CN113805187A - 飞行时间tof装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种TOF装置和电子设备，该TOF装置包括：发射模块，包括：光源和调制元件，其中，所述光源包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源，所述光源用于发射光束，所述调制单元用于对所述多个子光源组发射的光束进行复制得到多束光束，并将所述复制后的多束光束投射至外部对象；接收模块，包括多个像素单元，在所述多个子光源组分时发射光束时，所述多个像素单元用于分时接收从所述外部对象返回的光束，以获取所述外部对象的多个深度图；处理模块，用于根据所述外部对象的多个深度图，合成所述外部对象的目标深度图。

Description

飞行时间TOF装置和电子设备

技术领域

本申请涉及3D技术领域，并且更具体地，涉及飞行时间TOF装置和电子设备。

背景技术

时间飞行(Time of Flight，TOF)模组是通过测量光束在空间中的飞行时间来计算物体的距离，或者说，深度，由于其具有精度高、测量范围大等优点被广泛应用于消费电子、无人驾驶、AR/VR等领域。

TOF模组中包括光源和相机，光源用于向目标空间发射光束以提供照明，相机对从外部对象返回的光束进行成像，根据光束由发射到接收所需要的时间计算物体的距离。

然而，相机中的像素单元一般采用单光子雪崩二极管(SPAD)实现，而SPAD的尺寸较大，难以做成高分辨率的像素阵列，这就限制了3D深度成像的分辨率。

因此，如何提升3D深度成像的分辨率是一项亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供一种飞行时间TOF装置和电子设备，能够在不提升像素阵列的阵列分辨率的情况下，提升3D深度成像的分辨率。

第一方面，提供了一种飞行时间TOF装置，包括：

发射模块，包括：光源和调制元件，其中，所述光源包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源，所述光源用于发射光束，所述调制单元用于对所述多个子光源组发射的光束进行复制得到多束光束，并将所述复制后的多束光束投射至外部对象；

接收模块，包括多个像素单元，在所述多个子光源组分时发射光束时，所述多个像素单元用于分时接收从所述外部对象返回的光束，以获取所述外部对象的多个深度图；

处理模块，用于根据所述外部对象的多个深度图，合成所述外部对象的目标深度图。

在一些可选的实现方式中，当每个子光源组发光时，所述调制单元对每个子光源组发出的光束进行复制得到多束光束，并将所述多束光束投射到外部对象，所述多个像素单元用于接收从外部对象返回的光束，以获取所述外部对象的一个深度图。

在一些可选的实现方式中，所述调制元件包括衍射光学元件DOE，所述调制光束为彼此间隔的散斑图案，所述衍射光学元件用于将所述每个子光源组发射的光束进行衍射后形成所述光斑阵列。

在一些可选的实现方式中，所述处理模块具体用于：

按照预设顺序依次控制所述多个子光源组中的一个子光源组发射光束，以使所述多个像素单元采集从所述外部对象返回的光束；

根据所述子光源组发射的光束和所述多个像素单元接收的所述光束之间的时间差或相位差，确定所述外部对象的一个深度图。

在一些可选的实现方式中，所述目标深度图中，每个像素单元对应多个深度值，所述多个深度值为所述多个子光源组分别发射光束时，根据所述子光源组发射的光束和所述像素单元接收的光束的时间差或相位值所确定的深度值。

在一些可选的实现方式中，同一像素单元用于在不同的子光源组分时发射光束时，分时接收从所述外部对象返回的光束。

在一些可选的实现方式中，不同的像素单元同时接收来自所述调制单元复制后的同一子光源组发出的光束。

在一些可选的实现方式中，所述光源为点阵光源，所述点阵光源包括多个间隔设置的发光点，所述多个发光点形成所述多个子光源组，每个子光源组包括至少一个发光点，每个发光点用于发射光束，每个发光点发出的光束包括单个脉冲波信号。

在一些可选的实现方式中，所述TOF装置为D-TOF装置，所述多个像素单元呈规则排布，所述目标深度图中包括在所述多个子光源组中的每个子光源组发射光束时根据所述子光源组发射的光束和所述多个像素单元中的每个像素单元接收的光束之间的时间差所确定的深度信息。

在一些可选的实现方式中，所述发射模块还包括用于驱动所述光源发光的驱动电路，所述驱动电路包括：

光源开关电路，所述光源开关电路的一端接地，所述光源开关电路的另一端与所述光源的一端连接，所述光源开关电路用于控制所述光源的开启和关闭；

限流电阻和驱动电容，所述光源的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接电源电压，所述驱动电容和所述限流电阻并联，所述驱动电容用于在光源开关开启时，提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的光束的上升沿的上升时间。

在一些可选的实现方式中，所述光源开关电路包括光源开关和光源开关驱动电路，所述光源开关驱动电路与所述光源开关连接，所述光源开关驱动电路用于根据驱动信号控制所述光源开关的导通和关断。

在一些可选的实现方式中，所述光源开关包括多个控制开关，每个控制开关用于控制所述多个子光源组中的一个子光源组的开启和关闭。

在一些可选的实现方式中，所述光源开关驱动电路具体用于：

在所述驱动信号为高电平时，控制所述光源开关导通，以使所述光源发射光束；或者

在所述驱动信号为低电平时，控制所述光源开关关断，以使所述光源停止发射光束。

在一些可选的实现方式中，所述发射模块的驱动电路还包括：

滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述电源电压，所述滤波电容的另一端接地。

在一些可选的实现方式中，所述接收模块还包括：第一透镜单元，用于接收所述从所述外部对象返回的的光束，并将所述光束进行准直或会聚后传输至所述多个像素单元。

在一些可选的实现方式中，所述发射模块还包括：第二透镜单元，设置在所述光源和所述调制元件之间，用于将所述子光源组发射的光束进行准直或会聚后传输至所述调制元件。

第二方面，提供了一种电子设备，包括：第一方面所述的飞行时间TOF装置或上述任一可选的实现方式中的飞行时间TOF装置。

在本申请实施例中，通过以子光源组为单位进行所述光源中的光源的开启和关闭，可以将在空间上需要通过增加像素单元个数来提升分辨率的方式转换为在时域上通过分时点亮光源采集深度图，进一步将分时点亮光源所采集的深度图合成目标深度图来实现，在不需要提升接收模块的像素单元的分辨率的情况下，实现了高分辨率的3D成像，进一步基于该高分辨率的深度图像进行后续的操作，例如，人脸识别，或者3D建模等，有利于提升系统性能。

附图说明

图1是本申请实施例的TOF装置的示意性结构图。

图2是图1所示TOF装置的发射模块的子光源组的示意图。

图3是图1所示TOF装置的接收模块的示意图。

图4是接收模块的每个像素单元接收一个子光源组所发射的光束示意图。

图5是发射模块的驱动电路的结构示意图。

图6是本申请的电子设备的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述的目的，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个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例的飞行时间(Time Of Flight，TOF)装置10的示意性结构图。可选的，所述TOF装置10可以用于安装在电子设备上。所述电子设备例如包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、笔记本电脑、台式机电脑、智能可穿戴设备、智能门锁、车载电子设备、医疗、航空等有3D信息感测功能需求的设备或装置。

具体地，如图1所示，所述TOF装置10包括发射模块11、接收模块12和处理模块13。所述发射模块11用于发射光束201至所述外部对象20的空间，至少部分发射光束201从所述外部对象20返回后形成光束202，该返回的光束202中携带有所述外部对象20的深度信息(或者说，景深信息)，所述光束202的至少部分被所述接收模块12接收，所述处理模块13用于计算所述光束201和所述光束202之间的时间差或相位差以确定所述外部对象20的深度信息，从而能够实现所述TOF装置10对所述外部对象的深度成像功能。可选的，本申请实施例的所述外部对象20的深度信息例如可以用于3D建模，人脸识别或者即时定位和地图构建(simultaneous localization and mapping，SLAM)等，本申请对此不作限定。

可选的，所述处理模块13与所述发射模块11和所述接收模块12连接，所述处理模块13还用于同步所述发射模块11和所述接收模块12的触发信号以计算所述光束201从所述发射模块11发出到被所述接收模块12接收所需的时间差或计算所述接收模块12接收的光束与所述发射模块11发出的光束之间的相位差，以确定所述外部对象20上的对应点的深度信息。

可选的，所述处理模块13可以为所述TOF装置10的处理模块，也可以为包括TOF装置10的电子设备的处理模块，例如，电子设备的主控模块，又或者，所述处理模块13中的部分设置在所述TOF装置10中，部分设置在所述电子设备的处理模块中，所述处理本申请实施例不作限定。

可选的，所述TOF装置10例如为直接飞行时间(Direct Time Of Flight,D-TOF)装置。所述D-TOF装置是基于直接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。所述D-TOF装置通过直接计算发射模块11发射的光束与接收模块12接收的光束之间的时间差来获得外部对象20的深度信息。然，可变更地，所述TOF装置10例如也可以为间接飞行时间(IndirectTime Of Flight,I-TOF)装置。所述I-TOF装置是基于间接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。所述I-TOF装置通过计算发射模块11发射的光束与接收模块12接收的光束之间的相位差来获得外部对象20的深度信息。

由于D-TOF装置的接收模块12的分辨率更低，因此，在本申请下面的实施例中，以所述TOF装置10主要为D-TOF装置为例说明如何提升3D深度成像的分辨率。然，下面的技术方案也可扩展到I-TOF装置等其它合适的TOF装置上。本申请对此并不做限定。

所述发射模块11包括：光源110和调制元件111，所述光源110用于发射光束，所述调制元件111用于对所述光源110发射的光束进行调制形成调制光束，即所述光束201，并将所述光束201投射至外部对象20。可选的，所述光束201例如为散斑图案。

在一些实施例中，所述接收模块12包括图像传感器，所述图像传感器包括由多个像素单元组成的像素阵列120，所述像素阵列120用于接收从所述外部对象20返回的光束202。其中，一个像素单元用于转换接收的光束202为相应的电信号以获得深度信息。可选的，所述像素单元可以是电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Meta1 Oxide Semiconductor，CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等器件。

可选的，所述多个像素单元呈规则排布。然，可变更地，所述多个像素单元也可呈非规则排布。

可选的，所述接收模块12还包括与所述图像传感器连接的信号放大器、时数转换器(TDC)、模数转换器(ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路，本申请并不限于此。可选的，所述读出电路中的部分或全部也可集成在所述图像传感器中。

所述接收模块12还包括：第二透镜单元121，用于接收从所述外部对象20返回的光束202，并将所述光束202进行准直或会聚后传输至所述多个像素单元。

当所述接收模块12采用的像素单元的尺寸较大时，例如采用SPAD时，SPAD的尺寸一般较大，而像素阵列120中的像素单元的个数决定了图像的分辨率，则当像素单元的尺寸较大时，对于同样尺寸的图像传感器，则采集的图像的分辨率较低。

基于该技术问题，在本申请实施例中，所述光源110被设计为包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源，所述多个子光源组分时发射光束。对应地，在所述多个子光源组分时发射光束时，所述像素阵列120中的多个像素单元分时接收从所述外部对象20返回的光束，以获取所述外部对象20的多个深度图。例如，所述多个子光源组包括九个子光源组，分别记为子光源组1～子光源组9，在一种实现中，可以按照子光源组的序号由小到大的顺序每次开启一个子光源组，在每个子光源组开启时，所述像素阵列120采集对应的深度图，得到9个深度图。

进一步地，所述处理模块13可以用于根据所述外部对象20的多个深度图，合成所述外部对象20的目标深度图。这样，所述目标深度图中包括在所述多个子光源组中的每个子光源组发射光束时根据所述子光源组发射的光束和所述多个像素单元中的每个像素单元接收的光束之间的时间差或相位差所确定的深度信息。接着上述例子，所述目标深度图可以包括所述9个深度图中的深度信息。因此，通过将光源110分成多个子光源组进行分时发光，进一步将子光源组分时发光时所采集的深度图合成目标深度图，从而能够在不增加像素阵列120中的像素单元个数的情况下，提升采集的深度图的分辨率。

所述光源110用于发射光束，例如，红外光，紫外光，可见光等。所述光源110例如可以为红外发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、垂直腔面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser，VCSEL)、法布里一泊罗(Fabry Perot，FP)、激光器(Laser diode，LD)、分布式反馈(Distribute Feedback，DFB)激光器以及电吸收调制激光器(Electro-absorption Modulated Laser，EML)等形式的光源，本申请实施例对此不做限定。以下，以所述光源110为VCSEL形式的光源为例进行说明，但本申请并不限于此。

在本申请实施例中，所述光源可以包括单个光源或多个光源，例如该多个光源可以是规则排布或非规则排布的光源阵列。以所述源110为VCSEL形式的光源为例，所述光源110可以包括半导体衬底以及多个排列在所述半导体衬底上的VCSEL光源所组成的VCSEL阵列芯片。

本申请并不限定所述光源中的所述多个子光源组的实现方式，以所述光源110为VCSEL形式的光源为例，例如，所述光源110可以包括单个VCSEL光源，所述VCSEL光源可以包括多个发光点，所述多个发光点形成所述多个子光源组，每个子光源组包括至少一个发光点。又例如，所述光源110包括多个VCSEL光源，每个VCSEL光源包括一个发光点，所述多个VCSEL光源形成所述多个子光源组，每个子光源组包括至少一个VCSEL光源。

在本申请实施例中，所述光源110发射的光束例如，可以为脉冲信号，例如但不限于为方波信号或正弦波信号等。所述调制元件111用于对所述光源110发射的光束进行调制，例如调制成散斑图案201，并将所述散斑图案201向所述外部对象20的空间发射。

可选的，在一些实施例中，所述发射模块11还包括：第一透镜单元112，设置在所述光源110和所述调制元件111之间，用于将所述子光源组发射的光束进行准直或会聚后传输至所述调制元件111。

在一些实施例中，所述调制元件111可以为衍射光学元件(DOE)，所述DOE可以对入射的光束进行衍射以形成所述散斑图案201。在一个实施例中，所述DOE可以对入射的光束进行分束，形成多个光束，例如几万条光束或几千条光束或几百条光束或几十条光束或几条光束，并向所述外部对象20发射所述多个光束，每条光束可以在所述外部对象20的表面形成一个光斑。在一个实施例中，所述DOE可以将入射的光束进行衍射形成光斑阵列，即规则排列的斑点。在其他实施例中，所述DOE也可以将入射的光束进行衍射形成其他图案，例如，形成散斑图案，具有一定随机性的光斑阵列。

通过所述DOE对光源110发射的光束进行复制，则向外部对象20发射的光束是由多个复制的光束组成，有利于扩大TOF装置10的视场角和光束的数量，提高成像效果。

在一些实施例中，所述调制元件111也可以包括微透镜阵列，所述微透镜阵列由多个微透镜单元排列而成。在一个实施例中，所述多个微透镜单元用于接收来自光源110的光束并生成与所述微透镜单元的排列相应的光束阵列向外发射。在一个实施例中，所述光源110也包含与微透镜阵列中排列相对应的多个子光源，每个微透镜单元接收与之对应的子光源的光束并准直或聚焦后向外发射光束阵列。光束阵列可以是随机排列形式也可以是规则排列形式。

以下，以所述调制元件111为DOE为例进行说明，但本申请并不限于此。

在本申请实施例中，所述调制元件111对所述光源110发射的光束的复制数不作限定。例如，所述调制元件111可以将所述光源110中的一个发光点发射的光束复制为N*M的光束阵列，则当所述光源110为A*B阵列的点阵光源时，并且所述点阵光源中的发光点同时发光时，经所述调制元件111可以形成N*A列M*B行的光束阵列。

可选的，在一些实施例中，所述调制元件111的复制数可以与所述像素阵列120的阵列数相同，在其他实施例中，所述调制元件111的复制数也可以与所述像素阵列120的阵列数不同，本申请对此不作限定。

可选的，在本申请一些实施例中，所述处理模块13具体用于：

按照预设顺序依次控制所述多个子光源组中的一个子光源组发射光束，以使所述多个像素单元采集从所述外部对象20返回的光束202；

根据所述子光源组发射的光束201和所述多个像素单元接收的所述光束202之间的时间差或相位差，确定所述外部对象20的一个深度图。

作为一个例子，如图2所示，所述光源110包括9个子光源组1101，每个子光源组1101包括一个发光点，即所述光源110包括9个发光点，所述9个发光点可以是3*3阵列的排布方式。所述DOE的复制数为5*3，即5列3行。如图3所示，所述像素阵列120包括15个像素单元1201，排布方式例如可以为5*3的阵列。

当所述光源110中的发光点同时发光时，所述光源110发出3*3的光斑阵列，进一步经所述第一透镜单元112准直或会聚后进入所述DOE，经所述DOE衍射后形成15*9的光斑阵列，照射在所述外部对象20上。如果要期望获得15*9的分辨率，则需要像素阵列120为15*9的阵列。由前文描述可知，单个像素单元较大时，增加像素阵列120的规模，会使得整个TOF装置10的尺寸变大，降低了所述TOF装置10的实用性。

在本申请实施例中，可以以子光源组为单位控制所述光源110中的光源的开启和关闭，在开启每个子光源组时，所述像素阵列120采集从所述外部对象20返回的光束202，以获取所述外部对象20的一个深度图。在上述例子中，例如，在图2的例子中，可以对所述9个子光源组编号，记为1～9，按照序号由小到大的顺序依次开启每个子光源组，即每次开启一个发光点，经所述DOE衍射后形成5*3的光斑，照射到所述外部对象20后，根据接收光束202可以得到5*3的深度图，则9个发光点可以得到所述外部对象20的9帧5*3的深度图。则，如图3所示，当所述子光源组1发光时，所述像素阵列120可以采集对应的深度图1，图3中的符号“1”表示在子光源组1发光时，所述像素阵列120中的每个像素单元采集的对应深度值。依次类推，当所述子光源组2～子光源组9分别发光时，所述像素阵列120可以采集对应的深度图2～深度图9。

进一步地，可以将所述多个子光源组分别发光时，所得到的多个深度图合成一个目标深度图，则所述目标深度图可以包括每个子光源组发光时，所述像素阵列120中的每个像素单元对应的深度信息，即所述目标深度图的分辨率不仅与所述像素阵列120中的像素单元的排布相关，还与所述多个子光源组的个数相关，也就是说，所述目标深度图的分辨率高于单个子光源组发光时获得的深度图的分辨率，而单个子光源组发光时获得的深度图的分辨率仅与所述像素阵列120的排布有关。

在上述例子中，可以将所述9帧5*3的深度图进行合成，得到一张15*9的目标深度图，如图4所示。其中，每个像素单元1201可以对应9个深度值，分别用1～9表示，分别对应所述9个子光源组中的子光源组1～9单独发光时所获得的深度值。例如对于右上角的像素单元1201对应的9个像素值中，符号“6”表示当子光源组6单独发光时，该像素单元所采集的深度值。

因此，在本申请实施例中，通过以子光源组为单位进行所述光源110中的光源的开启和关闭，可以将在空间上需要通过增加像素单元个数来提升分辨率的方式转换为在时域上通过分时点亮光源采集深度图，进一步将分时点亮光源所采集的深度图合成目标深度图来实现，在不需要提升像素阵列120的分辨率的情况下，实现了高分辨率的3D成像，进一步基于该高分辨率的深度图像进行后续的操作，例如，人脸识别，或者3D建模等，有利于提升系统性能。

在本申请实施例中，通过以子光源组为单位对光源110进行分组控制，在某个时刻，所述发射模块11发射的光斑的密度不变，但是，若将所述多个子光源组分时发光所产生的光斑进行叠加，相当于增加了光斑的密度，也就是说，所述目标深度图可以认为是根据叠加的光斑得到的，因此，提升了图像的分辨率。

在本申请实施例中，所述发射模块11可以向所述外部对象20发射脉冲光，脉冲光的上升时间越短，深度的检测精度越高，为了达到较高的深度的检测精度，对于所述脉冲光的上升时间和下降时间提出了极高的要求。一般需要在数ns内。

在一种实施例中，如图5所示，所述发射模块11还包括驱动电路，用于驱动所述光源110发光。所述驱动电路包括光源开关电路114和限流电阻113，所述光源开关电路114与所述光源110的一端(阴极)连接，所述光源110的另一端(阳极)连接至所述限流电阻113的一端，所述限流电阻113的另一端连接至电源电压117，所述光源开关电路114用于控制所述光源110的开启和关闭，所述限流电阻113对所述光源110起到限流和保护的作用，具体的，所述限流电阻110可以控制所述电源电压117在所述光源110上的分压，以降低流过所述光源110的电流。可选的，在本申请实施例中，如图5所示，所述光源开关电路114可以包括光源开关1140和光源开关驱动电路1141，与所述光源开关1140连接，用于根据驱动信号V_IN控制所述光源开关1140的导通和关断。可选的，所述驱动信号V_IN可以为高低电平交替变化的方波信号，例如，所述光源开关驱动电路1141在所述驱动信号V_IN为高电平时，控制所述光源开关1140导通，以使所述光源110发射光束；或者在所述驱动信号V_IN为低电平时，控制所述光源开关1140关断，以使所述光源110停止发射光束。

可选的，在一些实施例中，当所述光源110分为多个子光源组时，所述光源开关1140包括多个控制开关，每个控制开关用于控制所述多个子光源组中的一个子光源组的开启和关闭。

在具体实现中，所述光源开关1140，光源110，TOF装置10的电路板之间不可避免的存在着寄生电容、寄生电感，这就导致流过光源110的电流无法以非常高的速度(例如数纳秒)达到设定值，因此光源110所产生的光信号的上升沿比较平缓。

基于该技术问题，在本申请实施例中，所述驱动电路可以包括在所述限流电阻113上并联驱动电容116，换言之，可以在电源电压117和光源110之间增加驱动电容116。这样，在所述光源开关1140开启瞬间增大了流过光源110上的电流值，也就是说，所述驱动电容116的存在为光源110的光信号的上升瞬间提供了脉冲电流，补偿了因寄生电容、寄生电感的存在导致的光信号的电流上升缓慢的问题。从图5可以看出，在增加过驱动电容116之后，光信号的上升沿明显变得更陡峭，上升时间可以缩短到10ns以内。

可选的，在一些实施例中，所述驱动电路还包括：

滤波电容115，所述滤波电容115的一端连接所述电源电压117，所述滤波电容115的另一端接地。所述滤波电容115用于降低光源110的内阻、导线等对光信号的上升沿的影响。

可扩展地，所述驱动电路也适用于I-TOF装置等中。

如图6所示，本申请实施例还提供了一种电子设备100，所述电子设备100包括上述各实施例中所述的TOF装置10。所述TOF装置10的具体实现参考前述实施例的相关描述，这里不再赘述。所述电子设备100例如包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机、笔记本电脑、台式机电脑、智能可穿戴设备、智能门锁、车载电子设备、医疗、航空等有TOF功能需求的设备或装置。

上述的处理模块可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

上述的存储模块可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种飞行时间TOF装置，其特征在于，包括：

发射模块，包括：光源和调制元件，其中，所述光源包括多个子光源组，每个子光源组包括至少一个子光源，所述光源用于发射光束，所述调制单元用于对所述多个子光源组发射的光束进行复制得到多束光束，并将所述复制后的多束光束投射至外部对象；

接收模块，包括多个像素单元，在所述多个子光源组分时发射光束时，所述多个像素单元用于分时接收从所述外部对象返回的光束，以获取所述外部对象的多个深度图；

处理模块，用于根据所述外部对象的多个深度图，合成所述外部对象的目标深度图。

2.根据权利要求1所述的D-TOF装置，其特征在于，当每个子光源组发光时，所述调制单元对每个子光源组发出的光束进行复制得到多束光束，并将所述多束光束投射到外部对象，所述多个像素单元用于接收从外部对象返回的光束，以获取所述外部对象的一个深度图。

3.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述调制元件包括衍射光学元件DOE，所述调制光束为彼此间隔的散斑图案，所述衍射光学元件用于将所述每个子光源组发射的光束进行衍射后形成所述光斑阵列。

4.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

按照预设顺序依次控制所述多个子光源组中的一个子光源组发射光束，以使所述多个像素单元采集从所述外部对象返回的光束；

根据所述子光源组发射的光束和所述多个像素单元接收的所述光束之间的时间差或相位差，确定所述外部对象的一个深度图。

5.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述目标深度图中，每个像素单元对应多个深度值，所述多个深度值为所述多个子光源组分别发射光束时，根据所述子光源组发射的光束和所述像素单元接收的光束的时间差或相位值所确定的深度值。

6.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，同一像素单元用于在不同的子光源组分时发射光束时，分时接收从所述外部对象返回的光束。

7.根据权利要求1或10所述的TOF装置，其特征在于，不同的像素单元同时接收来自所述调制单元复制后的同一子光源组发出的光束。

8.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述光源为点阵光源，所述点阵光源包括多个间隔设置的发光点，所述多个发光点形成所述多个子光源组，每个子光源组包括至少一个发光点，每个发光点用于发射光束，每个发光点发出的光束包括单个脉冲波信号。

9.根据权利要求1所述的TOF装置，其特征在于，所述TOF装置为D-TOF装置，所述多个像素单元呈规则排布，所述目标深度图中包括在所述多个子光源组中的每个子光源组发射光束时根据所述子光源组发射的光束和所述多个像素单元中的每个像素单元接收的光束之间的时间差所确定的深度信息。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的TOF装置，其特征在于，所述发射模块还包括用于驱动所述光源发光的驱动电路，所述驱动电路包括：

光源开关电路，所述光源开关电路的一端接地，所述光源开关电路的另一端与所述光源的一端连接，所述光源开关电路用于控制所述光源的开启和关闭；

限流电阻和驱动电容，所述光源的另一端连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接电源电压，所述驱动电容和所述限流电阻并联，所述驱动电容用于在光源开关开启时，提高流过所述光源的电流值，以降低所述光源发射的光束的上升沿的上升时间。

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