[发明专利]一种距离测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种距离测量系统，包括沿基线设置的发射器与采集器、以及处理电路；其中，发射器包括由多个光源组成的光源阵列，光源阵列包括多个子光源阵列，子光源阵列被配置为沿基线方向逐个开启发射斑点光束；采集器包括由多个像素组成的像素阵列，像素阵列包括多个子像素阵列，多个子像素阵列经配置以采集斑点光束经待测目标物体反射回的光束中的光子并形成光子信号；处理电路包括有多个子处理电路，子处理电路与子像素阵列一一对应连接，以控制子像素阵列中的像素启动，采集反射光束中的光子，计算飞行时间。本发明提升了空间分辨率，且解决了超像素重叠的问题，提升了距离测量精度；同时，有效降低了工艺成本及复杂度。

技术领域

本发明涉及光学测距技术领域，尤其涉及一种距离测量系统及测量方法。

背景技术

利用飞行时间原理(TOF，Time of Flight)可以对目标进行距离测量以获取包含目标的深度值的深度图像，而基于飞行时间原理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通常包括发射器和采集器，利用发射器发射脉冲光束照射目标视场并利用采集器采集反射光束，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。

目前，基于飞行时间原理的距离测量系统中的采集器包括像素阵列，特别是包括基于单光子雪崩光电二极管(SPAD)的像素阵列。SPAD也称为盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)，是能够以数十皮秒量级的到达时间分辨率捕获各个光子的检测器，可在专用半导体工艺中或者在标准CMOS技术中制造出来。在进行测距时，SPAD阵列与时间数字转换器(TDC)连接，并将光子信号输出至TDC。如中国专利CN201910888927.6中所述，为尽可能多的接收反射光束的光信号，通常将多个像素组合在一起使用，对应的像素区域称为“合像素”。而为了保证各测距点的空间分辨率，通常需要将合像素输出的光子信号输入到同一个TDC中。

现有的技术中，由于合像素的尺寸有限，受到系统公差和视差的影响，导致反射光束成像到像素阵列上的光斑容易出现出界的情况而丢失测距信息，因此需要严格的控制公差、压缩基线，从而增加了设计难度。另一方面，TDC数量较大且需要与每个像素或合像素连接，由于像素阵列是二维平面结构，因此只能采用三维堆叠的工艺走线，增加了设计成本以及复杂度。以上诸多问题导致了测距系统的空间分辨率难以提高。

上述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距离测量系统及测量方法，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：

一种距离测量系统，包括沿基线设置的发射器与采集器、以及与发射器和采集器连接的处理电路；其中，

所述发射器包括由多个光源组成的光源阵列，所述光源阵列包括多个子光源阵列，所述子光源阵列被配置为沿基线方向逐个开启用于发射斑点光束；

所述采集器包括由多个像素组成的像素阵列，所述像素阵列包括多个子像素阵列，所述多个子像素阵列经配置以采集所述斑点光束经待测目标物体反射回的反射光束中的光子并形成光子信号；

所述处理电路包括多个子处理电路，所述子处理电路与所述子像素阵列一一对应连接，以控制所述子像素阵列中的像素启动采集所述反射光束中的光子，并根据所述子像素阵列输出的所述光子信号计算出所述斑点光束从发射到反射回被采集的飞行时间。

在一些实施例中，所述子光源阵列包括一行或一列光源；所述子光源阵列在驱动电路的控制下逐个分时段启动以投射所述斑点光束到目标视场；其中，在一个测量阶段仅激活一个子光源阵列，直到所有子光源阵列均被启动后，完成对整个目标视场的扫描。