CN107608157A - 滤光片、镜头模组和成像模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤光片。滤光片包括第一镜片、第二镜片和透明的导光介质。第一镜片与第二镜片间隔相对设置，第一镜片和第二镜片相对的两个表面上均设置有高反射膜层。导光介质设置在高反射膜层之间，导光介质的折射率可在外加电场的作用下发生改变，以改变通过滤光片的光的波长。本发明还公开了一种镜头模组和成像模组。本发明公开的滤光片中，通过改变外加电场，可以改变导光介质的折射率，以改变滤光片的透射光的波长，而不需要相对移动第一镜片与第二镜片，滤光片不需要设置满足第一镜片或第二镜片运动的空间，也不需要设置驱动镜片运动的致动器，滤光片的整体厚度较小，结构简单。

Description

滤光片、镜头模组和成像模组

技术领域

本发明涉及成像技术领域，更具体而言，涉及一种滤光片、镜头模组和成像模组。

背景技术

一般可变滤光装置包括两个镜片，在两个镜片相对的平面上镀有高反射膜层以形成法布里-珀罗干涉仪，通过使两个镜片相对运动可以改变两个镜片的间距，以改变可变滤光装置的透射光波长，然而，为了满足镜片的运动行程所需，可变滤光装置的整体厚度较大。

发明内容

本发明实施方式提供一种滤光片、镜头模组和成像模组。

本发明实施方式的滤光片包括：

间隔相对设置的第一镜片和第二镜片，所述第一镜片和所述第二镜片相对的两个表面上均设置有高反射膜层；和

设置在所述高反射膜层之间的透明的导光介质，所述导光介质的折射率可在外加电场的作用下发生改变，以改变通过所述滤光片的光的波长。

在某些实施方式中，所述滤光片还包括透明的两个极板，两个所述极板设置在所述高反射膜层的表面，两个所述极板连接外部电源，两个所述极板之间形成所述外加电场。

在某些实施方式中，所述高反射膜层导电，两个所述高反射膜层连接外部电源，以使两个所述高反射膜层之间形成所述外加电场。

在某些实施方式中，所述导光介质为固体；或

所述导光介质为液体，所述滤光片还包括密封件，所述密封件用于密封所述第一镜片与所述第二镜片之间的间隙，以保持所述导光介质位于所述间隙内。

本发明实施方式的镜头模组包括：

镜座；

安装在所述镜座上的镜筒；和

上述任一实施方式所述的滤光片，所述滤光片设置在所述镜筒或所述镜座内。

在某些实施方式中，所述镜头模组还包括设置在所述镜筒内的对焦镜片，所述对焦镜片与所述滤光片位于同一光路上。

本发明实施方式的成像模组包括：

基板；

设置在所述基板上的图像传感器；和

上述任一实施方式所述的镜头模组，所述镜头模组固定在所述基板上，所述图像传感器收容在所述镜头模组内。

在某些实施方式中，所述成像模组还包括滤光件，所述滤光件设置在所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上，所述滤光件用于可选择地通过可见光或红外光。

在某些实施方式中，所述滤光件包括可见光滤光部和红外光滤光部，所述成像模组还包括驱动件，所述驱动件用于切换所述可见光滤光部和所述红外光滤光部之中的一个位于所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上。

在某些实施方式中，所述驱动件包括定子和转子，所述定子安装在所述镜筒或所述镜座的内壁上，所述可见光滤光部和所述红外光滤光部均与所述转子固定连接，所述转子能够转动，以带动所述可见光滤光部和所述红外光滤光部之中的一个转动至所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上。

本发明实施方式的滤光片中，通过改变外加电场，可以改变导光介质的折射率，以改变滤光片的透射光的波长，而不需要相对移动第一镜片与第二镜片，滤光片不需要设置满足第一镜片或第二镜片运动的空间，也不需要设置驱动镜片运动的致动器，滤光片的整体厚度较小，结构简单。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的滤光片的结构示意图；

图2是本发明实施方式的滤光片的结构示意图；

图3是本发明实施方式的镜头模组的结构示意图；

图4是本发明实施方式的成像模组的结构示意图；

图5是本发明实施方式的滤光件和驱动件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本发明实施方式的滤光片10包括第一镜片11、第二镜片12和透明的导光介质14。第一镜片11和第二镜片12间隔相对设置，第一镜片11和第二镜片12相对的两个表面上均设置有高反射膜层13。导光介质14设置在高反射膜层13之间，导光介质14的折射率可在外加电场的作用下发生改变，以改变通过滤光片10的光的波长。

本发明实施方式的滤光片10中，通过改变外加电场，可以改变导光介质14的折射率，以改变滤光片10的透射光的波长，而不需要相对移动第一镜片11与第二镜片12，滤光片10不需要设置满足第一镜片11或第二镜片12运动的空间，也不需要设置驱动镜片运动的致动器，滤光片10的整体厚度较小，结构简单。

请参阅图1，具体地，第一镜片11和第二镜片12可以是平板玻璃或石英板。高反射膜层13可以是金属膜或多层介质膜，其中，金属膜可以是银膜、铝膜等。第一镜片11与第二镜片12构成法布里-珀罗干涉仪，其中，两个高反射膜层13之间的空间形成法布里-珀罗腔，导光介质14填充在法布里-珀罗腔内。包括多种波长的光射入到滤光片10，进入法布里-珀罗腔后，波长满足共振条件的光在透射频谱上会出现很高的峰值，对应着高透射率，因此，该种光会在法布里-珀罗腔内进行多次反射形成干涉光束，最后穿过滤光片10完全透射出去，而不满足共振条件的光无法通过滤光片10。根据多光束干涉原理，法布里-珀罗腔内的导光介质14的折射率(n)、两个高反射膜层13之间的间隙(L)、透射光的波长(λ)、干涉级数(m)、与反射光的入射角(θ)之间的关系为2nLcosθ＝mλ，即，λ＝(2nLcosθ)/m，当变量L、m和θ均不变的情况下，通过改变导光介质14的折射率n即可改变透射光的波长λ，波长为λ＝(2nLcosθ)/m的光透射率较高。

导光介质14的折射率可在外加电场的作用下发生改变。具体地，依据电光效应，即某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象，导光介质14的折射率(n)与外加电场(E)存在关系式：n＝n₀+aE+bE²+cE³…，其中，n₀表示没有外加电场E时导光介质14的折射率，a、b、c…为常数，不同导光介质14对应不同的常数a、b、c…例如导光介质14的材料可以是线性电光材料，此时导光介质14的折射率(n)与外加电场(E)呈线性关系，即是常数b、c…的值为零；导光介质14的材料可以是平方电光材料，此时导光介质14的折射率(n)与外加电场(E)呈二次指数关系，即是常数c、d…的值为零；以此类推，导光介质14的材料也可以是更高次电光材料。较佳的，导光介质14的材料可以是线性电光材料，即是折射率(n)与外加电场(E)呈线性关系，如此，容易通过控制外加电场(E)的大小控制导光介质14的折射率(n)。

入射到滤光片10的包括多种波长的光(例如白光)，在滤光片10的作用下，可输出特定波长的光，例如红外光、红光、蓝光、绿光等，且通过控制外加电场的大小，改变导光介质14的折射率，可以得到不同波长的出射光。在实际使用中，可以将滤光片10应用于成像模组中，滤光片10可以工作在可见光模式，此时调整外加电场的大小，使得从滤光片10中透射出的光为可见光，成像模组可实现可见光成像以获取彩色图像；滤光片10也可以工作在红外光模式，此时调整外加电场的大小，使得从滤光片10中透射中的光为红外光，成像模组可实现红外成像以获取红外图像。进一步地，若将成像模组应用于配置有虹膜识别功能的移动设备中，此时移动设备仅需要设置一个成像模组即可实现彩色图像拍摄以及虹膜图像的拍摄，从而实现可见光成像与红外成像的复用，减少了移动设备的硬件成本，同时增大移动设备的屏幕的可用空间。

请参阅图1，在某些实施方式中，滤光片10还包括透明的两个极板15，两个极板15设置在高反射膜层13的表面，两个极板15连接外部电源，两个极板15之间形成外加电场。

具体地，极板15可以是由ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)等透明导电材料制成。极板15可以设置在高反射膜层13与镜片(第一镜片11或第二镜片12)之间，极板15也可以设置在两个高反射膜层13之间。

请参阅图2，在某些实施方式中，高反射膜层13导电，两个高反射膜层13连接外部电源以使两个高反射膜层13之间形成外加电场。

高反射膜层13可以是金属膜，金属膜可以是银膜、铝膜等，高反射膜层13与外部电源连接，两个高反射膜层13之间形成外加电场，不需要专门设置额外的电极以形成外加电场，使得滤光片10的结构简单，进一步减小滤光片10的厚度。

在实际使用中，当滤光片10运用于成像模组时，外部电源可以是成像模组的电源模块，成像模组的处理器可用于控制电源模块的输出电压的大小以控制外加电场的强度。例如，当滤光片10工作在可见光模式时，电源模块分三次改变外加电场的强度以使滤光片10分别通过波长为700纳米(即红光)、540纳米(即绿光)、460纳米(即蓝光)的光，这三种颜色的光可用于后续的成像处理。电源模块也可分六次改变外加电场的强度以使滤光片10分别通过波长为700纳米、740纳米、510纳米、550纳米、460纳米、480纳米的光，其中，波长为700纳米和740纳米的光均为红光，波长为510纳米和550纳米的光均为绿光，波长为460纳米和480纳米的光均为蓝光。如此，滤光片10不仅可通过红光、绿光和蓝光，还可对分别对红光、绿光和蓝光进行分层，以获取更多的色彩信息，有利于后续的成像处理，使得最终得到的图像的色彩更加真实和丰富。

请参阅图1，在某些实施方式中，导光介质14为液体，滤光片10还包括密封件16，密封件16用于密封第一镜片11与第二镜片12之间的间隙，以保持导光介质14位于间隙内。

液态的导光介质14可以是透明的液体硝基苯(C6H5NO2)、硝基甲苯(C7H7NO2)等。密封件16可以呈封闭的环状以将液态的导光介质14保持在环内，密封件16可以粘结在极板15或者高反射膜层13或者镜片(第一镜片11和第二镜片12)上。密封件16可以由硅胶、橡胶等弹性较好的材料制成，以适应液态的导光介质14在不同状态下的体积差异，例如在导光介质14的体积增大时，密封件16向外扩张，并发生一定量的弹性形变以适应导光介质14的体积变化；在导光介质14的体积减小时，密封件16向内收缩，并发生一定量的弹性形变以适应导光介质14的体积变化。

请参阅图2，在某些实施方式中，导光介质14为固体。具体地，导光介质14可以是由水晶等材料制成，固态的导光介质14加强了滤光片10的整体强度，使得滤光片10的结构简单。

请参阅图3，本发明实施方式的镜头模组100包括镜座20、安装在镜座20上的镜筒30、以及上述任意一实施方式中的滤光片10。滤光片10设置在镜筒30或镜座20内。

请再参阅图3，在某些实施方式中，镜头模组100还包括对焦镜片40，对焦镜片40与滤光片10位于同一光路上。具体地，对焦镜片40设置在镜筒30内，滤光片10可以设置在镜筒30或者镜座20内。在滤光片10位于镜座20内时，对焦镜片40设置在滤光片10的上方，即镜筒30内。在滤光片10镜筒30内时，对焦镜片40可设置在滤光片10的上方或下方，换句话说，在滤光片10位于镜筒30内时，外部光线可依次经过滤光片10及对焦镜片40，或者依次经过对焦镜片40及滤光片10。

对焦镜片40的数量可以为多个，镜头模组100可以为变焦镜头。具体地，镜头模组100还包括驱动器50，多个对焦镜片40与驱动器50连接，驱动器50驱动对焦镜片40移动以改变镜头模组100的对焦焦距。当然，镜头模组100还可以为定焦镜头，即，对焦镜片40为固定在镜筒30内不可移动。

请参阅图4，本发明实施方式的成像模组1000包括基板300、设置在基板300上的图像传感器200和上述任一实施方式的镜头模组100。镜头模组100固定在基板300上。图像传感器200收容在镜头模组100内。

图像传感器200接收通过滤光片10的光并生成相应的电信号输出，由与成像模组1000连接的处理器进行信号处理以得到拍摄图像。当滤光片10工作在可见光模式下时，图像传感器200接收穿过滤光片10的多种不同波长的可见光(例如红光、绿光和蓝光)并分多次输出相应的电信号，处理器进行信号处理即可得到彩色图像。当滤光片10工作在红外光模式下时，图像传感器200接收穿过滤光片10的多种不同波长的红外光并输出相应的电信号，处理器进行信号处理即可得到红外图像。

请参阅图4，在某些实施方式中，成像模组1000还包括滤光件400，滤光件400设置在图像传感器200和滤光片10之间的光路上，滤光件400用于可选择地通过可见光或红外光。

可以理解，滤光片10中第一镜片11与第二镜片12之间形成的法布里-珀罗干涉腔在理想条件下可以仅通过预定类型的光，以红外光为例，此时滤光片10对于红外光的透射率占实际入射光的比例可高达99％，而其他波长的光的透射率的占比几乎为零，此时在红外光的波长的边界位置，滤光片10的透射率的占比呈垂直下降的趋势。但在实际操作中，在红外光的波长的边界位置，滤光片10的透射率的占比是有一定的下降过程的。也即是说，此时滤光片10不仅能够通过红外光，还能少量地通过除红外光之外的其他波长的光。同理，在实际操作中，滤光片10在大量通过可见光时，还能少量地通过除可见光之外的其他波长的光。因此，为使图像传感器200接收到的光线更为准确，以获得更好的成像质量，可在成像模组1000中设置一个滤光件400以可选择地过滤掉除可见光或红外光。

请再参阅图4，在某些实施方式中，镜筒30或镜座20上开设有安装孔22，光线穿过滤光片10后穿过安装孔22，以进一步到达图像传感器200。滤光件400可动地安装在安装孔22内。成像模组1000还包括驱动件500。驱动件500用于驱动滤光件400运动以开放或遮挡安装孔22。

驱动件500包括定子502和转子504。定子502安装在镜筒30或镜座20的内壁上。滤光件400的一端套设在转子504上。转子504转动带动滤光件400转动以开放或遮挡安装孔22。

具体地，安装孔22开设在镜筒30上时，驱动件500相应地设置在镜筒30上，定子502也相应地设置在镜筒30上；安装孔22开设在镜座20上时，驱动件500相应地设置在镜座20上，定子502也相应地设置在镜座20上。

在一个例子中，需要将图像传感器200用于可见光成像时，若滤光件400为红外截止滤光片(仅用于通过红外光之外的光)，滤光片10处于可见光模式时，驱动件500可用于驱动滤光件400遮挡或开放安装孔22；若滤光件400为红外通过滤光片，滤光片10处于可见光模式时，驱动件500可用于驱动滤光件400开放安装孔22。

在另一个例子中，需要将图像传感器200用于红外光成像时，若滤光件400为红外截止滤光片，滤光片10处于红外光模式时，驱动件500可用于驱动滤光件400开放安装孔22；若滤光件400为红外通过滤光片，滤光片10处于红外光模式时，驱动件500可用于驱动滤光件400遮挡或开放安装孔22。

请结合图4和图5，在某些实施方式中，滤光件400包括可见光滤光部402和红外光滤光部404。成像模组1000还包括驱动件500，驱动件500用于切换可见光滤光部402和红外光滤光部404之中的一个位于图像传感器200和滤光片10之间的光路上。

具体地，在某些实施方式中，驱动件500包括定子502和转子504，定子502安装在镜筒30或镜座20的内壁上，可见光滤光部402和红外光滤光部404均与转子504固定连接。转子504能够转动，以带动可见光滤光部402和红外光滤光部404之中的一个转动至图像传感器200和滤光片10之间的光路上。

可见光滤光部402用于通过可见光，且过滤掉其他波段的光线。红外光滤光部404用于通过红外光，且过滤掉其他波段的光线。

当滤光片10处于可见光模式时，驱动件500驱动可见光滤光部402转动至图像传感器200和滤光片10之间的光路上，具体地，此时可见光滤光部402遮挡安装孔22。当滤光片10处于红外光模式时，驱动件500驱动红外光滤光部404转动至图像传感器200和滤光片10之间的光路上，具体地，此时红外光滤光部404遮挡安装孔22。请参阅图5，在本发明实施例中，可见光滤光部402与红外光滤光部404之间的夹角α大于或等于90度。以使得当可见光滤光部402完全遮挡安装孔22时，红外光滤光部404完全开放安装孔22，同理，当红外光滤光部404完全遮挡安装孔22时，可见光滤光部402完全开放安装孔22。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种滤光片，其特征在于，包括：

间隔相对设置的第一镜片和第二镜片，所述第一镜片和所述第二镜片相对的两个表面上均设置有高反射膜层；和

设置在所述高反射膜层之间的透明的导光介质，所述导光介质的折射率可在外加电场的作用下发生改变，以改变通过所述滤光片的光的波长。

2.根据权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述滤光片还包括透明的两个极板，两个所述极板设置在所述高反射膜层的表面，两个所述极板连接外部电源，两个所述极板之间形成所述外加电场。

3.根据权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述高反射膜层导电，两个所述高反射膜层连接外部电源，以使两个所述高反射膜层之间形成所述外加电场。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的滤光片，其特征在于，所述导光介质为固体；或

所述导光介质为液体，所述滤光片还包括密封件，所述密封件用于密封所述第一镜片与所述第二镜片之间的间隙，以保持所述导光介质位于所述间隙内。

5.一种镜头模组，其特征在于，包括：

镜座；

安装在所述镜座上的镜筒；和

权利要求1-4任意一项所述的滤光片，所述滤光片设置在所述镜筒或所述镜座内。

6.根据权利要求5所述的镜头模组，其特征在于，所述镜头模组还包括设置在所述镜筒内的对焦镜片，所述对焦镜片与所述滤光片位于同一光路上。

7.一种成像模组，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板上的图像传感器；和

权利要求5或6所述的镜头模组，所述镜头模组固定在所述基板上，所述图像传感器收容在所述镜头模组内。

8.根据权利要求7所述的成像模组，其特征在于，所述成像模组还包括滤光件，所述滤光件设置在所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上，所述滤光件用于可选择地通过可见光或红外光。

9.根据权利要求8所述的成像模组，其特征在于，所述滤光件包括可见光滤光部和红外光滤光部，所述成像模组还包括驱动件，所述驱动件用于切换所述可见光滤光部和所述红外光滤光部之中的一个位于所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上。

10.根据权利要求9所述的成像模组，其特征在于，所述驱动件包括定子和转子，所述定子安装在所述镜筒或所述镜座的内壁上，所述可见光滤光部和所述红外光滤光部均与所述转子固定连接，所述转子能够转动，以带动所述可见光滤光部和所述红外光滤光部之中的一个转动至所述图像传感器和所述滤光片之间的光路上。