CN113196284B - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例的摄像装置包括：发光部，该发光部用于根据第一控制信号改变光的光路并且沿着第一光路或第二光路输出光；光接收部，该光接收部用于接收由被摄体反射的光以及生成电信号；以及控制部，该控制部用于生成第一控制信号，该第一控制信号被提供成控制光的光路是否被改变为第一光路或第二光路，其中发光部沿着第一光路以第一图案输出光或者沿着第二光路以第二图案输出光。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及一种摄像装置。

背景技术

三维(3D)内容不仅应用于游戏和文化领域/范围，还且还应用于教育、制造、自动驾驶等多个领域。深度图是获取3D内容所必需的。深度图是关于空间距离的信息，并且指示从二维(2D)图像中的另一个点对一个点的透视信息。作为获得深度图的方法，已经使用了向物体投射红外(IR)结构光的方法、使用立体相机的方法、飞行时间(TOF)方法等。

在TOF方法或结构光方法的情况下，使用了IR波长区域的光。最近，已经尝试在生物特征认证中使用IR波长区域的特征。例如，手指等中的静脉扩张的形状从胎儿期开始的一生中都不会改变，并且因人而异。因此，可以使用其上安装有IR光源的摄像装置来识别静脉图案。为此，可以通过捕获手指的图像并基于手指的形状和颜色去除背景来检测手指，并且可以从检测到的手指的颜色信息中提取手指的静脉图案。即，手指的平均颜色、分布在手指中的静脉的颜色和手指的皱纹的颜色可能不同。例如，分布在手指中的静脉的颜色可能与手指的平均颜色相比是更暗的红色，以及手指的皱纹颜色可能与手指的平均颜色相比更深。可以使用上述特征对每个像素计算静脉的近似值，并且可以使用计算结果来提取静脉图案。此外，可以通过将提取的手指的静脉图案与预先登记的数据进行比较来识别个人。

然而，由于用于生成IR图像的光源的图案和被配置为输出结构光的投影仪的光源的图案彼此不同，因此需要安装不同的光源模块。因此，摄像装置的体积增加。

此外，在用于辨识分支静脉等的IR图像的情况下，在手指等靠近摄像装置的同时捕获图像。在此，当发出与结构光投影仪相同强度的光时，会发生光饱和现象，使得无法获得图像。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种摄像装置，其中被配置为捕获红外(IR)图像的光源和结构光投影仪被耦合为一个模块。

本发明旨在提供一种能够通过调整光强度在捕获IR图像的同时防止光饱和现象的摄像装置。

本发明旨在提供一种能够控制输出光的光强度的摄像装置。

本发明旨在提供一种包括飞行时间(TOF)功能以提取分支静脉的摄像装置。

本发明的方面不限于此并且包括可从以下方面或实施例中认识到的目的和效果。

技术方案

本发明的一个方面提供一种摄像装置。该摄像装置包括发光部，该发光部被配置为根据第一控制信号改变光的光路并且沿着第一光路或第二光路输出光；光接收部，光接收部该被配置为接收由被摄体反射的光并且生成电信号；以及控制部，该控制部被配置为生成第一控制信号，该第一控制信号控制光的光路以被改变为第一光路或第二光路。在此，发光部沿着第一光路以第一图案输出光或者沿着第二光路以第二图案输出光。

第一图案可以包括面光源图案(surface light source pattern)，以及第二图案可以包括点光源图案(point light source pattern)。

发光部可以包括：光源，该光源包括多个发光元件并且被配置为生成光；透镜组件，该透镜组件被配置成会聚由光源生成的光并且沿着第一光路或第二光路输出会聚的光；以及光学构件，该光学构件被设置成与光源间隔开并且被配置为衍射光。

多个发光元件可以是多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件。

透镜组件可以包括第一液体和第二液体，所述第二液体具有与第一液体的折射率不同的折射率，以及由第一液体和第二液体形成的界面可以根据第一控制信号而变化。

透镜组件可以根据由第一液体和第二液体形成的界面的曲率来改变散射光的水平。

透镜组件可以被设置在光源与光学构件之间或被设置在光学构件的上端上。

发光部可以根据第二控制信号，向光源提供电源的电力。

当沿着第一光路输出光时，发光部可以根据第二控制信号，通过单独地操作多个发光元件中的一些来生成光或者通过操作多个发光元件之中的布置在预设区域中的发光元件来生成光。

第二控制信号可以控制光的曝光时间或光的功率脉冲的占空比。

发光部可以包括连接到多个发光元件的多个开关元件。发光部可以通过在第二控制信号的脉冲生成区间(pulse generation section)中接通多个开关元件来向光源供电，并且通过在第二控制信号的非脉冲生成区间中关断多个开关元件来停止向光源供电。

控制部可以根据与电信号相对应的图像数据的色度值来控制第二控制信号的脉冲宽度。当色度值不同于预设最大色度值时，可以保持第二控制信号的预设脉冲宽度。当色度值等于预设最大色度值时，可以减小第二控制信号的预设脉冲宽度。

光学构件可以被实现为具有板形，该板形包括第一表面和第二表面，所述第一表面被配置为接收光，所述第二表面被配置为输出被衍射的光。第一表面可以包括以特定节距(pitch)布置的多个微透镜，并且第二表面可以被实现为平面或具有特定曲率的球面形状。

光可以具有在近红外(NIR)区域中的波长。

发光部可以向人体输出光，以及光接收部可以会聚未被吸收到人体的血液中包括的血红蛋白中并且由人体反射的光。

有益效果

根据实施例，用于输出结构光的投影仪和IR LED光源可以被耦合为一个模块。

可以通过将不同类型的输出端耦合为一个模块来减少模块的数量。

可以通过调节光源的光强度来防止光饱和现象。

根据实施例，提供了与距被摄体的距离无关地获得具有高准确度的IR图像的优点。

根据实施例，提供了使用一个光源，同时获得深度图和二维IR图像的优点。

本发明的多个有益效果不限于此，并且通过实施例的详细描述将容易理解。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的摄像装置的配置图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的发光部的配置图；

图3A至3C示出了根据本发明的一个实施例的包括在摄像装置中的透镜组件的示例；

图4A至4D示出了根据本发明的一个实施例的包括在摄像装置中的透镜组件的另一示例；

图5A和5B是示出根据本发明的示例性实施例的发光部的光折射机制的视图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的从发光部输出的光的图案的变化的视图；

图7A至7D是示出根据本发明的示例性实施例的改变控制部的第二控制信号的过程的视图；

图8A和8B是示出根据本发明的一个实施例的光接收部的一部分的横截面图；

图9A和9B是示出根据本发明的另一实施例的光接收部的一部分的横截面图；

图10是示出根据本发明的示例性实施例的图像传感器的视图；以及

图11A至11D是示出根据控制输出光的强度提取分支静脉的结果的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图，详细地描述本发明的示例性实施例。

然而，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以各种形式实现。在不脱离本发明的技术构思的范围的情况下，实施例的一个或多个部件可以选择性地相互组合或替换。

此外，除非另有定义，否则本文使用的术语(包括技术和科学术语)可以被用作能够由本领域普通技术人员普遍理解的含义。此外，可以考虑相关技术的上下文含义来解释通用词典中定义的术语。

此外，本文使用的术语旨在描述实施例而不旨在限制本发明。

在本说明书中，除非另有特别说明，否则单数形式包括复数形式。当指示A、B和C中的至少一个(或一个或多个)时，这可以包括A、B和C的所有组合中的一个或多个。

此外，在描述本发明的实施例的元件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语。

这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件，相应元件的本质、次序、顺序等不受这些术语的限制。

此外，当陈述一个元件“连接”或“耦合”到另一个元件时，该元件不仅可以直接连接或耦合到另一个元件，而且还可以通过另一个居间元件连接或耦合到另一个元件。

此外，当陈述元件被形成或设置在另一个元件的“上方(上)或下方(下)”时，这两个元件不仅可以彼此直接接触，而且还可以在这两个元件之间形成或设置另一个元件。此外，在“上方(上)或下方(下)”不仅可以包括基于一个元件的向上方向，还可以包括向下方向。

在下文中，将参考附图详细地描述实施例。然而，无论附图标记如何，相同或相应的部件将被称为相同的参考标记，并且将省略其重复描述。

图1是根据本发明的示例性实施例的摄像装置的配置图。

参考图1，根据示例性实施例的摄像装置10包括发光部100、光接收部200和控制部300。

发光部100沿着第一光路或第二光路输出光。

详细地，发光部100接收电力并且生成和输出光。在此，发光部100可以沿着第一光路或第二光路输出光。发光部100根据第一控制信号，将光的光路改变为第一光路或第二光路。详细地，发光部100将光生成时间点和被摄体入射时间点之间的光路转换为第一光路或第二光路。发光部100可以包括能够改变光路的装置，诸如液体透镜。根据本发明的一个实施例，发光部100可以根据除第一光路和第二光路之外的另一光路输出光。

沿着第一光路输出的光可以具有第一图案。在这种情况下，具有第一图案的光可以被发射到被摄体。沿着第二光路输出的光可以具有第二图案。在这种情况下，具有第二图案的光可以被发射到被摄体。

第一图案可以是点光源图案，而第二图案可以是面光源图案。

发光部100可以生成并输出具有脉冲波形或连续波形的光。连续波形可以是正弦波形或方波形。摄像装置10可以通过生成脉冲波类型或连续波类型光来检测从发光部100输出的光与由物体反射并输入到摄像装置10的光之间的相位差。

发光部100可以在特定曝光周期内向物体发射所生成的光。在此，曝光周期是指一个帧周期。当生成多个帧时，重复预设的曝光周期。例如，当摄像装置10以每秒20帧(FPS)捕获物体的图像时，曝光周期变为1/20秒。此外，当生成100帧时，曝光周期可重复100次。

发光部100可以生成具有不同频率的多条光线。发光部100可以顺序地生成具有不同频率的多条光线。除此以外，发光部100可以同时生成具有不同频率的多条光线。在下文中，将参考附图详细描述发光部100的详细部件。

在发光部100输出光之后，光接收部200接收由被摄体反射的光并生成电信号。电信号可以被用来生成图像数据。

为了接收光然后将光转换为电信号，光接收部200可以包括用于会聚光的装置和用于将会聚的光转换为电信号的装置。根据本发明的实施例，光接收部200可以根据特定图案来改变光的光路。因此，与通过具有根据特定图案而改变的光路的光所生成的电信号相对应的多个图像可以被生成。可以使用超分辨率方法将多个图像转换为高分辨率图像。在下文中，将参考附图，详细地描述光接收部200的部件。

控制部300可以生成第一控制信号，该第一控制信号控制光的光路以被改变为第一光路或第二光路。此外，控制部300可以生成用于使得电源的电力能够被提供给光源的第二控制信号。控制部300可以基于图像数据的色度值来生成第二控制信号。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的发光部的配置图。

参考图2，发光部100包括光源110、透镜组件120和光学构件130。

光源110生成光。根据一个实施例，由光源110生成的光的波长可以是770到3000nm的红外(IR)范围内的波长，并且可以是380到770nm的可见光线范围内的波长。根据一个实施例，光源110可以生成具有近红外(NIR)区域的波长的光，即NIR光。例如，NIR光的波长可以是0.75至3μm。

可以使用发射光的多个发光元件来实现光源110。多个发光元件可以包括激光二极管(LD)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、发光二极管(LED)和有机LED(OLED)。根据本发明的实施例，当将作为发光元件的VCSEL用作光源110时，可以简化制造工艺，通过小型化和高集成可以容易地进行并行信号处理，并且可以降低功耗。然而，光源110不限于此。

可以以多个发光元件根据特定图案被排列的形状来实现光源110。光源110可以被实现为在其上排列有多个发光元件的芯片。依据根据本发明实施例的摄像装置10的目的，本领域技术人员可以在设计上改变多个发光元件被排列的形状。

光源110可以设置在印刷电路板(PCB)的一个表面上。光源110可以电连接到PCB并且可以通过PCB接收输出光所需的电力。在本发明中，PCB可以被实现为柔性PCB以确保特定程度的柔性。此外，PCB可以被实现为树脂基PCB、金属芯PCB、陶瓷PCB和FR-4基底中的一种。

光源110可以根据特定条件，不同地驱动多个排列的发光元件。详细地，当透镜组件120将光的光路改变为第一光路时，在光源110中，根据第二控制信号，多个发光元件中的一些可以单独地操作并且生成光或多个发光元件之中的被布置在预设区域中的发光元件可以操作并生成光。即，并非所有的多个排列的发光元件都被驱动，并且可以仅操作一些发光元件或者可以仅操作预设特定区域中的发光元件。

沿第一光路输出的光可以形成面光源图案，并且面光源图案可以被用来获得IR图像。IR图像可以被用来例如辨识面部轮廓、测量静脉图案等。即使当IR图像被入射在比用于三维(3D)建模等的点光源图案的区域更小的区域上时，也可以实现其目的。然而，当所有的多个发光元件都被驱动以实现该目的时，可能会出现不必要的功耗并且在面部轮廓辨识期间，高强度的光可能对人眼产生不良影响。为了解决这些问题，根据本发明的实施例，当输出具有面光源图案的光时，可以操作一些发光元件或者可以仅操作特定区域中的发光元件。

光源110可以根据第二控制信号通过改变光的曝光时间或通过改变光的功率脉冲的占空比来调整光的强度。当被摄体位于靠近摄像装置10时，例如测量手掌或手指的静脉的情况，可能会发生光饱和，使得无法获得IR图像。在此，当被摄体位于远离摄像装置10时，可以防止这种光饱和但降低IR图像的分辨率。然而，由于根据本发明的实施例的光源110通过改变输出光的曝光时间或功率脉冲占空比来调整光强度，因此可以防止光饱和现象。

光源110可以包括根据第二控制信号驱动的多个开关元件。开关元件可以根据第二控制信号，控制将电源的电力提供给或不提供给多个发光元件。开关元件可以根据控制信号，通过重复地接通/关断来控制提供给发光元件的电力。详细地，光源110根据第二控制信号，接通或关断连接至光源的开关元件。在此，控制信号可以被实现为脉冲序列。在控制信号中出现脉冲的区间中接通开关元件，从而向发光元件供电，而在控制信号中不出现脉冲的区间中关断开关元件，从而停止向发光元件供电。

为此，开关元件被设置在电源和发光部100(更详细地，作为被包括在发光部100中的光源的发光元件)之间并且控制施加到发光元件的电源的电力。开关元件可以包括场效应晶体管(FET)。

透镜组件120可以是指改变光由此通过的光路的光学元件。透镜组件120可以是指改变光由此通过的光路的可变透镜。透镜组件120可以包括液体透镜。透镜组件120可以根据第一控制信号，将光的光路改变为第一光路或第二光路。

透镜组件120可以设置在光学构件130的上端上。光学构件130的上端可以是指光学构件130的输出光的一个表面的方向。除此以外，透镜组件120可以设置在光源110和光学构件130之间。也就是说，透镜组件120可以设置在光源110的上端和光学构件130的下端上。

光学构件130可以调制由透镜会聚的光的相位和幅度。光学构件130可以包括衍射光学元件(DOE)。衍射光学元件可以是包括微米或纳米级不均匀结构的元件。衍射光学元件通过调制输入到不均匀表面结构的光的相位和幅度，将光转换成具有预设形状的波前的光。由衍射光学元件调制了波前的光可以根据波衍射原理穿过空间或穿过介质。

光学构件130可以散射和输出光。光学构件130可以根据特定散射模式来散射输入光。光学构件130可以在去除与发光元件所在的位置相对应的地方中光会聚的热点(hotspot)的同时通过散射光来增加从光源110输出的光的亮度的均匀性。即，光学构件130可以通过散射输入光，在整个表面上均匀地散射输出光。光学构件130可以包括漫射板、漫射构件、漫射器等。

根据本发明的实施例，光学构件130可以衍射或散射光或者可以既衍射又散射光。

光学构件130可以设置在光源110的整个表面上。在此，光源110的整个表面可以是指位于光从光源110输出的方向上的一个表面。光学构件130可以被设置为与光源110间隔特定距离。本领域技术人员可以在考虑到摄像装置10的使用以及光源110的形状、类型等，在设计上改变光学构件130和光源110之间的距离。

光学构件130可以被实现为具有板形，该板形包括向其输入光的第一表面和从其输出散射光的第二表面。光学构件130可以被实现为具有球形或平面形状。微透镜以均匀的节距(pitch)布置在光学构件130的第一表面上。在此，通过根据微透镜的尺寸、曲率、折射率、节距的大小等，调整通过第一表面会聚的光的角度来散射输入光并且通过第二表面输出输入光。本领域技术人员可以在考虑到根据本发明的实施例的摄像装置10的使用、光学构件130和光源110之间的距离、光源110的形状和类型等，在设计上改变微透镜的尺寸、曲率和折射率以及节距的大小。

图3A至3C示出了根据本发明的一个实施例的包括在摄像装置中的透镜组件的示例。

图3A至3C示出了包括第一液体和第二液体的透镜组件120。透镜组件120包括第一液体和第二液体。第一液体和第二液体可以被填充在腔室中。在此，第一液体和第二液体具有彼此不同的折射率。透镜组件120可以包括具有不同性质的两种类型的液体(例如，导电液体和非导电液体)。

如图3A至3C所示，在透镜组件120中，在两种类型的液体之间形成界面1000，并且界面1000的弯曲、倾斜度等可以根据施加的电压而改变。虽然在图3A至3C中没有示出，但是在透镜组件120中，界面1000的曲率可以根据第一控制信号而改变。在透镜组件120中，界面1000的曲率可以改变为凹形或凸形。在透镜组件120中，光的散射程度可以根据由第一液体和第二液体形成的界面1000的曲率而改变。

图4A至4D示出了根据本发明的一个实施例的包括在摄像装置中的透镜组件的另一示例。

根据本发明的实施例，透镜组件120可以具有使用膜1100密封填充有液体的腔室的形状。透镜组件120可以通过使用施加到膜1100的特定位置的力，使膜1000的形状变形来改变光的光路。在透镜组件120中，根据施加到围绕膜1100边缘的环1102的电压，膜1100的形状可以是凹形，如图4A所示，或者可以是如图4B所示的凸形。在透镜组件120中，根据施加到围绕膜1100的边缘的环1102的电压，膜1100的曲率可以如图4C所示减小，或者可以如图4D所示增加。

作为另一示例，透镜组件可以包括彼此以特定间隔隔开的两个板。透镜组件可以通过改变两个板中的至少一个的坡度来改变光的光路。

图5A和5B是示出根据本发明的示例性实施例的发光部的光折射机制的视图。

将参考图5A和5B，假设透镜组件包括具有不同折射率的第一液体和第二液体来描述光折射机制。

第一液体位于第二液体上方，并且两种液体具有不同的性质和折射率。因此，两种液体可以形成界面。由于施加到电极的电压，界面可以沿着腔室的内壁移动。在未向电极施加电压的初始状态下，透镜组件可以具有负屈光度。如图5A所示，由第一液体和第二液体形成的界面可以具有在输出光的方向上凸的形状。因此，可以散射通过透镜组件的光。

当将电压施加到电极时，透镜组件可以具有正屈光度。如图5B所示，在第二光学构件中，由第一液体和第二液体形成的界面在输出光的方向上可以是凹的。当将电压施加到电极时，界面可能变得更凹。

图6A和6B是示出根据本发明的示例性实施例的从发光部输出的光的图案的变化的视图。

首先，当沿着第一光路输出光时，光可以具有如图6A所示的面光源图案。当沿着第一光路输出光时，透镜组件可以通过散射光形成面光源图案。即，面光源图案是指漫射(或散射)多个会聚的点光源的光源图案。

在一个实施例中，当透镜组件被设置在光学构件和光源之间时，从光源输出的光可以穿过透镜组件，然后穿过光学构件以射向被摄体。由光源产生的光在穿过透镜组件时可以被散射，并且散射光可以在穿过光学构件时根据面光源图案射向被摄体。

在另一实施例中，当透镜组件被设置在光学构件上方时，从光源输出的光可以穿过光学构件，然后穿过透镜组件以射向被摄体。虽然由光源生成的光在穿过光学构件时形成特定图案，但是形成特定图案的光被透镜组件散射以便根据面光源图案射向被摄体发射。

因此，当沿着光路输出光时，光会被透镜组件散射以便以如图6A所示的面光源图案的形状射向被摄体。

接下来，当沿着第二光路输出光时，光可以具有如图6B所示的点光源图案。点光源图案是点以特定间隔布置的图案，以及点之间的特定间隔可以根据光学构件的图案形状来确定。即，当沿着第二光路输出光时，根据由穿过光学构件的光所生成的点光源图案，光射向被摄体。因此，即使当透镜组件被设置在光学构件和光源之间或被设置在光学构件上方时，透镜组件也可以控制光不被散射。

图7A至7D是示出根据本发明的示例性实施例的改变控制部的第二控制信号的过程的视图。

为方便描述，假设本发明捕获用户的分支静脉的图像。在图7B和7D中，阴影区域的暗度指示光的强度。随着阴影区域变得更暗，光的强度变得更高。

首先，用户将他或她的手指放在靠近摄像装置的位置处，然后执行初级图像捕获。在此，控制部将如图7A所示的脉冲序列的第二控制信号发送到发光部，并且发光部将如图7B所示的光发射到手指。

然后，控制部接收由与图7B所示的光相对应的电信号生成的图像数据。此外，控制部计算图像数据的色度值并将其与阈值进行比较。图像数据可以是8比特的原始数据，而色度值可以是0到255中的任意一个。

控制部将根据图像数据计算的色度值与预设的最大色度值进行比较。在此，由于色度值的范围为0至255，因此可以将最大色度值设置为255。然而，本领域技术人员可以用任何预设值代替该阈值。

当所计算的色度值与最大色度值不一致时，控制部保持图7A的脉冲序列。即，控制部保持第二控制信号的预设脉冲宽度。另一方面，由于当色度值与阈值一致时出现光饱和，所以减少第二控制信号的脉冲宽度，如图7C所示。当减小第二控制信号的脉冲宽度时，提供给发光部的电量也被减小并且发光部可以输出强度减小的光，如图7D所示。

同时，根据本发明的实施例，可以与色度值的大小相对应地来减小脉冲宽度。例如，控制部可以根据色度值的大小来线性地控制脉冲宽度。例如，可以与图像数据的色度值和阈值之间的差成比例地减小脉冲宽度。当色度值为235时，控制信号的预设脉冲宽度可以被减少1/2。当色度值为245时，控制信号的预设脉冲宽度可以被减少1/3。作为另一示例，控制部可以根据色度值的大小，以阶梯函数的形式减小脉冲宽度。例如，在色度值为230至235时，可以使脉冲宽度减少3/4。在色度值为235至240时，可以使脉冲宽度减少1/2。

该示例不是旨在限制本发明的配置并且除此之外，可以被实现为各种改进示例。

在下文中，将参考图8A至9B，详细地描述根据本发明的实施例的光接收部。

图8A和8B是示出根据本发明的一个实施例的光接收部的一部分的横截面图。图9A和9B是示出根据本发明的另一实施例的光接收部的一部分的横截面图。

根据本发明的实施例的摄像装置10的光接收部200可以包括IR滤光器220、透镜模块210和图像传感器230。在光接收部200中，IR滤光器220可以被设置在PCB上设置的图像传感器230的上端上，并且透镜模块210可以被设置在IR滤光器220的上端上。在此，PCB可以是与设置光源的PCB相同的基底。

参考图8A至9B，透镜模块210可以包括IR滤光器220、设置在IR滤光器220上方的多个固体透镜214以及设置在多个固体透镜214上方或设置在多个固体透镜214之间的液体透镜212。

根据一个实施例，如图8A和9A所示，液体透镜212可以被设置在多个固体透镜214上方。如上所述，将液体透镜212设置在多个固体透镜214上方可以被称为附加(add-on)法。在此，可以包括多个这样的液体透镜212。

根据另一实施例，如图8B和9B所示，液体透镜212可以被设置在多个固体透镜214之间。如上所述，将液体透镜212设置在多个固体透镜214之间可以被称为加入(add-in)法。在附加法的情况下，液体透镜212可以由透镜模块210的外部成型器(未示出)等支撑和倾斜。在此，可以包括多个这样的液体透镜212。

根据另一实施例，多个液体透镜212中的一些被设置在多个固体透镜214上方，以及其他液体透镜212可以被设置在多个固体透镜214之间。即，可以使用通过结合附加法和加入法形成的方法来设置液体透镜212。

可以基于中心轴对准多个固体透镜214和液体透镜212以形成光学系统。在此，中心轴可以等于光学系统的光轴并且在本说明书中可以被称为Z轴。

透镜模块210可以进一步包括透镜筒216，并且可以在透镜筒216中提供能够容纳至少一些透镜的空间。透镜筒216可以与一个或多个透镜可旋转地耦合，但这是示例并且可以使用另一种方法(诸如使用粘合剂(例如，诸如环氧树脂等的粘合树脂)的方法)来耦合。

透镜夹持器(未示出)可以与透镜筒216耦合并支撑透镜筒216，并且可以与安装图像传感器230的PCB(未示出)耦合。其中IR滤光器220可以附接到透镜筒216的下部的空间可以由透镜夹持器形成。可以在透镜夹持器的内圆周表面上形成螺旋图案，并且透镜夹持器可以与透镜筒216可旋转地耦合，该透镜筒216的外圆周表面上可以像这样形成螺旋图案。然而，这仅仅是示例，并且透镜夹持器和透镜筒216可以使用粘合剂彼此耦合或者可以一体地形成。

然而，该示例仅是一个实施例，并且透镜模块210的透镜筒和透镜夹持器可以具有能够会聚入射在摄像装置10上的光并且将其传送到图像传感器230的多种结构。

根据本发明的实施例，可以进一步包括被配置为控制IR滤光器220或图像传感器230的移动的第一驱动部(未示出)和被配置为控制液体透镜212的曲率的第二驱动部(未示出)中的至少一个。在此，第一驱动部可以包括直接或间接连接到IR滤光器220或图像传感器230的致动器，并且该致动器可以包括微机电系统(MEMS)、音圈电机(VCM)和压电元件中的至少一个。此外，第二驱动部可以直接或间接地连接到液体透镜并且可以通过向液体透镜212直接施加电压或控制施加到液体透镜212上的电压来控制液体透镜212的曲率。

光的光路可以根据特定规则，由第一驱动部和第二驱动部中的一个被重复地偏移，并且可以根据特定控制信息，由第一驱动部和第二驱动部中的另一个被偏移。

当光路根据特定规则重复地偏移时，可以使用偏移的光路来执行超分辨率功能。此外，当根据特定控制信息使输入光的光路偏移时，可以使用偏移的光路执行光学图像稳定(OIS)。例如，特定控制信息可以包括从摄像装置的运动信息、姿势信息等中提取的用于OIS的控制信息。

如上所述，根据本发明的实施例的摄像装置可以使用像素偏移技术来执行SR方法。

对于像素偏移，第一驱动部可以移动IR滤光器220或图像传感器230的倾斜度。即，第一驱动部可以使IR滤光器220或图像传感器230倾斜以具有相对于与光轴(Z轴)垂直的XY平面的特定倾斜度。因此，第一驱动部可以以图像传感器230的子像素为单位改变输入光线中的至少一个的光路。在此，子像素可以是大于零像素且小于一个像素的单位。

第一驱动部对每个图像帧改变至少一个输入光信号的光路。如上所述，可以对每个曝光周期生成一个图像帧。因此，当一个曝光周期结束时，第一驱动部可以改变光路。

第一驱动部可以基于图像传感器230，以子像素为单位改变光路。在此，第一驱动部可以基于当前光路，将输入光线中的至少一个的光路改变为向上、向下、向左、向右方向中的任一个。

图10是示出根据本发明的示例性实施例的图像传感器的视图。

图像传感器220可以与发光部100的闪烁周期同步并吸收光。详细地，图像传感器220可以吸收从发光部输出的同相和异相光中的每一个。即，图像传感器220可以重复地执行在光源开启时吸收光和在光源关闭时吸收光的操作。

接下来，图像传感器220可以使用具有不同相位差的多个参考信号，生成与参考信号中的每一个相对应的电信号。参考信号的频率可以被设置为等于从发光部输出的输出光信号的频率。因此，当发光部生成具有多个频率的光时，图像传感器220使用对应于这些频率的多个参考信号生成电信号。电信号可以包括与对应于每个参考信号的电荷或电压有关的信息。

图像传感器220可以具有其中以网格形状布置多个像素的结构。图像传感器220可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或者可以是电荷耦合器件(CCD)图像传感器220。此外，图像传感器220可以包括接收由被摄体反射的IR光并且使用时间或相位差测量距离的飞行时间(TOF)传感器。

例如，如图10所示，在具有320x240分辨率的图像传感器220的情况下，以网格形状布置76,800个像素。在此，可以在多个像素之间形成特定间隔，如图10的阴影部分。在本发明的实施例中，一个像素将被描述为包括像素和与其相邻的特定间隔。在此，与其相邻的特定间隔是图10中像素之间的阴影部分，并且一个像素将被描述为包括在像素的右侧和下侧上设置的间隔。

根据本发明的实施例，每个像素222可以包括第一光接收部222-1和第二光接收部222-2，其中，第一光接收部222-1包括第一光电二极管和第一晶体管，第二光接收部222-2包括第二光电二极管和第二晶体管。

第一光接收部222-1以与输出光的波形的相位相同的相位接收光。即，在光源接通时，第一光电二极管接通并吸收光。即，在光源关断时，第一光电二极管关断并且停止吸收光。第一光电二极管将吸收的光转换为电流并将电流传输至第一晶体管。第一晶体管将传输的电流转换为电信号并输出该电信号。

第二光接收部222-2以与从发光部输出的光的波形的相位相反的相位接收光。即，在光源接通时，第二光电二极管关断并吸收光。此外，在光源关断时，第二光电二极管接通并停止吸收光。第二光电二极管将吸收的光转换成电流并将电流传输到第二晶体管。第二晶体管将传输的电流转换为电信号。

因此，第一光接收部222-1可以被称为同相接收单元，以及第二光接收部222-2可以被称为异相接收单元。如上所述，当利用时间差激活第一光接收部222-1和第二光接收部222-2时，根据距物体的距离出现接收光量的差异。例如，当物体就在摄像装置的正前方，即距离为零时，由于从发光部输出光并且由物体反射所花费的时间为零，因此光源的闪烁周期在没有变化的情况下变为光的接收周期。因此，仅第一光接收部222-1接收光并且第二光接收部222-2不能接收光。作为另一示例，当物体位于距摄像装置特定距离时，由于光从发光部输出然后由物体反射需要时间，因此光源的闪烁周期不同于光接收周期。因此，第一光接收部222-1和第二光接收部222-2接收的光量之间存在差异。即，可以使用输入到第一光接收部222-1和第二光接收部222-2的光量的差异来计算距物体的距离。

图11A至11D是示出根据控制输出光的强度来提取分支静脉的结果的视图。

根据本发明的一个实施例，被摄体可以是人体。当发光部向人体输出光时，一部分输出光可能被人体的血液中所含的血红蛋白吸收。然而，输出光的一部分可能不会被人体的血液中包括的血红蛋白吸收而是被反射。未被吸收到人体的血液中包括的血红蛋白中并且被反射的光可以被光接收部会聚。例如，当发光部朝向手指输出光时，具有NIR波长的输出光可以被包含在手指的血液中的血红蛋白吸收。此外，未被吸收到手指的血液中包括的血红蛋白中的光可能被反射并且被光接收部会聚。

图11A至11D示出了在距摄像装置10分别为3cm、5cm、10cm和15cm处捕获手指的图像的结果。根据本发明的实施例，控制在每个距离处的图像捕获的光强度。

当不使用本发明的实施例时，在诸如3cm的短距离处出现光饱和现象，使得不能提取分支静脉。此外，在诸如15cm的远距离处光量不足，使得无法提取分支静脉。

然而，当使用本发明的实施例时，根据本发明的实施例，可以看出在类似于3cm、5cm、10cm和15cm的距离处可以辨识出分支静脉。

尽管上文已经描述了实施例，但实施例仅为示例，并不旨在限制本发明，并且可以看出，本领域普通技术人员在不脱离实施例的基本特征的情况下，可以进行以上未描述的各种改进和应用。例如，实施例中描述的部件可以在被修改的同时实现。此外，应当注意到，与改进和应用有关的差异被包括在由权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种摄像装置，包括：

发光部，所述发光部被配置为根据第一控制信号改变光的光路并且沿着第一光路或第二光路输出光；

光接收部，所述光接收部被配置为接收由被摄体反射的光并且生成电信号；以及

控制部，所述控制部被配置为生成所述第一控制信号，所述第一控制信号控制所述光的光路以被改变为所述第一光路或所述第二光路，

其中，所述发光部沿着所述第一光路以第一图案输出光或者沿着所述第二光路以第二图案输出光，

其中，所述第一图案包括面光源图案，并且所述面光源图案可以被用来获得IR图像，以及

其中，所述第二图案包括点光源图案。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，所述控制部还被配置为控制所述发光部以当输出具有所述面光源图案的光时仅操作所有发光元件中的一些发光元件。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述发光部包括：

光源，所述光源包括多个发光元件并且被配置为生成所述光；

透镜组件，所述透镜组件被配置成会聚由所述光源生成的光并且沿着所述第一光路或所述第二光路输出会聚的光；以及

光学构件，所述光学构件被设置成与所述光源间隔开并且被配置为衍射所述光。

4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述多个发光元件是多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件。

5.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述透镜组件包括第一液体和第二液体，所述第二液体具有与所述第一液体的折射率不同的折射率，以及

其中，由所述第一液体和所述第二液体形成的界面根据所述第一控制信号而变化。

6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，所述透镜组件根据由所述第一液体和所述第二液体形成的界面的曲率来改变散射所述光的水平。

7.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述透镜组件被设置在所述光源与所述光学构件之间或被设置在所述光学构件的上端上。

8.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述发光部根据第二控制信号，向所述光源提供电源的电力。

9.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，当沿着所述第一光路输出所述光时，所述发光部根据所述第二控制信号，通过单独地操作所述多个发光元件中的一些来生成光或者通过操作所述多个发光元件之中的布置在预设区域中的发光元件来生成所述光。

10.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，所述第二控制信号控制所述光的曝光时间或所述光的功率脉冲的占空比。

11.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，所述发光部包括连接到所述多个发光元件的多个开关元件，以及

其中，所述发光部通过在所述第二控制信号的脉冲生成区间中接通所述多个开关元件来向所述光源供电，并且通过在所述第二控制信号的非脉冲生成区间中关断所述多个开关元件来停止向所述光源供电。

12.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，所述控制部根据与所述电信号相对应的图像数据的色度值来控制所述第二控制信号的脉冲宽度，

其中，当所述色度值不同于预设最大色度值时，保持所述第二控制信号的预设脉冲宽度，以及

其中，当所述色度值等于所述预设最大色度值时，减小所述第二控制信号的预设脉冲宽度。

13.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，所述光学构件被实现为具有板形，所述板形包括第一表面和第二表面，所述第一表面被配置为接收所述光，所述第二表面被配置为输出被衍射的光，以及

其中，所述第一表面包括以特定节距布置的多个微透镜，并且所述第二表面被实现为平面或具有特定曲率的球面形状。

14.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述光具有在近红外(NIR)区域中的波长。

15.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述发光部向人体输出所述光，以及

其中，所述光接收部会聚未被吸收到所述人体的血液中包括的血红蛋白中并且由所述人体反射的光。