CN215494140U - 一种飞行时间tof传感模组及电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种飞行时间TOF传感模组(112)及电子设备(100)，TOF传感模组(112)可应用于电子设备(110)等领域。该TOF传感模组(112)可包括光源、光束调整组件和探测组件；光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，将m个第一光束传输至光束调整组件；光束调整组件用于将接收到的m个第一光束调整成S个第二光束后将S个第二光束投射至探测面的S个区域，M个时刻分别投射至探测面的同一个区域的M个投射点的位置不同；探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自探测面的S个回波光信号，并在每个时刻将S个回波光信号转成S个回波电信号后进行存储。通过分时接收回波光信号，可避免因同时可启动的最大探测元件的数量的限制，造成图像的分辨率低。

Description

一种飞行时间TOF传感模组及电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年01月23日提交中国专利局、申请号为202010077087.8、申请名称为“一种飞行时间TOF传感模组及电子设备”的中国专利申请的优先权，以及要求在2020年08月26日提交中国专利局、申请号为202010873829.8、申请名称为“一种飞行时间TOF传感模组及电子设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及传感技术领域，尤其涉及一种飞行时间TOF传感模组及电子设备。
背景技术
随着信息化的发展，在使用信息的过程中，首先需要获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。目前，传感器已被广泛到应用到多个领域，例如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程等领域。三维(threedimensional，3D)传感器是传感器领域正在研究的热点。
适用于3D传感器的技术主要包括立体成像、结构光、飞行时间(time-of-flight，TOF)检测等。由于TOF具有探测距离长、分辨率高等优点，是3D传感器使用的重要技术。现有TOF检测主要分为单次全投射TOF camera和基于扫描器件的TOF scanner。基于扫描器件的TOF scanner具有较高空间分辨率，但是对扫描角的精度有较高的要求，需要复杂的扫描结构，难以实现TOF传感模组的小型化。单次全投射TOF camera具有检测速度快、视场角(field of view，FOV)大的优点，但是受限于传感器的探测元件阵列、功耗和允许配置的最大memory数目，同时可启动的探测器的探测元件阵列最大为160*120，从而会限制形成的图像分辨率。
实用新型内容
本申请提供一种TOF传感模组及电子设备，用于解决现有技术因同时可开启的最大探测元件的限制，造成形成图像分辨率低的问题。
第一方面，本申请提供一种TOF传感模组，该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件；光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，并将m个第一光束传输至光束调整组件；光束调整组件用于将接收到的m个第一光束调整成S个第二光束后，将S个第二光束投射至探测面的S个区域，S个区域与S个第二光束一一对应，M个时刻分别投射至探测面的同一个区域的M个投射点的位置不相同；探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自探测面的S个回波光信号，并在每个时刻将S个回波光信号转成S个回波电信号进行存储，S个回波光信号与S个第二光束一一对应，每个回波光信号为对应的第二光束在探测面上反射的信号，m和M均为大于1的整数，S为大于m的整数。
基于上述TOF传感模组，光源分时发射m个第一光束，M个时刻分别投射到探测面的同一个区域的M个投射点的位置是不同的，相当于对探测面的每个区域进行了M次扫描，探测组件在每个时刻可同时启动S个探测元件来接收S个回波光信号，M个时刻共可接收到M*S个回波光信号。如此，可根据M*S个回波光信号确定图像信息，有助于提高形成的图像的分辨率。若S＝160*120，确定出的图像的分辨率可为M*160*120，当M＝4*4时，确定出的图像的分辨率可为640*480。也就是说，上述TOF传感模组可基于现有传感器的能力(同时最多能启动160*120个探测元件)，通过分时复用S个探测元件，实现形成640*480及以上分辨率的图像。从而有助于避免因同时可启动的最大探测元件的数量的限制，造成TOF传感模组形成的图像的分辨率较低的问题。
在一种可能的实现方式中，探测组件可包括K个探测元件，K为大于或等于S的整数，探测组件用于在M个时刻的每个时刻，对K个探测元件中的S个探测元件通电。也就是所，在M个时刻的每个时刻，可选通K个探测元件中的S个探测元件。通过在M个时刻的每个时刻，对探测组件中的S个探测元件通电，可在解决因同时可启动的最大探测元件的数量的限制导致形成图像分辨率低的情况下，降低探测组件的功耗。
进一步，可选地，该TOF传感模组还包括处理电路，处理电路用于从探测组件获取M个时刻得到的M*S个回波电信号，并根据M*S个回波电信号确定图像信息。如此，有助于避免因探测组件同时可启动的最大探测元件的数量的限制，从而提高确定的图像的分辨率。
本申请中，S可以等于m*n，光束调整组件可用于调整接收到的m个第一光束的传输方向，并将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束，得到m*n个第二光束，将m*n个第二光束投射至探测面的m*n个区域，m*n个区域与m*n个第二光束一一对应，n为大于1的整数。通过将m*n个第二光束投射至探测面的m*n个区域，可实现对探测面的每个区域进行扫描，可实现超分辨的效果。
在一种可能的实现方式中，探测组件可包括m*n个探测元件，m*n个探测元件与m*n个区域一一对应，m*n个探测元件中的每个探测元件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将对应区域的回波光信号转成回波电信号进行存储。如此，可以在探测组件包括的探测元件较少的情况下，实现提高TOF传感模组的图像的分辨率；而且，探测组件包括的探测元件较少，有助于TOF传感模组的小型化。
本申请中，示例性地的给出了如下两种可能TOF传感模组。
示例一
光源包括M个光源分区，每个光源分区包括m个子光源。在M个时刻的每个时刻，M个光源分区中的一个光源分区中的m个子光源用于发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的光源分区都不相同。如此，可实现在M个时刻的每个时刻，光源分别发射m个第一光束。
进一步，可选地，光束调整组件包括准直组件和分束组件；准直组件用于将m个第一光束中任意相邻的两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，并将调整后的m个第一光束传输至分束组件，第一角度是根据探测面对应的总视场角和第二光束的数量m*n确定的；分束组件用于将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。
在一种可能的实现方式中，若探测面对应的总视场角为64*48，第二光束的数量＝160*120时，第一角度＝(64/160)*(48/120)＝0.4*0.4度。
在一种可能的实现方式中，M个光源分区可为M1*M2的阵列；在M1*M2的阵列的水平方向上，相邻两个光源分区中的相邻两个子光源发射的第一光束之间的夹角大于或等于探测面上间隔M1个投射点所对应的角度；在M1*M2的阵列的垂直方向上，相邻两个光源分区中的相邻两个子光源发射的第一光束之间的夹角大于或等于探测面上间隔M2个投射点所对应的角度，M1和M2均为大于1的整数。
在一种可能的实现方式中，探测组件可包括m*n个探测元件，在M个时刻的每个时刻，对m*n个探测元件中每个探测元件通电，m*n个探测元件中的每个探测元件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将所述对应区域的回波光信号转化成回波电信号后进行存储。
示例二
光源包括P个子光源，P为大于m的整数。每个时刻按预设间隔，通过P个子光源中的m个子光源发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的m个子光源都不相同。如此，可实现在M个时刻的每个时刻，光源分别发射m个第一光束。
在一种可能的实现方式中，光束调整组件包括准直组件和分束组件；准直组件用于将m个第一光束中任意相邻的两个第一光束之间的夹角调整为第二角度，并将调整后的m个第一光束传输至分束组件，第二角度是根据探测面对应的总视场角和启动的光源数m确定的；分束组件用于将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。
在一种可能的实现方式中，若探测面对应的总视场角为64*48，启动的子光源数m＝m1*m2时，第二角度＝(64/m1)*(48/m2)，即第二角度在水平方向上为(64/m1)度，在垂直方向上为(48/m2)度。
在一种可能的实现方式中，探测组件可在M个时刻的每个时刻，对m*n个探测元件中每个探测元件通电。m*n个探测元件中的每个探测元件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将所述对应区域的回波光信号转化成回波电信号后进行存储。
在一种可能的实现方式中，M个光源分区一体成型。如此，可以保证M个光源分区是在同一平面上的。而且，一体成型的M个光源分区的尺寸较小，有助于TOF传感模组的小型化。
第二方面，本申请提供一种TOF传感模组，该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件；光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，并将m个第一光束传输至光束调整组件，m和M均为大于1的整数；光束调整组件用于对接收到的m个第一光束的传输方向调整后，将调整后的m个第一光束投射至探测面的对应区域，M个时刻的每个时刻投射至探测面的投射点所处的区域不同；探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自探测面的对应区域的m个回波光信号，并在每个时刻将m个回波光信号转成m个回波电信号进行存储，m个回波光信号与m个第一光束一一对应，每个回波光信号为对应的第一光束在探测面上反射的信号。
基于该TOF传感模组，M个时刻的每个时刻，光源发射的m个第一光束，经光束调整组件调整后，m个第一光束覆盖于探测面的一个区域。通过光源分时发射m个第一光束，探测组件配合对应的探测元件选通，从而可解决最多同时可开启160*120个探测元件的问题。
在一种可能的实现方式中，光源可包括M个光源分区，每个光源分区包括m个子光源，M个光源分区与M个区域一一对应；在M个时刻的每个时刻，M个光源分区中的一个光源分区中的m个子光源用于发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的光源分区都不相同。
在一种可能的实现方式中，探测组件包括M个探测元件区，M个探测元件区与M个光源分区一一对应；每个探测元件区包括多个探测元件，每个探测元件区用于接收与之对应的光源分区发出的光束经探测面反射后的回波光信号；探测组件用于在M个时刻的每个时刻，只对M个探测元件区中对应于用于发射m个第一光束的光源分区的探测元件区中的每个探测元件通电。在M个时刻的每个时刻，只对M个探测元件区的一个探测元件区通电，其他探测元件区不通电，这样，可以只让部分探测元件区工作，从而有助于降低探测组件的功耗。
在一种可能的实现方式中，光束调整组件用于调整m个第一光束的传输方向，将m个第一光束均匀投射至对应区域。通过将m个第一光束均匀投射至探测面对应的区域，可实现对探测面对应区域的均匀扫描，从而有助于提高确定出的图像信息的精确度。
在一种可能的实现方式中，M个光源分区一体成型。如此，可以保证M个光源分区是在同一平面上的。而且，一体成型的M个光源分区的尺寸较小，有助于TOF传感模组的小型化。
在一种可能的实现方式中，M个光源分区中的每个光源分区与所述光束调整组件之间设置有导光柱；所述导光柱用于对接收到的所述m个第一光束进行匀光。如此，有助于避免光束调整组件紧靠光源分区，从而可增加光束调整组件的利用率，且有助于降低TOF传感模组的组装难度。
第三方面，本申请提供一种电子设备，该电子设备可包括上述第一方面或第二方面所示的TOF传感模组、以及固定组件，固定组件用于固定TOF传感模组。
附图说明
图1a为本申请提供的一种DOE的分束过程示意图；
图1b为本申请提供的一种探测器的结构示意图；
图2为本申请提供的一种TOF传感模组的工作原理示意图；
图3为本申请提供的一种TOF传感模组的结构示意图；
图4为本申请提供的一种探测面的一个区域中4个时刻的投射点的位置示意图；
图5a为本申请提供的一种光源的结构示意图；
图5b为本申请提供的另一种光源的结构示意图；
图5c为本申请提供的一种光源阵列的组合结构示意图；
图6a为本申请提供的一种光束从光源到准直组件再到分光组件的光路示意图；
图6b为本申请提供的一种经光束调整组件调整的光路示意图；
图6c为本申请提供的一种探测面上投射点的排布示意图；
图6d为本申请提供的一种探测组件的结构示意图；
图6e为本申请提供的另一种探测组件的结构示意图；
图7为本申请提供的另一种TOF传感模组的结构示意图；
图8为本申请提供的一种光源与探测面上投射点的关系示意图；
图9为本申请提供的另一种光源与投射点的关系示意图；
图10为本申请提供的另一种光源与探测面上投射点的关系的示意图；
图11a为本申请提供的又一种TOF传感模组的结构示意图；
图11b为本申请提供的一种光源分区之间的间隔Δ4与探测面的区域之间的间隔D的关系示意图；
图11c为本申请提供的一种DOE分区与光源分区之间的位置关系示意图；
图11d为本申请提供的又一种DOE分区与光源分区之间的位置关系示意图；
图11e为本申请提供的一种光源分区与探测面的区域的关系示意图；
图12为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
一、空间分辨率
空间分辨率是指影像上能够识别的两个相邻物体的最小距离，是用来表征影像分辨目标物体细节的指标。空间分辨率是评价传感器性能的重要指标之一，也是识别物体形状大小的重要依据。通常用像元大小、像解率或视场角来表示；其中，像元是指将地面信息离散化形成的网格单元，像元是扫描影像中能够分辨的最小面积；像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示；视场角(IFOV)是指传感器内单个探测元件(例如像素)的受光角度或观测视野，又称为传感器的角分辨率，单位为毫弧度(mrad)或微弧度(μrad)。视场角β与波长λ和收集器的孔径D有关：β＝λ/2D，视场角越小，空间分辨率越高。
二、图像分辨率
图像分辨率指图像中存储的信息量，是每英寸图像内有多少个像素点，分辨率的单位为像素每英寸(pixels per inch，PPI)。应理解，每个像素的视场角＝探测面对应的总视场角/传感器中总像素数。
三、视频图像阵列(video graphics array，VGA)
VGA是一种显示分辨率的标准，对应的分辨率为640*480。
四、衍射光学元件(diffractive optical elements，DOE)
DOE又称为二元光学器件，DOE的分束是利用衍射原理实现的。一个光束经过DOE后可产生多个衍射级次，每个级次对应一个光束。通过特定的表面结构设计，DOE可以实现一维分束、或二维分束等。所谓二维分束是指DOE可在两个方向(例如水平方向和垂直方向)的每个方向上分别进行分束。例如，DOE将1*1个光束分为16*12个光束，表示DOE在水平方向上将一个光束分为16个光束，在垂直方向上将一个光束分为12个光束。
如图1a所示，为本申请提供的一种DOE分束过程示意图。该图1a中以DOE将一个光束分为4个光束为例，其中，±1、±2表示衍射级次。θf表示发散角(full angle)，θs表示分离角(separation angle)。可以理解的是，可通过设计DOE的结构，实现哪些衍射级次被抑制，图1a中的0级和±3被抑制。
五、单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode，SPAD)
SPAD也称为单光子探测器，是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管。SPAD具有较高的灵敏度，检测到一个光子即会被触发，触发之后通常需要约10ns的时间恢复至初始状态。因此，SPAD可用于检测有无光子，不能检测光子的数量。通常，图像传感系统上的每个探测器内会有多个SPAD。参考图1b，示例性地的示出了一种可能的探测器的结构示意图。该探测器可包括5*3个SPAD阵列，即5*3个SPAD阵列可组成一个探测器的结构示意图。在一种可能的情形中，上述5*3个SPAD可以全部选通；在另一种可能的情形中，也可以选通5*3个SPAD中的某几个，如图1b中活跃的SPAD即为当前选通的SPAD。
本申请中，TOF传感模组可应用于电子设备，例如手机；也可应用于车载激光雷达、自动驾驶、无人机、车联网、安防监控等领域。TOF传感模组是通过发射电磁波并接收目标物体散射的电磁波(即回波光信号)，并通过比较分析接收到的回波光信号与发射的电磁波，可以提取与目标物体相关的信息，例如与目标物体的距离，再比如形成目标物体的图像，再比如形成目标物体的三维点云密度等。
如图2所示，为本申请提供的一种TOF传感模组的工作原理示意图。该TOF传感模组可包括激光器和探测器。激光器用于发射光束，并将光束射向探测区域，探测区域中可能包括目标物体，该光束被射向探测区域(即目标物体)的探测面(即目标物体接收光的一面)后被反射，被反射的信号作为回波光信号返回至探测器；探测器可根据接收到的回波光信号和发射的光束，确定探测面的相关信息，例如与TOF传感模组的距离；再比如，探测面的图像信息等。结合上述图1b，TOF传感模组受限于探测器中可同时可启动的最大探测元件的数量，其中，探测元件即用于检测反射回的回波光信号的元件，例如，探测器的探测元件可以包括SPAD以及时间数字转换器(TDC，time-to-digital converter)时，探测器同时可多可同时打开160*120个探测元件，从而造成所形成图像分辨率较低的问题。其中，探测元件也可称为像素、感光元件、光敏元件或光检测元件。
鉴于上述问题，本申请提出一种TOF传感模组。该TOF传感模组中的探测组件可通过分时接收来自探测面的回波光信号，基于分时接收到的回波光信号确定出的图像信息，从而可提高形成的图像的分辨率。
下面结合附图3至附图11e，对本申请提出的TOF传感模组进行具体阐述。
如图3所示，为本申请提供的一种TOF传感模组的结构示意图。该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件。光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，并将m个第一光束传输至光束调整组件，m和M均为大于1的整数。也可以理解为，光源用于在第i个时刻，发射m个第一光束，i取遍闭区间[1，M]中的每一个整数。光束调整组件用于将接收到的m个第一光束调整成S个第二光束后，将S个第二光束投射至探测面的S个区域，S个区域与S个第二光束一一对应。对于探测面的同一区域，一个时刻对应有一个投射点，M个时刻分别投射到探测面的同一个区域的M个投射点的位置不相同。探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自探测面的S个回波光信号，并在每个时刻将S个回波光信号转成S个回波电信号后进行存储，S个回波光信号与S个第二光束一一对应，每个回波光信号为对应的第二光束在探测面上反射的信号。应理解，探测组件在TOF传感模组的位置是可以接收到回波光信号的任意可能的位置。图3仅是一种示例；再比如，可以通过半透半反射镜将第一光束透射至光束调整组件，将对应的回波光信号反射至探测组件。
参见图4，以M＝4为例，示例性地的示出了在4个时刻，光源分别投射至探测面的同一个区域的4个投射点的位置示意图。4个投射点在探测面的该区域的位置是不同的。进一步，可选地，4个投射点可将该区域覆盖。从而可在没有扫描元件的情况下，实现对探测面的扫描效果。需要说明的是，图4中4个时刻投射点的顺序是示例性地的，本申请对此不做限定。
基于上述TOF传感模组，光源用于分时发射m个第一光束，M个时刻分别投射到探测面的同一个区域的M个投射点的位置是不同的，相当于对探测面的每个区域进行了M次扫描，探测组件在每个时刻可同时启动S个探测元件来接收S个回波光信号，M个时刻共可接收到M*S个回波光信号。如此，可根据M*S个回波光信号确定图像信息，有助于提高形成的图像的分辨率。若S＝160*120，确定出的图像的分辨率可为M*160*120，当M＝4*4时，确定出的图像的分辨率可为640*480。也就是说，上述TOF传感模组可基于现有传感器的能力(同时最多能启动160*120个探测元件)，通过分时复用S个探测元件，实现形成640*480及以上分辨率的图像。从而有助于避免因同时可启动的最大探测元件的数量的限制，造成TOF传感模组形成的图像的分辨率较低的问题。
需要说明的是，本申请中的图像信息是指深度图像信息，例如，探测面与该TOF传感模组的距离、探测面上目标的方位、高度、速度、姿态、和形状等。
下面对图3所示的各个功能组件和结构分别进行介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。
一、光源
本申请中，子光源可为激光器，例如垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emitting laser，VCSEL)，或边缘发射激光器(edge emitting laser，EEL)。其中，基于VCSEL的子光源(emitter)的pitch(间距，可参见图5a)大小为30um，基于EEL的子光源(emitter)的pitch大小为50um。基于EEL的子光源可实现独立寻址，所谓独立寻址是指可独立选通(或称为点亮或开启或通电)光源中的任一个子光源，选通的子光源可用于发射第一光束。
根据子光源的排列方式及点亮方式，如下示例性地的给出两种可能的情形。
情形一，光源包括M个光源分区，每个光源分区包括m个子光源，采用光源分区点亮子光源的方式。
光源包括M个光源分区，可以理解为将光源分为M个分区。
基于该情形一，光源在M个时刻的每个时刻分别发射m个第一光束的实现方式可为：M个时刻的每个时刻，M个光源分区中的一个光源分区中的m个子光源用于发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的光源分区都不相同。
也可以理解为，基于该情形一，一个时刻启动一个光源分区中的m个子光源，启动的m个子光源用于分别发射第一光束，得到m个第一光束。需要说明的是，M个光源分区可以在M个时刻按顺序启动，即第1个时刻启动第1个光源分区，第2个时刻启动第2个光源分区，依次类推；也可以随机启动，本申请对此不做限定。
本申请中，M个光源分区可以是M1*M2的阵列，M1和M2均为大于1的整数，M1和M2可以相等，也可以不相等，例如，M个光源分区也可以是一行M列或一列M行，本申请对此不做限定。如图5a所示，为本申请提供的一种光源的结构示意图。图5a中光源以包括2*2个光源分区，每个光源分区可包括m个子光源为例。光源分区中的m个子光源可以是m1*m2的阵列，m1和m2均为大于或等于1的整数，图5a以m1*m2＝2*2示例。在M个时刻的每个时刻，启动一个光源分区中的子光源。例如，第1个时刻启动第一行第一列的光源分区中的2*2个子光源；在第2个时刻，启动第一行第二列的光源分区中的2*2个子光源；在第3个时刻，启动第二行第一列的光源分区中的2*2个子光源；在第4个时刻，启动第二行第二列光源分区中的2*2个子光源。当然，启动光源分区的顺序也可以是其它的，本申请对此不做限定。
情形二，光源包括P个子光源，按预设间隔从所述P个子光源中选通m个子光源。
此处，按预设间隔可以是按1个间隔，也可以是按2个间隔；若为子光源阵列，行方向间隔的子光源的数量可以和列方向间隔的子光源数量相同，也可以不相同。
基于该情形二，光源在M个时刻的每个时刻分别发射m个第一光束的实现方式可为：
在M个时刻的每个时刻按预设间隔，从P个子光源中选通的m个子光源用于发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的m个子光源都不相同。
在一种可能的实现方式中，预设间隔可以是每间隔一个子光源，启动一个子光源。如图5b所示，为本申请提供的另一种光源的结构示意图。图5b中的光源以包括8*2个子光源，预设间隔为行方向和列方向均间隔1个子光源为例。第1个时刻启动第1行的第1个、第3个、第5个和第7个；在第2个时刻启动第1行的第2个、第4个、第6个和第8个；在第3个时刻启动第2行的第1个、第3个、第5个和第7个；在第4个时刻，启动第2行的第2个、第4个、第6个和第8个。
二、光束调整组件
本申请中，S可等于m*n；进一步，可选地，光束调整组件可用于调整接收到的m个第一光束的传输方向，并将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束，得到m*n个第二光束，并将m*n个第二光束投射至探测面的m*n个区域，m*n个区域与m*n个第二光束一一对应，n为大于1的整数。
在一种可能的实现方式中，通过光束调整组件将m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度、以及将m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。M个时刻的每个时刻启动一个光源分区中的m个子光源，且M个时刻分别投射至探测面的同一个区域的M个投射点的位置不相同，即可实现在探测面的多个区域内的投射点的位置切换，投射点的位置切换实现了对探测面的扫描效果(参见上述图4)。也就是说，光束调整组件通过调整m个第一光束，可实现控制投射点在探测面上的位置排布。
基于上述情形一中所描述的光源，在一种可能的实现方式中，光束调整组件可包括准直组件和分束组件。准直组件用于将来自光源的m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，并将调整后的m个第一光束传输至分束组件；分束组件用于将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束，得到m*n个第二光束。其中，第一角度是根据探测面对应的总视场角和第二光束的数量m*n确定的。也就是说，第一角度的大小与总视场角和分束组件分束的数量有关。例如，以一维为例，若探测面对应的总视场角为64度、m*n＝160时，则第一角度＝64/160＝0.4度。再比如，以二维为例，若探测面对应的总视场角为64*48度，m*n＝160*120时，第一角度＝(64/160)*(48/120)＝0.4*0.4度，其中，m*n＝160*120表示在水平方向上有160个第二光束，在垂直方向上有120个第二光束。当然，准直组件也可将相邻两个第一光束在不同方向上的夹角调整为不同的角度，本申请对此不做限定。应理解，探测面对应的总视场角通常约等于探测器对应的总视场角，其中，探测器对应的总视场角＝探测器上每个探测元件的视场角*探测器上总探测元件数。
进一步，可选地，准直组件可将每个子光源发射的发散第一光束准直为平行光，并且因为各个子光源在垂直方向的位置不同，会以不同的入射角汇聚到分光组件所在的平面。以图5a所示的光源为例，图6a示例性地示出了一种光束从光源到准直组件再到分光组件的光路示意图。光源发射的第一光束有一定的发散角，图6a中以三个线条表示一个第一光束，来自光源的第一光束经准直组件准直后形成平行光，并将准直后的第一光束射向分束组件。
参阅图6b，给出了一种经光束调整组件调整的光路示意图。以在一个时刻接收到来自光源的2个第一光束，分束组件将每个第一光束分为2个第二光束为例说明。准直组件用于将来自光源的相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度α，由于准直组件对每个第一光束的传输方向的改变是相同的，分束组件对每个第二光束的传输方向的改变也是相同的。因此，第一光束经分束组件分束后，得到的相邻两个第二光束之间的夹角也为α，相邻两个第二光束之间的夹角也可称为分离角。通过将来自光源的m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，实现将m*n个第二光束均匀的投射至探测面的m*n个区域的相同位置。参见图6b，在该时刻的2*2个第二光束，均匀投射至探测面的2*2个区域的每个区域的左上角。在该时刻的下一个时刻，2*2个第二光束可均匀的投射至探测面的2*2个区域的每个区域中与左上角相邻的位置。
基于上述情形二所描述的光源，在一种可能的实现方式中，光束调整组件可包括准直组件和分束组件。准直组件用于将m个第一光束中任意相邻的两个第一光束之间的夹角调整为第二角度，并将调整后的m个第一光束传输至分束组件，第二角度是根据探测面对应的总视场角和启动的光源数m确定的。例如，若探测面对应的总视场角为64*48度，m＝16*12时，第二角度＝(64/16)*(48/12)＝4*4度。分束组件用于将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。可以理解的是，要在探测面对应的总视场角为64*48度的情况下，形成的图像的分辨率为320*240，则探测面上的相邻两个投射点之间对应光束的角度为64/320＝0.2度。将m个第一光束的0级衍射光均匀的投射到320*240个区域，即m个第一光束中任意相邻两个第一光束的0级衍射光的投射点之间间隔19个投射点，任意相邻两个第一光束之间的夹角＝第二角度＝[(64/320)*(320/16)]*[(64/320)*(240/12)]＝[0.2*20]*[0.2*20]＝4*4度。应理解，间隔19个投射点指相邻两个第一光束的0级衍射光在探测面上两个投射点之间间隔19个投射点。也就是说，这两个0级衍射光对应的投射点的中心之间相距20个投射点(可参见图10)。
在一种可能的实现方式中，准直组件可以为准直器、或准直镜、或微透镜(microlens)、或微透镜的组合。进一步，可选地，准直器、准直镜、微透镜或微透镜的组合的焦距均可以进行调整，以实现调整来自光源的相邻两个第一光束之间的夹角。分束组件可以为DOE或偏振分光棱镜(polarizing beam splitter，PBS)或光栅。
本申请中，可通过调整或选择准直器或准直镜或微透镜(microlens)或微透镜的组合的焦距f实现将来自光源的m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度。为了便于方案的说明，如下以准直器为例。相邻两个第一光束之间的夹角与准直器的焦距f和光源中子光源的pitch相关，具体可为f＝pitch/tan(α)，α为相邻两个第一光束之间的夹角。例如，基于EEL的子光源(emitter)的pitch大小为30um，m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角α＝0.4度，则f＝pitch/tan(θ)＝30/tan(0.4)＝4.3mm。也可以理解为，将准直器的焦距调整或选择为4.3mm，可实现将来自光源的m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为0.4度。
在一种可能的实现方式中，若分束组件为DOE，则第二光束即为第一光束的衍射光。第一光束的0级衍射光在探测面的投射点即为第一光束的直接投射点。±1级衍射光、±2级衍射光、±3级衍射光等在探测面的投射点相当于将0级衍射光的投射点分别复制到对应区域。参阅图6c，区域B中的+1级的衍射光，相当于将区域A中的0级衍射光复制到了区域B中。
三、探测组件
如图6e所示，为本申请提供的另一种探测组件的结构示意图。该探测组件可包括SPAD阵列、TDC阵列。进一步可选地，还可包括存储器和控制电路。其中，TDC阵列以一个5×5的TDC(阵列为例，SPAD阵列也为5×5的阵列。该5×5的SPAD阵列与该5×5的TDC阵列一一对应。假设其中一个TDC检测到该第一脉冲信号时，开始计时。在该TDC对应的至少一个SPAD中的一个SPAD获取到从探测面上反射回来的回波光信号时，该TDC停止计时。即可以得到该TDC检测到的飞行时间。每个TDC/SPAD对应于一个存储器中的存储单元，控制电路会将通过SPAD/TDC检测到的飞行时间存储至存储器。
本申请中，探测组件可包括K个探测元件，在M个时刻的每个时刻，可对K个探测元件中的S个探测元件通电(可参见上述图1b)，K为大于或等于S的整数。
在一种可能的实现方式中，探测组件可包括m*n个探测元件，探测元件通常包括SPAD以及TDC，参阅图6d，这里用SPAD来简化示意一个探测元件，m*n个探测元件与m*n个区域一一对应。也就是说，一个探测元件对应探测面的一个区域。m*n个探测元件中的每个探测元件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将对应区域的回波光信号转化为回波电信号后进行存储。以一个探测元件为例，该探测元件在第1个时刻可接收来自对应区域的1个回波光信号，第2个时刻也可接收来自对应区域的1个回波光信号，以此类推，在第M个时刻也可接收来自对应区域的1个回波光信号，M个时刻共得到M个回波光信号，即一个探测元件可存储M个回波电信号。需要说明的是，探测组件若包括m*n个探测元件，则在M个时刻的每个时刻，一个光源分区中的子光源选通时，对m*n个探测元件全部通电；若探测组件包括的探测元件个数大于m*n个，则在M个时刻的每个时刻，一个光源分区中的子光源选通时，可只对其中的m*n个探测元件通电。例如，探测组件包括320*240个探测元件，每个时刻可只对其中的160*120个探测元件通电，这样，由于每个探测元件都通电，可以节省功耗。
本申请中，探测组件包括探测器，探测器可包括探测元件阵列，例如SPAD阵列、PIN型光电二极管(亦称为PIN结二极管)阵列、或雪崩光电二极管(avalanche photodiode，APD)阵列。
本申请中，TOF传感模组还可包括处理电路，处理电路用于从探测组件获取M个时刻得到的M*S个回波电信号，并根据M*S个回波电信号确定图像信息。如此，处理电路根据M*S个回波光信号确定图像信息，有助于提高形成的图像的分辨率。
进一步，可选地，该处理电路可以集成于探测组件，也可以是TOF传感模组所在的电子设备或者激光雷达中的处理器，例如，手机中的中央处理器(central processingunit，CPU)。若该处理电路集成于探测组件，探测组件可将存储的回波电信号发送至该处理电路，该处理电路可基于接收到的回波电信号确定图像信息。若该处理电路为TOF传感模组所在的电子设备或者激光雷达中的处理器，探测组件可将存储的回波电信号发送至处理器，处理器可基于接收到的回波电信号确定图像信息。
本申请中，TOF传感模组还可包括接收组件。接收组件用于接收来自探测面的回波光信号，并将回波光信号传输探测组件。在一种可能的实现方式中，接收组件可以为透镜组。
进一步，可选地，该TOF传感模组还可包括滤光片，滤光片可位于接收组件之前，也可以位于接收组件和探测组件之间，以降低环境光对探测组件的影响。
基于上述内容，下面结合具体的硬件结构，给出上述TOF传感模组两种具体示例，以便于进一步理解上述TOF传感模组的结构。
在如下两个示例中，为了便于方案的说明，光束调整组件以包括准直器和DOE，探测面对应的总视场角为64*48度，探测组件中同时最大可启动160*120个探测元件为例。
示例一
在探测组件同时最大可启动160*120个探测元件的情况下，要实现形成图像为VGA(即图像的分辨率为640*480)，一种可能的情形中，光源包括4*4＝16个光源分区，每个光源分区包括10*10个子光源，每个光源分区的10*10个子光源发射的10*10个第一光束经准直器后投射至DOE上，DOE的有效分束数量为16*12(16和12分别为水平方向和垂直方向上的DOE的有效分束数)，来自一个光源分区的第二光束的数量m*n＝(16*10)*(12*10)＝160*120个，即启动单个光源分区的m个子光源，即可产生160*120个第二光束，160*120个第二光束投射至探测面的160*120个区域；4*4个光源分区可产生(4*160)*(4*120)＝640*480个第二光束，探测面的每个光源分区可投射4*4个第二光束，从而形成的图像分辨率可为640*480。
需要说明的是，还可通过改变光源中光源分区的数量、光源分区中包括的子光源的数量、DOE的有效分束的数量中任一个或任多个，实现该TOF传感模组形成的图像分辨率达到VGA。应理解，通过增加光源中光源分区的数量和/或光源分区中子光源的数量和/或DOE有效分束的数量，可达到640*480以上的分辨率。
如图7所示，为本申请提供的另一种TOF传感模组的结构示意图。该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件，光束调整组件包括准直器和DOE。光源包括4*4＝16个光源分区，每个光源分区包括10*10个子光源。每个时刻通过4*4个光源分区中的一个光源分区中的10*10个子光源发射10*10个第一光束，其中，16个时刻中的各个时刻发射10*10个第一光束所使用的光源分区都不相同。也可以理解为，在第1个时刻，第1个光源分区的10*10个子光源，分别发射10*10个第一光束；在第2个时刻，第2个光源分区的10*10个子光源，分别发射10*10个第一光束；依次类推。
准直器用于调整接收到的10*10个第一光束的传输方向，实现将10*10个第一光束中每个方向上的任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，第一角度是根据总视场角和第二光束的数量m*n确定的，具体为：第一角度＝(64/160)*(48/120)＝0.4*0.4，即经准直器调整后的10*10个第一光束中任意相邻两个第一光束之间在水平方向和垂直方向上的夹角均为0.4度。由于调整后的相邻两个第一光束之间的夹角为0.4度，一个光源分区中10个不同高度的子光源，可覆盖的10*0.4＝4度的视场，4个光源分区可覆盖4*4＝16度的视场。
为了实现将相邻两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，准直器的焦距f＝pitch/tan(α)＝pitch/tan(0.4)。当子光源是基于EEL的子光源(emitter)时，f＝30/tan(0.4)＝4.3mm。
进一步，准直器将调整后的10*10个第一光束传输至DOE。DOE用于将调整后的10*10个第一光束中的每个第一光束分为16*12个第二光束，得到160*120个第二光束，并将160*120个第二光束投射至探测面的160*120个区域的相同位置。16个时刻共启动4*4个光源分区，可以在探测面的160*120个区域中的每个区域实现4次扫描。也就是说，每个光源分区在探测面投射160*120个投射点，4*4个光源分区可向探测面投射(160*4)*(120*4)个投射点。要在探测面对应的总视场角为64*48度的情况下，形成的图像为VGA，则探测面上的相邻两个投射点之间对应的光束之间的角度为64/640＝0.1度，即探测面上相邻两个投射点对应的相邻两个第二光束之间的夹角为0.1度；结合上述图4，第1个时刻对应的投射点与第2个时刻对应的投射点为相邻两个投射点，相邻两个投射点的中心之间的间距为1个投射点，相邻两个投射点对应的两个第二光束之间的夹角为0.1度；间隔1个投射的点对应的两个第二光束之间的夹角为0.2度，间隔2个投射点对应的两个第二光束之间的夹角为0.3度。
参阅上述图4，一个时刻启动一个光源分区，以4个时刻分别启动4个光源分区为例，来自第1个光源分区的160*120个第二光束中的每个第二光束均投射至探测面的160*120个区域的左上角(即第1个时刻对应的投射点)，来自第2个光源分区的160*120个第二光束投射至探测面的160*120个区域的与左上角相邻的位置(第2个时刻对应的投射点)，依此类推，可实现对探测面的扫描效果。也就是说，来自相邻两个光源分区的相邻两个第二光束在探测面的投射点之间相邻且不重叠。
本申请中，可通过设置相邻两个光源分区的相邻两个子光源之间的间距Δ1(参见上述图5a或图8)实现：来自相邻两个光源分区的相邻两个第二光束在探测面的投射点之间相邻且不重叠。参阅图8，为本申请提供的一种光源与探测面上投射点的关系示意图。为了便于方案的说明，图8中的光源以包括4个光源分区，每个光源分区包括3个子光源为例说明。光源的相邻两个光源分区的相邻两个子光源发射第一光束之间的夹角大于或等于探测面上间隔4个投射点所对应的角度，探测面的每个区域中包括4个投射点，来自同一光源分区的相邻两个子光源的直接投射点之间间隔3个投射点(对应的两个第二光束之间的夹角为0.4度)；来自相邻两个光源分区的相邻两个子光源发射第一光束的直接投射点之间间隔4个投射点(对应的两个第二光束之间的夹角为0.5度，这两个第二光束的投射点的中心之间的间距Δ2＝5个投射点)，图8中相同填充表示来自同一个光源分区的第二光束的投射点。图8中探测面的±4级的投射点可以理解为将0级衍射光在除零级衍射光所在区域外的其他3个区域各复制1次，从而实现了4次扫描，即实现了超分辨的效果。
需要说明的是，来自第i+1个光源分区的±1级衍射光正好位于来自第i个光源分区的0级衍射光的左边或右边；例如，来自第2个光源分区的-1级衍射光正好位于来自第1个光源分区的0级衍射光的左边；再比如，来自第3个光源分区的-1级衍射光正好位于来自第2个光源分区的0级衍射光的右边。来自第i+1个光源分区的±2级衍射光正好位于来自第i个光源分区的±1级衍射光的左边或右边，依次类推，可实现在探测面的各个投射点紧密衔接，形成如图8所示的投射点的排布示意图。另外，对于来自光源中的边缘光源分区的第一光束，可能需要更多级的分束。参阅图8，最左边的投射点为来自第1个光源分区的第一光束的0级衍射光，在第三排中，来自第1个光源分区的-1级、-2级和-3级的衍射光在0级衍射光的左端，未投射至探测面。也就是说，来自第1个光源分区的第一光束的+1级、+2级和+3级的衍射光为有效光束。由此可以确定，DOE将每个第一光束分为m*n个第二光束，m*n个第二光束为有效光束，DOE在实际分束时，可能会分出大于m*n个。例如，DOE将每个第一光束分为16*12个第二光束指DOE将每个第一光束的分的有效第二光束为16*12。应理解，若不考虑衍射级次的浪费，DOE的分束级次为±8级*(±6)级，考虑到衍射级次的浪费，通常DOE的分束级次为±12级*(±10)级。
探测组件可包括160*120探测元件，一个探测元件对应一个区域，图7中以两个区域对应两个SPAD示例。当启动一个光源分区的10*10个子光源时，可将探测组件包括的160*120探测元件全部选通，每个探测元件可用于接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将对应区域的回波光信号转成回波电信号后进行存储。4*4个时刻，每个探测元件可接收到来自对应区域的4*4个回波光信号，从而可得到(4*160)*(4*120)＝640*480的分辨率的图像。
基于该示例一，可基于现有探测器能力，实现VGA及以上分辨率的非扫描三维检测。通过切换启动光源中的光源分区，实现第二光束投射至探测面的不同区域，从而实现分辨率的叠加，达到VGA乃至百万级分辨率的TOF。
示例二
在探测组件同时最大可启动160*120个探测元件的情况下，要实现形成图像的分辨率为320*240，一种可能的情形中，光源包括32*24个子光源，预设间隔为每间隔1个启动一个子光源(参见上述图5b)。在该示例二中，每个时刻可启动16*12个子光源，DOE的有效分束数量为10*10级次，即DOE可将1*1个第一光束分为10*10个第二光束。在一个时刻，投射至探测面的第二光束的数量m*n＝(16*10)*(12*10)＝160*120，即在两个时刻的每个时刻分别启动16*12个子光源，从而实现形成的图像达320*240的分辨率。需要说明的是，实现320*240的分辨率，还可通过设计每次启动的子光源预设间隔、数量和DOE的有效分束的数量中的一个或多个，本申请对此不做限定。应理解，通过改变每次启动的子光源的预设间隔和/或每次启动子光源的数量和/或DOE的有效分束的数量，形成的图像的分辨率可达到640*480及以上。
如图9所示，为本申请提供的又一种TOF传感模组的结构示意图。该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件，光束调整组件可包括准直器和DOE。光源包括32*24个子光源，在2个时刻的每个时刻按预设间隔(间隔1个)，通过32*24个子光源中的16*12个子光源发射16*12个第一光束，其中，2个时刻中的各个时刻发射16*12个第一光束所使用的16*12个子光源都不相同。也可以理解为，按每间隔一个子光源启动一个子光源(参见上述情形二的介绍)，从32*24个子光源中启动16*12个子光源，启动的16*12个子光源发射16*12个第一光束。
准直器用于调整接收到的16*12个第一光束的传输方向，将16*12个第一光束中每个方向上的任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第二角度，第二角度是根据探测面对应的总视场角和启动的子光源数m确定的，具体为：第二角度＝(64/16)*(48/12)＝4*4，即经准直器调整后的16*12个第一光束中任意相邻两个第一光束之间在两个方向上的夹角均为4度。可以理解的是，准直器将调整后的第一光束传输至DOE，则来自同一个时刻的相邻两个第二光束在水平方向和垂直方向上之间的夹角均为4度。相邻两个投射点对应的角度为(64/320)*(48/240)＝0.2*0.2，因此，来自同一个时刻的相邻两个子光源的第一光束的直接投射点之间间隔19个投射点(即这两个第一光束的直接投射点之间的间距为20个投射点)，请参阅图10。
在该示例二中，要实现投射点均匀排布于探测面，可通过调整准直器的焦距来实现启动的m个子光源中相邻两个子光源(例如图10中相邻两个子光源1)的第一光束的直接投射点之间的间隔Δ3。间隔19个投射点的这两个第一光束之间的夹角α＝(64/320)*20＝4度，因此，可选择或调整准直器的焦距为f＝pitch/tan(α)＝pitch/tan(4)。
进一步，准直器将调整后的16*12个第一光束传输至DOE。DOE用于将调整后的16*12个第一光束中的每个第一光束分为10*10个第二光束，得到160*120个第二光束，并将160*120个第二光束投射至探测面的160*120个区域的相同位置，例如图9中探测面的每个区域的左上角，详细介绍可参见上述图4，此处不再一一赘述。
探测组件可包括160*120个探测元件，每个探测元件可接收来自探测面的对应区域的2个回波光信号，从而可得到(2*160)*(2*120)＝320*240的分辨率的图像。
基于该示例二，通过按预设间隔(例如等间隔)，在M个时刻的每个时刻启动m个子光源，无需对子光源排布进行特殊的设计，即可实现形成的图像分辨率达到320*240及以上。
如图11a所示，为本申请提供的又一种TOF传感模组的结构示意图。该TOF传感模组可包括光源、光束调整组件和探测组件。光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，并将m个第一光束传输至光束调整组件，m和M均为大于1的整数。
在一种可能的实现方式中，每个时刻通过M个光源分区中的一个光源分区中的m个子光源发射m个第一光束，其中，M个时刻中的各个时刻发射m个第一光束所使用的光源分区都不相同。图11a以光源包括M个光源分区，每个光源分区包括m个子光源，图11a中示例性的示出了第i个光源分区和第i+1个光源分区。第i个光源分区包括的m个子光源发射m个第一光束。具体可参见对上述图3中光源中的情形一的介绍，此处不再一一赘述。
进一步，可选地，光源包括的M个光源分区是一体成型的。如此，可以保证M个光源分区是在同一平面上的。结合上述图5a提供的光源包括4个光源分区，即将4*4子光源分为2*2个光源分区，这4*4个子光源是一体成型的。相比于拼接的光源阵列，M个一体成型的光源分区无需额外装配来控制表面平整。参阅图5c为一种2*2个光源阵列的组合示意图，图5c所示的光源阵列需要对2*2个光源阵列进行装配，且要保证2*2个光源阵列在同一平面，因此，装配的难度较大。
结合上述图5a和图5c，图5a中的光源分区之间的间隔Δ4可控制40um左右，图5c中的光源由于需要装配，光源阵列之间的间隔Δ5至少要在百微米以上。也就是说，通过本申请中的光源分区，有助于TOF传感模组的小型化。进一步，M个光源分区的尺寸较小，可将光源的驱动集成在光源的底部或旁边。如此，有利于TOF传感模组的小型化。
光束调整组件用于对调整接收到的m个第一光束的传输方向调整后，将调整后的m个第一光束投射至探测面的对应区域。M个时刻的每个时刻投射至探测面的投射点所处的区域不同。也可理解为，来自一个光源分区的第二光束均投射至探测面的对应区域。图11a以来自第i个光源分区的m个第一光束，经光束调整组件调整后投射至第i个区域。
在一种可能的实现方式中，光束调整组件用于调整m个第一光束的传输方向，将m个第一光束均匀投射至对应区域。如下示例性地的给出四种将m个第一光束均匀投射至第i个区域的实现方式。
实现方式一，光束调整组件包括准直器。
准直器用于将m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第三角度，第三角度是根据第i个区域对应的视场角和第一光束的数量m确定的。第i个区域对应的视场角＝探测面的总视场角/M，第三角度＝探测面的总视场角/M/m。
实现方式二，光束调整组件包括光束调谐器(DOE tuner)，也称为光束缩放器。
扩束器用于将来自光源的第i个光源分区的m个第一光束中每个第一光束进行扩展，将m个第一光束扩展为一个均匀的光束，将该均匀的光束投射至第i个区域。
实现方式三，光束调整组件包括准直器和DOE。
准直器用于将来自光源的第i个光源分区的m个第一光束中任意相邻两个第一光束之间的夹角调整为第三角度。DOE用于将调整后的每个第一光束分为n个第二光束。其中，第三角度是根据第i个区域对应的视场角和第二光束的数量m*n确定的。第i个区域对应的视场角＝探测面的总视场角/M，第三角度＝探测面的总视场角/M/(m*n)。
也可以理解为，准直器用于将来自光源的第i个光源分区得到m个第一光束以一定角度平行或以一定发散角入射到DOE或扩散元件(diffusor)，DOE或扩散元件将接收到的第一光束进行适当扩散或整形，并射向探测面的第i个区域；其中，射向第i个区域的光束可以为圆形、或正方形、或者是密集点阵，本申请对此不做限定。
实现方式四，光束调整组件包括准直器和光束调谐器。
准直器用于将来自光源的第i个光源分区的m个第一光束以第三角度平行射入光束调谐器上，光束调谐器将准直光进行扩散，并射向探测面的第i个区域。
需要说明的是，准直器相较于DOE靠近光源、且远离探测面；或者，准直器相较于DOE远离光源、且靠近探测面。
探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自探测面的对应区域的m个回波光信号，即探测组件在第1个时刻接收来自第1个区域的m个回波光信号，在第2个时刻接收来自第2个区域的m个回波光信号，以此类推，第M个时刻接收来自第M个区域的m个回波光信号，并在每个时刻将m个回波光信号转成m个回波电信号进行存储，m个回波光信号与m个第一光束一一对应，回波光信号为对应的第一光束在探测面上反射的信号。
在一种可能的实现方式中，探测组件可包括M个探测元件区，探测组件的M个探测元件区与M个光源分区一一对应。每个探测元件区包括多个探测元件，每个探测元件区用于接收与之对应的光源分区发出的光束经所述探测面反射后的回波光信号；探测组件用于在M个时刻的每个时刻，只对M个探测元件区中对应于用于发射所述m个第一光束的光源分区的探测元件区中的每个探测元件通电。也就是说，光源的第i个光源分区发射m个第一光束，则选通探测组件对应的第i个探测元件区；探测组件的第i个探测元件区用于接收来自探测面的对应区域的回波光信号。如此，第i个光源分区的m个子光源发射的m个第一光束，经光束调整组件调整后均匀覆盖于探测面的第i个区域，同时选通探测组件对应的第i个探测元件区，第i个探测元件去可接收来自探测面的第i个区域的m个回波光信号，从而可有助于避免现有技术中最多同时可打开160*120个探测元件造成图像分辨率低的问题。
基于上述TOF传感模组，M个时刻的每个时刻，光源发射的m个第一光束，经光束调整组件调整后，m个第一光束覆盖于探测面的一个区域。通过光源分时发射m个第一光束，探测组件配合对应的探测元件选通，从而可解决最多同时可开启160*120个探测元件的问题。
需要说明的是，采用M个一体成型的光源分区可以有效控制各个光源分区之间的间隔Δ4，光源分区之间的间隔Δ4较小时，有助于探测面上的投射点连续衔接。下面针对该有益效果，结合具体的示例进行详细说明。
如图11b所示，为本申请提供的一种光源分区之间的间隔Δ4与探测面的区域之间的间隔D的关系示意图。其中，探测面上相邻两个区域之间的间隔D由光源分区之间的间隔Δ4来决定。当光源分区之间的间距间隔Δ4较小时，可通过设计DOE/diffuser以小角度发散方式或者通过准直镜的适当离焦方式(即光源不设置于准直镜的焦平面上)，以尽可能实现对探测面的全部覆盖。其中，小角度发散的DOE设计较容易，例如，可以采用迭代的设计方式。当DOE的出射光的发散角较小时，满足标量衍射理论，比较容易迭代出效率和均匀性均较好的衍射光。或者，当光源分区之间的间距间隔Δ4较小时，可通过准直镜的适当离焦方式，以实现对探测面的全部覆盖。通过对准直镜的适当离焦，有助于控制投射到探测面上的投射点的均匀性，且可保证对探测面的完整覆盖。
需要说明的是，当光源分区之间的间隔Δ4较大时，需要设计DOE/diffuser的出射光的发散角较大时，此处需要采用全局搜素/矢量设计方式，计算量较大，且衍射效率和均匀性较难控制。
在一种可能的实现方式中，光束调整组件可包括光束调整分区，例如，光束调整组件可被分为M个光束调整分区，M个光源分区与M个光束调整分区一一对应。为了便于方案的说明，如下以光束调整分区为DOE/diffuser为例进行说明。也就是说，光源分区可与DOE/diffuser分区一一对应，即一个光源分区对应一个DOE/diffuser分区。
在一种可能的实现方式中，DOE/diffuser可位于光源靠近探测面的一侧，或者，将光源与DOE/diffuser贴合在一起形成晶圆(wafer)级集成器件。如图11c所示，为本申请提供的一种DOE分区与光源分区之间的位置关系示意图。图11c以第i个光源分区为例示例的，第i个分区发射m个第一光束，经DOE偏转和匀光后，传播至探测面对应的第i个区域。
如图11d所示，为本申请提供的又一种DOE分区与光源分区之间的位置关系示意图。每个光源分区可固定一个导光柱，图11d以第i个光源分区为例，第i个光源分区发射m个第一光束，经导对应的第i个导光柱匀光后，传播至对应的第i个DOE分区，经对应的第i个DOE分区的偏转和进一步匀光后，传播至探测面对应的第i个区域。如此，有助于避免DOE分区紧靠光源分区，从而可增加DOE的利用率，且有助于降低该TOF传感模组的组装难度。
需要说明的是，上述DOE用于将接收到的光束进行整形、并偏转出射角。不同的光源分区对应不同的出射角，结合上述图11b，不同的光源分区的出射光的偏转方向不同。
DOE的设计还需考虑补偿光源分区之间的间隔Δ4。如图11e所示，取边缘的三个光源分区(1，2，3)作为示意，DOE用于将来自每个光源分区的光束进行匀化和偏转以射向探测面的对应的区域。由于光源分区之间存在间隔，但是探测面的区域之间不能存在空隙(即光束需要对探测面进行全部覆盖)，因此，必须要将来自光源分区的光束向外扩大成虚线框区域，可实现光源分区与探测面的区域一一对。例如，虚线框内的光源分区1对应探测面的区域1，虚线框内的光源分区2对应探测面的区域2，虚线框内的光源分区3对应探测面的区域3，以此类推。
基于上述描述的TOF传感模组的结构和功能原理，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备可包括上述TOF传感模组和固定结构，其中，固定结构用于固定上述TOF传感模组。当然，该电子设备还可包括其它组件，例如处理器、存储器、无线通信装置、传感器、触摸屏和显示屏等。
本申请中，电子设备可以是手机、平板电脑、可穿戴设备(如智能手表)等。该电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载
Figure BDA0002929839360000171
或者其它操作系统的电子设备。
如图12所示，为本申请实施例的一种电子设备的结构示意图。该电子设备100可包括处理器111、TOF传感模组112、显示屏113和固定组件114等。应理解，图12所示的硬件结构仅是一个示例。本申请所适用的电子设备可以具有比图12中所示电子设备100更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置。图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。
其中，处理器111可以包括一个或多个处理单元。例如：处理器111可以包括应用处理器(application processor，AP)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、图像信号处理器(image signal processor，ISP)、控制器、数字信号处理器(digital signalprocessor，DSP)、等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
TOF传感模组112可参见上述描述，此处不再赘述。
显示屏113可以用于显示图像等。显示屏113可以包括显示面板。显示面板可以采用液晶显示屏(liquid crystal display，LCD)、有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)、有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体(active-matrix organic light emitting diode的，AMOLED)、柔性发光二极管(flex light-emitting diode，FLED)、Miniled、MicroLed、Micro-oLed、量子点发光二极管(quantum dotlight emitting diodes，QLED)等。在一些实施例中，电子设备100可以包括1个或H个显示屏113，H为大于1的正整数。
固定组件114用于将TOF传感模组固定于电子设备。固定组件例如可以是支架，通过该支架可以将TOF传感模组固定在电子设备，或者也可以是电子设备中的其他部件(如手机中的中框)形成的结构件，或者还可以是各种胶或者连接部件(如焊料、螺丝等)。
在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
本申请中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。在本申请的文字描述中，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。可以理解，本申请中，“均匀”不是指绝对的均匀，可以允许有一定工程上的误差。
可以理解的是，在本申请中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的方案进行示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种飞行时间TOF传感模组，其特征在于，包括：光源、光束调整组件和探测组件；
所述光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束，并将所述m个第一光束传输至所述光束调整组件，所述m和M均为大于1的整数；
所述光束调整组件用于将接收到的所述m个第一光束调整成S个第二光束后，将所述S个第二光束投射至探测面的S个区域，所述S个区域与所述S个第二光束一一对应，所述M个时刻分别投射至所述探测面的同一个区域的M个投射点的位置不相同，所述S为大于m的整数；
所述探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自所述探测面的S个回波光信号，并在每个时刻将所述S个回波光信号转成S个回波电信号后进行存储，其中，所述S个回波光信号与所述S个第二光束一一对应，每个回波光信号为对应的第二光束在所述探测面上反射的信号。
2.如权利要求1所述的TOF传感模组，其特征在于，所述探测组件包括K个探测元件，所述K为大于或等于所述S的整数；
所述探测组件用于在M个时刻的每个时刻，对所述K个探测元件中的所述S个探测元件通电。
3.如权利要求1或2所述的TOF传感模组，其特征在于，所述TOF传感模组还包括处理电路；
所述处理电路用于从所述探测组件获取所述M个时刻得到的M*S个回波电信号，并根据所述M*S个回波电信号确定图像信息。
4.如权利要求1至3任一项所述的TOF传感模组，其特征在于，所述S等于m*n，所述光束调整组件用于将接收到的所述m个第一光束调整成S个第二光束时，用于调整接收到的所述m个第一光束的传输方向，并将调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束，得到m*n个第二光束，将所述m*n个第二光束投射至所述探测面的m*n个区域，所述m*n个区域与所述m*n个第二光束一一对应，所述n为大于1的整数。
5.如权利要求4所述的TOF传感模组，其特征在于，所述探测组件包括m*n个探测元件，所述m*n个探测元件与所述m*n个区域一一对应；
所述探测组件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自所述探测面的S个回波光信号，并在每个时刻将所述S个回波光信号转成S个回波电信号后进行存储时，所述m*n个探测元件中的每个探测元件用于在M个时刻的每个时刻，分别接收来自对应区域的回波光信号，并在每个时刻将所述对应区域的回波光信号转化成回波电信号后进行存储。
6.如权利要求1至5任一项所述的TOF传感模组，其特征在于，所述光源包括M个光源分区，每个光源分区包括m个子光源；
所述光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束时，在所述M个时刻的每个时刻，所述M个光源分区中的一个光源分区中的所述m个子光源用于发射所述m个第一光束，其中，所述M个时刻中的各个时刻发射所述m个第一光束所使用的光源分区都不相同。
7.如权利要求4至6任一项所述的TOF传感模组，其特征在于，所述光束调整组件包括准直组件和分束组件；
所述光束调整组件用于调整接收到的所述m个第一光束的传输方向，并将调整后的m个第一光束分为n个第二光束时，所述准直组件用于将所述m个第一光束中任意相邻的两个第一光束之间的夹角调整为第一角度，并将所述调整后的m个第一光束传输至所述分束组件，所述第一角度是根据所述探测面对应的总视场角和第二光束的数量m*n确定的；所述分束组件用于将所述调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。
8.如权利要求6或7所述的TOF传感模组，其特征在于，所述M个光源分区为M1*M2的阵列，其中，所述M1以及M2都为大于1的整数；
在所述M1*M2的阵列的水平方向上，相邻两个光源分区中的相邻两个子光源发射的第一光束之间的夹角大于或等于所述探测面上间隔M1个投射点所对应的角度；
在所述M1*M2的阵列的垂直方向上，相邻两个光源分区中的相邻两个子光源发射的第一光束之间的夹角大于或等于所述探测面上间隔M2个投射点所对应的角度。
9.如权利要求4所述的TOF传感模组，其特征在于，所述光源包括P个子光源，所述P为大于m的整数
所述光源用于在M个时刻的每个时刻，分别发射m个第一光束时，在M个时刻的每个时刻，按预设间隔从所述P个子光源中选通的m个子光源发射所述m个第一光束，其中，所述M个时刻中的各个时刻发射所述m个第一光束所使用的m个子光源都不相同。
10.如权利要求9所述的TOF传感模组，其特征在于，所述光束调整组件包括准直组件和分束组件；
所述光束调整组件用于调整接收到的所述m个第一光束的传输方向，并将调整后的m个第一光束分为n个第二光束时，所述准直组件用于将所述m个第一光束中任意相邻的两个第一光束之间的夹角调整为第二角度，并将所述调整后的m个第一光束传输至所述分束组件，所述第二角度是根据探测面对应的总视场角和启动的光源数m确定的；所述分束组件用于将所述调整后的m个第一光束中的每个第一光束分为n个第二光束。
11.如权利要求6至8任一项所述的TOF传感模组，其特征在于，所述M个光源分区一体成型。
12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的TOF传感模组、以及固定组件，所述固定组件用于固定所述TOF传感模组。
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