所述存储单元包括EEPROM芯片及其外围电路。
作为本实用新型优选，所述光源单元与所述感光处理单元设于具有软硬结合板与钢片设计的线路板上。
作为本实用新型优选，所述软硬结合板包括分别设于该软硬结合板头部和尾部的硬板、以及连接头部和尾部的软板连接带。
作为本实用新型优选，所述钢片设于所述软硬结合板的硬板处。
作为本实用新型优选，所述钢片设于所述软硬结合板头部的硬板处。
作为本实用新型优选，所述软硬结合板的硬板处开设有散热孔。
作为本实用新型优选，所述TOF电路模块还包括连接器，用于连接外部信号。
本实用新型还提供TOF模组，包括镜头组件，以及上述TOF电路模块；所述镜头组件将光线投射至所述TOF电路模块，以通过所述TOF电路模块获得距离信息。
本实用新型具有以下有益效果:
本实用新型TOF电路模块及TOF模组，将光源单元与感光处理单元集成为一体，具有图像分辨率高，噪声小，精度高，帧率高，高动态范围，探测距离远，尺寸小等优点。
附图说明
图1为本实用新型TOF电路模块的原理框图；
图2为本实用新型TOF电路模块中光源驱动电路的电路图；
图3为本实用新型TOF电路模块中感光子单元的电路图；
图4为本实用新型TOF电路模块中图像处理子单元和存储单元的电路图；
图5为本实用新型TOF电路模块中PCB线路的结构示意图；
图6为本实用新型TOF模组的侧视图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。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实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变型方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
TOF是目前3D深度相机采用的主要技术方案之一，具有延迟小、成本低的优势。TOF技术具有丰富的应用场景，在汽车、工业、人脸识别、健康、游戏、娱乐、电影特效、3D打印机和机器人等诸多领域都有应用。在一些具体的领域内，如游戏娱乐方面的动作姿势探测、表情识别；又如医疗护理方面的病人活动/状态监控、手术辅助、面部3D识别；又如头戴式显示器，结合TOF相机实现手势识别功能并提供虚拟和/或现实效果；又如无人机的智能跟随、人脸解锁、手势遥控；又如机器人在自动驾驶领域提供避障信息等方面，3D探测的图像分辨率、精度、探测距离都有较高要求。
目前，VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器）因具有较小的远场发散角，发射光束窄且圆，耦合效率高，可实现高封装密度和低阈值电流；有源区尺寸小，稳定好，寿命长等有点，作为光电子应用中的关键器件，与感光元件结合实现TOF技术。感光元件一般采用CMOS传感器，但其光学尺寸、像素大小均比CCD传感器的光学尺寸、像素大小大，且CMOS传感器的近红外光谱辨别的灵敏度、全局快门曝光较低于CCD传感器。为此，将VCSEL激光器结合CCD传感器来实现TOF技术方案。
在利用TOF技术的过程中，首先需要提供主动光源，以投射于被检测的物体。在现有技术中，这种主动光源通常是通过一传感器产生经过调制的近红外光。其中，提供的主动光源需要满足光源稳定性以及与TOF设备兼容配合应用这两点。一般光源采用LED，其需要LED驱动器或LED驱动电路来驱动控制其正常有效工作。为此，TOF模组需要布置两块区域，一块用于TOF电路模块，主要包含感光元件、深度信息图像处理器等，另一块用于驱动器或驱动电路。如发明专利申请CN105992960A中所公开的深度图像传感器是与驱动器以及VCSEL阵列是分体式装配于热沉上，这样TOF模组器件封装不够紧凑，尺寸也不能再优化变小。
由此，如图1，本实用新型TOF电路模块包括光源单元100和感光处理单元200，且所述光源单元100和所述感光处理单元200集成为一体。具体为，将所述光源单元100和所述感光处理单元200集成在一PCB电路板上。
所述光源单元100，用于提供主动光源给目标物。目标物将反射信号投射到所述感光处理单元200，所述感光处理单元200接收反射信号并进行处理，进而结合光信号以及反射信号分析、计算得到目标物的带有深度信息的图像信息。
所述光源单元100包括光源驱动电路，用于驱动光源产生调制光。图2示出了光源驱动电路的一实施方式，所述光源驱动电路包括驱动器、开关电路。所述驱动器经所述开关电路连接光源，该光源为内置于TOF电路模块内的光源，也可以是外置于TOF电路模块且在TOF模组上的光源，如所述TOF光源为VSCEL。为了实现TOF的远距离探测，所述驱动器U1采用双路5A高速低侧电源MOSFET驱动器。该驱动器的电源VDD端与接地端之间连接有电容，如图中并联有第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6。所述驱动器的输出端连接开关电路，所述开关电路可以包括场效应晶体管，如采用额定最大漏源电流11A，最大脉冲漏源电流88A的MOSFET管U2。如图中所示，所述驱动器的输出端连接所述场效应晶体管的栅极，所述场效应晶体管的漏极连接二极管D1的阴极，所述场效应晶体管的源极接地。所述二极管D1的阳极连接电源。为了确保VCSEL工作时的峰值功率，提高探测深度信息时的环境光亮，VCSEL连接电源的供电线上采用220uF钽固体第二电容C2和22uF陶瓷第一电容C1，且第一电容C1和第二电容C2相互并联。
所述光源单元100还包括调制器，调制所述LED驱动电路中LED驱动器的驱动频率，使得LED被驱动产生的光纤信号频率变化，从而改变所述TOF电路模组的可测量的工作距离。
所述感光处理单元200包括感光子单元和图像处理子单元。所述感光子单元用于接收来自目标物的反射信号，所述图像处理子单元用于分析、处理所述感光子单元接收到的光线信息。
所述感光子单元包括CCD传感器。虽然实用新型专利申请CN106817794A有提及CCD阵列，但该CCD阵列采用的是普通工艺传感器。而本实用新型采用的CCD传感器为Panasonic CCD Sensor：MN34906。选用的CCD传感器较普通工艺传感器而言，其近红外光谱有很好的响应，而且CCD像素点尺寸更小，对于相同封装大小的裸芯片CMOS传感器具有更高分辨率。CCD传感器负责图像采集，包括光电转换、像素帧读出与转移、电荷电压转换信号放大输出等操作过程。
如图3，所述感光子单元包括CCD传感器、电压缓冲电路、快门电路、快门驱动电路。所述CCD传感器U3分别连接所述电压缓冲电路和所述快门电路，所述快门电路连接所述快门驱动电路。所述电压缓冲电路用于缓存CCD图像传感器输出信号，其具体包括ADA缓冲器及其外围电路，CCD传感器芯片的输出端连接ADA缓冲器的输入端。所述快门电路进行SUB电子快门控制电平转换和嵌位电平控制，其具体包括具有互补的双信号的晶体管U5及其外围电路，所述CCD传感器芯片的SUBOUT端连接该晶体管U5的1、2、3引脚，晶体管U5的4、5、6引脚连接9V电源。例如，当该晶体管U5为两个三极管合成，即一三极管的发射极连接引脚1，基极连接引脚2，集电极连接引脚6，而另一三极管的发射极连接引脚4，基极连接引脚5，集电极连接引脚3。所述快门驱动电路包括驱动器U6及其外围电路,所述驱动器U6如低通道栅极驱动器，该驱动器连接所述快门电路，为快门电路的启动提供驱动电压。所述快门驱动电路与所述快门电路之间串联有第十二电阻R12、第十五电容C15、第三二极管D3。具体地，所述驱动器U6的输出端依次连接第十二电阻R12、第十五电容C15、第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接所述晶体管U5的第一引脚。
所述图像处理子单元包括模拟前端电路、深度信息图像处理器，所述模拟前端电路将感光子单元输出的模拟视频信号转换成数字视频信号后，经MIPI接口输出至深度信息图像处理器。图4示出了该图像处理子单元的示例性电路图。模拟前端电路采用ADDI9035/6的ADI AFE。该芯片为高集成度CCD信号处理器，包含45Mhz模拟前端(AFE)、一个可完全编程的时序发生器(ISATG)，一个6通道LD驱动器，一个12通道H驱动器和一个20通道V驱动器，可以实现对模拟前端系统和图像调节控制。
所述TOF电路模块还包括存储单元。所述存储单元包括RRPROM芯片及其外围电路（参照附图4）。配置的AFE的相关寄存器参数，CCD曝光时间可存储于该存储电路内，以便进行快门控制电平转换和嵌位电平控制，并精确控制CCD曝光时间。
所述TOF电路模块还包括控制单元（图中未示出）。所述控制单元控制所述光源单元和所述感光处理单元工作。所述光源单元中的光源驱动电路通信连接于所述控制单元，通过所述控制单元协调控制光源驱动电路与设备之间的交互工作。
所述TOF电路模块还包括接口单元（图中示出）。接口单元用于TOF电路模块内部设备与各种外围设备以串行方式通信以交换信息。外围设备可以是FLASHRAM、网络控制器、MCU等。所述接口单元包括SPI接口，使得TOF电路模块方便地传输数据，易与外部的控制主机建立通信。所述接口单元还包括电源接口，用于连接外部电源设备。
基于上述设计，实现VCSEL器件峰值功率输出，高精度时序脉冲控制CCD动作，所述光源单元100和所述感光处理单元200设于具有软硬结合板与钢片设计的线路板上，以满足工作时大电流通过和尽快散热。如图5，软硬结合板包括分别设于该软硬结合板头部41和尾部43的硬板、以及连接头部和尾部的软板连接带42。所述软硬结合板为多层，其中多层软硬结合板头部41为六层硬板，且背面开窗露铜接地处理，中间为四层软板连接带42，尾部43为六层硬板.所述钢片设于所述软硬结合板的硬板处，尤其是钢片以补强的方式与多层软硬结合板头部硬板背面相结合，增强抗静电效果，增大散热面积，实现优异的散热性能。为进一步提高散热性，在头部的钢片区域开设散热孔。FPC连接带可弯曲，可以为智能手机、平板电脑与数码相机等消费电子产品，以及可穿戴设备和其他移动设备带来更多功能的解决方案。如发明专利申请CN105992960A中所公开的线路板为硬板设计，不可弯曲，未详细考虑散热处理，在消费类电子设备中安装可能存在诸多不便。
如图6，本实用新型TOF模组将上述TOF电路模块与光学器件相结合形成模组化的TOF设备。所述TOF模组包括镜头组件20和TOF电路模块10。所述镜头组件安装于所述TOF电路模块上方，用于将入射于TOF模组的光线进行调制，使得经过目标物反射的光线射于TOF模组内，从而由光线信息得到目标的图像以及深度、距离的信息。所述TOF模组在实现被拍摄目标的图像摄取的同时能够得到目标的深度信息，从而实现3D摄像功能，而且所述TOF模组的电路模块的高度集成以及与光学器件的结构紧凑的布置，使得TOF模组得以实现模组化，适宜安装于不同尺寸以及功能需求的智能设备。
所述TOF模组在摄取所述目标的3D图像的具体原理如下：所述TOF电路模块10的光源单元中的光源驱动电路驱动光源30产生预定调制频率的光信号，并使其投射至目标物；投射至目标物的光信号经过目标物反射后得到反射信号；反射信号被TOF模组接收，通过所述镜头组件20进入所述TOF模组内部；所述TOF电路模块10的感光处理单元的感光子单元接收光线而感光，将光信号转变为电子信号；进一步，通过所述图像处理子单元对投射至目标物的入射光和反射光信号进行分析、处理，进而得到目标物的3D图像以及距离信息。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整有效地实现。本实用新型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，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。