CN101366272A - 用于无线设备的光学记录装置 - Google Patents

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Abstract

所提出的发明涉及一种用于无线电子设备的光学记录装置。它解决了在暗光条件下使用相机的问题，并且尤其是在暗光条件下使用视频会议相机的问题。它包括可操作地接收红外光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的红外线记录装置；可操作地接收可见光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的彩色记录装置；和可操作地转送来自红外线记录装置和/或彩色记录装置的数据的接口装置。

Description

用于无线设备的光学记录装置
技术领域
所提出的发明涉及一种用于无线电子设备的光学记录装置。它解决了在暗光条件下使用相机的问题，并且尤其是在暗光条件下使用视频会议相机的问题。
背景技术
目前用在移动电话中的现有数码相机可以通常在低至5到10lux的光等级下使用。不过在这样的暗光条件下，图像质量很差。
现有的移动电话使用白色发光二极管(LED)作为辅助光源。该LED使得即使在完全黑暗的情况下也能使用相机成为可能。
某些电话甚至可能拥有氙闪光灯(放电管)。从技术/图像质量的角度出发，认为氙闪光灯解决方案是最佳选择。不过这种解决方案仅能够用于静止图像。LED解决方案能够用于静止图像和视频记录/视频会议。白色LED解决方案有若干缺点。由于耗电和散热问题，因此范围局限于大约0.5m(连续使用)。这对视频记录来说是一项苛刻的限制。虽然0.5m对于主要目的是展示进行通话的人的视频会议来说是足够的，但是出现了另一个问题。强光LED直接朝着人眼照射是非常烦人的。用户还可能希望在公共场合使用电话时避免受人瞩目。视频会议相机的指向通常是与电话主相机的指向相反的，不能利用主相机LED的优势。额外LED的成本跟整个摄像机本身的成本差不多。
按照现有技术在暗光条件下进行记录的另一种可能是从Sony摄像机以及监视设备中已知的夜视技术。这种技术利用了这样的事实：互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件(CCD)图像传感器对红外线(IR)十分敏感。原本为正常使用设计的数码相机具有红外线截止滤光器，为的是降低相机对可见射线的敏感度。没有这个滤光器，彩色再现会变得很差。
带有视线开关的相机，比如Sony摄像机，具有可移动的IR截止滤光器。借助某种机械装置，可以将该滤光器移进或移出光路。这种相机通常配备有IR-LED，该LED用人眼不可见的射线照亮场景。IR-LED与夜视相机相结合比白光LED与标准彩色相机一起使用效率高得多。夜视的明显缺陷是只能产生黑白照片。
在移动电话中实现夜视相机比较困难，因为相机需要实现小型化并且对强健性有很高的要求。可移动滤光器是切实可行的，但是会增加成本、尺寸和风险。可移动滤光器解决方案的另一个问题是，彩色相机具有附着到传感器的各个像素的彩色马赛克滤光器。需要红色、绿色和蓝色滤光器来获取彩色照片，但是会降低夜视模式的效率。这个彩色滤光器阵列是传感器的必要组成部分，不能将其移除。
发明内容
该问题由按照权利要求1的本发明解决，其中用于无线电子设备的光学记录装置包括可操作地接收红外光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的红外线记录装置；可操作地接收可见光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的彩色记录装置；和可操作地转送来自红外线记录装置和/或彩色记录装置的数据的接口装置。
有利地，红外线记录装置包括记录红外光谱内的光的图像传感器；和将光聚焦在图像传感器上的聚焦装置。
有利地，彩色记录装置包括记录可见光谱内的光的彩色图像传感器；将光聚焦在图像传感器上的聚焦装置；和过滤红外光谱内的光的红外线截止滤光器。
有利地，两个聚焦装置总是同时聚焦在由红外线记录装置和/或彩色记录装置记录的同一目标范围上。
有利地，彩色图像传感器包括将可见光谱内的光分离成它的基本光的彩色滤光器阵列；和记录可见光谱内的光的图像传感器。
有利地，光学记录装置包括包含接口装置、图像传感器和彩色图像传感器的集成芯片；可操作地分隔彩色记录装置和红外线记录装置之间的空间的空间分隔装置；和具有开口并且可操作地贮存集成芯片和空间分隔装置的不透明外壳。
有利地，接口装置与处理装置或者处理装置的一部分连接，从而所述处理装置可操作地处理来自于红外线记录装置和/或彩色记录装置的数据。
有利地，处理装置每次处理来自于红外线记录装置或彩色记录装置的数据。
有利地，处理装置包括数字信号处理器。
有利地，安装装置位于开口内并且可操作地支撑聚焦装置和红外线截止滤光器。
有利地，红外线截止滤光器是固定地设置在安装装置中的。
有利地，聚焦装置是以不可更改的焦距固定地设置在安装装置中的。
有利地，聚焦装置是通过在安装装置中的支撑位置彼此相关联的。
有利地，聚焦装置是通过可操作地更改聚焦装置的焦距的焦距变更装置彼此相关联的。
有利地，自动聚焦装置可操作地对聚焦装置之一自动进行聚焦的，优先地是对图像传感器在当前光照条件下具有较好图像分辨率的那个聚焦装置进行自动聚焦。
有利地，按照前述权利要求之一所述的光学记录装置包括可操作地用红外光谱内的光照亮环境的红外线发光二极管。
有利地，包括按照前述权利要求之一的光学记录装置的电子系统和电子设备。
本发明与现有技术相比具有不需要或需要很少活动部件的优点。红外线截止滤光器例如不需要活动部件。这样，设计的强健性、简单性和小的设备尺寸都是能够实现的。
另一个优点是不同装置的资源共享，例如用于记录装置的集成芯片，产生了低成本。
还有另一个优点是与现有技术的运动滤光器设计相比，红外线记录装置的灵敏度较高，因此在红外线记录装置中没有设置彩色滤光器阵列。虽然运动滤光器设计的传感器记录红外和可见光二者，但是必须总是配备彩色滤光器阵列来降低灵敏度。
另一个优点是，在从彩色记录装置切换到红外线记录装置或者反过来时，不需要重新聚焦。
所提出的发明可以应用于大多数数码相机，但是尤其适用于移动电话中的视频电话。
所提出的发明是两个相机设计。将两个相机置于一个模块内，在这两个相机之间资源共享。获得了成本、尺寸和功能方面的收益，下面将对此加以介绍。
附图说明
在下面的介绍中，将针对所附的附图更加详细地解释本发明，其中
图1示出包括光学记录装置的实施方式的无线电子设备的例子。
图2示出本发明的光学记录装置的实施方式的总体示意图。
图3示出本发明的彩色记录装置的示意图。
图4示出本发明的彩色图像传感器的示意图。
图5示出本发明的红外线记录装置的示意图。
图6示出本发明的实施方式的截面图。
图7示出本发明的聚焦装置的例子。
图8示出本发明的聚焦装置的例子。
图9示出本发明的集成芯片的总布局图。
图10示出包括附加红外光源的光学记录装置的示意图。
具体实施方式
图1示出包括光学记录装置99的实施方式的无线电子设备；术语电子设备包括便携式无线电通信设备。术语便携式无线电通信设备(其下文中称为移动无线电终端)包括诸如移动电话、寻呼机、通信器(即，电子组织器)、智能电话之类的所有设备。这样，蜂窝电话90和光学记录装置99所处的位置仅仅是实例。
图2示出本发明的实施方式的总体示意图，其中光学记录装置99包括红外线记录装置2、彩色记录装置1和接口装置3。
红外线记录装置2被设计为用来接收红外光谱内的光、将该光聚焦在记录装置上并且将图像转换成可处理的数据。可由红外线记录装置2记录的光的波长在红外光谱中的范围从大约750nm到大约1000nm。在低于10lux的暗光条件下进行记录时，可以有利地利用红外线记录装置2。彩色记录装置1被设计为用来接收可见光谱内的光、将该光聚焦在记录装置上并且将图像转换成可处理的数据。可由彩色记录装置1记录的光的波长在可见光谱内的范围从大约380nm到大约750nm。在高于10lux的正常或良好光照条件下进行记录时，可以有利地利用彩色记录装置1。
接口装置3接收来自于记录装置的数据并且将该数据转送到下一个单元，优选地转送到处理装置。
这一实施方式位于图1中所示的无线电子设备中。
图3示出本发明的图2中的光学记录装置的彩色记录装置1的示意图。它包括聚焦装置51、红外线截止滤光器7和彩色图像传感器12。
彩色记录装置1与图2中所示的彩色记录装置相同。
聚焦装置51接收来自于对象的光并且将其聚焦在彩色图像传感器12上。聚焦装置51可以包括多个光学部件的整套系统或者仅仅一个部分。即将到达彩色图像传感器12的光由红外线截止滤光器7加以过滤。在光碰到彩色图像传感器12之前，红外线截止滤光器7截止红外光谱的光。彩色图像传感器12接收该光并且按照光的波长和/或强度将其转换为电子数据。
图4示出本发明的彩色图像传感器12的示意图。它包括彩色滤光器阵列121和图像传感器122。彩色滤光器阵列121将可见光谱的光分离为它的基本色。取决于图像传感器122的属性，彩色滤光器阵列121包括典型的彩色图案，例如红色、绿色和蓝色或者青色、品红和黄色。在光行经彩色滤光器阵列121之后，它到达图像传感器122，图像传感器122按照光的波长和/或强度将光转换为电子数据。
图5示出本发明的红外线记录装置2的示意图。它包括聚焦装置52和图像传感器123。红外线记录装置2的任务与图1中所示的红外线记录装置的任务相同。聚焦装置52的任务与图2中所示的任务相同，并且图像传感器123的任务与图3中所示的任务相同。由于没有对入射光应用彩色滤光器阵列121，因此与使用彩色滤光器阵列在同一传感器上记录颜色和红外线二者的现有相机相比，对于红外光可以获得更高的灵敏度。
图6示出本发明的实施方式的截面图。它包括外壳4、空间分隔装置9、集成芯片6、红外线截止滤光器7、两个聚焦装置51和52以及安装装置8。
外壳4是不透明的，以避免光从所要成像的对象不通过聚焦装置51或52来入射。它还包括开口10，其中设置安装装置8。外壳4的宽度必须足以容纳集成芯片6并且高度必须足以使得聚焦装置51和52能够实现合理的聚焦，并且必须具有足以容纳彩色记录装置1的额外红外线截止滤光器7的空间。
在外壳4中使用了空间分隔装置9来分隔位于图像传感器123与其聚焦装置52之间的空间和位于彩色图像传感器12、红外线截止滤光器7及其聚焦装置51之间的另一个空间。这样可以同时且独立地记录两个图像，而不会有去往另一个传感器的光入射。因而，一个图像仅仅记录红外光，而另一个图像仅仅记录可见光。
集成芯片6位于外壳4的底部上并且包括作为集成部件的彩色图像传感器12、图像传感器123和接口装置3。
安装装置8设置在外壳4的开口10中并且包括聚焦装置51和52以及红外线截止滤光器7。如果需要，安装装置8能够移向集成芯片6和从集成芯片6移除，稍后将对此进行介绍。红外线截止滤光器7固定地设置在安装装置8中。这样，与现有技术相比，设计的强健性、简单性和小的相机尺寸都得到了保证。聚焦装置51和52与图2和4中所示的聚焦装置相同。红外线截止滤光器7与图2中所示的相同。彩色记录装置1和红外线记录装置2分别是按照图2和3那样被设置的。为了不对记录范围重新聚焦允许在彩色记录装置1和红外线记录装置2之间的简单切换，必须要对两种记录装置的图像同时进行聚焦；与本发明的实施方式能够实现的目标范围无关。关于如何使聚焦装置51和52彼此关联起来，有三种可行的解决方案，下面对此加以介绍：
将安装装置8放置在开口10内并且该安装装置8能够移向集成芯片6及其传感器123和12和从集成芯片6及其传感器123和12移除。由于聚焦装置51和52是固定地设置在安装装置8中的，因此在相机组装期间必须对它们进行校准，以确保在任何时候针对红外线记录装置2和彩色记录装置1的同一记录范围实现图像同时聚焦。另一种可行方案是由聚焦装置51和52自身实现聚焦，而不是移动安装装置8。以在从红外线记录装置2切换到彩色记录装置1或者反过来时避免重新聚焦的方式，将聚焦装置51和52在任何时候都彼此关联起来。这样当一旦对象得到了聚焦时，切换记录装置1和2，图像将保持聚集。聚焦是通过下面将要介绍的焦距变更装置实现的。
在另一种可行方案中，聚焦装置51和52是在组装期间聚焦在同一焦距上的。这一焦距在组装完成之后不可更改，因为聚焦装置51和52以及它们的安装装置8是不能移动的，并且也不存在可操作地更改焦距的其它装置；这样聚焦装置51和52是固定地设置在安装装置8中的。这一焦距是依据应用针对特定范围而选择的。
图7示出本发明的聚焦装置53的例子。它包括双凸面透镜53。
但是它也可以包括例如平面凸透镜53。这些例子图解说明了聚焦装置是一个透镜53的简单系统，而不是多个光学部件的复杂系统。
图8示出本发明的聚焦装置57的例子。它包括代表多个光学部件的系统的两个双凸面透镜和焦距变更装置72。
对于双凸面透镜还有其它的例子，可以包括棱镜和其它类型的透镜，比如凹透镜。对于焦距变更装置72，除了图8中所示的聚焦变更装置之外，还有其它的例子。这一装置是利用轨道系统和齿轮来工作的，轨道系统和齿轮将一个透镜移离或移向另一个透镜，以更改焦距。可移动的透镜设置在轨道系统上。
图9示出本发明的集成芯片6的布局的例子。它包括两个图像传感器(一个用于可见光，另一个用于红外光)和接口装置11。
一个传感器用于彩色记录装置1并且配备有彩色滤光器阵列121。另一个传感器用于红外线记录装置2。这两个传感器优先地具有相同的类型以降低成本，并且设计成用来识别红外光和可见光。虽然传感器123和122是同一类型，但彩色图像传感器与记录红外光的图像传感器的区别在于彩色滤光器阵列。这样，这两个图像传感器123和122都能够记录红外线和可见光二者；取决于它们是否配备有彩色记录阵列121和/或该红外线截止滤光器7。传感器122和123本身优先地是CIF格式的，但是也可以是对红外射线敏感并且能够成像的任何其它电子传感器。
接口装置11可操作地接收和转送来自于图像传感器和/或彩色图像传感器的数据，如图2所示。该接口装置与处理装置或与处理装置的一部分连接，所述处理装置可操作地对由接口装置11转送的来自于传感器的数据进行处理并且处置图像处理和/或通信任务。该处理装置是数字信号处理器11。它一次处理一个传感器的记录数据。这一处理装置仅仅是一个例子，对于处理装置，有可能存在其它的实现方式。还有一种可行方案是同时记录两个传感器的数据。该处理装置位于集成芯片6上，但是也可以位于外壳内单独的芯片上或者位于外壳外的单独芯片上。
图10示出本发明的光学记录装置99的示意图。它包括红外光源和自动聚焦装置101。
这个光源发射红外光并且帮助照亮所要成像的环境和对象。优先地，该光源是由LED 100形成的，以节约移动电话的能量。虽然红外线记录装置2能够在暗光条件下记录比彩色记录装置1更好的图像，但是红外光源大大改善了图像质量，以象红外LED这样的很小且节能的红外光源为折衷。
有利地，本发明的可能布置还包括用于对聚焦装置之一自动进行聚焦的自动聚焦装置101，优先地是对其图像传感器在特定的光照条件下具有较好图像分辨率的那个聚焦装置进行自动聚焦。在暗光条件下，选用红外线记录装置，并且在正常光照或良好光照条件下，选用彩色记录装置。
下面是图像传感器123和122的格式的例子：视频电话目前的图像分辨率限于QCIF格式(176×144像素)。由于颜色内插处理的影响，QCIF传感器不能产生最大锐度的可能图像。使用CIF格式的传感器(352×288像素)并且采用数字方式降低图像格式，会产生较好的结果。使用更高分辨率(例如VGA，640×480像素)的解决方案也是可行的传感器实现形式。

Claims (17)

1.一种用于无线电子设备的光学记录装置，包括可操作地接收红外光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的红外线记录装置，
可操作地接收可见光谱内的光并且根据所接收的光记录数据的彩色记录装置，和
可操作地转送来自红外线记录装置和/或彩色记录装置的数据的接口装置。
2.按照前述权利要求之一所述的光学记录装置
其中红外线记录装置包括
可操作地记录红外光谱内的光的图像传感器，和
可操作地将光聚焦在图像传感器上的聚焦装置。
3.按照前述权利要求之一所述的光学记录装置
其中彩色记录装置包括
可操作地记录可见光谱内的光的彩色图像传感器，
可操作地将光聚焦在图像传感器上的聚焦装置，和
可操作地过滤红外光谱内的光的红外线截止滤光器。
4.按照权利要求2和3之一所述的光学记录装置
其中两个聚焦装置总是同时聚焦在由红外线记录装置和/或彩色记录装置记录的同一目标范围上。
5.按照权利要求3或4之一所述的光学记录装置
其中彩色图像传感器包括
可操作地将可见光谱内的光分离成它的基本光的彩色滤光器阵列，和
可操作地记录可见光谱内的光的图像传感器。
6.按照前述权利要求之一所述的光学记录装置，包括
包括接口装置、图像传感器和彩色图像传感器的集成芯片，
可操作地分隔彩色记录装置和红外线记录装置之间的空间的空间分隔装置，和
具有开口并且可操作地贮存集成芯片和空间分隔装置的不透明外壳。
7.按照权利要求6所述的光学记录装置，
其中接口装置与处理装置或者处理装置的一部分连接，
从而所述处理装置可操作地处理来自于红外线记录装置和/或彩色记录装置的数据。
8.按照权利要求7所述的光学记录装置，
其中处理装置每次处理来自于红外线记录装置或彩色记录装置的数据。
9.按照权利要求7或8之一所述的光学记录装置
其中处理装置包括数字信号处理器。
10.按照权利要求6到9和4之一所述的光学记录装置
其中安装装置位于开口内并且可操作地支撑聚焦装置和红外线截止滤光器。
11.按照权利要求10所述的光学记录装置
其中红外线截止滤光器是固定地设置在安装装置中的。
12.按照权利要求6到11和4之一所述的光学记录装置
其中聚焦装置是以不可更改的焦距固定地设置在安装装置中的。
13.按照权利要求6到11和4之一所述的光学记录装置
其中聚焦装置是通过在安装装置中的支撑位置彼此相关联的。
14.按照权利要求6到11和4之一所述的光学记录装置
其中聚焦装置是通过可操作地更改聚焦装置的焦距的焦距变更装置彼此相关联的。
15.按照权利要求13或14之一所述的光学记录装置，
包括可操作地对聚焦装置之一自动进行聚焦的自动聚焦装置，优先地是对图像传感器在当前光照条件下具有较好图像分辨率的那个聚焦装置进行自动聚焦。
16.按照前述权利要求之一所述的光学记录装置
包括可操作地用红外光谱内的光照亮环境的红外线发光二极管。
17.包括按照前述权利要求之一的光学记录装置的电子系统和电子设备。
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