一种高频驱动电路、激光投射模组及深度相机的制作方法

一种高频驱动电路、激光投射模组及深度相机
【技术领域】
1.本技术涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种高频驱动电路、激光投射模组及深度相机。


背景技术：

2.相关技术中，激光投射模组作为深度相机的核心组成部分，其通常包括激光源和驱动电路；其中，激光源由单颗vcsel(vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器)构成，驱动电路用于对激光源进行低频(比如30hz或60hz)、恒流驱动以使激光源发射激光。
3.对于激光源而言，由于其采用单颗vcsel的结构形式，所以其无法很好地兼顾近距(小于1m)与中远距(大于1m且小于或等于10m)的激光照射，即如果优先考虑近距的散斑效果所设计出的激光投射模组，在实际应用中若以该激光投射模组进行中远距的照射，那么便会出现中远距散斑点亮度小且密度过于稀疏的现象；如果优先考虑中远距的散斑效果所设计出的激光投射模组，在实际应用中若以该激光投射模组进行近距的照射，那么便会出现近距散斑点能量过大且密度过密的现象。由此，对深度相机的深度效果造成了不良的影响。
4.对于驱动电路而言，由于其采用低频、恒流的驱动方式，所以其容易导致vcsel发热集中，不能及时地散热，从而缩短了vcsel的使用寿命；此种情况下，为了保证vcsel的使用寿命，可以降低vcsel的电流，但是这同时也会降低vcsel的激光能量，使得vcsel无法再进行中远距的激光照射，也就是说vcsel的工作距离将会受到限制。
5.因此，有必要对上述激光投射模组的结构进行改进。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种高频驱动电路、激光投射模组及深度相机，旨在解决相关技术中激光投射模组无法很好地兼顾近距与中远距激光照射的问题。
7.为了解决上述技术问题，本技术实施例第一方面提供了一种用于驱动光源的高频驱动电路，包括分别与所述光源连接的供电电路和控制电路，其中：
8.所述供电电路，用于为所述光源提供工作电压；其中，所述光源至少包括第一子光源和第二子光源；
9.所述控制电路，用于通过产生具有不同特征值的脉宽调制信号的方式对所述光源的驱动电流进行动态调节，以控制所述光源在不同照射模式下发光；其中，在近距照射模式下控制所述第一子光源和所述第二子光源中的任一子光源发光，在中距照射模式下控制所述第一子光源与所述第二子光源交替发光，在远距照射模式下控制所述第一子光源和所述第二子光源同时发光。
10.本技术实施例第二方面提供了一种激光投射模组，包括光源和本技术实施例第一方面所示出的高频驱动电路；其中，高频驱动电路连接于光源，且光源至少包括第一子光源
和第二子光源。
11.本技术实施例第三方面提供了一种深度相机，包括本技术实施例第二方面所述的激光投射模组。
12.从上述描述可知，与相关技术相比，本技术的有益效果在于：当需要进行近距的激光照射时，可以通过控制电路控制第一子光源和第二子光源中的任一子光源发光，并通过控制电路产生具有不同特征值(比如频率和占空比等)的脉宽调制信号，以对发光的子光源的驱动电流进行动态调节，使得散斑点能量小、数量少；当需要进行中距的激光照射时，可以通过控制电路控制第一子光源与第二子光源交替发光，并通过控制电路产生具有不同特征值的脉宽调制信号，以对第一子光源和第二子光源的驱动电流进行交替的动态调节，使得散斑点能量适中、数量适中；当需要进行远距的激光照射时，可以通过控制电路控制第一子光源和第二子光源同时发光，并通过控制电路产生具有不同特征值的脉宽调制信号，以对第一子光源以及第二子光源的驱动电流进行同时的动态调节，使得散斑点能量大、数量多。由此可见，本技术能够很好地兼顾近距、中距与远距的激光照射，从而保证了深度相机的深度效果。
【附图说明】
13.为了更清楚地说明相关技术或本技术实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本技术实施例的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技术的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。
14.图1为本技术实施例提供的高频驱动电路的模块框图；
15.图2为本技术实施例提供的高频驱动电路的电路结构示意图；
16.图3为本技术实施例提供的不同工作方式下高频驱动电路中相关元器件所输出的信号的电平状态示意图。
【具体实施方式】
17.为了使本技术的目的、技术方案以及优点更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例以及相应的附图，对本技术进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本技术的各个实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术，也即基于本技术的各个实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，下面所描述的本技术的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
18.本技术实施例提供了一种高频驱动电路，该高频驱动电路可以与光源电性连接以构成激光投射模组，而所构成的激光投射模组可以应用于深度相机。
19.图1为本技术实施例提供的高频驱动电路的模块框图。本技术实施例提供的高频驱动电路用于对光源300进行驱动，且包括供电电路100和控制电路200；其中，供电电路100和控制电路200分别连接于光源300，且光源300至少包括第一子光源d1和第二子光源d2。优选地，本实施例中的第一子光源d1和第二子光源d2可以均采用vcsel，且可以均为共阴极驱
动，即第一子光源d1与第二子光源d2的阴极共接地，如此设置的散热效果更好。需要说明的是，本实施例中的光源300至少包括第一子光源d1和第二子光源d2，各子光源均可由单颗光源(比如单颗vcsel)组成和/或光源阵列(比如包括多颗vcsel的vcsel阵列)组成；此外，本技术实施例仅以第一子光源d1和第二子光源d2为例进行说明，对此不作任何限制。
20.具体地，供电电路100用于为光源300提供工作电压，即为第一子光源d1和第二子光源d2提供工作电压。控制电路200用于通过产生具有不同特征值的脉宽调制信号的方式动态调节光源300的驱动电流，从而控制光源300在不同的照射模式下发光；其中，在近距照射模式下可以控制第一子光源d1和第二子光源d2中的任一子光源发光，在中距照射模式下可以控制第一子光源d1与第二子光源d2交替发光，在远距照射模式下可以控制第一子光源d1和第二子光源d2同时发光。需要说明的是，本技术实施例中脉宽调制信号的特征值可以包括但不限于频率和占空比。
21.在一个实施例中，近距照射模式、中距照射模式及远距照射模式的照射范围不重叠或存在部分重叠。具体地，当不同照射模式的照射范围不重叠时，近距照射模式照射范围的上限阈值小于中距照射模式照射范围的下限阈值，中距照射模式照射范围的上限阈值小于远距照射模式照射范围的下限阈值。需要说明的是，在中距照射模式下第一子光源d1与第二子光源d2交替发光，使得第一子光源d1与第二子光源d2的电流可以错开，不仅能够提升散热效果，还能够降低整机功耗，同时这也意味着第一子光源d1与第二子光源d2交替发光的工作模式将会更加实用。
22.在一个实施例中，近距照射模式指的是通过光源300进行近距离的激光照射；中距照射模式指的是通过光源300进行中距离的激光照射；远距照射模式指的是通过光源300进行远距离的激光照射。作为一种示例，近距照射模式下的照射范围可以为(0m,1m]，中距照射模式下的照射范围可以为(1m,5m]，远距照射模式下的照射范围可以为(5m,10m]；其中，近距照射模式下照射范围的上限阈值为1m，其小于中距照射模式下照射范围的下限阈值(无限接近于1m，但是始终大于1m)；中距照射模式下照射范围的上限阈值为5m，其小于远距照射模式下照射范围的下限阈值(无限接近于5m，但是始终大于5m)。
23.进一步地，在控制电路200可以产生脉宽调制信号调制光源300的驱动电流的前提下，当需要进行近距的激光照射时，可以通过控制电路200控制第一子光源d1和第二子光源d2中的任一子光源发光，以使散斑点能量小、数量少；当需要进行中距的激光照射时，可以通过控制电路200控制第一子光源d1与第二子光源d2交替发光，以使散斑点能量适中且便于光源300散热；在需要进行远距的激光照射时，可以通过控制电路200控制第一子光源d1和第二子光源d2同时发光，以使散斑点能量大、数量多。由此可见，本技术实施例能够很好地兼顾近距、中距与远距的激光照射，从而保证了深度相机的深度效果。
24.作为一种实施方式，图2为本技术实施例提供的高频驱动电路的电路结构示意图。供电电路100可以包括电源110、降压支路120、第一晶体管q1和第二晶体管q2；其中，第一晶体管q1和第二晶体管q2的漏极分别连接于降压支路120，降压支路120连接于电源110，第一晶体管q1的源极用于连接第一子光源d1，第二晶体管q2的源极用于连接第二子光源d2，第一晶体管q1和第二晶体管q2的栅极分别连接于控制电路200。此外，上述提及的第一子光源d1与第二子光源d2采用共阴极驱动，但是实际上第一子光源d1与第二子光源d2也可以采用共阳极驱动，共阳极驱动相对比较简单，仅需调整第一晶体管q1、第二晶体管q2与第一子光
源d1、第二子光源d2的位置即可。
25.具体地，电源110用于提供输入电压。降压支路120用于对输入电压进行降压，并将降压后的输入电压作为光源300的工作电压，即降压支路120将降压后的输入电压传输至第一子光源d1和第二子光源d2。作为一种示例，电源110可以通过其usb(universal serial bus，通用串行总线)上的vbus线提供+5v的输入电压，降压支路120可以将+5v的输入电压降压至+2.6v以作为光源300的工作电压；当然，降压支路120具体将输入电压降低多少是以光源300的实际工作情况，以及第一晶体管q1和第二晶体管q2的漏源电压压降为依据的。此外，由于本实施例中的第一晶体管q1和第二晶体管q2均由控制电路200输出的高频脉冲信号驱动，所以第一晶体管q1和第二晶体管q2应当采用支持高频脉冲驱动的n-mos管(即n型金属氧化物半导体场效应晶体管)，且所采用的n-mos管的漏源电阻、总栅电荷及栅漏电荷分别小于相应的预设阈值，这就意味着所采用的n-mos管具有低的漏源电阻、总栅电荷及栅漏电荷。
26.在本实施方式中，当控制电路200控制第一子光源d1发光时，控制电路200控制第一晶体管q1处于导通状态；当控制电路200控制第二子光源d2发光时，控制电路200控制第二晶体管q2处于导通状态。可以理解的是，在需要进行近距的激光照射时，通过控制电路200控制第一晶体管q1和第二晶体管q2中的任一晶体管处于导通状态，使得第一子光源d1和第二子光源d2中的任一子光源发光；在需要进行中距的激光照射时，通过控制电路200控制第一晶体管q1与第二晶体管q2交替处于导通状态，使得第一子光源d1与第二子光源d2交替发光；在需要进行远距的激光照射时，通过控制电路200控制第一晶体管q1与第二晶体管q2同时处于导通状态，使得第一子光源d1和第二子光源d2同时发光。
27.作为另一种实施方式，仍然参阅图2，供电电路100除了包括上述实施方式中的电源110、降压支路120、第一晶体管q1和第二晶体管q2以外，还可以包括限流支路130，且限流支路130连接于电源110和降压支路120，即限流支路130连接在电源110与降压支路120之间；其中，电源110通过限流支路130向降压支路120提供输入电压。
28.具体地，限流支路130用于在第一子光源d1和/或第二子光源d2的电流大于预设的安全保护阈值时，控制降压支路120处于关闭状态；其中，关闭状态指的是降压支路120无法对输入电压进行降压，也无法为第一子光源d1和第二子光源d2提供工作电压。可以理解的是，限流支路130在本实施方式中起安全保护的作用，当第一子光源d1和/或第二子光源d2的电流大于预设的安全保护阈值时，说明第一子光源d1和/或第二子光源d2出现异常，此时限流支路130会控制降压支路120处于关闭状态，使得第一子光源d1和第二子光源d2缺少工作电压的支持(即无法发光)，从而实现了安全保护功能，并且此安全保护功能属于纯硬件控制，其不需要额外的固件干预。
29.应当理解的是，上述两个实施方式仅作为本技术实施例的优选实现，并非是本技术实施例对供电电路100的具体构成的唯一限定；对此，本领域技术人员可以在本技术实施例的基础上，根据实际应用场景进行灵活设定。
30.作为一种实施方式，仍然参阅图2，控制电路200可以包括微控制支路210和驱动支路220；其中，微控制支路210连接于驱动支路220，驱动支路220连接于第一晶体管q1和第二晶体管q2的栅极。需要说明的是，本实施例中的微控制支路210可以为mcu(micro control unit，微控制单元)或asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)；
其中，当微控制支路210的固件跑飞时也会导致第一子光源d1和/或第二子光源d2的电流过大(即大于预设的安全保护阈值)，由此便会触发限流支路130的安全保护操作。
31.在一个实施例中，微控制支路210用于提供脉宽调制信号给驱动支路220，微控制支路210可以通过安装固件的方式调节脉宽调制信号的特征值(即频率和占空比)，以动态调控光源300的驱动电流，即基于脉宽调制(pmw)原理，通过改变脉宽调制信号脉宽的方式可使微控制支路210输出的能量提高，当输出能量提高时，微控制支路210输出的电压也随之升高，也就是说，在一定频率下，通过不同的占空比可得到不同的输出电压，从而可改变光源300的驱动电流。具体地，驱动支路220用于根据脉宽调制信号输出高频脉冲信号至第一晶体管q1和/或第二晶体管q2的栅极，以实现对第一晶体管q1和/或第二晶体管q2的驱动。其中，脉宽调制信号至少包括第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2，高频脉冲信号至少包括第一脉宽调制信号pwm1相应的第一高频脉冲信号out_a和第二脉宽调制信号pwm2相应的第二高频脉冲信号out_b。
32.可以理解的是，微控制支路210产生的脉宽调制信号的数量与子光源的数量相对应，其至少产生的第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2的频率、占空比均可以被调节，由此可以针对不同的激光照射距离(即近距、中距或远距)对第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2的频率、占空比进行调节，从而调控光源300的驱动电流以改变散斑亮度，提高散斑区域与非散斑区域之间的对比度，使得散斑亮度适应当前的照射模式，从而提升了散斑点的信噪比，降低了整机功耗。
33.在本实施方式中，当控制第一子光源d1发光时，驱动支路220通过输出第一高频脉冲信号out_a控制第一晶体管q1处于导通状态；当控制第二子光源d2发光时，驱动支路220通过输出第二高频脉冲信号out_b控制第二晶体管q2处于导通状态。可以理解的是，在需要进行近距的激光照射时，通过驱动支路220输出第一高频脉冲信号out_a和第二高频脉冲信号out_b中的任一高频脉冲信号，以控制第一晶体管q1和第二晶体管q2中的任一晶体管处于导通状态，使得第一子光源d1和第二子光源d2中的任一子光源发光；在需要进行中距的激光照射时，通过驱动支路220交替输出第一高频脉冲信号out_a和第二高频脉冲信号out_b，以控制第一晶体管q1与第二晶体管q2交替处于导通状态，使得第一子光源d1与第二子光源d2交替发光；在需要进行远距的激光照射时，通过驱动支路220同时输出第一高频脉冲信号out_a和第二高频脉冲信号out_b，以控制第一晶体管q1与第二晶体管q2同时处于导通状态，使得第一子光源d1和第二子光源d2同时发光。
34.作为另一种实施方式，仍然参阅图2，控制电路200除了包括上述实施方式中的微控制支路210和驱动支路220以外，还可以包括电压转换支路230，且电压转换支路230连接于微控制支路210和驱动支路220，即电压转换支路230连接在微控制支路210与驱动支路220之间。
35.具体地，电压转换支路230用于将微控制支路210产生的脉宽调制信号(即第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2)传输至驱动支路220，以及在传输过程中对脉宽调制信号的电压进行转换。在一个示例中，微控制支路210产生的脉宽调制信号的电压可以为1.8v，电压转换支路230可以将脉宽调制信号的电压升高至3.3v，从而实现了电压的转换功能。
36.作为又一种实施方式，仍然参阅图2，控制电路200除了包括上述两个实施方式中
的微控制支路210、驱动支路220和电压转换支路230以外，还可以包括电子开关支路240，且电子开关支路240连接于微控制支路210和电压转换支路230，即电子开关支路240连接在微控制支路210与电压转换支路230之间；其中，微控制支路210产生的脉宽调制信号(即第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2)经由电子开关支路240和电压转换支路230传输至驱动支路220。
37.具体地，微控制支路210还用于提供第三脉宽调制信号pwm3给电子开关支路240。电子开关支路240用于根据第三脉宽调制信号pwm3对驱动支路220输出的高频脉冲信号(即第一高频脉冲信号out_a和第二高频脉冲信号out_b)的波形进行调控。比如，将第一高频脉冲信号out_a和第二高频脉冲信号out_b的波形调控为如图3(图3为本技术实施例提供的不同工作方式下高频驱动电路中相关元器件所输出的信号的电平状态示意图)所示，其中的工作方式一适合远距离的激光照射(也即第一子光源d1与第二子光源d2同时发光)，而工作方式二适合近距离的激光照射(也即第一子光源d1或第二子光源d2发光)，以及中距离的激光照射(也即第一子光源d1与第二子光源d2交替发光)。
38.应当理解的是，上述三个实施方式仅作为本技术实施例的优选实现，并非是本技术实施例对控制电路200的具体构成的唯一限定；对此，本领域技术人员可以在本技术实施例的基础上，根据实际应用场景进行灵活设定。
39.综合前文所述，针对不同的激光照射距离(即近距、中距或远距)，控制第一子光源d1与第二子光源d2中的任一子光源发光，或者交替发光，或者同时发光，可以很好地兼顾近距、中距与远距的激光照射，保证了深度相机的深度效果；第一子光源d1与第二子光源d2采用共阴极驱动，使得散热效果更好；第一子光源d1与第二子光源d2交替发光的工作模式不仅能够提升散热效果，还能够降低整机功耗；针对不同的激光照射距离，通过调节第一脉宽调制信号pwm1和第二脉宽调制信号pwm2的频率大小、占空比大小可得到不同的电压以动态调控各子光源的驱动电流，以改变散斑点的亮度，提高散斑区域与非散斑区域的对比度，使得散斑亮度适应当前的照射模式，从而提升散斑点的信噪比，降低整机功耗。由此可见，本技术实施例能够实现近距激光照射、中距激光照射、远距激光照射、散热及整机功耗之间的平衡，应用前景十分广泛。
40.需要说明的是，本技术内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
41.还需要说明的是，在本技术内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本技术内容中所定义的一般原理可以在不脱离本技术内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实
现。因此，本技术内容将不会被限制于本技术内容所示的这些实施例，而是要符合与本技术内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。