攝影機(jī)裝置的制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的攝影機(jī)裝置包括：光輸出單元，其輸出IR(紅外)光；光輸入單元，其包括多個像素并且具有在光被光輸出單元輸出之后被物體反射、然后輸入其中的光，所述多個像素分別具有第一接收單元和第二接收單元；以及計算單元，其利用輸入至光輸入單元的第一接收單元和第二接收單元的光量之差來計算距物體的距離。該攝影機(jī)裝置進(jìn)一步包括設(shè)置在光輸出單元與物體之間的第一透鏡和第二透鏡，其中，第一透鏡使從光輸出單元輸出的光沿著第一方向折射，并且第二透鏡使從光輸出單元輸出的光沿著第二方向折射。
【專利說明】
攝影機(jī)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開內(nèi)容涉及攝影機(jī)裝置，并且更具體地，涉及飛行時間(TOF)攝影機(jī)的深度信息抽取。
【背景技術(shù)】
[0002]利用捕捉裝置來獲取三維圖像的技術(shù)正在進(jìn)步。需要深度信息(深度圖)來獲取三維圖像。深度信息是表明空間距離的信息，并且示出在二維圖像中一個點相對于另一個點的透視信息。
[0003]將紅外(IR)結(jié)構(gòu)光投射到物體并對由物體反射的光進(jìn)行解析以抽取深度信息的方法是獲取深度信息的方法之一。根據(jù)利用IR結(jié)構(gòu)光的方法，存在針對運動物體難以獲得期望水平的深度分辨率的問題。
[0004]飛行時間(TOF)方法作為一種用于取代利用IR結(jié)構(gòu)光的方法的技術(shù)而受到關(guān)注。根據(jù)TOF方法，通過測量飛行時間(即發(fā)射的光被反射所花費的時間)來計算距物體的距離。
[0005]通常，根據(jù)TOF方法的攝影機(jī)(下文中，TOF攝影機(jī))包括調(diào)整朝著物體引導(dǎo)的光的角度的掃描儀和調(diào)整光路的反射鏡。因為在TOF攝影機(jī)中光不得不被多次反射，所以存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且難以以小尺寸實現(xiàn)的問題。此外，盡管從光源輸出的光的折射率不得不調(diào)整為使掃描儀具有快速的響應(yīng)速度來掃描物體的前表面，但是存在關(guān)于掃描儀具有快速的響應(yīng)速度的技術(shù)限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]【技術(shù)問題】
[0007]本公開內(nèi)容旨在提供一種抽取深度信息的TOF攝影機(jī)裝置。
[0008]【技術(shù)解決方案】
[0009]根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，攝影機(jī)裝置包括:光輸出單元，其輸出IR(紅外)光；光輸入單元，光輸入單元包括多個像素，并且輸入有從光輸出單元輸出、然后從物體反射的光，所述多個像素均具有第一接收單元和第二接收單元；以及計算單元，計算單元利用輸入至光輸入單元的第一接收單元和第二接收單元的光量之差來計算距物體的距離，其中，攝影機(jī)裝置可以進(jìn)一步包括設(shè)置在光輸出單元與物體之間的第一透鏡和第二透鏡，第一透鏡使從光輸出單元輸出的光沿著第一方向折射，而第二透鏡使從光輸出單元輸出的光沿著第二方向折射。
[0010]攝影機(jī)裝置可以進(jìn)一步包括:電源單元，其向第一透鏡和第二透鏡施加電壓。
[0011]可以向第一透鏡和第二透鏡施加不同的電壓。
[0012]第一透鏡和第二透鏡中的至少之一可以包括玻璃基板、布置在玻璃基板上的聚合物、布置在聚合物上的玻璃膜以及布置在玻璃膜上的壓電元件。
[0013]電源可以被連接至壓電元件。
[0014]聚合物的形狀可以根據(jù)施加至壓電元件的電壓而變化，并且透鏡的折射率和折射方向中的至少之一可以根據(jù)聚合物的形狀而變化。
[0015]第一方向和第二方向可以形成90°的角。
[0016]第一接收單元可以在接通光源時被激活，而第二接收單元可以在斷開光源時被激活。
[0017]攝影機(jī)裝置可以進(jìn)一步包括:光傳輸構(gòu)件，其布置在光輸出單元與第一透鏡之間，以將從光輸出單元輸出的光傳輸至第一透鏡。
[0018]根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，攝影機(jī)裝置包括:光輸出單元，其輸出IR(紅外)光；光輸入單元，光輸入單元輸入有從光輸出單元輸出、然后從物體反射的光；以及計算單元，計算單元利用輸入至光輸入單元的光量來計算距物體的距離，其中，攝影機(jī)裝置可以進(jìn)一步包括多個透鏡，多個透鏡依次布置在光輸出單元與物體之間，并且多個透鏡的折射率和折射方向中的至少之一可以被調(diào)整為根據(jù)施加至多個透鏡中的每一個的電壓而彼此不同。
[0019]所述多個透鏡可以包括可調(diào)透鏡。
[0020]所述多個透鏡可以以預(yù)定的間隔固定在透鏡保持器中。
[0021]【有益效果】
[0022]根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，TOF攝影機(jī)可以以小的尺寸簡單地實現(xiàn)，并且由于容易組裝而能夠提高批量生產(chǎn)。另外，由于高的光學(xué)效率而能夠精確地抽取深度信息，并且能夠降低功耗。特別地，即使在沒有使用掃描儀的情況下，也可以用光以快的速度對物體的前表面進(jìn)行輻射。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的框圖。
[0024]圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的光輸出單元的框圖。
[0025]圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的光輸入單元的結(jié)構(gòu)。
[0026]圖4是用于描述通過根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF裝置的計算單元來計算距物體的距離的方法的圖。
[0027]圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF裝置。
[0028]圖6和圖7是包括在根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置中的透鏡的截面圖。
[0029]圖8和圖9示出了分別施加至包括在根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡的電壓。
[0030]圖10是用于描述由于施加至包括在TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡的不同電壓而沿著X軸方向和y軸方向進(jìn)行掃描的圖。
【具體實施方式】
[0031]由于可以對本公開內(nèi)容作出各種修改，并且本公開內(nèi)容可以具有各種實施方式，因此將在附圖中示出和描述特定的實施方式。然而，這不是將本公開內(nèi)容限制于特定的實施方式，并且包括在本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)的所有的變型、等同和替代應(yīng)該被理解為屬于本公開內(nèi)容。
[0032]雖然可以使用包括序數(shù)詞(諸如第一和第二)的術(shù)語來描述各種元件，但是元件不受術(shù)語的限制。術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件與另一元件的目的。例如，在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，第二元件可以被稱為第一元件，同樣，第一元件也可以被稱為第二元件。術(shù)語“和/或”包括多個相關(guān)描述項的組合或者在多個相關(guān)描述項之中的任一項。
[0033]當(dāng)提及某個元件被“連接”或“鏈接”至另一元件時，盡管所述某一元件可以直接連接或鏈接至其它元件，但是應(yīng)該理解的是，在這兩個元件之間可以存在另一元件。另一方面，當(dāng)提及某一元件“直接連接”或“直接鏈接”至另一元件時，應(yīng)該理解的是，在這兩個元件之間不存在其它元件。
[0034]在本申請中所使用的術(shù)語僅用于描述特定的實施方式，而非旨在限制本公開內(nèi)容。單數(shù)表達(dá)包括復(fù)數(shù)表達(dá)，除非在上下文中清楚地另外指出。在本申請中，術(shù)語(例如“包括”或“具有”)應(yīng)該被理解為表明特征、數(shù)目、步驟、操作、元件、部件或其組合的存在，而非預(yù)先排除一個或更多個其它的特征、數(shù)目、步驟、操作、元件、部件或其組合的存在或增加的可能性。
[0035]除非另外地定義，否則本文中所使用的包括技術(shù)術(shù)語或科學(xué)術(shù)語的所有的術(shù)語具有與本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的含義相同的含義。例如在常用字典中所定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與相關(guān)技術(shù)的上下文中的含義一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化或者過分形式化的意思，除非在本文中這樣限定。
[0036]下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述實施方式，同時將相同的附圖標(biāo)記給予相同或相應(yīng)的元件，盡管在附圖和重復(fù)描述中將省略這些相同或相應(yīng)的元件。
[0037]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的框圖，圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的光輸出單元的框圖，圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置的光輸入單元的結(jié)構(gòu)，以及圖4是用于描述通過根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF裝置的計算單元來計算距物體的距離的方法的圖。
[0038]參照圖1，T0F攝影機(jī)裝置100包括光輸出單元110、光調(diào)整單元120、光輸入單元130和計算單元140。
[0039]光輸出單元110輸出紅外(IR)光。IR光可以例如是具有800nm或更長的波段的光。參照圖2，光輸出單元110包括光源112和光轉(zhuǎn)換單元114。光源可以包括激光二極管(LD)或投射紅外線的發(fā)光二極管(LED)中的至少之一。另外，光轉(zhuǎn)換單元114可以對從光源112輸出的光進(jìn)行調(diào)制。例如，光轉(zhuǎn)換單元114可以對從光源112輸出的光執(zhí)行脈沖調(diào)制或者相位調(diào)制。因此，光輸出單元110可以輸出光同時使得光源以每隔預(yù)定的時間間隔閃爍。
[0040]再次參照圖1，光調(diào)整單元120調(diào)整光的角度，使得從光輸出單元110輸出的光朝著物體的前表面輻射。
[0041]同時，光輸入單元130輸入有從光輸出單元110輸出、然后從物體反射的光。光輸入單元130可以將輸入光轉(zhuǎn)換成電信號。光輸入單元130可以是包括光電二極管(PD)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的圖像傳感器。
[0042]參照圖3，光輸入單元130包括所布置的多個像素132。每個像素可以包括同相接收單元132-1和異相接收單元132-2。參照圖4，同相接收單元132-1可以在接通光源時被激活，而異相接收單元132-2可以在斷開光源時被激活。這樣，當(dāng)同相接收單元132-1和異相接收單元132-2以不同的時間差被激活時，根據(jù)距物體的距離所接收的光量產(chǎn)生差。例如，當(dāng)物體在TOF攝影機(jī)裝置的正前方(即當(dāng)距離=0)時，從光輸出單元110輸出的光被反射所花費的時間是O，使得光源的閃爍周期變成光接收周期而沒有變化。因此，僅同相接收單元132-1接收光，而異相接收單元132-2不接收光。在另一示例中，當(dāng)物體與TOF攝影機(jī)裝置間隔開預(yù)定的距離時，從光輸出單元110輸出的光被反射所花費的時間使得光源的閃爍周期變得與光接收周期不同。因此，在通過同相接收單元132-1和異相接收單元132-2接收的光量之間廣生差。
[0043]再次參照圖1，計算單元140利用在輸入至同相接收單元132-1和異相接收單元132-2的光量之間的差來計算距物體的距離。
[0044]通常，光調(diào)整單元120可以包括對朝著物體輻射的光的角度進(jìn)行調(diào)整的掃描儀。從光源輸出的光可以到達(dá)掃描儀，并且光可以根據(jù)掃描儀的旋轉(zhuǎn)而被朝著物體的前表面福射。從物體輻射的光可以被掃描儀反射，并且然后再次輸入至光輸入單元130中。同時，致動器可以連接至掃描儀，并且掃描儀可以通過致動器來旋轉(zhuǎn)。這里，致動器可以包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) JEMS指的是集成有微觀層面的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子電路的系統(tǒng)。根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，MEMS致動器可以利用電信號來細(xì)微地調(diào)整對物體進(jìn)行掃描的光的角度。
[0045]這樣，當(dāng)TOF攝影機(jī)裝置包括掃描儀時，部件的數(shù)目增加，并且難以以小尺寸實現(xiàn)該裝置。
[0046]根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，TOF攝影機(jī)裝置的光調(diào)整單元包括布置在光源與物體之間的用于對光進(jìn)行折射的兩個或更多個透鏡。因此，從光源輸出的光可以在即使沒有掃描儀的情況下朝著物體的前表面進(jìn)行輻射。
[0047]圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF裝置。
[0048]參照圖5，光源500輸出IR光。輸出的IR光可以是在光轉(zhuǎn)換單元中被脈沖調(diào)制或被相位調(diào)制的光。例如，光源500可以包括輸出具有短波長的光的激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)、具有多單元結(jié)構(gòu)的LED等。
[0049]從光源500輸出的IR光通過穿過第一透鏡510而沿著第一方向被折射。另外，穿過第一透鏡510的光通過穿過第二透鏡520而沿著第二方向被折射。這里，第一透鏡510和第二透鏡520可以布置在從光源500輸出的IR光的光軸上。第一透鏡510和第二透鏡520可以依次布置在光源500與物體之間。為此，第一透鏡510和第二透鏡520可以以預(yù)定的間隔固定在透鏡保持器中，并且透鏡保持器的中心和光源的中心可以布置在一條直線上。光源500、第一透鏡510和第二透鏡520也可以以預(yù)定的間隔依次容納在一個保持器中。
[0050]此外，第一方向和第二方向可以是彼此不同的方向。例如，當(dāng)?shù)谝环较蚴荴軸方向時，第二方向可以是y軸方向。因此，已經(jīng)穿過第一透鏡510和第二透鏡520的光可以被輻射至屏幕的X軸線和y軸線兩者。
[0051]這里，電源可以被連接至第一透鏡510和第二透鏡520，并且電源可以向第一透鏡510和第二透鏡520中的每一個施加電壓。施加至第一透鏡510和第二透鏡520的電壓可以調(diào)整第一透鏡510和第二透鏡520的折射率和折射方向中的至少之一。也就是說，可以向第一透鏡510和第二透鏡520施加不同的電壓來調(diào)整光的折射率和折射方向。為此，第一透鏡510和第二透鏡520中的至少之一可以是可調(diào)(T)透鏡。
[0052]輻射至物體的前表面的光被物體反射，并且到達(dá)光輸入單元530。例如，光輸入單元530可以包括光電二極管(PD)。已經(jīng)到達(dá)光輸入單元530的光被轉(zhuǎn)換成電信號，并且計算單元540利用經(jīng)轉(zhuǎn)換的電信號來計算距物體的距離。
[0053]同時，將從光源500輸出的IR光傳輸至第一透鏡510的光傳輸構(gòu)件550也可以設(shè)置在光源500與第一透鏡510之間。光傳輸構(gòu)件可以例如是聚光透鏡。
[0054]圖6和圖7是包括在根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置中的透鏡的截面圖。圖6示出了沒有向透鏡施加電壓的情況，而圖7示出了向透鏡施加電壓的情況。另外，圖8和圖9示出了分別施加至包括在根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡的電壓，以及圖10是用于描述由于施加至包括在TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡的不同電壓而沿著X軸方向和y軸方向進(jìn)行掃描的圖。
[0055]參照圖6和圖7，包括在根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的TOF攝影機(jī)裝置中的透鏡600包括玻璃基板610、設(shè)置在玻璃基板的一個表面處的聚合物620、設(shè)置在聚合物的一個表面處的玻璃膜630以及設(shè)置在玻璃膜的一個表面處的壓電膜640。壓電膜可以例如是壓電薄膜(piezo-film)。
[0056]此外，電源被連接至壓電膜640。當(dāng)向壓電膜640施加電壓時，壓力被施加至壓電膜640，并且聚合物620的形狀可以發(fā)生變形。聚合物620的厚度、形狀等可以根據(jù)施加至壓電膜640的電壓的大小而變化，并且穿過透鏡的光的折射率和折射方向可以根據(jù)聚合物620的厚度、形狀等而變化。透鏡600可以例如是可調(diào)透鏡。
[0057]參照圖8至圖10，可以向包括在TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡施加不同的電壓，以掃描包括物體的區(qū)域。例如，可以向一個透鏡施加預(yù)定的電壓來對光進(jìn)行折射，使得能夠沿著X軸方向掃描。另外，可以向剩余的透鏡施加不同的電壓來對光進(jìn)行折射，使得能夠沿著y軸方向掃描。
[0058]同時，也可以利用施加至包括在TOF攝影機(jī)裝置中的兩個透鏡的電壓來調(diào)整掃描區(qū)域的范圍。例如，可以向透鏡對較窄的要被掃描的區(qū)域(即包括物體的區(qū)域)施加較低的電壓，以及向透鏡對較寬的要被掃描的區(qū)域施加較高的電壓。聚合物的形狀可以由于施加至透鏡的較低的電壓而變形較小的程度，使得光可以在較窄的范圍內(nèi)折射，以及聚合物的形狀可以由于施加至透鏡的較高的電壓而變形較大的程度，使得光可以在寬的范圍內(nèi)折射。
[0059]盡管已經(jīng)參照本公開內(nèi)容的示例性實施方式描述了本公開內(nèi)容，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可以在不脫離在所附權(quán)利要求中所描述的本公開內(nèi)容的精神和領(lǐng)域的范圍內(nèi)以各種方式對本公開內(nèi)容作出各種修改和改變。
【主權(quán)項】
1.一種攝影機(jī)裝置，包括: 光輸出單元，其被配置為輸出IR(紅外)光； 光輸入單元，其包括多個像素并且被配置為輸入有從所述光輸出單元輸出、然后從物體反射的光，每個像素具有第一接收單元和第二接收單元;以及 計算單元，其被配置為利用輸入至所述光輸入單元的第一接收單元和第二接收單元的光量之差來計算距所述物體的距離， 其中，所述攝影機(jī)裝置進(jìn)一步包括設(shè)置在所述光輸出單元與所述物體之間的第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡被配置為使從所述光輸出單元輸出的光沿著第一方向折射，并且所述第二透鏡被配置為使從所述光輸出單元輸出的光沿著第二方向折射。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝影機(jī)裝置，進(jìn)一步包括:電源單元，其被配置為向所述第一透鏡和所述第二透鏡施加電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝影機(jī)裝置，其中，不同的電壓被施加至所述第一透鏡和所述第二透鏡。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡中的至少之一包括玻璃基板、布置在所述玻璃基板上的聚合物、布置在所述聚合物上的玻璃膜以及布置在所述玻璃膜上的壓電元件。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述電源被連接至所述壓電元件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述聚合物的形狀根據(jù)施加至所述壓電元件的電壓而變化，并且透鏡的折射率和折射方向中的至少之一根據(jù)所述聚合物的形狀而變化。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述第一方向和所述第二方向形成90°的角。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述第一接收單元在接通光源時被激活，而所述第二接收單元在斷開所述光源時被激活。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝影機(jī)裝置，進(jìn)一步包括:光傳輸構(gòu)件，其布置在所述光輸出單元與所述第一透鏡之間，以將從所述光輸出單元輸出的光傳輸至所述第一透鏡。10.—種攝影機(jī)裝置，包括: 光輸出單元，其被配置為輸出IR(紅外)光； 光輸入單元，其被配置為輸入有從所述光輸出單元輸出、然后從物體反射的光；以及 計算單元，其被配置為利用輸入至所述光輸入單元的光量來計算距所述物體的距離，其中: 所述攝影機(jī)裝置進(jìn)一步包括:多個透鏡，其依次布置在所述光輸出單元與所述物體之間；并且 所述多個透鏡的折射率和折射方向中的至少之一被調(diào)整為根據(jù)施加至所述多個透鏡中的每一個的電壓而彼此不同。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述多個透鏡包括可調(diào)透鏡。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的攝影機(jī)裝置，其中，所述多個透鏡以預(yù)定的間隔被固定在透鏡保持器中。
【文檔編號】G01B11/22GK105940669SQ201580006648
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月28日
【發(fā)明人】李相賢, 李基錫, 李世揆, 鄭星基
【申請人】Lg伊諾特有限公司