1.本技术涉及传感技术领域，尤其涉及一种光学感测设备、电子设备、光接收器、以及光学感测设备的感测方法。
背景技术：2.目前使用飞行时间(time of flight,tof)的测距传感技术正在快速发展，已经广泛使用在手机等设备上用于激光对焦、存在识别等，未来更将广泛用于增强现实(ar)、三维建模、实景导航等领域。当前的直接飞行时间(direct time-of-flight,dtof)测量方案使用时间关联单光子计数(time correlated single photon counting,tcspc)进行直方图计数，然后从直方图中提取tof。由于tcspc每个周期只能计第一个光子信号，其他的光子计数会被扔掉，因此会出现所谓的堆叠效应(pile-up)，在环境光比较强的情况下，堆叠效应极大的限制了最大测量距离。为了抑制堆叠效应，常见的方法包括减少接收环境光、计数纠错和时间选通(time gating)等。其中时间选通方法，把总的测量范围分成很多时间窗口，统计出计数最多的窗口，作为细测窗口，只对细测窗口内进行直方图统计计数。如果不对堆叠效应进行抑制，在户外环境光较强的情况下，随着测量距离增大，堆叠效应变得越来越严重，最终导致信号被淹没在噪声中，无法获取tof，从而极大的限制了户外的测距能力。
技术实现要素：3.本技术提供了一种可以提高对环境光容忍度的光学感测设备、电子设备、光接收器、以及光学感测方法。
4.第一方面，本技术实施例提供一种光接收器，包括多个有效像素，其中的至少一个有效像素包括多个物理像素，所述物理像素用于接收光信号并转换为相应的电信号输出，所述物理像素与光接收器工作的多个时间分区具有预设的对应关系，所述有效像素被配置为其中的物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭。
5.第二方面，本技术实施例提供一种光学感测设备，所述光学感测设备包括：
6.光发射器，用于依序发射光脉冲；以及
7.如上所述的光接收器，其中，所述多个时间分区根据一个光脉冲周期进行对应设定以及
8.处理模块，用于对所述电信号进行处理生成感测数据。
9.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括主体和设置于所述主体的如上所述的光学感测设备。
10.第四方面，本技术实施例提供一种光学感测方法，包括：
11.控制光发射器依序发射光脉冲；
12.控制光接收器中每个有效像素的物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭，以接收发射的光脉冲被物体反射回来形成的反射光脉
冲并转换为电信号输出，其中，所述有效像素包括多个物理像素，所述物理像素与光接收器工作的多个时间分区具有预设的对应关系，所述多个时间分区根据一个光脉冲周期进行对应设定；以及
13.对所述电信号进行处理生成感测数据。
14.上述光学感测设备、电子设备、光接收器、以及光学感测方法，由于有效像素被配置为其中的物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭，因此，开启的物理像素仅接收当前时间分区到达的光信号而不会被在前面的时间分区到达的噪声光子影响，从而使得环境光的堆叠效应被大幅降低，从而提高对环境光的容忍度。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本技术实施例提供的光学感测设备的结构示意图。
17.图2为本技术实施例提供的电子设备的示意图。
18.图3为本技术实施例提供的光接收器的示意图。
19.图4为本技术实施例提供的感测方法的流程图。
20.图5为本技术第一实施例提供的时间分区的示意图。
21.图6为本技术第一实施例提供的时间分区的另一示意图。
22.图7为本技术第二实施例提供的时间分区的示意图。
23.图8为图4所示的物理像素与时间分区对应顺序的示意图。
24.图9为图4所示的物理像素与时间分区对应顺序的另一示意图。
25.图10为图4所示感测方法的子流程示意图。
26.图11为现有光学感测设备探测到的光脉冲和本技术光学感测设备探测到的光脉冲的对比示意图。
27.元件符号说明
28.标号
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名称
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标号
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名称
29.100
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电子设备
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13
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数据处理模块
30.10
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光学感测设备
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131
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tdc模块
31.11
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光发射器
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132
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统计模块
32.12
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光接收器
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20
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主体
33.120
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有效像素
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t
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一个光脉冲周期
34.121
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物理像素
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t
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时间分区
35.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的规划对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，换句话说，描述的实施例根据除了这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，还可以包含其他内容，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品或设备不必限于只清楚地列出的那些步骤或器，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器。
38.需要说明的是，在本技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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多个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
39.请参看图1，其为本技术实施例提供的光学感测设备的结构示意图。在本实施例中，光学感测设备为采集飞行时间测量值来确定光学感测设备和外部对象之间的距离的设备，例如,直接飞行时间(direct time-of-flight,dtof)传感器。光学感测设备10包括光发射器11、光接收器12以及数据处理模块13。
40.光发射器11，被配置为依序发射光脉冲。其中，光发射器11包括但不限于激光发射器、发光二极管发射器等。光发射器11发出的光脉冲中的一部分经物体反射会形成反射光脉冲。
41.请结合参看图3，光接收器12，包括多个有效像素，有效像素用于接收光信号并转换为相应的电信号输出。其中，所述光信号包括反射光脉冲和环境光的光子。可选地，在一些实施例中，多个有效像素可以呈阵列状排列，反射光脉冲可射入有效像素。一个反射光脉冲的光斑至少覆盖一个有效像素。在本实施例中，一个反射光脉冲的光斑对应覆盖一个有效像素，如图3中的圆圈所示。一个有效像素120包括多个物理像素121,多个物理像素121可以呈阵列状排列。可选地，在一些实施例中，光接收器12的每一个有效像素所包括的物理像素121的数量相同。可以理解的是，在其他一些实施例中，光接收器12的不同有效像素也可以对应包括不同数量的物理像素121。物理像素121例如包括单光子雪崩二极管，用于接收光信号并转换为相应的电信号输出。然，可选地，在其它实施例中，单光子雪崩二极管也可被替换为其它合适的光电感测元件，例如雪崩光电二极管等。例如，如图3所示的光接收器12，一个有效像素包括9个物理像素121，9个物理像素121呈3*3阵列排列。可以理解地，上述实施例中，物理像素121和时间分区一一对应。可选地，在一些实施例中，一个有效像素所包括的物理像素121的数量可以根据实际情况进行设置，在此不做限定。在一些实施例中，多个有效像素也可以不规则排布。或者，多个物理像素121也可以不规则排布。可选地，光接收器12中的多个有效像素120中仅有部分有效像素120具有多个物理像素121，其他的有效像素120仅包括一个物理像素121。下面仍以有效像素120包括多个物理像素121为例进行说
明。
42.物理像素121与光接收器12工作的多个时间分区具有预设的对应关系，有效像素120被配置为其中的物理像素122仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭。其中，多个时间分区是根据一个光脉冲周期进行设定的。例如：如图5所示，一个光脉冲周期为时长为t,一个光脉冲周期包括多个时间分区t且每个时间分区t的时长可以相同也可以不相同。可以理解地，多个时间分区t的时长之和等于一个光脉冲周期的时长。亦即，一个时间分区t相当于一个光脉冲周期的几等分之一。
43.在本实施例中，以每一有效像素包括9个物理像素121为例，时间分区t的数量为9个，每个时间分区相当于一个光脉冲的九分之一，9个时间分区t1～t9分别为第一个t/9、第二个t/9....第九个t/9。9个物理像素121分别对应被配置为在时间分区t1～t9开启。例如，9个物理像素121分别用第一物理像素、第二物理像素.....第九物理像素表示，第一物理像素被配置为在时间分区t1开启，第二物理像素被配置为在时间分区t2开启，依次类推，第九物理像素被配置为在时间分区t9开启。此种情况下，第三物理像素仅在时间分区t3内开启，不会接收到在时间分区t1和时间分区t2到达的光子，由此，在时间分区t1和时间分区t2到达的光子不会使第三物理像素产生计数。可以理解地，当一个时间分区t开始时，相对应的物理像素121被启动用于接收和感测光子；当一个时间分区t结束时，相对应的物理像素121被关闭而停止接收和感测光子。可选地，每一有效像素120中的物理像素121与时间分区t的对应关系均相同，每一有效像素120分别在不同时间分区对应开启的一个物理像素121位于各自有效像素阵列中相同的位置。即是说，在各有效像素中位于相同位置的物理像素121对应在一个光脉冲周期的同一个时间分区t开始时同时开启，在同一个时间分区t结束时同时关闭。
44.更具体地，呈阵列状排列的多个物理像素121可以按照同一行从左到右，不同行从上到下遍历的顺序(如图8所示)分别在多个时间分区t一一对应地工作。可选地，呈阵列状排列的多个物理像素121也可以按照同一列从上到下，不同列从左到右遍历的顺序(如图9所示)分别在多个时间分区t一一对应地工作。可以理解的是，呈阵列状排列的多个物理像素121与时间分区t之间的对应关系也可以根据实际情况进行其他设置，本技术对此不做具体限定。各有效像素120中不同位置的物理像素121与时间分区t之间的对应关系也可以各不相同，或者根据实际情况进行变更。
45.由于每个物理像素在同一个光脉冲周期中只能雪崩一次，若每个有效像素的物理像素都在光脉冲周期开始时就全部启动来接收反射光脉冲，在反射光脉冲强度较高或者环境光太强的情况下，每个有效像素的大部分物理像素都会很快被雪崩掉而无法保留足够数量的物理像素来接收在光脉冲周期后段时间到达的反射光脉冲，从而造成光脉冲周期后段的反射光脉冲计数丢失而计数值大部分集中在光脉冲周期前段的堆叠效应。
46.具体地，如图11所示，光脉冲信号s0为光学感测设备发生堆叠效应时探测所得，光脉冲信号s1为采用上述实施例提供的光学感测设备探测所得。发生堆叠效应的光学感测设备，物理像素因在先到达的光子而雪崩导致在后到达的光子无法探测到，从而导致光子计数丢失，进而远距离反射回来的光脉冲无法探测到,例如，光脉冲信号s0在距离一个光脉冲周期t尚未结束之前的tp时刻开始就无法再探测到光子，从而导致tp时刻之后反射回来的光子无法计数,即对远处反射回来的光子无法测量。而采用上述实施例提供的光学感测设
备，有效像素的不同物理像素121仅在对应的时间分区内接收光子而不受之前到达的噪声光子影响，在一个光脉冲周期t靠后的时间对环境光容忍度大幅提高，因此，对远处反射回来的光子依然可以通过该时间分区相对应的物理像素探测到，同样可以测量得到相对应的信号峰，如光脉冲信号s1第8个时间分区的峰。因此，上述实施例提供的感测设备环境光的堆叠效应被大幅降低，可以提高光学感测设备对环境光的容忍度。
47.数据处理模块13被配置为对光接收器12产生的所述电信号进行处理以生成感测数据。在本实施例中，感测数据可以为时间戳、直方图、或者距离等。在本实施例中，感测数据为直方图。具体地，数据处理模块13包括时间数字转换(time-to-digital converter，tdc)模块131和统计模块132。
48.tdc模块131将光接收器12产生的所述电信号进行处理得到时间戳。具体地，tdc模块131计算每一物理像素121对应产生的电信号的时间间隔，并将时间间隔转换为时间戳。tdc模块131可以根据发射光脉冲的时间与每一物理像素121接收到光脉冲的时间的差值计算电信号的时间间隔，根据时间间隔可以计算出每一光脉冲的飞行时间，即时间戳。每一有效像素120与至少一个tdc模块131电连接。在本实施例中有效像素120与tdc模块131一一对应电连接。可选地，物理像素121与tdc模块131一一对应电连接。在本实施例中，有效像素120可以与对应的tdc模组131堆叠设置，即tdc模组131设置在对应的有效像素120的下方，由此可以提高每个有效像素120的有效感光面积。可选地，在一些实施例中，每个tdc模块131仅在对应的时间分区内开启，即对应的时间分区开始时开启，对应的时间分区结束时关闭。在本实施例中，tdc模块131可以采用具有时间数字转换功能的时间数字转换器(tdc)实现。
49.统计模块132根据所述时间戳相应地统计各物理像素121在对应的时间分区内的各个时间单位的计数；并基于各个物理像素121在对应时间分区内的各个时间单位的计数组合得到对应的有效像素在整个光脉冲周期的计数分布。具体地，统计模块132采用直方图电路实现，所述感测结果为直方图。直方图包括多个分箱，时间单元与直方图的分箱相对应，为tdc模块131所能分辨的最短时间间隔。直方图的横坐标表示时间戳，直方图的纵坐标表示光脉冲的计数。当物理像素121接收到光脉冲，统计模块132基于相应的时间戳在对应的分箱上进行计数。在本实施例中，每一物理像素121都相对应有一个子直方图。当物理像素121接收到一个光脉冲时，根据该光脉冲的时间戳，在相应子直方图相应的分箱计数。根据时间分区t的时间顺序将每一有效像素120中的多个物理像素121所对应的直方图拼接组合生成一个有效像素120的总直方图，即各有效像素120的感测结果。感测结果用于获取深度信息。
50.由于每个tdc模块131仅在对应的时间分区内开启，即对应的时间分区开始时开启，对应的时间分区结束时关闭，因此，可以直接获得每个有效像素所对应的时间戳，从而可以直接得到直方图。
51.现有技术中抑制堆叠效应常见的方法包括减少接收环境光、计数纠错和时间选通(time gating)等，而现有通常的时间选通方法，是按窗口从前往后，每次选定一个窗口，重复发射一定数量的脉冲周期，统计这个窗口的总光子计数，然后选定下一个脉冲周期，同样的重复发射相同数量的脉冲周期并进行光子计数统计，最终完成所有窗口的光子统计。其中包含返回脉冲信号的时间窗口的光子计数会大于其他窗口，因此找到最大计数的窗口就
可以确定返回信号所在的窗口。之后只选定这一窗口，进行直方图统计，从而得到精确的tof。虽然之前的时间选通方法可以提高对环境光的容忍度(抑制堆叠效应)，但是这一方法却会大幅牺牲帧率。帧率降低主要来源于两方面，一是需要把测量过程分为查找窗口的粗测过程和直方图计数的细测过程，二是查找窗口时需要按顺序一个一个进行计数统计，每个都需要重复相同的脉冲周期数。对于帧率要求比较高的场景，比如车用dtof激光雷达，就只能选择降低最大测距范围，进而限制了光学感测设备即dtof的应用范围。上述本技术的实施例中，光学感测设备中当每个时间分区开始时相对应的物理像素才开启，从而物理像素在相对应的时间分区内不会受之前时间分区到达的光子所影响，因此，光学感测设备可以同时测量多个时间分区，不再需要一个分区一个分区按顺序去测，从而达到提高帧率的目的，例如，分n个区，就可以提高n倍的帧率。
52.上述实施例中，根据多个时间分区控制各有效像素的多个物理像素在相应的时间分区开启，再根据各有效像素中多个物理像素接收光脉冲的情况生成感测结果。上述实施例中，由于每个物理像素在一个光脉冲周期中可以按照时间分区在对应的时间分区内都不受之前到达的光子(即噪声光子)影响，对环境光容忍度大幅提高，因此，从远处反射回来的光脉冲依然可以测量得到一个对应的峰值。另外，光学感测设备还可以同时测量多个时间分区，不再需要一个分区一个分区按顺序去测，例如，分n个区，就可以提高n倍的帧率，从而达到提高帧率的目的，即光学感测设备在帧率相同的情况下，可以感测更远距离的物体。此外，每一有效像素与一个tdc模块电连接，可以有效减少tdc模块的数量，从而减小光学感测设备的体积。
53.可选地，感测数据可以是距离数据。即数据处理模块13还包括测量模块(图未示)，测量模块根据直方图直接得到深度/距离信息。可选地，感测数据还可以是时间戳，即数据处理模块13还可以省略统计模块132，时间戳可以通过另一数据处理模块进行处理得到用户所需的测量数据。变更地，感测数据还可以是电信号，即数据处理模块13还可以省略tdc模块131和统计模块132，电信号可以通过另一数据处理模块进行处理得到用户所需的测量数据。
54.可选地，一个光脉冲周期所包括的多个时间分区的时长也可以不同，相应地，每个时间分区对应的tdc模块131的分辨率也可以不同。应理解的是，tdc模块131的分辨率指的是tdc模块所能分辨的最短时间间隔，即对应获得的直方图中分箱或时间单元的细密程度。tdc模块131的分辨率越高，tdc模块131所能分辨的时间间隔就越短，对应获得的直方图中分箱或时间单元就越细密。如图6所示，时间分区t9的时长和时间分区t1....t8的时长不同。开始阶段时间分区比结束阶段时间分区短。一个光脉冲周期从开始到结束依次划分的时间分区的时长逐渐增大。即，时间分区t1的时长小于时间分区t2的时长，时间分区t2的时长小于时间分区t3的时长，如此类推，时间分区t8的时长小于时间分区t9的时长。例如，时间分区t1的时长为10ns，时间分区t2的时长为20ns......时间分区t9的时长为90ns。相应地，对应的tdc的分辨率也对应逐渐降低。可选地，多个时长不同的时间分区也可以不是呈逐渐增大，而是阶段性增大。例如：将一个光脉冲周期按照时间依次划分为开始阶段、中间阶段和结束阶段，每个阶段分别包括多个时间分区，同一个阶段内的多个时间分区具有相同的时长，不同阶段的时间分区具有不同的时长。具体地，例如：开始阶段包括时间分区t1～t2，时间分区t1～t2总时长为20ns，每个时间分区的时长为10ns；tdc的分辨率为100ps；
中间阶段包括时间分区t3～t7,时间分区t3～t7总时长为100ns，每个时间分区的时长为20ns，tdc分辨率为200ps；结束阶段包括时间分区t8～t9，时间分区t8～t9的总时长为200ns，每个时间分区的时长为100ns，tdc分辨率为400ps。可以理解地，远距离时的测距绝对精度要求更低，因此，可以将一个光脉冲周期后面的分区时间拉长，并采用更低精度的tdc。可以理解地，由于当感测距离较远的物体时，可以采用精度较低的tdc模块计算每一物理像素对应的电信号的时间戳，从而在保证测距范围的情况下降低光学感测设备的功耗，并降低对物理像素数量的需求。
55.可选地，在一些实施例中，多个时间分区的时长之和大于一个光脉冲周期的时长。具体地，两个相邻的时间分区部分重合，从而使得多个时间分区的时长之和大于一个光脉冲周期的时长，即两个相邻的时间分区，一个时间分区开始时间位于另一个时间分区内，如图7所示。相应地，每一有效像素与多个tdc模块131电连接。进一步地，有效像素中的每一物理像素121均与一个tdc模块131电连接。在一个时间分区t开始时，相应的物理像素121启动，与相应的物理像素121电连接的tdc模块131开启；在一个时间分区t结束时，相应的物理像素121关闭，与相应的物理像素121电连接的tdc模块131停止工作。具体地，如图7所示，第一时间分区t1结束之前，第二时间分区t2开启，即第二时间分区t2的开始部分落入在第一时间分区t1内。例如，第一个时间分区t1距离2ns结束时，第二时间分区t2开始，即第一时间分区t1和第二时间分区t2具有2ns的重合部分。
56.由于两个相邻的时间分区部分重合，并可通过对应的tdc对物理像素121接收到光子进行计数，可以避免光脉冲正好落在不同时间分区连接处时可能导致测量结果出错的情况。
57.请结合参看图2，其为本技术实施例提供的电子设备的示意图。电子设备100包括主体20、以及设置于主体20的光学感测设备10。其中，电子设备100包括但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑、电子手表、智能眼镜等。在本实施例中，电子设备100用手机为例展示。光学感测设备10的具体结构参照上述实施例。由于电子设备100采用了上述所有实施例的光学设备，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
58.请结合参看图1、图4和图5，光学感测设备10的感测方法利用光学感测设备10感测物体(图未示)的感测数据。该感测数据为用户所需的结果数据，也可以是用于计算所述用户所需的结果数据的过程数据。过程数据可以为时间戳、直方图、或者光接收器12生成的电信号。结果数据包括但不限于物体的深度图像、物体与光学感测设备10之间的距离、物体的二维图像等。上述感测数据可应用于在手机等设备上作为激光对焦、生物识别等、或者增强现实(ar)、三维建模、实景导航等。光学感测设备10的感测方法具体包括如下步骤。
59.步骤s102，控制光发射器11依序发射光脉冲。本实施例控制光学感测设备10的光发射器11发射光脉冲。其中，光发射器11包括但不限于激光发射器、发光二极管发射器等。光发射器11发出的光脉冲中的一部分经物体反射会形成反射光脉冲。
60.步骤s104，控制光接收器12中每个有效像素120的一个物理像素121仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启以接收反射光脉冲转换为电信号，所述有效像素120包括多个物理像素121，一个光脉冲周期对应设定有所述多个时间分区。其中，本实施例基于电信号生成感测结果，具体将在步骤s106进行描述。更具体地，多个有效像素120呈阵列状排列，反射光脉冲可射入有效像素120。一个光脉冲的光斑至少覆盖一个有效像素120。在本
实施例中，一个光脉冲的光斑覆盖一个有效像素120，如图3中的圆圈所示。一个有效像素120包括多个物理像素121。多个物理像素121呈阵列状排列。可选地，光接收器12的每一个有效像素120所包括的物理像素121的数量可以相同也可以不相同。物理像素121例如包括单光子雪崩二极管。然，可选地，在其它实施例中，单光子雪崩二极管也可被替换为其它合适的光电感测元件，例如雪崩光电二极管等。例如，如图3所示的光接收器12，每一有效像素120包括9个物理像素121，9个物理像素121呈3*3阵列排列。可以理解地，每一有效像素120中的物理像素121的数量可以根据实际情况进行设置，在此不做限定。在一些实施例中，多个有效像素120也可以不规则排布。或者，多个物理像素121也可以不规则排布。可选地，光接收器12中的多个有效像素120中仅有部分有效像素120具有多个物理像素121，其他的有效像素120仅包括一个物理像素121。下面仍以有效像素120包括多个物理像素121为例进行说明。
61.可选地，在一些是实施例中，有效像素120被配置为在多个时间分区中的每个时间分区对应开启一个物理像素122。在本实施例中，多个时间分区是根据是一个光脉冲周期进行设定的。例如：如图5所示，一个光脉冲周期时长为t,一个光脉冲周期对应多个时间分区t且每个时间分区t的时长是相同的。可以理解地，多个时间分区t的时长之和等于一个光脉冲周期的时长。亦即，一个时间分区t相当于一个光脉冲周期的几等分之一。
62.在本实施例中，仍以每一有效像素120包括9个物理像素121为例，时间分区t的数量为9个，则每个时间分区相当于一个光脉冲的九分之一。当一个光脉冲冲周期t，则9个时间分区t1～t9分别为第一个t/9、第二个t/9....第九个t/9。9个物理像素121分别被配置为在时间分区t1～t9开启。例如，9个物理像素121分别用第一物理像素、第二物理像素.....第九物理像素表示。第一物理像素被配置为在时间分区t1开启、第二物理像素被配置为在时间分区t2开启，依次类推，第九物理像素被配置为在时间分区t9开启。此种情况下，第三物理像素仅在时间分区t3内开启，不会接收到在时间分区t1和时间分区t2到达的光子，由此，在时间分区t1和时间分区t2到达的光子不会使第三物理像素产生计数。可以理解地，当一个时间分区t开始时，相对应的物理像素121被启动用于接收和感测光子；当一个时间分区t结束时，相对应的物理像素121被关闭而停止接收和感测光子。可选地，每一有效像素120中的物理像素121与时间分区t的对应关系均相同，每一有效像素120分别在不同时间分区开启的一个物理像素121位于各自有效像素阵列中相同的位置。即是说，在各有效像素中位于相同位置的物理像素121对应在一个光脉冲周期的同一个时间分区t开始时同时开启，在同一个时间分区t结束时同时关闭。
63.更具体地，呈阵列状排列的多个物理像素121可以按照同一行从左到右，不同行从上到下遍历的顺序(如图8所示)分别在多个时间分区t一一对应地工作。可选地，呈阵列状排列的多个物理像素121也可以按照同一列从上到下，不同列从左到右遍历的顺序(如图9所示)分别在多个时间分区t一一对应地工作。可以理解的是，呈阵列状排列的多个物理像素121与时间分区t之间的对应关系也可以根据实际情况进行其他设置，本技术对此不做具体限定。各有效像素中不同位置的物理像素121与时间分区t之间的对应关系也可以各不相同，或者根据实际情况进行变更。
64.由于每个物理像素在同一个光脉冲周期中只能雪崩一次，若每个有效像素的物理像素都在光脉冲周期开始时就全部启动来接收反射光脉冲，在反射光脉冲强度较高或者环
境光太强的情况下，每个有效像素的大部分物理像素都会很快被雪崩掉而无法保留足够数量的物理像素来接收在光脉冲周期后段时间到达的反射光脉冲，从而造成光脉冲周期后段的反射光脉冲计数丢失而计数值大部分集中在光脉冲周期前段的堆叠效应。而本技术上述实施例提供的光学感测设备10中有效像素120被配置为在一个光脉冲周期中可以按照划分的时间分区对应地开启一部分相应的物理像素121进行感测，因此，开启的物理像素121仅接收当前时间分区到达的光子不受前面的时间分区到达的噪声光子影响，从而使得环境光的堆叠效应被大幅降低，可以提高光学感测设备10对环境光的容忍度。
65.步骤s106，所述光学感测方法还包括对所述电信号进行处理生成感测数据。具体地，感测数据可以为时间戳、直方图、或者距离等。在本实施例中，感测数据为直方图。请参看图10，具体地，步骤s106包括下面步骤。
66.步骤s1060,将光接收器12产生的所述电信号进行处理得到时间戳。具体地，步骤s1060通过tdc模块131实现。进一步地，tdc模块131对每一物理像素121所对应的电信号处理得到时间戳。具体地，tdc模块131计算每一物理像素121对应的电信号的时间间隔，并将时间间隔转换为时间戳。tdc模块131可以根据发射光脉冲的时间与每一物理像素121接收到光脉冲的时间的差值计算电信号的时间间隔，根据时间间隔可以计算出每一光脉冲的飞行时间，即时间戳。每一有效像素120与至少一个tdc模块131电连接。在本实施例中有效像素120与tdc模块131一一对应电连接。可选地，物理像素121与tdc模块131一一对应电连接。在本实施例中，有效像素120可以与对应的tdc模组131堆叠设置，即tdc模组131设置在对应的有效像素120的下方，由此可以提高每个有效像素的有效感光面积。可选地，在一些实施例中，每个tdc模块131仅在对应的时间分区内开启，即对应的时间分区开始时开启，对应的时间分区结束时关闭。在本实施例中，tdc模块131可以采用具有时间数字转换功能的时间数字转换器(tdc)实现。
67.步骤s1062,根据所述时间戳相应地统计各物理像素121在对应的时间单位的计数。具体地，统计模块132采用直方图电路实现，所述感测结果为直方图。直方图包括多个分箱，时间单元与直方图的分箱相对应。直方图的横坐标表示时间戳，直方图的纵坐标表示光脉冲的计数。当物理像素121接收到光脉冲，统计模块132基于相应的时间戳在对应的分箱上进行计数。
68.步骤s1064,基于各个物理像素121在对应的时间单位的计数组合得到对应的有效像素120的计数。在本实施例中，每一物理像素121都相对应有一个子直方图。当物理像素121接收到一个光脉冲时，根据该光脉冲的时间戳，在相应子直方图中对应的分箱计数。根据时间分区t的时间顺序将每一有效像素120中的多个物理像素121所对应的直方图拼接组合生成一个有效像素120的总直方图，即各有效像素120的感测结果。感测结果用于获取深度信息。
69.由于每个tdc模块131仅在对应的时间分区内开启，即对应的时间分区开始时开启，对应的时间分区结束时关闭，可以直接获得每个有效像素120所对应的时间戳，从而可以直接得到直方图。因此，上述实施例提供的光学感测设备10还可以同时测量多个时间分区，不再需要一个分区一个分区按顺序去测，例如，分n个区，就可以提高n倍的帧率，从而达到提高帧率的目的。
70.上述实施例中，根据多个时间分区控制各有效像素120的多个物理像素121在相应
的时间分区处于开启状态，再根据各有效像素120中多个物理像素121接收光脉冲的情况生成感测结果。上述实施例中，由于每个物理像素121在对应的时间分区内都不受之前到达的光子(即噪声光子)影响，对环境光容忍度大幅提高，因此，从远处反射回来的光脉冲依然可以测量得到一个对应的峰值。同时，光学感测设备10在帧率相同的情况下，可以感测更远距离的物体。另外，光学感测设备10还可以同时测量多个时间分区，不再需要一个分区一个分区按顺序去测，例如，分n个区，就可以提高n倍的帧率，从而达到提高帧率的目的。此外，每一有效像素120与一个tdc模块电连接，可以有效减少tdc模块的数量，从而减小光学感测设备10的体积。
71.可选地，感测数据可以是距离。具体地，所述感测方法还包括根据直方图直接得到深度/距离信息。可选地，感测数据还可以是时间戳，所述感测方法还可以省略步骤s1064，时间戳可以通过另外的器件进行处理得到用户所需的测量数据。变更地，感测数据还可以是电信号，即所述感测方法还可以步骤s1062和s1064，电信号可以通过另外器件进行处理得到用户所需的测量数据。
72.可选地，一个光脉冲周期所包括的多个时间分区的时长也可以不同，相应地，每个时间分区对应的tdc模块131的分辨率也可以不同。如图6所示，时间分区t9的时长和时间分区t1....t8的时长不同。开始阶段时间分区比结束阶段时间分区短。一个光脉冲周期从开始到结束依次划分的时间分区的时长逐渐增大。即，时间分区t1的时长小于时间分区t2的时长，时间分区t2的时长小于时间分区t3的时长，如此类推，时间分区t8的时长小于时间分区t9的时长。例如，时间分区t1的时长为10ns，时间分区t2的时长为20ns......时间分区t9的时长为90ns。相应地，对应的tdc的分辨率也对应逐渐降低。可选地，多个时长不同的时间分区也可以不是呈逐渐增大，而是阶段性增大。例如：将一个光脉冲周期按照时间依次划分为开始阶段、中间阶段和结束阶段，每个阶段分别包括多个时间分区，同一个阶段内的多个时间分区具有相同的时长，不同阶段的时间分区具有不同的时长。具体地，例如：开始阶段包括时间分区t1～t2，时间分区t1～t2总时长为20ns，每个时间分区的时长为10ns；tdc的分辨率为100ps；中间阶段包括时间分区t3～t7,时间分区t3～t7的总时长为100ns，每个时间分区的时长为20ns，tdc分辨率为200ps；结束阶段包括时间分区t8～t9，时间分区t8～t9的总时长为200ns，每个时间分区的时长为100ns，tdc分辨率为400ps。可以理解地，远距离时的测距绝对精度要求更低，因此，可以将一个光脉冲周期后面的分区时间拉长，并采用更低精度的tdc。可以理解地，由于当感测距离较远的物体时，可以采用精度较低的tdc模块计算每一物理像素对应的电信号的时间戳，从而在保证测距范围的情况下降低光学感测设备的功耗，并降低对物理像素数量的需求。
73.可选地，在一些实施例中，多个时间分区的时长之和大于一个光脉冲周期的时长。具体地，两个相邻的时间分区部分重合，从而使得多个时间分区的时长之和大于一个光脉冲周期的时长，即两个相邻的时间分区，一个时间分区开始时间位于另一个时间分区内，如图7所示。相应地，每一有效像素与多个tdc模块131电连接。进一步地，有效像素中的每一物理像素121均与一个tdc模块131电连接。在一个时间分区t开始时，相应的物理像素121启动，与相应的物理像素121电连接的tdc模块131开启；在一个时间分区t结束时，相应的物理像素121关闭，与相应的物理像素121电连接的tdc模块131停止工作。具体地，如图7所示，第一时间分区t1结束之前，第二时间分区t2开启，即第二时间分区t2的开始部分落入在第一
时间分区t1内。例如，第一个时间分区t1距离2ns结束时，第二时间分区t2开始，即第一时间分区t1和第二时间分区t2具有2ns的重合部分。
74.由于两个相邻的时间分区部分重合，并可通过对应的tdc对物理像素121接收到光子进行计数，可以避免光脉冲正好落在不同时间分区连接处时可能导致测量结果出错的情况。
75.本说明书中描述的许多功能单元已经作为模块被标注，以便更具体地强调他们的独立实施。例如，模块可以作为硬件电路而被实施，其中所述硬件电路包括定制的超大规模集成(vlsi)电路或门电路阵列、现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管、或其他分立元件。模块还可以在可编程的硬件设备内被实施，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等等。
76.模块也可以在软件中被实施以便被各种类型的处理器执行。识别的可执行代码的模块可以，例如，包括一个或多个计算机指令的物理或逻辑块，其中物理或逻辑块可以例如被作为对象、程序、或功能而被组织。然而，识别的模块的可执行文件不需要物理上位于一起，但是可以包括储存在不同位置的不同的指令，当逻辑上结合到一起时，其包括模块且实现模块的规定的目标。
77.可执行代码的模块可以是单一指令或许多指令，并且甚至可以分布于不同程序间的众多不同的代码段，且遍及许多存储设备。同样地，可操作的数据在本文模块内会被识别及示出，并且可以以任何适合的形式被体现，且被组织在任何适合类型的数据结构内。可操作的数据可以作为单一数据集而被收集，或可以被分布于不同位置，其包括分布于不同的存储设备，并且可以至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号而存在。
78.本领域的技术人员将意识到在所要求发明的范围内，可以针对描述的示例实施例进行修改，并且意识到许多其他实施例也是有可能的。
79.以上所列举的仅为本技术较佳实施例而已，当然不能以此来限定本技术之权利范围，因此依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。
技术特征：1.一种光接收器，其特征在于，包括多个有效像素，其中的至少一个有效像素包括多个物理像素，所述物理像素用于接收光信号并转换为相应的电信号输出，所述物理像素与光接收器工作的多个时间分区具有预设的对应关系，所述有效像素被配置为其中的物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭。2.如权利要求1所述的光接收器，其特征在于，多个物理像素呈阵列状排列，按照同一行从左到右，不同行从上到下遍历的顺序分别在多个时间分区对应地工作。3.如权利要求1所述的光接收器，其特征在于，多个物理像素呈阵列状排列，按照同一列从上到下，不同列从左到右遍历的顺序分别在多个时间分区对应地工作。4.如权利要求1所述的光接收器，其特征在于，在各有效像素中位于相同位置的物理像素对应在同一个时间分区工作。5.一种光学感测设备，其特征在于，包括：光发射器，用于依序发射光脉冲；如权利要求1-4中任意一项所述的光接收器，其中，所述多个时间分区根据一个光脉冲周期进行对应设定以及处理模块，用于对所述电信号进行处理生成感测数据。6.如权利要求5所述的光学感测设备，其特征在于，所述多个时间分区的时长之和等于一个光脉冲周期的时长或者大于一个光脉冲周期的时长。7.如权利要求5所述的光学感测设备，其特征在于，所述多个时间分区的时长可以不同。8.如权利要求5所述的光学感测设备，其特征在于，两个相邻的时间分区部分重合。9.如权利要求5所述的光学感测设备，其特征在于，所述处理模块包括tdc模组和统计模块，所述tdc模组用于计算所述电信号的时间间隔并将所述时间间隔转换为时间戳，所述每个物理像素对应连接一个tdc模组，每个tdc模组仅在对应连接的物理像素工作的时间分区开启，所述统计模块用于根据所述时间戳相应地统计各物理像素在对应的时间单位的计数，并基于各个物理像素在对应的时间单位的计数组合得到对应的有效像素的计数。10.如权利要求9所述的光学感测设备，其特征在于，所述每个物理像素与对应连接的tdc模块堆叠设置。11.如权利要求1所述的光学感测设备，其特征在于，所发射光脉冲中的一部分被物体反射回来形成反射光脉冲，一个所述反射光脉冲的光斑至少覆盖一个所述有效像素。12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括主体和设置于所述主体的如权利要求1至11任一项所述的光学感测设备。13.一种光学感测方法，其特征在于，所述光学感测方法包括：控制光发射器依序发射光脉冲；控制光接收器中每个有效像素的物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启而在其他时间分区关闭，以接收发射的光脉冲被物体反射回来形成的反射光脉冲并转换为电信号输出，其中，所述有效像素包括多个物理像素，所述物理像素与光接收器工作的多个时间分区具有预设的对应关系，所述多个时间分区根据一个光脉冲周期进行对应设定；以及对所述电信号进行处理生成感测数据。
14.如权利要求12所述的光学感测方法，其特征在于，所述多个时间分区的时长可以不同。15.如权利要求12所述的光学感测方法，其特征在于，所述多个时间分区之和等于一个光脉冲周期或者大于一个光脉冲周期。16.如权利要求12所述的光学感测方法，其特征在于，两个相邻的时间分区部分重合。
技术总结本申请提供了一种光学感测设备，包括光发射器和光接收器。光发射器用于依序发射光脉冲；光接收器包括多个有效像素，所述有效像素包括多个物理像素，每个所述有效像素被配置为一个物理像素仅在多个时间分区中相对应的一个时间分区开启，所述物理像素用于接收发射的光脉冲被物体反射回来的光脉冲并将接收的光脉冲转换为电信号，每个光脉冲周期对应设定所述多个时间分区。本申请可以提高光学感测设备对环境光的容忍度，从而提高户外最大测距距离，相比于传统的时间选通(time gating)方案还可以提高帧率。还可以提高帧率。还可以提高帧率。
技术研发人员：张耿立
受保护的技术使用者：深圳阜时科技有限公司
技术研发日：2022.05.24
技术公布日：2022/11/1
