CN111175768B - 一种离轴扫描距离测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离轴扫描距离测量系统，包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，发射器包括光源、光束整形组件和第一级联液晶偏振光栅；采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，级联液晶偏振光栅用于形成圆偏振光束，圆偏振光束经过偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；其中，第一、第二偏振光束入射到第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；第三、第四偏振光束入射到第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；控制与处理电路根据非重叠区域处获得的飞行时间区分重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。本发明可有效解决像素单元上的光斑重叠造成的测量误差等问题。

Description

一种离轴扫描距离测量系统及方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种离轴扫描距离测量系统及方法。
背景技术
目前，利用飞行时间原理(Time of Flight)、结构光原理可以对目标进行距离测量，以获取包含目标深度值的深度图像，进一步基于该深度图像可以实现三维重建、人脸识别、人机交互等功能。相关的距离测量系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。基于飞行时间原理的距离测量系统一搬都包含有光束发射器以及采集器，发射器中的光源朝向目标空间发射光束以提供照明，通过采集器接收由目标反射回的光束。其中，飞行时间距离测量系统通过计算光束由发射到反射回来被接收所需要的时间来计算物体的距离；而结构光距离测量系统则是通过对反射回的光束图案进行处理并利用三角法计算物体的距离。
根据发射器以及采集器之间的光路配置，飞行时间距离测量系统可以分为共轴及离轴两种形式；其中，共轴系统一般是发射器以及采集器共用一个扫描器件，如MEMS振镜，从而实现大视场的扫描；离轴测距系统则往往无需扫描器件，而是在采集器端设置较多的接收元器件(如像素阵列)，从而一次性测量大视场内多个点的距离。
中国专利申请第201910990526.1号公开了一种离轴扫描系统，通过在扫描系统中配置级联液晶偏振光栅，实现了视场角的扩展，不仅可以将单个视场扩充成两个视场，同时还可以通过改变级联液晶偏振光栅的衍射角实现视场的扫描；另外，通过设置偏振选择组件实现了对两个不同视场内光信号的选择与采集。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离轴扫描距离测量系统及方法，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
一种离轴扫描距离测量系统，包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；其中，所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同，导致所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；所述控制与处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间；并根据所述非重叠区域处接收回波信号计算出的飞行时间区分所述重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。
在一些实施例中，所述第一反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第一左旋圆偏振光束和第一右旋圆偏振光束；所述第二反射光束经过所述级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第二左旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束；所述第一、第二左旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第一、第二偏振光束；所述第一、第二右旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第三、第四偏振光束。
在一些实施例中，所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜；所述1/4波片接收所述第一、第二左旋圆偏振光束和第一、第二右旋圆偏振光束后以所述第一、第二、第三、第四偏振光束出射；其中，所述第一、第二偏振光束与所述第三、第四偏振光束的偏振方向相互垂直。
在一些实施例中，所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光束及右旋圆偏振光束入射到所述单片液晶偏振光栅，经衍射后使得两种圆偏振光在空间上分离，以分别入射到不同的像素单元上。
在一些实施例中，所述偏振选择组件包括超表面偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光及右旋圆偏振光束经所述超表面偏振光栅分别入射到不同的像素单元上。
在一些实施例中，所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
在一些实施例中，在所述非重叠区域，每个像素单元接收到一个回波信号，经过控制与处理电路计算出第一飞行时间或第二飞行时间；在重叠区域，每个像素单元接收到两个回波信号，经过控制与处理电路计算得到第三飞行时间和第四飞行时间，以所述第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
本发明实施例的另一技术方案为：
一种离轴扫描距离测量方法，包括如下步骤：
控制发射器向目标空间发射光束；其中，所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；
控制采集器采集经待测目标反射回的至少部分光束；其中，所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；
所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同；所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；
通过控制与处理电路同步发射器与采集器的触发信号以计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间，并根据所述非重叠区域处接收回波信号计算出的飞行时间区分出所述重叠区域处的飞行时间对应的探测区域。
在一些实施例中，所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
在一些实施例中，控制与处理电路根据非重叠区域像素单元接收到的回信号以及重叠区域像素单元接收到的回波信号分别计算出非重叠区域的第一飞行时间或第二飞行时间和重叠区域的第三飞行时间和第四飞行时间，以所述第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
本发明技术方案的有益效果是：
相较于现有技术，本发明离轴扫描距离测量系统可实现大视场测量，并有效解决了因为像素单元上的光斑重叠造成的测量误差等问题。
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，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例中离轴扫描距离测量系统的结构示意图。
图2是本发明实施例中一种离轴扫描距离测量的原理示意图。
图3a、图3b是本发明实施例中像素单元的示意图。
图4是本发明第一实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。
图5是本发明第二实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。
图6是本发明第三实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。
图7是本发明第四实施例的一种接收器的结构示意图。
图8是本发明第四实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。
图9是本发明另一实施例离轴扫描距离测量方法的流程图示。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
作为本发明一实施例，提供一种离轴扫描距离测量系统，其具有更高的分辨率或者更大的视场角。参照图1所示，本发明实施例离轴扫描距离测量系统包括发射器11、采集器12以及控制与处理电路10；其中，发射器11提供发射光束至目标空间中，至少部分发射光束经空间中的物体反射后形成反射光束，反射光束的至少部分光信号(光子)被采集器12采集；控制与处理电路10分别与发射器11以及采集器12连接，同步发射器11与采集器12的触发信号以计算光束由发射器11发出并反射回被采集器12接收所需要的时间，即发射光束与反射光束之间的飞行时间t，根据飞行时间t，物体上对应点的距离D可以由下式计算出：
D＝c·t/2 (1)
其中，c为光速。
发射器11包括光源111、光束整形组件112以及第一级联液晶偏振光栅(LiquidCrystal Polarization Grating，LCPG)113。
光源111可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光源，也可以是多个光源组成的阵列光源；优选地，光源111是由多个VCSEL光源组成的阵列光源，每个光源可以是单独设置的也可以是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源以形成的VCSEL阵列光源芯片。光源111所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。光束的偏振态是线偏振，或者光束可以是无偏振的光束，其中线偏振的偏振方向可以根据需要任意设定。
光源111在控制与处理电路10的控制下向外发射光束，比如在一个实施例中，光源111在控制与处理电路10的控制下以一定的频率(脉冲周期)发射脉冲光束，可以用于直接飞行时间法(Direct TOF)测量中,频率根据测量距离进行设定，比如可以设置成1MHz～100MHz，测量距离在几米至几百米。在一个实施例中，光源111在控制与处理电路10的控制下向外发射振幅被调制的连续波光束，比如正弦或者方波连续波光束，可以用于间接飞行时间法(Indirect TOF)测量中。可以理解的是，可以是通过控制与处理电路10中的一部分或者独立于控制与处理电路10存在的子电路来控制光源111发射相关的光束，比如脉冲信号发生器。
光束整形组件112接收来自光源111的光束，并将光束进行光学整形，比如衍射、折射、反射等整形，随后向空间中发射被整形后的光束，比如聚焦光束、泛光光束、结构光光束等。光束整形组件112可以是透镜(包括多个单片透镜组成的透镜组)、衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)、漫射器(Diffuser)、超表面(Metasurface)光学元件、微透镜阵列(Microlens Array,MLA)、鲍威尔棱镜、掩膜板、反射镜、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)振镜等形式中的一种或多种的组合。
级联LCPG113包含多层LCPG，每层LCPG设置有自身的光栅栅距及栅线方向，用于对入射的光束进行衍射，通过各层光栅的设计可以实现级联LCPG113在扫描方向以及扫描角度上的变化。比如在一个实施例中，级联LCPG113中每个LCPG的光栅栅线方向相同，此时级联LCPG可以实现垂直栅线方向的一维光束扫描；在一个实施例中，级联LCPG113中包含不同光栅栅线方向的LCPG，比如包含沿x轴方向光栅栅线的多层第一LCPG以及沿y轴方向光栅栅线的多层第二LCPG，第一LCPG以及第二LCPG分别用于实现y、x方向的扫描，从而实现二维扫描，例如：有10层LCPG级联，其中，第1-5层LCPG光轴沿x轴、第2-10层LCPG光轴沿y轴；或者，第1、3、5、7、9层LCPG光轴沿x轴，第2、4、6、8、10层LCPG光轴沿y轴，具体排布方式可以根据实际需要进行设定，在本发明中不做特别限制。
光束以一定角度入射到单层LCPG后，由于LCPG的衍射作用发生偏转，偏转的角度由光栅方程确定，即：
d(sinθ-sinα)＝mλ (2)
其中，α为光束的入射角度，θ为光束经过单层LCPG后的衍射角，光束经过单层LCPG后的偏转角为θ-α，d为光栅周期，λ为光波长,m为衍射级数(m＝0，+1，-1)。在一个实施例中，级联LCPG的每个单层LCPG的光栅周期可以设置成互不相同，也可以设置成相同，从而可以通过独立控制各层LCPG的开关以实现不同角度的衍射，以进一步实现多角度扫描的效果。在一个实施例中，多层LCPG可以被独立控制，从而可以通过独立控制各层LCPG的开关以动态控制级联LCPG的衍射角以实现不同角度的衍射，从而实现多角度扫描的效果。
级联LCPG113中也可以设置液晶1/2波片，比如在一个实施例中，通过液晶1/2波片与单个LCPG交叠形成一维光束扫描的级联LCPG113。液晶1/2波片有两个工作状态，不加饱和电压时是一个1/2波片，当加了饱和电压后，可理解为是一个普通的玻璃。通过液晶1/2波片可以切换单个LCPG之间的圆偏振光的旋向，此时级联LCPG的扫描角度由液晶1/2波片和LCPG共同决定。在一个实施例中，用于二维扫描的级联LCPG也可由栅线垂直的单个LCPG与液晶1/2波片交替级联构成，例如有10个单LCPG级联，其中第1、3、5、7、9LCPG光轴沿x轴，第2、4、6、8、10LCPG光轴沿y轴，可以在相邻两个单LCPG之间可以放置液晶1/2波片，也可以在第一个LCPG之前放置液晶1/2波片，具体排布方式可以根据实际需要进行设定，本发明实施例中不做特别限制。
级联LCPG113接收来自光束整形组件112的光束后被衍射为偏振旋向相反的两级衍射光：第一衍射光束131、第二衍射光束132(如+1级131、-1级132)。来自光束整形组件112的光束可以是单点、多点、泛光、线光束等，且均为线偏振或者是无偏振的光束，被衍射后形成的两级衍射光均为圆偏振光且偏振旋向相反，比如第一衍射光束131是左旋圆偏振光、则第二衍射光束132是右旋圆偏振光，且±1级次衍射光束的传播方向由级联LCPG决定。需要说明的是，当光束整形组件输出的是多点光束时，±1级次的衍射光束并不是只有一束，而是+1级光束为一组多点光束，-1级光束为另一组多点光束。同时发射的+1级光束131和-1级光束132照亮目标上的第一区域和第二区域。对于单点光束而言，第一区域与第二区域为单个点。
采集器12包括像素单元121、成像透镜单元122、偏振选择组件123以及第二级联液晶偏振光栅(Liquid Crystal Polarization Grating，LCPG),以用于接收经目标反射回的部分发射器所发射出的光束。在本发明实施例中,所述第二级联液晶偏振光栅(LiquidCrystal Polarization Grating，LCPG)与所述第一级联液晶偏振光栅(Liquid CrystalPolarization Grating，LCPG)113共用，后面为方便描述,统一称为级联LCPG113。即：在一些实施例中，发射器11与采集器12共用同一个级联LCPG113；在一个实施例中，两个LCPG113也可以被设计或制造在同一个光学器件上以减小体积。
在一些实施例中，像素单元121可以是单个像素也可以是由多个像素组成的阵列，像素可以是CMOS、CCD、APD、SPAD等可以将光信号转换成电信号的器件。
发射器11所发射出的第一衍射光束以及第二衍射光束被第一区域以及第二区域中的目标反射后，至少部分第一、第二衍射光束被反射以分别形成光束133与光束134，随后光束133与光束134入射到采集器12的级联LCPG113中，光束133以及光束134被级联LCPG113衍射后形成偏振旋向相反、但传播方向一致的第一偏振光束以及第二偏振光束，第一偏振光束以及第二偏振光束进一步经由偏振选择组件123以及成像透镜单元122后被像素单元121所采集。由于第一偏振光束以及第二偏振光束的传播方向一致，因此两个偏振光束最终会成像在像素单元121的相同区域上。另外，通过改变级联LCPG113的开启层数可以实现动态扫描，比如让第一区域与第二区域分别沿水平或垂直方向扫描，而采集器12的像素单元121无需改变大小和位置，从而实现大视场扫描测量。
由于第一偏振光束与第二偏振光束传播方向近乎相同，因此会成像在同一像素单元的区域，二者同步成像时会出现图像的叠加从而产生误差，对此将通过偏振选择组件123对两个偏振光束进行选择以确保在同一时间仅有单个偏振光束通过或者将两个偏振光束进一步分离，以确保可以同步被像素单元上的不同区域采集，通过偏振选择组件123的合理配置最终可以实现分别对第一偏振光束与第二偏振光束的采集。
图2所示是本发明实施例中离轴扫描距离测量的原理示意图。光源发射光束201经过级联LCPG 113后发射第一衍射光束202和第二衍射光束203以照射目标上的第一区域和第二区域，由于被测目标是漫射体，导致在照射区域反射回的光束将不具备保偏特征，在第一区域反射回的第一反射光束204和第二区域反射回的第二反射光束205为无偏振的反射光束。无偏振的反射光束经过级联LCPG113后可以分解为左旋和右旋圆偏振光，此时第一反射光束204入射到级联LCPG113上之后，将产生两束传播方向不同、偏振旋向相反的圆偏振衍射光，即：第一左旋圆偏振光束207与第一右旋圆偏振光束206；同样的，第二反射光束205入射到级联LCPG113上之后，将产生两束传播方向不同、偏振旋向相反的圆偏振衍射光，即：第二左旋圆偏振光束208与第二右旋圆偏振光束209，其中第一左旋圆偏振光束207与第二右旋圆偏振光束209传播方向相同(沿入射光的反方向返回)、偏振旋向相反，第一右旋圆偏振光束206与第二左旋圆偏振光束208的传播方向不同、且与第一左旋圆偏振光束207和第二右旋圆偏振光束209的传播方向也不相同。
根据系统的测量原理，当发射器配置为光源阵列发射光束时，每个光源发出的光束经过光束整形组件后以不同的角度入射到级联LCPG上，产生第一衍射光束和第二衍射光束，以分别投射到第一区域和第二区域，经两个区域反射的第一反射光束和第二反射光束经过级联LCPG后分别产生两束圆偏振光束。经第一区域反射后形成的第一左旋圆偏振光束沿入射光束的反方向传输，第一右旋圆偏振光束以其他光路传输；第二区域反射后形成的第二右旋圆偏振光束沿入射光路的反方向传输，第二左旋圆偏振光束以其他光路传输。通过改变级联LCPG的开启层数可以发现，第一左旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束入射到像素单元上的成像区域不发生改变；而第一右旋偏振光束和第二左旋圆偏振光束入射到像素单元上的成像区域发生偏移。
图3a和图3b所示是本发明实施例中像素单元的示意图。偏振选择组件对两种圆偏振光束进行选择以确保在同一时间仅有一种圆偏振光束透射，并形成偏振光束入射到像素单元上，偏振光束可以是圆偏振光束也可以是线偏振光束。例如：保证同一时间只有左旋圆偏振光或右旋偏振光经过偏振选择组件后形成线偏振光束入射到像素单元上；或者，保证在同一时间两种圆偏振光束分别经过偏振选择组件形成偏振方向不同的偏振光束分别入射到不同的像素单元上。
在一个实施例中，当发射器向被测物体发射斑点光束时，采集器中的光学元件会引导该斑点光束至相应的像素上形成成像光斑，一般地，可设置单个斑点的大小对应于多个像素，保证尽可能多的接收反射光信号。在本发明中，假设每一个斑点对应一个像素单元，即每个反射的斑点光束成像到像素单元上的位置与像素的位置是一一对应的。
在一个实施例中，保证只有左旋圆偏振光束经过偏振选择组件后入射到像素单元上，此时第一左旋圆偏振光束在像素单元上对应的成像区域(图3a中用空心圆表示)和第二左旋圆偏振光束在像素单元上对应的成像区域(图3b中用阴影圆表示)中出现第一重叠区域301；同样的，保证只有右旋圆偏振光束经过偏振选择组件后入射到像素单元上，此时第一右旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束在像素单元上对应形成第二重叠区域(未图示)。在一个实施例中，配置偏振选择组件以确保两种圆偏振光束在同一时间透射形成不同的偏振光束分别入射在像素单元的不同区域处，同时形成第一重叠区域和第二重叠区域。下面的描述说明中将以第一重叠区域为例进行说明，第二重叠区域可同理推知，在此不做赘述。下面将以左旋圆偏振光束为例对本发明的内容做具体说明。
如图3b所示，像素单元是由多个像素305组成像素阵列，第一左旋圆偏振光束和第二左旋圆偏振光束经过偏振选择组件后形成第一偏振光束和第二偏振光束，第一偏振光束和第二偏振光束入射到像素单元中的像素上形成重叠区域。在第一重叠区域301处存在三种重叠情况：第一种重叠方式，第一偏振光束和第二偏振光束入射到不同的像素单元上形成不重合的成像光斑302，每个偏振光束分别入射到不同的像素单元上，控制与处理电路根据像素单元采集的回波信号计算飞行时间；第二种重叠方式，第一偏振光束和第二偏振光束入射到相同的像素单元上形成不重合的成像光斑303，重叠区域中的每个像素305上即接收第一偏振光束也接收到第二偏振光束，即检测到两次回波信号而无法区分出回波信号对应的测试区域；第三种重叠方式，第一偏振光束和第二偏振光束入射到相同的像素单元上形成重合的成像光斑304，此时在重叠区域的每个像素305上也接收到两次回波信号而无法区分对应的检测区域。
本发明实施例通过配置发射器和/或采集器以使得像素单元上的部分像素接收反射光束时，使第一反射光束和第二反射光束经过级联LCPG的衍射作用后形成圆偏振光束，每束圆偏振光束经过偏振选择组件后形成的偏振光束入射到像素单元中的一个像素上，每束圆偏振光束经过偏振选择组件后形成的偏振光束对应像素单元中的唯一一个像素，即：每束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成的偏振光束入射到所述重叠区域内的像素单元上的位置与所述像素单元中的每个像素一一对应。控制与处理电路计算出光束从发射到反射回被采集之间的飞行时间，进一步计算出目标的距离。
图4所示是本发明第一实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。根据单层LCPG的光栅方程及实验研究发现，重叠区域的面积大小主要与系统的四个参数有关，分别是：级联LCPG的设计参数、入射到级联LCPG上的光源面积、光源发射光束入射到级联LCPG上的角度以及成像透镜单元的焦距。通过调整系统的参数可以使得第一偏振光束入射到像素单元上形成第一成像区域401，第二偏振光束入射到像素单元上形成第二成像区域402，此时第一重叠区域消失，每个像素上都只接收到一束偏振光束，有效解决了因为光斑重叠造成的测量误差，同理，此时第二重叠区域也消失。
可以理解的是，在本实施例中，光源是由多个光源组成的阵列光源，经过光束整形组件后进行光学整形，随后向空间中发射斑点图案光束、泛光光束、线状光束或线状光束阵列。
在一个实施例中，调整级联LCPG设计参数，包括调整单层LCPG的栅距、每层LCPG的栅线方向、是否设置有1/2波片等，例如一束光束垂直入射到级联LCPG上时，调整级联LCPG的设计参数，使得光束的衍射角度逐渐增大，重叠区域的面积逐渐减小。可以通过合理调整级联LCPG的设计参数，保证第一、第二偏振光束入射到像素单元上的重叠区域减小、消失。
在一个实施例中，调整光源入射到级联LCPG上的面积，面积越小，则重叠区域的面积越小，通过设计光束整形组件使得入射到LCPG上的光源面积足够小，此时重叠区域消失。
在一个实施例中，调整光源发射光束入射到级联LCPG上的角度，角度越大，则重叠区域的面积越小。例如，可以通过调整光束整形组件的设计参数使得光源经过整形组件后入射到级联LCPG上的角度增大，使重叠区域消失。
在一个实施例中，调整成像透镜单元的焦距，焦距越大，则重叠区域的面积越小。通过配置成像透镜单元的焦距使其增大，使得重叠区域消失。
可以理解的是，以上系统参数调整可以单独调整以实现重叠区域消失，也可以通过合理的设计调整其中几个或全部的系统参数使得重叠区域消失，具体的设计方案在此不做限制。
图5所示是本发明第二实施例的反射光束成像光斑示意图。由于第一偏振光束和第二偏振光束会出现入射到同一个像素上形成重叠的情况，导致该像素单元无法识别接收的光信号来自第一区域还是第二区域。图5所示实施例中，通过合理设计光源阵列的排列方式，使得即使存在重叠区域时，也能保证入射光束以不重合的方式入射到不同的像素单元上形成重叠区域，在每个像素上只接收到一束偏振光束，此时则可以对接收的反射光束进行计算获得飞行时间。
具体的设计方式为：以第一光源为样本点，假设该样本点的位置位于光源阵列的中心位置，控制光源发射光束以一定角度入射到级联液晶偏振光栅上，调整级联液晶偏振光栅开启的层数得到一组成像光斑，根据成像光斑在像素单元上的分布关系设计光源阵列的排列方式；其中，每增加一个光源形成新的光源阵列，则以增加的光源为样本点重复设计过程。
一方面，随着不同光束入射到级联LCPG上的角度增加，形成的成像光斑的间距也逐渐增大，另一方面，随着级联LCPG的开启层数逐渐增加，同一光束在像素单元上形成的成像光斑的间距也逐渐增大。根据以上关系，首先，控制第一光源发射的光束以一定角度入射到级联LCPG上，控制级联LCPG开启的层数逐渐增加，每开启一层LCPG时从目标区域反射的第一、第二左旋圆偏振光束经过偏振选择组件后形成的第一、第二偏振光束在像素单元上形成第一成像光斑和第二成像光斑。而且，每一次调整开启层数所获得的第一成像光斑均位于像素单元的同一个位置处，即第一成像光斑为偏振光束沿着与入射光束传播方向的相反的方向入射到像素单元上形成的，而第二成像光斑则为偏振光束沿与入射光束传播方向不同的方向入射到像素单元上形成的，且不与第一成像光斑重合，获得一组成像光斑。
根据测距系统的工作原理，第一成像光斑即为从第一区域反射回的光束入射到像素单元上形成的，第二成像光斑则为从第二区域反射回的光束入射到像素单元上形成的，为保证从第一区域反射回的光束在像素单元上成像的光斑与第二区域返回的光束成像的光斑不重叠，以获得的一组成像光斑的排布方式为模板，根据该模板设计光源阵列的排布。
具体的，以第一光源为样本点，第一光源被配置在预设定的光源阵列的中心原点处，第一光源在像素单元上对应形成的第一成像光斑为参考光斑，根据系统几何参数、级联LCPG的开启层数及衍射特性，确定像素单元上与参考光斑距离最小的第二成像光斑之间的中间位置，假设该中间位置为第二光源发射光束投射到第一区域后，反射回的光束入射到像素单元上形成的第一成像光斑，根据光束传播路径确认第二光源在光源阵列上对应的位置。
然后，以第二光源为新的样本点，控制第二光源发射的光束以一定角度入射到级联液晶偏振光栅上，并调整级联液晶偏振光栅开启的层数再次得到一组成像光斑，可以理解的是，光束的入射角度不做具体限制。以第二光源形成的第一成像光斑为参考光斑，确定与参考光斑距离最小的第二成像光斑(包括第一光源和第二光源产生的第二成像光斑)之间的中间位置设定为第三光源形成的第一成像光斑，根据光束传播路径确认第三光源在光源阵列上对应的位置。
若在当次设定中发现新设定的第一成像光斑与确定的第一成像光斑(包括第一光源与第二光源形成的第一成像光斑)之间的距离小于一个像素单元，则选择与参考光斑距离第二小的第二成像光斑的中间位置设定为第三光源的第一成像光斑。若再次发现新设定的第一成像光斑与确定的第一成像光斑之间的距离小于一个像素单元，则选择与参考光斑距离第三小的第二成像光斑的中间位置设定为第三光源的第一成像光斑。可以理解的是，在第三光源对应的第一成像光斑的设定过程中，需要不断调整第二成像光斑的选择调整所述新的第一成像光斑，直到新设定的第一成像光斑与确定的第一成像光斑的距离大于一个像素单元时，根据第一成像光斑的位置确定第三光源在光源阵列中的位置。
在本实施例中，还包括第四光源、第五光源等，每增加一个光源就以该光源作为样本点，以该光源在像素单元上形成的第一成像光斑为参考光斑，重复上述表述的光源位置的确定过程，不断重复直至形成最优设计的光源阵列。
重新设计光源阵列的排布方式后，发射光束经过光束整形组件整形，随后可以发射诸如斑点图案光束、线状光束或线状光束阵列到目标区域，两束反射光束在通过级联LCPG衍射作用后，第一偏振光束在像素单元上形成第一成像光斑501，第二偏振光束在像素单元上形成第二成像光斑502，在重叠区域处，第一成像光斑与第二成像光斑以不重合的方式分别位于不同的像素单元上。
图6所示是本发明第三实施例的反射光束在像素单元上成像的示意图。根据距离测量的原理发现，当偏振光束入射到相同的像素单元形成不重合的成像光斑时，第一偏振光束和第二偏振光束入射到像素单元上的成像光斑之间具有最小距离d，另一方面，第一偏振光束入射到像素单元上形成的光斑分布是与光源的分布具有对应关系的，每个光斑之间的间距和光斑大小都是可以计算的，因此根据这些参数可以设计掩模版，保证两束偏振光束入射到同一个像素单元上时只有一束偏振光束可以入射到像素单元上。可以理解的是，在本发明实施例中光源被配置为由多个光源组成的光源阵列，发射光束经过整形组件后朝向目标区域发射斑点图案光束。
将掩模版设置在沿入射光路反方向传输的偏振光束入射到像素单元的位置处。例如，在发明实施例中，设置在第一偏振光入射到像素单元的位置处，在入射光束对应的成像位置处设置开孔，孔的直径小于最小距离d，保证在重叠区域处只有第一偏振光束入射到像素阵列上形成成像光斑601。
可以理解的是，在实际应用中，可以将设置掩模版的方案与调整系统参数和重新设计光源相结合，并不局限于只以单一的方案将重叠区域处的回波信号区分开。
另一方面，本发明还提出了一种基于接收回波信号后计算得到的飞行时间来分析重叠区域处的像素接收的两个回波信号对应的区域的方法。
图7所示为本发明第四实施例的一种接收器的结构示意图，经第一区域反射回的第一反射光束和经第二区域反射回的第二反射光束照射到级联LCPG113后发生衍射产生四束偏振光束，分别为第一左旋圆偏振光束、第一右旋圆偏振光束、第二左旋圆偏振光束、第二右旋圆偏振光束。偏振选择组件123对两种偏振光束进行选择，以保证在同一时间两种偏振光束分别入射到不同的像素单元上。其中，第一左旋圆偏振光束和第二左旋圆偏振光束经过偏振选择组件123后形成不同的第一、第二偏振光束，经过第一成像透镜单元704入射到第一像素单元706；第一右旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束经过偏振选择组件123后形成不同的第三、第四偏振光束，经过第二成像透镜单元705入射到第二像素单元707。第一成像透镜单元704和第二成像透镜单元705具有不同的焦距。在一个实施例中，第一像素单元和第二像素单元可以是一个像素单元上的两个不同的成像区域。
在一个实施例中，偏振选择组件123可包括1/4波片701、偏振分光镜(PolarizingBeam Splitter,PBS)702以及反射镜703，1/4波片701接收由目标反射回的第一、第二左旋圆偏振光束和第一、第二右旋圆偏振光束后以第一、第二、第三、第四线偏振光束出射，第一、第二线偏振光束与第三、第四线偏振光束的偏振方向相互垂直。随后第一、第二、第三、第四线偏振光束经过PBS702后，其中两束偏振光束被透射、另外两束偏振光束被反射；进一步地，被透射的第一、第二线偏振光束将会经过第一成像透镜704入射到第一像素单元706上被采集，被反射的线偏振光束经由反射镜703后经过第二成像透镜705入射到第二像素单元707上被采集，反射镜703也可以被设置在PBS702透射光路上。通过PBS702与反射镜703的合理设置将左旋圆偏振光束和右旋圆偏振光束同时成像在不同的像素单元上，从而实现了同步测量。
在一个实施例中，偏振选择组件包括单片LCPG，当由目标反射回的左旋圆偏振光束及右旋圆偏振光束入射到该单片LCPG上时，经LCPG衍射后使两种圆偏振光在空间上分离，因此会分别入射到不同的像素单元上，从而可以实现同步测量。在一些实施例中，偏振选择组件还可以包括级联的LCPG。
在一个实施例中，偏振选择组件包括超表面(metasurface)偏振光栅，使得由目标反射回的左旋圆偏振光及右旋圆偏振光束入射到metasurface偏振光栅上后，分别入射到不同的像素单元上，从而实现同步测量。
图8所示为本发明第四实施例的反射光束成像光斑示意图。在第一像素单元706上，第一区域反射的第一偏振光束入射到像素单元上形成第一成像区域801，第二区域反射回的第二偏振光束形成第二成像区域802，两个成像区域部分重叠形成第一重叠区域。在第二像素单元707上，第一区域反射的第三偏振光束形成第三成像区域803，第二区域反射回的第四偏振光束形成第四成像区域804，两个区域部分重叠形成第二重叠区域。其中，第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等。第一偏振光束和第三偏振光束入射到像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；第二偏振光束和第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
在非重叠区域，每个像素单元都接收到一个回波信号，经过控制与处理电路处理计算出第一飞行时间或第二飞行时间；在重叠区域，每个像素单元会接收到两个回波信号，经过控制与处理电路计算得到第三飞行时间和第四飞行时间，无法确定回波信号来自哪个区域，导致控制与处理电路无法直接根据像素单元采集的反射光束计算出第一区域和第二区域的距离信息。因此，可根据非重叠区域处接收回波信号计算出的飞行时间为依据区分出重叠区域处得到的两个飞行时间分别对应的测量区域，即以非重叠区域出得到的第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出重叠区域出得到的第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
具体的信号解析过程如下：以第一成像区域801上非重叠区域处的一个成像光斑805对应的像素点为样本点，该光斑805对应的是从第一区域上点A处的反射光束投射到像素单元上，假设该光斑成像在像素单元上的坐标为(m，n)，该光斑在对应的像素单元上只接收到一个回波信号，经过计算得到第一飞行时间t0。同时，在点A处反射另一束偏振光束投射到第二像素单元在第三成像区域形成成像光斑806(同一点反射的两束偏振光束在像素单元上形成的光斑在两个成像区域里的位置相同)，假设该光斑成像在像素单元上的坐标为(p，q)，由于光斑806位于重叠区域处，在对应的像素单元上也会接收从第二区域上点B反射的一束回波信号，对回波信号进行处理计算得到两个飞行时间t0和t1，由此得出点B对应的飞行时间即为t1。
进一步的，在点B处也会有另一束偏振光束成像到第一像素单元上在第二成像区域上形成成像光斑807，假设该光斑成像在像素单元上的坐标为(u，v)，由于光斑807位于重叠区域处，在对应的像素单元上也会接收从第一区域上点C反射的一束回波信号，对回波信号进行处理计算得到两个飞行时间t1和t2，由此得出点C对应的飞行时间即为t2。
接下来，在第一区域上点C处还会反射一束偏振光束成像到第二像素单元上在第三成像区域上形成成像光斑808，假设该光斑成像在像素单元上的坐标为(w，z)，由于光斑807位于重叠区域处，在对应的像素单元上也会接收从第二区域上点D反射的一束回波信号，对回波信号进行处理计算得到两个飞行时间t2和t3，由此得出点D对应的飞行时间即为t3。
以此类推，即可确定重叠区域处每个像素单元采集的回波信号对应的测量区域。可以理解的是，根据第一成像区域中第n列像素获取的飞行时间赋值到第三成像区域中相同位置的像素上，进一步解算出第四成像区域中第q列中部分处于重叠区域中成像光斑对应的飞行时间，再将第q列全部像素的飞行时间赋值到第二成像区域中第v列，解算出第v列中部分处于重叠区域中成像光斑对应的飞行时间，以此循环解算的过程获得每个像素单元计算得到的飞行时间对应第一区域或第二区域。控制与处理电路根据所述第一成像区域或第三成像区域处的像素单元对应的第一飞行时间计算所述第一区域的距离；并根据所述第二成像区域或第四成像区域处的像素单元对应的所述第二飞行时间计算所述第二区域的距离。
参照图9所示，图9所示为本发明一实施例离轴扫描距离测量方法的流程图示，测量方法包括如下步骤：
步骤1、控制发射器向目标空间发射光束；其中，发射器包括有用于发射光束的光源、用于对光束进行整形的光束整形组件以及级联液晶偏振光栅；级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；
步骤2、控制采集器采集经待测目标反射回的至少部分光束；其中，采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及级联液晶偏振光栅；级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分第一反射光束以及至少部分第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，四束圆偏振光束经过偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；
其中，第一、第二偏振光束经过第一成像透镜单元后入射到第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；第三、第四偏振光束经过第二成像透镜单元后入射到第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同；第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；
步骤3、通过控制与处理电路同步发射器与采集器的触发信号以计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间，并根据非重叠区域处获取的飞行时间区分出重叠区域处的飞行时间对应的探测区域。
具体的，步骤2中，第一偏振光束和第三偏振光束入射到像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；第二偏振光束和第四偏振光束入射到像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
具体的，步骤3中，控制与处理电路根据非重叠区域像素单元接收到的回信号以及重叠区域像素单元接收到的回波信号分别计算出非重叠区域的第一飞行时间或第二飞行时间和重叠区域的第三飞行时间和第四飞行时间，以第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (10)

1.一种离轴扫描距离测量系统，其特征在于：包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，
所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；
所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；
其中，所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同，导致所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；
所述控制与处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间；并根据所述非重叠区域处接收回波信号计算出的飞行时间区分所述重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。
2.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述第一反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第一左旋圆偏振光束和第一右旋圆偏振光束；所述第二反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第二左旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束；所述第一、第二左旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第一、第二偏振光束；所述第一、第二右旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第三、第四偏振光束。
3.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜；所述1/4波片接收所述第一、第二左旋圆偏振光束和第一、第二右旋圆偏振光束后以所述第一、第二、第三、第四偏振光束出射；其中，所述第一、第二偏振光束与所述第三、第四偏振光束的偏振方向相互垂直。
4.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光束及右旋圆偏振光束入射到所述单片液晶偏振光栅，经衍射后使得两种圆偏振光在空间上分离，以分别入射到不同的像素单元上。
5.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括超表面偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光及右旋圆偏振光束经所述超表面偏振光栅分别入射到不同的像素单元上。
6.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
7.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：在所述非重叠区域，每个像素单元接收到一个回波信号，经过控制与处理电路计算出第一飞行时间或第二飞行时间；在重叠区域，每个像素单元接收到两个回波信号，经过控制与处理电路计算得到第三飞行时间和第四飞行时间，以所述第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
8.一种离轴扫描距离测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制发射器向目标空间发射光束；其中，所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；
控制采集器采集经待测目标反射回的至少部分光束；其中，所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；
所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同；所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；
通过控制与处理电路同步发射器与采集器的触发信号以计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间，并根据所述非重叠区域处接收回波信号计算出的飞行时间区分出所述重叠区域处的飞行时间对应的探测区域。
9.如权利要求8所述的离轴扫描距离测量方法，其特征在于：所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。
10.如权利要求8所述的离轴扫描距离测量方法，其特征在于：控制与处理电路根据非重叠区域像素单元接收到的回信号以及重叠区域像素单元接收到的回波信号分别计算出非重叠区域的第一飞行时间或第二飞行时间和重叠区域的第三飞行时间和第四飞行时间，以所述第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。
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