JP2017508955A

JP2017508955A - カメラ装置

Info

Publication number: JP2017508955A
Application number: JP2016549149A
Authority: JP
Inventors: ヒョンリ、サン; ソクリ、キ; キョリ、セ; キチョン、ソン
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: KR102184042B1; CN105940669B; CN105940669A; KR20150090680A; WO2015115799A1; JP6580578B2; US20160349370A1; EP3101887A1; EP3101887B1; EP3101887A4; US10393876B2

Abstract

【解決手段】本発明の一実施例に係るカメラ装置はＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）光を出力する光出力部、それぞれが第１受信ユニットおよび第２受信ユニットを含む複数のピクセルを含み、前記光出力部から出力された後、客体から反射した光が入力される光入力部、そして前記光入力部の前記第１受信ユニットおよび前記第２受信ユニットに入力された光量の差を利用して客体の距離を演算する演算部を含み、前記光出力部と前記客体間に配置され、前記光出力部から出力された光を第１方向に屈折させる第１レンズ、そして前記光出力部から出力された光を第２方向に屈折させる第２レンズをさらに含む。【選択図】図１

Description

本発明はカメラ装置に関するもので、より詳細にはＴＯＦカメラ装置の深さ情報抽出に関するものである。

撮影装置を利用して３次元映像を獲得する技術が発展している。このような３次元映像を獲得するためには深さ情報（ＤｅｐｔｈＭａｐ）が必要である。深さ情報は空間上の距離を表す情報であり、２次元映像の一地点に対して他の地点の遠近情報を表す。

深さ情報を獲得する方法中の一つは、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ）構造光を客体に投射して、客体から反射した光を解釈して深さ情報を抽出する方式である。ＩＲ構造光方式によれば、動く客体に対して所望の水準の深さ分解能（Ｄｅｐｔｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を得ることが難しい問題がある。

ＩＲ構造光方式を代替する技術としてＴＯＦ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）方式が注目を集めている。ＴＯＦ方式によれば、飛行時間、すなわち光を照射して反射してくる時間を測定することによって客体との距離を計算する。

一般的に、ＴＯＦ方式によるカメラ（以下、ＴＯＦカメラ）は客体に照射される光の角度を調節するスキャナーおよび光の経路を調節するミラーを含む。このようなＴＯＦカメラ内では光が数回にわたって反射しなければならないため、構造が複雑で、小型で具現し難い問題がある。また、スキャナーが客体の全面をスキャンするために光源から出力された光の屈折率をはやい応答速度に調節しなければならないが、スキャナーがはやい応答速度を有するには技術的に限界がある。

本発明が達成しようとする技術的課題は深さ情報を抽出するＴＯＦカメラ装置を提供するところにある。

本発明の一実施例に係るカメラ装置はＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）光を出力する光出力部、それぞれが第１受信ユニットおよび第２受信ユニットを含む複数のピクセルを含み、前記光出力部から出力された後、客体から反射した光が入力される光入力部、そして前記光入力部の前記第１受信ユニットおよび前記第２受信ユニットに入力された光量の差を利用して客体の距離を演算する演算部を含み、前記光出力部と前記客体間に配置され、前記光出力部から出力された光を第１方向に屈折させる第１レンズ、そして前記光出力部から出力された光を第２方向に屈折させる第２レンズをさらに含む。

前記第１レンズおよび前記第２レンズに電圧を印加する電源部をさらに含むことができる。

前記第１レンズおよび前記第２レンズに互いに異なる電圧が印加され得る。

前記第１レンズおよび前記第２レンズのうち少なくとも一つはガラス基板、前記ガラス基板上に配置されたポリマー、前記ポリマー上に配置されたガラス膜、そして前記ガラス膜上に配置された圧電素子を含むことができる。

前記電源は前記圧電素子と連結され得る。

前記圧電素子に印加される電圧により前記ポリマーの形状が変わり、前記ポリマーの形状によりレンズの屈折率および屈折方向のうち少なくとも一つが変わり得る。

前記第１方向と前記第２方向は９０度の角度をなすことができる。

前記第１受信ユニットは光源がオンとなる間活性化され、前記第２受信ユニットは光源がオフとなる間活性化され得る。

前記光出力部と前記第１レンズの間に配置され、前記光出力部から出力された光を前記第１レンズに伝達する光伝達部材をさらに含むことができる。

本発明の一実施例に係るカメラ装置はＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）光を出力する光出力部、前記光出力部から出力された後、客体から反射した光が入力される光入力部、そして前記光入力部に入力された光量を利用して客体の距離を演算する演算部を含み、前記光出力部と前記客体間に順次配置される複数のレンズをさらに含み、前記複数のレンズそれぞれに印加される電圧により前記複数のレンズの屈折率および屈折方向のうち少なくとも一つが互いに異なるように調節される。

前記複数のレンズはチューナブル（Ｔｕｎａｂｌｅ）レンズを含むことができる。

前記複数のレンズは所定間隔でレンズホルダー内に固定され得る。

本発明の実施例によれば、ＴＯＦカメラを小型で簡単に具現することができ、組立が容易で量産性を高めることができる。また、高い光効率によって深さ情報を精密に抽出することができ、消費電力を減らすことができる。特に、スキャナーを使わずとも速い速度で客体の全面に光を照射することができる。

本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置のブロック図を示す。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置の光出力部のブロック図である。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置の光入力部の構造である。本発明の一実施例に係るＴＯＦ装置の演算部が客体の距離を計算する方法を説明する図面である。本発明の一実施例に係るＴＯＦ装置を示す。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれるレンズの断面図である。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれるレンズの断面図である。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれる二枚のレンズにそれぞれ印加される電圧を示す。本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれる二枚のレンズにそれぞれ印加される電圧を示す。ＴＯＦカメラ装置に含まれる二枚のレンズに互いに異なる電圧が印加され、Ｘ軸方向とＹ軸方向をスキャンする内容を説明する図面である。

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、特定実施例を図面に例示して説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

第２、第１などのように序数を含む用語は多様な構成要素の説明に用いることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく第２構成要素を第１構成要素と命名することができ、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名することができる。および／またはという用語は複数の関連する記載された項目の組合せまたは複数の関連する記載された項目の中のいずれか一つの項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」あるまたは「接続されて」あると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていることもあり得るが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されるべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」あるまたは「直接接続されて」あると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。

本出願に用いられた用語は単に特定の実施例を説明するために用いられたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたのが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

特に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで用いられるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に用いられる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味と解釈されない。

以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明するものの、図面符号にかかわらず同一であるかまたは対応する構成要素は同じ参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

図１は本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置のブロック図を示し、図２は本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置の光出力部のブロック図であり、図３は本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置の光入力部の構造で、図４は本発明の一実施例に係るＴＯＦ装置の演算部が客体の距離を計算する方法を説明する図面である。

図１を参照すると、ＴＯＦカメラ装置１００は光出力部１１０、光調節部１２０、光入力部１３０および演算部１４０を含む。

光出力部１１０はＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ）光を出力する。ＩＲ光は、例えば、８００ｎｍ以上の波長帯域を有する光であり得る。図２を参照すると、光出力部１１０は光源１１２および光変換ユニット１１４を含む。光源は赤外線を投射する少なくとも一つのレーザーダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ、ＬＤ）または発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）を含むことができる。そして、光変換ユニット１１４は光源１１２から出力された光を変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）することができる。光変換ユニット１１４は、例えば、光源１１２から出力された光をパルス（ｐｕｌｓｅ）変調または位相（ｐｈａｓｅ）変調することができる。これによって、光出力部１１０は所定間隔で光源を点滅させて出力することができる。

再び図１を参照すると、光調節部１２０は光出力部１１０が出力する光が客体の全面に照射されるように光の角度を調節する。

一方、光入力部１３０は光出力部１１０から出力された後、客体によって反射した光の入力を受ける。光入力部１３０は入力を受けた光を電気信号に変換することができる。光入力部１３０は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、ＰＤ）またはＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含むイメージセンサであり得る。

図３を参照すると、光入力部１３０は配列された複数のピクセル（ｐｉｘｅｌ）１３２を含む。各ピクセルはＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１およびＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２を含むことができる。図４を参照すると、ＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１は光源がオンとなる間活性化され、ＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２は光源がオフとなる間活性化され得る。このように、ＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１およびＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２が時間差を置いて活性化されると、客体との距離によって受信される光量に差が発生することになる。例えば、客体がＴＯＦカメラ装置の手前にある場合（すなわち、距離＝０である場合）には、光出力部１１０から光が出力された後、反射してくるまでかかる時間が０であるため、光源の点滅周期はそのまま光の受信周期となる。したがって、ＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１だけが光を受信し、ＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２は光を受信できなくなる。他の例として、客体がＴＯＦカメラ装置と所定距離離れて位置する場合、光出力部１１０から光が出力された後、客体に反射してくるまで時間がかかるため、光源の点滅周期は光の受信周期と差が発生する。したがって、ＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１とＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２が受信する光の量に差が発生することになる。

再び図１を参照すると、演算部１４０はＩｎＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−１およびＯｕｔＰｈａｓｅ受信ユニット１３２−２に入力された光量の差を利用して客体の距離を演算する。

一般的に、光調節部１２０は客体に照射される光の角度を調節するスキャナーを含むことができる。光源から出力された光はスキャナーに到達し、スキャナーの回転により客体の全面に光が照射され得る。客体から照射された光はスキャナーで反射した後、光入力部１３０に再び入力され得る。一方、スキャナーにはアクチュエータが連結され、スキャナーはアクチュエータによって回転することができる。ここで、アクチュエータはＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）を含むことができる。ＭＥＭＳはマイクロ単位の機械的構造物と電子回路が集積されているシステムを意味する。本発明の実施例によれば、ＭＥＭＳアクチュエータは電気的な信号を利用して物体に走査される光の角度を微細に調整することができる。

このように、ＴＯＦカメラ装置がスキャナーを含むと、部品の数が多くなり、装置を小型で具現するのが難しくなる。

本発明の一実施例によれば、ＴＯＦカメラ装置の光調節部は光源と客体間に配置され、光を屈折させる少なくとも二枚のレンズを含む。これによって、光源から出力された光はスキャナーがなくても客体の全面に照射され得る。

図５は本発明の一実施例に係るＴＯＦ装置を示す。

図５を参照すると、光源５００はＩＲ光を出力する。出力されるＩＲ光は光変換ユニットでパルスまたは位相変調された光であり得る。光源５００は、例えば、短波長光を出力するレーザーダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ、ＬＤ）、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、マルチセル（ｍｕｌｔｉｃｅｌｌ）構造を有する発光ダイオードなどを含むことができる。

光源５００から出力されたＩＲ光は第１レンズ５１０を通過して第１方向に屈折される。そして、第１レンズ５１０を通過した光は第２レンズ５２０を通過して第２方向に屈折される。ここで、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０は光源５００が出力するＩＲ光の光軸上に配列され得る。第１レンズ５１０および第２レンズ５２０は光源５００と客体の間で順次配列され得る。このために、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０は所定の間隔でレンズホルダー内に固定され得、レンズホルダーの中心と光源の中心は一直線上に位置することができる。光源５００、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０は一つのホルダー内で所定間隔をなして順次収容され得る。

そして、第１方向と第２方向は互いに異なる方向であり得る。例えば、第１方向がＸ軸方向である場合、第２方向はＹ軸方向であり得る。これによって、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０を通過した光は画面のＸ軸ラインとＹ軸ラインにすべて照射され得る。

このとき、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０には電源が連結され、電源は第１レンズ５１０および第２レンズ５２０にそれぞれ電圧を印加することができる。第１レンズ５１０および第２レンズ５２０に印加された電圧は第１レンズ５１０および第２レンズ５２０の屈折率および屈折方向のうち少なくとも一つを調節することができる。すなわち、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０に互いに異なる電圧を印加し、光の屈折率および屈折方向を調節することができる。このために、第１レンズ５１０および第２レンズ５２０の中の少なくとも一つはチューナブルレンズ（Ｔｕｎａｂｌｅ（Ｔ）Ｌｅｎｓ）であり得る。

客体の全面に照射された光は客体から反射して光入力部５３０に到達する。光入力部５３０は、例えば、フォトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ、ＰＤ）を含むことができる。光入力部５３０に到達した光は電気信号に変換され、演算部５４０は変換された電気信号を利用して客体の距離を演算する。

一方、光源５００と第１レンズ５１０の間には光源５００から出力されたＩＲ光を第１レンズ５１０に伝達する光伝達部材５５０がさらに配置され得る。光伝達部材は、例えば、集束レンズであり得る。

図６および図７は本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれるレンズの断面図である。図６はレンズに電圧が印加されていない状態を示し、図７はレンズに電圧が印加された状態を示す。そして、図８および図９は本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれる二枚のレンズにそれぞれ印加される電圧を示し、図１０はＴＯＦカメラ装置に含まれる二枚のレンズに互いに異なる電圧が印加され、Ｘ軸方向とＹ軸方向をスキャンする内容を説明する図面である。

図６および図７を参照すると、本発明の一実施例に係るＴＯＦカメラ装置に含まれるレンズ６００はそれぞれガラス基板６１０、ガラス基板の一面に配置されたポリマー６２０、ポリマーの一面に配置されたガラス膜６３０、そしてガラス膜の一面に配置された圧電フィルム６４０を含む。圧電フィルムは、例えば、ピエゾフィルム（ｐｉｅｚｏｆｉｌｍ）であり得る。

そして、圧電フィルム６４０には電源が連結される。圧電フィルム６４０に電圧が印加されると、圧電フィルム６４０には圧力が加えられることになり、ポリマー６２０の形状が変形され得る。圧電フィルム６４０に印加される電圧の大きさによりポリマー６２０の厚さ、形状などが変わり得、ポリマー６２０の厚さ、形状などによりレンズを通過する光の屈折率および屈折方向が変わり得る。レンズ６００は、例えば、チューナブル（ｔｕｎａｂｌｅ）レンズであり得る。

図８〜１０を参照すると、ＴＯＦカメラ装置内に含まれる二枚のレンズに互いに異なる電圧を印加して客体を含む領域をスキャンすることができる。例えば、一つのレンズに所定の電圧を印加してＸ軸方向をスキャンすることができるように光を屈折させることができる。そして、残りのレンズに異なる電圧を印加してＹ軸方向をスキャンすることができるように光を屈折させることができる。

一方、ＴＯＦカメラ装置内に含まれる二枚のレンズに印加される電圧を利用してスキャンされる領域の範囲を調節することもできる。例えば、スキャンされるべき領域、すなわち客体を含む領域が狭いほどレンズに低い電圧を印加し、スキャンされるべき領域が広いほどレンズに高い電圧を印加することができる。レンズに低い電圧を印加するほど、ポリマーの形状が小さく変形され、光は狭い範囲に屈折され得、レンズに高い電圧を印加するほど、ポリマーの形状が大きく変形され、光は広い範囲に屈折され得る。

前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることが理解できるであろう。

Claims

ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）光を出力する光出力部、
それぞれが第１受信ユニットおよび第２受信ユニットを含む複数のピクセルを含み、前記光出力部から出力された後、客体から反射した光が入力される光入力部、そして
前記光入力部の前記第１受信ユニットおよび前記第２受信ユニットに入力された光量の差を利用して客体の距離を演算する演算部を含み、
前記光出力部と前記客体間に配置され、前記光出力部から出力された光を第１方向に屈折させる第１レンズ、そして前記光出力部から出力された光を第２方向に屈折させる第２レンズをさらに含む、カメラ装置。
前記第１レンズおよび前記第２レンズに電圧を印加する電源部をさらに含む、請求項１に記載のカメラ装置。
前記第１レンズおよび前記第２レンズに互いに異なる電圧が印加される、請求項２に記載のカメラ装置。
前記第１レンズおよび前記第２レンズのうち少なくとも一つはガラス基板、前記ガラス基板上に配置されたポリマー、前記ポリマー上に配置されたガラス膜、そして前記ガラス膜上に配置された圧電素子を含む、請求項３に記載のカメラ装置。
前記電源は前記圧電素子と連結される、請求項４に記載のカメラ装置。
前記圧電素子に印加される電圧により前記ポリマーの形状が変わり、前記ポリマーの形状によりレンズの屈折率および屈折方向のうち少なくとも一つが変わる、請求項５に記載のカメラ装置。
前記第１方向と前記第２方向は９０度の角度をなす、請求項１に記載のカメラ装置。
前記第１受信ユニットは光源がオンとなる間活性化され、前記第２受信ユニットは光源がオフとなる間活性化する、請求項１に記載のカメラ装置。
前記光出力部と前記第１レンズの間に配置され、前記光出力部から出力された光を前記第１レンズに伝達する光伝達部材をさらに含む、請求項１に記載のカメラ装置。
ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）光を出力する光出力部、
前記光出力部から出力された後、客体から反射した光が入力される光入力部、そして
前記光入力部に入力された光量を利用して客体の距離を演算する演算部を含み、
前記光出力部と前記客体間に順次配置される複数のレンズをさらに含み、
前記複数のレンズそれぞれに印加される電圧により前記複数のレンズの屈折率および屈折方向のうち少なくとも一つが互いに異なるように調節される、カメラ装置。
前記複数のレンズはチューナブル（Ｔｕｎａｂｌｅ）レンズを含む、請求項１０に記載のカメラ装置。
前記複数のレンズは所定間隔でレンズホルダー内に固定される、請求項１０に記載のカメラ装置。