TWI623229B - 相機模組 - Google Patents

Abstract

一種相機模組，包含一鏡頭與一發光元件。鏡頭具有一光軸。發光元件具有一中心軸，且其光場分佈呈蝠翼型，在蝠翼型的配光曲線上具有兩個最大光強度值波峰，分別位於該發光元件之中心軸偏離25°至35°之間，其中，鏡頭之光軸位於發光元件的配光曲線上兩個波峰位置之間，依此設計能提供較均勻的同心圓光，從而提高成像品質。

Description

相機模組

本發明為一種相機模組，特別是應用於臉部辨識系統且提供較均勻同心圓光的相機模組。

隨者網際網路的蓬勃發展，人性化的設計以及網路的便利性，許多傳統的商業行為已被行動商務所取代，故用戶個人資料的安全性勢必要更加強，不能僅僅局限於使用文字密碼的方式，因此各家廠商開始以每個人所獨有的生理特徵作為研發方向，而衍伸出許多不同類型的生物辨識技術，以增強個資的安全性，其中又以臉部辨識技術的高便利性與高精準度使其成為熱門辨識項目之一。

傳統的臉部辨識系統主要是以2D平面來擷取臉部與五官相對位置進行辨識，但是此種方式能以使用照片或影片來蒙混過關，同時容易受到環境上光線條件的影響，在安全性的考量上帶有一定的風險。因此，現有廠商研發出能呈現特徵深度的3D臉部辨識系統，有效的避免以照片方式來矇騙通過的情形，也降低環境因素對系統的影響程度。

現今的3D臉部辨識技術採用紅外線偵測的方式，通常是設置兩顆紅外線發光二極體(Infrared light-emitted-diode，IR LED)作為補光光源，另設置一顆紅外線鏡頭(Infrared camera)在兩顆IR LED的中間 位置，IR LED不斷發出紅外線光源到待測目標上，再反射回來由紅外線鏡頭感測擷取，分析其中紅外線反射點的資訊而得到待測目標特徵的相對距離與深度。然而，一般的IR LED所發射出來的光線強度只能朝向垂直於IR LED的方向集中，光強分佈不均勻，四周容易有衰減的情形，紅外線鏡頭擷取後的影像往往中心區域比邊緣部分有較強的光強度，擷取影像與實際目標已出現差異，如此一來，則需要特別在擷取影像的四周進行更多處理，使得最後成像可能與實際目標造成差別，系統的精準度也因此下降。

因此，有必要提供一種能提高成像品質的相機模組，以減少後續影像處理的步驟，提高實際目標與成像的一致性。

本發明的主要目的是針對習知技術存在的缺陷和不足提供一種相機模組，藉以改善補光光源造成鏡頭擷取影像四周光強度衰減問題，其中本發明所採用的補光光源為蝠翼光形分佈的發光源，可以在待測平面上提供均勻的同心圓光，減少後續影像處理，提高辨識系統精準度。

本發明之另一目的是提供一種相機模組，藉由採用一蝠翼型態的發光源，能減少習知補光光源的數量，達到產品輕薄化，同時減少系統耗電、過熱問題。

為實現上述目的，本發明之一種相機模組，包含一紅外線鏡頭，在紅外線鏡頭中心具有一光軸、一紅外線發光二極體，其中紅外線發光二極體所射出的紅外線光場形分佈為一蝠翼狀，且紅外線鏡頭之 光軸剛好位於蝠翼狀兩個波峰位置之間，以及一電路板，其電性連接紅外線鏡頭與紅外線發光二極體。

如上所述，本發明之一種相機模組藉由能射出光場形為蝠翼狀分佈的紅外線發光二極體，設置在紅外線鏡頭旁側，蝠翼狀分佈的光場分佈圖具有兩個能量較強的波峰，而紅外線鏡頭之光軸位於兩個波峰位置之間，波峰位置位於中心軸C1偏離25°~35°位置，依此設計提供較均勻的同心圓光，而改善習知臉部辨識裝置擷取影像會有四周光強度衰減的問題，減少後續影像處理的動作，而產生與實際目標較相近的影像，提高成像品質。

10‧‧‧相機模組

1‧‧‧紅外線鏡頭

2‧‧‧紅外線發光二極體

21‧‧‧透鏡

22‧‧‧漫射部

3‧‧‧可見光發光二極體

4‧‧‧外罩體

41‧‧‧出光孔

5‧‧‧連接埠

6‧‧‧電路板

7‧‧‧收音元件

O1‧‧‧紅外線鏡頭光軸

C1‧‧‧紅外線發光二極體中心軸

P1‧‧‧第一配光峰值

P2‧‧‧第二配光峰值

V1‧‧‧配光波谷值

第一圖係本發明相機模組之構件俯視圖。

第二圖係本發明相機模組另一角度之構件側視圖。

第三圖係習知的紅外線發光二極體之剖面示意圖。

第四圖係本發明紅外線發光二極體之構建圖之剖面示意圖。

第五圖係習知的紅外線發光二極體之配光曲線分佈圖。

第六圖係本發明紅外線發光二極體之配光曲線分佈圖。

第七圖係習知以紅外線發光二極體為發光源的影像經由分析軟體分析之結果圖。

第八圖係本發明相機模組所產生的影像經由分析軟體分析之結果圖。

為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成的目的及功效，以下茲例舉實施例並配合圖式詳予說明。

請參閱第一圖與第二圖所示，圖中係為本發明相機模組之構件俯視圖，本發明之相機模組10，其主要包含一紅外線鏡頭1、一紅外線發光二極體2、一可見光發光二極體3、一外罩體4、一連接埠5、一電路板6、一收音元件7所共同組成。

在本實施例中，紅外線鏡頭1設置於電路板6上，電路板6成長條形，紅外線鏡頭1兩側分別設置紅外線發光二極體2與可見光發光二極體3，紅外線發光二極體2與可見光發光二極體3分別被一外罩體4容置其內，在紅外線發光二極體2的另一側設有一連接埠5，電路板6之兩端設置有收音元件7。

所述紅外線鏡頭1中心具有一光軸O1，在本實施例中紅外線鏡頭1僅接收紅外線波長為850nm的光源，從待測目標(圖未示)反射回來的紅外線光被紅外線鏡頭1擷取，再由影像感測晶片(圖未示)將擷取影像轉換成為電荷訊號，傳遞到電路板6進行下一步動作。

所述紅外線發光二極體2其中心發射出光線的垂直方向定義為一中心軸C1，本實施例中紅外線發光二極體2發射出的紅外線波長為850nm，採用的發光二極體其光源特性具有光場形分佈為“蝙蝠翼”(簡稱蝠翼型)形狀，其中蝠翼型的配光曲線分佈有兩個位於相對光強度最大值的波峰，在本發明中，紅外線鏡頭1的光軸O1位於蝠翼型配光曲線分佈的兩個波峰位置之間。在本發明中，紅外線發光二極體2之光場強度波峰距離中心軸C1偏離25°~35°之間的位置，依此設計達到均勻光強的目的。所述紅外線發光二極體2設置在電路板6上，由電路板6發出訊號使該紅外線發光二極體2開始運作，射出紅外線到待測目標上，再反射回來由紅外線鏡頭1進行擷取動作。

所述可見光發光二極體3，在本實施例中為採用白光二極體，此可見光二極體3設置在電路板6上並電性連接，藉由電路板6傳來訊號使其運作，並發出白光以表示相機模組10在運作，因此可見光二極體3的啟動時機必須配合紅外線鏡頭1的運作時機。

所述外罩體4為一中空的金屬殼體，係用來保護紅外線發光二極體2與可見光發光二極體3以及設置在電路板6上之線路層(圖未示)，其設置在紅外線鏡頭1的兩側，其上表面開設一出光孔41，出光孔41位置分別對應紅外線發光二極體2與可見光發光二極體3的位置，使其能發射出光線。

所述連接埠5用以連接相機模組10至其他裝置，在本實施例中係用來連接至電腦處理端口。收音元件7亦電性連接在電路板6上，可配合電腦主機系統上的運用。

請參閱第三圖與第四圖，分別表示習知的發光二極體與本發明相機模組10的紅外線發光二極體之剖面示意圖。習知的發光二極體其光源在一次光學設計中所投射出的光線從一透鏡21射出後仍需進一步設計才能達到使用上之要求，因此，通常需要外加一光學透鏡(圖未示)進行二次光學設計，才能夠改變其發光二極體所發出光投射角度以及光強分佈等，且因為需要外加一個光學透鏡因此需要更大的組裝空間，在追求產品輕薄化的要求上則受到許多限制。而本發明相機模組10所使用的紅外線發光二極體，能使用一次光學設計，來達到發光投射角度的改變以及投射出蝠翼型態的光場分佈，在本發明所使用的紅外線發光二極體其在透鏡21位於中心軸位置設有一漫射部22，光源所發射出的 光線通過漫射部22造成部分光反射以及部分光折射，使其光源中心光強度減弱，光源中心兩側則會比中心擁有較強的光強度而形成蝠翼型態的光強分佈，因此，採用漫射部22的設計不僅減少二次光學的組裝空間，也能達到均勻的蝠翼性態光強分布，在使用上也有較大的彈性。

請參閱第五圖和第六圖，係分別表示習知的紅外線發光二極體(圖未示)與本發明相機模組10的紅外線發光二極體2之配光曲線圖。配光曲線圖是指LED光源在空間中各個方向的光強分佈情況，以縱軸表示相對之發光強度，以橫軸表示光束的角度。如圖所示，習知的紅外線發光二極體所呈現的配光曲線為一波峰位於光束0°的位置，代表發射出來的光強度主要都集中在習知紅外線發光二極體射出光源的中心軸方向，並隨者離中心軸越遠，投射角度越大，所呈現的光強度也隨之衰落，故在習知的紅外線發光二極體其射出之光源是相當不均勻的，若採用此種配光進行補光，則會造成擷取影像與實際目標有差異，因此，必須先針對影像四周光強衰落的問題進行處理。

而本發明的紅外線發光二極體2所呈現的配光曲線為蝠翼型，蝠翼型的特徵為帶有光強度極大值的第一配光峰值P1與光強度極大值的第二配光峰值P2的配光型態，且在第一配光峰值P1與第二配光峰值P2之間具有相對配光峰值較低的配光波谷值V1，該配光波谷值V1位置剛好是位於LED射出光源的中心軸C1方向，詳細而言，請參閱圖六所示，自-90°附近起，相對強度從10%開始上升，於-30°附近達到極大值(第一配光峰值P1)，再向下遞減於0°達到波谷位置(配光波谷值V1)，然後再上升於+30°附近達到極大值(第二配光峰值P2)，最後再向下遞減 至+90°附近，相對強度下降至10%。因此，使用此配光型態的紅外線發光二極體2，其中心光強度相較習知的配光型態較不集中，且此種配光型態衰減光強度的角度範圍較大，以相對光強度50%所對應的角度範圍來看，習知的配光型態為±45°之間，而本發明的配光型態為±60°之間，能有效的減緩四周光強衰減的情形，呈現較均勻的光源。另外，在本實施例中，蝠翼型配光曲線所產生的最大光強度之角度範圍分佈在紅外線發光二極體2所發出光線的中心軸C1偏離25°~35°之間。

請參閱第七圖和第八圖，係分別表示以習知的紅外線發光二極體(圖未示)為光源之影像和以本發明相機模組10之紅外線發光二極體2為光源之影像經由分析軟體進行分析之結果圖，此測試環境都是在暗室下進行，測試影像距離紅外線鏡頭75cm的位置，測試影像皆為18%的灰階圖，由不同的紅外線發光二極體投射出紅外線，再由紅外線鏡頭進行擷取反射回來的紅外線，最後再用影像分析軟體Imatest對擷取的影像進行分析。

Imatest軟體針對被照射面反射回的紅外線分析其中光通量的強度，並歸一化光強度，將最強的光強定義為1.0，另外，在圖上的9個定位框係用來作為基準點，方便在不同的對照組進行比較。第七圖與第八圖中心為光強度最強的位置，且皆自中心向外擴展並逐漸遞減光強度形成同心圓光，但是兩者不同之處可以清楚地從圖中判斷，由圖示左邊中間與右邊中間的定位框相比，第八圖所形成的同心圓光較第七圖的同心圓光所抵達的範圍明顯更廣，且第八圖最中間定位框的範圍也比第 七圖的範圍更大，代表光通量沒有特別集中在中心位置，也能得到第八圖的光通量強度分佈較均勻。

如上所述，本發明的相機模組10採用配光型態為蝠翼型的紅外線發光二極體2，將紅外線鏡頭1的光軸O1設置在蝠翼型配光曲線的兩個波峰位置之間，且其波峰位於紅外線發光二極體2的中心軸C1偏離約25°~35°之間的位置會達到最好的效果，所述的效果係指由紅外線鏡頭1所擷取的影像，再經由影像分析軟體分析後認為這區間的角度最適合進行影像處理，擁有光強分佈較均勻的特性，比較容易擷取與實際目標相符的影像，藉以改善成像品質，從而提升系統的精準性。

Claims (8)

1. 一種相機模組，包含：一鏡頭，其具有一光軸；至少一發光元件，其具有一中心軸，該發光元件包含一透鏡，該透鏡對應發光元件中心軸位置並設有一漫射部，其中該發光元件所射出光場分佈為蝠翼型，且在蝠翼型的配光曲線上具有兩個最大光強度值波峰，其中，鏡頭之光軸位於發光元件的配光曲線上兩個波峰位置之間；以及一電路板，承載鏡頭以及發光元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中發光元件的配光曲線的兩個最大光強度值波峰分別位於發光元件之中心軸偏離25°至35°之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之相機模組，其中鏡頭為一感測紅外線之鏡頭，發光元件為一紅外線發光二極體，其發光波長為850nm。
4. 如申請專利範圍第3項所述之相機模組，進一步包含一可見光發光二極體，可見光發光二極體設置於電路板上，所述可見光發光二極體與發光元件分別位於鏡頭的兩側。
5. 如申請專利範圍第4項所述之相機模組，其中發光元件與可見光發光二極體分別容置在一外罩體內，外罩體上表面設有一出光孔，且出光孔分別對應於發光元件與可見光發光二極體之位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之相機模組，其中電路板成長條形。
7. 如申請專利範圍第6項所述之相機模組，進一步包含一連接埠，連接埠設置於電路上並位於發光元件另一側。
8. 如申請專利範圍第7項所述之相機模組，進一步包含一收音元件，收音元件設置於電路板之兩端。