CN105223756B - 阵列式镜头模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阵列式镜头模组。阵列式镜头模组壳体、具有感光区域的图像传感器和设于壳体内的镜片模组。镜片模组由至少两片玻璃镜片堆叠形成，镜片模组上成型有具有第一成像区域的第一透镜和具有第二成像区域的第二透镜。图像处理器分别在第一成像区域和第二成像区域内以一定长宽比抓取第一图像区域和第二图像区域，第一图像区域内的图像和第二图像区域内的图像存在视差。镜片模组是从堆叠的玻璃基片上切割而来，因此第一透镜和第二透镜之间的距离已经确定，解析度高，加工成本低。且镜片模组为全玻璃结构，具有高光线透过率和优越的消色差表现。

Description

阵列式镜头模组
【技术领域】
本发明涉及一种镜头模组，尤其涉及一种移动电子设备用的镜头模组。
【背景技术】
随着科技的不断发展，电子设备不断地朝着智能化发展，除了数码相机外，便携式电子设备例如平板电脑、手机等也都配备了镜头模组。为了满足人们的使用需要，对镜头模组拍摄的出的物体的影像质量也提出的更高的要求。不仅如此，随着3D成像技术的发展，在这些移动电子设备上配备裸眼3D摄像镜头也成为一种发展趋势。
相关技术中的3D镜头模组采用了两组镜头模组来模仿人眼的成像功能，以拍出具有一定景深的图片。两组镜头模组均包括开设有透光孔的镜头筒和设于镜头筒内的镜片组，镜片组包括至少两片光学镜片。过透光孔几何中心的直线以及这些光学镜片的光轴应当重合，即应当保证有高的同轴度。但是光学镜片间偏心比较敏感，因此比较难保证有高的同轴度和稳定性。且由于两组镜头模组分别装配，分别有各自的镜头筒，因此在装配时，受到镜头筒公差的影响，装配时的精度无法保证。
因此，有必要提供一种新型的镜头模组。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种解析度高、生产成本低且封装简单的阵列式镜头模组。
本发明的技术方案如下：一种阵列式镜头模组，其包括壳体、收容于所述壳体内的图像处理器、与所述图像处理器电连接的图像传感器以及设于所述图像传感器上的镜片模组，所述镜片模组由至少两片玻璃镜片堆叠形成，所述镜片模组上成型有第一透镜和与所述第一透镜相隔一定距离的第二透镜；
所述图像传感器具有感光区域，所述第一透镜具有第一成像区域，所述第二透镜具有第二成像区域，所述第一成像区域和所述第二成像区域至少有部分落在所述感光区域内，所述图像处理器分别在所述第一成像区域和所述第二成像区域内以一定长宽比抓取第一图像区域和第二图像区域，所述第一图像区域内的图像和所述第二图像区域内的图像存在视差。
优选的，所述感光区域具有两相对平行设置的第一侧边以及与两所述第一侧边相连的第二侧边，所述第一图像区域和所述第二图像区域的几何中心的连线平行于所述第一侧边。
优选的，所述感光区域具有两相对平行设置的第一侧边以及与两所述第一侧边相连的第二侧边，所述第一图像区域和所述第二图像区域的几何中心的连线平行于所述第二侧边。
优选的，所述感光区域呈矩形，所述第一图像区域和所述第二图像区域均呈圆形。
优选的，所述第一图像区域和所述第二图像区域分为位于所述感光区域的对角位置。
优选的，所述第一图像区域或第二图像区域在所述图像传感器上对应的区域为黑白感光区域。
优选的，所述第二透镜与所述图像传感器之间、或所述第一透镜与所述图像传感器之间还设有红外滤光片。
优选的，所述壳体上与所述第一透镜和所述第二透镜对应的位置分别开设有第一通光孔和第二通光孔。
优选的，每一所述玻璃镜片的表面还涂覆有减反射防雾涂层，所述减反射防雾涂层至少覆盖所述第一透镜和所述第二透镜。
优选的，每一所述玻璃镜片上均形成有第一光学镜片以及与所述第一光学镜片间隔设置的第二光学镜片；任意两片所述玻璃镜片的所述第一光学镜片和所述第二光学镜片的位置分别对应；所述第一透镜由所有所述第一光学镜片堆叠形成，且所有所述第一光学镜片的光学中心相互对正；所述第二透镜由所有所述第二光学镜片堆叠形成，且所有所述第二光学镜片的光学中心相互对正。
本发明的有益效果在于：镜片模组是从堆叠的玻璃基片上切割而来，因此第一透镜和第二透镜之间的距离已经确定，因此，装配精度高，加工成本低。且镜片模组为全玻璃结构，具有高光线透过率和优越的消色差表现。
【附图说明】
图1为本发明一种阵列式镜头模组的结构示意图；
图2为本发明的阵列式镜头模组中镜片模组的结构示意图；
图3为本发明的阵列式镜头模组中第一玻璃镜片的结构示意图；
图4为本发明的阵列式镜头模组中第二玻璃镜片的结构示意图；图5为本发明的阵列式镜头模组的3D成像原理图；
图6为本发明的阵列式镜头模组中感光区域、第一图像区域和第二图像区域的一种位置关系图；
图7为本发明的阵列式镜头模组中感光区域、第一图像区域和第二图像区域的另一种位置关系图；
图8为本发明的阵列式镜头模组中感光区域、第一图像区域和第二图像区域的又一种位置关系图；
图9为本发明的阵列式镜头模组中第一透镜和第二透镜的中心点确定原理图；
图10为本发明的阵列式镜头模组的生产流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种阵列式镜头模组100包括壳体101、收容于壳体101内的图像处理器、与图像处理器电连接的图像传感器和设于图像传感器上的镜片模组200。壳体101具有间隔设置的第一通光孔102和第二通光孔103。
本实施例中，镜片模组200包括由两块玻璃镜片堆叠而成的玻璃镜片组、形成于玻璃片组上的第一透镜203和第二透镜204(如图2中虚线框内的部分所示)。第一透镜203和第二透镜204分别用于模仿人的左眼和右眼的成像功能，以拍出具有一定视差的图像。为了便于描述，两块玻璃镜片分别定义为第一玻璃镜片201和第二玻璃镜片202。
第一玻璃镜片201具有第一光学镜片203A和与第一光学镜片203A间隔设置的第二光学镜片204A。如图3所示，第一玻璃镜片201具有第一表面201A和与第一表面201A相对设置的第二表面201B。第一光学镜片203A包括设于第一表面201A上的第一光学面201a和设于第二表面201B上的第二光学面201b，且第二光学面201b与第一光学面201a位置相对应，这意味着第二光学面201b的光学中心与第一光学面201a的光学中心对正。第二光学镜片204A包括设于第一表面201A上的第三光学面201c和设于第二表面201B上的第四光学面201d，且第四光学面201d与第三光学面201c位置相对应，这同样意味着第四光学面201d的光学中心与第三光学面201c的光学中心对正。
同样的，第二玻璃镜片202具有第一光学镜片203B和与第一光学镜片203B间隔设置的第二光学镜片204B。第一光学镜片203B和第二光学镜片204B分别与所述第一光学镜片203A和第二光学镜片204A位置相对应。如图4所示，第二玻璃镜片202具有第一表面202A和与第一表面202A相对设置的第二表面202B。第一光学镜片203B包括设于第一表面202A上的第一光学面202a和设于第二表面202B上的第二光学面202b，第二光学面202b与第一光学面202a位置相对应，两者的光学中心对正。第二光学镜片204B包括设于第一表面202A上的第三光学面202c和设于第二表面202B上的第四光学面202d。第四光学面202d与第三光学面202c位置相对应，两者的光学中心对正。
第一透镜203由第一玻璃镜片201上的第一光学镜片203A和第二玻璃镜片202上的第一光学镜片203B组合形成。第一光学镜片203A和第一光学镜片203B之间通常还存在间隙，该间隙用于放置遮光片等光学元件。第二透镜204由第一玻璃镜片201上的第二光学镜片204A和第二玻璃镜片202上的第二光学镜片204B组合形成。第二光学镜片204A和第二光学镜片204B之间也存在间隙。
壳体101内的图像传感器应当至少覆盖第一透镜203和第二透镜204，将镜片模组200装入壳体101之后，第一通光孔102的几何中心应当落在第一光轴A1上，第二通光孔103的几何中心应当落在第二光轴A2上。
值得注意的是，虽然第一玻璃镜片201上形成有第一光学镜片203A，第二玻璃镜片202上也形成有第一光学镜片203B，但是两者具有不同的光学特性，其各自的第一光学面和第二光学面的光学特性和形状也不尽相同。同理，虽然第一玻璃镜片201上形成有第二光学镜片204A，第二玻璃镜片202上也形成有第二光学镜片204B，但是两者具有不同的光学特性，其各自的第三光学面和第四光学面的光学特性和形状也不尽相同。具体根据镜头模组的设计要求确定。
此外，第一玻璃镜片201和第二玻璃镜片202的表面还可以涂覆有减反射防雾涂层(AR涂层)和/或红外截止膜(IR膜)，以进一步获得高的光线透过率和优越的消色差表现。AR涂层和IR膜应当至少覆盖第一透镜203和第二透镜204。
以上为对本发明的阵列式镜头模组100的结构描述，对其原理的描述如下：
图像传感器通常具有一感光区域，第一透镜203具有第一成像区域，第二透镜204具有第二成像区域。当被摄物体反射的光线透过第一透镜203和第二透镜204后，即会在图像传感器的对应区域形成图像。在本发明的优选实施例中，感光区域为矩形，第一成像区域和第二成像区域为圆形。为了最大化图像传感器的使用率，第一成像区域和第二成像区域应当尽量将感光区域完全覆盖。图像处理器以一定的长宽比分别在第一成像区域和第二成像区域内抓取图像，从而输出第一图像区域和第二图像区域，第一图像区域内的图像和第二图像区域内的图像存在视差，因此可以合成具有景深的图像，从而实现镜头模组的3D拍摄效果。图像处理器抓取图像区域的长宽比可以是4:3、16:9等，通过选取图像传感器的像素尺寸以及图像处理器的抓取长宽比可以获得具有高解析度的图像。
图5为本发明的阵列式镜头模组100的3D成像原理图。C1和C2分别代表第一透镜203和第二透镜204。P为被摄物体，D为景深，f为焦距，b为第一透镜203和第二透镜204之间的距离，V1代表被摄物体某一点在第一透镜203的成像位置，V2代表被摄物体同一点在第二透镜204的成像位置，两者之差V1-V2称为视角差。
由于D/(D-f)＝b/(b-(V1-V2))
因此，D＝bf/(V1-V2)
由上述公式可以计算出该阵列式镜头模组100的景深D。
上述只是本发明的一优选实施例，在其他可能的实施例中，玻璃镜片可以有三片、四片甚至更多片，其工作原理和结构与采用两片玻璃镜片的镜头模组类似，在此不再赘述。
此外，还可以通过改变第一图像区域(第一透镜)和第二图像区域(第二透镜)在图像传感器上的相对位置关系来获得不同程度的景深。
如图6所示，A代表图像传感器的感光区域，其具有平行相对设置的第一侧边A1和与两第一侧边A1相连的第二侧边A2。B1代表图像处理器抓取的第一图像区域，B2代表图像处理器抓取的第二图像区域，二者呈矩形。且二者几何中心的连线平行于第一侧边A1。即，第一图像区域B1和第二图像区域B2处于水平位置，此时，第一透镜203和第二透镜204在水平方向存在视差。
如图7所示，A代表图像传感器的感光区域，其具有平行相对设置的第一侧边A1和与两第一侧边A1相连的第二侧边A2。B1代表图像处理器抓取的第一图像区域，B2代表图像处理器抓取的第二图像区域，二者呈矩形。且二者几何中心的连线平行于第二侧边A2。即，第一图像区域B1和第二图像区域B2处于竖直位置，此时，第一透镜203和第二透镜204在竖直方向存在视差。
如图8所示，A代表图像传感器的感光区域。B1代表图像处理器抓取的第一图像区域，B2代表图像处理器抓取的第二图像区域，二者呈矩形。且二者分别位于感光区域A的对角位置。此时，第一透镜203和第二透镜204在竖直和水平位置均存在视差。
如图9所示，本发明的阵列式镜头模组还存在透镜的中心点容易被找准，装配容易的优点。在装配时，阵列式镜头模组中透镜的中心点应当与图像传感器上设定的中心点坐标相吻合才能获得理想景深的图像。图9中填充剖面线的矩形代表图像传感器的感光区域。两个用实线表示的圆形分别代表第一透镜203和第二透镜204的成像区域。由于两个成像区域有部分落在感光区域内，因此如果在感光区域内做直线与成像区域会有落在感光区域内的两个交点。图中，第一透镜203的成像区域与直线A1有两个交点，与直线B1有两个交点。第二透镜204的成像区域与直线A2有两个交点，与直线B2有两个交点。
将A1与成像区域的两个交点相连，并过两个交点的连线的中点做垂线，将B1与成像区域的两个交点相连，并过该连线的中点做垂线，两条垂线的交点即为第一透镜203成像区域的中心点，该中心点的坐标为(X1，Y1)。同理可得第二透镜204成像区域的中心点(X2，Y2)。第一透镜203和第二透镜204的中心点坐标会被记录到图像传感器的存储区域内，从而基于两个中心点分别抓取特定大小的图像，从而满足景深要求。而且由于图像传感器是通过计算之后获得的中心点坐标，并以此来抓取图像，因此对透镜的装配要求较低。也就是说，图像传感器可以通过计算来适应两个透镜的相对位置关系。因此，对装配的要求大大地降低了。
此外，还可以通过改变图像传感器的像素尺寸来获得更具立体感的图像，例如将图像传感器的像素尺寸从1.75μm变为1.12μm。而将第一图像区域或第二图像区域在图像传感器上对应的区域变为黑白感光区域则可以提升阵列式镜头模组100的感光度。在这种情况下，在非黑白感光区域对应的透镜与图像传感器之间加入红外滤光片或在透镜表面涂覆红外截止膜(IR膜)可以获得一彩色，一IR的摄像功能。
图10给出了上述的阵列式镜头模组100的生产方法，其主要包括以下几个步骤：
S1.提供至少两片玻璃基片，分别为第一玻璃基片104和第二玻璃基片105。
S2.提供一晶圆模压模具。由于本实施例具有两块玻璃基片，且两块玻璃基片的光学特性不同，因此需要两套晶圆模压模具，分别定义为第一晶圆模压模具300和第二晶圆模压模具400。第一晶圆模压模具300包括第一上模具301和第一下模具302。第一上模具301具有第一光学面和第三光学面阵列。第一下模具302具有第二光学面和第四光学面阵列。第二晶圆模压模具400包括第二上模具401和第二下模具402。第二上模具401具有第一光学面和第三光学面阵列，第二下模具402具有第二光学面和第四光学面阵列。第二下模具402上的光学面阵列与第一下模具302上的光学面阵列不同，第二上模具401上的光学面阵列与第一上模具301上的光学面阵列也不同。
将第一玻璃基片104置于第一上模具301和第一下模具302之间加温加压从而模压出第一光学镜片和第二光学镜片阵列，将第二玻璃基片105置于第二上模具401和第二上模具402之间加温加压从而模压出第一光学镜片和第二光学镜片。
S3.堆叠第一玻璃基片104和第二玻璃基片105。
S4.按照图6的步骤S3中的虚线切割堆叠的玻璃基片，以分离形成由玻璃镜片堆叠形成的镜片模组。
S5.提供一图像传感器和具有第一通光孔和第二通光孔的壳体，将步骤S4中分离出来的镜片模组与图像传感器装配并封装进壳体内。
此外，在堆叠第一玻璃基片104和第二玻璃基片105之前，该方法还可以包括在玻璃基片上涂覆减反射防雾涂层和/或红外截止膜的步骤，以提高光线透过率和改进消色差表现。
由于镜片模组是从堆叠的玻璃基片上切割而来，因此第一透镜和第二透镜之间的距离在生产过程中已经确定，装配时并不会影响第一透镜和第二透镜的精度，因此具有高的装配精度和解析度。此外，镜片模组为全玻璃结构，具有高光线透过率和优越的消色差表现。且生产流程化，加工和装配成本低。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阵列式镜头模组，其包括壳体、收容于所述壳体内的图像处理器、与所述图像处理器电连接的图像传感器以及设于所述图像传感器上的镜片模组，其特征在于，所述镜片模组由至少两片玻璃镜片堆叠形成，所述镜片模组上成型有第一透镜和与所述第一透镜相隔一定距离的第二透镜；
所述图像传感器具有感光区域，所述第一透镜具有第一成像区域，所述第二透镜具有第二成像区域，所述第一成像区域和所述第二成像区域至少有部分落在所述感光区域内，所述图像传感器通过计算获得所述第一透镜和所述第二透镜的中心点坐标，并将所述中心点坐标记录到所述图像传感器的存储区域内，基于所述中心点坐标来抓取图像，所述图像处理器分别在所述第一成像区域和所述第二成像区域内以一定长宽比抓取第一图像区域和第二图像区域，所述第一图像区域内的图像和所述第二图像区域内的图像存在视差。
2.根据权利要求1所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述感光区域具有两相对平行设置的第一侧边以及与两所述第一侧边相连的第二侧边，所述所述第一图像区域和所述第二图像区域的几何中心的连线平行于所述第一侧边。
3.根据权利要求1所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述感光区域具有两相对平行设置的第一侧边以及与两所述第一侧边相连的第二侧边，所述第一图像区域和所述第二图像区域的几何中心的连线平行于所述第二侧边。
4.根据权利要求2或3任一项所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述感光区域呈矩形，所述第一图像区域和所述第二图像区域均呈圆形。
5.根据权利要求4所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述第一图像区域和所述第二图像区域分别位于所述感光区域的对角位置。
6.根据权利要求4所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述第一图像区域或第二图像区域在所述图像传感器上对应的区域为黑白感光区域。
7.根据权利要求6所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述第二透镜与所述图像传感器之间、或所述第一透镜与所述图像传感器之间还设有红外滤光片。
8.根据权利要求1所述的阵列式镜头模组，其特征在于，所述壳体上与所述第一透镜和所述第二透镜对应的位置分别开设有第一通光孔和第二通光孔。
9.根据权利要求1所述的阵列式镜头模组，其特征在于，每一所述玻璃镜片的表面还涂覆有减反射防雾涂层，所述减反射防雾涂层至少覆盖所述第一透镜和所述第二透镜。
10.根据权利要求1所述的阵列式镜头模组，其特征在于，每一所述玻璃镜片上均形成有第一光学镜片以及与所述第一光学镜片间隔设置的第二光学镜片；任意两片所述玻璃镜片的所述第一光学镜片和所述第二光学镜片的位置分别对应；所述第一透镜由所有所述第一光学镜片堆叠形成，且所有所述第一光学镜片的光学中心相互对正；所述第二透镜由所有所述第二光学镜片堆叠形成，且所有所述第二光学镜片的光学中心相互对正。
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