本发明公开了一种单光子三维成像装置，由激光发射系统和回波接收系统以及窗口组成，激光发射系统包括脉冲激光光源、准直光学系统和衍射光学元件，回波接收系统包括SPAD阵列、窄带滤光片、宽带滤光片和接收光学系统；本发明使用控制电路将SPAD阵列上的像元根据与发射激光光束的对应关系进行分区域控制，每个区域对应一束激光光束。控制电路处理每个区域像元的响应事件，并进行统计，并根据计算的目标距离进行区域自校正。最终将自校正区域中像元响应事件进行统计，输出单束激光探测目标的回波光子数信息与距离信息。