CN112020852B - 摄像机模块 - Google Patents

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Abstract

一种摄像机模块，包括：图像传感器，其被配置成输出多个图像帧；设置在图像传感器上的透镜组件，该透镜组件包括设置在光路上的至少一个透镜单元以及可变过滤器单元，所述可变过滤器单元被配置成调整从外部入射到图像传感器上的光的光路；控制器，其被配置成生成用于控制可变过滤器单元的控制信号；以及图像合成器，其被配置成合成多个图像帧以生成合成图像，其中，合成图像具有比图像帧高的分辨率，并且其中，多个图像帧包括分别沿通过可变过滤器单元改变的不同的光路生成的图像帧。

Description

摄像机模块
技术领域
实施方式涉及摄像机模块。
背景技术
使用便携式设备的人们需求具有高分辨率、小型并且具有各种拍摄功能(光学放大/缩小功能、自动聚焦(AF)功能、手抖补偿或光学图像稳定器(OIS)功能等)的光学设备。这些拍摄功能可以通过直接移动组合的多个透镜来实现。然而，在增加透镜的数目增加的情况下，光学设备的尺寸可能增加。
自动聚焦功能和手抖补偿功能是通过使多个透镜模块沿光轴或者沿垂直于光轴的方向移动或倾斜来执行的，所述多个透镜模块在透镜的光轴对准的状态下固定至透镜保持器，并且使用单独的透镜移动装置来移动透镜模块。然而，透镜移动装置具有高功耗，并且需要与摄像机模块分开地提供附加的盖玻璃以保护透镜移动装置，因此导致设备的总厚度增加。
此外，随着用户对高质量图像的需求增加，需要能够捕获高分辨率图像的图像传感器。然而，为此，不可避免地增加了图像传感器中所包括的像素的数目，这可能导致图像传感器的尺寸增加以及增加的功耗。
也就是说，由于传统的摄像机模块按照原样使用多个数据阵列，因此局限性在于：摄像机模块的分辨率由图像传感器的物理分辨率确定。另外，存在的局限性在于：为了生成超分辨率图像，需要使用多个摄像机。
发明内容
[技术问题]
实施方式提供了能够在不增加像素数目的情况下生成超分辨率图像的摄像机模块和光学设备。
本公开内容要实现的目的不限于上面提及的目的，并且本领域的技术人员根据以下描述将清楚地理解本文中未提及的其他目的。
技术方案
根据实施方式的摄像机模块可以包括：图像传感器，其被配置成输出多个图像帧；设置在图像传感器上的透镜组件，透镜组件包括设置在光路上的至少一个透镜单元以及可变过滤器单元，所述可变过滤器单元被配置成调整从外部入射到图像传感器上的光的光路；控制器，其被配置成生成用于控制可变过滤器单元的控制信号；以及图像合成器，其被配置成合成多个图像帧以生成合成图像。合成图像可以具有比图像帧高的分辨率，并且多个图像帧可以包括分别沿通过可变过滤器单元改变的不同的光路生成的图像帧。
例如，可变过滤器单元可以包括：过滤器，其被配置成过滤预定波长范围内的光；以及致动器，其被配置成响应于控制信号来调整过滤器相对于透镜单元的光轴的角度。
例如，可变过滤器单元还可以包括设置在透镜单元上用于支承过滤器和致动器的支承构件。
例如，至少一个透镜单元可以包括多个透镜单元，并且可变过滤器单元还可以包括设置在多个透镜单元之间用于支承过滤器和致动器的支承构件。
例如，摄像机模块还可以包括：主板，其上设置有图像传感器，并且透镜组件还可以包括保持器，该保持器被配置成容纳并支承至少一个透镜单元。
例如，可变过滤器单元还可以包括设置在保持器中的透镜单元下方以支承过滤器和致动器的支承构件。
例如，可变过滤器单元还可以包括设置成围绕主板上的图像传感器以支承过滤器和致动器的支承构件。
例如，致动器可以包括压电元件、MEMS、形状记忆合金线、音圈电机或者液体透镜。
例如，致动器可以包括多个第一压电元件，所述多个第一压电元件设置在过滤器的各个角上并且被配置成彼此独立地操作。
例如，致动器可以包括多个第二压电元件，所述多个第二压电元件设置成与过滤器的角相比更靠近过滤器的倾斜轴同时彼此间隔开，并且被配置成彼此独立地操作。
例如，致动器可以包括第三压电元件，其设置在过滤器的第一边缘上；以及第四压电元件，其设置在过滤器的第二边缘上，第二边缘与第一边缘相对。第三压电元件和第四压电元件可以彼此独立地操作。
例如，多个图像帧可以包括第一图像帧和第二图像帧，并且第二图像帧可以是基于第一图像帧移位第一间隔的图像帧。
例如，图像传感器可以生成多个图像帧中的一个图像帧，可以接收指示已经通过可变过滤器单元的倾斜调整了光路的反馈信号，并且可以生成多个图像帧中的另一图像帧。
例如，控制器可以接收指示完全生成多个图像帧之一的信号，并且可以将控制信号发送至可变过滤器单元以调整光路。
例如，图像传感器可以包括第一区域和第二区域，并且控制器可以输出用于控制可变过滤器单元使得从外部入射并穿过可变过滤器单元的光的光路从图像传感器的第一区域改变至第二区域的第一路径控制信号作为控制信号。
例如，图像传感器还可以包括第三区域和第四区域，并且控制器可以输出用于控制可变过滤器单元使得光路从第二区域改变至第三区域的第二路径控制信号作为控制信号，并且控制器输出用于控制可变过滤器单元使得光路从第三区域改变至第四区域的第三路径控制信号作为控制信号。
例如，控制信号可以包括用于沿第一方向改变透镜组件的视场(FOV)的信号、用于沿第二方向改变透镜组件的FOV的信号、用于沿第三方向改变透镜组件的FOV的信号以及用于沿第四方向改变透镜组件的FOV的信号。
本公开内容的以上方面仅是本公开内容的示例性实施方式的一部分，并且本领域的技术人员可以根据本公开内容的以下详细描述想到并理解基于本公开内容的技术特征的各种实施方式。
[有利效果]
下面将描述根据本公开内容的设备的效果。
在根据本公开内容的实施方式的摄像机模块中，可以通过基于硬件的方法在不增加像素数目或者不使用多个摄像机的情况下解决获得超分辨率图像所需的高计算复杂度，该基于硬件的方法是通过倾斜过滤器来改变光路。也就是说，由于使用了被移位了像素距离(PD)的一半(0.5PD)的多个数据阵列，因此可以获得具有比图像传感器的物理分辨率高的超分辨率的图像。
通过本公开内容可实现的效果不限于以上提及的效果，并且本领域的技术人员根据以下描述将清楚地理解本文中未提及的其他效果。
附图说明
图1是示出根据实施方式的摄像机模块的框图。
图2a至图2d是示出图1所示的摄像机模块的实施方式的剖面的图。
图3是用于说明根据上述实施方式的根据可变过滤器单元中的过滤器的倾斜由图像传感器生成的图像的移动的图。
图4a和图4b是图2a所示的部分‘A’的放大的剖视图。
图5(a)至图5(d)示出了根据实施方式的可变过滤器单元的平面图。
图6(a)至图6(d)示出了根据另一实施方式的可变过滤器单元的平面图。
图7(a)至图7(d)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的平面图。
图8(a)至图8(d)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的平面图。
图9示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的剖视图。
图10示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的剖视图。
图11示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的平面图。
图12(a)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的平面图，并且图12(b)和图12(c)示出了沿图12(a)所示的线I-I’截取的剖视图。
图13(a)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元的平面图，并且图13(b)和图13(c)示出了沿图13(a)所示的线II-II’截取的剖视图。
图14是用于说明根据实施方式的摄像机模块的操作方法的图。
图15是用于更详细地说明图14中说明的摄像机模块的操作方法的图。
图16是根据实施方式的摄像机模块的操作方法的时序图。
图17是示出根据实施方式的摄像机模块的帧合成方法的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述示例性实施方式。虽然本公开内容经受各种修改和替选形式，但是其具体实施方式在附图中以示例的方式示出。然而，本公开内容不应当被解释为限于本文中阐述的实施方式，而是相反地，本公开内容旨在涵盖落入实施方式的主旨和范围内的所有修改、等同方案和替选方案。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语通常仅用于将一个元件与另一元件区分开。另外，考虑到实施方式的构造和操作而特别定义的术语仅用于描述实施方式，而不是限定实施方式的范围。
在实施方式的以下对描述中，应当理解的是，当每个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件可以直接地在另一元件上或下，或者可以间接地形成为还存在一个或更多个中间元件。另外，当元件被称为在“上”或“下”时，基于该元件可以包括“在元件下”以及“在元件上”。
另外，诸如“上/上部/上方”和“下/下部/下方”的相关术语仅用于区分一个对象或元件与另一对象或元件，而不一定需要或涉及此类对象或元件之间的任何物理或逻辑关系或顺序。
将使用笛卡尔坐标系来描述根据实施方式的摄像机模块(10：10A至10D)。然而，可以使用其他的坐标系。在笛卡尔坐标系中，x轴、y轴和z轴彼此垂直，但是实施方式不限于此。即，x轴、y轴和z轴可以彼此倾斜地相交。
在下文中，将参照附图描述根据实施方式的摄像机模块(10)。
图1是示出根据实施方式的摄像机模块(10)的框图。
参照图1，摄像机模块(10)可以包括透镜组件(100)、图像传感器(200)、图像合成器(300)和控制器(400)。
透镜组件(100)可以设置在图像传感器(200)上，并且可以将从摄像机模块(10)的外部入射到摄像机模块(10)上的光传输至图像传感器(200)。透镜组件(100)可以包括沿光路设置的至少一个透镜单元和可变过滤器单元(110)。
包括在透镜组件(100)的透镜单元中的至少一个透镜单元可以形成一个光学系统并且可以沿图像传感器(200)的光轴对准。此处，包括在透镜单元中的透镜可以是液体透镜或固体透镜，或者可以包括液体透镜和固体透镜两者。
可变过滤器单元(110)可以在控制器(400)的控制下调整(或改变)透镜组件(100)的光路。可变过滤器单元(110)可以改变从外部入射到图像传感器(200)上的光的路径，并且例如，可以改变光信号的视场(FOV)的角度或FOV的方向。
根据实施方式，可变过滤器单元(110)可以包括过滤器和致动器(或换能器)。
过滤器可以过滤预定波长范围内的光。例如，过滤器可以是红外过滤器，其过滤红外(IR)波长带中的光，即透射或阻挡IR光。例如，过滤器可以被实现为IR玻璃。
致动器可以耦合至过滤器，并且可以响应于从控制器(400)输出的控制信号来调整是否使过滤器倾斜或者过滤器的倾斜度中的至少一个。即，致动器可以使设置在垂直于光轴的平面上的过滤器倾斜，从而改变入射到图像传感器(200)的像素阵列上的光的路径。
图像传感器(200)可以包括：像素阵列，其被配置成接收已经穿过透镜组件(100)的光并且被配置成将光转换成与光对应的电信号；驱动电路，其被配置成驱动包括在像素阵列中的多个像素；以及读出电路，其被配置成读取每个像素的模拟像素信号。读出电路可以将模拟像素信号与参考信号进行比较，并且可以通过模数转换来生成数字像素信号(或图像信号)。此处，包括在像素阵列中的每个像素的数字像素信号构成图像信号，并且图像信号可以以帧为单位被发送并且因此可以被定义为图像帧。即，图像传感器可以输出多个图像帧。
图像合成器(300)可以是从图像传感器(200)接收图像信号并对该图像信号进行处理(例如，插值、帧合成等)的图像处理器。特别地，图像合成器(300)可以通过合成多个帧(低分辨率)的图像信号来生成一个帧(高分辨率)的图像信号。即，图像合成器(300)合成包括在从图像传感器(200)接收到的图像信号中的多个图像帧，并且使用合成结果生成合成图像。由图像合成器(300)生成的合成图像可以具有比从图像传感器(200)输出的多个图像帧高的分辨率。
多个图像帧可以包括沿通过可变过滤器单元(110)改变的各自不同的光路生成的图像帧。图像合成器(300)可以被称为后处理器。多个图像帧可以包括第一图像帧和第二图像帧，并且第二图像帧可以是基于第一图像帧移位第一间隔(例如，子像素间隔)的图像帧。
控制器(400)可以控制可变过滤器单元(110)和图像传感器(200)，使得图像传感器(200)与可变过滤器单元(110)的控制状态同步地生成图像信号。为此，控制器(400)可以将第一信号发送至可变过滤器单元(110)以及从可变过滤器单元(110)接收第一信号，并且可以将第二信号发送至图像传感器(200)以及从图像传感器(200)接收第二信号。此处，第一信号和第二信号对应于上述控制信号。
第一信号可以由控制器(400)生成，并且可以包括用于控制可变过滤器单元(110)的光路的倾斜控制信号，或者可以包括用于控制可变过滤器单元(110)的FOV角度的倾斜控制信号。特别地，倾斜控制信号可以确定穿过可变过滤器单元(110)的光的光路。另外，倾斜控制信号可以确定可变过滤器单元(110)的FOV角度变化的方向和角度。在一些实施方式中，第一信号可以由可变过滤器单元(110)生成，并且可以包括指示已经根据倾斜控制信号完全地控制了可变过滤器单元(110)的响应信号。控制器(400)可以被称为可变过滤器驱动器。
第二信号可以由图像传感器(200)生成，并且可以包括指示向可变过滤器单元(110)发送倾斜控制信号的同步信号。在一些实施方式中，第二信号可以由图像传感器(200)生成，并且可以包括控制信息，基于该控制信息生成用于控制可变过滤器单元(110)的光路的控制信号。在一些实施方式中，第二信号可以由控制器(400)生成，并且可以包括指示响应信号的接收的反馈信号，该响应信号指示已经根据倾斜控制信号完全地控制了可变过滤器单元(110)。
另外，第二信号可以包括用于驱动图像传感器(200)的驱动信号。
此处，包括在第一信号和第二信号中的信号仅是示例性的，并且根据需要可以被省略，或者可以对其添加其他信号。
在下文中，将参照附图描述图1所示的摄像机模块(10)的各种实施方式。
图2a至图2d是示出图1所示的摄像机模块(10)的实施方式(10A、10B、10C、10D)的剖面的图。
参照图2a至图2d，摄像机模块(10A、10B、10C、10D)可以包括透镜组件、图像传感器(200)和主板(250)。此处，透镜组件可以包括可变过滤器单元(110A、110B、110C、110D)、保持器(130)、透镜镜筒(140)、第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)。可以省略这些部件中的至少一个，或者可以改变这些部件的垂直布置。
图2a至图2d所示的可变过滤器单元(110A、110B、110C、110D)对应于图1所示的可变过滤器单元(110)的实施方式。即，可变过滤器单元(110A、110B、110C、110D)可以在控制器(400)的控制下改变光路。
保持器(130)用于容纳至少一个透镜并且支承至少一个透镜。保持器(130)可以耦接至透镜镜筒(140)以支承透镜镜筒(140)，并且可以耦接至附接有图像传感器(200)的主板(250)。
保持器(130)可以具有螺旋结构，并且可以与同样具有螺旋结构的透镜镜筒(140)可旋转地接合。然而，这仅是示例性的，并且保持器(130)和透镜镜筒(140)可以使用粘合剂(例如，诸如环氧树脂的粘合剂树脂)彼此耦接，或者保持器(130)和透镜镜筒(140)可以彼此一体地形成。
透镜镜筒(140)可以耦接至保持器(130)，并且可以包括形成在其中的用于容纳第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)的空间。透镜镜筒(140)可以与第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)可旋转地接合，但是这仅是示例性的。这些部件可以以其他方式中的任意一种方式(例如，使用粘合剂)接合。
第一透镜单元(150)可以设置在第二透镜单元(160)的前面。第一透镜单元(150)可以包括至少一个透镜，或者两个或更多个透镜可以沿第一透镜单元(150)的中心轴对准以形成光学系统。此处，中心轴可以与摄像机模块(10：10A至10D)的光学系统的光轴相同。如图2a至图2d所示，第一透镜单元(150)可以包括一个透镜，但是本公开内容不一定受限于此。
第二透镜单元(160)可以设置在第一透镜单元(150)的后面。从摄像机模块(10：10A至10D)的外部入射到第一透镜单元(150)上的光可以穿过第一透镜单元(150)并且可以入射到第二透镜单元(160)上。第二透镜单元(160)可以包括至少一个透镜，或者两个或更多个透镜可以沿第二透镜单元(160)的中心轴对准以形成光学系统。此处，中心轴可以与摄像机模块(10：10A至10D)的光学系统的光轴相同。如图2a至图2d所示，第二透镜单元(160)可以包括一个透镜，但是本公开内容不一定受限于此。
为了与液体透镜区分开，第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)可以分别被称为‘第一固体透镜单元’和‘第二固体透镜单元’。
在图2a至图2d中的每一个中，透镜组件被示为包括两个透镜单元(150、160)，但是实施方式不限于此。在另一实施方式中，透镜组件可以包括仅一个透镜单元，或者可以包括三个或更多个透镜单元。
可变过滤器单元(110：110A至110D)可以设置在透镜组件中的各个位置处。图2a和图2b示出了设置有可变过滤器单元(110)的示例性位置，并且可变过滤器单元(110)可以根据第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)的存在或不存在或者根据第一透镜单元(150)和第二透镜单元(160)的相对位置而位于其他地方。然而，可变过滤器单元(110：110A至110D)可以位于作为入射到透镜组件上的光穿过的区域的光路上，并且可以改变光路。
如图2a或图2b所示，可变过滤器单元(110A、110B)可以设置在透镜镜筒(140)下方的保持器(130)中的空的空间中。在这种情况下，可变过滤器单元(110A)或可变过滤器单元(110B)的过滤器(112)可以过滤已经穿过第二透镜单元(160)的光束中的特定波长范围内的光。
根据实施方式，如图2a所示，除了过滤器(112)和致动器(114)之外，可变过滤器单元(110A)还可以包括第一支承构件(116A)。第一支承构件(116A)可以具有从保持器(130)的在设置在保持器(130)中的透镜单元(150、160)下方的内表面突出的剖面形状。过滤器(112)和致动器(114)可以由第一支承构件(116A)支承。
根据另一实施方式，如图2b所示，除了过滤器(112)和致动器(114)之外，可变过滤器单元(110B)还可以包括第二支承构件(116B)。第二支承构件(116B)可以具有围绕主板(250)上的图像传感器(200)朝透镜镜筒(140)向上突出的剖面形状。在这种情况下，过滤器(112)和致动器(114)可以由第二支承构件(116B)支承。
根据又一实施方式，如图2c所示，在其中透镜组件包括多个透镜单元(150、160)的情况下，可变过滤器单元(110C)可以设置在第一透镜单元(150)与第二透镜单元(160)之间。在这种情况下，除了过滤器(112)和致动器(114)之外，可变过滤器单元(110C)还可以包括第三支承构件(116C)。第三支承构件(116C)可以具有从透镜镜筒(140)的在第一透镜单元(150)与第二透镜单元(160)之间的内表面突出的剖面形状。过滤器(112)和致动器(114)可以由第三支承构件(116C)支承。
根据又一实施方式，如图2d所示，可变过滤器单元(110D)可以设置在第一透镜单元(150)上。在这种情况下，除了过滤器(112)和致动器(114)之外，可变过滤器单元(110D)还可以包括第四支承构件(116D)。第四支承构件(116D)可以具有从透镜镜筒(140)的位于包括在透镜组件中的透镜单元中的最高位置处的透镜单元(150)上方的内表面突出的剖面形状。过滤器(112)和致动器(114)可以由第四支承构件(116D)支承。
图像传感器(200)可以安装在主板(250)上，并且可以执行将已经穿过透镜组件的光转换为图像信号的功能。
主板(250)可以设置在保持器(130)的下方，并且可以包括用于在各个部件连同图像合成器(300)与控制器(400)之间传输电信号的布线。另外，用于实现与电源或存在于摄像机模块(10A至10D)外部的其他设备(例如，应用处理器)的电连接的连接器(未示出)可以连接至主板(250)。
另外，多个无源元件(182、184)可以设置在主板(250)上，并且这些无源元件(182、184)可以通过布线(192、194)连接至主板(250)。
主板(250)可以被配置为刚性柔性印刷电路板(RFPCB)，并且可以根据其中安装有摄像机模块(10A至10D)的空间的要求而弯曲，但是实施方式不限于此。
除了可变过滤器单元(110A至110D)所设置的位置不同之外，图2a至图2d所示的摄像机模块(10A至10D)具有彼此相同的构造。
另外，虽然未示出，但是图2a至图2d所示的摄像机模块(10A至10D)还可以包括盖部。盖部可以设置成围绕摄像机模块(10A至10D)的部件同时使透镜组件中的上部开口露出，从而保护摄像机模块(10A至10D)的部件。
图2a至图2d所示的致动器(114)可以响应于从控制器(400)输出的控制信号即第一信号使过滤器(112)倾斜。为此，致动器(114)可以设置在第一、第二、第三或第四支承构件(116A、116B、116C、116D)与过滤器(112)之间。
致动器(114)可以在控制器(400)的控制下控制过滤器(112)的倾斜角度，即过滤器(112)的物理位移，从而改变从外部入射到图像传感器(200)的像素阵列上的光的路径。即，当过滤器(112)倾斜时，可以改变光路。
致动器(114)可以使过滤器(112)精确地倾斜，并且可以响应于从控制器(400)输出的电压或电流形式的驱动信号(或操作电压)而被驱动。此处，驱动信号可以包括在第一信号中。
例如，致动器(114)可以使过滤器(112)相对于垂直于光轴的水平面倾斜。例如，过滤器(112)的倾斜角度可以是1°或更小，但是实施方式不限于此。
在下文中，将参照图2a描述改变可变过滤器单元(110A)的FOV角度的操作。以下描述也适用于图2b至图2d所示的可变过滤器单元(110B至110D)。
参照图2a，透镜组件可以具有特定的视场(FOV)。FOV可以指图像传感器(200)能够通过透镜组件执行捕获操作的入射光的范围，并且可以被定义为FOV角度。典型的透镜组件的FOV角度可以在60°至140°的范围。基于当从上方(即，从光轴)观看透镜组件时定义的x轴和y轴，FOV角度可以包括第一FOV角度(Fx)和第二FOV角度(Fy)。第一FOV角度(Fx)是指沿x轴所确定的FOV的角度，并且第二FOV角度(Fy)是指沿y轴所确定的FOV的角度。
包括在图像传感器(200)的像素阵列中的多个像素可以以N×M矩阵的形式布置(其中，N和M中的每一个是1或更大的整数)。也就是说，可以沿x轴设置N个像素，并且可以沿y轴设置M个像素。通过与第一FOV角度(Fx)和第二FOV角度(Fy)对应的FOV入射的光信号入射到N×M像素阵列上。
可以通过包括在第一信号中的倾斜控制信号来改变穿过透镜组件的光的光路或透镜组件的FOV。倾斜控制信号可以分别改变第一FOV角度(Fx)和第二FOV角度(Fy)。根据倾斜控制信号的第一FOV角度(Fx)和第二FOV角度(Fy)的改变由第一角度变化(θI_x)和第二角度变化(θI_y)确定。
第一角度变化(θI_x)和第二角度变化(θI_y)可以分别由下面的等式1和等式2定义。
[等式1]
[等式2]
此处，a可以具有大于0.1且小于0.5的值，并且b可以具有大于1且小于2的值。然而，实施方式的范围不限于此。
在这种情况下，θI_x和θI_y是相对于由图像传感器(200)生成的图像的角度变化，其是由过滤器(112)的倾斜引起的。过滤器(112)的实际倾斜角度可以大于或小于上述角度变化。
图3是用于说明根据上述实施方式的由图像传感器(200)根据可变过滤器单元(110A至110D)中的过滤器(112)的倾斜生成的图像的移动的图。
参照图3，当过滤器(112)不倾斜时，过滤器(112)基于倾斜轴(TXX、TXY)位于垂直于光轴的水平面上。然而，当过滤器(112)通过致动器(114)倾斜并且倾斜角度根据方向被定义为θx或θy时，使用以下等式3和4表达通过过滤器(112)的倾斜使光路改变和移位的距离的差。
[等式3]
[等式4]
此处，Δx表示在x轴上的移位距离的差，Δy表示在y轴上的位移距离的差，no表示空气的折射率，d表示过滤器(112)的厚度，并且ng表示过滤器(112)的折射率。
另外，为了实现上述操作，致动器(114)可以是音圈电机(VCM)、压电元件、形状记忆合金(SMA)(或肌肉线(muscle wire))、微机电系统(MEMS)或液体透镜，但是实施方式不限于致动器(114)的任何特定形状。
此处，0.1mm≤d≤1mm，并且0.1μm≤Δx，Δy≤25μm。例如，当倾斜角度(θy)为1.5°时，在图像传感器(200)中沿x轴使像素移位的距离的差(Δy)可以是7μm，致动器(114)被实现为压电元件，压电元件移动的距离是65.6μm，过滤器(112)的厚度(d)是0.4mm，过滤器(112)的折射率(ng)是1.5，并且图像传感器(200)中包括的每个像素的尺寸是14μm。
在其中致动器(114)以音圈电机(VCM)的形式实现的情况下，线圈被设置成围绕保持器(130)或透镜镜筒(140)，并且磁体被设置在与线圈间隔开的位置处。结果是，通过由磁体与线圈之间的相互作用所生成的电磁力使过滤器(112)倾斜。
在下文中，将参照附图描述可变过滤器单元(110A至110D)的实施方式。虽然将致动器(114)描述为压电元件，但是以下描述也可以应用于其中致动器(114)实现为除压电元件之外的任何类型的情况。
图4a和图4b是图2a所示的部分‘A’的放大剖视图。
用于使过滤器(112)倾斜的致动器(114)可以包括彼此独立地操作的多个压电元件。压电元件可以响应于驱动信号(或驱动电压或操作电压)而操作，并且可以根据驱动电压的水平改变特定方向上的长度。
参照图4a和图4b，致动器(114)可以包括多个压电元件(114-1、114-2)，所述多个压电元件(114-1、114-2)被设置成与彼此间隔开并且彼此独立地操作。
如图4a所示，当在多个压电元件(114-1、114-2)中，将驱动电压施加至位于左侧的压电元件(114-1)而不施加至位于右侧的压电元件(114-2)时，接收驱动电压的压电元件(114-1)的长度可能增加，结果是过滤器(112)可以向左倾斜，如由箭头(AR1)所示的。
替选地，如图4b所示，当在多个压电元件(114-1、114-2)中，在将驱动电压施加至位于右侧的压电元件(114-2)而不施加至位于左侧的压电元件(114-1)时，接收驱动电压的压电元件(114-2)的长度可能增加，结果是过滤器(112)可以向右倾斜，如由箭头(AR2)所指示的。
如图4a和图4b所示，可以看出可以利用压电元件长度变化的特性使过滤器(112)倾斜。具有这样的特性的压电元件可以以各种形式设置在过滤器(112)上，这将在下面描述。
图5(a)至图5(d)示出了根据实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图。在每个图中，‘0’表示其中未将操作电压施加至压电元件的状态，并且‘+1’表示其中将操作电压施加至压电元件的状态。
参照图5(a)至图5(d)，致动器(114)可以包括多个第一压电元件(PE1至PE4)，所述多个第一压电元件(PE1至PE4)设置在过滤器(112)的各个角上并且彼此独立地操作。
在图5(a)的情况下，由于未将操作电压施加至第一压电元件(PE1至PE4)，因此过滤器(112)被位于垂直于光轴的水平面上且不倾斜。
在图5(b)的情况下，将操作电压仅施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的一个(PE1)，而不施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的其余部分(PE2至PE4)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE1)所位于的位置倾斜。
在图5(c)的情况下，将操作电压仅施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的一些(PE1、PE3)，而不施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的其余部分(PE2、PE4)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE1、PE3)所位于的位置倾斜。在这种情况下，如图3所示，过滤器(112)可以基于倾斜轴(TXY)向左倾斜。
在图5(d)的情况下，将操作电压仅施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的一些(PE1、PE2)，而不施加至第一压电元件(PE1至PE4)中的其余部分(PE3、PE4)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE1、PE2)所位于的位置倾斜。在这种情况下，过滤器(112)可以基于倾斜轴(TXX)倾斜。
图6(a)至图6(d)示出了根据另一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图。在每个图中，‘0’表示其中未将操作电压施加至压电元件的状态，并且‘+1’表示其中将操作电压施加至压电元件的状态。
参照图6(a)至图6(d)，致动器(114)可以包括多个第二压电元件(PE5至PE12)，所述多个第二压电元件(PE5至PE12)设置成与过滤器(112)的各角相比更靠近过滤器(112)的倾斜轴(TXX、TXY)，同时与彼此间隔开并且彼此独立地操作。
在图6(a)的情况下，由于未将操作电压施加至第二压电元件(PE5至PE12)，因此过滤器(112)位于垂直于光轴的水平面上且不倾斜。
在图6(b)的情况下，将操作电压仅施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的一些(PE5、PE7)，而不施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的其余部分(PE6、PE8至PE12)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE5、PE7)所位于的位置倾斜。
在图6(c)的情况下，将操作电压仅施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的一些(PE5、PE7、PE8、PE9)，而不施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的其余部分(PE6、PE10、PE11、PE12)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE5、PE7、PE8、PE9)所位于的位置倾斜。在这种情况下，如图3所示，过滤器(112)可以基于倾斜轴(TXY)向左倾斜。
在图6(d)的情况下，将操作电压仅施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的一些(PE5、PE6、PE7、PE11)，而不施加至第二压电元件(PE5至PE12)中的其余部分(PE8、PE9、PE10、PE12)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的压电元件(PE5、PE6、PE7、PE11)所位于的位置倾斜。在这种情况下，过滤器(112)可以基于倾斜轴(TXX)倾斜。
图7(a)至图7(d)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图。在每个图中，‘0’表示其中未将操作电压施加至压电元件的状态，并且‘+1’表示其中将操作电压施加至压电元件的状态。
参照图7(a)至图7(d)，致动器(114)可以包括：第三压电元件(PE13)，其设置在过滤器(112)的第一边缘上；以及第四压电元件(PE14)，其设置在过滤器(112)的在x轴方向上与第一个边缘相对的第二边缘上。第三压电元件和第四压电元件(PE13、PE14)可以彼此独立地操作。
在图7(a)的情况下，由于未将操作电压施加至第三压电元件和第四压电元件(PE13、PE14)，因此过滤器(112)位于垂直于光轴的水平面上且不倾斜。
在图7(b)的情况下，将操作电压施加至第三压电元件(PE13)的左侧部分，而不施加至第三压电元件(PE13)的右侧部分，并且未将操作电压施加至第四压电元件(PE14)。因此，过滤器(112)可以朝第三压电元件(PE13)的施加有操作电压的左侧部分倾斜。
在图7(c)的情况下，将操作电压施加至第三压电元件和第四压电元件(PE13、PE14)中的每一个的左侧部分，而不施加至第三压电元件和第四压电元件(PE13、PE14)中的每一个的右侧部分。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的部分倾斜。
在图7(d)的情况下，将操作电压施加至第三压电元件(PE13)的两侧部分，而不施加至第四压电元件(PE14)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的第三压电元件(PE13)所位于的位置倾斜。
图8(a)至图8(d)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图。在每个图中，‘0’表示其中未将操作电压施加至压电元件的状态，并且‘+1’表示其中将操作电压施加至压电元件的状态。
参照图8(a)至图8(d)，致动器(114)可以包括：第五压电元件(PE15)，其设置在过滤器(112)的第三边缘上；以及第六压电元件(PE16)，其设置在过滤器(112)的在y轴方向上与第三条边缘相对的第四边缘上。第五压电元件和第六压电元件(PE15、PE16)可以彼此独立地操作。
在图8(a)的情况下，由于未将操作电压施加至第五压电元件和第六压电元件(PE15、PE16)，因此过滤器(112)位于垂直于光轴的水平面上且不倾斜。
在图8(b)的情况下，将操作电压施加至第五压电元件(PE15)的上部，而不施加至第五压电元件(PE15)的下部，并且未将操作电压施加至第六压电元件(PE16)。因此，过滤器(112)可以朝第五压电元件(PE15)的施加有操作电压的上部倾斜。
在图8(c)的情况下，将操作电压施加至第五压电元件(PE15)的上部和下部，而不施加至第六压电元件(PE16)。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的第五压电元件(PE15)所位于的位置倾斜。
在图8(d)的情况下，将操作电压施加至第五压电元件和第六压电元件(PE15、PE16)中的每一个的上部，而不施加至第五压电元件和第六压电元件(PE15、PE16)中的每一个的下部。因此，过滤器(112)可以朝施加有操作电压的部分倾斜。
图9示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的剖视图。
图9所示的可变过滤器单元(110)可以包括：过滤器(112)、压电元件(PEA、PEB)以及中心轴部(118A)。压电元件(PEA、PEB)连接至中心轴部(118A)的各个端部，该中心轴部(118A)设置在过滤器(112)的倾斜轴(PX)(例如，PXX或PXY)上。在其中将操作电压施加至一个压电元件(PEA)而不施加至另一压电元件(PEB)的情况下，施加有操作电压的压电元件(PEA)的长度增加，结果是过滤器(112)可以在由箭头指示的方向上倾斜。替选地，在其中将操作电压施加至一个压电元件(PEB)而不施加至另一压电元件(PEA)的情况下，施加有操作电压的压电元件(PEB)的长度增加，结果是过滤器(112)可以在与由箭头指示的方向相反的方向上倾斜。
图10示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的剖视图。此处，压电元件在接收操作电压时长度减小。
图10所示的可变过滤器单元(110)可以包括：过滤器(112)、压电元件(PEC、PED)以及中心轴部(118B)。压电元件(PEC、PED)分别连接至中心轴部(118B)的上部的相对的边缘，该中心轴部(118B)设置在过滤器(112)的倾斜轴(PX)(例如，PXX或PXY)上。在其中将操作电压施加至一个压电元件(PEC)而不施加至另一压电元件(PED)的情况下，施加有操作电压的压电元件(PEC)的长度减小，结果是过滤器(112)在由箭头(AR4)指示的方向上倾斜。替选地，在其中将操作电压施加至一个压电元件(PED)而不施加至另一压电元件(PEC)的情况下，施加有操作电压的压电元件(PED)的长度减小，结果是过滤器(112)在由箭头(AR3)指示的方向上倾斜。
图11示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图。
图11所示的可变过滤器单元(110)可以包括：过滤器(112)、连接部(CP1、CP2)、体部(SSP)和致动器(SPE)。此处，致动器(SPE)是与上述致动器(114)分开设置的致动器。图11中省略了上述致动器(114)的图示。
连接部(CP1、CP2)可以用于将过滤器(112)机械地连接至提报(SSP)，并且连接部(CP1、CP2)可以是弹性的。在图11的情况下，除了上述致动器(114)之外，还设置了单独的致动器(SPE)。例如，单独的致动器(SPE)响应于向其施加操作电压可以在由箭头(AR5)指示的方向上推动过滤器(112)，从而增加过滤器(112)的倾斜的程度。
如果通过致动器(114)使过滤器(112)倾斜的程度受到限制，则可以使用单独的致动器(SPE)以放大倾斜程度。
图12(a)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图，并且图12(b)和图12(c)示出了沿图12(a)所示的线I-I’截取的剖视图。
图12(a)至图12(c)所示的可变过滤器单元(110)可以包括体部(BO)、过滤器(112)、压电元件(PEE、PEF)以及中心轴部(118C)。
参照图12(a)所示的平面图，体部(BO)支承压电元件(PEE、PEF)以及过滤器(112)。
中心轴部(118C)设置在过滤器(112)的旋转中心轴上，以根据压电元件(PEE、PEF)的长度的变化使过滤器(112)旋转。
压电元件(PEE、PEF)设置在体部(BO)与中心轴部(118C)之间。如图12(b)所示，由于在未将操作电压施加至压电元件(PEE、PEF)的状态下压电元件(PEE、PEF)的长度没有变化，因此过滤器(112)不倾斜，而是位于垂直于光轴(LX)的平面上。
当将操作电压施加至压电元件(PEE、PEF)中的至少一个时，由于施加有操作电压的压电元件(PEE)或(PEF)的长度的变化，因此中心轴部(118C)可以沿顺时针或逆时针方向旋转。过滤器(112)可以通过与中心轴部(118C)的旋转一起沿相同方向旋转而倾斜。例如，参照图12(c)，可以通过压电元件(PEE、PEF)使过滤器(112)沿顺时针方向倾斜。
图13(a)示出了根据又一实施方式的可变过滤器单元(110)的平面图，并且图13(b)和图13(c)示出了沿图13(a)所示的线II-II’截取的剖视图。
图13(a)至图13(c)所示的可变过滤器单元(110)可以包括体部(BO)、过滤器(112)、压电元件(PEG、PEH)以及连接部(CO1、CO2)。
参照图13(a)所示的平面图，体部(BO)支承压电元件(PEG、PEH)。
如图13(a)所示，第一连接部(CO1)可以设置在压电元件(PEG)与过滤器(112)之间，并且第二连接部(CO2)可以设置在压电元件(PEH)与过滤器(112)之间。
压电元件(PEG)可以设置在体部(BO)与第一连接部(CO1)之间，并且压电元件(PEH)可以设置在体部(BO)与第二连接部(CO2)之间。
如图13(b)所示，由于在未将操作电压施加至压电元件(PEG、PEH)的状态下压电元件(PEG、PEH)的长度没有变化，因此过滤器(112)不倾斜，而是位于垂直于光轴(LX)的平面上。
当将操作电压施加至压电元件(PEG、PEH)中的至少一个时，施加有操作电压的压电元件(PEG)或(PEH)的长度改变。当长度改变的压电元件(PEG)或(PEH)挤压第一连接部和第二连接部(CO1、CO2)中的对应的一个时，过滤器(112)可以沿顺时针或逆时针方向旋转。例如，参照图13(c)，可以通过压电元件(PEG、PEH)使过滤器(112)沿顺时针方向倾斜。
在下文中，将参照附图描述上述摄像机模块(10：10A至10D)的实施方式的操作方法。
图14是用于说明根据实施方式的摄像机模块(10：10A至10D)的操作方法的图。图15是用于更详细地说明图14中说明的摄像机模块(10：10A至10D)的操作方法的图。
图14示出了通过改变入射到图像传感器(200)上的光的光路来获得超分辨率图像的方法的模拟图。
图像传感器(200)的像素阵列可以包括以N×M矩阵的形式布置的多个像素。为了便于描述，将在假设像素阵列包括以2×2矩阵的形式布置的多个像素(A1至A4)的情况下(如图14所示)进行以下描述。
像素(A1至A4)中的每一个可以使用透过透镜组件(100)的光信号来生成关于像素场景(PS1至PS4)中的每一个的图像信息(即，与光信号对应的模拟像素信号)。
当沿x轴方向(或y轴方向)彼此相邻的像素之间的距离(例如，像素中心之间的距离)为1像素距离(PD)时，该1像素距离(PD)的一半对应于0.5PD。在下文中，将定义第一像素移位至第四像素移位(A至D)。
第一像素移位(A)是将各个像素(A1至A4)在+x轴方向上向右移位0.5PD，并且B1至B4表示完成第一像素移位(A)之后的像素。
第二像素移位(B)是将各个像素(B1至B4)在+y轴方向上向下移位0.5PD，并且C1至C4表示完成第二像素移位(B)之后的像素。
第三像素移位(C)是将各个像素(C1至C4)在-x轴方向上向左移位0.5PD，并且D1至D4表示完成第三像素移位(C)之后的像素。
第四像素移位(D)是将各个像素(D1至D4)在-y轴方向上向上移位0.5PD，并且A1至A4表示完成第四像素移位(D)之后的像素。
此处，像素移位不是要使像素阵列的像素的物理位置移位，而是要通过使可变过滤器单元(110)的过滤器(112)倾斜来改变光的行进路径，使得两个像素(例如，A1与A2)之间的虚拟像素(例如，B1)可以获取像素场景。
参照图15，各个像素(A1至A4)可以获取像素场景(S1)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(A1至A4)的像素信号生成第一帧(F1)。
响应于用于为了实现第一像素移位(A)使透镜组件(100)的光路或FOV向右改变第一角度变化(θI_x)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以使透镜组件(100)的光路或FOV向右改变第一角度变化(θI_x)，从而可以执行第一像素移位(A)。此后，各个像素(B1至B4)可以获取像素场景(S2)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(B1至B4)的像素信号生成第二帧(F2)。
响应于用于为了实现第二像素移位(B)使透镜组件(100)的光路或FOV向下改变第二角度变化(θI_y)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以使透镜组件(100)的光路或FOV向下改变第二角度变化(θI_y)，从而可以执行第二像素移位(B)。此后，各个像素(C1至C4)可以获取像素场景(S3)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(C1至C4)的像素信号生成第三帧(F3)。
响应于用于为了实现第三像素移位(C)使透镜组件(100)的光路或FOV向左改变第一角度变化(θI_x)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以使透镜组件(100)的光路或FOV向左改变第一角度变化(θI_x)，从而可以执行第三像素移位(C)。此后，各个像素(D1至D4)可以获取像素场景(S4)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(D1至D4)的像素信号生成第四帧(F4)。
响应于用于为了实现第四像素位移(D)使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)，从而可以执行第四像素移位(D)。此后，各个像素(A1至A4)可以获取像素场景(S1)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(A1至A4)的像素信号生成第五帧(F5)。随后，可以重复地执行像素移位和通过移位的像素的帧的生成。
此处，第一角度变化(θI_x)和第二角度变化(θI_y)中的每一个可以存储与使得像素移位0.5PD的光路改变的程度有关的信息，并且可以基于第一FOV角度(Fx)和第二FOV角度(Fy)预先计算第一角度变化(θI_x)和第二角度变化(θI_y)中的每一个并且可以(例如，通过图像传感器(200)、图像合成器(300)、或者控制器(400))存储第一角度变化(θI_x)和第二角度变化(θI_y)中的每一个。
图像传感器(200)可以包括第一区域和第二区域，并且控制器(400)可以输出用于控制可变过滤器单元(110)使得从外部入射并穿过可变过滤器单元(110)的光的光路从图像传感器(200)的第一区域改变至第二区域的第一路径控制信号作为控制信号。
另外，图像传感器(200)还可以包括第三区域和第四区域，并且控制器(400)可以输出用于控制可变过滤器单元(110)使得光路从图像传感器(200)的第二区域改变至第三区域的第二路径控制信号作为控制信号，并且控制器(400)可以输出用于控制可变过滤器单元(110)使得光路从第三区域改变至第四区域的第三路径控制信号作为控制信号。
此处，第一路径控制信号、第二路径控制信号和第三路径控制信号可以对应于图1所示的第一信号。
第一信号可以包括：用于沿第一方向改变透镜组件(100)的FOV的信号、用于沿第二方向改变透镜组件(100)的FOV的信号、用于沿第三方向改变透镜组件(100)的FOV的信号以及用于沿第四方向改变透镜组件(100)的FOV的信号。
图像合成器(300)可以合成第一帧至第四帧，并且可以生成由2N×2M像素阵列而不是由N×M像素阵列获取的图像。作为图像合成器(300)合成第一帧至第四帧所利用的方法，可以使用根据各个像素的位置简单地合并第一帧至第四帧的方法(例如，在第一行的情况下，通过布置A1的像素信号、B1的像素信号、A2的像素信号和B2的像素信号而生成一个帧)或者利用与任一个像素(例如，C1)相邻的像素(例如，A1、B1、A2、D1、D2、A3、B3和A4)的像素信号基于相邻像素的像素场景彼此交叠的原理来校正所述任一个像素(例如，C1)的像素信号的方法。然而，实施方式的范围不限于此。可以使用生成超分辨率图像的各种方法中的任一种。图像合成器(300)可以被称为后处理器。通过合成从图像传感器(200)发送的第一图像帧至第四图像帧，后处理器可以生成第一超分辨率图像帧，并且然后可以通过合成从图像传感器(200)输出的第五图像帧和第二图像帧至第四图像帧来生成第二超分辨率图像帧。
根据图14和图15所示的摄像机模块(10：10A至10D)的操作方法，通过合成通过像素移位获取的多个帧可以生成具有四倍分辨率的图像。
图16是根据实施方式的摄像机模块(10：10A至10D)的操作方法的时序图。
参照图16，响应于用于使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以执行第四像素移位(D)，以使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)。在一些实施方式中，控制器(400)可以将指示已经响应于第一信号由可变过滤器单元(110)完成了第四像素移位(D)的反馈信号发送至图像传感器(200)。在这种情况下，控制器(400)可以通过来自可变过滤器单元(110)的响应信号或单独的计时器来确定第四像素移位(D)的完成。接收反馈信号的图像传感器(200)的各个像素(A1至A4)可以获取像素场景(S1)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(A1至A4)的像素信号生成第一帧(F1)。
响应于用于使透镜组件(100)的光路或FOV向右改变第一角度变化(θI_x)的第一信号，可变过滤器单元(110)可以执行第一像素移位(A)，以使透镜组件(100)的光路或FOV向右改变第一角度变化(θI_x)。在一些实施方式中，控制器(400)可以将指示已经响应于第一信号由可变过滤器单元(110)完成了第一像素移位(A)的反馈信号发送至图像传感器(200)。在这种情况下，控制器(400)可以通过来自可变过滤器单元(110)的响应信号或单独的计时器来确定第一像素移位(A)的完成。接收反馈信号的图像传感器(200)的各个像素(B1至B4)可以获取像素场景(S2)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(B1至B4)的像素信号生成第二帧(F2)。
响应于用于使透镜组件(100)的光路或FOV向下改变第二角度变化(θI_y)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以执行第二像素移位(B)，以使透镜组件(100)的光路或FOV向下改变第二角度变化(θI_y)。在一些实施方式中，控制器(400)可以将指示已经响应于倾斜控制信号由可变过滤器单元(110)完成了第二像素移位(B)的反馈信号发送至图像传感器(200)。在这种情况下，控制器(400)可以通过来自可变过滤器单元(110)的响应信号或单独的计时器来确定第二像素移位(B)的完成。接收反馈信号的图像传感器(200)的各个像素(C1至C4)可以获取像素场景(S3)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(C1至C4)的像素信号生成第三帧(F3)。
响应于用于使透镜组件(100)的光路或FOV向左改变第一角度变化(θI_x)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以执行第三像素移位(C)，以使透镜组件(100)的光路或FOV向左改变第一角度变化(θI_x)。在一些实施方式中，控制器(400)可以将指示已经响应于倾斜控制信号由可变过滤器单元(110)完成了第三像素移位(C)的反馈信号发送至图像传感器(200)。在这种情况下，控制器(400)可以通过来自可变过滤器单元(110)的响应信号或单独的计时器来确定第三像素移位(C)的完成。接收反馈信号的图像传感器(200)的各个像素(D1至D4)可以获取像素场景(S4)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(D1至D4)的像素信号生成第四帧(F4)。
此后，响应于用于使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)的倾斜控制信号，可变过滤器单元(110)可以执行第四像素移位(D)，以使透镜组件(100)的光路或FOV向上改变第二角度变化(θI_y)。在一些实施方式中，控制器(400)可以将指示已经响应于倾斜控制信号由可变过滤器单元(110)完成了第四像素移位(D)的反馈信号发送至图像传感器(200)。在这种情况下，控制器(400)可以通过来自可变过滤器单元(110)的响应信号或单独的计时器来确定第四像素移位(D)的完成。接收反馈信号的图像传感器(200)的各个像素(A1至A4)可以获取像素场景(S1)，并且图像传感器(200)可以根据各个像素(A1至A4)的像素信号生成第五帧(F5)。随后，可以重复地执行像素移位和通过移位的像素的帧的生成。
特别地，参照图16，控制器(400)可以发送将当完成由图像传感器(200)进行的图像帧的生成时的倾斜控制信号，并且图像传感器(200)将指示倾斜控制信号发送至可变过滤器单元(110)的同步信号发送至可变过滤器单元(110)。即，可以通过第一信号和第二信号的发送和接收以及它们的同步来执行包括像素移位、帧的生成以及随后的像素移位的一系列操作。
图17是示出根据实施方式的摄像机模块(10：10A至10D)的帧合成方法的示例的图。
参照图17，假设图像传感器(200)根据顺序像素移位(A至D)顺序地生成第一帧至第七帧(F1至F7)。
图像合成器(300)可以顺序地接收帧，并且可以通过超分辨率(SR)图像的合成来生成作为超分辨率图像的合成帧。
在这种情况下，如图17所示，图像合成器(300)可以接收第一帧至第四帧(F1至F4)，并且可以生成第一合成帧(F1’)。此后，图像合成器(300)可以接收第二帧至第五帧(F2至F5)，并且可以生成第二合成帧(F2’)。此后，图像合成器(300)可以接收第三帧至第六帧(F3至F6)，并且可以生成第三合成帧(F3’)。此后，图像合成器(300)可以接收第四帧至第七帧(F4至F7)，并且可以通过超分辨率图像生成算法来生成第四合成帧(F4’)。
此处，图像合成器(300)可以从图像传感器(200)顺序地接收第一帧至第七帧(F1至F7)，并且可以存储当前被输入至图像合成器(300)的帧之前的三个帧以生成合成帧。在一些实施方式中，用于存储帧的缓冲器可以具有能够存储至少三个帧的存储容量。
如果使用第一帧至第四帧生成了合成帧，并且此后使用第五帧至第八帧生成了合成帧，则可以将帧速率降低到原始帧速率的1/4。然而，根据本实施方式的方法，使用当前帧和顺序输入的当前帧之前的三个帧连续地生成合成帧，从而防止了帧速率的劣化。
在上述说明书中，已经描述了通过四个像素移位生成具有四倍分辨率的超分辨率图像的方法，但是本公开内容的范围不限于此。可以通过其他像素移位方法中的任意一种来生成具有更高分辨率的超分辨率图像。
在下文中，将描述由上述摄像机模块(10：10A至10D)执行的超分辨率图像生成方法。
超分辨率图像生成方法可以包括：输出第一图像帧的步骤；生成第二图像帧的步骤，该第二图像帧从第一图像帧沿第一方向移动第一距离；生成第三图像帧的步骤，该第三图像帧从第二图像帧沿第二方向移动第一距离；生成第四图像帧的步骤，该第四图像帧从第三图像帧沿第三方向移动第一距离；以及合成第一图像帧至第四图像帧以生成合成图像的步骤。通过该方法生成的合成图像可以具有比多个图像帧高的分辨率。
通常，摄像机模块具有等于图像传感器的物理分辨率的分辨率。为了克服该限制，可以通过算法或信号处理实现更高的分辨率。
作为实现高分辨率的另一种方法，可以组合使用多个摄像机获得的信息，或者可以物理地扫描一个摄像机的主体以获得超过图像传感器的物理分辨率的分辨率。然而，在使用多个摄像机的情况下，存在的局限性在于，由于摄像机之间的物理位置的差异而难以组合多条不同的信息。此外，在物理地扫描摄像机的主体的情况下，存在的局限性在于难以精确地控制摄像机的姿势并且难以组合所获取的图像。
另一方面，根据实施方式，通过控制过滤器(112)的倾斜以改变光路，图像传感器(200)确保通过子像素移位的数据，从而可以仅使用一个摄像机获得比图像传感器的物理分辨率高的分辨率。即，可以在不需要多个摄像机或控制摄像机的主体的情况下获得高分辨率图像。因此，在根据实施方式的摄像机模块(10：10A至10D)中，可以使用可变过滤器单元(110)通过基于硬件的方法来解决获得超分辨率图像所需的高计算复杂度。
另外，可以相对于顺序输入的当前帧连续地生成合成帧，从而防止帧速率的劣化。
以上描述也可以应用于使用飞行时间(ToF)的距离或深度测量设备。特别地，ToF传感器的分辨率通常低于通常使用的图像传感器的分辨率。因此，如果使用上述的超分辨率图像生成方法来实现使用ToF传感器的面部识别、对象识别、深度提取、轮廓识别等，则可以获得显著改善的效果。
尽管以上仅描述了有限数目的实施方式，但是各种其他实施方式也是可以的。上述实施方式的技术内容可以被组合为各种形式，只要它们不是彼此不相兼容即可，并且因此可以以新的实施方式实现。
例如，可以实现包括上述摄像机模块(10：10A至10D)的光学设备(或光学仪器)。此处，光学设备可以包括可以处理或分析光信号的设备。光学设备的示例可以包括摄像机设备/视频设备、望远镜设备、显微镜设备、干涉仪、光度计、偏振计、光谱仪、反射仪、自动准直仪和检镜仪，并且实施方式可以应用于可以包括固体透镜或液体透镜中的至少一种的光学设备。另外，例如，光学设备可以实现在诸如智能电话、膝上型计算机或平板计算机的便携式设备中。这样的光学设备可以包括：摄像机模块；被配置成输出图像的显示单元；以及其中安装有摄像机模块和显示单元的体部壳体。可以在光学设备的体部外壳中安装有可以与其他设备通信的通信模块，并且光学设备还可以包括能够存储数据的存储器单元。
对于本领域的那些技术人员将明显的是，在不脱离本文阐述的本公开内容的主旨和基本特征的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。因此，以上详细描述不旨在被解释为在所有方面限制本公开内容，并且通过示例的方式考虑。本公开内容的范围应当通过所附权利要求书的合理解释来确定，并且在不脱离本公开内容的情况下做出的所有等同修改应当包括在所附权利要求书中。
本发明的实施方式
已经在用于实施本公开内容的具体实施方式中描述了各种实施方式。
工业实用性
根据实施方式的摄像机模块可以在摄像机设备/视频设备、望远镜设备、显微镜设备、干涉仪、光度计、偏振计、光谱仪、反射仪、自动准直仪、检镜仪、智能电话、膝上型计算机、平板计算机等中使用。

Claims (19)

1.一种摄像机模块，包括：
图像传感器，其被配置成输出多个图像帧；
设置在所述图像传感器上的透镜组件，所述透镜组件包括保持设置在光路上的至少一个透镜单元的保持器以及可变过滤器单元，所述可变过滤器单元响应于控制信号执行像素移位以调整从外部入射到图像传感器上的光的光路；
控制器，其被配置成生成所述控制信号；以及
图像合成器，其被配置成生成合成图像，
其中，所述合成图像具有比所述图像帧高N倍的分辨率，其中N是大于或等于4的正整数，并且
其中，所述多个图像帧包括分别沿通过所述可变过滤器单元改变的不同的光路生成的图像帧，
其中，所述可变过滤器单元包括：
过滤器，其被配置成过滤预定波长范围内的光，所述过滤器和所述至少一个透镜单元由所述保持器分开地保持；以及
致动器，其被配置成响应于所述控制信号来调整过滤器相对于所述透镜单元的光轴的角度，从而改变所述光路，
其中，改变所述光路包括改变光信号的视场的角度或所述视场的方向，
其中，每当执行了所述可变过滤器单元的像素移位时，所述图像传感器生成图像帧，
其中，所述图像合成器顺序地接收来自所述图像传感器的图像帧，以及
其中，所述图像合成器使用当前从图像传感器接收到的当前图像帧以及紧挨在当前图像帧之前接收到的N-1个图像帧，以每当接收到当前图像帧时生成合成图像的方式连续地生成合成图像。
2.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元还包括设置在所述透镜单元上的用于支承所述过滤器和所述致动器的支承构件。
3.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述至少一个透镜单元包括多个透镜单元，并且
其中，所述可变过滤器单元还包括设置在所述多个透镜单元之间用于支承所述过滤器和所述致动器的支承构件。
4.根据权利要求1所述的摄像机模块，还包括：
主板，其上设置有所述图像传感器，
其中，所述保持器被配置成容纳并支承所述至少一个透镜单元。
5.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述致动器包括多个第一压电元件，所述多个第一压电元件设置在所述过滤器的各个角上并且被配置成彼此独立地操作。
6.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述致动器包括多个第二压电元件，所述多个第二压电元件被设置成与所述过滤器的角相比更靠近所述过滤器的倾斜轴而且彼此间隔开，并且被配置成彼此独立地操作。
7.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述致动器包括：
第三压电元件，其设置在所述过滤器的第一边缘上；以及
第四压电元件，其设置在所述过滤器的第二边缘上，所述第二边缘与所述第一边缘相对，以及
其中，所述第三压电元件和所述第四压电元件被配置成彼此独立地操作。
8.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述图像传感器包括第一区域和第二区域，并且
其中，所述控制器输出用于控制所述可变过滤器单元使得从外部入射并穿过所述可变过滤器单元的光的光路从所述图像传感器的所述第一区域改变至所述第二区域的第一路径控制信号作为所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的摄像机模块，其中，所述图像传感器还包括第三区域和第四区域，并且
其中，所述控制器输出用于调整所述可变过滤器单元使得光路从所述第二区域改变至所述第三区域的第二路径控制信号作为所述控制信号，并且所述控制器输出用于调整所述可变过滤器单元使得光路从所述第三区域改变至所述第四区域的第三路径控制信号作为所述控制信号。
10.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述多个图像帧包括：
第一图像帧；以及
第二图像帧，所述第二图像帧基于所述第一图像帧移位了第一间隔。
11.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述控制信号包括：
沿第一方向改变所述透镜组件的视场的信号；
沿第二方向改变所述透镜组件的视场的信号；
沿第三方向改变所述透镜组件的视场的信号；以及
沿第四方向改变所述透镜组件的视场的信号。
12.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述控制器接收指示所述多个图像帧中的一个图像帧的生成完成的信号，并且将所述控制信号发送至所述可变过滤器单元以调整所述光路。
13.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元包括：
过滤器，其被配置成过滤预定波长范围内的光；
设置在所述过滤器的倾斜轴上的中心轴部；以及
压电元件，其连接至所述中心轴部的各个端部。
14.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元包括：
体部；
过滤器，其被配置成过滤预定波长范围内的光；
设置在所述体部与所述过滤器之间的中心轴部；以及
设置在所述体部与所述中心轴部之间的压电元件，
其中，所述体部支承所述压电元件和所述过滤器，以及
其中，所述中心轴部设置在所述过滤器的旋转中心轴上，以根据所述压电元件的长度的变化使所述过滤器旋转。
15.根据权利要求1所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元包括：
体部；
过滤器，其被配置成过滤预定波长范围内的光；
由所述体部支承的压电元件；以及
设置在所述压电元件与所述过滤器之间的连接部。
16.根据权利要求2所述的摄像机模块，其中，所述透镜组件还包括透镜镜筒，所述透镜镜筒包括形成在其中以容纳所述至少一个透镜单元的空间，并且
其中，所述支承构件具有从所述透镜镜筒的在所述至少一个透镜单元上方的内表面突出的剖面形状。
17.根据权利要求3所述的摄像机模块，其中，所述透镜组件还包括透镜镜筒，所述透镜镜筒包括形成在其中以容纳所述多个透镜单元的空间，并且
其中，所述支承构件具有从所述透镜镜筒的在所述透镜单元之间的内表面突出的剖面形状。
18.根据权利要求4所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元还包括支承构件，所述支承构件具有从所述保持器的在所述至少一个透镜单元下方的内表面突出的剖面形状，所述支承构件支承所述过滤器和所述致动器。
19.根据权利要求4所述的摄像机模块，其中，所述可变过滤器单元还包括支承构件，所述支承构件具有围绕所述主板上的图像传感器向上突出的剖面形状，所述支承构件支承所述过滤器和所述致动器。
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