本申请公开了一种TOF装置和具有TOF装置的电子设备。TOF装置包括发射端和接收端，发射端和接收端均分为多个区域。TOF装置通过发射端采用分区点亮、接收端采用分区探测的方式，能够采集对应于目标对象的不同区域的多张局部3D图像，然后电子设备通过拼接多张局部3D图像，从而获得目标对象的3D图像。由于发射端采用分区点亮方式、接收端采用分区探测方式，TOF装置在采集单张局部3D图像时所需的峰值电流大幅度降低，使得TOF装置能够在电子设备允许的峰值电流下实现更远距离的探测，TOF装置和电子设备的探测范围更大。电子设备的探测范围更大。电子设备的探测范围更大。
【技术实现步骤摘要】
TOF装置及电子设备
[0001]本申请涉及光学电子器件
，尤其涉及一种TOF装置及电子设备。
技术介绍
[0002]目前，电子设备的三维(three
‑
dimensional，3D)相机主要采用时间飞行(time of flight，TOF)装置，TOF装置采用时间飞行技术获取目标对象的3D图像。其中，TOF装置包括发射端(也可称为投射端，transmitter)和接收端(receiver)，发射端用于向目标对象发射光信号，光信号被目标对象反射后，可以被接收端接收。依据光信号在发射端与接收端之间的飞行时间，可以确定目标对象与TOF装置之间的距离。
[0003]其中，TOF装置的探测距离与其发射端的峰值电流是相关的，电子设备提供的峰值电流越大，则TOF装置能够具有更远的探测距离。然而，手机等可移动的电子设备(也可称为移动终端)的电源通常难以为TOF装置提供较大的峰值电流，导致TOF装置的探测距离有限，难以满足电子设备的越来越多样化的应用需求。
技术实现思路
[0004]本申请的目的在于提供一种TOF装置和具有TOF装置的电子设备，TOF装置能够实现远距离探测。
[0005]第一方面，本申请提供一种TOF装置，TOF装置可以作为3D摄像头应用于电子设备。TOF装置包括发射端和接收端。
[0006]发射端包括光源、驱动芯片以及光学元件。光源包括多个发光单元。多个发光单元可以彼此独立工作。驱动芯片电连接多个发光单元，驱动芯片用于按照一定时序轮流点亮多个发光单元。光学元件位于多个发光单元的发光路径上，光学元件用于使多个发光单元发出的光线形成一一对应的多个投射视场，多个投射视场用于覆盖目标对象。
[0007]接收端包括镜头和图像传感器。镜头用于接收被目标对象反射的光线并形成多个感测视场，多个感测视场与多个投射视场一一对应。图像传感器位于镜头的出光侧。图像传感器包括多个感光单元和逻辑控制电路。多个感测视场一一对应地覆盖多个感光单元。多个感光单元可以彼此独立工作。逻辑控制电路用于按照一定时序轮流启动多个感光单元，且每个感光单元的启动时序与对应的发光单元的点亮时序相同。被启动的感光单元能够将光信号转换成电信号。
[0008]在本申请中，由于TOF装置采用分区点亮、分区探测的方式，通过多次探测目标对象的局部区域、实现对目标对象的全部区域的探测，因此TOF装置的多次探测能够有效分摊峰值电流，TOF装置的每次探测过程只需要较低的峰值电流即可实现，故而，在电子设备能够提供一定的峰值电流的情况下，TOF装置能够实现更远距离的探测，TOF装置和电子设备的探测范围更广，也可以更好地适用于室内环境和室外环境探测。此外，TOF装置的单位面积有效功率也较高，有利于提高TOF装置的分辨率，使得TOF装置实现高分辨率探测。
[0009]在本申请中，TOF装置采用发射端分区点亮、接收端分区探测的方式获取目标对象
的多个探测区域的3D轮廓信息。TOF装置电连接电子设备的处理器，处理器根据每个探测区域的3D轮廓信息能够形成目标对象的局部3D图像，然后通过拼接多张局部3D图像，获得目标对象的3D图像。也即，处理器能够依据TOF装置的输出信号形成目标对象的3D图像。
[0010]一种可能的实现方式中，目标对象具有多个探测区域，TOF装置通过多次探测分别获得多个探测区域的3D轮廓信息。其中，在一次探测过程中，发射端的发光单元以固定的频率重复打闪上千次，接收端的图像传感器的对应的感光单元持续地处于启动状态，由此完成对应的探测区域的曝光，接收端发送多张飞行时间分布直方图至电子设备的处理器。然后启动下一次探测，直至目标对象的多个探测区域均完成曝光。处理器依据每次曝光形成的飞行时间分布直方图形成探测区域的局部3D图像，然后通过拼接多张局部3D图像，形成目标对象的3D图像，由此完成一帧图像的探测和采集。
[0011]一种可能的实现方式中，电子设备的TOF装置对目标对象的一个探测区域的一次探测过程，可以包括1k次至10k次的打闪探测过程。一次打闪探测过程可以包括：发光单元发出第一个脉冲；感光单元处于启动状态，感光单元将其感应到的光信号转换成电信号，并输出该电信号；数据存储转换电路接收该电信号，数据存储转换电路处理、存储数据。TOF装置完成1k次至10k次的打闪探测过程后，数据存储转换电路发送飞行时间直方图至电子设备的处理器，由此一次探测过程。
[0012]其中，发光单元的一次脉冲的脉宽可以在1纳秒至5纳秒的范围内。
[0013]其中，每次探测过程输出的飞行时间直方图的数量为多张，多张飞行时间直方图一一对应一个感光单元中的多个单光子探测器，处理器能够依据多张飞行时间直方图形成与感光单元对应的目标对象的局部3D图像。
[0014]一种可能的实现方式中，TOF装置可以按照一定时序，依次探测多个探测区域，每次探测过程均输出对应的飞行时间直方图至处理器，处理器依据飞行时间直方图形成目标对象的局部3D图像，然后通过拼接多张局部3D图像，形成目标对象的3D图像。
[0015]在本实现方式中，图像传感器采用分区启动设计，相较于传统的整体启动图像传感器的方案，本实现方式的图像传感器的处于非启动状态的其他感光单元的单光子探测器、能够避免受环境光误触发而导致的功耗浪费，故而可以降低接收端的能耗。此外，图像传感器采用分区启动设计，也有利于避免发生暗计数、串扰等问题。
[0016]一种可能的实现方式中，发光单元的数量可以是4至20个。图像传感器的感光单元的数量与光源的发光单元的数量相同。
[0017]一种可能的实现方式中，光源为垂直腔面发射激光器。
[0018]一种可能的实现方式中，每个感光单元均可以包括多个单光子探测器。
[0019]一种可能的实现方式中，多个发光单元沿第一方向排布，每个发光单元均沿第二方向延伸，第二方向垂直于第一方向。单个发光单元的视场角经过光学元件后，在第一方向上收缩、且在第二方向上扩展。也即，在第一方向上，发光单元的投射视场的视场角小于发射视场的视场角；在第二方向上，发光单元的投射视场的视场角大于发射视场的视场角。
[0020]一种可能的实现方式中，在第一方向上，发光单元的发射视场的视场角可以大致在20
°
至25
°
范围内，投射视场的视场角可以大致在4
°
至5
°
的范围内。在第二方向上，发光单元的发射视场的视场角可以大致在20
°
至25
°
范围内，投射视场的视场角可以大致在50
°
至60
°
的范围内。
[0021]一种可能的实现方式中，光源的视场角经过光学元件后，在第一方向上扩展且在第二方向上扩展。也即，第一方向上和第二方向上，发射端的总投射视场的视场角大于光源的发射视场的视场角。
[0022]一种可能的实现方式中，多个投射视场在第一方向上的视场角在65
°
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种TOF装置(10)，其特征在于，包括发射端(1)和接收端(2)；所述发射端(1)包括：光源(13)，包括多个发光单元(131)；驱动芯片(14)，电连接所述多个发光单元(131)，所述驱动芯片(14)用于按照一定时序轮流点亮所述多个发光单元(131)；以及，光学元件(12)，位于所述多个发光单元(131)的发光路径上，所述光学元件(12)用于使所述多个发光单元(131)发出的光线形成一一对应的多个投射视场，所述多个投射视场用于覆盖目标对象；所述接收端(2)包括：镜头(21)，用于接收被所述目标对象反射的光线并形成多个感测视场，所述多个感测视场与所述多个投射视场一一对应；和，图像传感器(24)，位于所述镜头(21)的出光侧，所述图像传感器(24)包括多个感光单元(2411)和逻辑控制电路(242)，所述多个感测视场一一对应地覆盖所述多个感光单元(2411)，所述逻辑控制电路(242)用于按照一定时序轮流启动所述多个感光单元(2411)，且每个所述感光单元(2411)的启动时序与对应的所述发光单元(131)的点亮时序相同。2.根据权利要求1所述的TOF装置(10)，其特征在于，所述多个发光单元(131)沿第一方向排布，每个所述发光单元(131)均沿第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；单个所述发光单元(131)的视场角经过所述光学元件(12)后，在所述第一方向上收缩、且在所述第二方向上扩展。3.根据权利要求2所述的TOF装置(10)，其特征在于，所述多个投射视场在所述第一方向上的视场角在65
°
至70
°
范围内，在所述第二方向上的视场角在50
°
至60
°
的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的TOF装置(10)，其特征在于，相邻的两个所述投射视场在所述目标对象上形成相邻的两个探测区域，所述两个探测区域部分错开、部分重叠。5.根据权利要求4所述的TOF装置(10)，其特征在于，所述两个探测区域的错开部分比例大于重叠部分比例。6.根据权利要求1至5中任一项所述的TOF装置(10)，其特征在于，所述光源(13)与所述驱动芯片(14)堆叠设置，所述光源(13)的非发光侧固定于所述驱动芯片(14)。7.根据权利要求6所述的TOF装置(10)，其特征在于，所述光源(13)包括阳极焊盘(132)和阴极焊盘(133)，所述阳极焊盘(132)位于所述光源(13)的发光侧，所述阴极焊盘(133)位于所述光源(13)的非发光侧；所述驱动芯片(14)包括第一焊盘(141)和第二焊盘(142)，所述第一焊盘(141)位于所述驱动芯片(14)靠近所述光源(13)的一侧，且位于所述光源(13)的周边，所述第一焊盘(141)与所述阳极焊盘(132)...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵子昂，蒋珂玮，王娜，张绍刚，俞伟伟，唐玮，元军，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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