光学检测装置及电子设备的制作方法

1.本技术涉及光电传感技术领域，并且更具体地，涉及光学检测装置及电子设备。


背景技术：

2.飞行时间(time of flight,tof)测量原理是通过测量光信号在空间中的飞行时间来计算物体的距离，或者说，深度，由于其具有感测距离长、精度高，能耗低等优点被广泛应用于消费电子、无人驾驶、ar/vr等领域。
3.利用tof原理的光学检测装置包括发射模组和接收模组。所述发射模组用于向空间发射光信号。所述接收模组用于接收从物体返回的光信号，并根据光信号由发射到接收所需要的时间计算物体的距离。
4.然而，为了将物体返回的感测光信号从环境光所造成的背景噪音中区别出来，往往需要让发射模块以较高的发射功率向空间发射光信号，以确保即使在较为严苛的环境光条件下仍能够接收到足够多的从物体返回的感测光信号。由此，所述发射模组在工作期间需要维持较高水平的光发射功率，一方面会增加tof装置的整体功耗，另一方面也缩短发射模组的器件寿命。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种能够改善现有技术问题的光学检测装置及电子设备。
6.本技术实施例提供了一种光学检测装置，其包括发射模组、接收模组、处理模块及控制模块。所述发射模组用于发射光信号。所述接收模组用于接收光信号并输出相应的感测信号。所述处理模块用于对接收模组在接收周期的不同时间分箱内产生的感测信号进行计数统计以形成统计直方图。所述控制模块用于根据从所述统计直方图获得的环境光信息来调整所述发射模组发射光信号的光发射功率。
7.在本发明的实施例中，环境光的光子被所述接收模组接收所产生的感测信号计数形成所述统计直方图中的噪音背底，所述发射模组发出的光信号中的一部分被空间中的物体反射回来形成感测光信号。所述感测光信号的光子被所述接收模组接收所产生的感测信号计数叠加在噪音背底上形成感测信号计数高于相邻时间分箱的感测信号计数的信号峰，所述发射模组以光发射功率p发射的光信号在预设时间窗口tw内产生的感测光信号的感测信号计数平均值 ns满足关系式(1)：其中，a为固定系数，p为光信号的光发射光功率，γ为物体的反射率，h代表普朗克常数，c代表光速，λ代表光波长，m代表接收模组用于感测的感光像素个数，d为镜头入瞳半径，d代表物体的距离，θ
l
为镜头透光率，θf为滤光片透光率，ε代表所述感光像素的光子触发雪崩几率，ff代表填充因子，n为一个检测帧内的光信号发射次数。
8.在本发明的实施例中，所述物体反射率γ的取值范围为10％至90％。
9.在本发明的实施例中，根据所述关系式(1)调整所述发射模组发射光信号的光发
射功率p 使得所形成的统计直方图中的所述ns满足关系式(2)：使得所形成的统计直方图中的所述ns满足关系式(2)：其中，α为置信因子，代表信号峰高于噪音背底的可信度，σ
s n
是预设时间窗口tw内环境光的光子和感测光信号的光子产生的感测信号计数的标准差，σn是预设时间窗口tw内环境光的光子产生的感测信号计数的标准差，nn为预设时间窗口tw内被感测到的环境光的光子产生的感测信号计数平均值，nn作为环境光信息通过所述统计直方图获得，所述控制模块包括功率计算单元，用于根据上述关系式(1)、关系式(2)以及统计直方图确定与当前场景的环境光信息适配的光发射功率值范围，所述功率调整单元根据所述功率计算单元确定的适配光发射功率值范围调整所述发光单元的光发射功率。
10.在本发明的实施例中，所述置信因子α可以根据应用场景进行调整，所述功率计算单元根据调整后的关系式(1)、关系式(2)以及统计直方图确定与当前场景的环境光信息和置信因子α适配的光发射功率值范围。
11.在本发明的实施例中，所述光学检测装置预设有总计数值阈值范围，所述控制模块包括比较单元，所述比较单元将统计直方图中全部时间分箱的实际总计数值与预设的总计数值阈值范围进行比较，若实际总计数值大于预设的总计数值阈值范围的最大值则所述功率调整单元降低发射模组的光发射功率，若实际总计数值低于预设的总计数值阈值范围的最小值则通过所述功率调整单元提高发射模组的光发射功率，若实际总计数值位于预设的总计数值阈值范围内则不需要进行光发射功率调整。
12.在本发明的实施例中，所述光学检测装置预设有总计数值阈值范围，所述控制模块包括比较单元，所述比较单元将统计直方图中全部时间分箱的实际总计数值与预设的总计数值阈值范围进行比较，所述控制模块控制发射模组分别以第一光发射功率连续发射多个光信号作为第一组光信号，以第二光发射功率连续发出多个光信号作为第二组光信号，所述第一光发射功率大于第二光发射功率。所述比较单元将利用第一组光信号对应测得的第一实际总计数值和利用第二组光信号对应测得的第二实际总计数值分别与预设的总计数值阈值范围进行比较，所述功率调整单元根据上述比较结果选择适配当前环境光信息的光发射功率。
13.在本发明的实施例中，所述功率调整单元选择位于预设的总计数值阈值范围内的第一实际总计数值或第二实际总计数值所对应的第一光发射功率或第二光发射功率作为适配的光发射功率。
14.在本发明的实施例中，若所述第一实际总计数值和第二实际总计数值均位于预设的总计数值阈值范围内，所述功率调整单元选择所述第一实际总计数值和第二实际总计数值中与所述总计数值阈值范围的中间值最近者所对应的光发射功率作为适配的光发射功率。
15.在本发明的实施例中，若第一实际总计数值和第二实际总计数值均位于预设的总计数值阈值范围内，所述功率调整单元选择较小的第二光发射功率作为适配的光发射功率。
16.在本发明的实施例中，所述发射模组发出的光信号中的一部分被空间中的物体反射回来形成感测光信号，所述处理模块还用于通过统计直方图获得与所述感测光信号对应的飞行时间以计算出物体的相关感测信息。
17.本技术实施例提供一种电子设备，其包括如上述实施例所述的光学检测装置。所述电子设备还可包括应用模块，所述应用模块用于根据光学检测装置获得的感测信息以实现相应的功能。
18.本技术的光学检测装置可以根据场景中的环境光情况调整发射模组的光发射功率，以使得在环境光较弱的场景下光信号的发射功率能够适度降低，从而可以减少光学检测装置的功耗，提供光源的寿命，改善整个系统的稳定性。
19.本技术实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术实施例的实践被了解到。
附图说明
20.图1是本技术一实施例提供的光学检测装置应用于电子设备上的功能模块示意图；
21.图2是图1中的所述光学检测装置的功能模块示意图；
22.图3是本技术实施例提供的光学检测装置的不同信号之间的关系示意图；
23.图4是本技术另一实施例提供的光学装置应用于电子设备上的功能模块示意图；
24.图5是本技术实施例提供的光学检测装置对于感测信号的统计直方图；
25.图6是图5中信号峰波动与噪音背底波动之间的关系示意图；
26.图7是本技术实施例提供的光学检测装置的统计直方图中满足高斯分布的信号峰示意图；
27.图8是本技术实施例提供的光学检测装置的统计直方图中出现雪崩堆积效应的信号峰示意图；
28.图9是本技术另一实施例提供的光学检测装置的功能模块示意图。
具体实施例
29.在对本技术实施例的具体描述中，应当理解，当基板、片、层或图案被称为在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。为了清楚的目的，可以夸大、省略或者示意性地表示说明书附图中的每一个层的厚度和大小。此外，附图中元件的大小并非完全反映实际大小。
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
31.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本技术的不同结构。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/ 或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设定之间的关系。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示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”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可能实践本技术的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本技术。
34.本技术的实施例提供一种光学检测装置，其包括发射模组、接收模组、处理模块及控制模块。所述发射模组用于发射光信号。所述接收模组用于接收光信号并输出相应的感测信号。所述处理模块用于对接收模组在接收周期的不同时间分箱内产生的感测信号进行计数统计以形成统计直方图。所述控制模块用于根据从所述统计直方图获得的环境光信息来调整所述发射模组发射光信号的光发射功率。
35.可选的，所述光学检测装置可基于飞行时间原理进行相关信息的检测。所述发射模组与接收模组并排相邻设置，所述发射模组与接收模组的间距的取值范围例如可以为2毫米(mm) 至20mm。可以理解的是，在一些实施例中，所述发射模组发射的和所述接收模组接收的均为光信号，所述发射模组与接收模组的间距指的是各自光学系统的光轴之间的距离。所述发射模组包括发出光信号的出光面，所述接收模组包括接收光信号的入光面，所述发射模组与接收模组并排设置时，所述发射模组的出光面与所述接收模组的入光面朝向光学检测装置的同一侧。
36.可选的，在一些实施例中，所述发射模组向空间发射光信号以检测空间中物体的相关感测信息，例如但不限于为：物体的深度信息、距离信息、接近信息等的其中一种或多种的组合。所述光信号例如可以为具有预设频率的光脉冲。其中，至少部分发射出去的光信号被空间中的物体反射而返回以形成感测光信号。所述处理模块还用于通过统计直方图获得与所述感测光信号对应的飞行时间以计算出物体的相关感测信息。
37.可选的，所述感测信号可以为电信号。或者，所述感测信号也可以为其他信号，例如为磁信号，取决于所述接收模组对光子的转换原理。
38.可选的，所述接收模组接收的光信号可以包括所述感测光信号。所述接收模组接收的光信号还可以包括其他不是所述发射模块发出的光信号，例如：环境光中的光子或者场景中除了所述发射模组以外的其他光源发出的光信号。
39.本技术的实施例还提供一种电子设备，包括所述光学检测装置。所述电子设备根据光学检测装置获得的感测信息以实现相应的功能。所述感测信息例如为空间内物体的接近信息、深度信息、距离信息等相关信息中的一种或多种的组合。其中，所述深度信息例如可以用于 3d建模、人脸识别、自动驾驶、机器视觉、监控、无人机控制、增强现实(augmentedreality,ar)/虚拟现实(virtual reality,vr)、即时定位和地图构建(simultaneous localizationand mapping,slam)等领域，本技术对此并不作限定。所述接近信息例如用于判断是否有物体接近等。所述光学检测装置例如为激光雷达，可以用于获得场景中物体的深度信息或距离信息，以辅助实现汽车的自动驾驶控制。
40.以下，将参照附图详细描述光学检测装置应用于电子设备上的实施例。
41.图1是本技术实施例所提供的光学检测装置10应用于电子设备1上的功能模块示
意图。图 2是本技术实施例所提供的光学检测装置10的功能模块示意图。
42.参照图1和图2，所述电子设备1包括光学检测装置10，用于对空间内的物体2利用光的飞行时间测量原理进行测量，以获得物体2的相应信息，例如但不限于：接近信息、深度信息、距离信息中的一种或多种的组合。所述电子设备1还可以包括应用模块20，所述应用模块20 可以根据获得的物体2的相应感测信息实现相关的功能，例如但不限于：可以根据物体2的接近信息判断是否有物体2出现在电子设备1前方预设范围内；或者，可以根据物体2的距离信息控制电子设备1进行避障；或者，可以根据物体2的深度信息进行3d建模、人脸识别、实现机器视觉等。
43.可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置10例如为直接飞行时间(direct time offlight,dtof)测量装置。所述dtof测量装置10可以基于直接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。例如，所述dtof测量装置10可以向空间发射光信号并接收经空间中的物体2反射的感测光信号，发出光信号与接收到感测光信号之间的时间差值被称为飞行时间t，通过计算光信号在上述飞行时间内经过的距离来获得物体2的深度信息或距离信息其中，c 为光速。
44.可选的，在另外一些实施例中，所述光学检测装置10也可以为间接飞行时间(indirecttime of flight,itof)测量装置。所述itof测量装置10是基于间接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。所述itof测量装置10通过计算发射的光信号与接收的感测光信号之间的相位差来获得物体2的深度信息。
45.在本技术下面的实施例中，主要以所述光学检测装置10为dtof测量装置为例进行说明。
46.可选的，如图2所示，所述光学检测装置10包括发射模组12、接收模组14、处理模块15 和控制模块18。所述发射模组12用于向空间发射光信号，至少部分发射的光信号被空间内的物体2反射形成感测光信号，所述感测光信号中的至少部分被所述接收模组14接收。所述感测光信号中携带有所述物体2的相应信息，例如：深度信息、距离信息、接近信息等。
47.所述发射模组12包括发光单元120和调制元件124。所述发光单元120用于发射光信号。所述调制元件124用于对所述发光单元120发射的光信号进行调制，以形成可用于实施感测的光信号，并将其向所述空间投射。可选的，所述发射模组12发射的光信号例如但不限于为散斑图案或泛光光束。
48.可选的，在一些实施例中，所述调制元件124例如为扩散片(diffuser)或匀光片，用于对所述发光单元120发射的光信号进行均匀化处理，形成泛光光束。
49.可选的，在一些实施例中，所述调制元件124例如为衍射光学元件(diffractive opticalelement,doe)，用于对所述发光单元120发射的光信号进行复制并在预设的视场角度范围内扩展排布，形成散斑图案。所述散斑图案可以是规则排布的，也可以是非规则排布或随机排布等。
50.通过所述doe对发光单元120发射的光信号进行复制，则向物体2发射的光信号是由多个复制的光信号组成，有利于扩大光学检测装置10的视场角范围，提高感测效果。
51.可选的，在一些实施例中，所述调制元件124可以为其他合适的光束调制元件类型，例如但不限于为微透镜阵列等，本技术对此并不做特别限定。
52.可选的，在一些实施例中，所述发射模组12还可以包括其他合适的光学元件，例如：在从发光单元120发射光信号的路径上设置有透镜(图未示)，所述透镜可以设置在所述发光单元120与所述调制元件124之间，用于将所述发光单元120发射的光信号进行准直或会聚后再传输至所述调制元件124。所述透镜可以为多个单体镜头的组合。
53.应理解的是，本技术实施例并不具体限定所述发光单元120发射的光信号的波段范围。可选的，发光单元120所发射的光信号例如可以为可见光、红外光、近红外光、紫外光等。
54.可选的，在一些实施例中，所述发光单元120可以包括单个光源或多个光源。该多个光源例如可以为规则排布或非规则排布的光源阵列。如图2所示，所述发光单元120为垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,简称vcsel,也可译为垂直共振腔面射型激光)，所述发光单元120可以包括半导体衬底以及排列在所述半导体衬底上的多个vcsel光源所组成的vcsel阵列裸片。
55.可选的，在一些实施例中，所述发光单元120的光源例如还可以为边发射激光器(edgeemitting laser，eel)、发光二极管(light emitting diode,led)、激光二极管(laser diode,ld) 等形式的光源。其中，所述边发射激光器可以为法布里泊罗(fabry perot,fp)激光器、分布式反馈(distribute feedback,dfb)激光器以及电吸收调制激光器(electro-absorption modulated, eml)，本技术实施例对此不做限定。
56.可选的，在一些实施例中，所述发光单元120发射的光信号为红外光或近红外光，波长取值范围可以为：700nm至2000nm，例如：850nm、905nm、940nm、1064nm、1550nm等。
57.可选的，在一些实施例中，所述接收模组14可以包括光电传感器140。所述光电传感器 140例如包括单个感光像素142或者由多个感光像素142组成的像素阵列，所述像素阵列用于接收被所述物体2反射的感测光信号以获得相关感测信息，例如但不限于为物体2的深度信息。
58.可选的，在一些实施例中，所述感光像素142例如为单光子雪崩二极管(single photoavalanche diode,spad)、雪崩光电二极管(avalanche photo diode,apd)、光电二极管和/或其他合适的光电转换元件。例如但不限于，每个感光像素142可以包括单个spad和/或多个 spad的组合。
59.可选的，在一些实施例中，所述接收模组14还可以包括与所述光电传感器140连接的信号放大器、时数转换器(time-to-digital converter,tdc)、模数转换器(analog-to-digitalconverter,adc)等器件中的一种或者多种组成的读出电路(图未示)。可选的，所述读出电路也可以部分或全部集成在所述光电传感器140中。
60.可选的，所述接收模组14还可以包括透镜单元144，可用于接收从物体2返回的感测光信号，并将所述感测光信号进行准直或者会聚后传输至所述光电传感器140上的感光像素142。所述透镜单元144可以为多个单体镜头的组合。
61.可选的，所述光学检测装置10可基于飞行时间原理进行相关信息的检测。所述发射模组 12与接收模组14并排相邻设置，所述发射模组12与接收模组14的间距的取值范围例如可以为 2毫米(mm)至20mm。可以理解的是，在一些实施例中，所述发射模组12发射的和所述接收模组14接收的均为光信号，所述发射模组12与接收模组14的间距指的是各自光学系统的光轴之间的距离。所述发射模组12包括发出光信号的出光面，所述接收模组14包括
接收光信号的入光面，所述发射模组12与接收模组14并排设置时，所述发射模组12的出光面与所述接收模组14的入光面朝向光学检测装置10的同一侧。
62.可选的，所述控制模块18可以用于控制发射模组12中所述发光单元120的发射情况，例如：可用于控制发射光信号的频率、不同时刻点亮的光源的位置、光源的发光功率等。可选的，在一些实施例中，所述控制模块18包括发射控制单元180，所述发射控制单元180用于控制发光单元120以预设频率向空间发射光信号，所述光信号例如为具有预设频率的光脉冲。
63.如图3所示，在一些实施例中，所述发射控制单元180可以根据具有预设频率的发射控制信号去控制发光单元120发射光信号。可以理解的是，所述发射控制信号可以为施加于所述发光单元120驱动电路上的驱动信号。可选的，所述发射控制信号可以为一系列控制脉冲信号，例如：方波脉冲信号。所述控制脉冲信号包括交替出现的高电平段和低电平段，所述发光单元120在高电平段被控制持续向空间内发光，在低电平段停止发光，从而发出相应的光脉冲作为所述光信号。由此，在所述高电平段对应的时序内，所述发光单元120持续向空间发出光信号，其中的至少部分光信号可以从空间内的物体2处反射回来。
64.可以理解的是，所述光信号的频率可以根据光学检测装置10的检测范围进行设置。例如：所述光信号的一个发射周期包括发光段和熄灭段，所述发光单元120在发光段内持续发射光信号，而在熄灭段内停止发光。所述光信号的发射周期需要大于检测范围对应的最大飞行时间，这样才能使得在一个发射周期内发出的光信号能够对检测范围内的物体2进行有效检测。
65.可选的，在一些实施例中，所述控制模块18的部分或全部功能单元可以集成在所述发射模组12中。
66.可选的，在一些实施例中，所述控制模块18还可以包括接收控制单元182。所述接收控制单元182可用于控制接收模组14在光信号的每个发射周期的起始时刻同步开始接收光信号，以感测返回的光子。由此，所述接收模组14具有与光信号的发射周期对应的接收周期，所述接收周期的起始时刻与发射周期的起始时刻相对应，所述接收周期的结束时刻与发射周期的结束时刻相对应。可选的，在一些实施例中，所述接收周期的起始时刻与发射周期的起始时刻同步，所述接收周期的结束时刻与发射周期的结束时刻同步。
67.具体而言，在一些实施例中，所述接收控制单元182用于控制感光像素142在光信号的每个发射周期的起始时刻同步开始感测光子。所述感光像素142例如为spad，spad在一个接收周期内只能感测单个光子，一旦spad在一个接收周期内被单个光子触发就会形成雪崩效应产生相应的感测信号，所述感测信号例如为电信号。雪崩后的spad需要进行淬灭重置，将偏置电压恢复至击穿电压之上，以在下一个接收周期再感测光子。基于上述特性，spad 在一个接收周期内可以感测返回的感测光信号的一个光子产生对应的感测信号。可以理解的是，spad在一个接收周期内也可能无法感测到光子而没有产生对应的感测信号，但无论是否能感测到光子，spad在一个接收周期结束之前都会被重置，以在下一个接收周期开始时重新开始感测接收到的光子。
68.可选的，在一些实施例中，所述控制模块18的部分或全部功能单元可以集成在所述接收模组14中。
69.可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置10还可以包括处理模块15。所述处理
模块 15例如用于根据光信号的发射时刻与返回的感测光信号的被感测时刻之间的时间差确定物体 2的深度信息或距离信息。然，并不限于此，在其他实施例中，所述处理模块15也可以根据接收到的感测光信号并基于其他合适的检测原理来获得相关的感测信息。
70.可选的，如图1所示，所述处理模块15可以集成在所述光学检测装置10内。或者，如图4 所示，所述处理模块15也可以设置在所述电子设备1中除光学检测装置10以外的其他位置，例如，所述处理模块15可以为电子设备1的主控模块，本技术对此不做限定。可选的，如图1 所示，所述光感应传感器16可以集成在所述光学检测装置10内。或者，如图4所示，所述光感应传感器16也可以设置在所述电子设备1中除光学检测装置10以外的其他位置。
71.请一并参阅图2、3及5，在一些实施例中，所述处理模块15可以包括计时单元150、计数单元152和统计单元154。所述计时单元150可以将接收周期从起始时刻开始划分为多个时间分箱，其中的每个时间分箱各自对应预设的一段时间间隔δt。可选的，每个时间分箱各自对应的时间间隔δt分别相等。可选的，所述时间间隔δt可以为tdc能够分辨的最小时间间隔δt。可以理解的是，每个时间分箱与接收周期起始时刻之间的时间差可以作为该时间分箱的时间戳。所述计时单元150还可以用于计算接收模组14在一个接收周期内接收到的光信号所产生的感测信号的时刻与该接收周期起始时刻之间的时间差，以作为该感测信号的时间戳。
72.可选的，在一些实施例中，所述计数单元152可用于根据该感测信号的时间戳在具有对应时间戳的时间分箱内进行累积计数，即在该时间分箱已计得的具有相同时间戳的感测信号个数上再加一。可以理解的是，对于以spad作为感光像素142的实施例而言，一个感光像素142在每个接收周期内只能接收光信号的单个光子并产生对应的感测信号，从而在众多时间分箱中的其中一个内累计加一，或者无法接收到任何光子而不产生感测信号，从而不在任何一个时间分箱内累计。
73.可以理解的是，所述接收模组14接收到的光信号可以包括从所述发射模组12发出并被空间中物体反射回来的感测光信号，也可以包括不是所述发射模组12发出的其他光信号，例如：环境光的光子或者场景中除了所述发射模组12以外的其他光源发出的光信号。
74.可选的，在一些实施例中，所述统计单元154可用于对多个接收周期内各个对应时间分箱累计的感测信号个数进行统计，以生成相应的统计直方图。其中，统计直方图的横坐标表示各个对应时间分箱的时间戳，统计直方图的纵坐标表示各个对应时间分箱内累计的感测信号计数值。可选的，所述统计单元154可以为直方图电路。
75.在感测过程中，大量环境光的光子也会被所述接收模组14接收而产生相应的感测信号计数。这些环境光的光子被感测而在各个时间分箱内留下计数的几率趋于相同，构成感测数据的噪音背底(noise level)，在环境光强度较高的场景中，测得的所述噪音背底的平均水平相应较高，在环境光较低的场景中，测得的所述噪音背底的平均水平相应较低。在此基础上，从所述发射模组12发出并被物体2反射回来的感测光信号的光子被接收模组14感测到而对应产生的感测信号计数会叠加在所述噪音背底上，以使得与被感测到的所述感测光信号对应的时间分箱的感测信号计数会明显高于其他时间分箱的感测信号计数，形成相应的信号峰。可以理解的是，所述信号峰的计数高度会受到光源的光发射功率、物体2的反射率、光学检测装置10的检测范围等因素的影响，所述信号峰的宽度会受到发射的光信号宽度、spad和 tdc的时间抖动等因素的影响。由此，所述信号峰对应的时间分箱的时间戳
t0即为被感测到的所述感测光信号的飞行时间，可以据此来计算物体2的深度信息、距离信息或接近信息等相关感测信息。可以理解的是，所述处理模块15还可以包括感测信息计算单元156。所述感测信息计算单元156可用于根据由统计直方图确定的信号峰的时间戳t0计算出物体2在空间中的相关感测信息。
76.可以理解的是，根据上述感测原理，计算从物体2反射回来的感测光信号的时间戳t0是从接收周期的起始时刻开始计时的，也就是从光信号发射周期的起始时刻开始计时的。由此，无法分辨出被感测到的所述感测光信号是从发射周期的发光段中的具体哪个时刻发出的，从而会造成一定程度的检测误差。可以通过缩短发射周期中所述发光段的时长来减少上述误差。可选的，在一些实施例中，所述光信号的发射周期中发光段时长的取值范围可以为500皮秒 (picosecond,ps)至500纳秒(nanosecond，ns)，例如可以为：500ps、600ps、800ps、1ns、20ns、 50ns、100ns、200ns等。
77.可选的，在一些实施例中，所述发光单元120以光发射功率p发射的光信号在预设时间窗口tw内产生的感测光信号的感测信号计数平均值ns可以采用下列关系式(1)计算：
[0078][0079]
其中，a为固定系数，p为光信号的光发射功率值，γ为物体2的反射率，h代表普朗克常数，c代表光速，λ代表光波长，m代表spad个数，d为镜头入瞳半径，d代表物体2的距离，θ
l
为镜头透光率，θf为滤光片透光率，ε代表spad光子触发雪崩几率，ff代表填充因子，n 为一个检测帧内的光信号发射次数，为了让计数具有统计意义，一个检测帧内发射的光信号次数为几万至几百万不等。
[0080]
所述物体2的反射率γ的数值可以预先设定。可选的，所述物体反射率γ的取值范围例如为8％至95％。在一些实施例中，所述物体反射率γ例如可以为10％。
[0081]
所述物体2的距离d的数值可以预先设定。可选的，所述物体距离d可以为所述光学检测装置10出厂标定的有效测距范围的最大值。或者，所述物体距离d可以为所述光学检测装置10当前检测到的物体实际距离的初测值，所述光学检测装置10可根据该物体实际距离的初测值对光发射功率值p进行调整。
[0082]
环境光的光子和从物体2反射回来的所述感测光信号的光子都有一定几率会被所述接收模组14的感光像素142接收，该感光像素142的类型可以为spad，进而在对应的时间分箱中留下感测信号计数。环境光的光子与所述感测光信号的光子作为离散随机概率事件都满足泊松分布，假设在各个时间分箱内，环境光的光子被感测到的计数数学期望值为nn，所述感测光信号的光子被感测到的计数数学期望值为ns，则nn为噪音背底的感测信号计数平均值， ns为所述感测光信号的光子被感测到而在噪音背底上叠加的感测信号计数平均值。如图6所示，在单个时间分箱内实际计得的噪音背底的感测信号计数实际值nn`和所述感测光信号的感测信号计数实际值ns`满足泊松分布，会分别围绕噪音背底的感测信号计数平均值nn和所述感测光信号的感测信号计数平均值ns存在一定范围的数值波动，假设波动的标准差分别为σn和σs。为了能准确地找出信号峰，信号峰所在时间分箱的感测信号计数实际值nn` ns`需要高于噪音背底所在时间分箱的感测信号计数实际值nn`才能被有效识别，因此需要使得信号峰的计数实际值的波动低值(nn ns)-(σ
s n
)能够较大几率高于噪音背底的计数实际值的波动高值(nn σn)。按照上述条件可以根据关系式(1)调整所述发射
模组12发射光信号的光发射功率p使得所形成的统计直方图中的所述ns满足关系式(1)：
[0083][0084]
其中，α为置信因子，代表信号峰高于噪音背底的可信度，σ
s n
是预设时间窗口tw内环境光的光子和感测光信号的光子产生的感测信号的计数的标准差，σn是预设时间窗口tw内环境光的光子产生的感测信号的计数的标准差。nn为预设时间窗口tw内被感测到的环境光的光子产生的感测信号计数平均值，nn作为环境光信息可通过所述统计直方图获得，ns为预设时间窗口tw内被感测到的所述感测光信号的光子产生的感测信号计数平均值。可选的，所述预设的时间窗口tw可以为一个时间分箱或不特定的多个时间分箱所表示的时间间隔，对应的所述噪音背底的感测信号计数平均值nn可以通过对预设时间窗口tw内的多个时间分箱各自的噪音背底的感测信号计数实际值nn`求平均而得到。
[0085]
所述光信号的光发射功率越高，所感测到的感测光信号的感测信号计数平均值ns也相应越高。环境光的强度越高时，所感测到的噪音背底的感测信号计数平均值nn也相应越大。由关系式(2)可知，适配的所述光信号的光发射功率与环境光的强度有直接关系，当环境光强度越大时，噪音背底的感测信号计数平均值nn也相应越大，若光信号的光发射功率维持不变，就会导致满足关系式(2)的置信因子α变小，从而影响检测过程中寻峰的准确率。由此，当环境光强度越大时，所述光学检测装置10也需要提高光信号的光发射功率来维持统计直方图的信噪比。在所述发光单元120的光发射功率固定的情况下需要将光发射功率预设为偏大以满足环境光强度较大的严苛场景，然而这样会在弱环境光的场景下造成光发射功率的浪费，还容易减损光源的寿命，增大整个系统的发热以及系统的不稳定性。
[0086]
将上述关系式(1)代入关系式(2)，再利用所述统计单元154获得的统计直方图来确定预设时间窗口tw内的噪音背底的感测信号计数平均值nn，便可以根据确定的所述噪音背底的感测信号计数平均值nn通过关系式(1)和关系式(2)确定与当前场景的环境光信息适配的光发射功率值范围。
[0087]
可选的，在一些实施例中，所述控制模块18可以包括功率计算单元186，用于根据上述关系式(1)、关系式(2)以及统计直方图确定与当前场景中的环境光信息适配的光发射功率值范围。可以理解的是，在此种情况下，所述功率计算单元186可以从统计直方图中获得代表环境光信息的噪音背底计数平均值nn。
[0088]
可选的，所述控制模块18可以包括功率调整单元184，用于调整所述发光单元120的光发射功率。例如，但不限于，所述功率调整单元184可以根据功率计算单元186确定的与当前场景中环境光信息适配的光发射功率范围来调整所述发光单元120发射光信号的光发射功率，以使得光信号的光发射功率在适配当前场景的环境光前提下尽可能小。
[0089]
可选的，在一些实施例中，所述功率调整单元184可以通过对应改变个体光源的光发射功率的方式来调节整个发光单元120的光发射功率。或者，所述功率调整单元184可通过改变发光单元120上光源的发光个数来调节整个发光单元120的光发射功率，例如：在需要较低光发射功率时启动较少个数的光源工作发光，而在需要较高光发射功率时启动较多个数的光源工作发光。
[0090]
可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置10的精确度可以调节，以适用于具有不同检测精度要求的场景。可选的，所述光学检测装置10的精确度可以体现为关系式(2)中置信因子α的大小，所述置信因子α越大则意味着所述光学检测装置10测量结果的可信度越
高，所述置信因子α越小则意味着所述光学检测装置10测量结果的可信度越低。由此，在其他条件不变的前提下，所述置信因子α降低则所述光信号的光发射功率也相应调低，所述置信因子α升高则所述光信号的光发射功率也相应调高。
[0091]
可选的，在一些实施例中，所述置信因子α可以根据应用场景进行调整，所述功率计算单元186可以根据调整后的关系式(1)、关系式(2)以及统计直方图确定与当前场景的环境光信息和置信因子α适配的光发射功率值范围，所述功率调整单元184再根据重新计算的光发射功率值范围来调整发光单元120的光发射功率。可选的，在其他一些实施例中，也可以通过标定的方式来预设包括置信因子α、环境光信息与光发射功率值三者之间关系的调整查对表，若所述置信因子α发生调整后，所述功率调整单元184可重新根据上述调整查对表来调整发光单元120的光发射功率。
[0092]
可选的，所述控制模块18可以通过所述统计直方图获得当前场景中的环境光信息，之后按照所述环境光信息确定对应适配的光发射功率值，再根据确定的光发射功率值去调整所述发光单元120的光发射功率，以使得在环境光较弱的场景下光信号的光发射功率能够适度降低，从而可以减少光学检测装置10的功耗，提升光源的寿命，改善整个系统的稳定性。
[0093]
从物体2反射回来的所述感测光信号的光子作为离散随机概率事件随时间的累计满足高斯分布，如图7所示，满足高斯分布的统计直方图在信号峰左右两侧的时间分箱内的计数值会呈现向信号峰逐渐增长的分布形态。由于spad在一个接收周期内只能感测单个光子，当所述光学检测装置10与物体2太近或者光发射功率相对过强时，飞行时间较长的返回光子会被飞行时间较短的返回光子所淹没，导致雪崩堆积效应(pile up effect)，如图8所示，反映在统计直方图中会出现一个总计数值明显高于正常水平的信号峰，但在信号峰之后的时间分箱内的计数值明显减少，从而不满足高斯分布。所述雪崩堆积效应会导致实际被测到的统计直方图发生扭曲，飞行时间的测量结果也会偏小。如图9所示，在一些实施例中，所述光学检测装置10可以预设有总计数值阈值范围，所述控制模块18还可以包括比较单元188。所述比较单元188可以将统计直方图中全部时间分箱的所述感测信号的实际总计数值与预设的总计数值阈值范围进行比较，若实际总计数值大于预设的总计数值阈值范围的最大值则通过所述功率调整单元184降低发射模组12的光发射功率，若实际总计数值低于预设的总计数值阈值范围的最小值则通过所述功率调整单元184提高发射模组12的光发射功率。若所述感测信号的实际总计数值位于预设的总计数值阈值范围内则说明当前的光发射功率合适而不需要进行调整。可以理解的是，在此种情况下，所述控制模块18的功率调整单元184可以通过比较单元188的判断结果来调整所述发光单元120的光发射功率。
[0094]
可选的，在一些实施例中，预设的所述总计数值阈值范围例如为：(0.008n，0.5n)，其中，n为进行统计的接收周期的个数，也即对应的发光单元120所发出的光信号的个数。可以理解的是，为了具有统计意义，在一次有效检测过程中，所述接收周期的个数例如可以为几万至几百万不等。一次有效检测过程也可以定义为一个检测帧，在一个检测帧中所述发光单元120连续发射光信号的个数对应为几万至几百万不等。可以理解的是，预设总计数值阈值范围也可以为其他值，例如：(0.01n，0.1n)、(0.007n，0.4n)、(0.02n，0.6n)等。
[0095]
可选的，在一些实施例中，所述控制模块18还可以控制发光单元120分别以不同的光发射功率发出至少两组光信号，例如：以第一光发射功率连续发射多个光信号作为第一
组光信号，以第二光发射功率连续发出多个光信号作为第二组光信号。其中，第一光发射功率大于第二光发射功率。可以理解的是，所述第一组光信号和第二组光信号可以在一个检测帧内发出，也可以分别在不同检测帧内发出。所述控制模块18的比较单元188将利用第一组光信号对应测得的第一实际总计数值和利用第二组光信号对应测得的第二实际总计数值分别与预设的总计数值阈值范围进行比较，根据上述比较结果选择合适当前环境光信息的光发射功率。
[0096]
可选的，在一些实施例中，若所述第一实际总计数值和第二实际总计数值的其中一个位于预设的总计数值阈值范围内，所述功率调整单元184可以选择位于预设的总计数值阈值范围内的第一实际总计数值或第二实际总计数值所对应的第一光发射功率或第二光发射功率作为适配的光发射功率。
[0097]
可选的，在一些实施例中，若所述第一实际总计数值和第二实际总计数值均位于预设的总计数值阈值范围内，所述功率调整单元184可以选择所述第一实际总计数值和第二实际总计数值中与所述总计数值阈值范围的中间值最近者所对应的光发射功率作为适配的光发射功率。
[0098]
可选的，在一些实施例中，若所述第一实际总计数值和第二实际总计数值均位于预设的总计数值阈值范围内，所述功率调整单元184也可以选择较小的第二光发射功率作为适配的光发射功率。
[0099]
可以理解的是，若第一实际总计数值和第二实际总计数值均位于预设的总计数值阈值范围之外，则所述控制模块18可以控制发光单元120再分别以第三光发射功率连续发射多个光信号作为第三组光信号，以第四光发射功率连续发出多个光信号作为第四组光信号。其中，第三光发射功率可以小于第一光发射功率且大于第四光发射功率，第四光发射功率可以大于第二光发射功率。所述控制模块18的比较单元188将利用第三组光信号对应测得的第三实际总计数值和利用第四组光信号对应测得的第四实际总计数值分别与预设的总计数值阈值范围进行比较，根据上述比较结果选择合适当前环境光信息的光发射功率，可参考上述第一实际总计数值和第二实际总计数值的选择方式对所述第三实际总计数值和第四实际总计数值进行选择，以此类推，直至找到至少一个符合预设的总计数值阈值范围的实际总计数值，并以其对应的光发射功率作为调整所述发光单元120光发射功率的依据。
[0100]
可以理解的是，对于所述第三光发射功率和第四光发射功率的选择可根据对应测得的第一实际总计数值和第二实际总计数值与总计数值阈值范围的值之间的差距来确定，若比总计数值阈值范围的较大值更大则调小对应的光发射率功率，若比总计数值阈值范围的较小值更小则调大对应的光发射功率，原则上是为了使得所测得的实际总计数值位于预设的总计数值阈值范围内。
[0101]
可选的，在一些实施例中，所述控制模块18和/或处理模块15中的全部或其中的部分功能单元可以是固化在存储器30内的固件或者是存储在存储器30内的计算机软件代码。所述控制模块18和处理模块15由对应的一个或多个处理器(图未示)执行以控制相关部件来实现对应的功能。所述处理器例如但不限于应用处理器(application processor,ap)、中央处理器(cpu)、微控制器(mcu)等。所述存储器30包括但不限于闪存(flash memory)、带电可擦写可编程只读存储器(electrically erasable programmable read only memory,
eeprom)、可编程只读存储器 (programmable read only memory,prom)、硬盘等。
[0102]
可选的，在一些实施例中，所述处理器和/或存储器30可以设置在所述光学检测装置10 内，比如：与所述发射模组12或者接收模组14集成在相同的电路板上。可选的，在其他一些实施例中，所述处理器和/或存储器30也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：手机的主电路板上。
[0103]
可选的，在一些实施例中，所述控制模块18和/或处理模块15的部分功能单元或全部功能单元也可以通过硬件来实现，例如通过下列技术中的任一项或者他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。可以理解的是，用来实现所述控制模块18和/或处理模块15功能的上述硬件可以设置在所述光学检测装置10内，比如：与所述光电传感器140或光源集成在相同的电路板上。用来实现所述控制模块18和/或处理模块15功能的上述硬件也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：设置在手机的主机板上。
[0104]
相较于现有技术，本技术的所述光学检测装置10可以根据当前的场景调整与之适配的发射光信号的光发射功率，以在保障检测效果的前提下尽可能地减少功耗，延长光源的使用寿命，减少光学检测装置10的发热以及提高光学检测装置10的稳定性。
[0105]
需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在不付出创造性劳动的前提下，本技术实施例的部分或全部，以及对于实施例的部分或全部的变形、替换、变更、拆分、组合、扩展等均应认为被本技术的实用新型创造思想所涵盖，属于本技术的保护范围。
[0106]
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本技术的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施例的其它实施例来实现这种特征或结构在本领域技术人员的技术范围内。
[0107]
本技术说明书中可能出现的“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“背面”、“正面”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描述中，“多种”或“多个”的含义是至少两种或两个，除非另有明确具体的限定。本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0108]
以上所述，仅为本技术的具体实施例，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖
在本技术的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。