CN110351454A - 红外相机模块及其图像传感器以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种红外相机模块及其图像传感器以及电子装置。所述红外相机模块包括：镜头，被构造为通过使光折射而聚焦；滤光器，被构造为允许入射在所述镜头上的波长处于红外波段的光穿过所述滤光器；图像传感器，被构造为基于波长处于红外波段的所述光来产生距物体的距离信息；以及致动器，被构造为在一个方向上驱动所述镜头并调节所述镜头的焦距。

Description

红外相机模块及其图像传感器以及电子装置
本申请要求于2018年4月6日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0040372号韩国专利申请的优先权的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本公开涉及一种红外相机模块及其图像传感器以及电子装置。
背景技术
为了识别距空间中的物体的距离，使用飞行时间(TOF)红外相机。TOF红外相机具有TOF传感器，该TOF传感器被构造为基于从红外光源发射的光从物体反射并返回到相机所花费的时间来计算距物体的距离。通常，TOF红外相机聚焦在特定点上并接收从物体反射的光。
然而，近来，TOF红外相机已在增强现实中被广泛应用于突出显示物体的焦外成像(Bokeh)技术、用于扫描物体且以三维形式显示物体图像的3D再现技术、用于提取用户的面部的特征并认证用户的用户识别技术等。相应地，已需要改变TOF红外相机的焦距。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种能够改变焦距的红外相机模块、红外相机模块的图像传感器以及电子装置。
根据本公开的一方面，一种红外相机模块包括：镜头，被构造为通过使光折射而聚焦；滤光器，被构造为允许入射在所述镜头上的波长处于红外波段的光穿过所述滤光器；图像传感器，被构造为基于波长处于红外波段的所述光来产生距物体的距离信息；以及致动器，被构造为在一个方向上驱动所述镜头并调节所述镜头的焦距。
根据本公开的另一方面，一种图像传感器包括：像素阵列，被构造为接收波长处于红外波段的光；以及距离信息产生部，被构造为连接到所述像素阵列并基于波长处于红外波段的所述光来计算距物体的距离信息，其中，所述距离信息产生部将根据使所述光聚焦的镜头的焦距确定的校正参数应用于所述距离信息。
根据本公开的另一方面，一种电子装置包括：红外相机模块，被构造为包括接收波长处于红外波段的光的图像传感器和调节使所述光聚焦的镜头的焦距的致动器；以及主机，被构造为基于波长处于红外波段的所述光来计算距物体的距离信息。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征及优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示出根据本公开中的示例性实施例的红外相机模块的距离测量方法的概念图；
图2是示出根据本公开中的示例性实施例的红外相机模块的截面图；
图3是示出根据本公开中的示例性实施例的电子装置的主要部分的框图；
图4是示出根据本公开中的另一示例性实施例的电子装置的主要部分的框图；以及
图5是根据本公开中的另一示例性实施例的电子装置的主要部分的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。足够详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。应理解的是，本发明的各种实施例虽然不同，但不一定是相互排斥的。例如，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，在本公开的实施例中作为示例描述的结构、形状和尺寸可在另一示例性实施例中实现。此外，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对示例性实施例中的元件的位置或布置进行修改。因此，以下详细描述不应被视为限制意义，并且本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求连同权利要求所赋予的等同物的全部范围而限定。在附图中，相同的元件将由相同的附图标记表示。
图1是示出根据示例性实施例的红外相机模块的距离测量方法的概念图。
参照图1，根据示例的红外相机模块100可包括输出光的光输出部110和图像传感器120。
光输出部110可将具有预定周期的脉冲光照射在物体上。照射在物体上的光可从物体反射并被提供到图像传感器120。光输出部110可包括至少一个光源，光源可包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的一者。从光输出部110输出的光可具有红外波段的波长。根据示例，引导光的路径的引导构件可布置在光输出部110的前部中，从光输出部110照射的脉冲光可通过引导构件以目标角度照射到物体。
图像传感器120可接收从物体反射的脉冲光。图像传感器120可基于接收到的从物体反射的光而产生光输出部110与物体之间的距离信息。例如，图像传感器120可基于从物体反射的光的延迟时间来计算光输出部110与物体之间的距离。
图像传感器120可包括具有多个像素的像素阵列。多个像素可以以矩阵形式布置。用于产生光输出部110与物体之间的距离信息的电路可嵌入在像素阵列的多个像素中的每个像素中，并且可在多个像素中的每个像素中产生光输出部110与物体之间的距离信息。图像传感器120可根据从以矩阵形式布置的多个像素输出的距离信息来计算矩阵形式的距离信息。
根据示例，多个距离信息产生电路可单独地布置在多个像素的外部，并且距离信息产生电路可连接到多个像素。距离信息产生电路可基于在多个像素中接收到的光来产生多条距离信息。
图2是示出根据示例性实施例的红外相机模块的截面图。
图2中的示例中的红外相机模块中的光输出部110和图像传感器120可与图1中的示例中的红外相机模块中的光输出部110和图像传感器120相同，因此对其的重复描述将不再重复。
参照图2，红外相机模块100可包括光输出部110、图像传感器120、基板130、镜头模块140、镜筒150和致动器160。
光输出部110可在红外相机模块100中布置在基板130上。然而，根据示例，光输出部110还可布置在其中采用红外相机模块的电子装置的一部分中。
图像传感器120可安装在基板130上。例如，图像传感器120可通过板上芯片法安装在基板130上。可在图像传感器120的上部中布置结合焊盘以实现板上芯片法，并且结合焊盘可通过线电连接到基板130。
基板130可实现为刚性印刷电路板和柔性印刷电路板中的至少一者。例如，基板130可包括在基板130的厚度方向上形成的过孔和布置在基板130的一个表面上的电路图案。基板130上的过孔和电路图案可提供电连接路径。
基板130可通过电路图案电连接到图像传感器120的线，并且基板130也可通过电路图案电连接到其中采用红外相机模块的电子装置的主机。换句话说，通过基板130，图像传感器120和电子装置的主机可彼此电连接。
存储器131可布置于基板130的一个表面。例如，存储器131可包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。根据示例，存储器131可嵌入在基板130中，并且存储器131可通过基板130上的过孔而电连接到图像传感器120。
集成电路132和无源器件133可连同图像传感器120一起安装在基板130上。例如，集成电路132可包括用于驱动致动器160的霍尔器件和驱动器IC，并且无源器件133可包括用于图像传感器120的电源端子的噪声过滤的电容器。
滤光器134可设置在镜头模块140和图像传感器120之间。滤光器134可包括IR滤光器，并且IR滤光器可允许入射到图像传感器120的预定红外波长带的光穿过。例如，IR滤光器可允许850nm至940nm的红外波段的光穿过。
镜头模块可包括至少一个镜头。镜头可允许从物体反射的光穿过。光可以被镜头折射以具有焦点。例如，镜头可包括红外镜头，红外镜头可包括塑料注射镜头或通过精密玻璃模制而加工的镜头。根据示例，红外穿透窗可设置在镜头模块140的前部中，以保护镜头。红外穿透窗可利用诸如CaF2、BaF2、聚乙烯等的材料形成。
镜筒150可具有容纳在其中的镜头模块140。镜筒150可连同镜头模块140在一个方向上(也就是说，在光学方向上)运动。为此，驱动磁体和驱动线圈中的一者可布置在镜筒150的与致动器160相对的一部分中。
致动器160可容纳镜筒150，并且可在一个方向上驱动镜筒150，以调节设置在镜头模块140中的镜头的焦距。
致动器160可包括音圈马达致动器(VCM)、表面记忆合金(SMA)致动器、压电致动器和液体镜头致动器中的一者。
例如，致动器160可包括设置为与附着到镜筒150的一部分的驱动磁体相对的驱动线圈。然而，根据示例，驱动磁体和驱动线圈的位置可彼此切换。具体地，驱动线圈可布置在镜筒150的一部分中，并且驱动磁体可设置为与驱动线圈相对。
致动器160可将驱动信号施加到与驱动磁体相对的驱动线圈并在光轴方上驱动镜头模块140，从而调节设置在镜头模块140中的镜头的焦距。
在设置在镜头模块140中的镜头的焦点固定的情况下，从物体反射的光可能无法被正确地提供到图像传感器120。例如，在镜头的焦点被设定为与在短距离处的物体对应、但是实际物体位于长距离处的情况下，或者在镜头的焦点被设定为与在长距离处的物体对应、但是实际物体位于短距离处的情况下，从物体反射的光可能无法被正确地提供到图像传感器120。在这种情况下，从物体反射特定距离的红外线可通过图像传感器120的数个或数十个像素而分散，图像的距离信息的分辨率可能会显著降低。例如，在具有VGA级的分辨率的图像传感器的情况下，如果正确地设定镜头的焦点，则可获得VGA级的距离信息，但是如果镜头失焦，则可获得低分辨率的距离信息(诸如VGA级分辨率的1/4、1/9等的降低分辨率)。具体地，围绕物体的边缘的距离信息计算的精度可能会显著降低。
根据示例的致动器160可通过调节设置在镜头模块140中的镜头的焦距而提高分辨率。
致动器160可根据红外相机模块的操作模式来确定镜头模块140的焦距。操作模式可通过其中采用红外相机模块的电子装置的主机而传输到红外相机模块。例如，当用户执行与每个模式对应的应用时，可改变红外相机模块的焦距。操作模式可包括至少两种操作模式，并且可根据至少两种操作模式来确定不同的焦距。
图3是示出根据示例性实施例的电子装置的主要部分的框图。
参照图3，根据示例的电子装置可包括红外相机模块100和主机200。
图像传感器120可包括像素阵列121、同步部122、距离信息产生部123、内存储器124、串行接口125和输出接口126。
像素阵列121可包括以矩阵形式设置的多个像素。多个像素可接收从物体反射的光。同步部122可使设置在光输出部110中的光源与像素阵列121的操作同步。例如，同步部122可使设置在光输出部110中的光源的光照射定时与像素阵列的操作被启动的定时同步。
距离信息产生部123可连接到像素阵列121的多个像素中的每个像素。距离信息产生部123可包括连接到多个像素的多个距离信息产生电路。多个距离信息产生电路可基于在多个像素中接收到的光来计算多条距离信息。
在图3中，距离信息产生部123被示出为与像素阵列121独立的组件，但是根据示例，距离信息产生电路可设置在像素阵列121中的每个像素中以计算距离信息。
距离信息产生部123可应用校正参数以校正计算的距离信息。校正参数可包括具有不同值的多个校正参数，并且多个校正参数可分别被分配在红外相机模块的多个操作模式中。
距离信息产生部123可将分配在特定操作模式中的校正参数应用于在操作模式中计算的距离信息并校正计算的距离信息。
例如，在操作模式被划分为第一模式(长距离模式)和第二模式(短距离模式)的情况下，分配在第一模式中的校正参数可应用于在执行第一模式时计算的距离信息，分配在第二模式中的校正参数可应用于在执行第二模式时计算的距离信息。校正参数可以是用于通过调节镜头与图像传感器之间的根据操作模式而改变的距离来计算高分辨率的距离信息的参数。
校正参数可存储在图像传感器120外部的存储器131中并提供。当执行与模式中的每个模式对应的应用时，存储在存储器131中的校正参数可通过串行接口125被加载到内存储器124中，内存储器124可将校正参数提供到距离信息产生部123，距离信息产生部123可参考校正参数。例如，内存储器124可包括静态随机存取存储器(SRAM)。最终在距离信息产生部123中产生的距离信息可通过输出接口126被提供到电子装置的主机200。
图4是示出根据另一示例性实施例的电子装置的主要部分的框图。
根据图4中的示例的电子装置与图3中的示例中的电子装置相似，因此对其的重复描述将不再重复，且将主要描述差异。
参照图4，图像传感器120可包括像素阵列121、同步部122、距离信息产生部123、内存储器124、输出接口126和一次性可编程(OTP)存储器127。
校正参数可存储在图像传感器120的OTP存储器127中。当执行与模式中的每个模式对应的应用时，存储在OTP存储器中的校正参数可被加载到内存储器124，内存储器124可将校正参数提供到距离信息产生部123，并且距离信息产生部123可参考校正参数。
图5是根据另一示例性实施例的电子装置的主要部分的框图。
根据图5中的示例的电子装置与图3中的示例中的电子装置相似，因此对其的重复描述将不再重复，且将主要描述差异。
参照图5，图像传感器120可包括像素阵列121、同步部122和输出接口126，并且主机200可包括距离信息产生部210和串行接口220。包括在图5中的示例的主机200中的距离信息产生部210可执行与包括在图3中的示例的图像传感器120中的距离信息产生部123的功能类似的功能。
距离信息产生部210可接收像素阵列121的多个像素信号并计算多条距离信息。主机200可加载存储在存储器131中的校正参数并将校正参数应用于计算的多条距离信息。当执行与模式中的每个模式对应的应用时，包括在存储器131中的校正参数可通过串行接口220被传输到距离信息产生部210，距离信息产生部123可参考校正参数。距离信息产生部123可基于校正参数校正计算的多条距离信息。
根据上述示例性实施例，可通过改变红外相机模块的焦距而提高计算的距离信息的分辨率。
虽然已经在上面示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行修改和变型。

Claims (13)

1.一种红外相机模块，包括：
镜头，被构造为通过使光折射而聚焦；
滤光器，被构造为允许入射在所述镜头上的波长处于红外波段的光穿过所述滤光器；
图像传感器，被构造为基于波长处于红外波段的所述光来产生距物体的距离信息；以及
致动器，被构造为在一个方向上驱动所述镜头并调节所述镜头的焦距。
2.根据权利要求1所述的红外相机模块，其中，所述致动器根据所述红外相机模块的操作模式而调节所述镜头的焦距。
3.根据权利要求2所述的红外相机模块，其中，通过采用所述红外相机模块的电子装置的主机来确定所述红外相机模块的所述操作模式。
4.根据权利要求1所述的红外相机模块，所述红外相机模块还包括：
光输出部，被构造为将波长处于红外波段的所述光照射在所述物体上。
5.根据权利要求3所述的红外相机模块，其中，所述图像传感器包括多个像素，在所述多个像素中的每个像素中，基于波长处于红外波段的所述光来产生距所述物体的所述距离信息。
6.一种图像传感器，包括：
像素阵列，被构造为接收波长处于红外波段的光；以及
距离信息产生部，被构造为连接到所述像素阵列并基于波长处于红外波段的所述光来计算距物体的距离信息，
其中，所述距离信息产生部将根据使所述光聚焦的镜头的焦距确定的校正参数应用于所述距离信息。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
同步部，被构造为使将波长处于红外波段的所述光照射到所述物体的光输出部的操作与所述像素阵列的操作同步。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述镜头的焦距根据采用所述图像传感器的红外相机模块的操作模式而改变。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述像素阵列包括多个像素，所述距离信息产生部连接到所述多个像素中的每个像素并产生多条距离信息。
10.根据权利要求6所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
静态随机存取存储器，被构造为加载存储在电可擦除可编程只读存储器或一次性可编程存储器中的所述校正参数并将所述校正参数提供到所述距离信息产生部。
11.一种电子装置，包括：
红外相机模块，被构造为包括接收波长处于红外波段的光的图像传感器和调节使所述光聚焦的镜头的焦距的致动器；以及
主机，被构造为基于波长处于红外波段的所述光来计算距物体的距离信息。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，所述红外相机模块还包括存储器，所述存储器存储根据所述镜头的焦距确定的校正参数。
13.根据权利要求12所述的电子装置，其中，所述主机加载所述校正参数并将所述校正参数应用于所述距离信息。
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