CN115343695A - 采集器、测距系统以及制造采集器的方法 - Google Patents

Abstract

本申请适用于光学技术领域，提供了一种采集器、测距系统以及制造采集器的方法。其中，上述采集器包括：k个共享TDC电路；像素阵列，包括多个宏像素，宏像素的数量至少为共享TDC电路数量的s倍，每个宏像素包括一个或多个像素；像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每种子像素阵列包括m行×n列个宏像素，每种子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路，以使得像素阵列中的所有宏像素共享k个共享TDC电路，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，且n和m的乘积为k。本申请的实施例可以使测距系统利用共享的TDC电路兼容多种扫描方式。

Description

采集器、测距系统以及制造采集器的方法

技术领域

本申请属于光学技术领域，尤其涉及一种采集器、测距系统以及制造采集器的方法。

背景技术

测距系统即距离测量系统，一些场景中可以指激光雷达。激光雷达按照扫描方式可以分为机械式激光雷达、全固态式激光雷达和混合固态式激光雷达。

全固态激光雷达的采集器一般包括接收芯片(像素阵列)，像素阵列与时数转换器(Time to Digital Convertor，TDC)电路连接，以由TDC电路对像素的光子信号进行处理实现测距。测距时，一般需由发射器发射激光，并由像素阵列上对应的像素采集目标反射的光信号并生成光子信号。其中，控制像素阵列中部分或全部像素开启的方式称为扫描方式。像素阵列的扫描方式常可分为一维扫描(如图1a所示)和二维扫描(如图1b所示)，相关技术中，仅能利用像素阵列执行一种扫描模式，通常TDC电路和像素阵列的连接关系决定了像素阵列在测量过程中可选择的扫描模式，尚未出现一种可兼容多种扫描模式的接收芯片。而常规做法中，通常每个像素分别分配一个TDC电路以实现对像素阵列的任意调控，但这种设计会造成接收芯片成本较高且体积较大。

发明内容

本申请实施例提供一种采集器、测距系统以及制造采集器的方法，可以使测距系统利用共享的TDC电路兼容多种扫描方式。

本申请实施例第一方面提供一种采集器，包括：k个共享TDC电路；像素阵列，所述像素阵列包括多个宏像素，所述宏像素的数量至少为所述共享TDC电路数量的s倍，每个所述宏像素包括一个或多个像素；其中，所述像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每种所述子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路，以使得所述像素阵列中至少两个所述宏像素共同连接一个所述共享TDC电路；其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，且n和m的乘积为k。

本申请实施例第二方面提供的一种测距系统，包括：发射器、如第一方面所述的采集器，以及与所述发射器和所述采集器连接的控制与处理电路；其中，所述发射器包括由多个发光元件组成的光源阵列，用于向目标发射激光光束；所述采集器用于采集被所述目标反射的所述激光光束；所述控制与处理电路用于同步控制所述发射器和所述采集器，并计算所述激光光束从发射到被采集的飞行时间以获取所述目标的距离。

本申请实施例第三方面提供的一种测距系统，包括：发射器、采集器，以及控制与处理电路；所述发射器包括由多个发光元件组成的光源阵列，用于向目标发射激光光束；所述采集器包括以由多个宏像素组成的像素阵列，所述像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每个子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个所述宏像素包括一个或多个像素；所述控制与处理电路包括预设的k个共享TDC电路；其中，所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路，且所有所述宏像素共享k个所述共享TDC电路；其中，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。

本申请实施例第四方面提供的一种制造采集器的方法，包括：提供k个共享TDC电路；根据所述k个共享TDC电路配置两种由m行×n列个宏像素组成的子像素阵列，其中，n和m的乘积为k；设置任意一个所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路；配置多个所述子像素阵列形成像素阵列。

在本申请的实施方式中，采集器可包括k个共享TDC电路；像素阵列，所述像素阵列包括多个宏像素，所述宏像素的数量至少为所述共享TDC电路数量的s倍，每个所述宏像素包括一个或多个像素；所述像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每种所述子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路，以使得所述像素阵列中至少两个所述宏像素共同连接一个所述共享TDC电路；其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。一方面，宏像素与宏像素之间可以连接相同的共享TDC电路，由此可以减少TDC电路的数量。而连接不同共享TDC电路的宏像素可以同时开启，由于像素阵列包含至少两种由m行×n列个宏像素构成的子像素阵列，因此可以控制其中任意一种子像素阵列内的所有宏像素开启，开启其中一种子像素阵列内的所有宏像素即为一种扫描方式，因此，测距系统可兼容多种扫描方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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1a是相关技术中一维扫描的示意图；

图1b是相关技术中二维扫描的示意图；

图2是本申请实施例提供的测距系统的结构示意图一；

图3是本申请实施例提供的第一种像素阵列的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第二种像素阵列的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的第三种像素阵列的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的测距系统的结构示意图二；

图7为实施例提供的发射器设置畸变透镜时的墙面光斑分布示意图；

图8为实施例提供的采集器设置畸变透镜时的接收光斑分布示意图；

图9为本申请实施例提供的光源阵列的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的光源阵列开火的时序示意图；

其中，图中各附图标记：

11-发射器；12-采集器；110-光源阵列；120-像素阵列。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护。

测距系统即距离测量系统，一些场景中可以指激光雷达。激光雷达按照扫描方式可以分为机械式激光雷达、全固态式激光雷达和混合固态式激光雷达。全固态激光雷达的采集器一般包括接收芯片(像素阵列)，像素阵列与时数转换器(Time to DigitalConvertor，TDC)电路连接，以由TDC电路对像素的光子信号进行处理，实现测距。测距时，一般需由发射器发射激光，并激活像素阵列上对应的像素进行探测，采集目标对激光的反射光，生成光子信号。其中，控制像素阵列中部分或全部像素开启的方式称为扫描方式，像素阵列的扫描方式常可分为一维扫描和二维扫描。一维扫描如图1a所示，指可以同时控制一列或一行像素开启，二维扫描如图1b所示，指可以同时控制一块多行×多列的像素开启。

相关技术中，仅能利用像素阵列执行一种扫描模式，通常TDC电路和像素阵列的连接关系决定了像素阵列在测量过程中可选择的扫描模式，尚未出现一种可兼容多种扫描模式的接收芯片。若要利用同一个像素阵列执行不同的扫描模式，通常需为每个像素分别分配一个TDC电路，以实现对像素阵列的任意调控，但这种设计会造成接收芯片成本较高且体积较大，不利于微型化设计。

本申请为了解决上述技术问题，提出了一种宏像素和TDC电路的共享连接方式，由此设计了一种采集器和测距系统。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图2示出了本申请实施例提供的一种测距系统的结构示意图，本申请的实施方式中，测距系统可以包括发射器11和采集器12，一些实施方式中，还可以包括与发射器11和采集器12连接的控制与处理电路(图未示)。

其中，发射器11也称为投射模组(TX模组)，包括多个发光元件，发光元件用于向目标发射激光光束。该目标可以是测距系统的FOV内的任意一个物体，例如可以是人、车辆等，对此本申请不做限制。激光光束照射至目标后，目标会对激光进行反射形成反射光入射至采集器12。采集器12也称为接收模组(RX模组)，可用于采集目标反射的激光光束生成光子信号。控制与处理电路可用于同步控制发射器11和采集器12，对光子信号进行处理，计算激光光束从发射到被采集的飞行时间，以获取目标与测距系统之间的距离实现测距。

在本申请的实施方式中，上述采集器12可以包括预设的k个共享TDC电路和由多个宏像素组成的像素阵列120，像素阵列120中宏像素的数量是共享TDC电路的整数倍。其中，每个宏像素包括一个或多个像素，一个像素即一个采光单元，优选地，该像素为单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)。由于反射光入射到像素阵列120上形成光斑，光斑的尺寸大于单个像素的感光面积，因此，通常将多个像素组合在一起共同采集反射光斑中的光子信号，这些被同时激活接收同一个光斑的像素构成一个宏像素。通常在设置时，发光元件与宏像素具有一一对应关系，即每个发光元件发射的光信号会入射到对应的宏像素中。

应理解，像素阵列120中宏像素的总个数以及共享TDC电路的总个数k，均可根据实际情况进行选择，优选地，宏像素的总个数为s×k个，s和k均可以为大于1的正整数。

图3示出了采集器12的像素阵列120的结构示意图。一种采集器包括k个共享TDC电路和像素阵列120，像素阵列包括多个宏像素，宏像素的数量至少为共享TDC电路数量的s倍，每个宏像素包括一个或多个像素；像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每种子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路，以使得像素阵列中至少两个宏像素共同连接一个共享TDC电路；其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。

其中，每个格子分别表示一个宏像素，每个格子上的编号分别表示该宏像素所连接的共享TDC电路，编号相同代表连接的是同一个共享TDC电路。在本申请的实施方式中，像素阵列120可以包含至少两种由m行×n列个宏像素构成的子像素阵列，像素阵列120中的任意一个子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路，并且像素阵列120中的所有宏像素共享k个共享TDC电路。图3中的实线框31、32、33即表示一个子像素阵列。其中，n和m均为大于或等于1的正整数，且n和m的乘积为k。例如，当共享TDC电路的总个数k为9时，9＝1×9＝3×3＝9×1，因此，第一种子像素阵列可以为1行×9列个宏像素构成的子像素阵列，第二种子像素阵列可以为3行×3列个宏像素构成的子像素阵列，第三种子像素阵列可以为9行×1列个宏像素构成的子像素阵列。在配置像素阵列时，可任选其中两种子像素阵列进行像素阵列120的设计，例如选择第一种和第二种子像素阵列进行设计，即可得到图3所示的像素阵列120，像素阵列120中的81个宏像素共同使用9个共享TDC电路。

在一些实施方式中，采集器12还可以包括与像素阵列120连接的像素驱动电路。像素驱动电路可用于配置像素阵列120中的j个宏像素的开启，以将开启的j个宏像素作为工作像素。其中，j为大于或等于1，且小于或等于k的正整数，j个工作像素分别连接不同的共享TDC电路。也就是说，连接不同共享TDC电路的宏像素可以同时在像素驱动电路的驱动下开启。工作像素也即处于工作状态的像素，j个工作像素在工作状态下可用于进行探测，采集反射光以生成光子信号，与j个工作像素分别连接的共享TDC电路可用于对对应工作像素(即所连接的工作像素)的光子信号进行处理。

需要说明的是，一个TDC电路仅可以接收一个宏像素的采样信号(光子信号)，应理解，前述扫描方式是指同时开启一个或多个宏像素进行扫描。因此，当j等于1时，像素阵列120可以进行点扫描；当j大于1时，像素阵列120可以同时进行多点扫描。并且，当j等于k时，由于像素阵列120包含至少两种由m行×n列个宏像素构成的子像素阵列，因此可以控制其中任意一种子像素阵列内的所有宏像素开启，开启其中一种子像素阵列内的所有宏像素即为一种扫描方式，此时，测距系统可兼容多种扫描方式。

以前述共享TDC电路的总个数k为9的例子继续进行说明。如图3示出的连接方式，81个宏像素共享9个共享TDC电路。因此，这种连接方式下可以一次致动一行宏像素进行扫描，如图3中实线框31所示，扫描方式为行扫描(一维扫描)；也可以一次可致动一块(多行×多列)宏像素进行扫描，如图3中实线框32和33所示，扫描方式为块扫描(二维扫描)。这里所说的一行宏像素或一块宏像素，对应前文所述的一种子像素阵列。致动一行宏像素或一块宏像素指的是开启像素阵列120中的任意一行或任意一块(多行×多列)宏像素。

图3的实施方式中，在设计采集器时，首先确定共享TDC电路的总数量k为9个，根据因式分解9＝1×9＝3×3＝9×1，任意选择两种矩阵子区域的构成方式进行设置对应两种不同的扫描方式，例如选择1行×9列和3行×3列进行设置，则行扫描为一行9个宏像素，块扫描为3行×3列个宏像素，可填充像素阵列120如下表所示，然后再将表中的空格填充完成保证每个矩阵子区域内的像素均连接到不同的共享TDC电路，得出如图3所示的像素阵列120和共享TDC电路的连接方式。另外，对于多行或者多块宏像素是否需要按照某种扫描顺序进行扫描，本申请不做限制。

图4示出了共享TDC电路的总个数k为9时与图3不同的另一种连接方式，例如选择1行×9列和9行×1列进行设置。这种连接方式，可以实现行扫描(如图4中的实线框41所示)和列扫描(如图4中的实线框42所示)两种一维扫描方式。当然，如图4所示，这个连接方式在部分区域内也可以实现3行×3列的块扫描(如图4中的实线框43所示)，而这种块扫描是任意一块3行×3列的矩阵子区域均可实现的。因此，在制造采集器12时，可以依据两种子像素阵列(两种扫描方式)的需求进行宏像素与共享TDC电路的连接，完成制造后，所得到的采集器12在一些情况下可以出现大于两种的扫描方式。

应理解，根据预设的共享TDC的总数量k，可以对k作因式分解，根据因式分解选择两种子像素阵列的设计要求，从而确定实现所需的至少两种扫描方式时，宏像素和共享TDC的连接关系。而所形成的一个像素阵列120(宏像素总数量小于或等于k行×k列)还可以通过复制形成更大的像素阵列120。例如，如图5所示，若有32个共享TDC，可配置16行×16列个宏像素构成的像素阵列120。具体的，由32个共享TDC可以因式分解成1×32、2×16、4×8、8×4、16×2、32×1几种形式。根据上述分解形式，选择行数小于或等于4、列数小于或等于16的任意两种矩阵子区域来配置4行×16列个宏像素构成小的像素阵列。再对这个小的像素阵列进行多次复制形成一个大的像素阵列，例如由四个4行×16列的小的像素阵列构成16行×16列个宏像素构成的像素阵列120。此时，可致动2行×16列个宏像素进行扫描，也可制动4行×8列个宏像素进行扫描。

可以理解的是，复制的次数并不严格限制，根据复制的次数可决定采集器的像素分辨率，比如图5实施例中复制了4次后的像素分辨率为16*16，若复制n次后像素分辨率为n*16。更优选的，当需要采集器的像素分辨率更高时，还可以对像素阵列120整体进行复制，比如复制一次形成16行*32列的像素阵列，即该像素阵列包括两个像素阵列120，采集器的像素分辨率扩展为原来的一倍，以此类推，复制n次则扩展为原来的n倍。

在本申请的实施方式中，一方面，宏像素与宏像素之间可以连接相同的共享TDC电路，由此可以减少TDC电路的数量。而连接不同共享TDC电路的宏像素可以同时开启，由于像素阵列120包含至少两种由m行×n列个宏像素构成的子像素阵列，因此可以控制其中任意一种子像素阵列内的所有宏像素开启，开启其中一种子像素阵列内的所有宏像素即为一种扫描方式，因此，测距系统可兼容多种扫描方式。

结合图3至5所示的实施例，本申请还提供一种制造采集器12的方法，包括：

提供k个共享TDC电路；根据k个共享TDC电路配置两种由m行×n列个宏像素组成的子像素阵列，其中，n和m的乘积为k；设置任意一个子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路；配置多个子像素阵列形成像素阵列。

具体的，将k个共享TDC电路与采集器12的像素阵列120的所有宏像素进行连接，其中，每个宏像素包括一个或多个像素，像素阵列120包含至少两种由m行×n列个宏像素构成的子像素阵列，像素阵列120中的任意一个子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路，像素阵列120中的所有宏像素共享k个共享TDC电路，其中，n和m均为大于或等于1的正整数，且n和m的乘积为k。

下面对测距系统的一些具体构造进行描述。

具体的，上述发射器11可以包括由多个发光元件组成的光源阵列110，光源阵列110可用于发射激光光束，激光光束可以指脉冲光束。其中，至少部分脉冲光束经过目标反射形成反射光入射到采集器12的像素阵列120上。前述像素阵列120用于采集反射光中的光子并输出光子信号。控制与处理电路可以对光源阵列110和像素阵列120进行控制，进而同步控制同步发射器11和采集器12。测距系统基于光源阵列110的触发信号与像素阵列120的触发信号，可以计算测距系统从发射器11发出激光光束到采集器12采集到反射光之间的飞行时间Δt，也即，光子从发射到接收所需要的飞行时间Δt。此时，目标与测距系统之间的距离d可被估算为d＝(c×Δt)/2，其中，c表示光速。

下面对测距系统中的发射器11、采集器12和控制与处理电路进行具体说明。在本申请的一些实施方式中，发射器11可以包括光源阵列110、发射光学元件以及驱动器等组件。其中，光源阵列110可以为垂直腔面发射发射器(vertical cavitysurfaceemittinglaser，VCSEL)阵列。具体的，光源阵列110可以是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源形成的VCSEL阵列光源芯片。在一些实施例中，发射光学元件可以包括衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)、透镜、反射镜、振镜、微透镜阵列中的一个或多个。光源阵列110可以在控制与处理电路的控制下，以一定频率(脉冲周期)向外发射脉冲光束，脉冲光束经过透镜出射，最终投射到目标场景上形成照明斑点，频率可根据测量距离进行设定。优选地，发射光学元件可以配置为包括带畸变的透镜，即畸变透镜，此时光源阵列发射的光束经过畸变透镜后的发射视场角大于未设置畸变透镜时的发射视场角。

采集器12可以包括像素阵列120、像素驱动电路、过滤单元以及接收光学元件等组件。其中，像素阵列120可以包括多个采集光子的宏像素，宏像素可以包括一个或多个像素，每个像素可以是SPAD、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)等采集光子的单光子器件。具体的，像素阵列120可以由多个SPAD组成的，SPAD可以对入射的单个光子进行响应并输出指示所接收光子在每个SPAD处相应到达时间的光子信号。目标场景内的目标对离开发射器11的激光进行反射，可形成反射光入射至采集器12。进入采集器12的反射光经接收光学元件后入射到像素阵列120上形成反射光，像素阵列120上的工作像素采集到光子的情况被视为光子检测事件发生并输出光子信号。优选地，接收光学元件可以配置为包括带畸变的透镜，即畸变透镜，此时采集器的采集视场角大于未包括畸变透镜时的采集视场角。

上述测距系统还可以包括与像素阵列120连接，由信号放大器、时数转换器电路(TDC电路)、模数转换器(analog to digital converter，ADC)、存储器、直方图电路等器件中的一种或多种组成的读出电路。在本申请的实施方式中，读出电路可以与像素阵列120整合在一起，作为采集器12的一部分。读出电路可用于获取像素阵列120上连接的工作像素的光子信号并进行处理，确定从发射器11发出激光到采集器12采集到反射光之间的飞行时间Δt。

在一个实施例中，TDC电路接收到对应工作像素的光子信号后，可基于光子信号确定飞行时间Δt，并向直方图电路中发送更新信号，以指示直方图电路生成或更新用于记录飞行时间的直方图。例如，TDC电路可生成表征飞行时间信息的时间码，利用时间码寻找直方图电路中直方图的对应位置，并使得直方图电路中对应位置处的存储单元存储的数值加“1”，每个存储单元可以为时间bin(时间间隔)。经过多个周期的飞行时间测量，可以从直方图电路中读出直方图，直方图中包含激光光束从发射到被采集的飞行时间。

控制与处理电路与发射器和采集器连接，接收直方图并对直方图进行处理，计算出激光光束从发射到被采集的飞行时间，并根据飞行时间计算出目标的距离。

需要说明的是，如图6所示，上述测距系统可在发射器11和/或采集器12中设置畸变透镜，畸变透镜用于对入射至该透镜的光束进行畸变调制，以改变出射光束的FOV。畸变透镜所产生的畸变的类型可以根据实际情况选择，其中，位于发射器11和采集器12上的畸变透镜所配置的透镜畸变可以为负向畸变(也称为桶形畸变)。

在本申请的一些实施方式中，可以仅在发射器11设置畸变透镜，此时光源阵列110投射到视场中的光斑图案带有畸变，离开发射器的激光光束具有的第一视场大于第二视场，第一视场和第二视场均指投射FOV。第二视场为发射器未包括畸变透镜时离开发射器的激光具有的视场，可以是激光光束直接投射的FOV，也可以是光束经过未加畸变的透镜时投射的FOV。请参阅图7，图7示出了激光投射在墙面的光斑分布示意图，经过畸变透镜后投射FOV(71)扩大，而采集器12的接收FOV(72)感兴趣区域固定，对于接收FOV以外的边缘光斑(如光斑73)可不采样，因此，对于边缘光斑对应的发光元件可控制其不开启。此时，采集器12未设置畸变透镜，而发射器11设置畸变透镜的情况下，可以减少发射器11的芯片靶面面积(光源阵列110的面积)，也可通过增大采集器12的芯片靶面面积(像素阵列120的面积)，使得边缘光斑被采样，进而使接收FOV增大以此增大探测视场范围。

在另一些实施方式中，也可以仅在采集器12设置畸变透镜，此时，第三视场内的反射光将进入采集器12，其中，第三视场大于第四视场，第三视场和第四视场均指投射FOV。具体的，第四视场为采集器12未包括畸变透镜时所对应的采集视场，第三视场为采集器12包括畸变透镜时所对应的采集视场。如图8所示，负向畸变会使得透镜焦距不变的情况下接收FOV(81)扩大，此时，为了使发射器11的投射FOV与接收FOV相同，发射器11的芯片靶面面积可大于采集器12的芯片靶面面积。

在另一个实施例中，也可以在发射器11和采集器12都设置透镜畸变，相比与未设置畸变透镜时，投射FOV和接收FOV都增大了。利用透镜畸变扩大FOV，进而可以减少发射器11的芯片靶面面积和采集器12的芯片靶面面积。其中，位于发射器11上的畸变透镜和位于采集器12上的畸变透镜，两者的畸变系数可以一致，且发射器11和采集器12的焦距可以不同，具体取值可以根据实际情况设置，对此本申请不做限制。

在一些实施方式中，发射器11的芯片靶面面积可以小于采集器12的芯片靶面面积，结合畸变透镜可以在保持FOV大小一致的情况下减少发射器11的成本。

可以理解的是，通常发射器11和采集器12中需要设置透镜，对光束进行调制，而对应的发射视场和采集视场受到光源阵列和像素阵列面积、透镜焦距因素的影响，本申请的实施例即可在不改变这些因素的情况下通过对透镜加畸变设计改变发射视场角和采集视场角，简单高效。

在本申请的一些实施方式中，上述光源阵列110包括多个子阵列；控制与处理电路可用于控制任意一个子阵列发射激光光束，该子阵列可以包括多个发光元件，每个发光元件与一个宏像素对应；相应的，控制与处理电路可同步控制采集器12中与发光元件对应的j个工作像素采集激光光束，以实现行扫描、列扫描等顺序扫描。具体的，控制与处理电路可用于向发射器11发送第三触发信号，以控制光源阵列110的任意一个子阵列发射激光光束。并且，控制与处理电路可以控制光源阵列110在保持开启发光元件数量不变的情况下，使距离较远的多个发光元件同时发射激光光束，进而降低发光元件开火集成度，以降低发光时产生的热集成度，增加发射器11的使用寿命。

例如，请参考图9所示的光源阵列110，原先需由1#和2#两个区域的发光元件组成的子阵列(共计10×12个发光元件)发光，现可控制1#和K#两个区域的发光元件组成的子阵列(分别为10×6个发光元件)发光，此时热能不会集中在1#和2#所构成的区域，能够有效增加发射器11的使用寿命，并且由于开火的发光元件数量相同，测距系统的分辨率也不会受到影响。

在本申请的一些实施方式中，上述像素阵列120可以包括多个像素，光源阵列110的每个子阵列与一个选通区域关联，每个选通区域包含至少一个宏像素，且选通区域内的宏像素分别连接不同的共享TDC电路，优选地，每个选通区域对应为一个子像素阵列。具体的，子阵列中发光元件的数量与选通区域中宏像素的数量是对应的，优选地，考虑到测距系统本身存在的视差，宏像素数量要大于发光元件的数量。控制与处理电路控制某个子阵列发射激光光束后，还可以用于向采集器12发送第二触发信号，以控制发射激光光束的子阵列关联的选通区域内的所有宏像素开启，以使开启的宏像素采集反射的光信号。

在测距系统中，根据TCSPC探测原理，完成目标的一次测距往往需要发射器11连续发射多个脉冲光束，即脉冲序列，相邻脉冲之间具有相同的脉冲周期。为了进一步降低热集成度，控制与处理电路也可以用于向发射器11发送第一触发信号以控制发射器发射脉冲序列，第一触发信号为调制信号，经过调制的脉冲序列可包含p组脉冲，每组脉冲包含至少一个脉冲，相邻两组脉冲之间的时间间隔相同或不同，以控制光源阵列110根据调制信号间歇性地发射激光光束。

图10示出了光源阵列110开火(发射激光光束)的时序图，其中每个矩形柱可表示一次脉冲，即发射一次激光光束。基于第一触发信号，光源阵列110可在连续发射几次激光光束后，休息几个周期后再继续发射脉冲，使得热能在休息周期内降低，降低了热集成度。例如，连续发射初始激光时相邻两次发射的时间间隔可以为400ns，休息周期可以是m倍的400ns，m大于1。

在本申请实施方式中，还提供另一种测距系统，与前文所示的测距系统相比，其区别在于，读出电路(包括TDC电路)也可以作为控制与处理电路的一部分。

具体的，测距系统可以包括发射器11、采集器12，以及控制与处理电路；采集器12包括由多个宏像素组成的像素阵列120，像素阵列120包含至少两种子像素阵列，每个子像素阵列包括m行×n列个宏像素，每个宏像素包括一个或多个像素。控制与处理电路包括预设的k个共享TDC电路，其中，宏像素的数量至少为共享TDC电路数量的s倍，每个子像素阵列内的每个宏像素分别连接不同的共享TDC电路，以使得像素阵列中至少两个宏像素共同连接一个共享TDC电路；其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。

此外，测距系统还可以包括与像素阵列120连接的像素驱动电路，用于控制像素阵列120中的j个宏像素的同时开启，以将同时开启的宏像素作为工作像素。j个工作像素可以用于采集反射光，以生成光子信号，其中，j个工作像素分别连接不同的共享TDC电路的宏像素。控制与处理电路可以用于通过与j个工作像素分别连接的共享TDC电路，对对应工作像素的光子信号进行处理，以基于光子信号实现测距。

应理解，两种测距系统的读出电路(包括TDC电路)所在位置不同，但是实现方式和工作原理相同，详细说明可以参看前文另一测距系统的描述，对此本申请不进行赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采集器，其特征在于，包括：

k个共享TDC电路；

像素阵列，所述像素阵列包括多个宏像素，所述宏像素的数量至少为所述共享TDC电路数量的s倍，每个所述宏像素包括一个或多个像素；

所述像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每种所述子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路，以使得所述像素阵列中至少两个所述宏像素共同连接一个所述共享TDC电路；

其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。

2.如权利要求1所述的采集器，其特征在于，配置所述像素阵列中的j个宏像素同时开启作为工作像素采集反射光以生成光子信号，j个所述工作像素分别连接不同的所述共享TDC电路；

与j个所述工作像素分别连接的所述共享TDC电路用于对对应工作像素的所述光子信号进行处理。

3.如权利要求2所述的采集器，其特征在于，所述采集器还包括与所述共享TDC电路连接的直方图电路；

所述共享TDC电路接收对应工作像素的所述光子信号，确定从发射器发出激光到所述采集器采集到反射光之间的飞行时间，并向所述直方图电路发送更新信号，以指示所述直方图电路生成或更新用于记录所述飞行时间的直方图。

4.如权利要求2所述的采集器，其特征在于，所述采集器还包括与所述像素阵列连接的像素驱动电路；

所述像素驱动电路用于控制所述像素阵列中的j个所述宏像素的同时开启，以将同时开启的所述宏像素作为所述工作像素。

5.一种测距系统，其特征在于，包括：发射器、如权利要求1至4任意一项所述的采集器，以及与所述发射器和所述采集器连接的控制与处理电路；

所述发射器包括由多个发光元件组成的光源阵列，用于向目标发射激光光束；

所述采集器用于采集被所述目标反射的所述激光光束；

所述控制与处理电路用于同步控制所述发射器和所述采集器，并计算所述激光光束从发射到被采集的飞行时间以获取所述目标的距离。

6.如权利要求5所述的测距系统，其特征在于，所述光源阵列包括多个子阵列；

所述控制与处理电路用于控制任意一个所述子阵列发射所述激光光束；并同步控制所述采集器中的j个工作像素采集所述激光光束。

7.如权利要求6所述的测距系统，其特征在于，所述控制与处理电路还用于向所述发射器发送第一触发信号以控制所述发射器发射脉冲序列，所述脉冲序列包含p组脉冲，每组脉冲包含至少一个脉冲，相邻两组脉冲之间的时间间隔相同或不同。

8.如权利要求5至7任意一项所述的测距系统，其特征在于，所述发射器和/或所述采集器包括畸变透镜；

其中，当所述发射器包括所述畸变透镜时，所述发射器的发射视场角大于未包括所述畸变透镜时的发射视场角；

当所述采集器包括畸变透镜时，所述采集器的采集视场角大于未包括所述畸变透镜时的采集视场角。

9.一种测距系统，其特征在于，包括发射器、采集器，以及控制与处理电路；

所述发射器包括由多个发光元件组成的光源阵列，用于向目标发射激光光束；

所述采集器包括由多个宏像素组成的像素阵列，所述像素阵列被配置为包含至少两种子像素阵列，每个所述子像素阵列包括m行×n列个所述宏像素，每个所述宏像素包括一个或多个像素；

所述控制与处理电路包括k个共享TDC电路；

其中，所述宏像素的数量至少为所述共享TDC电路数量的s倍，所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路，以使得所述像素阵列中至少两个所述宏像素共同连接一个所述共享TDC电路；

其中，s为大于1的正整数，n和m均为大于或等于1的正整数，n和m的乘积为k。

10.一种制造采集器的方法，其特征在于，包括：

提供k个共享TDC电路；

根据所述k个共享TDC电路配置两种由m行×n列个宏像素组成的子像素阵列，其中，n和m的乘积为k；

设置任意一个所述子像素阵列内的每个所述宏像素分别连接不同的所述共享TDC电路；

配置多个所述子像素阵列形成像素阵列。

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