屏下深度信息检测装置和电子设备的制作方法

1.本技术涉及光电传感技术领域，具体涉及一种屏下深度信息检测装置和电子设备。


背景技术：

2.随着人们对全面屏的需求越来越高，很多以往在屏幕上下边框上集成的元器件都需要集成在屏幕下方，例如，3d人脸识别装置。
3.目前已有的3d人脸识别方案包括双目镜头方案和结构光方案。双目镜头方案需要对两个镜头的图像做匹配分析，非常消耗计算资源，且无法实现黑暗环境下的人脸识别。结构光方案虽然可以实现黑暗环境下的人脸识别，但是由于其对基线长度有要求，导致整体尺寸较大，在屏下实现比较困难。因此，亟需提出一种新的3d人脸识别装置，既能实现黑暗环境下的人脸识别，又具有较小的尺寸。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种屏下深度信息检测装置和电子设备，不仅能够实现黑暗环境下的人脸识别，而且还具有较小的尺寸。
5.第一方面，提供了一种屏下深度信息检测装置，包括：显示屏，包括显示区域；感测装置，设置在所述显示屏上且位于所述显示区域的下方，所述感测装置包括发射模组、接收模组和处理模块；所述发射模组用于穿过所述显示屏向待测对象发射感测光脉冲，所述接收模组用于接收所述待测对象反射回来的并穿过所述显示屏的感测光脉冲，所述处理模块用于基于所述感测光脉冲的发射与被接收之间的时间差作为感测光脉冲的飞行时间，确定所述待测对象的深度信息。
6.第二方面，提供一种电子设备，包括第一方面的屏下深度检测装置。
7.相比于双目镜头方案和结构光方案，tof技术不仅可以实现黑暗环境下的深度信息获取，而且其尺寸较小，因此更容易实现屏下深度信息检测。另外，本技术基于直接飞行时间方案，即根据感测光脉冲的发射与被接收之间的时间差确定深度信息，相比于间接飞行时间方案，其抗干扰能力强，脉冲信号占空比低，整体功耗也比间接飞行时间方案低很多，特别适用于消费级电子设备。
附图说明
8.图1所示为本技术实施例的感测装置的结构示意图。
9.图2是一种采用泛光发射方案的感测装置的结构示意图。
10.图3是一种采用散斑发射方案的感测装置的结构示意图。
11.图4是本技术实施例提供的一种可能的直方图的示意图。
12.图5是本技术实施例提供的一种采用tdc确定飞行时间的方式的示意图。
13.图6是本技术实施例提供的一种延迟链的示意图。
14.图7是本技术实施例提供的一种用于确定飞行时间的方法的流程示意图。
15.图8是本技术实施例提供的一种第二直方图的示意图。
16.图9为本技术第一实施例的发射模块的部分电路结构示意图。
17.图10为本技术第二实施例的发射模块的部分电路结构示意图。
18.图11为本技术又一变更实施例的发射模块的部分电路结构示意图。
19.图12为本技术第三实施例的发射模块的结构框图。
20.图13为本技术又一变更实施例的发射模块的部分电路结构示意图。
21.图14为本技术又一变更实施例的发射模块的部分电路结构示意图。
22.图15为本技术第四实施例的发射模块的俯视结构示意图。
23.图16为图8沿剖线ix-ix’的剖面示意图。
24.图17为本技术第五实施例的发射模块的俯视结构示意图。
25.图18为图17沿剖线xi-xi’的剖面示意图。
26.图19为本技术第六实施例的发射模块的俯视结构示意图。
27.图20为图19沿剖线xiii-xiii’的剖面示意图。
28.图21为本技术一实施例的屏下深度检测装置的结构框图。
29.图22为本技术一实施例的电子设备的结构框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，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。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方式中。
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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。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.在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本技术的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使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，也可以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之重点。
34.需要提前说明的是，在本技术中，一个裸片(single die)是指从一个晶圆(wafer)上切割下来而未进行封装的产品。一个芯片(single chip)是指封装有一个或多个裸片(die)的产品。另外，本技术中的节点(node)是指两条或两条以上支路的连接点。
35.随着人们对全面屏的需求越来越高，很多以往在屏幕的上下边框区域内集成的元器件需要改进或替换成可以在屏下实现的方案，比如屏下指纹等。相比于指纹，3d人脸识别有着安全性更高、方便性更高、以及可实现的应用场景更多等优势，比如实现手势操控、实时脸部特效、动画表情、眼球控制、息屏显示控制等。因此，3d人脸识别具有更广阔的应用前景。3d人脸识别基于深度检测的原理，确定人脸的深度信息。常见的深度检测技术包括双目
镜头方案和结构光方案。
36.双目镜头方案采用简单的三角测量法，但是该方案需要对两个镜头的图像做匹配分析，非常消耗计算资源，且无法实现黑暗环境下的人脸识别。同样使用三角测量法的结构光方案，虽然可以实现暗光环境下的人脸识别，但是由于对基线长度有要求，导致整体尺寸较大，在屏下实现比较困难，而且屏幕衍射对光斑匹配影响很大，给算法带来巨大困难。
37.基于此，本技术实施例提出一种基于飞行时间(time of flight，tof)的方案。相比之下，tof技术不仅可以实现黑暗环境下的深度信息获取，而且其尺寸较小，因此更容易实现屏下3d人脸识别。
38.tof感测装置可以为间接飞行时间(indirect time of flight，i-tof)装置或者直接飞行时间(direct time of flight，d-tof)装置。i-tof装置是基于间接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。所述i-tof装置通过计算发射模组发射的感测光脉冲与接收模组接收的感测光脉冲之间的相位差来获得外部对象的深度信息。d-tof装置是基于直接飞行时间检测原理来执行深度信息感测。所述d-tof装置通过直接计算发射模组发射的感测光脉冲与接收模组接收的感测光脉冲之间的时间差来获得外部对象的深度信息。
39.由于i-tof装置是通过计算相位间接获取深度值，直接获取的数据是不同时间段的光强值(比如连续波调制的4-tap和脉冲调制的3-tap)。由于屏幕像素的影响，这些光强值会受到很大的影响，这会导致非线性距离误差，给本来就非常复杂的i-tof标定带来更大的麻烦。
40.相比于i-tof，d-tof的脉冲信号占空比低，整体功耗比i-tof低很多，同时抗干扰能力强，且标定方法也相对简单。因此，d-tof方案是屏下3d人脸识别的最佳方案，本技术实施例也主要针对d-tof方案进行描述。
41.d-tof的测量原理是发射器周期性地发射脉冲光子信号，该光子信号经过待测对象后发生反射，并被感光器件接收，然后通过计算光子由发射到被反射接收的飞行时间，可以确定待测对象的距离。待测对象例如可以为人脸。
42.待测对象的距离可以由以下公式计算得到：
43.d＝c*t/2
ꢀꢀꢀ
(1)
44.其中，c为光速，t为飞行时间。
45.下面结合图1，对本技术实施例的感测装置10进行描述。图1所示的测量系统可以包括发射模块1、接收模块3以及处理模块4。该发射模块1可以包括驱动器11、光源(或称感测光源)12以及光学元件13。该接收模块3可以包括感光器件31、时间确定单元32、直方图构建单元33。时间确定单元32可以与感光器件31相连，直方图构建单元33可以与时间确定单元32相连。发射模块1可以以一定的频率向外发射脉冲光信号，该脉冲光信号中包括光子信号，该光子信号经待测对象2反射后形成反射光子信号，该反射光子信号可以被感光器件31接收。时间确定单元32可以确定光子信号从发射模块1发射到被感光器件31接收之间的时间间隔。该测量系统会在测量过程中发射和接收多次光子信号，时间确定单元32可以将多次测量的时间间隔发送至直方图构建单元33，直方图构建单元33可以根据记录的多次时间间隔构建直方图。处理模块4可以根据该直方图确定光子的飞行时间，并进一步根据飞行时间确定待测对象的深度信息。
46.发射模块1可以包括光源12，该光源12可以是发光二极管、边发射激光器、垂直腔
oxide semiconductor，cmos)像素，以及每个spad形成的直方图数据量巨大，所以短期内很难实现传统相机的高像素，目前只能实现上万个像素左右。基于此，在接收模块3分辨率不够高的情况下，发射模块1发射的光信号可以为泛光光信号。泛光可以使得每个感光单元都得到一个深度值，从而充分利用每个感光单元的感测值以保证分辨率。
55.图2是一种采用泛光发射方案的感测装置的结构示意图。
56.该感测装置包括发射模块和接收模块。发射模块可以包括激光器阵列12、扩散片(diffuser)131和发射透镜132。接收模块可以包括接收透镜34、滤光片35和spad阵列31。发射透镜132和接收透镜34可用于对光信号进行会聚，滤光片35可用于对光信号进行过滤，避免其他波长(不同于激光器发射的光信号的波长)的光信号对检测精度的影响。激光器阵列12发射的光信号201经过扩散片131和发射透镜132之后，穿过屏幕5到达待测对象2。该光信号经过待测对象2反射后，形成反射光信号202。该反射光信号202穿过屏幕5，并经过接收透镜34和滤光片35后，被spad阵列31接收。
57.如果spad的尺寸可以做到足够小，或者spad阵列可以达到足够的分辨率后，本技术实施例也可以考虑采用散斑的方式。如图3所示，该感测装置包括发射模块和接收模块。发射模块可以包括激光器阵列12、衍射光学元件(diffractive optical elements,doe)133和发射透镜134。激光器阵列12发出的光信号经过发射透镜133后，通过衍射光学元件(diffractive optical elements,doe)134复制成很多个散斑203。该散斑203穿过屏幕5到达待测对象2，并被待测对象2反射，形成反射散斑204。反射散斑204穿过屏幕5，并经过接收透镜34和滤光片35后，被spad阵列31接收。
58.散斑的好处是能量更集中，信噪比更高。但是为了避免不同光斑同时到达一个超像素，需要预留一些像素做隔离，因此需要牺牲一些spad的分辨率，即有效分辨率会比spad分辨率低。
59.因此，本技术实施例可以根据实际需要选择泛光或散斑进行飞行时间的测量。
60.时间确定单元32可以包括呈阵列分布的多个时间确定子单元。该多个时间确定子单元与多个感光单元具有对应关系，例如，一个时间确定子单元对应一个感光单元，或者，一个时间确定子单元对应多个感光单元。该时间确定单元例如可以为时间间隔表(time interval method，tim)、时间数字化器(time digitizer)、时间计数器(time counter，tc)、时间数字转换器(time to digital convert，tdc)等。
61.以tdc和spad为例，tdc可以与spad相连。为了更准确地确定光子信号的接收时间，tdc可以在spad被激活时，开始计时，以确定spad接收光子信号的接收时间。在利用spad的测量系统中，单个光子入射至spad将引起雪崩，spad将输出雪崩信号至tdc，tdc可以检测spad接收光子信号的接收时间。在tdc、spad与发射模块同步的情况下，tdc确定的spad接收光子信号的接收时间即可表示光子从发射模块发射到被spad接收之间的时间间隔。
62.通过多次测量后，直方图构建单元33可以根据感光器件31接收光子信号的接收时间构建直方图。该直方图收集在一块内存中，该内存包括多个内存单元，其中每个内存单元保存一个时间箱(time bin)的光子计数，一个时间箱可以表示一个时间段或一个时间间隔。时间确定单元32可以将接收时间转换成时间码(如二进制码、温度码等编码)，并将该时间码发送至直方图构建单元33。直方图构建单元33可以基于该时间码，在相应的内存单元上进行计数，比如加1。经过多次测量后，直方图构建单元33可以将所有内存单元内的光子
计数进行统计并构建直方图。光子计数可以由直方图构建单元33中的时间相关单光子计数(time-correlated single-photon counting，tcspc)来实现。
63.飞行时间的测量精度与深度信息的测量精度息息相关。飞行时间的测量精度越高，则深度信息的测量精度就越高。而飞行时间的测量精度与直方图中时间箱的宽度、以及脉冲光信号的脉冲宽度有关。时间箱的宽度越窄，飞行时间的测量精度越高。脉冲光信号的脉冲宽度越窄，飞行时间的测量精度越高。下文将结合这两种情况分别进行描述。
64.下面先结合图，描述本技术实施例的降低时间箱宽度的方案。
65.图4是一种可能的直方图的示意图。在该直方图中，横坐标表示时间箱，纵坐标表示光子数量。图4所示的直方图包括23个时间箱，每个时间箱的宽度都相等，时间箱的宽度也可以称为时间间隔。一个时间箱对应一个内存单元，该内存单元用于存储与其对应的时间箱中的光子计数。该时间箱的宽度可以根据测量精度进行调整。处理模块4可以根据各个时间箱中存储的光子数量，确定光子的飞行时间。
66.测量系统的测量范围与时间箱的数量和时间箱宽度有关，如测量范围＝时间箱宽度*时间箱的数量。以时间箱宽度为1.6ns进行举例，若该测量系统包括23个时间箱，则该测量系统的测量范围为36.8ns。
67.可以理解的是，感光器件31不仅能接收到经待测对象反射的光子信号(可简称为反射光子信号)，还会接收到环境光信号。因此，直方图中不仅包括经待测对象反射的光子信号的计数，还包括环境光信号的计数。测量系统可以根据不同时间箱中的光子数量，确定真正由待测对象反射的光子信号的飞行时间。
68.确定飞行时间的方法有多种，例如最大值法、质心法、机器学习法等，本技术实施例对此不作具体限定。对于最大值法，参考图4，以时间箱宽度为1.6ns为例，假设最终确定经待测对象反射的光子信号存储在第11个时间箱，则可以确定光子的飞行时间为17.6ns。
69.由图4可知，时间箱的宽度越窄，测量得到的飞行时间的精度就越高。
70.时间箱的宽度与时间确定单元的测量时间间隔相关。以时间确定单元为tdc为例，通常情况下，tdc的分辨率决定了直方图中的时间箱宽度。tdc的分辨率表示tdc的测量时间间隔，即tdc每经过一个时间间隔进行一次计时。tdc的测量时间间隔可以与直方图中的时间箱宽度相等。
71.为了减小时间箱宽度，就需要减小tdc的测量时间间隔。
72.参考结构光方案，屏下3d人脸识别需要达到至少2万的分辨率(比如160
×
128)，深度精度需要达到2mm，最大测量距离在0.6m左右，需要满足户外强光下依然正常工作的需求。
73.如果采用最大值法来确定飞行时间，由tdc分辨率所限制的测距精度可以表示为：
[0074][0075]
其中，δ
tdc
表示tdc的分辨率，如最低有效位(the least significant bit，lsb)；c为光速；σd表示测距精度。
[0076]
如果采用质心法来确定飞行时间，测距的相对精度(不确定度)随着光子数增加会不断降低。对于高斯波形的信号，其关系可以表示为：
[0077][0078]
其中，s为回波信号的脉冲宽度，为直方图中光子信号的数量。
[0079]
虽然测距的不确定度对着光子数增多而不断降低，质心法得到的距离与真值之间的偏差会限制最终的绝对测量精度。当脉冲宽度是tdc分辨率的3-9倍(为了对称选择奇数倍)时，测量值与真值之间的平均测距偏差可以表示为：
[0080][0081]
其与最大值法的测距精度在同一量级。为方便起见，不论是采用最大值法还是质心法，本技术实施例都使用公式(2)来评估对于特定测距精度要求所需要的tdc分辨率。
[0082]
因此，对于2mm的测距精度要求，tdc的分辨率至少需要达到40ps。
[0083]
为了实现这么高的测量精度，本技术实施例可以使用插值器来提高tdc的分辨率。该插值器例如可以为nutt插值器。
[0084]
下面结合图5和图6，对tdc的工作原理进行描述。
[0085]
通常情况下，tdc都是通过时钟信号对要计量的时间范围进行采样计数，根据计数值来计算时间值，其时间计量的最小分辨率即为tdc的时钟周期。而tdc的时钟频率达不到这么高的精度，如一般时钟频率最多达到ns级的精度。为了实现更高精度的计时，本技术可以使用nutt插值器来实现。nutt插值器例如可以包括基于延迟链的flash tdc、环形振荡器或游标型tdc。
[0086]
以延迟链为例，在使用延迟链后，tdc的时间测量过程可以分为两步，即第一测量过程和第二测量过程。第一测量过程只记录参考时钟的总周期数对应的时间nt
clk
，时钟上升沿与光子信号的发射时间、结束时间之间的时间差由第二测量过程来得到，如图5所示。最终确定光子发射与接收之间的时间间隔为：
[0087]
δt＝nt
clk
+δt
1-δt2[0088]
其中，δt1表示光子信号的发射时间与时钟上升沿之间的时间差，δt2表示光子信号的接收时间与时钟上升沿之间的时间差。
[0089]
本技术实施例可以采用如图6所示的简单延迟链来实现对δt1和δt2的测量。在电路中实现时，延迟链一般是通过延迟单元构成的，该延迟链可以包括n个延迟单元(buffer)，以及对每一个延迟单元输出采样的触发器。基于延迟链的测量原理是使被测量的开始信号通过延迟单元进行传输，通过延迟单元探测它在被测量时间段内传递到的位置，从而判断时间测量的结果。相邻延迟单元之间的信号延迟时间就是测量的分辨率。
[0090]
图6所示的tdc的输出为q
n-1
…
q2q1q0。以二进制为例，qi(0≤i≤n-1)的取值为0或1。
[0091]
本技术实施例可以将tdc的一个时钟周期通过延迟链分为多个相，延迟链中延迟单元的数量决定了tdc的分辨率。延迟单元的数量越多，得到的tdc的分辨率就越大。假设tdc的时钟周期为1.6ns，延迟链中包括16个延迟单元，则该1.6ns的时钟周期通过延迟链分为16相，从而得到tdc的分辨率为100ps。
[0092]
通过上述延迟链可以分别测量光子信号的发射时间与时钟上升沿之间的时间差δt1，以及光子信号的接收时间与时钟上升沿之间的时间差δt2，从而确定时间间隔δt。
[0093]
上文是以时钟信号的上升沿为基准确定δt1和δt2的，当然，也可以以时钟信号的
下降沿为基准确定δt1和δt2，即计算光子信号的发射时间与时钟下降沿之间的时间差、以及光子信号的接收时间与时钟下降沿之间的时间差。
[0094]
虽然时间箱的宽度越窄，测量精度越高，但同时，时间箱的宽度越窄，所需要的时间箱的数量就越多，从而所需要的内存空间就越大。
[0095]
基于此，本技术实施例提供一种基于粗测和细测的确定飞行时间的方法，能够在提高测量精度和量程的情况下，减少对内存空间的占用。
[0096]
具体方式为：先以一个较大的第一时间箱宽度进行粗测，得到第一直方图；根据第一直方图确定反射光子信号大概所在的第一时间范围；然后在该第一时间范围内，以一个较小的第二时间箱宽度进行细测，得到第二直方图；进一步根据第二直方图确定光子的飞行时间。由于细测仅在粗测确定的第一时间范围内生成直方图，因此可以减小第二直方图所需的时间范围，从而能够降低所需的内存空间。
[0097]
下面结合图7对本技术实施例的方案进行详细描述。图7所示的方法包括步骤s310～步骤s340，该方法可应用于d-tof测量系统。
[0098]
步骤s310、根据感光器件在预设时间范围内接收光子信号的接收时间，以第一时间箱宽度构建预设时间范围内的第一直方图。
[0099]
该预设时间范围可以根据测量距离来确定。对于人脸识别，该测量距离可以在0.6m左右，因此，可以根据0.6m的测量距离确定预设时间范围。该预设时间范围例如可以为40ns。
[0100]
预设时间范围内的第一直方图表示该第一直方图中的时间箱所在的时间范围为该预设时间范围。以图2为例，该23个时间箱所表示的时间范围即为该预设时间范围。
[0101]
可选地，在步骤s310之前，该方法还可以包括：控制感光器件在预设时间范围内接收光子信号；使用时间确定单元确定感光器件在预设时间范围内接收光子信号的接收时间。
[0102]
步骤s320、根据第一直方图，确定经待测对象反射的光子信号所在的第一时间范围。
[0103]
第一时间范围可以表示经待测对象反射的光子信号大致所在的时间范围，第一时间范围小于预设时间范围。通常第一时间范围仅需对应一个较小的能包含真实飞行时间的时间范围。例如，第一时间范围可以为一个时间箱或多个时间箱对应的时间范围，如2个时间箱或3个时间箱。以图4为例，该第一时间范围为第10、11个时间箱(阴影区域)对应的时间范围。或者，第一时间范围可以为任意长度的时间范围，如第一时间范围可以为1.5个时间箱对应的时间范围。
[0104]
第一时间范围的确定方式有多种，例如最大值法、质心法、机器学习法等，本技术实施例对此不作具体限定。下面对最大值法和机器学习法进行举例说明。
[0105]
对于最大值法，可以根据第一直方图，确定第一直方图的峰值位置，然后根据该峰值位置确定第一时间范围。例如，可以选择该峰值所在的时间箱作为第一时间范围。又例如，可以选择该峰值所在的时间箱以及与该峰值所在的时间箱相邻的时间箱作为第一时间范围。与峰值时间箱相邻的时间箱可以为峰值左侧的时间箱，或者为峰值右侧的时间箱，或者为两侧的时间箱中光子数量较多的时间箱，或者包括峰值左侧和右侧的时间箱。与峰值相邻的时间箱的数量可以是1个，2个或者更多个。
[0106]
对于机器学习法，可以使用深度学习算法确定第一时间范围。该深度学习算法可以包括卷积神经网络(convolutional neural networks，cnn)、循环神经网络(rerrent neural network，rnn)、残差网络(resnet)、极端梯度提升(extreme gradient boosting，xgboost)模型或其他神经网络模型。该方法可以从第一直方图中直接提取出两个时间箱中左侧时间箱的索引(index)，从而得到第一时间范围。举例说明，假设索引从0开始计数，最后得到的第一时间范围为[index,index+1]*时间箱宽度。除了两个时间箱以外，该方法还可以提取3个及以上的时间箱。相比于最大值法，机器学习法可以在信噪比比较差、以及有环境光堆叠效应(pile-up)的情况下正确找到经待测对象反射的光子信号所在的时间范围，使得确定的第一时间范围更准确。
[0107]
为了保证后续细测过程的准确度，在确定第一时间范围时还可以考虑光子信号的脉冲宽度，使得第一时间范围不小于光子信号的脉冲宽度，即第一时间范围大于或等于发射器发射的光子信号的脉冲宽度，从而避免在第一时间范围内由于无法检测到完整光信号而影响检测的准确度。举例说明，如果光子信号的脉冲宽度介于1个时间箱宽度和2个时间箱宽度之间，则第一时间范围至少需要包括2个时间箱的宽度。
[0108]
步骤s330、根据感光器件在第一时间范围内接收光子信号的接收时间，以第二时间箱宽度构建第一时间范围内的第二直方图。其中，第二时间箱宽度小于第一时间箱宽度。
[0109]
由于第二时间箱宽度小于第一时间箱宽度，因此，第二直方图相比于第一直方图更精细。第一直方图也可以称为粗测直方图，第二直方图也可以称为细测直方图。
[0110]
以图4和图8为例，图4所示的直方图可以称为粗测直方图，图8所示的直方图可以称为细测直方图。第一时间范围为图4中的2个时间箱(阴影区域)对应的时间范围，基于该第一时间范围，构建的第二直方图如图8所示。也就是说，图8将图4中的两个时间箱宽度细化成了22个时间箱，图4所示的第一直方图的时间箱宽度为图8所示的第二直方图的时间箱宽度的11倍。
[0111]
步骤s340、根据第二直方图，确定经待测对象反射的光子信号的飞行时间。
[0112]
确定飞行时间的方式有多种，例如上文描述的最大值法、质心法、机器学习法等，为了简洁，此处不再赘述。
[0113]
可以理解的是，本技术实施例中的粗测过程可以包括图7中的步骤s310、步骤s320，细测过程可以包括图7中的步骤s330、步骤s340。
[0114]
本技术先通过粗测直方图确定反射光子信号所在的大概时间范围，再在该时间范围内生成细测直方图，根据细测直方图确定精确的飞行时间。由于大幅降低了细测生成直方图的时间范围，也就能够大幅降低细测直方图所需要的时间箱的数量，从而可以减少对内存空间的占用。
[0115]
另外，由于粗测过程和细测过程是分开进行的，因此，本技术实施例中的粗测过程和细测过程可以复用内存空间，从而可以进一步降低对内存的占用。换句话说，用于对第一直方图中的光子信号进行计数的内存空间可以与用于对第二直方图中的光子信号进行计数的内存空间的至少部分相同。仍以上述例子进行说明，细测过程中的32个时间箱可以复用粗测过程中的25个时间箱，即整个测量过程仅需32个时间箱即可。
[0116]
感光器件接收光子信号的接收时间可以由时间确定单元来确定。该时间确定单元可以为上文描述的tim、时间数字化器、tc、tdc中的一种或多种。以tdc为例，通常情况下，
tdc的分辨率决定了直方图中的时间箱宽度。tdc的分辨率表示tdc的测量时间间隔，即tdc每经过一个时间间隔进行一次计时。tdc的测量时间间隔可以与直方图中的时间箱宽度相等。
[0117]
为了得到第一直方图和第二直方图，本技术实施例可以采用两个不同分辨率的tdc来实现。具体地，可以使用第一tdc确定用于构建第一直方图的光子信号的接收时间，使用第二tdc确定用于构建第二直方图的光子信号的接收时间，第二tdc的分辨率大于第一tdc的分辨率，即第一tdc的测量时间间隔与第一时间箱宽度相等，第二tdc的测量时间间隔与第二时间箱宽度相等。
[0118]
第一tdc和第二tdc可以是两个不同的tdc。例如，测量系统中可以设置多个tdc，分辨率低的tdc用于粗测，分辨率高的tdc用于细测。又例如，第一tdc和第二tdc可以为同一个tdc的两种工作状态，第一tdc可以是该同一个tdc以基准时钟进行计时的第一工作状态，第二tdc可以是该同一个tdc连接插值器后的第二工作状态。具体地，在未连接插值器时，可以使用tdc的基准时钟进行粗测，即第一时间箱宽度与tdc的时钟周期相等；而在进行细测时，可以将该tdc与插值器相连，以进行细测。其中，该插值器可以改变tdc的分辨率，该插值器例如可以为nutt插值器。tdc的测量原理可以参见上文的描述，此处不再赘述。
[0119]
在进行细测时，为了提高测量系统对环境光的容忍度，一种方式是可以控制感光器件在第一时间范围开始时才使能，从而不接收第一范围之前的光子，在生成细测直方图时，时间戳大于第一时间范围的计数也会被扔掉。另一种方式是感光器件可以仅在第一时间范围内使能(即被激活)，而在第一时间范围之外，感光器件处于关闭状态，即不接收光子信号。但是，在多次测量过程中，上述方式均需要对第一时间范围进行监测，单独控制感光器件在第一时间范围内开启，在第一时间范围之外关闭。另外，对于粗测过程和细测过程，需要采用不同的控制方式对感光器件进行控制。这对测量系统的控制过程提出了较高的要求，导致控制过程复杂，成本较高，且不易实现。
[0120]
基于此，本技术实施例可以在细测过程中，控制感光器件在整个预设时间范围内使能。在生成第二直方图时，从感光器件在预设时间范围内接收的光子信号中，选择第一时间范围内的光子信号，生成第二直方图。
[0121]
不论是粗测过程，还是细测过程，测量系统可以仅在发射器发射光子信号的同时控制感光器件使能，而不需要再单独对感光器件的开启和关闭过程进行控制，从而能够简化测量系统的控制过程。并且在生成第二直方图时，直接根据光子的接收时间对光子进行筛选即可得到第二直方图，相比于对感光器件的控制，该过程操作简单，且容易实现。
[0122]
此外，为了更进一步地降低对内存空间的占用，本技术实施例还可以使用多级的粗测+细测方案，如3级、4级、5级等。以3级为例，可以将测量过程分为粗测、中测和细测。其中，粗测、中测、细测对应的时间箱宽度依次减小。下面对具体的过程进行详细描述。
[0123]
本技术实施例的接收模组可以包括感光器件、第一直方图构建单元、第二直方图构建单元以及第三直方图构建单元。
[0124]
所述第一直方图构建单元用于根据所述感光器件在预设时间范围内接收光脉冲的接收时间，以第一时间箱宽度构建所述预设时间范围内的第一直方图；
[0125]
所述处理模块，用于根据所述第一直方图，确定经所述待测对象反射回来的感测光脉冲所在的第一时间范围。
[0126]
所述第二直方图构建单元，用于根据所述第一时间范围内反射回来的感测光脉冲的接收时间，以第二时间箱宽度构建所述第一时间范围内的第二直方图，所述第二时间箱宽度小于所述第一时间箱宽度。
[0127]
所述处理模块用于根据所述第二直方图，确定经所述待测对象反射回来的感测光脉冲所在的第二时间范围。
[0128]
所述第三直方图构建单元用于根据所述第二时间范围内反射回来的感测光脉冲的接收时间，以第三时间箱宽度构建所述第二时间范围内的第三直方图，所述第三时间箱宽度小于所述第二时间箱宽度。
[0129]
所述处理模块用于根据所述第三直方图，确定所述待测对象的深度信息。
[0130]
第一时间箱宽度可以是第一直方图中一个或多个时间箱对应的时间范围。所述第二时间范围可以为所述第二直方图中一个或多个时间箱对应的时间范围。处理模块可以根据上文描述的最大值法、质心法或者机器学习法，确定所述一个或多个时间箱。
[0131]
第一直方图中的一个或多个时间箱可以为所述第一直方图中的峰值所在的时间箱，即第一时间范围可以包括一个时间箱。
[0132]
第二直方图中的一个或多个时间箱可以为所述第二直方图中的峰值所在的时间箱，即第二时间范围可以包括一个时间箱。
[0133]
比如，为了实现40ns的总测量范围，小于40ps的分辨率，本技术实施例可以使用2个比特进行粗测，4个比特进行中测，4个比特进行细测，则所述第一时间箱宽度为10ns，所述第二时间箱宽度为625ps，所述第三时间箱宽度为39ps。具体过程如下：
[0134]
以10ns的时间箱宽度生成40ns时间范围内的第一直方图。该第一直方图需要使用2个比特的内存空间。
[0135]
从第一直方图中确定第一时间范围。该第一时间范围包括1个时间箱，即该第一时间范围为10ns，该时间箱可以是第一直方图中的峰值位置对应的时间箱。
[0136]
以625ps的时间箱宽度生成10ns范围内的第二直方图。该第二直方图需要使用4个比特的内存空间。
[0137]
从第二直方图中确定第二时间范围。该第二时间范围可以包括1个时间箱宽度，即该第二时间范围为625ps，该时间箱可以是第二直方图中的峰值位置对应的时间箱。
[0138]
以39ps的时间箱宽度生成625ps范围内的第三直方图。该第三直方图大概需要使用4个比特的内存空间。
[0139]
通过上述过程，仅需要10比特的内存即可实现40ns范围的高精度测量。当然，由于不同的测量过程是分开进行的，本技术实施例的粗测、中测和细测的过程可以共用内存，在该情况下，仅需4比特的内存即可实现高精度测量。
[0140]
为了提高测量精度，需要减小脉冲信号的宽度。这是因为脉冲信号的宽度越宽，峰的位置越平，在确定峰值位置时就容易找错(因为光子计数时满足泊松分布的随机值)。假设真值所在的时间箱为第10个时间箱，脉冲宽度越高，会导致与第10个时间箱相邻的时间箱(如第11个时间箱)的高度与第10个时间箱的高度的差值越小，很可能就将第11个时间箱确定为光子信号的飞行时间。
[0141]
通过详细的数据分析发现，为了满足同样的置信度，最大值法对光子数量的要求与脉冲宽度的4次方成正比，而质心法对光子数的要求与脉冲宽度的2次方成正比。不论是
最大值法还是质心法，脉冲宽度越窄，所需要的光子数就越少，可以实现更高的测距帧率。
[0142]
另一方面，在满足同样的平均功耗限制的情况下，脉冲宽度越窄就可以做到更高的峰值功率，峰值功率越高可以实现更远的测距范围。另外峰值功率越高，所需要的光子数也越少，光子数越少，可以实现更高的测距帧率。
[0143]
因此，为了满足测量精度的要求，本技术实施例的激光脉冲宽度大概不超过tdc分辨率的十倍，能做的越窄越好。对于人脸识别的要求来说，脉冲宽度不超过0.5ns，最好能做到100ps的量级。如何实现如此窄的脉冲宽度要求是目前的技术难点。
[0144]
发明人通过大量的创造性劳动研究与分析发现，假设脉冲宽度为半高全宽，要达到越窄的脉冲宽度，所述发射模组中用于驱动感测光源发光的驱动电流的上升时间和下降时间都要快。然而，所述发射模组中用于产生所述驱动电流的驱动电路中的电子元器件以及所述感测光源之间都是分立的元器件，通过导线等进行电连接，从而不可避免存在着较大的寄生电感、寄生电容、寄生电阻等。另外，电子元器件本身，例如常规的开关管，通常为具有三个端子的晶体管开关，因寄生电容、寄生电阻较大等原因而导通响应速度和关断响应速度都较慢，这些不利因素就导致流过所述感测光源的驱动电流无法实现上升时间和下降时间都要快，进而使得所述感测光源发射的感测光脉冲的脉冲宽度无法实现较窄。因此，如何实现具有脉冲宽度较窄的感测光脉冲是一项亟需解决的技术问题。
[0145]
基于此，本技术实施例提出一种发射模块，能够降低脉冲宽度。
[0146]
发明人进一步通过大量的创造性劳动研究与分析，专研出从如下至少四个主要方面分别单独或相结合的方式来解决上述技术问题。
[0147]
第一，设计新的驱动电路；
[0148]
第二，选择新的电子元器件；
[0149]
第三，通过元件集成的方式，将多个电子元器件集成在同一个裸片中；
[0150]
第四，通过元件集成的方式，将多个电子元器件集成在两个裸片中，且两个裸片之间通过垂直堆叠的方式进行电连接；
[0151]
本技术上述的任意一种方式或几种方式相结合，均可以减小感测光源所在的电子回路中的寄生电感、寄生电阻等，从而能够减小感测光脉冲的脉冲宽度，达到提高感测精度的目的。
[0152]
下面，通过不同的实施例来对上述四个主要方面进行具体说明。
[0153]
参见图9，本技术实施例通过使用储能电容为感测光源22供电，相比于第一供电电源14为感测光源22供电的方案，可以减小供电端与感测光源22之间的走线长度，从而可以减小寄生电感、寄生电容、寄生电阻对响应速度的影响。图9中的感测光源22可以为图1中的光源12。
[0154]
图9是本技术实施例的发射模块的部分电路结构示意图。发射模块可以包括确定电路和感测光源。驱动电路20与所述感测光源22电连接，用于驱动所述感测光源22发射所述感测光脉冲。在图9中，以驱动电路20驱动一个感测光源22发出感测光脉冲为例进行说明。
[0155]
驱动电路包括开关管23和储能电容25。开关管23与感测光源22串联连接，开关管23与感测光源22串联连接后与储能电容25并联。储能电容25用于预先存储电能并在开关管23导通时对感测光源22进行放电，感测光源22在开关管23导通时发射感测光脉冲。
[0156]
本技术实施例对开关管、感测光源以及储能电容的连接方式不做具体限定。只要在开关管导通时，开关管、感测光源和储能电容之间能够形成闭环回路，使得储能电容能够为感测光源供电即可。
[0157]
为方便描述，将感测光源和开关管所在的支路称为第一支路，将储能电容所在的支路称为第二支路。第一支路与第二支路的连接点为第一节点n1。
[0158]
作为一种实现方式，如图9所示，感测光源和开关管串联连接在第一节点与第之间，储能电容也连接在第一节点与地之间。
[0159]
发射模组还包括第一开关21，第一开关21连接于第一供电电源14与第一节点n1之间。第一开关21导通时，储能电容25可以接收第一供电电源14的电能进行预充电。
[0160]
所述控制单元27用于控制所述第一开关21和所述开关管23的导通与否。所述储能电容23用于通过导通的第一开关21接收来自所述第一供电电源14的电压，进行储能。当所述开关管23导通时，所述储能电容23对所述感测光源22进行放电，为所述感测光源22发射所述感测光脉冲提供电能。
[0161]
可选地，所述第一开关21在所述开关管23导通期间处于断开状态。进一步可选地，所述第一开关21与所述开关管23分时导通。
[0162]
在本实施例中，所述驱动电路20驱动所述感测光源22发光的工作原理如下。
[0163]
所述控制单元27先控制所述第一开关21导通，所述第一供电电源14的电压通过导通的所述第一开关21给所述储能电容25进行预充电。当所述储能电容25充电完毕后，所述控制单元27控制所述第一开关21断开。当需要所述感测光源22发射感测光脉冲时，所述控制单元27控制所述开关管23导通，所述储能电容25对所述感测光源22进行放电，所述感测光源22发射所述感测光脉冲。当所述储能电容25上的电能下降到一定值时，所述感测光源22停止发射感测光脉冲。例如，当所述储能电容25上的电能下降到所述驱动电路20中产生的驱动电流小于所述感测光源22工作的阈值电流时，所述感测光源22停止发射感测光脉冲。
[0164]
在本实施例中，所述开关管23为具有至少三个端子的晶体管开关，例如为金属-氧化物半导体场效应晶体管(如图9中所示)、双极结型三极管等常规的开关管。当然，所述开关管23也可为其它合适的具有至少三个端子的晶体管开关，例如响应速度较快的砷化镓晶体管、或氮化镓晶体管等。
[0165]
在本实施例中，由于所述第一供电电源14与所述感测光源22之间增加设置了所述第一开关21，而所述第一开关21在所述驱动电路20驱动所述感测光源22发光期间是断开的，因此，所述第一供电电源14与感测光源22之间的较长的连接导线上的寄生电感、寄生电阻、寄生电容等在所述感测光源22发光时不会计入所述驱动电路20中，从而可以减小对所述驱动电路20产生的驱动电流的不利影响，进而可以加快驱动电流的上升速度和下降速度。
[0166]
进一步地，在本实施例中，通过新增储能电容25，利用所述存储电容25提供电能给所述感测光源22进行发光，随着所述储能电容25不断放电，所述驱动电流先升高到某一最大电流值后会不断下降。当所述储能电容25上的电能下降到所述一定值后，所述感测光源22会停止发光，因此，本技术实施例可以利用储能电容上的电能控制感测光源停止发光。相较于现有技术中利用控制单元控制开关管关断来控制驱动电流关断的方式，本技术实施例
中通过储能电容25放电的方式使得驱动电流的下降速度会变快，从而能够使得感测光脉冲变窄，进而提高感测装置10的感测精度。
[0167]
由上述分析内容可见，相较于传统上通过控制单元控制常规开关管的导通与否进而来控制驱动电路是否产生驱动电流的方式，本技术上述实施例的驱动电路20产生的驱动电流的上升速度和下降速度会比较快，从而，根据电路原理可以确定，所述驱动电流的脉冲宽度变窄且所述驱动电流的上升幅度变大可以成为现实，进而，所述感测光源22在所述驱动电流驱动下发射的所述感测光脉冲的脉冲宽度较窄且脉冲幅度能够变大。相应地，所述感测模组10的感测信息的精度可以得到提高。
[0168]
例如但不限制地，所述处理模块4根据由接收模组12输出的电信号来获得深度图时，更容易找到光子数最多的峰值信息，从而其获得的深度信息较准，感测精度得到提高。
[0169]
通常地，所述开关管23与多个所述感测光源22相并联。然而，发明人通过大量的研究发现，由于并联支路上电流是相加的，相加之后的电流是较大的，如此，即使对驱动电路做出新的设计，但由于多个所述感测光源22相并联，从而，当需要更大的驱动电流的时候就可能实现不了。前述的主因还是因为寄生电感、寄生电阻等的不利影响。因此，本技术的发明人进一步提出，通过串联多个所述感测光源22且提高驱动电压的方式，从而达到实现驱动电流的脉冲宽度较窄且驱动电流的幅度能够变大。
[0170]
例如，可选地，在图9中，对于开关管23，其与一个光源组相串联，所述光源组包括相串联的多个所述感测光源22。由于多个所述感测光源22是相串联的，从而，串联时的驱动电流相对上述并联时的驱动电流可以变小。相应地，当需要更大的驱动电流的时候就可以实现了。
[0171]
进一步可选地，所述光源组还可以包括相并联的多个所述感测光源22。即，所述光源组中既有串联的多个感测光源22，也有并联的多个感测光源22。
[0172]
对于本领域的技术人员而言，其根据本技术记载的技术内容，可以对所述驱动电路20进行合理配置，实现所需的感测精度。
[0173]
可变更地，在其它实施例中，所述驱动电路20的工作原理也可以与上述实施例的驱动原理不同。例如但不限于，所述第一开关21例如在所述开关管23导通的时候也可以处于导通的状态。
[0174]
本技术的主要改进技术方案之一在于：所述驱动电路20的电路结构的改变，基于本技术的驱动电路20的电路结构而做出的任何合适的工作原理均应落入本技术的保护范围。
[0175]
可选地，所述第一供电电源14例如为外部电源，当然，也可为发射模组11的内部电源，本技术对此并不做限定。
[0176]
可选地，所述感测光源22连接在所述第一节点n1与所述开关管23之间，所述开关管23进一步连接至地。或者，所述开关管23连接在所述第一节点n1与所述感测光源22之间，所述感测光源22进一步连接至地。
[0177]
由于上述金属-氧化物半导体场效应晶体管等作为开关管23的寄生电阻、寄生电容比较大，响应速度较慢，导致所述感测装置10产生皮秒级的感测光脉冲较难。发明人进一步通过大量的研究与分析发现，选择雪崩型光电二极管，尤其地，例如选择单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode,spad)作为所述开关管23，能够使得感测装置10产生
皮秒级的感测光脉冲成为现实。
[0178]
需要说明的是，在本技术中的雪崩型光电二极管，是指加大光电二极管的pn结上的反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象，因此这种光电二极管被称为“雪崩型光电二极管”。
[0179]
请参阅图10，图10为本技术第二实施例的发射模块110的部分电路结构示意图。该发射模块可以为图1中的发射模块1。此实施例的发射模块110与图9所示的发射模块的主要区别在于：第一，所述实施例的发射模块110的驱动电路20中的开关管23为雪崩型光电二极管；第二，所述驱动电路20进一步包括激发电路28。为了清楚简洁，所述实施例的发射模块110与图9所示的发射模块的相同或相近之处在此不再赘述。
[0180]
所述激发电路28用于发射激发光束，所述激发光束用于触发所述雪崩型光电二极管发生雪崩。
[0181]
可选地，所述控制单元27用于控制所述激发电路28的工作时序。
[0182]
可选地，所述激发电路28包括激发光源280和第二开关282。所述激发光源280与所述第二开关282串联连接。当所述第二开关282导通时，所述激发光源280发出所述激发光束。当所述第二开关282断开时，所述激发光源280不发出所述激发光束。
[0183]
所述第二开关282的导通与否由所述控制单元27控制。
[0184]
可选地，所述第二开关282例如但不局限于为金属-氧化物半导体场效应晶体管(如图10中所示)、双极结型三极管等常规的开关管等。
[0185]
所述激发光源例如但不限制为垂直腔面发射激光器vcsel、led等。所述激发光束例如可以是红外光，紫外光，可见光等，本技术对此并不做限定。
[0186]
所述激发光源280与所述第二开关282串联连接第二供电电源和地之间。该第二供电电源可以不同于第一供电电源，也可以与第一供电电源为同一个电源。
[0187]
如图10所示，所述激发光源280与所述第二开关282串联连接于第二供电电源15与地之间。所述第二供电电源15可以是外部电源，也可以是所述发射模组11的内部电源，本技术对此并不做局限。
[0188]
如图11所示，所述激发光源280和所述第二开关282也可以串联连接在第一供电电源14与地之间，如所述激发光源280和所述第二开关282也可以串联连接在第二节点n2与地之间。所述第二节点n2分别与所述第一供电电源14和所述第一开关21相连接。
[0189]
当需要所述感测光源22发光时，所述控制单元27先控制所述第一开关21导通，所述第一供电电源14通过导通的第一开关21先对所述储能电容25进行预充电，当所述储能电容25充电完成之后，所述控制单元27控制所述第一开关21断开。当需要所述感测光源22发光时，所述控制单元27控制所述第二开关282导通，所述激发光源280发射激发光束。所述雪崩型光电二极管接收所述激发光束并发生雪崩。所述储能电容25对所述感测光源22进行放电，触发所述感测光源22发射所述感测光脉冲。
[0190]
其中，所述储能电容25充电完成时，其可以将所述雪崩型光电二极管两端的反向偏置电压偏置到预设雪崩电压，所述预设雪崩电压大于或等于所述雪崩型光电二极管的临界雪崩电压。所述临界雪崩电压为所述雪崩型光电二极管能够发生雪崩的最小电压值。
[0191]
发明人通过大量的创造性劳动研究与分析发现，所述雪崩光电二极管优选为单光子雪崩光电二极管。所述单光子雪崩二极管只要能接收到一个光子就会立即发生雪崩，其
响应速度非常快。且，所述单光子雪崩二极管雪崩时的寄生电阻、寄生电容等都是非常小的，所述感测光源22所在电路回路中的主要部分还是感测光源22的内阻，因此，设计得好，电路回路的寄生电容小，所述储能电容25可以非常快速地放电，从而使得感测光源22产生皮秒级的感测光脉冲成为现实。
[0192]
本实施例的感测光源22发出的感测光脉冲的脉冲宽度可以小于1纳秒。例如但不限制地，所述感测光脉冲的脉冲宽度例如但不限制为800皮秒、500皮秒、或甚至更短。
[0193]
在本实施例中，当所述储能电容25不断放电，所述单光子雪崩型光电二极管上的反向电压小于所述临界雪崩电压时，所述驱动电路20则停止产生驱动电流。如此，所述感测光源22也可以停止发射感测光脉冲。
[0194]
可选地，所述临界雪崩例如是15v。可见，要使得所述单光子雪崩型光电二极管发生雪崩，反向电压值较高，因此，相较于现有技术中利用控制单元关断常规的开关管的方式，本实施例中利用所述储能电容25放电，相应地，所述单光子雪崩型光电二极管上的反向偏压不断降低，且能相对较快降低到所述临界雪崩电压以下，从而，所述感测光源22发射的感测光脉冲的脉冲宽度能够较窄。
[0195]
在图10和图11的实例中，在第一节点n1与地之间，仅示出一个单光子雪崩二极管23与感测光源22相串联。在其它实施例中，也可以为多个相并联的单光子雪崩二极管23与感测光源22相串联。从而，可以提高开关管23的总体相应速度，且增大驱动电流。
[0196]
在某些实施方式中，所述雪崩光电二极管也可为其它合适的光电二极管，例如为雪崩光电二极管(avalanche photo diode,apd)。当所述开关管23为所述雪崩光电二极管时，例如是多个雪崩光电二极管并联使用，如此，可以提高响应速度，且增大驱动电流。
[0197]
优选的，所述预设雪崩电压大于所述临界雪崩电压。更优选的，二者之间的压差范围例如为5伏至10伏。在其它实施中，所述预设雪崩电压与所述临界雪崩电压之间的压差也可为其它合适的范围或数值，本技术对此并不做特别限制。
[0198]
通常地，暗电流会导致所述单光子雪崩二极管发生雪崩，因此，要减少这种非受控雪崩，以免造成对感测的影响。因此，实际产品中，要保证暗电流致所述单光子雪崩二极管的雪崩概率达到毫秒级以上。相应地，按照50ns一个周期，可以保证两万次雪崩才有一次非受控雪崩。另外，就是快速充电，可以减少非受控雪崩。比如当需要单光子雪崩二极管雪崩时，在4ns内把单光子雪崩二极管从临界雪崩电压以下提升到预设雪崩电压，然后在1ns闭合第二开关282使其触发单光子雪崩二极管雪崩。整个过程5ns结束，那么由暗电流引起的雪崩也只能在这5ns时间产生，比起原来的50ns的周期，足足降低了一个数量级。
[0199]
在图10所示的实施例中，所述单光子雪崩二极管包括阴极p与阳极n，所述阳极n与地连接，所述阴极p与所述感测光源22连接，所述感测光源22进一步连接至所述第一节点n1。在其它实施例中，所述阴极p与所述第一节点n1连接，所述阳极p与所述感测光源22连接。所述感测光源22进一步连接至地。
[0200]
可选地，所述驱动电路20进一步包括导光元件29。所述激发光束通过所述导光元件29传导至所述雪崩型光电二极管上。
[0201]
所述导光元件29可以调整所述激发光束的光路以使得所述激发光束尽可能多的被所述雪崩型光电二极管接收，从而确保所述雪崩型光电二极管在需要雪崩时能立刻发生雪崩。
[0202]
所述导光元件29对所述激发光束的光路的处理可以为任一光学处理，例如，反射、折射、散射等，只要能够实现将足够多的激发光束引导至雪崩型光电二极管上，确保所述雪崩型光电二极管在需要雪崩时能立刻发生雪崩即可。
[0203]
本技术的主要改进技术方案之二在于：选择雪崩型光电二极管作为所述驱动电路20的电路结构中的开关管23，尤其地，选择单光子雪崩二极管作为所述开关管23，能够使得所述驱动电路20产生脉宽较窄且瞬时功率较大的驱动电流，进而，驱动所述感测光源22产生皮秒级的感测光脉冲，较大程度上提高所述感测装置10的感测精度。
[0204]
发明人通过大量的研究与分析发现，在电路板上的电子元器件之间一般通过导线相连，而这种导线一般具有较长等特点，导致电路回路中的寄生电感和寄生电阻都较大，由此对电路回路中的驱动电流的上升速度和下降速度的影响较为严重，为此，发明人通过大量的创造性劳动分析与研究之后，提出将电子元器件集成在同一裸片(die)中，从而可以减少导线的连接，进而提高感测装置10的感测精度。
[0205]
请参阅图12，图12为本技术第三实施例的发射模块110的结构框图。本实施例中的发射模块110与上述第一实施例的发射模块110的相同或相近部分在此不再赘述，不同之处主要在于，所述发射模块110包括或为发光裸片。
[0206]
所述发光裸片包括所述感测光源22与所述开关管23。
[0207]
由于感测光源22与所述开关管23集成在同一发光裸片中，从而，可以减小感测光源22与开关管23之间的连接导线，进而减少寄生电感、寄生电阻等的不利影响，相应地，所述感测装置10的感测精度可以得到提高。
[0208]
可选地，所述第一开关21和/或所述储能电容25集成在所述发光裸片中，从而，能进一步减小所述感测光源22所在回路电路中的连接导线，进一步减少寄生电感、寄生电阻等的不利影响，相应地，所述感测装置10的感测精度可以得到进一步提高。
[0209]
可选地，所述控制单元27集成在所述发光裸片中，从而，所述感测装置10的感测精度可以得到进一步提高。
[0210]
由于所述驱动电路20与所述感测光源20等电子元器件集成在同一发光裸片中，从而，所述发射模组11的体积更小。
[0211]
当所述储能电容25集成在所述发光裸片中时，所述储能电容25的电容值例如但不限于为大于等于10皮法且小于1纳法。当所述储能电容25设置在所述发光裸片的外部时，所述储能电容25的电容值例如是大于等于10皮法。具体地，所述储能电容25的电容值例如为500皮法。本技术对储能电容25的电容值并不做具体限定。本领域的技术人员根据本技术记载的技术内容以及实际需求，可对应选择相应电容值的储能电容25。
[0212]
对于电子元器件集成在同一发光裸片的方式，本技术还可以提供如图13和图14所示变更实施例的发射模块110。具体地，对于图13所示实施例的发射模块110，所述控制单元27通过控制开关管23的导通与否来控制所述驱动电路20中是否产生驱动电流。由于所述开关管23和所述感测光源22集成在同一发光裸片中，也可以在一定程度上减小寄生电感等的不利影响，从而提高感测装置10的感测精度。可选地，所述控制单元27也可集成在所述发光裸片中。图13中的驱动电路20并不包括所述储能电容25和所述第一开关21。
[0213]
对于图14所示变更实施例的发射模块110，相较于图13所示实施例的发射模块110，图14所示实施例的发射模块110的驱动电路20进一步包括所述储能电容25。从而，所述
储能电容25可以在所述开关管23导通时能够立即提供电能给所述感测光源22发光。所述储能电容25集成在所述发光裸片中或设置在所述发光裸片之外。
[0214]
请一并参阅图10、图15与图16，图15为本技术第四实施例的发射模块110的俯视结构示意图。图16为图15沿剖线ix-ix’的剖面示意图。本实施例中的发射模块110与上述第二实施例的发射模块110的相同或相近部分在此不再赘述，不同之处主要在于，所述发射模块110包括或为发光裸片。
[0215]
可选地，所述发射模块110包括发光裸片。所述发光裸片包括所述感测光源22与所述开关管23。
[0216]
由于感测光源22与所述开关管23集成在同一发光裸片中，从而，可以减小感测光源22与开关管23之间的连接导线，进而减少寄生电感、寄生电阻等的不利影响，相应地，所述感测装置10的感测精度可以得到提高。
[0217]
可选地，所述第一开关21和/或所述储能电容25集成在所述发光裸片中，从而，能进一步减小所述感测光源22所在回路电路中的连接导线，进一步减少寄生电感、寄生电阻等的不利影响，相应地，所述感测装置10的感测精度可以得到进一步提高。
[0218]
可选地，所述控制单元27集成在所述发光裸片中，从而，所述感测装置10的感测精度可以得到进一步提高。
[0219]
可选地，所述激发电路28中的部分或全部集成在所述发光裸片中。当所述激发光源280集成在所述发光裸片中时，所述激发光源280的出光侧与所述感测光源22的出光侧例如位于同一侧。
[0220]
对于此实施例的发射模块110，由于所述驱动电路20包括所述第一开关s1、所述储能电容25，尤其包括所述单光子雪崩二极管，且所述驱动电路20与所述感测光源20等电子元器件集成在同一发光裸片中，此实施例的发射模块110不仅能够进一步较大程度上降低寄生电感、寄生电阻等的不利影响，较大程度上提高感测装置10的感测精度，而且，所述发射模组11的体积更小。本实施例的发射模块110例如可以产生脉冲宽度更窄的感测光脉冲，例如但不限制地，所述感测光脉冲的脉冲宽度为100皮秒、200皮秒、300皮秒等。
[0221]
当所述储能电容25集成在所述发光裸片中时，所述储能电容25的电容值例如但不限于为大于等于10皮法且小于1纳法。当所述储能电容25设置在所述发光裸片的外部时，所述储能电容25的电容值例如是大于等于10皮法。具体地，所述储能电容25的电容值例如为500皮法。本技术对储能电容25的电容值并不做具体限定。本领域的技术人员根据本技术记载的技术内容以及实际需求，可对应选择相应电容值的储能电容25。
[0222]
可选地，所述导光元件29位于所述发光裸片的外部，并不集成在所述发光裸片中。在某些实施方式中，所述导光元件29也可集成在所述发光裸片的内部。
[0223]
在本实施例中，所述导光元件29例如设置在所述发光裸片的出光侧上方，且位于所述激发光源280与所述开关管23之间的上方。可选地，所述导光元件29包括第一开孔(图未示)和第二开孔(图未示)。其中，所述第一开孔正对所述激发光源280的出光方向，所述第二开孔正对所述开关管23的收光方向。从而，所述激发光源280出射的激发光束通过所述第一开孔进入所述导光元件29，从所述导光元件29内部传输后通过所述第二开孔输出到所述开关管23上。
[0224]
可选地，所述导光元件29能够遮挡外界环境光入射到所述开关管23上，防止环境
光造成所述开关管23发生雪崩。
[0225]
需要说明的是，图15与图16中的各电子元器件的位置关系只是一种示例，也可为其它合适的设置关系，并不局限于图15与图16所示的电子元器件的位置关系。
[0226]
本技术的主要改进技术方案之三在于：将感测光源22与开关管23等电子元器件集成在同一裸片中，从而，能够较大程度上降低寄生电感、寄生电阻等的不利影响，达到进一步提高感测装置10的感测精度的目的。
[0227]
请一并参阅图16、图17、与图18，图17为本技术第五实施例的发射模块110的俯视结构示意图。图18为图17沿剖线xi-xi’的剖面示意图。此实施例的发射模块110与第一实施例的发射模块110的相同或相近之处不再赘述，此实施例的发射模块110的主要不同之处在于，所述发射模块110包括发光裸片110a和开关裸片110b。所述发光裸片110a包括所述感测光源22。所述开关裸片110b包括所述开关管23。
[0228]
定义所述发光裸片110a的一侧表面用于发出感测光脉冲的区域为发光区域g，而非发光的区域为非发光区域f。可选地，所述开关裸片110b设置在所述非发光区域f的上方，例如设置在所述非发光区域f与所述调制元件112之间。进一步可选地，所述开关裸片110b倒扣在所述非发光区域f上方，与所述发光裸片110a上下垂直电连接。例如但不限制地，所述发光裸片110a与所述开关裸片110b例如但不限于通过金属凸点t实现上下垂直电连接。从而，也可以在一定程度上减小寄生电感、寄生电阻等，进而提高所述感测装置10的感测精度。其中，所述金属凸点t例如由金、铜等内阻较小的导电材料制成。
[0229]
所述第一开关21和/或所述储能电容25和/或所述控制单元27集成在所述发光裸片110a或所述开关裸片110b中或设置在所述发光裸片110a与所述开关裸片110b之外。
[0230]
优选的，所述第一开关21和/或所述储能电容25和/或所述控制单元27集成在所述开关裸片110b中。
[0231]
需要说明的是，图17与图18中的各电子元器件的位置关系只是一种示例，也可为其它合适的设置关系，并不局限于图17与图18所示的电子元器件的位置关系。
[0232]
类似地，对于图13和图14的实施例，也可以采用本实施的技术思想，在此不再赘述。
[0233]
请参阅图19与图20，图19为本技术第六实施例的发射模块110的俯视结构示意图。图20为图19沿剖线xiii-xiii’的剖面示意图。此实施例的发射模块110与第二实施例的发射模块110的相同或相近之处不再赘述，此实施例的发射模块110的主要不同之处在于，所述发射模块110包括发光裸片110a和开关裸片110b。所述发光裸片110a包括所述感测光源22和所述激发光源280。所述开关裸片110b包括开关管23。
[0234]
定义所述发光裸片110a用于发出感测光脉冲的一侧表面的区域为第一发光区域m1，定义所述发光裸片110a用于发出激发光束的一侧表面的区域为第二发光区域m2，所述第一发光区域m1与所述第二发光区域m2位于同一侧。
[0235]
可选地，所述开关裸片110b倒扣在所述第二发光区域m2上，用于接收所述激发光源280发出的激发光束。所述开关裸片110b与所述发光裸片110a例如为上下垂直连接。可选地，所述开关裸片110b与所述发光裸片110a例如为通过金属凸点t实现上下垂直连接。
[0236]
可选地，所述第一开关21和/或所述第二开关282和/或所述储能电容25和/或所述控制单元27集成在所述发光裸片110a或开关裸片110b中或设置在这两颗裸片之外。
[0237]
本实施的发射模块110也可以在一定程度上降低寄生电感、寄生电容的不利影响，提高感测精度。
[0238]
需要说明的是，图19与图20中的各电子元器件的位置关系只是一种示例，也可为其它合适的设置关系，并不局限于图19与图20所示的电子元器件的位置关系。
[0239]
在上述各实施中，所述开关管23也可为其它合适类型的开关管，本技术对此并不做限定。
[0240]
图21示出的是一种屏下深度信息检测装置的结构示意图。该装置包括显示屏5以及感测装置10。该感测装置可以是上文描述的任意一种感测装置。如该感测装置可以包括发射模块、接收模块和处理模块等。
[0241]
该感测装置10可以设置在显示屏5上，如该感测装置10可以与显示屏5组装在一起。该显示屏5可以包括显示区域，感测装置10可以设置在显示区域的下方，以实现屏下深度信息检测。该感测装置10可以设置在显示屏5的上边缘附近。该感测装置可以与前置摄像头相邻，前置摄像头拍摄的人脸图像可与感测装置感测的深度信息进行融合，得到3d人脸图像。
[0242]
图22是本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括上文描述的任意一种屏下深度信息感测装置。
[0243]
该电子设备可以根据人脸的深度信息执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。
[0244]
本技术实施例设备还可以包括彩色相机、红外相机、惯性测量单元(inertial measurement unit，imu)等器件。与这些器件的组合之后的设备可以实现更加丰富的功能，比如3d纹理建模、红外人脸识别、同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping，slam)功能等。
[0245]
该电子设备例如但不局限于为消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品等合适类型的电子产品。其中，消费性电子产品例如但不局限为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机等。家居式电子产品例如但不局限为智能门锁、电视、冰箱、穿戴式设备等。车载式电子产品例如但不局限为车载导航仪、车载数字视频光盘(digital video disc，dvd)等。金融终端产品例如但不局限为自动取款机(asynchronous transfer mode，atm)机、自助办理业务的终端等。
[0246]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存
储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，dvd))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0247]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本技术实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0248]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0249]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0250]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0251]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，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。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。