CN107728280A - 滤光装置、图像传感器和成像模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤光装置。滤光装置包括滤光片和切换组件。滤光片包括多个子滤光片，多个子滤光片依次相接。切换组件包括两个卷筒及两个致动器。两个致动器用于分别驱动两个卷筒转动。滤光片的两端分别固定在两个卷筒上，两个卷筒能够同步转动，一个卷筒收卷滤光片，另一个卷筒释放滤光片，以带动多个子滤光片中的任意一个位于滤光装置所在的光路中。本发明还公开了一种图像传感器和成像模组。本发明实施方式的滤光装置中，切换组件可用于切换不同的子滤光片位于滤光装置的光路中，使得针对不同的滤光需求，滤光装置能有不同的滤光效果。

Description

滤光装置、图像传感器和成像模组

技术领域

本发明涉及成像技术领域，更具体而言，涉及一种滤光装置、图像传感器和成像模组。

背景技术

一般图像传感器包括滤光片和感光感光像素阵列，光线穿过滤光片后到达感光感光像素阵列，然而，图像传感器在被生产出来后，滤光片的滤光效果就不再发生改变，滤光片对光线的过滤效果单一，不能满足不同的滤光需求。

发明内容

本发明实施方式提供一种滤光装置、图像传感器和成像模组。

本发明实施方式的滤光装置包括：

滤光片，所述滤光片包括多个子滤光片，多个所述子滤光片依次相接；和

切换组件，所述切换组件包括两个卷筒及用于分别驱动两个所述卷筒转动的两个致动器，所述滤光片的两端分别固定在两个所述卷筒上，两个所述卷筒能够同步转动，一个所述卷筒收卷所述滤光片，另一个所述卷筒释放所述滤光片，以带动多个所述子滤光片中的任意一个位于所述滤光装置所在的光路中。

本发明实施方式的图像传感器沿入光方向依次包括微透镜阵列、上述实施方式所述的滤光装置、和基板，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述基板上形成有感光像素阵列，所述感光像素阵列包括多个感光像素，多个所述微透镜与多个所述感光像素对应，两个所述致动器与两个所述卷筒设置在所述基板的两侧，所述感光像素阵列位于两个所述致动器之间。

本发明实施方式的成像模组包括：

电路板；

上述实施方式所述的图像传感器，所述图像传感器安装在所述电路板上；和

镜头模组，所述镜头模组包括镜座和安装在所述镜座上的镜筒，所述镜座设置在所述电路板上并收容所述图像传感器。

本发明实施方式的滤光装置、图像传感器和成像模组中，切换组件可用于切换不同的子滤光片位于滤光装置的光路中，使得针对不同的滤光需求，滤光装置能有不同的滤光效果。

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装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式的滤光装置的结构示意图；

图3是本发明实施方式的图像传感器的结构示意图；

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和图2，本发明实施方式提供一种滤光装置10，滤光装置10包括滤光片12和切换组件14。滤光片12包括多个子滤光片122，多个子滤光片122依次相接。切换组件14包括两个卷筒142及两个致动器144。两个致动器144用于分别驱动两个卷筒142转动。滤光片12的两端分别固定在两个卷筒142上，两个卷筒142能够同步转动，一个卷筒142收卷滤光片12，另一个卷筒142释放滤光片12，以带动多个子滤光片122中的任意一个位于滤光装置10所在的光路中。

本发明实施方式的滤光装置10中，切换组件14可用于切换不同的子滤光片122位于滤光装置10的光路中，使得针对不同的滤光需求，滤光装置10能有不同的滤光效果。

具体地，请参阅图2，滤光片12可以由树脂等材料制成，以使滤光片12具有较好的延展性，滤光片12不易被折断和形成折痕，滤光片12可以包括基材和形成在所述基材上的滤光膜，不同的滤光膜及其对应的基材形成不同的子滤光片122。子滤光片122可以是整片单色的滤光片12，以用于通过一种颜色的光；子滤光片122也可以是包括多种颜色的滤光区的组合，例如一个子滤光片122包括呈拜尔阵列排布的RGB滤光区，以用于在特定区域通过特定颜色的光。多个子滤光片122依次相接，通过拉动位于滤光片12两端的子滤光片122，可以带动其余子滤光片122运动。

请结合图1和图2，滤光片12的两端分别固定在两个卷筒142上，具体地，滤光片12的两端可以分别固定在卷筒142的外表面上，例如通过胶粘的方式固定在卷筒142的外表面上。卷筒142转动可以带动子滤光片122运动，两个卷筒142的转动方向相同，以使一个卷筒142收卷滤光片12的同时，另一个卷筒142释放滤光片12，被卷筒142收卷的滤光片12呈卷曲状缠绕在卷筒142上，被卷筒142释放的滤光片12呈平面状位于滤光装置10的光路中。两个卷筒142的形状和大小可以均相同，以便于驱动两个卷筒142转动使释放的滤光片12的长度和收卷的滤光片12的长度相等。在本发明实施例中，两个卷筒142均呈圆筒状以便于通过控制卷筒142转动的角度来控制卷筒142收卷或释放的滤光片12的量，当然，卷筒142的具体的形状也可以有其他，例如六棱柱状、八棱柱状等。

请参阅图1，致动器144可以是MEMS致动器，两个致动器144同时驱动对应的卷筒142转动，具体地，两个致动器144同时驱动对应的卷筒142以相同的转动方向转动。致动器144可以设置在卷筒142内，致动器144包括固定件和转动件，卷筒142可以与转动件固定连接，也可以将转动件作为卷筒142使用。可以理解，滤光片12的长度有限，如果卷筒142沿一个方向累计转动的角度过大，可能会导致滤光片12被其中一个卷筒142完全收卷，且与另一个卷筒142脱离而损坏滤光装置10。致动器144内可以设置有角度传感器，角度传感器用于检测致动器144的转动件沿一个方向累计转动的角度，例如360度、720度、－1000度、－1500度等，当角度传感器沿一个方向累计转动的角度大于预设值时，例如2000度时，控制转动件停止转动并反向收卷到复位状态，例如转动到角度为0度的位置，以避免滤光片12被过度收卷。

请参阅图2和图3，本发明实施方式提供一种图像传感器100，图像传感器100沿入光方向依次包括微透镜阵列20、滤光装置10和基板30。微透镜阵列20包括多个微透镜22。基板30上形成有感光像素阵列40，感光像素阵列40包括多个感光像素42，多个微透镜22与多个感光像素42对应。两个致动器144与两个卷筒142设置在基板30的两侧，感光像素阵列40位于两个致动器144之间。

微透镜22将穿过微透镜22的光汇聚以穿过位于微透镜22光路下游的子滤光片122，光线穿过子滤光片122后照射在感光像素阵列40上，感光像素阵列40将光线转化成电信号，并通过电信号的强弱来表征光线的强度。多个微透镜22与多个感光像素42对应，具体地，每个子滤光片122包括多个滤光区，多个滤光区与多个感光像素42对应，光线穿过滤光区后照射到对应的感光像素42上，同一个子滤光片122的多个滤光区的滤光效果可以均相同，例如均仅用于穿过蓝光；同一个子滤光片122的多个滤光区的滤光效果也可以不完全相同，例如同时包括仅用于穿过红光、绿光和蓝光的滤光区。

两个致动器144和卷筒142设置在基板30的两侧，感光像素阵列40位于两个致动器144之间，致动器144和卷筒142不会增大图像传感器100的厚度。具体地，两个致动器144和卷筒142分别位于基板30的相对的两个侧壁上，使未被卷筒142收卷的子滤光片122位于感光像素阵列40的光路上游。

请结合图2和图3，在某些实施方式中，多个子滤光片122的形状和尺寸均相同，每个子滤光片122的透光面积与感光像素阵列40的感光面积相同。

多个子滤光片122的形状和尺寸均相同，在收卷或释放滤光片12时，卷筒142的转动角度容易控制。每个子滤光片122的透光面积与感光像素阵列40的感光面积相同，一来避免子滤光片122的面积太小而不能完全覆盖感光像素阵列40，难以得到具有统一滤光效果的一张图片，二来子滤光片122的面积不会太大，而增大了卷筒142在切换子滤光片122时的转动行程，且浪费用于制造子滤光片122的材料。

在实际使用中，感光像素阵列40和切换组件14可以均由成像模组1000(图4所示)的处理器控制，当切换组件14驱动滤光片12并使一个子滤光片122覆盖感光像素阵列40时，处理器接收由感光像素阵列40产生的电信号并进一步用于处理成像；此时切换组件14可以驱动滤光片12运动以切换另一个子滤光片122位于滤光装置10的光路中，在切换的过程中，处理器不接收感光像素阵列40产生的电信号，直到另一个子滤光片122完全被切换到滤光装置10的光路中，处理器再次接收由感光像素阵列40产生的电信号并用于处理成像。具体地，处理器可以依据切换组件14的致动器144累计转动的角度，来判断正处于滤光装置10的光路中的子滤光片122的类型，且进一步通过累计转动的角度判断滤光装置10的光路中的子滤光片122的数量是否为单个。

具体地，请参阅图2，在某些实施方式中，子滤光片122包括红光滤光片(如图2中的R区域)、绿光滤光片(如图2中的G区域)和蓝光滤光片(如图2中的B区域)。红光滤光片用于仅通过红色光。绿光滤光片用于仅通过绿色光。蓝光滤光片用于仅通过蓝色光。

切换组件14可以分多次驱动滤光片12运动以获取多种颜色的光，例如切换组件14分三次驱动滤光片12以分别使红光滤光片、绿光滤光片和蓝光滤光片位于滤光装置10的光路中，切换为红光滤光片时，滤光装置10可透过波长为600～650nm的光并被感光像素阵列40接收，切换为绿光滤光片时，滤光装置10可透过波长为500～550nm的光并被感光像素阵列40接收，切换为蓝光滤光片时，滤光装置10可透过波长为440～480nm的光并被感光像素阵列40接收。感光像素阵列40接收到的不同波长的光，可用于后续的成像处理，使最终得到的图像的色彩更加真实和丰富。

子滤光片122也可以不是同时包括红光滤光片、绿光滤光片和蓝光滤光片三种，也可以是包括其中的两种，例如包括红光滤光片和绿光滤光片两种，或者是包括其中的一种，例如蓝光滤光片一种。当然，子滤光片122的具体种类还可以依据实际需求有其余选择，例如子滤光片122包括用于仅通过黄色光的黄光滤光片等。

请参阅图2和图3，在某些实施方式中，子滤光片122包括可见光滤光片(如图2中的W区域)和红外光滤光片(如图2中的IR区域)。可见光滤光片用于仅通过可见光。红外光滤光片用于仅通过红外光。

具体地，图像传感器100可以工作在可见光模式和红外光模式，可将图像传感器100应用于成像模组1000(如图4所示)中，当图像传感器100工作在可见光模式时，切换组件14切换可见光滤光片位于滤光装置10的光路中，此时透过滤光装置10的光为可见光，感光像素阵列40接收可见光以用于获取彩色图像；当图像传感器100工作在红外光模式时，切换组件14切换红外光滤光片位于滤光装置10的光路中，此时透过滤光装置10的光为红外光，感光像素阵列40接收红外光以用于获取红外图像。进一步地，若将成像模组1000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1000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4，本发明实施方式提供一种成像模组1000，成像模组1000包括镜头模组200、图像传感器100和电路板500。图像传感器100安装在电路板500上。镜头模组200包括镜座202和安装在镜座202上的镜筒204。镜座202设置在电路板500上并收容图像传感器100。

电路板500可用于与图像传感器100和成像模组1000的处理器电连接。

在某些实施方式中，镜头模组200还包括设置在镜筒204内的对焦镜片206，对焦镜片206设置在图像传感器100所在的光路的上游。

对焦镜片206的数量可以为多个，镜头模组200可以为变焦镜头。具体地，镜头模组200还包括对焦驱动器208，多个对焦镜片206与对焦驱动器208连接，对焦驱动器208驱动对焦镜片206移动以改变镜头模组200的对焦焦距。当然，镜头模组200还可以为定焦镜头，即，对焦镜片206为固定在镜筒204内不可移动。

请参阅图4，在某些实施方式中，成像模组1000还包括滤光件300，滤光件300设置在镜头模组200内，且设置在图像传感器100所在的光路的上游，滤光件300用于可选择地通过可见光或红外光。

如前述，图像传感器100可以工作在可见光模式和红外光模式中，当图像传感器100工作在可见光模式中时，虽然理论上可见光滤光片用于仅通过可见光，而实际使用中由于制造精度不足等的问题，通过可见光滤光片的光中可能还有少量红外光，少量红外光会影响成像模组1000获取的彩色图像的质量，而滤光件300可以在图像传感器100的光路的上游将红外光滤除，以使成像模组1000获取的彩色图像的质量较佳。同理，在成像模组1000用于获取红外图像时，滤光件300可以在图像传感器100的光路的上游将可见光滤除，以使成像模组1000获取的红外图像的质量较佳。

请再参阅图4，在某些实施方式中，镜筒204或镜座202上开设有安装孔209，光线穿过安装孔209后到达图像传感器100，滤光件300可动地安装在安装孔209内。成像模组1000还包括驱动件400，驱动件400用于驱动滤光件300运动以开放或遮挡安装孔209。

驱动件400包括定子402和转子404。定子402安装在镜筒204或镜座202的内壁上。滤光件300的一端套设在转子404上。转子404转动带动滤光件300转动以开放或遮挡安装孔209。具体地，安装孔209开设在镜筒204上时，驱动件400相应地设置在镜筒204上，定子402也相应地设置在镜筒204上；安装孔209开设在镜座202上时，驱动件400相应地设置在镜座202上，定子402也相应地设置在镜座202上。

在一个例子中，需要将图像传感器100用于可见光成像时，若滤光件300为红外截止滤光片(仅用于通过红外光之外的光)，滤光片12处于可见光模式时，驱动件400可用于驱动滤光件300遮挡或开放安装孔209；或滤光件300为红外通过滤光片(仅用于通过红外光)，滤光片12处于可见光模式时，驱动件400可用于驱动滤光件300开放安装孔209。

在另一个例子中，需要将图像传感器100用于红外光成像时，若滤光件300为红外截止滤光片，滤光片12处于红外光模式时，驱动件400可用于驱动滤光件300开放安装孔209；若滤光件300为红外通过滤光片，滤光片12处于红外光模式时，驱动件400可用于驱动滤光件300遮挡或开放安装孔209。

请结合图4和图5，在某些实施方式中，滤光件300包括可见光滤光部302和红外光滤光部304，成像模组1000还包括驱动件400，驱动件400用于切换可见光滤光部302和红外光滤光部304之中的一个位于图像传感器100所在的光路的上游。

具体地，在某些实施方式中，驱动件400包括定子402和转子404，定子402安装在镜筒204或镜座202的内壁上，可见光滤光部302和红外光滤光部304均与转子404固定连接，转子404能够转动，以带动可见光滤光部302和红外光滤光部304之中的一个转动至图像传感器100所在的光路的上游。

可见光滤光部302用于通过可见光，且过滤掉其他波段的光线。红外光滤光部304用于通过红外光，且过滤掉其他波段的光线。

当图像传感器100处于可见光模式时，驱动件400驱动可见光滤光部302转动至图像传感器100所在的光路的上游，具体地，此时可见光滤光部302遮挡安装孔209。当图像传感器100处于红外光模式时，驱动件400驱动红外光滤光部304转动至图像传感器100所在的光路的上游，具体地，此时红外光滤光部304遮挡安装孔209。请参阅图5，在本发明实施例中，可见光滤光部302与红外光滤光部304之间的夹角α大于或等于90度。以使得当可见光滤光部302完全遮挡安装孔209时，红外光滤光部304完全开放安装孔209，同理，当红外光滤光部304完全遮挡安装孔209时，可见光滤光部302完全开放安装孔209。

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)

1.一种滤光装置，其特征在于，包括：

滤光片，所述滤光片包括多个子滤光片，多个所述子滤光片依次相接；和

切换组件，所述切换组件包括两个卷筒及用于分别驱动两个所述卷筒转动的两个致动器，所述滤光片的两端分别固定在两个所述卷筒上，两个所述卷筒能够同步转动，一个所述卷筒收卷所述滤光片，另一个所述卷筒释放所述滤光片，以带动多个所述子滤光片中的任意一个位于所述滤光装置所在的光路中。

2.根据权利要求1所述的滤光装置，其特征在于，所述子滤光片包括：

可见光滤光片，所述可见光滤光片用于仅通过可见光；和/或

红外光滤光片，所述红外光滤光片用于仅通过红外光。

3.根据权利要求1所述的滤光装置，其特征在于，所述子滤光片包括：

红光滤光片，所述红光滤光片用于仅通过红色光；和/或

绿光滤光片，所述绿光滤光片用于仅通过绿色光；和/或

蓝光滤光片，所述蓝光滤光片用于仅通过蓝色光。

4.一种图像传感器，其特征在于，沿入光方向，所述图像传感器依次包括微透镜阵列、权利要求1-3任意一项所述的滤光装置、和基板，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述基板上形成有感光像素阵列，所述感光像素阵列包括多个感光像素，多个所述微透镜与多个所述感光像素对应，两个所述致动器与两个所述卷筒设置在所述基板的两侧，所述感光像素阵列位于两个所述致动器之间。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，多个所述子滤光片的形状和尺寸均相同，每个所述子滤光片的透光面积与所述感光像素阵列的感光面积相同。

6.一种成像模组，其特征在于，包括：

电路板；

权利要求4或5所述的图像传感器，所述图像传感器安装在所述电路板上；和

镜头模组，所述镜头模组包括镜座和安装在所述镜座上的镜筒，所述镜座设置在所述电路板上并收容所述图像传感器。

7.根据权利要求6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镜头模组内，且设置在所述图像传感器所在的光路的上游，所述滤光件用于可选择地通过可见光或红外光。

8.根据权利要求7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所在的光路的上游。

9.根据权利要求8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所在的光路的上游。

10.根据权利要求6所述的成像模组，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，所述对焦镜片设置在所述图像传感器所在的光路的上游。