TW202243459A - 攝影機模組 - Google Patents

攝影機模組 Download PDF

Info

Publication number
TW202243459A
TW202243459A TW111101168A TW111101168A TW202243459A TW 202243459 A TW202243459 A TW 202243459A TW 111101168 A TW111101168 A TW 111101168A TW 111101168 A TW111101168 A TW 111101168A TW 202243459 A TW202243459 A TW 202243459A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
emitters
lens assembly
range
distance
Prior art date
Application number
TW111101168A
Other languages
English (en)
Inventor
朴康烈
Original Assignee
韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司 filed Critical 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
Publication of TW202243459A publication Critical patent/TW202243459A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/236—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using varifocal lenses or mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/254—Image signal generators using stereoscopic image cameras in combination with electromagnetic radiation sources for illuminating objects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal

Abstract

根據本發明之一實施例的攝影機模組包括：一發光單元，其將具有一聚光燈圖案或一泛光燈圖案之光發射至一物件；及一光接收單元，其接收由該物件反射之光，其中該發光單元包括：一光源，其包括以一預定間距安置之複數個發射器；一透鏡總成，其經安置以與該光源之一上部末端間隔開；及一驅動模組，其藉由使該透鏡總成在一光軸方向上自一基準距離移動一預定移動距離來改變該光源與該透鏡總成之間的一距離。

Description

攝影機模組
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2021年1月15日申請之韓國專利申請案第10-2021-0005637號之優先權及權益，該申請案之揭示內容以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種攝影機模組。
除遊戲及文化領域以外，亦將三維內容應用於諸如教育、製造、自動駕駛及其類似者之各種領域。為了獲得三維內容，需要深度圖。深度圖為展示空間距離之圖，且展示關於二維影像中之一個點相對於另一點之透視資訊。將紅外(IR)結構光投影至物件之方法、使用立體攝影機之方法、飛行時間(ToF)方法或其類似者用作獲得深度圖之方法。
在ToF方法或結構光方法之情況下，使用紅外波長範圍內之光，且近年來，已嘗試使用紅外波長範圍之特徵進行生物辨識。舉例而言，眾所周知，在個體的一生中，自個體為胎兒時起，分佈於手指或其類似者中之靜脈的形狀不會改變。因此，可使用其中安裝有IR光源之攝影機裝置來辨識靜脈圖案。為此目的，在捕獲到手指之影像之後，基於手指之顏色及形狀自影像移除背景以偵測手指，且可自所偵測手指之顏色資訊提取手指之靜脈圖案。亦即，手指之一般顏色、分佈於手指中之靜脈的顏色及手指上之皺紋的顏色可彼此不同。舉例而言，分佈於手指中之靜脈的紅色可比手指之一般顏色更淺，且手指上之皺紋的顏色可比手指之一般顏色更暗。可使用此等特徵來計算每一像素之靜脈的近似值，且可使用所計算結果來提取靜脈圖案。另外，可藉由將手指之所提取靜脈圖案與預註冊資料進行比較來識別 個人。另外，為了在長距離處量測物件之大小資訊或距離資訊，有時以ToF方法或結構光方法ToF經由攝影機來獲得深度圖。
如上文所描述，經組態以經由ToF方法及其類似者來獲得深度圖的攝影機用於各種應用領域中，且應用領域之數目持續增加。
然而，在習知ToF攝影機之情況下，由於習知ToF攝影機係在特定應用領域指定之結構中開發，因此存在一個ToF攝影機在各種領域中並不足夠的問題。舉例而言，泛光燈圖案用於需要高解析度深度圖之應用領域中，且聚光燈圖案用於需要長距離處之深度圖的領域中，但習知ToF攝影機具有應提供僅一個光圖案之結構。因此，需要能夠用於各種領域中之ToF攝影機。
本發明係針對提供飛行時間(ToF)攝影機模組，其根據影像捕獲之目標自適應地驅動以將各種光圖案發射至物件。
待由本發明解決之目標不限於上文所描述的目標，且包括可根據下文所描述之解決方案或實施例理解之目的或效應。
根據本發明之一態樣，提供一種攝影機模組，其包括：一發光單元，其將具有一聚光燈圖案或一泛光燈圖案之光發射至一物件；及一光接收單元，其接收由該物件反射之光，其中該發光單元包括：一光源，其包括以一預定間距安置之複數個發射器；一透鏡總成，其經安置以與該光源之一上部末端間隔開；及一驅動模組，其藉由使該透鏡總成在一光軸方向上自一基準距離移動一預定移動距離來改變該光源與該透鏡總成之間的一距離。
該基準距離可為該透鏡總成之一有效焦距。
當該移動距離在一第一範圍內時，該發光單元可將具有該泛光燈圖案之該光發射至該物件。
該第一範圍可基於該複數個發射器中之每一者的一直徑、該複數個發射器之間的一間距及該複數個發射器中之每一者的一發散角來設定。
該第一範圍(DR)可根據下文表達式來設定。
Figure 111101168-A0202-12-0003-1
此處，PE表示該複數個發射器之間的該間距，DE表示該複數個發射器中之每一者的該直徑，且θD表示該複數個發射器中之每一者的該發散角。
該第一範圍(DR)可根據下文表達式夾設定。
Figure 111101168-A0202-12-0003-2
此處，PE表示該複數個發射器之間的該間距，DE表示該複數個發射器中之每一者的該直徑，且θD表示該複數個發射器中之每一者的該發散角。
當該移動距離在一第二範圍內時，該發光單元可將具有該聚光燈圖案之該光發射至該物件。
該第二範圍可為0至25μm。
該複數個發射器之間的該間距可在32.5至38.5μm之範圍內，該複數個發射器中之每一者的該直徑可在7.2至8.8μm之範圍內，且該複數個發射器中之每一者的該發散角可在15至25度之範圍內。
該複數個發射器之間的該間距可在16.3至22.3μm之範圍內，該複數個發射器中之每一者的該直徑可在3.6至4.4μm之範圍內，且該複數個發射器中之每一者的該發散角可在13至23度之範圍內。
10:發光單元
20:光接收單元
30:控制單元
100:光源
200:透鏡總成
300:驅動模組
DE:直徑
DR:第一範圍
Dref:基準距離
e1:第一發射器
e2:第二發射器
e3:第三發射器
e4:第四發射器
PE:間距
texposure:相位脈寬
tframe:訊框脈衝週期
tillumination:相位脈寬
tintegration:相位脈寬
tmodulation:脈波回復週期
tphase group(sub-frame group):訊框脈寬
tphase:相位脈衝週期
tpulse:脈寬
WDS:第一移動距離
θD:發散角
對於一般熟習此項技術者而言，藉由參考隨附圖式詳細描述本發明之例示性實施例，本發明之上述及其他目標、特徵及優點將變得更加顯而易見，其中：
圖1為說明根據本發明之一實施例的攝影機模組之實例組態的視圖；
圖2為用於描述根據本發明之一實施例的由發光單元產生之光信號的一組視圖；
圖3為說明根據本發明之一實施例的已改變之光圖案的一組視圖；
圖4為用於描述根據本發明之一實施例的發光單元之結構的一組視圖；
圖5A及圖5B為用於描述當輸出具有泛光燈圖案之光時，發光單元之操作的視圖；
圖6A及圖6B為說明包括複數個發射器之光源之上表面的視圖；
圖7為說明複數個發射器之光源之側表面的一部分的視圖；
圖8為用於描述當輸出具有聚光燈圖案之光時，發光單元之操作的視圖；且
圖9A至圖9E為展示根據本發明之實施例的攝影機模組之模擬結果的影像。
下文中，將參考隨附圖式詳細描述本發明之例示性實施例。
然而，本發明之技術精神不限於一些實施例，該等實施例將經描述且可使用各種其他實施例來實現，且實施例之至少一個組件可在技術精神之範疇內經選擇性地耦接、替代及使用。
另外，除非藉由內容背景另外明確地且具體地定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技術及科學術語)可解釋為具有熟習此項技術者慣用之含義，且通常使用的術語之含義(諸如通常使用之詞典中所定義之含義)將藉由考慮相關技術之內容相關含義來進行解釋。
另外，在描述性意義上考慮用於本發明之實施例中的術語，且該等術語不用於限制本發明。
在本說明書中，除非內容背景另外明確地指示，否則單數形式包括其複數形式，且在描述「A、B及C當中之至少一者(或一或多個)」之情況下，此可包括A、B及C之所有可能組合當中之至少一個組合。
另外，在本發明之組件的描述中，可使用諸如「第一」、「第二」、「A」、「B」、「(a)」及「(b)」之術語。
該等術語僅用於將一個元件與另一元件區分，且元件之本質、次序及其類似者不受該等術語限制。
另外，應理解，當元件稱為「連接或耦接」至另一元件時，此描述可包括元件直接連接或耦接至另一元件之情況，及元件藉由安置於該元件與另一元件之間的又另一元件連接或耦接至該另一元件之情況兩 者。
另外，在任一個元件經描述為形成或安置「於」另一元件「上或下方」之情況下，此描述包括兩個元件形成或安置成彼此直接接觸之情況，及一或多個其他元件插入於兩個元件之間的情況兩者。另外，當一個元件經描述為安置「於」另一元件「上或下」時，此描述可包括一個元件相對於另一元件安置於上側或下側之情況。
根據本發明之實施例的攝影機模組可稱為使用飛行時間(ToF)功能來獲得深度圖之攝影機或攝影機裝置。因此，攝影機模組可與ToF攝影機裝置、ToF攝影機模組及ToF攝影機互換使用。
圖1為說明根據本發明之實施例的攝影機模組之實例組態的視圖。
如圖1中所說明，根據本發明之實施例的攝影機模組可包括發光單元10及光接收單元20，且可進一步包括控制單元30。
發光單元10可為產生光且將所產生光輸出至物件之單元。光可為光信號。為此目的，發光單元10可包括能夠產生光之組件(諸如發光元件)及能夠調變光之組件。光可為以脈衝波或連續波之形式調變之光信號。連續波可為正弦波或方波。
發光單元10可輸出具有各種圖案之光。作為一實例，發光單元10可輸出具有泛光燈圖案之光。泛光燈圖案可稱為表面光圖案或表面光源圖案。作為另一實例，發光單元10可輸出具有聚光燈圖案之光。聚光燈圖案可稱為聚光燈圖案或聚光燈源圖案。亦即，發光單元10可根據控制信號將具有泛光燈圖案之光發射至物件或將具有聚光燈圖案之光發射至物件。
為此目的，發光單元10可包括光源100、透鏡總成200及驅動模組300。
光源100可包括複數個發射器。光源100可發射由複數個發射器產生之光。可根據預定規則來排列複數個發射器。光源100可為垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)陣列。
透鏡總成200可收集自光源100輸出之光。透鏡總成200可 輸出所收集之光。透鏡總成200可安置成與光源100之上部末端間隔開。在此情況下，光源100之上部末端可為光自光源100輸出的一側。透鏡總成200可包括至少一個透鏡。
透鏡總成200可包括至少一個透鏡及外殼。外殼可為能夠容納至少一個透鏡之框架。根據一個實施例，外殼可耦接至驅動模組300，且透鏡總成200可藉由驅動模組300在光軸方向移動。
透鏡總成200可具有預定有效焦距(EFL)。當透鏡總成200包括一個透鏡時，透鏡總成200之EFL可為一個透鏡之EFL。當透鏡總成200可包括複數個透鏡時，透鏡總成200之EFL可為複數個透鏡之經組合EFL。在本發明中，透鏡總成200之EFL可稱為基準距離。
驅動模組300可使透鏡模組在光軸方向上自基準距離移動預定移動距離。因此，驅動模組300可藉由移動透鏡模組來改變光源100與透鏡總成200之間的距離。根據本發明之實施例，驅動模組300可耦接至透鏡總成200。舉例而言，驅動模組300可耦接至包括於透鏡總成200中之外殼。
根據一個實施例，驅動模組300可包括致動器。致動器可為音圈馬達(VCM)、微機電系統(MEMS)或基於壓電或形狀記憶合金(SMA)之致動器。另外，致動器可為能夠移動透鏡總成200之各種單元中之一者。
光接收單元20可偵測由物件反射之光。光接收單元20可偵測由物件反射之光信號。在此情況下，所偵測到之光可為由發光單元10輸出且由物件反射之光。光接收單元20可包括鏡頭模組、濾光器及感測器以便偵測光信號。
由物件反射之光可穿過透鏡模組。透鏡模組之光軸可與感測器之光軸對準。濾光器可安置於透鏡模組與感測器之間。濾光器可安置於物件與感測器之間的光學路徑上。濾光器可過濾在預定波長範圍內之光。濾光器可允許在特定波長帶中之光穿過。濾光器可允許具有特定波長之光穿過。舉例而言，濾光器可允許在由發光單元10輸出的光信號之波長帶中的光穿過。濾光器可允許紅外光穿過且可阻擋除紅外光以外的光。替代地，濾光器可允許可見光穿過且阻擋除可見光以外的光。感測器可偵測光。感測器可接 收光信號。感測器可為偵測光信號之影像感測器。感測器可偵測光信號且輸出電信號。感測器可偵測具有與自發光元件輸出之光的波長相對應的波長之光。感測器可偵測紅外光。替代地，感測器可偵測可見光。感測器可包括經組態以將穿過透鏡模組之光轉換成對應於光之電信號的像素陣列、經組態以驅動像素陣列中所包括之複數個像素的驅動電路，及經組態以讀取像素之類比像素信號的讀出電路。讀出電路可將類比像素信號與參考信號進行比較以執行類比數位轉換，以便產生數位像素信號(或影像信號)。在此情況下，像素陣列中所包括之像素的數位像素信號構成影像訊號，且由於影像信號以訊框為單位傳輸，因此影像信號可定義為影像訊框。亦即，影像感測器可輸出複數個影像訊框。
光接收單元20可平行於發光單元10安置。光接收單元20可安置於發光單元10旁側。可在與發光單元10相同之方向上安置光接收單元20。
控制單元30可控制待驅動之發光單元10及光接收單元20中之至少一者。作為一個實施例，控制單元30可產生控制信號且使用控制信號來改變自發光單元10輸出之光的光圖案。作為一個實施例，控制單元30可包括於攝影機模組中。舉例而言，控制單元30可以耦接至攝影機模組之基板的形式實現。作為另一實施例，控制單元30亦可包括於其中安置有攝影機模組之終端中。舉例而言，控制單元30可以配備有攝影機模組之智慧型手機的應用處理器(AP)的形式實現。
圖2為用於描述根據本發明之實施例的由發光單元產生之光信號的一組視圖。
如圖
Figure 111101168-A0202-12-0007-23
2a中所說明，發光單元10可產生具有恆定週期之光脈衝。發光單元10可產生具有具備預定脈波回復週期tmodulation之預定脈寬tpulse的光脈衝。
如圖2b中所說明，發光單元10可藉由將預定數目個光脈衝分組而產生一個相位脈衝。發光單元10可產生具有具備預定相位脈衝週期tphase之預定相位脈寬texposure、tillumination或tintegration的相位脈衝。在此情況下，一個相位脈衝週期tphase可對應於一個子訊框。子訊框可被稱為相位訊 框。可將預定數目個相位脈衝週期分組。將四個相位脈衝週期tphase分組之方法可稱為4相法。將八個週期tphase分組之方法可稱為8相法。
如圖2c中所說明，發光單元10可藉由將預定數目個相位脈衝分組而產生一個訊框脈衝。發光單元10可產生具有具備預定訊框脈衝週期tframe之預定訊框脈寬tphase group(sub-frame group)之訊框脈衝。在此情況下，一個訊框脈衝週期tframe可對應於一個訊框。因此，當以10訊框每秒(FPS)捕獲物件之影像時，訊框脈衝週期tframe可每秒重複10次。在4相法中，一個訊框中可包括四個子訊框。亦即，可使用四個子訊框來產生一個訊框。在8相法中，一個訊框中可包括八個子訊框。亦即，可使用八個子訊框來產生一個訊框。
光脈衝、相位脈衝及訊框脈衝之術語用於描述本說明書，但本發明不限於此。
圖3為說明根據本發明之實施例的已改變之光圖案的一組視圖。
參考圖3，根據本發明之實施例的攝影機模組可改變發射至物件之光的光圖案。可將光圖案劃分為泛光燈圖案或聚光燈圖案。根據一個實施例，根據本發明之實施例的攝影機模組可藉由使用驅動模組300移動透鏡總成200而發射具有泛光燈圖案及聚光燈圖案中之任一光圖案之光。
泛光燈圖案可為光均勻地擴散於如圖3a中之空間中的圖案。在此情況下，術語「均勻地」可意謂光連續地擴散於空間中，而非向發射光之空間發射相同數量之光。在泛光燈圖案之情況下，由於光均勻地且連續地擴散於空間中，因此當向物件發射具有泛光燈圖案之光時，存在可獲得具有高解析度之深度圖的優點。然而，由於光均勻地擴散於空間中，因此光之接收數量較小，且因此隨著與物件之距離增加，深度圖之精確度可降低。為了改良精確度，可增加光源100之輸出，但存在功率消耗可能增加及可能出現眼睛安全問題之問題。
然而，聚光燈圖案可為光局部地彙集於如圖3b中之空間中的圖案。亦即，聚光燈圖案可為光局部地集中於空間中而非連續地擴散於空間中之圖案。在聚光燈圖案之情況下，由於光局部地集中，因此每一光點中 之光的數量較大。因此，存在即使在與物件之距離較長時仍可獲得具有高精度之深度圖的優點。然而，當光局部地集中時，存在深度圖之解析度低於泛光燈圖案之解析度的問題。
如上文所描述，在泛光燈圖案及聚光燈圖案中，優點及缺點可具有互補關係。因此，在本發明中，泛光燈圖案及聚光燈圖案可彼此改變以使得其優點最大化。
圖4為用於描述根據本發明之實施例的發光單元之結構的一組視圖。
圖4a為說明包括光源100及透鏡總成200之發光單元10之結構的示意圖。如在圖4a中，當不存在驅動構件時，透鏡總成200及光源100安置成彼此間隔開預定距離，且不改變預定距離。亦即，可輸出根據透鏡總成200與光源100之間的間隔距離而判定的具有一個光圖案的光，且可不改變光圖案。
相反地，根據本發明之實施例的發光單元10進一步包括驅動模組300。圖4b為說明包括光源100、透鏡總成200及驅動模組300之發光單元10之結構的示意圖。如在圖4b中，當發光單元10包括耦接至透鏡總成200之驅動模組300時，驅動模組300可使透鏡總成200在豎直方向(光軸方向)上移動以改變光源100與透鏡總成200之間的間隔距離。當改變透鏡總成200與光源100之間的間隔距離時，可改變發射至物件之光圖案。根據實施例，當光源100與透鏡總成200之間的距離為基準距離時，可將具有聚光燈圖案之光發射至物件。然而，當透鏡總成200沿著光軸移動預定距離(亦即，透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動一移動距離)時，可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。
圖5A及圖5B為用於描述當輸出具有泛光燈圖案之光時，發光單元之操作的視圖。圖6A及圖6B為說明包括複數個發射器之光源之上表面的視圖，且圖7為說明複數個發射器之光源之側表面的一部分的視圖。
圖5A為展示以下情況之視圖：移動透鏡總成200以使得光源100與透鏡總成200之間的距離增加為比基準距離大一移動距離。圖5B 為展示以下情況之視圖：移動透鏡總成200以使得光源100與透鏡總成200之間的距離減小為比基準距離短一移動距離。
在此情況下，基準距離可為透鏡總成200之EFL。透鏡總成200之EFL可為自主點至焦點之距離。當透鏡總成200包括一個透鏡時，EFL可為自一個透鏡之主點至焦點之距離。當透鏡總成200包括複數個透鏡時，EFL可為距充當複數個透鏡之一個虛擬透鏡之主點的距離。
根據本發明之實施例的驅動模組300可藉由使透鏡總成200在光軸方向上自基準距離移動一預定移動距離來改變光源100與透鏡總成200之間的距離。當透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動第一移動距離時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。舉例而言，如圖5A中所說明，當透鏡總成200遠離光源100自基準距離Dref移動第一移動距離WDS時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，自光源100之上表面至透鏡總成200之主點的距離可為將基準距離與第一移動距離相加之距離。亦即，自光源100之上表面至透鏡總成200之主點的距離可為將透鏡總成200之EFL與第一移動距離相加之距離。作為另一實例，如圖5B中所說明，當透鏡總成200朝向光源100自基準距離Dref移動第一移動距離WDS時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，自光源100之上表面至透鏡總成200之主點的距離可為基準距離減去第一移動距離之距離。亦即，自光源100之上表面至透鏡總成200之主點的距離可為透鏡總成200之EFL減去第一移動距離之距離。
參考圖5A及圖5B，藉由發射器中之每一者發射的光在透鏡總成200之焦曲面上為模糊的。在圖5A及圖5B中，為方便描述起見，說明藉由三個發射器中之每一者發射的光，但由於光源100包括複數個發射器，因此可見藉由發射器發射的光束(pieces of light)在焦曲面上彼此重疊。如上文所描述，由於發射器之光束在焦曲面上重疊，因此可見發光單元10將具有泛光燈圖案之光發射至物件。然而，由於需要預定亮度之均勻性以便在ToF攝影機裝置或其類似者中使用具有泛光燈圖案之光，且均勻性係根據光線在透鏡總成200之焦曲面上重疊的擴散來判定，因此透鏡總成 200應移動之距離(亦即，第一移動距離)極為重要。當透鏡總成200之第一移動距離過長時，光在發光單元10之照明場(FOI)之外部部分處之入射變得平緩。因此，不必要的光發射至FOI之外部部分會引起光之損失。另外，當透鏡總成200之移動距離變長時，用於透鏡總成200之致動器按比例變大，且因此，存在難以小型化及功率消耗增加的問題。相反地，當透鏡總成200之第一移動距離變得過短時，由於透鏡總成200之焦曲面上之光的均勻性降低，因此存在發射至物件之光具有接近聚光燈圖案之圖案的問題。
當移動距離在第一範圍內時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。亦即，當透鏡總成200之移動距離在第一範圍內時，發射至物件之光可用作泛光燈圖案。第一範圍可基於複數個發射器中之每一者的直徑、複數個發射器之間的間距及複數個發射器中之每一者的發散角來判定。
根據一個實施例，第一範圍DR可根據下文表達式1來設定。
Figure 111101168-A0202-12-0011-3
此處，PE可表示複數個發射器之間的間距，DE可表示複數個發射器中之每一者的直徑，且θD可表示複數個發射器中之每一者的發散角。
根據另一實施例，第一範圍DR可根據下文表達式2來設定。
Figure 111101168-A0202-12-0011-4
此處，PE可表示複數個發射器之間的間距，DE可表示複數個發射器中之每一者的直徑，且θD可表示複數個發射器中之每一者的發散角。
根據表達式2之第一範圍包括根據表達式1之第一範圍。
接著，將在下文參考圖6A至圖7詳細地描述表達式1及表達式2之變量。
如圖6A及圖中6B中所說明，可根據預定規則來排列複數個發射器。複數個發射器可以具有正方形形狀之圖案排列，如圖6A中所說明，或複數個發射器可以具有等邊三角形形狀之圖案排列，如圖6B中所說明。此等僅為例示性的，且複數個發射器可以各種圖案中之一者排列。
首先，複數個發射器可以預定間距排列。在本發明中，複數個發射器之間的間距為最接近發射器之間的間距。在本發明中，複數個發射器之間的間距為自任一個發射器之中心至最接近發射器之中心的距離。
參考圖6A，複數個發射器之間的間距為第一發射器e1與第二發射器e2之間的間距、第二發射器e2與第三發射器e3之間的間距、第三發射器e3與第四發射器e4之間的間距，及第四發射器e4與第一發射器e1之間的間距。由於根據具有正方形形狀之圖案來排列第一發射器e1、第二發射器e2、第三發射器e3及第四發射器e4，因此第一發射器e1與第二發射器e2之間的間距PE可同第二發射器e2與第三發射器e3之間的間距、第三發射器e3與第四發射器e4之間的間距，及第四發射器e4與第一發射器e1之間的間距相同。然而，複數個發射器之間的間距不包括第一發射器e1與第三發射器e3之間的間距及第二發射器e2與第四發射器e4之間的間距。此係因為安置成最接近第一發射器e1之發射器為第二發射器e2及第四發射器e4，且安置成最接近第二發射器e2之發射器為第一發射器e1及第三發射器e3。
參考圖6B，複數個發射器之間的間距為第一發射器e1與第二發射器e2之間的間距、第二發射器e2與第三發射器e3之間的間距，及第三發射器e3與第一發射器e1之間的間距。由於第一發射器e1、第二發射器e2及第三發射器e3以具有等邊三角形形狀之圖案排列，因此第一發射器e1與第二發射器e2之間的間距PE可同第二發射器e2與第三發射器e3之間的間距及第三發射器e3與第一發射器e1之間的間距相同。
接下來，複數個發射器中之每一者可具有預定直徑DE。根 據一個實施例，如圖6A及圖6B中所說明，複數個發射器中之每一者可具有具備預定大小之直徑，且複數個發射器之直徑可相同。
接下來，複數個發射器中之每一者可具有預定發散角θD。如圖7中所說明，自一個發射器發射之光可輸出為以預定角度擴散。在此情況下，自發射器發射之光所擴散之角度可為發散角。根據一個實施例，複數個發射器可具有相同發散角。
接著，將經由實施例描述第一範圍。
根據一個實施例，複數個發射器之間的間距可在32.5至38.5μm之範圍內，複數個發射器中之每一者的直徑可在7.2至8.8μm之範圍內，且複數個發射器中之每一者的發散角可在15至25度之範圍內。根據一個實施例，複數個發射器之間的間距可為35.5μm，複數個發射器中之每一者的直徑可為8μm，且複數個發射器中之每一者的發散角可為20度。在此情況下，根據表達式1，第一範圍可在279.3μm至400.1μm之範圍內。亦即，當透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動279.3μm至400.1μm時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。另外，根據表達式2，第一範圍可在218.9μm至400.1μm之範圍內。亦即，當透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動218.9μm至400.1μm時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。
根據另一實施例，複數個發射器之間的間距可在16.3至22.3μm之範圍內，複數個發射器中之每一者的直徑可在3.6至4.4μm之範圍內，且複數個發射器中之每一者的發散角可在13至23度之範圍內。根據另一實施例，複數個發射器之間的間距可為19.3μm，複數個發射器中之每一者之直徑可為4μm，且複數個發射器中之每一者之發散角可為18度。在此情況下，根據表達式1，第一範圍可在169.9μm至243μm之範圍內。亦即，當透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動169.9μm至243μm時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。另外，根據表達式2，第一範圍可在133.4μm至243μm之範圍內。亦即，當透鏡總成200朝向或遠離光源100自基準距離移動133.4μm至243μm時，發光單元10可將具有泛光燈圖案之光發射至物件。
圖8為用於描述當輸出具有聚光燈圖案之光時，發光單元之操作的視圖。
根據一個實施例，當透鏡總成200與光源100之間的距離為基準距離(亦即，透鏡總成200之EFL)時，發光單元10可將具有聚光燈圖案之光發射至物件。特定言之，如圖8中所說明，當光源100之上表面與透鏡總成200之主點之間的距離為基準距離時，發光單元10可將具有聚光燈圖案之光發射至物件。
根據另一實施例，當透鏡總成200之移動距離在第二範圍內時，發光單元10可將具有聚光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，第二範圍可為25μm或更小。第二範圍可為0至25μm之範圍。亦即，當使透鏡總成200在光軸方向上自基準距離移動25μm或更小時，發光單元10可將具有聚光燈圖案之光發射至物件。
圖9A至圖9E為展示根據本發明之實施例的攝影機模組之模擬結果的影像。
圖9A為展示當透鏡總成200與光源100之間的距離為基準距離時或當透鏡總成200之移動距離在第二範圍內時，光之光圖案的影像。如圖9A中所說明，在此情況下，可見發光單元10將具有聚光燈圖案之光發射至物件。
圖9B為展示當透鏡總成200之移動距離大於第二範圍且小於使用表達式2獲得之第一範圍時，光之光圖案的影像。如圖9B中所說明，在此情況下，可見發光單元10將具有光圖案(其中光點之面積較大)之光發射至物件。此光圖案為聚光燈圖案與泛光燈圖案之間的中間圖案，且可難以甚至用作聚光燈圖案及泛光燈圖案中之任一者。
圖9C為展示當透鏡總成200之移動距離對應於使用表達式2獲得之第一範圍內之最小值時，光之光圖案的影像。如圖9C中所說明，在此情況下，可見發光單元10將具有泛光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，儘管歸因於光之數量差異而在泛光燈圖案中產生一些光點圖案，但不同於圖9A及圖9B，由於光在光圖案中之空間中連續，因此光圖案可用作泛光燈圖案。
圖9D為展示當透鏡總成200之移動距離在使用表達式2獲得之第一範圍內的最小值與使用表達式1獲得之第一範圍內的最小值之間時，光之光圖案的影像。如圖9D中所說明，在此情況下，可見發光單元10將具有泛光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，在泛光燈圖案中，由於連續光相較於圖9C之情況均勻地發射於空間中，因此攝影機模組可產生品質高於圖9C之光圖案的品質的深度影像。
圖9E為展示當透鏡總成200之移動距離對應於使用表達式1獲得之第一範圍時，光之光圖案的影像。如圖9E中所說明，在此情況下，可見發光單元10將具有泛光燈圖案之光發射至物件。在此情況下，在泛光燈圖案中，由於連續光在一定程度上(其中未展示點圖案之形狀)均勻地發射於空間中，因此攝影機模組可產生品質高於圖9C及圖9D的光圖案中之每一者的品質的深度影像。
儘管上文主要參考實施例描述本發明，但熟習此項技術者應理解，本發明不限於實施例，但該等實施例僅為例示性的，且可在不脫離本發明實施例之必要特徵之情況下在本發明之範圍內進行上文未說明之各種修改及應用。舉例而言，可修改及實施實施例中具體描述之組件。另外，應理解，與修改及應用相關之差異屬於本發明之如由隨附申請專利範圍所界定的範疇內。
10:發光單元
20:光接收單元
30:控制單元
100:光源
200:透鏡總成
300:驅動模組

Claims (10)

  1. 一種攝影機模組，其包含：
    一發光單元，其將具有一聚光燈圖案或一泛光燈圖案之光發射至一物件；及
    一光接收單元，其接收由該物件反射之光，
    其中該發光單元包括：一光源，其包括以一預定間距安置之複數個發射器；一透鏡總成，其經安置以與該光源之一上部末端間隔開；及一驅動模組，其藉由使該透鏡總成在一光軸方向上自一基準距離移動一預定移動距離來改變該光源與該透鏡總成之間的一距離。
  2. 如請求項1之攝影機模組，其中該基準距離為該透鏡總成之一有效焦距。
  3. 如請求項2之攝影機模組，其中當該移動距離在一第一範圍內時，該發光單元將具有該泛光燈圖案之該光發射至該物件。
  4. 如請求項3之攝影機模組，其中該第一範圍係基於該複數個發射器中之每一者的一直徑、該複數個發射器之間的一間距及該複數個發射器中之每一者的一發散角而設定。
  5. 如請求項4之攝影機模組，其中該第一範圍(DR)係根據下文表達式而設定，
    Figure 111101168-A0202-13-0001-5
    此處，PE表示該複數個發射器之間的該間距，DE表示該複數個發射器中之每一者的該直徑，且θD表示該複數個發射器中之每一者的該發散角。
  6. 如請求項4之攝影機模組，其中該第一範圍(DR)係根據下文表達式而設定，
    Figure 111101168-A0202-13-0001-6
    此處，PE表示該複數個發射器之間的該間距，DE表示該複數個發射器 中之每一者的該直徑，且θD表示該複數個發射器中之每一者的該發散角。
  7. 如請求項2之攝影機模組，其中當該移動距離在一第二範圍內時，該發光單元將具有該聚光燈圖案之該光發射至該物件。
  8. 如請求項7之攝影機模組，其中該第二範圍為0至25μm。
  9. 如請求項5之攝影機模組，其中：
    該複數個發射器之間的該間距在32.5至38.5μm之範圍內；
    該複數個發射器中之每一者的該直徑在7.2至8.8μm之範圍內；且
    該複數個發射器中之每一者的該發散角在15至25度之範圍內。
  10. 如請求項5之攝影機模組，其中：
    該複數個發射器之間的該間距在16.3至22.3μm之範圍內；
    該複數個發射器中之每一者的該直徑在3.6至4.4μm之範圍內；且
    該複數個發射器中之每一者的該發散角在13至23度之範圍內。
TW111101168A 2021-01-15 2022-01-11 攝影機模組 TW202243459A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210005637 2021-01-15
KR10-2021-0005637 2021-01-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202243459A true TW202243459A (zh) 2022-11-01

Family

ID=82447418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111101168A TW202243459A (zh) 2021-01-15 2022-01-11 攝影機模組

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240056669A1 (zh)
EP (1) EP4280600A1 (zh)
KR (1) KR20230131829A (zh)
CN (1) CN116746144A (zh)
TW (1) TW202243459A (zh)
WO (1) WO2022154160A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11698441B2 (en) * 2019-03-22 2023-07-11 Viavi Solutions Inc. Time of flight-based three-dimensional sensing system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101694797B1 (ko) * 2010-12-21 2017-01-11 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 구동 방법
KR102135372B1 (ko) * 2014-03-19 2020-07-17 엘지전자 주식회사 구조광 시스템
MX2019007317A (es) * 2016-12-19 2019-09-05 Whelen Eng Modulo de iluminacion led con instrumento optico fijo y patron de emision variable.
KR102645382B1 (ko) * 2018-05-11 2024-03-11 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 표면발광 레이저소자 및 이를 포함하는 발광장치
KR20190079596A (ko) * 2019-06-26 2019-07-05 엘지이노텍 주식회사 적외선 광원 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4280600A1 (en) 2023-11-22
KR20230131829A (ko) 2023-09-14
CN116746144A (zh) 2023-09-12
US20240056669A1 (en) 2024-02-15
WO2022154160A1 (ko) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210311171A1 (en) Improved 3d sensing
TW201920986A (zh) 具有電子掃描發射器陣列及同步感測器陣列之光測距裝置
WO2013161944A1 (ja) 焦点検出装置、焦点調節装置およびカメラ
US10151629B2 (en) Spectral imaging sensors and methods with time of flight sensing
JP2007528028A (ja) 異なる焦点に合わせられた画像を生成する光学システム
CN111866387B (zh) 深度图像成像系统和方法
WO2019037468A1 (zh) 结构光投影器、三维摄像头模组以及终端设备
CN110824490A (zh) 一种动态距离测量系统及方法
CN110658529A (zh) 一种集成分束扫描单元及其制造方法
TW202243459A (zh) 攝影機模組
CN110716189A (zh) 一种发射器及距离测量系统
TWI829828B (zh) 攝影裝置
US11882263B2 (en) ToF camera
CN112771857A (zh) 相机装置
US20210333405A1 (en) Lidar projection apparatus
KR20190139573A (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
KR102647377B1 (ko) 카메라 장치
KR20220133565A (ko) 카메라 모듈
US20210203822A1 (en) Actuated static masks for coded aperture imaging
KR20230027863A (ko) 카메라 모듈
JP2009500680A (ja) ３次元画像認識器
KR20200137227A (ko) 카메라 모듈
US5168167A (en) Optical scanner having controllable light sources
CN217883646U (zh) 一种长基线深度摄像模组及电子设备
KR102658878B1 (ko) 확산 렌즈 및 카메라 모듈