CN110603456B - 测距装置和包括测距装置的移动装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及测距装置和包括测距装置的移动装置，该测距装置包括：激光照射单元，用激光照射测量对象；以及激光接收单元，包括光接收元件，该光接收元件按照像素单位接收由测量对象反射的激光。光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的一个位置而变化。根据本公开的移动主体设备具有配置为按照于其上的测距装置。

Description

测距装置和包括测距装置的移动装置
技术领域
本公开涉及一种测距装置和移动设备。
背景技术
用于测量朝向测量目标射出的激光被测量目标反射并返回之前所经过的时间的飞行时间(TOF)方法，为众所周知的在用于测量至测量目标的距离的测距装置中使用的方法中的一种测量方法(在某些情况下称为测距装置)。例如，接收来自测量目标的反射光的光接收元件可以为传感器，其中单位像素(下文也简称为“像素”)以二维阵列布置。二维阵列传感器通常具有以均匀的间距布置各个像素的构造(例如，参见非专利文献1和2)。
非专利文献1公开了一种激光扫描TOF传感器，其中二维阵列传感器用作系统中扫描激光束的光接收元件。此外，非专利文献2公开了一种闪光激光雷达系统，该闪光激光雷达系统为被称为闪光LiDAR(光检测和测距)的系统，并且使用表面照射光源用激光照射测量目标并通过二维阵列传感器(例如照相机)从该测量目标接收反射光。
引用文献列表
非专利文献
非专利文献1：克里斯蒂安娜·尼卡(Christiano Niclass)等人在2012年5月21日的《光学快报》11864卷20第11号的“Design and characterization of a 256x64-pixelsingle-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flightsensor(用于基于MEMS的激光扫描飞行时间传感器的CMOS中256x64像素单光子成像器的设计和表征)”
非专利文献2：Dries,John C.、Brian Miles和Roger Stettner在2004年的《国防与安全-国际光学和光子学会》的“A 32x32 pixel FLASH laser radar systemincorporating InGaAs PIN and APD detectors(结合InGaAs PIN和APD检测器的32x32像素闪光激光雷达系统)”
发明内容
本发明要解决的问题
同时，不使用作为光接收元件的二维阵列传感器的测距装置的典型示例为一种利用诸如旋转镜的扫描机构扫描激光并用单像素光接收元件接收从测量目标返回的反射光的测距装置。在这种测距装置的情况下，扫描机构为机械的，并且具有大量的驱动部件。因此，扫描机构大且昂贵，并且在长期可靠性中具有问题。从这样的观点出发，已经开发出使用二维阵列传感器作为光接收元件的测距装置，并且有望作为未来的技术。
然而，特别是在使用二维阵列传感器作为光接收元件的常规测距装置中，二维阵列传感器的各个像素以均匀的间距布置，并因此，入射在光接收元件的每个像素上的反射光的入射角在远离光接收元件的中心部分并且越靠近光接收元件的外围部分的位置越窄。同时，入射在光接收元件的每个像素上的反射光的量也随着由每个对应像素形成的立体角而减小，并且在光接收元件的外围部分处的灵敏度相应地降低。因此，光接收元件的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异变得更大。结果，在更靠近光接收元件的外围部分的位置处的可测量距离更短，并且可测量的视角相应地更窄。
因此，本公开的目的是提供一种对于可测距离具有宽视角的测距装置以及包括该测距装置的移动设备。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本公开的测距装置包括：
激光照射单元，用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，包括光接收元件，该光接收元件逐像素接收由测量目标反射的激光，
其中，光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化。
此外，根据本公开的用于实现上述目的移动设备配备有测距装置，该测距装置包括：
激光照射单元，用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，包括光接收元件，该光接收元件逐像素接收由测量目标反射的激光，
其中，光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化。
光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化的事实意味着单位像素的间距在整个光接收像素区域中不均匀。例如，单位像素的间距在光接收元件的中心部分和外围部分之间变化，或者具体地，单位像素的间距在远离光接收元件的中心部分并越靠近外围部分的位置越宽，以减小光接收元件的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。
本发明的效果
根据本公开，可以减小光接收元件的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。因此，对于可测量的距离，可以实现宽视角。需指出，本公开的效果不必限于本文描述的效果，并且可以包括本说明书中描述的任何效果。此外，在本说明书中描述的有益效果仅为示例，并且本公开的有益效果不限于它们，并且可以包括附加的效果。
附图说明
图1为示出根据本公开的实施例的测距装置的示意性配置图。
图2为示出根据本公开的实施例的测距装置的基本配置的框图。
图3A为根据参考例1的光接收元件中的像素阵列的平面图。
图3B为用于说明在根据参考例1的光接收元件中的像素阵列的情况下入射在每个像素上的反射光的入射角的示意图。
图4为示出根据参考例2的激光束扫描测距装置的示意性配置图。
图5为根据示例1的光接收元件中的像素阵列的平面图。
图6为用于说明在根据示例1的光接收元件中的像素阵列的情况下入射在每个像素上的反射光的入射角的示意图。
图7A为根据示例2的光接收元件中的像素阵列的平面图(部分1)。
图7B为根据示例2的光接收元件中的像素阵列的平面图(部分2)。
图8为根据示例3的光接收元件中的像素阵列的平面图。
图9A为示意性地示出根据示例4的激光接收单元的堆叠结构的分解透视图。
图9B为示出根据示例4的堆叠结构的激光接收单元中的单位像素与电路部之间的连接关系的示意性侧视图。
图10为根据示例5的光接收元件中的像素阵列的平面图。
图11为根据示例6的光接收元件的示意性配置图。
图12为作为配备有测距装置的本公开的移动设备的示例的汽车的示意性平面图。
具体实施方式
下面参考附图对用于实施根据本公开的技术的模式(下文称为“实施例”)进行详细说明。根据本公开的技术不限于实施例，并且在实施例中使用的各种数值等为示例。在下面的描述中，相同的部件或具有相同功能的部件由相同的附图标记表示，并且将不再重复说明它们。需指出，将按以下顺序进行说明。
1.本公开的测距装置和移动设备的一般描述
2.根据实施例的测距装置
2-1.参考例1(单位像素间距均匀的示例情况)
2-2.参考例2(使用一维阵列传感器的激光束扫描方法的示例)
2-3.示例1(二维阵列传感器的示例)
2-4.示例2(像素间距逐像素变化的示例情况)
2-5.示例3(像素间距逐块变化的示例情况)
2-6.示例4(激光接收单元具有堆叠结构的示例情况)
2-7.示例5(单位像素由多个子像素形成的示例情况)
3.修改
3-1.修改1
3-2.修改2
4.根据本公开的移动设备
4-1.具体示例(移动设备为汽车的示例情况)
5.实施本公开的配置
<根据本公开的测距装置和移动设备的概述>
在根据本公开的测距装置和移动设备中，单位像素的间距在远离光接收元件的中心部分并越靠近光接收元件的外围部分的位置可以越宽。在这种情况下，单位像素的间距可以逐像素而变化。另选地，在多个相邻的单位像素形成一个块的情况下，单位像素的间距可以逐块而变化。
在包括上述优选配置的根据本公开的测距装置和移动设备中，光接收元件可以为二维阵列传感器，在该传感器中，单位像素在第一方向和与第一方向相交的第二方向上二维地排列。在这种情况下，光接收元件的单位像素的间距可以至少在第一方向和第二方向中的一个方向上变化。
此外，在包括上述优选配置的根据本公开的测距装置和移动设备中，光接收元件的单位像素的大小可以随着在光接收像素区域中的位置而变化。在此，单位像素的大小是指单位像素的光接收面的大小。
此外，在包括上述优选配置的根据本公开的测距装置和移动设备中，激光接收单元可以具有用于相应像素的电路部，该电路部处理光接收元件的相应单位像素的信号。在这种情况下，优选地形成堆叠结构，在该堆叠结构中，单位像素形成在第一基板上，电路部形成在第二基板上，并且第一基板和第二基板彼此堆叠。此外，当采用堆叠结构时，可以使在第一基板上形成的单位像素的间距不同于在第二基板上形成的电路部的间距。
此外，在包括上述优选配置的根据本公开的测距装置和移动设备中，光接收元件可以形成有以恒定间距排列的多个子像素，并且单位像素形成有适当数量的彼此相邻的子像素。在这种情况下，单位像素的间距由子像素的间距和构成单位像素的子像素的数量确定。
此外，在根据本公开的测距装置和移动设备中，激光照射单元可以在以等角间距扫描激光的同时照射测量目标。在这种情况下，单位像素优选地以与激光的等角间距对应的间距阵列而被排列。此外，光接收元件的光接收面优选相对于激光接收单元的光轴弯曲。
<根据实施例的测距装置>
图1为示出根据本公开的实施例的测距装置的示意性配置图。图2为示出根据本公开的实施例的测距装置的基本配置的框图。
根据本公开的实施例的测距装置1采用TOF方法(飞行时间方法)作为用于测量至测量目标10的距离的测量方法。通过TOF方法，测量朝向测量目标10射出的激光被测量目标10反射并返回之前经过的时间。为了通过TOF方法进行距离测量，根据本实施例的测距装置1包括激光照射单元20、激光接收单元30和控制单元40。
激光照射单元20包括激光驱动器21、激光源22和漫射透镜23，并且用激光照射测量目标10。激光驱动器21在控制单元40的控制下驱动激光源22。激光源22例如由半导体激光器形成，并且在由激光驱动器21驱动时发出激光。漫射透镜23使从激光源22射出的激光散射，并用激光照射测量目标10的表面。
激光接收单元30包括光接收透镜31、光接收元件32和光接收电路33。激光接收单元30基于由激光照射单元20执行的激光照射，接收被测量目标10反射并返回的反射激光。光接收透镜31将来自测量目标10的反射激光聚集在光接收元件32的光接收面上。光接收元件32通过光接收透镜31逐像素接收来自测量目标10的反射激光，并执行光电转换。
在控制单元40的控制下，光接收电路33从光接收元件32接收光接收输出，以测量从激光照射单元20朝着测量目标10射出的激光被测量目标10反射并返回之前经过的时间t。其中，L表示至测量目标10的距离，以及c表示光速，可以根据以下公式确定至测量目标10的距离L：
L＝(c×t)/2
控制单元40例如由中央处理单元(CPU)等形成，并且控制激光照射单元20和激光接收单元30。需指出，在上述示例中，光接收电路33测量从激光照射单元20朝着测量目标10射出的激光被测量目标10反射并返回之前经过的时间t。然而，可以由控制单元40执行测量。
具有本实施例的上述配置的测距装置1的特征在于，光接收元件32的单位像素的间距随着在光接收像素区域内的位置而变化。在此，“光接收像素区域”是指设置有接收来自测量目标10的反射激光的单位像素的区域。
光接收元件32既可以为将单位像素排列成二维阵列的二维阵列传感器(所谓的区域传感器)，也可以为线性排列单位像素的一维阵列传感器(所谓的线传感器)。使用二维阵列传感器作为光接收元件32，并且由激光照射单元20通过表面照射对各个像素进行同时测量，从而可以获取距离图像以作为动态图像。
同时，单位像素的光电转换元件可以是高速和高灵敏度雪崩光电二极管(avalanche photodiodes，APD)，其中，通过对例如检测单个光子的单光子雪崩二极管(SPAD)等施加反向电压使光电流倍增。
光接收元件32的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化的事实意味着单位像素的间距在整个光接收像素区域中不均匀。例如，单位像素的间距在光接收元件32的中心部分和外围部分之间变化，或者具体地，单位像素的间距在远离光接收元件32的中心部分并越靠近外围部分的位置越宽，以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。通过这种布置，可以针对任何可测量的距离设置宽视角。
【参考例1】
现在描述作为参考例1的在根据单位像素的间距在整个光接收像素区域中为均匀的常规技术的测距装置的情况下的光接收元件中的像素阵列。图3A为根据参考例1的光接收元件中的像素阵列的平面图。此外，图3B为用于说明在根据参考例1的光接收元件中的像素阵列的情况下入射在各个像素上的反射光的入射角的示意图。
如图3A所示，在将多个单位像素50二维地排列成矩阵的二维阵列传感器中，在根据参考例1的光接收元件32中的像素阵列的情况下，将单位像素50的间距(像素间距)设为整个光接收像素区域中的等间隔p0。
在如上所述的在整个光接收像素区域中像素间距均匀的情况下，从测量目标10进入光接收元件32的每个像素50的反射光的入射角在远离光接收元件32的中心部分并且越靠近外围部分的位置越窄，如从图3B中显而易见的。同时，当测量目标10的反射表面为平坦表面时，从测量目标10到达光接收元件32的每个像素50的反射光的光路长度在远离光接收元件32的中心部分并且越靠近外围部分的位置越大。因此，入射在光接收元件32的每个像素50上的反射光的量也随着由每个对应像素50形成的立体角而减小，并且在光接收元件32的外围部分处的灵敏度相应地降低。
如上所述，入射在光接收元件32上的反射光的角间距由光接收元件32的像素间距支配，并因此，光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差很大。结果，在越靠近光接收元件32的外围部分的位置处的可测量距离越短，并且可测量的视角相应地更窄。不可避免地，入射到光接收元件32上的反射光的角间距由光接收元件32的像素间距支配，只要像素间距在整个光接收像素区域中为均匀的即可。无论光接收元件32为二维阵列传感器还是一维阵列传感器，这都适用。
例如，出于自动驾驶等目的，可以将测距装置安装在汽车中并使用。在这种情况下的测距装置(测距系统)中，需要360度测距视野(成像视野)FoV。即使在360度测距视野FoV被四个测距装置分割并共享的情况下，也需要至少90度测距视野FoV或至少100度测距视野FoV以减少盲区或确保合理的重叠区域。
在形成有在整个光接收像素区域中像素间距为均匀的二维阵列传感器的光接收元件32中，例如，如果测距视野FoV为100度，则角间距在光接收元件32的中心部分中为0.24度，但在光接收元件32的外围部分中为0.11度。结果，灵敏度几乎减半，并且光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差几乎加倍。
【参考例2】
接下来，描述作为参考例2的光接收元件32由一维阵列传感器形成的激光束扫描测距装置。图4为示出根据参考例2的激光束扫描测距装置的示意性配置图。
激光束扫描测距装置例如利用光束扫描单元24扫描从激光源22射出的激光束(激光)，并且，被测量目标反射的返回光束被反射镜25反射并且被引导到光接收元件32。光束扫描单元24形成有包括旋转镜和微机电系统(MEMS)的扫描机构，将由测量对象反射的返回光束分离并将光束引导至反射镜25的光束分离器等。在根据参考例2的激光束扫描方法的情况下，光接收元件32由单个像素形成。
在该激光束扫描测距装置中，激光束扫描通常以等间隔的角间距(等角间距)进行，从而可以在视野的中心部分和边缘部分以等间隔获取数据。然而，作为机械结构，扫描机构大且昂贵，并且具有长期可靠性的问题。此外，由于需要非线性控制，使得激光束扫描间距与根据像素间距的激光束发射定时匹配，因此控制变得非常复杂。特别地，在使用旋转或振动的诸如旋转镜或MEMS的机械扫描机构中，更难以控制扫描角速度，因此，难以获得具有宽视角的测距装置以用于可测量的距离。
考虑到上述参考例1和参考例2的问题，本实施例被设计为针对可测量距离获得宽视角。具体地，在该实施例中，使光接收元件32中的像素阵列中的单位像素50的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化。光接收元件32可以为二维阵列传感器，也可以为一维阵列传感器。下面将描述光接收元件32中的像素阵列的具体示例。
【示例1】
示例1为光接收元件32为二维阵列传感器的示例情况。图5为根据示例1的光接收元件中的像素阵列的平面图。需指出，在图5中，每个单位像素50的平面形状被示为正方形。然而，该形状不一定为正方形，而是可以为一些其他形状，诸如矩形或六边形(蜂窝结构)。
如图5所示，根据示例1的光接收元件32为将多个单位像素50二维地排列成矩阵的二维阵列传感器。此外，像素阵列使得单位像素50的间距(像素间距)随着在光接收像素区域中的位置而变化。具体地，在根据示例1的光接收元件32中的像素阵列中，入射在光接收元件32上的反射光的角间距由光接收元件32中的像素间距支配，因此，像素间距被改变，使得相对于各个像素50的反射光的入射角变为恒定角。
例如，在根据示例1的光接收元件32中的像素阵列的光接收像素区域中，像素间距被设置为使得p1＜p2＜p3、...、pn-1＜pn成立，其中，p1、p2、p3、...、pn-1和pn表示从中心部分朝向外围部分的方向上的像素间距。即，在根据示例1的光接收元件32的光接收像素区域中，像素阵列中的像素间距在从中心部分朝向外围部分的方向上逐渐变得更宽，使得相对于各个像素50的反射光的入射角变为恒定角。
如上所述，在根据示例1的光接收元件32中的像素阵列的光接收像素区域中，像素间距逐像素而变化(改变)，使得相对于光接收元件32的各个像素50的反射光的入射角变为恒定角。结果，可以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。因此，对于可测量的距离，可以实现宽视角。
需指出，在示例1中，在形成有二维阵列传感器的光接收元件32中，像素间距在行方向(第一方向)和列方向(第二方向)上均变化。然而，像素间距不必在两个方向上变化，并且可以至少在行方向或列方向上变化。此外，在采用在行方向和列方向上都改变像素间距的配置的情况下，行方向上的像素间距和列方向上的像素间距不必相同(相同间距)。
此外，在示例1中，所有单位像素50具有相同的单位像素大小(光接收面大小)。然而，可以根据光接收像素区域中的位置来设置差异大小。稍后将在示例2中描述根据光接收像素区域中的位置为单位像素50设置不同大小的作用和效果。
现在参考图6描述入射在根据示例1的光接收元件32中的像素阵列中的每个像素50上的反射光的入射角。图6为用于说明在根据示例1的光接收元件32中入射在像素阵列中的每个像素50上的反射光的入射角的示意图。
这里，激光接收单元30中的透镜光学系统的焦距由f表示，入射在每个像素50上的反射光的角间距(角分辨率)由Δθ表示，并且像素间距由Δp表示。需指出，在图5中，从像素间距中省略了Δ。此外，在图5和图6中，在光接收元件32的中心处的像素数为x1，并且在最远端的像素数为xn。
位于光接收元件32的中心处的像素x1的像素间距p1表示为：
p1＝{tan(Δθ)-tan(0)}×f
第i个像素xi从中心的像素间距pi表示为：
pi＝{tan(i×Δθ)-tan((i-1)×Δθ)}×f
像素间距在光接收像素区域中变化，从而满足上述关系式。然而，不需要完全基于关系表达式来形成间距，并且只要像素阵列使得像素间距在远离光接收元件32的中心部分(中心)并且越靠近外围部分(最远端)的位置处变得至少越宽，就可以实现预定的目的。
现在，通过数字示例具体描述根据示例1的光接收元件32中的像素阵列中的像素间距的设置。例如，必要的测距视野FoV为100度，角间距Δθ为0.2度，并且透镜光学系统的焦距f为17mm。在这种情况下，位于中心处的像素x1的像素间距p1表示为：
p1＝(tan0.2-tan0)×17mm
≈59μm。此外，在n＝250的情况下，位于最远端的像素xn的像素间距pn表示为：
pn＝(tan50-tan49.8)×17mm
≈143μm
【示例2】
示例2为在形成有一维阵列传感器的光接收元件32中的像素间距逐像素而变化的示例情况。图7A为根据示例2的光接收元件32中的像素阵列的平面图(部分1)。图7B为根据示例2的光接收元件32中的像素阵列的平面图(部分2)。需指出，在图7A和7B中，每个单位像素50的平面形状被示为矩形。然而，该形状不一定为矩形，而是可以为一些其他形状，诸如正方形或六边形。
例如，图7A所示的像素阵列为光接收元件32的单位像素50沿行方向(沿行方向)排列成两行的一维阵列传感器的示例。例如，图7B所示的像素阵列为光接收元件32的单位像素50沿列方向(沿列方向)排列成两列的一维阵列传感器的示例。
在根据示例2的光接收元件32中的像素阵列中，像素间距被改变，使得在形成有如图7A和7B所示的一维阵列传感器的光接收元件32中，反射光相对于相应单位像素50的入射角变为恒定角。例如，在光接收像素区域中，像素间距被设置为使得p1＜p2＜p3、...、pn-1＜pn成立，其中，p1、p2、p3、...、pn-1和pn表示从中心部分朝向外围部分的方向上的像素间距。
如上所述，在根据示例2的光接收元件32中的像素阵列的光接收像素区域中，像素间距逐像素而变化(改变)，使得相对于光接收元件32的各个像素50的反射光的入射角变为恒定角。结果，可以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。因此，对于可测量的距离，可以实现宽视角。
此外，在根据示例2的光接收元件32中的像素阵列中，光接收元件32中的单位像素50的大小(光接收面大小)随着在光接收像素区域中的位置而变化。例如，在形成有图7A所示的一维阵列传感器的光接收元件32的情况下，各个像素在单位像素50的列方向上具有相同的尺寸x，并且在行方向上的尺寸被设置成使得y1<y2<y3、...、yn-1<yn成立，其中y1、y2、y3、...、yn-1和yn表示在行方向中从中心部分朝向外围部分的尺寸。
例如，在形成有图7B所示的一维阵列传感器的光接收元件32的情况下，各个像素在单位像素50的行方向上具有相同的尺寸x，并且在行方向上的尺寸被设置成使得y1<y2<y3、...、yn-1<yn成立，其中y1、y2、y3、...、yn-1和yn表示在列方向中从中心部分朝向外围部分的尺寸。即，在图7A和图7B所示的任何一种情况下，单位像素50的大小被设置为在距光接收像素区域中的中心部分更远且越靠近外围部分的位置变得越大。
如上所述，从测量目标到光接收元件32的每个像素50的反射光的光路长度在远离光接收元件32的中心部分并且越靠近外围部分的位置变得越长。因此，入射在每个像素50上的反射光的量随着由每个对应像素50形成的立体角而减小，并且在光接收元件32的外围部分处的灵敏度相应地降低。因此，光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异变得更大。结果，在越靠近光接收元件32的外围部分的位置的可测量距离越短，并且可测量的视角相应地更窄。
另一方面，在根据示例2的光接收元件32中的像素阵列中，单位像素50的大小被设置为在远离光接收像素区域中的中心部分且越靠近外围部分的位置变越更大。利用这种布置，从测量目标到光接收元件32的每个像素50的反射光的光路长度可以补偿由于在远离光接收元件32的中心部分并且更靠近外围部分的位置处更长的光路长度的增加而导致的光量的减少。因此，可以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。
在将单位像素50的大小设置为在远离中心部分并且越靠近外围部分的位置处变得越大时，优选根据在远离光接收元件32的中心部分并且越靠近外围部分的位置越长的反射光路长度的改变程度来设置每个像素大小。
【示例3】
示例3为在形成有一维阵列传感器的光接收元件32中的像素间距逐块而变化的示例情况。图8为根据示例3的光接收元件32中的像素阵列的平面图。需指出，在图8中，每个单位像素50的平面形状被示为矩形。然而，该形状不一定为矩形，而是可以为一些其他形状，诸如正方形或六边形。
例如，根据示例3的光接收元件32中的像素阵列为一维阵列传感器的示例，其中单位像素50在行方向上(沿行方向)排列成两行。在这种一维阵列传感器中，例如，适当数量的彼此相邻的单位像素50，诸如三个单位像素50，形成一个块。具体地，在从中心部分朝向外围部分的方向上，形成块1、块2、块3、...和块m，每个块由三个单位像素50形成。在每个块中，三个单位像素50的间距(在行方向上的大小)相同。
此外，在根据示例3的光接收元件32中的像素阵列中，像素间距被设置为使得p1＜p2、...、pn-1＜pn成立，其中，p1表示块1中的像素间距，p2表示块2中的像素间距，以及pm表示块m中的像素间距。换句话说，在光接收像素区域中，像素阵列使得像素间距从中心部分向外围部分逐块而变得更宽。在这种情况下，像素大小在远离中心部分并且越靠近外围部分的位置也越大。
如上所述，在根据示例3的光接收元件32中的像素阵列的光接收像素区域中，像素间距逐块而变化(改变)，使得相对于光接收元件32的各个像素50的反射光的入射角变为恒定角。结果，可以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。因此，对于可测量的距离，可以实现宽视角。
需指出，已经描述了作为示例的在行方向上将单位像素50排列成两行的一维阵列传感器的情况。然而，例如，单位像素50在列方向上排列成两列的一维阵列传感器可以实现与上述相似的作用和效果，只要该一维阵列传感器具有与上述类似的基本配置。
【示例4】
示例4为根据本实施例的测距装置1的激光接收单元30具有堆叠结构的示例情况。图9A为根据示例4的具有堆叠结构的激光接收单元30的分解透视图。图9B示出了根据示例4的具有堆叠结构的激光接收单元中的单位像素与电路部之间的连接关系。
如图7A所示，根据本实施例的测距装置1的激光接收单元30具有堆叠结构，其中，光接收元件32在第一基板61上形成，光接收电路33在第二基板62上形成，并且第一基板61与第二基板62彼此堆叠。更具体地，在第一基板61上形成光接收元件32的单位像素50。光接收电路33包括用于相应像素的处理光接收元件32的相应单位像素50的信号的电路部331，并且光接收电路33的各个电路部331具有几乎相同的电路大小并在第二基板62上形成。
在此，在第一基板61上在整个光接收像素区域上以等间隔二维地排列单位像素50的情况下(参见图3A)，光接收电路33的各个电路部331也根据相应单位像素50在堆叠在第一基板61上的第二基板62上以等间隔二维地排列。借助于激光接收单元30的这种堆叠结构，可以在相同的时间利用光接收电路33的各个电路部331读取基于由激光照射单元20执行的表面照射的相应单位像素50的信号，然后进行处理。
在根据示例4的堆叠结构中，例如，在如示例2中那样逐像素改变单位像素50的像素间距和像素大小的情况下(参见图7A和7B)，使光接收电路33的各个电路部331具有基本上相同的电路大小，并且如图9B所示，仅通过布线332的连接来改变电路部331的间距。这是由于激光接收单元30具有堆叠结构而可以形成的结构。
即，在根据示例4的堆叠结构中，由于堆叠结构，可以使得在第一基板61上形成的单位像素50的间距和在第二基板62上形成的电路部的间距331仅通过布线332的连接而彼此不同。结果，即使单位像素50的像素间距变化，也可以保持光接收电路33的各个电路部331的均匀电路大小。此外，光接收电路33的各个电路部331可以设置在第二基板62上，而不受单位像素50的间距的影响。
【示例5】
示例5为在由一维阵列传感器形成的光接收元件32中每个单位像素50由多个子像素形成的示例情况。图10为根据示例5的光接收元件32中的像素阵列的平面图。需指出，在图10中，每个单位像素50的平面形状被示为矩形。然而，该形状不一定为矩形，而是可以为一些其他形状，诸如正方形或六边形。
例如，根据示例5的光接收元件32中的像素阵列为一维阵列传感器的示例，其中，形成单位像素50的多个子像素51在行方向上(沿行方向)以特定间距p0排列在一行中。在该一维阵列传感器中，每个单位像素50形成有在多个子像素51中彼此相邻的适当数目的子像素51。在这种情况下，适当数量的子像素51用作一个单位像素50，该子像素在电路部331中彼此并联电连接。
在图10所示的示例中，在形成有一维阵列传感器的光接收元件32中，在从中心部分朝向外围部分的方向上，构成单位像素50的子像素51的数量从2个变为3个至4个，...。具体地，传感器中心处的单位像素501由两个子像素51形成，传感器中心的第二单位像素502由三个子像素51形成，以及传感器中心的第三单位像素503由四个子像素51形成，并依此类推。
在这种布置中，单位像素50的间距由子像素51的间距p0和构成单位像素50的子像素51的数量确定。在上面的示例中，单位像素501的间距(在行方向上的尺寸)p1为p0×2，单位像素502的间距p2为p0×3，单位像素503的间距p3为p0×3，其他单位像素的间距也同样如此。以这种方式，单位像素的间距由子像素51的间距p0和子像素51的数量确定。
在根据示例5的光接收元件32中的像素阵列中，单位像素503的大小(光接收面大小)以及单位像素503的间距可以根据子像素51的间距p0和构成单位像素50的子像素51的数量而改变。此外，在光接收像素区域中，设置构成单位像素50的子像素51的数量，以使得单位像素50的间距和大小在远离中心部分且越靠近外围部分的位置变得越大。以这种方式，可以减小光接收元件32的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异，并因此，对于可测量的距离，可以获得宽的视角。
需指出，已经描述了作为示例的在行方向上将单位像素50排列成一行的一维阵列传感器的情况。然而，例如，单位像素50在列方向上排列成一列的一维阵列传感器可以实现与上述相似的作用和效果，只要该一维阵列传感器具有与上述类似的基本配置。
<修改>
尽管到目前为止已经基于优选示例描述了根据本公开的技术，但是根据本公开的技术不限于那些示例。在以上实施例中描述的测距装置的配置和结构仅为示例，并且可以适当地修改。
【修改1】
例如，在上述每个示例中，已经描述了作为示例的具有激光源22作为面光源的测距装置。然而，根据本公开的技术还可以应用于由MEMS、反射镜、光学相控阵(OPA)等形成的激光束扫描测距装置(参见图4)。在激光束扫描测距装置的情况下，以等角间距(等间隔的角间距)执行激光束扫描，因此，单位像素50的间距阵列优选地对应于等角间距。
【修改2】
此外，如图11所示，在以等角间距扫描激光的同时照射测量目标的测距装置中，光接收元件32的光接收面可以相对于激光接收单元30的光轴O弯曲，使得单位像素50的间距对应于激光的角间距。利用这种布置，可以减小单位像素50的间距的变化量。例如，可以通过弯曲光接收元件32的芯片(基板)来使光接收元件32的光接收面弯曲。
<根据本公开的移动设备>
根据本公开的测距装置可以被安装并用于任何种类的移动设备(诸如汽车，电动车辆，混合动力车辆，摩托车，自行车，个人移动装置，飞机，无人机，船只，机器人，建筑机械或农业机械(拖拉机))中。
【具体示例】
本文将汽车描述为移动设备的具体示例。图12为作为配备有测距装置的本公开的移动设备的示例的汽车的示意性平面图。
如图12所示，出于自动驾驶等目的，汽车100例如在总共四个位置处配备有测距装置1A、1B、1C和1B，所述四个位置为车身101的两个前部位置和两个后部位置。需指出，本文示出的测距装置1的位置和数量仅为示例，并且本公开不限于这些示例。在目的为自动驾驶等的情况下，需要360度测距视野(成像视野)FoV，因此，测距装置1A、1B、1C和1B分割并共享360度测距视野FoV。
然后，位于左前侧的测距装置1A测量至在其前面和左边行驶的汽车的距离，并且测量至在其前面和左边存在的障碍物等的距离。位于右前侧的测距装置1B测量至在其前面和右边行驶的汽车的距离，并且测量至在其前面和右边存在的障碍物等的距离。
位于左后侧的测距装置1C测量至在其后面和左边行驶的汽车的距离，并且测量至在其后面和左边存在的障碍物等的距离。位于右后侧的测距装置1D测量至在其后面和右边行驶的汽车的距离，并且测量至在其后面和右边存在的障碍物等的距离。
根据本公开的测距装置1可以用作测距装置1A、1B、1C和1B。如上所述，在根据本公开的测距装置1中，光接收元件的单位像素的间距随着光接收像素区域中的位置而变化。结果，可以减小光接收元件的中心部分和外围部分之间的灵敏度差异。因此，对于可测量的距离，可以实现宽视角。因此，由于本公开的测距装置1用作用于自动驾驶等的汽车100中的测距装置1A、1B、1C和1B，所以可以更精确地测量至附近行驶的汽车的距离和至位于附近的障碍物等的距离。这有助于构造更安全的自动驾驶系统等。
<实施本公开的配置>
需指出，本公开还可以以下面描述的配置来实施。
《A.测距装置》
【A-1】一种测距装置，包括：
激光照射单元，被配置为用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，其包括光接收元件，所述光接收元件逐像素接收由所述测量目标反射的激光，
其中，所述光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化。
【A-2】根据【A-1】所述的测距装置，
其中，所述单位像素的间距在远离所述光接收元件的中心部分并越靠近外围部分的位置越宽。
【A-3】根据【A-1】或【A-2】所述的测距装置，
其中，所述单位像素的间距逐像素而变化。
【A-4】根据【A-1】或【A-2】所述的测距装置，
其中，当多个相邻的单位像素形成一个块时，所述单位像素的间距逐块而变化。
【A-5】根据【A-2】至【A-4】中任一项所述的测距装置，
其中，当所述光接收元件为所述单位像素在第一方向和与第一方向相交的第二方向上二维排列的二维阵列传感器时，
所述光接收元件的单位像素的间距至少在第一方向和第二方向中的一个方向上变化。
【A-6】根据【A-1】至【A-5】中任一项所述的测距装置，
其中，所述光接收元件的单位像素的大小随着在所述光接收像素区域中的位置而变化。
【A-7】根据【A-1】至【A-6】中任一项所述的测距装置，
其中，所述激光接收单元具有用于相应像素的电路部，该电路部处理所述光接收元件的相应单位像素的信号，
所述单位像素形成在第一基板上，以及
所述电路部形成在堆叠在第一基板上的第二基板上。
【A-8】根据【A-7】所述的测距装置，
其中，在第一基板上形成的单位像素的间距与在第二基板上形成的电路部的间距不同。
【A-9】根据【A-1】所述的测距装置，
其中，所述光接收元件由以恒定间距排列的多个子像素形成，
单位像素由在多个子像素中彼此相邻的适当数量的子像素形成，以及
所述单位像素的间距由子像素的间距和构成所述单位像素的子像素的数量确定。
【A-10】根据【A-1】所述的测距装置，
其中，所述激光照射单元在以等角间距扫描激光的同时照射所述测量目标，并且
所述单位像素以与激光的等角间距对应的间距阵列排列。
【A-11】根据【A-10】所述的测距装置，
其中，所述光接收元件具有的光接收面。
《B.移动设备》
【B-1】一种配备有测距装置的移动设备，所述测距装置包括：
激光照射单元，被配置为用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，包括光接收元件，所述光接收元件逐像素接收由所述测量目标反射的激光，
其中，所述光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化。
【B-2】根据【B-1】所述的移动设备，
其中，所述单位像素的间距在远离所述光接收元件的中心部分并越靠近外围部分的位置越宽。
【B-3】根据【B-1】或【B-2】所述的移动设备，
其中，所述单位像素的间距逐像素而变化。
【B-4】根据【B-1】或【B-2】所述的移动设备，
其中，当多个相邻的单位像素形成一个块时，所述单位像素的间距逐块而变化。
【B-5】根据【B-2】至【B-4】中的任一项所述的移动设备，
其中，当所述光接收元件为所述单位像素在第一方向和与第一方向相交的第二方向上二维排列的二维阵列传感器时，
所述光接收元件的单位像素的间距至少在第一方向和第二方向中的一个方向上变化。
【B-6】根据【B-1】至【B-5】中的任一项所述的移动设备，
其中，所述光接收元件的单位像素的大小随着所述光接收像素区域中的位置而变化。
【B-7】根据【B-1】至【B-6】中的任一项所述的移动设备，
其中，所述激光接收单元具有用于相应像素的电路部，该电路部处理所述光接收元件的相应单位像素的信号，
所述单位像素形成在第一基板上，以及
所述电路部形成在堆叠在第一基板上的第二基板上。
【B-8】根据【B-7】所述的移动设备，
其中，在第一基板上形成的单位像素的间距与在第二基板上形成的电路部的间距不同。
【B-9】根据【B-1】所述的移动设备，
其中，所述光接收元件由以恒定间距排列的多个子像素形成，
单位像素由在多个子像素中彼此相邻的适当数量的子像素形成，以及
所述单位像素的间距由子像素的间距和构成所述单位像素的子像素的数量确定。
【B-10】根据【B-1】所述的移动设备，
其中，所述激光照射单元在以等角间距扫描激光的同时照射所述测量目标，并且
所述单位像素以对应于激光的等角间距的间距阵列排列。
【B-11】根据【B-10】所述的移动设备，
其中，所述光接收元件具有相对于所述激光接收单元的光轴弯曲的光接收面。
附图标记列表
1 测距装置
10 测量目标
20 激光照射单元
21 激光驱动器
22 激光源
23 漫射透镜
24 光束扫描单元
25 反射镜
30 激光接收单元
31 光接收透镜
32 光接收元件
33 光接收电路
40 控制单元
50 单位像素
51 子像素
61 第一基板
62 第二基板。

Claims (11)

1.一种测距装置，包括：
激光照射单元，被配置为用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，包括光接收元件，所述光接收元件逐像素接收由所述测量目标反射的激光，
其中，所述光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化，
其中，所述单位像素的所述间距在从所述光接收元件的中心部分向所述光接收元件的外围部分的方向上逐渐变宽，使得到所述光接收元件的各自像素的反射光的入射角恒定。
2.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，所述单位像素的间距逐像素而变化。
3.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，当多个相邻的所述单位像素形成一个块时，所述单位像素的间距逐块而变化。
4.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，当所述光接收元件为在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向上二维排列的二维阵列传感器时，
所述光接收元件的所述单位像素的间距至少在所述第一方向和所述第二方向中的一个方向上变化。
5.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，所述光接收元件的单位像素的大小随着在所述光接收像素区域中的位置而变化。
6.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，所述激光接收单元具有用于相应像素的电路部，所述电路部处理所述光接收元件的相应所述单位像素的信号，
所述单位像素形成在第一基板上，并且
所述电路部形成在堆叠在所述第一基板上的第二基板上。
7.根据权利要求6所述的测距装置，其中，
其中，在所述第一基板上形成的所述单位像素的间距与在所述第二基板上形成的所述电路部的间距不同。
8.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，所述光接收元件由以恒定间距排列的多个子像素形成，
所述单位像素由在所述多个子像素中彼此相邻的任意数量的子像素形成，以及
所述单位像素的间距由所述子像素的间距和构成所述单位像素的子像素的数量确定。
9.根据权利要求1所述的测距装置，其中，
其中，所述激光照射单元在以等角间距扫描激光的同时照射所述测量目标，并且
所述单位像素以与激光的等角间距对应的间距阵列而被排列。
10.根据权利要求9所述的测距装置，其中，
其中，所述光接收元件具有相对于所述激光接收单元的光轴弯曲的光接收面。
11.一种包括测距装置的移动装置，所述测距装置包括：
激光照射单元，被配置为用激光照射测量目标；以及
激光接收单元，包括光接收元件，所述光接收元件逐像素接收由所述测量目标反射的激光，
其中，所述光接收元件的单位像素的间距随着在光接收像素区域中的位置而变化，
其中，所述单位像素的所述间距在从所述光接收元件的中心部分向所述光接收元件的外围部分的方向上逐渐变宽，使得到所述光接收元件的各自像素的反射光的入射角恒定。
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