基于相位差的距离测量装置及距离测量方法制造方法及图纸

提供一种距离测量装置，包含像素阵列及遮蔽层。所述遮蔽层遮蔽在所述像素阵列上方。所述遮蔽层包含第一遮蔽模式，遮蔽于多个第一像素的第一区域上方，以及第二遮蔽模式，遮蔽于多个第二像素的第二区域上方。所述第一区域与所述第二区域沿第一方向形成镜像对称的矩形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学传感器，具体地，涉及一种基于相位差的距离测量装置及其距离测量方法。
技术介绍
一般来说，距离测量系统(Distancemeasurementsystem,DMS)通常会使用光源，并利用被物体反射回来的光源的光束的能量来计算物体的距离。传统地，可使用三角定位的方式，或是飞行时间(Timeofflight,TOF)的技术方案来计算距离，然而采用上述方式所花费的成本较高且系统的尺寸较大。另外，手势(gesture)辨识的开发基础通常可使用3D图像先消除背景图像以取出前景对象图像，而这样的技术会使用到两个图像传感器器。如此一来，手势辨识模块的尺寸与成本同样无法有效地获得缩减。基于上述，本专利技术说明可利用相位侦测(phasedetection)的技术取得3D图像，而且无需额外打光(上述飞行时间法需要打光)。同时，本专利技术的技术方案可只使用单个图像传感器，即可达成侦测距离及手势辨识的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种光学式距离测量装置及距离测量方法，其具有低成本及尺寸小的优点。本专利技术提供一种距离测量装置，包含聚光透镜、图像传感器以及处理器。所述聚光透镜具有预设焦距。所述图像传感器用于感测穿过所述聚光透镜的光线并输出图像帧，并包含像素阵列、遮蔽层以及多个微透镜。所述像素阵列包含第一像素群及第二像素群沿第一方向及第二方向排列。所述遮蔽层遮蔽于所述第一像素群的多个第一像素的第一区域上方及所述第二像素群的多个第二像素的第二区域上方，其中，所述第一区域与所述第二区域沿所述第一方向形成镜像对称的矩形。所述多个微透镜中的每一者对位于一个所述第一像素及一个所述第二像素的至少其中之一。所述处理器用于计算所述图像帧中图像区域的深度。本专利技术还提供一种距离测量装置的距离测量方法，该距离测量装置包含第一像素群、第二像素群及多个微透镜，其中所述第一像素群及所述第二像素群分别通过所述多个微透镜的第一部分及第二部分接收不同相位的入射光。所述距离测量方法包含下列步骤：根据预设焦距利用所述第一像素群及所述第二像素群输出图像帧；将所述图像帧分割为第一子帧及第二子帧，其中，所述第一子帧与所述第一像素群相关而所述第二子帧与所述第二像素群相关；计算所述第一子帧与所述第二子帧中相对应的一图像区域的第一偏移量；以及根据所述第一偏移量计算所述图像区域的第一深度。本专利技术还提供一种距离测量装置，包含像素阵列以及遮蔽层。所述像素阵列包含第一像素群、第二像素群、第三像素群及第四像素群，沿第一方向及第二方向排列。所述遮蔽层遮蔽在所述像素阵列的上方，并包含第一遮蔽模式，遮蔽在所述第一像素群的多个第一像素的第一区域上方，第二遮蔽模式，遮蔽在所述第二像素群的多个第二像素的第二区域上方，第三遮蔽模式，遮蔽在所述第三像素群的多个第三像素的第三区域上方及第四遮蔽模式，遮蔽在所述第四像素群的多个第四像素的第四区域上方；其中，所述第一区域与所述第二区域沿所述一方向形成镜像对称的矩形，所述第三区域与所述第四区域沿所述第二方向形成镜像对称的矩形。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本专利技术的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，于此先述明。附图说明图1为本专利技术一实施例的距离测量装置的方框示意图。图2A～2B为本专利技术某些实施例的距离测量装置的图像传感器及聚光透镜的剖视图。图3为本专利技术一实施例的距离测量装置的像素阵列及遮蔽层的示意图。图4为本专利技术一实施例的距离测量方法的操作示意图。图5A～5D为本专利技术某些实施例的距离测量装置的像素阵列及遮蔽层的示意图。图6为本专利技术一实施例的距离测量方法的流程图。图7为本专利技术另一实施例的距离测量方法的流程图。图8为本专利技术说明另一实施例的距离测量方法的操作示意图。附图标记1距离测量装置10聚光透镜11图像传感器111素阵列113遮蔽层115透镜13处理器131帧分割模块133偏移计算模块135深度计算模块137储存单元9对象S1、S2偏移量P1～P4、P1'～P4'像素群A1～A4遮蔽区域A1'～A4'未遮蔽区F图像帧FP1、FP2子帧F1～F4、F1'～F4'子帧D12、D43、D12'、D43'深度具体实施方式请参考图1及图2A～2B所示，图1为本专利技术一实施例的距离测量装置1的方框示意图，图2A～2B为本专利技术某些实施例的距离测量装置的图像传感器及聚光透镜的剖视图。距离测量装置1包含聚光透镜10、图像传感器11以及处理器13。某些实施例中，所述处理器13例如可与所述图像传感器11同时设置于同一晶片内。某些实施例中，所述处理器13可为所述图像传感器11外部的处理单元，用于接收并处理所述图像传感器11所获取的图像帧F，以计算至少一个图像区域的深度或建立所述图像帧F的深度图(depthmap)，即多个图像区域深度图。例如，所述处理器13可为微控制器(MCU)、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等，用于处理所述图像传感器11所输出的图像帧F。所述聚光透镜10例如可位于取像装置(例如照相机)的镜头内，其可为单一透镜或沿一光轴(opticalaxis)排列的透镜组，并无特定限制，而为了简化图式此处仅显示单一透镜。该聚光透镜10用作为镜头窗(lenswindow)，用于获取来自对象9的光线L，并引导该光线L至所述图像传感器11。所述聚光透镜10与所述图像传感器11的距离优选等于所述聚光透镜10的第一焦距(例如靠近所述图像传感器11侧的焦距)。所述图像传感器11基于预设焦距感测穿过所述聚光透镜10的光线并输出图像帧F。所述图像传感器11包含像素阵列111(例如以8×8像素阵列为例说明)、遮蔽层113以及多个微透镜115；其中，所述遮蔽层113经图案化后用于遮蔽所述像素阵列111所包含的多个像素的至少一部分像素，以使所述多个像素的未遮蔽区通过所述多个微透镜115的不同部分接收不同相位的入射光。所述预设焦距是指所述聚光透镜10与所述多个微透镜115所共同形成位于所述聚光透镜10的入光侧的焦距，本专利技术说明中有时简称为所述聚光透镜10或所述图像传感器11的预设焦距。申请人发现，当对象9位于所述聚光透镜10的第二焦距(例如远离所述图像传感器11侧的焦距，即所述预设焦距)处反射光线L至所述距离测量装置1时，所述图像传感器11所输出的图像帧F中的对象图像不会产生偏移，而当所述对象9不位于所述聚光透镜10的所述第二焦距处时，所述图像传感器11所输出的图像帧F中的对象图像在相对不同遮蔽模式的像素的子帧中的位置会朝向不同方向偏移(shift)，举例详述于后。因此，可利用所述位置偏移量判断所述对象9与所述预设焦距的深度差并进而得到与所述图像传感器11(或所述聚光透镜10)的距离(即深度)，以实现本专利技术说明中的距离测量装置1。请同时参考图3，其为本专利技术一实施例的距离测量装置的像素阵列及遮蔽层的示意图。在一实施例中，所述像素阵列111包含第一像素群P1及第二像素群P2，沿第一方向(例如X方向)及第二方向(例如Y方向)排列。必须说明的是，本专利技术中，所述第一像素群P1及所述第二像素群P2是指被遮蔽的区域不同。例如，在单色图像传感器中，所述第一像素群P1及所述第二像素群P2的像素本身相同，而在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种距离测量装置，包含：聚光透镜，具有预设焦距；图像传感器，用于感测穿过所述聚光透镜的光线并输出图像帧，所述图像传感器包含：像素阵列，包含沿第一方向及第二方向排列的第一像素群及第二像素群；遮蔽层，遮蔽在所述第一像素群的多个第一像素的第一区域上方及所述第二像素群的多个第二像素的第二区域上方，其中，所述第一区域与所述第二区域沿所述第一方向形成镜像对称的矩形；及多个微透镜，所述多个微透镜中的每一者对位于一个所述第一像素及一个所述第二像素的至少其中之一；以及处理器，用于计算所述图像帧中图像区域的深度。

【技术特征摘要】
1.一种距离测量装置，包含：聚光透镜，具有预设焦距；图像传感器，用于感测穿过所述聚光透镜的光线并输出图像帧，所述图像传感器包含：像素阵列，包含沿第一方向及第二方向排列的第一像素群及第二像素群；遮蔽层，遮蔽在所述第一像素群的多个第一像素的第一区域上方及所述第二像素群的多个第二像素的第二区域上方，其中，所述第一区域与所述第二区域沿所述第一方向形成镜像对称的矩形；及多个微透镜，所述多个微透镜中的每一者对位于一个所述第一像素及一个所述第二像素的至少其中之一；以及处理器，用于计算所述图像帧中图像区域的深度。2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中所述处理器将所述图像帧分割为第一子帧及第二子帧，根据所述第一子帧及所述第二子帧计算相对所述图像区域的偏移量并根据所述偏移量计算所述深度，其中，所述第一子帧与所述第一像素群相关而所述第二子帧与所述第二像素群相关。3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中所述处理器还包含储存单元，该存储单元用于预先储存多个偏移量与所述预设焦距的多个深度差的相对关系。4.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中所述处理器还利用阴影法将所述第一子帧及所述第二子帧的亮度校正为一致。5.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中所述第一区域及所述第二区域为单一像素面积的5％～95％。6.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中所述像素阵列还包含第三像素群及第四像素群，所述遮蔽层还遮蔽在所述第三像素群的多个第三像素的第三区域上方及所述第四像素群的多个第四像素的第四区域上方，其中，所述第三区域与所述第四区域沿所述第二方向形成镜像对称的矩形。7.根据权利要求6所述的距离测量装置，其中彼此相邻的一个所述第一像素、一个所述第二像素、一个所述第三像素及一个所述第四像素形成一个子像素群，所述子像素群内的所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域及所述第四区域具有相同面积。8.根据权利要求7所述的距离测量装置，其中沿所述第一方向及所述第二方向相邻的两子像素群中，第一子像素群的所述第一区域至所述第四区域为单一像素面积的50％，第二子像素群的所述第一区域至所述第四区域为单一像素面积的5％～45％或55％～95％。9.根据权利要求6所述的距离测量装置，其中所述多个第一像素沿对角线方向相邻于所述多个第二像素，所述多个第三像素沿对角线方向相邻于所述多个第四像素。10.一种距离测量装置的距离测量方法，所述距离测量装置包含第一像素群、第二像素群及多个微透镜，所述第一像素群及所述第二像素群分别通过所述多个微透镜的第一部分及第二部分接收不同相位的入射光，所述距离测量方法包含：根据预设焦距利用所述第一像素群及所述第二像素群输出图像帧；将所述图像帧分割为第一子帧及第二子帧，其中，所述第一子帧与所述第一像素群相关而所述第二子帧与所述第二像素群相关；计算所述第一子帧与所述第二子帧中相对应的图像区域的第一偏移量；以及根据所述第一偏移量计算所述图像区域的第一深度。11.根据权利要求10所述的距离测量方法，其中所述第一部分及所述第二部分为所述多个微透镜的5％～95％。12.根据权利要求10所述的距离测量方法，其中所述距离测量装置还包含第三像素群及第四像素群，所述第三像素群及所述第四像素群分别通过所述多个微透镜的第三部分及第四部分接收不同相位的入射光，所述第一部分及所述第二部分为所述多个微透镜沿第一轴向的两相对侧且所述第三部分及所述第四部分为所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：许恩峯，刘家佑，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71