TWI541586B

TWI541586B - 立體攝像裝置

Info

Publication number: TWI541586B
Application number: TW100146909A
Authority: TW
Inventors: 梁禾凱; 黃建瑋
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2016-07-11
Also published as: TW201327018A; US20130155197A1

Description

立體攝像裝置

本發明涉及一種立體攝像裝置。

目前，全幅對焦技術(WDF，Width Depth Field)已經被應用於數碼攝像攝影中，其將數碼相機模組拍攝的物體的影像分解為不同的顏色，例如RGB三原色，對應於物距，不同的顏色具有不同的銳度曲線，全幅對焦技術選擇出影像中具有最佳銳度的顏色，並據此最佳銳度修正其他顏色的銳度，以提升整體影像的清晰度。使用全幅對焦技術不需要相機模組的物理對焦過程，從而可快速的獲得清晰的影像。

然而，當物距過小，例如小於40釐米(cm)時，此時所有顏色的銳度都是較差而不符合要求的，即使全幅對焦技術對影像進行了修正，獲得的影像也是模糊不清的。

有鑒於此，有必要提供一種立體攝像裝置，其在近距離時也可獲得清晰的影像。

所述立體攝像裝置，包括兩個相機模組和一處理器。該鏡頭單元包括鏡筒、鏡片、承載座、固定座、形狀記憶合金元件和彈性元件、電阻、及電源晶片。該承載座承載該鏡片，該形狀記憶合金元件連接該承載座及該固定座，該彈性元件連接該承載座及該固定座，該承載座活動設置在該鏡筒中，該固定座固定在該鏡筒中，該形狀記憶合金元件與該電阻熱耦合，該電阻與該電源晶片電性連接，該影像感測器用於接受來自於該鏡頭單元的光線並形成圖像，該圖像包括至少兩種顏色。該處理器包括全幅對焦模組、對焦驅動模組及影像合成模組。該全幅對焦模組用於根據該至少兩種顏色中的一種顏色的銳度判斷物距，並判斷該物距是否大於某一預定距離，當該物距大於該預定距離時，該全幅對焦模組對兩個影像感測器形成的兩個圖像做銳化處理以獲得兩個第一清晰圖像。當該物距不大於該預定距離時，該全幅對焦模組向該對焦驅動模組發送控制訊號，該對焦驅動模組根據該控制訊號驅動該電源晶片加熱該電阻以改變該形狀記憶合金元件的長度以移動該鏡片使該兩個相機模組的焦距改變，從而使該兩個影像感測器形成兩個第二清晰圖像。該影像合成模組用於接收該兩個第一清晰圖像或該兩個第二清晰圖像並利用該兩個第一清晰圖像合成第一立體圖像或利用該兩個第二清晰圖像合成第二立體圖像。

由於在物距小於預定距離時對焦驅動模組驅動液晶透鏡進行自動對焦，故此時也可以獲得清晰圖像。

10‧‧‧立體攝像裝置

21、22‧‧‧相機模組

30‧‧‧處理器

31‧‧‧全幅對焦模組

32‧‧‧對焦驅動模組

33‧‧‧影像合成模組

40‧‧‧顯示幕

50‧‧‧輸出埠

60‧‧‧立體電視

61‧‧‧主板

62‧‧‧輸入埠

63‧‧‧時序控制器

64‧‧‧同步訊號發射單元

65‧‧‧顯示幕

100‧‧‧影像穩定單元

110‧‧‧固定架

120‧‧‧可動架

122‧‧‧側面

123‧‧‧端面

124‧‧‧收容空間

125‧‧‧透光孔

130‧‧‧驅動子單元

132‧‧‧線圈

134‧‧‧磁鐵組

134a‧‧‧上永磁鐵

134b‧‧‧下永磁鐵

140‧‧‧彈片

142‧‧‧銷

160‧‧‧控制器

170‧‧‧光感測器

200‧‧‧鏡頭單元

210‧‧‧鏡筒

220‧‧‧鏡片驅動子單元

221‧‧‧電阻

222‧‧‧彈簧

223‧‧‧形狀記憶合金元件、SMA元件

224‧‧‧電源晶片

230‧‧‧第一鏡片

231‧‧‧第二鏡片

240‧‧‧固持件

241、243‧‧‧凹槽

242‧‧‧承載座

244‧‧‧固定座

246‧‧‧導引柱

247‧‧‧導引孔

410‧‧‧可動部

412‧‧‧固定部

412a‧‧‧孔

414‧‧‧彎折部

416‧‧‧通孔

500‧‧‧電路基板

510‧‧‧影像感測器

圖1是本發明一優選實施方式的立體攝像裝置的結構框圖。

圖2是圖1中立體攝像裝置與一立體電視連接的結構框圖。

圖3是圖1中立體攝像裝置的相機模組的立體示意圖。

圖4是圖3的IV-IV向剖視圖。

圖5是圖3的去掉鏡頭單元的爆炸圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，其揭示了本發明一優選實施方式的立體攝像裝置10。在本實施方式中，該立體攝像裝置10為手機。該立體攝像裝置10包括兩個相機模組21、22、一處理器30、一顯示幕40、及一輸出埠50。

該兩個相機模組21、22用於拍攝同一物體的不同角度的影像，並送到處理器30中，由處理器30合成為立體影像。為保證立體拍攝的效果，該兩個相機模組21、22之間的中心距(即兩個相機模組的光軸之間的距離)的範圍為25~40毫米(mm)，優選為32.5毫米(mm)。由於立體攝像技術是為本領域技術人員所熟悉的，在此處及下文中，對立體攝像相關的內容不做詳細介紹。

該處理器30分別與該相機模組21、22、顯示幕40、輸出埠50連接。其中，處理器30與相機模組21、22的連接通過移動產業處理器介面(Mobile Industry Processor Interface，MIPI)。

該處理器30包括一全幅對焦模組31、一對焦驅動模組32、及一影像合成模組33。

全幅對焦模組31用於接收相機模組21、22傳送的圖像。由於一般數碼相機模組的感測器具備分辨不同顏色光的元件，因此，從相機模組21、22傳送的圖像具有不同的顏色，而某一顏色的光對應物距具有特定的銳度曲線，因此，分析圖像中某種顏色的銳度，可以得知物距d，即被攝物到相機模組21、22的距離。全幅對焦模組31首先根據上述原理判斷物距d，全幅對焦模組31可根據任一相機模組21、22傳送的圖像判斷物距，也可根據兩相機模組21、22傳送的圖像分別判斷物距並計算平均值，由於兩相機模組21、22拍攝的是同一物體的影像，根據上述不同的判斷方式所獲得的值之間的差異很小。全幅對焦模組31並判斷物距d是否大於某一預定距離D，如果物距d大於預定距離D，則全幅對焦模組31向對焦驅動模組32發出第一控制訊號，並分別對相機模組21、22傳送的圖像做銳化處理以獲得兩個第一清晰圖像，然後將該兩個第一清晰圖像傳送到影像合成模組33，由影像合成模組33將該兩個第一清晰圖像合成為第一立體圖像。在本實施方式中，所述預定距離D為40釐米(cm)，判斷物距d時，全幅對焦模組31不分析整幅圖像，而是分析圖像中預定的區塊，例如位於圖像中央的具有預定大小的區塊，該預定區塊占整幅圖像的大小可以是三分之一。

在銳化處理時，全幅對焦模組31將圖像分成多個區塊，並對每一區塊分別做銳化處理，具體的處理方法可以參照2006年3月6日向中國專利局提出，申請號為200680012390.8，名稱為《利用顏色數位圖像對動作如銳度修改進行控制的方法》的專利申請。

當物距d不大於預定距離D時，全幅對焦模組31向對焦驅動模組32發送第二控制訊號，對焦驅動模組32根據該第二控制訊號，驅動相機模組21、22進行物理對焦，以使得該兩個相機模組21、22的影像感測器形成兩個第二清晰圖像，該物理對焦的具體過程將在下文予以描述。

在本實施方式中，當物距d不大於預定距離D時，該兩個第二清晰圖像不經過全幅對焦模組31的銳化處理，而是直接由影像合成模組33合成為第二立體圖像；在其他實施方式中，當物距d不大於預定距離D時，該兩個第二清晰圖像也可經過全幅對焦模組31銳化處理後再由影像合成模組33合成為第二立體圖像。

影像合成模組33合成第一或第二立體圖像後，將第一或第二立體圖像送到顯示幕40進行顯示，並同時將第一或第二立體圖像送到輸出埠50，通過該輸出埠50，該第一或第二立體圖像可被送到立體影像顯示電子裝置上進行顯示。在本實施方式中，該輸出埠50為高清晰度多媒體埠(High Definition Multimedia Interface，HDMI)。該立體影像顯示電子裝置為具有立體影像顯示能力的電子裝置，如電視、手機、筆記本、顯示器等。

請參考圖2，其揭示了通過輸出埠50將第一或第二立體圖像傳輸到立體影像顯示電子裝置進行顯示。在本實施方式中，該立體影像顯示裝置為一立體電視60，該立體電視60包括一主板61、一時序控制器63及一顯示幕65。該主板61包括一與輸出埠50連接的輸入埠62，在本實施方式中，該輸入埠62為HDMI埠，該時序控制器63包括一同步訊號發射單元64。主板61接收從輸入埠62輸入的圖像訊號，將圖像訊號分解成左眼圖像訊號和右眼圖像訊號，並將左眼圖像訊號和右眼圖像訊號送到時序控制器63。時序控制器63將左眼圖像訊號和右眼圖像訊號分時送到顯示幕65顯示。時序控制器63同時通過同步訊號發射單元64發射同步訊號到用戶佩戴的液晶眼鏡(圖未示)，以保證當左眼圖像訊號在顯示幕65顯示時，液晶眼鏡的右眼鏡片關閉，用戶只能通過左眼觀看到顯示幕65上顯示的圖像，反之亦然，用戶通過在左眼和右眼看到不同的圖像，在腦中形成立體的圖像。

請參考圖3至圖5，其揭示了相機模組21、22的結構。在本實施方式中，其揭示了相機模組21的結構，相機模組22的結構與相機模組21的結構相同。

相機模組21包括影像穩定單元100、鏡頭單元200及固定于電路基板500上並與電路基板500電性連接的影像感測器510。影像感測器510與鏡頭單元200正對，用於感測通過鏡頭單元200的光線以獲得圖像，該獲得的圖像中至少包括兩種顏色。

影像穩定單元100包括一個可動架120，鏡頭單元200收容於可動架120內。在本實施方式中，由於相機模組21還同時具有光學防抖功能，所以相機模組21包括有該影像穩定單元100，在其他實施方式中，當不需要光學防抖功能時，該影像穩定單元100也可以省略，此時鏡頭單元200直接固定于該電路基板500上。影像穩定單元100的具體結構將在下文介紹。

該鏡頭單元200包括鏡筒210及容納在鏡筒210內的鏡片驅動子單元220、第一鏡片230、和固持件240。

固持件240為圓環形狀，徑向凹陷形成有凹槽241。第一鏡片230通過點膠方式膠合鑲嵌在凹槽241中，固持件240通過點膠方式膠合固定在鏡筒210內壁上。

該鏡片驅動子單元220包括第二鏡片231、承載座242、與承載座242相對的固定座244、電阻221、彈簧222、形狀記憶合金元件223(shape memory alloys component，以下簡稱SMA元件)和電源晶片224。

承載座242為圓環形狀，其外徑小於鏡筒210的內徑以使其活動地設置在鏡筒210內。承載座242徑向凹陷形成有凹槽243，第二鏡片231通過點膠方式膠合鑲嵌在凹槽243中。承載座242上形成有導引孔247。固定座244為圓環形狀，其通過點膠方式膠合固定在鏡筒210內壁上。固定座244上凸出形成有導引柱246，導引柱246伸入導引孔247內。承載座242與固定座244之間具有供彈簧222及SMA元件223伸縮的空間。

電阻221為中空結構，其固定於承載座242中且與電源晶片224相連(圖未示)。SMA元件223的一端穿過電阻221固定在承載座242上，另一端固定在固定座244上。彈簧222的一端固定在承載座242上，另一端固定在固定座244上。初始狀態(室溫)時，彈簧222因承受承載座242的壓力而略為壓縮，SMA元件223為拉長狀態，此時，第一鏡片230與第二鏡片231之組合具有第一焦距。

在將SMA元件223固定之前，首先對SMA元件223進行訓練使其進行一定的塑性變形(室溫下被拉長)，這樣當對SMA元件223加熱到一定溫度時，SMA元件223會恢復到原來形狀(母相)，即自然長度；當溫度降低至室溫時，SMA元件223會恢復到室溫時的形狀，即拉長狀態，與SMA元件223相連的物體便會受到力的作用。

請一併參考圖1，當對焦驅動模組32接到全幅對焦模組31發送的第二控制訊號時，對焦驅動模組32驅動電源晶片224對電阻221通電，通電的電阻221產生熱量，電阻221產生的熱量會使SMA元件223的溫度升高，當溫度達到SMA元件223的形變溫度時，SMA元件223恢復到自然長度，便會拉動承載座242帶動第二鏡片231向靠近固定座244的方向移動，彈簧222被壓縮，在承載座242受到的彈簧222的彈力與SMA元件223的拉力平衡的情況下，承載座242保持不動，此時，第一鏡片230與第二鏡片231之組合具有第二焦距，以使得該兩個相機模組21、22的影像感測器形成兩個第二清晰圖像。

當對焦驅動模組32接到全幅對焦模組31發送的第一控制訊號時，對焦驅動模組32驅動電源晶片224停止對電阻221通電，SMA元件223的溫度降低，SMA元件223恢復到拉長狀態，承載座242在彈簧222的彈力的作用下遠離固定座244，從而使得第二鏡片231向遠離固定座244的方向移動。

承載座242與第二鏡片231借助SMA元件223溫度變化形狀發生變化的性能並結合彈簧222的作用發生位移，從而使得鏡片驅動子單元220的結構簡單、體積小。同時，承載座242和固定座244上的導引孔247和導引柱246起到使得承載座242的運動平穩的作用。

影像穩定單元100包括一個固定架110、上述可動架120、一個驅動子單元130、兩個彈片140、一個控制器160及一個光感測器170。

固定架110大致為矩形體框架，其固設于電路基板500上。可動架120大致呈中空的矩形體形狀，其收容於固定架110內。可動架120包括四個側面122及相對設置且分別連接四個側面122的兩個端面123。可動架120內形成用於收納固定鏡頭單元200的收容空間124。端面123開設有與收容空間124相通的透光孔125。該四個側面122分別與固定架110的四個側壁間隔並形成四段距離。

每個彈片140大致呈平板狀，其包括可動部410，自可動部410相對兩側邊向外依次對稱延伸的兩固定部412及連接可動部410與固定部412的兩彎折部414。該可動部410具有與該可動架120的端面123大致相同的形狀，即呈矩形，該可動部410開設有與該端面123的透光孔125對準的通孔416。兩個彈片140的兩個可動部410分別固定在可動架120的兩個端面123上，隨可動架120的運動而運動。該固定部412通過孔412a與銷142的配合固定於固定架110上，從而將該可動架120固定於固定架110上。

驅動子單元130包括固定於固定架110上的線圈132及固定於可動架120上的磁鐵組134。線圈132與磁鐵組134相對設置。驅動子單元130通過線圈132及磁鐵組134產生的驅動力驅動可動架120相對於固定架110旋轉，以補償立體攝像裝置10抖動所產生的位移。

線圈132的數目為四個，其大致呈矩形環狀，四個線圈132分別面向可動架120的四個側面122固定於固定架110上，且都通有電流。

磁鐵組134的數目為四個，四個磁鐵組134分別對應四個線圈132固定於可動架120的四個側面122上。每個磁鐵組134包括間隔相對的一上永磁鐵134a及一下永磁鐵134b。上永磁鐵134a、下永磁鐵134b分別靠近兩個端面123設置，且屬於同一個磁鐵組134的上永磁鐵134a、下永磁鐵134b的磁極分佈相反，即如果上永磁鐵134a靠近線圈132一端的磁極為N極，貼於側面122一端的磁極為S極，則下永磁鐵靠近線圈132一端的磁極為S極，貼於側面122一端的磁極為N極。

光感測器170為雷射感測器或者紅外感測器，光感測器170固定于電路基板500，用於感測到可動架120移動的位移，該位移例如是角位移。具體地，光感測器170與可動架120的邊緣對應設置。如此，光感測器170可以感測到可動架120移動的最大抖動量，判斷得更準確。

控制器160與光感測器170及四個線圈132均電性連接。控制器160用於根據光感測器170檢測到的抖動量來控制通過四個線圈132的電流大小及方向以與磁鐵組134共同作用驅動可動架120轉動。具體的，當光感測器170感測到可動架120的抖動後，控制器160控制可動架120向抖動方向的反方向轉動以進行抖動補償，使得光感測器170感測到的抖動量變為零，以使鏡片對準影像感測器510。

另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，然，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。