CN212783454U - 距离传感器像素阵列结构及距离传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种距离传感器像素阵列结构及距离传感器。距离传感器包括发射端和接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元；所述发射端为能以正常功率发射出照射部分像素单元的光斑的发射端，所述接收端为被照射的所述部分像素单元处于开启状态，其他像素单元处于关闭状态的接收端。由此，在工作时，可以有目的的控制发射端的开启状态，例如仅使得发射端照射一部分区域，而其他区域不被照射，这样就可以大大降低发射功率，即大幅度降低了TOF的功耗，促进了TOF的普及，间接促进了AR、VR的普及。

Description

距离传感器像素阵列结构及距离传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种距离传感器像素阵列结构及距离传感器。

背景技术

随着AR/VR技术逐渐实现在手机上，3D D TOF(直接飞行时间)距离传感器作为核心芯片，逐渐像二维图像传感器一样成为手机的标配。但是，功耗太高，严重影响了其在手机上应用，从而阻碍了AR/VR技术的推广。

现有的D TOF距离传感器功耗太大，因此在手机应用时距离受限，使用时间受限，影响了用户使用效果。只能在手机前摄进行人脸解锁、支付等不需要长时间开启的操作。当应用在手机、pad后摄时，如做AR、VR应用，需要长时间开启，比如1个小时的应用，但是功耗太大，很容易导致手机关机，因此目前AR、VR一直没法普及。

因此，只有大幅度降低D TOF的功耗，才能普及D TOF，普及AR、VR。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种距离传感器像素阵列结构及距离传感器，降低距离传感器的功耗。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的第一方面，提供一种距离传感器像素阵列结构，所述距离传感器像素阵列结构为包括呈阵列排布的多个像素单元且部分所述像素单元同时开启的距离传感器像素阵列结构。

可选的，相邻的多个像素单元同时开启。

根据本实用新型的第二方面，提供一种距离传感器，包括发射端和接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元；所述发射端为能以正常功率发射出照射部分像素单元的光斑的发射端，所述接收端为被照射的所述部分像素单元处于开启状态，其他像素单元处于关闭状态的接收端。

可选的，所述发射端包括垂直腔面发射激光器、准直镜和DOE，所述垂直腔面发射激光器发射的光依次经过所述准直镜和所述DOE后提供的光斑包括多个散斑，所述发射端每次提供的散斑对应不同的像素单元。

可选的，所述垂直腔面发射激光器发射的光通过准直镜和DOE后提供还提供次光斑，所述次光斑的能量低于所述光斑的能量。

可选的，所述发射端包括垂直腔面发射激光器和扩散片，所述垂直腔面发射激光器发射的光通过扩散片后提供一个光斑，一次发射至少照射一个区域的像素单元。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案中，包括发射端和接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元；所述发射端为能以正常功率发射出照射部分像素单元的光斑的发射端，所述接收端为被照射的所述部分像素单元处于开启状态，其他像素单元处于关闭状态的接收端。由此，在工作时，可以有目的的控制发射端的开启状态，例如仅使得发射端照射一部分区域，而其他区域不被照射，这样就可以大大降低发射功率，即大幅度降低了TOF的功耗，促进了TOF的普及，间接促进了AR、VR的普及。

进一步的，可以是部分区域被小功率光斑照射，这样基本不会降低瞬时的图像分辨率，但功耗却大大降低。

附图说明

图1为一种D TOF距离传感器***结构示意图；

图2为D TOF像素单元阵列结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中距离传感器像素阵列的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中发射端的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中接收端的结构示意图；

图6为本实用新型一实施例中接收端像素单元的开启分布示意图一；

图7为本实用新型一实施例中t1时发射端与接收端的状态示意图；

图8为本实用新型一实施例中接收端像素单元的开启分布示意图二；

图9为本实用新型一实施例中t3时发射端与接收端的状态示意图；

图10为本实用新型一实施例中接收端多行像素单元的开启分布示意图；

图11为本实用新型一实施例中接收端多区域像素单元的开启分布示意图；

图12为本实用新型一实施例中距离传感器的工作方法示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的距离传感器像素阵列结构、距离传感器及工作方法进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

发明人研究后发现，对于常见的D TOF距离传感器***，发射端是一个光源，接收端是一个阵列，如VGA(640*480)个阵列，这样分辨率是640*480。工作时，发射端照亮接收端所有640*480个像素的阵列区域。因此功耗很大。

于是，发明人突破现有技术局限，采用分区域发射，当接收端接收某区域时，发射端发射该区域，不工作的像素区域相应的发射端关闭，因此就可以避免发射功耗的浪费。

实施例1

本实用新型实施例1提供一种距离传感器像素阵列结构。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图3，本实施例包括：

所述距离传感器像素阵列结构为包括呈阵列排布的多个像素单元且部分所述像素单元同时开启的距离传感器像素阵列结构。

在本实施例中，相邻i×j的像素单元构成一个组10，所述的距离传感器像素阵列结构包括所述多个组10。

例如，每一个组10为2×2的像素单元的组合。

通常，每一个组可以相同。

此外，每个组还可以是其他的形式，例如2×3，3×3等，在本实施例中，每个组可不用太过复杂。

以简单的2×2为例，例如每个组10中都依次是像素单元101、像素单元102、像素单元103和像素单元104这样的开启顺序。

此外，例如，还可以是相邻的多个像素单元同时开启。

实施例2

本实用新型实施例2提供一种距离传感器，可以是在实施例1的基础上进一步优化或改进。下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例包括：

包括发射端和接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元；所述发射端为能以正常功率发射出照射部分像素单元的光斑的发射端，所述接收端为被照射的所述部分像素单元处于开启状态，其他像素单元处于关闭状态的接收端。

由此，本实用新型实施例中，仅有开启状态的这部分元素会被照射，则使得发射端的利用率达到最高，避免了发射功耗的浪费。

实施例3

本实用新型实施例3一种距离传感器，可以是在实施例2的基础上进一步优化或改进。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图4和图5，本实施例包括：

例如，所述发射端可以分为多个发光区，如图4示意性的表示了发光区1、发光区2、发光区3和发光区4，不同的发光区可以在不同时段发光。接收端可以分为多个接收区，如图5示意性的表示了接收区1、接收区2、接收区3和接收区4，不同的接收区可以在不同时段开启。例如，发光区1发光时，相对应的接收区1开启，其他发光区和接收区关闭，从而可提高发射端利用率。

实施例4

本实用新型实施例4一种距离传感器，可以是在实施例2或实施例3的基础上进一步优化或改进。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图6和图7，本实施例包括：

所述发射端包括一个垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)，通过准直镜和DOE(衍射光学元件，Diffractive Optical Elements)后提供的光斑包括多个散斑，所述发射端每次提供的散斑对应不同的像素单元。

如图6所示，接收端包括多个组10，每组上下左右四个像素单元101～104在不同时刻工作。这时，m*n分辨率的D TOF像素阵列实际为m/2*n/2个组构成。当全局曝光时，分为t1、t2、t3、t4四个时段依次开启相应位置的spad(单光子雪崩二极管)。因此相当于整体上分为4个交错的区域分时工作。

例如，图7示意了t1时仅对应区域的发射端工作，例如提供了光斑，具体的，这里是多个散斑201，每个散斑201对应照射像素单元101，而像素单元102、像素单元103和像素单元104未被照射。

实施例5

本实用新型实施例5一种距离传感器，可以是在实施例4的基础上进一步优化或改进。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图8和图9，本实施例包括：

每个组10'包括多个像素单元。

例如，上下左右分别是四个像素单元101'、像素单元102'、像素单元103'和像素单元104'，分别可以在t1、t2、t3、t4四个时段工作。

相应的，请参考图9，示意了t3时仅对应区域的发射端工作，例如提供了光斑，具体的，这里是多个散斑202，更具体的，每个散斑202是四个一组，每个散斑202对应照射像素单元103'，而像素单元101'、像素单元102'、和像素单元104'未被照射。

实施例6

本实用新型实施例6一种距离传感器，可以是在实施例4或实施例5的基础上进一步优化或改进。下面对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例包括：

所述发射端通过准直镜和DOE后提供还提供次光斑，所述次光斑的能量低于所述光斑的能量。

例如，可以是发射端以小于等于正常功率的10％的功率进行次光斑的提供。

本实施例中可以是部分区域被小功率光斑照射，这样基本不会降低瞬时的图像分辨率，但功耗却大大降低。

实施例7

本实用新型实施例7一种距离传感器，可以是在实施例2或实施例3的基础上进一步优化或改进。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图10，本实施例包括：

所述发射端通过扩散片(diffuser)后提供一个光斑，一次发射至少照射一个区域的像素单元。

所述一个区域的像素单元可以是至少一个像素单元，一行像素单元或者一列像素单元，或者，多个像素单元等。

例如，常见的可以是一次发射至少照射一行或者一列。

具体的，本实施例中的光斑可以是面光源的形式，例如呈长条形。

如图10从上到下示意了7行像素单元，每行分别在Time1、Time2、Time3、Time4、Time5、Time6和Time7时工作，相应的，光斑在对应时段照射对应行的像素单元。

可以理解的是，例如还可以是从下到上，或者从中间到两侧，或者从两侧到中间等形式。

另外，图10示意了列形式，则行形式与列形式同理，本申请不再进行详述。

实施例8

本实用新型实施例8一种距离传感器，可以是在实施例7的基础上进一步优化或改进。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。请参考图11，本实施例与实施例7的区别在于：一次发射至少照射一个区域。

如图11中，示意了六个区域，这六个区域可以是一行，可以是一列，也可以是一行的一部分，一列的一部分，还可以是m×n像素单元阵列中的i×j阵列，i＜m，j＜n。

图11的这六个区域分别在Time1、Time2、Time3、Time4、Time5和Time6时工作，相应的，光斑在对应时段照射对应区域的像素单元。

其中图11示意的是从上到下，从左到右这样的顺序，可以理解的是，还可以是其他顺序，例如从下到上，从右到左等，例如多个不相邻的区域同时工作等。

实施例9

本实用新型实施例9提供一种距离传感器的工作方法。下面结合附图对本实施例的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。本实施例可以是基于实施例1-8的结构进行，也可以不限于本实用新型所提供的结构。本实用新型实施例的方法包括：

发射端以正常功率发射光斑，经被测物反射后到达接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元，部分所述像素单元被照射，且被照射的像素单元处于开启状态。

如图12所示，不同的发光区发出的光斑经被测物体后，到达对应的接收区，则可以使得发光区根据不同需求开启或关闭。

请结合图6和图12，如对于2*2的一个组10。具体工作时序是，整个传感器工作时，t1时刻，用发光区1发射出光斑，只照亮这每个组10的左上方像素单元101，从而接收端接收到一幅3D图像1；

T2时刻，用发光区2发射出光斑，只照亮每个组10右上方像素单元102，从而接收端接收到一幅3D图像2；

T3时刻，用发光区3发射出光斑，只照亮每个组10左下方像素单元103，从而接收端接收到一幅3D图像3；

T4时刻，用发光区4发射出光斑，只照亮每个组10右下方像素单元104，从而接收端接收到一幅3D图像4；

最后把图像1-4拼成一幅图，可以得到完整的m*n分辨率距离图。

此外，所述发射端发射散斑，每个散斑照射至少一行像素单元的一部分或者至少一列像素单元的一部分。

另外，所述发射端还可以是以正常功率发射一个光斑，照射至少一个区域的像素单元。所述一个区域的像素单元可以是至少一个像素单元，一行像素单元或者一列像素单元，或者，多个像素单元。

照射的一行或者一列或者一个区域可以顺次进行，例如自左而右，自上而下等；也可以按照对称方式，从中间向两侧，或者从两侧向中间等。

实施例10

本实施例可以是在实施例9的基础上进一步优化或改进，本实施例10主要在于，所述发射端还同时以低于正常功率发射多个次光斑，每个次光斑照射一个像素单元，并与所述光斑不重叠。

具体的，所述低于正常功率为小于等于正常功率的10％。例如1％、5％等等。

由此，基本不会降低瞬时的图像分辨率，但功耗却大大降低。

实施例11

本实施例提供一种距离传感器在AR/VR上的应用，可以是包括实施例1-8中任意一个所述的结构。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型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，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种距离传感器像素阵列结构，其特征在于，所述距离传感器像素阵列结构为包括呈阵列排布的多个像素单元且部分所述像素单元同时开启的距离传感器像素阵列结构。

2.如权利要求1所述的距离传感器像素阵列结构，其特征在于，相邻的多个像素单元同时开启。

3.一种距离传感器，其特征在于，包括发射端和接收端，所述接收端包括呈阵列排布的多个像素单元；所述发射端为能以正常功率发射出照射部分像素单元的光斑的发射端，所述接收端为被照射的所述部分像素单元处于开启状态，其他像素单元处于关闭状态的接收端。

4.如权利要求3所述的距离传感器，其特征在于，所述发射端包括垂直腔面发射激光器、准直镜和DOE，所述垂直腔面发射激光器发射的光依次经过所述准直镜和所述DOE后提供的光斑包括多个散斑，所述发射端每次提供的散斑对应不同的像素单元。

5.如权利要求4所述的距离传感器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器发射的光通过准直镜和DOE后提供还提供次光斑，所述次光斑的能量低于所述光斑的能量。

6.如权利要求3所述的距离传感器，其特征在于，所述发射端包括垂直腔面发射激光器和扩散片，所述垂直腔面发射激光器发射的光通过扩散片后提供一个光斑，一次发射至少照射一个区域的像素单元。

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