CN108174068A - 光场成像模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光场成像模组，包括：图像传感器，包括二维排列的感光单元；第一基板以及形成在所述第一基板上的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜单元，每个所述微透镜单元对应所述图像传感器的多个感光单元；第二基板以及形成在所述第二基板上的透镜，所述透镜用于接收光线并经所述微透镜阵列入射到所述图像传感器上。通过合理设置各个光学元件的位置及连接关系并采用WLO工艺减小光场成像模组的体积，更进一步的，结合反射光路设计减小光场成像模组的体积。

Description

光场成像模组
技术领域
本发明涉及光学技术及制造领域，具体涉及一种光场成像模组。
背景技术
光场相机相对于传统相机而言，不仅可以获取光线的强度还可以采集到光线的方向，这使得光场相机拥有更多的功能，比如先拍照后聚焦、大景深成像、3D成像以及透视成像等等。光场相机中使用比如广泛的结构是基于微透镜阵列
(MLA)的结构，即通过在感光芯片与成像透镜之间布置一个MLA阵列，每个MLA阵列单元对应于多个感光芯片上的像素，通过MLA单元即可以使得原本聚焦为一点的目标光线经MLA单元以不同的角度成像在该单元对应的像素上，后期通过对这些像素的处理从而实现上述多种功能。
随着智能移动设备如手机、平板、电视等设备朝向微型化发展并且对相机的需求越来越广泛，使得相机往体积越来越小的趋势发展。传统镜头、相机或传统的制造工艺难以适应这一趋势；对于光场相机而言，目前也存在着体积过大难以被集成到微型设备中的问题。
发明内容
本发明为了解决光场相机体积过大难以被集成到微型设备中问题，提供一种体积小的光场成像模组。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种光场成像模组，包括：图像传感器，包括二维排列的感光单元；第一基板以及形成在所述第一基板上的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜单元，每个所述微透镜单元对应所述图像传感器的多个感光单元；第二基板以及形成在所述第二基板上的透镜，所述透镜用于接收光线并经所述微透镜阵列入射到所述图像传感器上。进一步的，还包括间隙块，用于固定所述图像传感器、所述第一基板以及所述第二基板。
在本发明提供的上述光场成像模组中，所述第一基板和/或第二基板为透明基板；所述第一基板和/或第二基板是玻璃或硅材料；所述微透镜阵列是晶圆级微透镜阵列；所述微透镜阵列形成在所述第一基板的至少一个表面上；所述透镜形成在所述第二基板的至少一个表面上；所述图像传感器包括CCD或CMOS。
本发明还提供一种光场成像模组，包括第一反射基板，所述第一反射基板上设有第一反射面，所述第一反射面用于接收并反射由透镜透射过的光线；进一步的，还包括第二反射基板，所述第二反射基板上设有第二反射面，所述第二反射面用于接收并反射由第一反射面反射出的光线。更进一步的，还包括间隙块，用于固定所述图像传感器与所述第一基板。
本发明的有益效果为：提供一种光场成像模组的结构设计，通过合理设置各个光学元件的位置及连接关系并采用WLO工艺减小光场成像模组的体积，更进一步的，结合反射光路设计减小光场成像模组的体积。
附图说明
图1是本发明实施例中光场成像模组的结构示意图。
图2是本发明实施例中单次反射光场成像模组示意图。
图3是本发明实施例中两次反射光场成像模组示意图。
其中，10-光场成像模组，101-第二基板，102-透镜，103-第一基板，104-微透镜阵列，105-图像传感器，106-间隙块，20-光场成像模组，201-第二基板，202-透镜，203-第一基板，204-微透镜阵列，205-图像传感器，206-间隙块，207-反射基板，208-反射面，30-光场成像模组，301-第二基板，302-透镜，303-第一基板，304-微透镜阵列，305-图像传感器，306-间隙块，307-第一反射基板，308-第一反射面，309-第二反射基板，310-第二反射面。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
图1是根据本发明实施例的光场成像模组的结构示意图。为了便于阐述，在图中仅示出了反映本发明思想的必要部件，可以理解的是，除了必要部件之外还可以包括光场成像模组的其他部件，比如底座、外壳、电路等。图1中的光场成像模组10包括图像传感器105、第一基板103以及形成在第一基板103上的微透镜阵列104、第二基板101以及形成在第二基板101上的透镜102。
空间中物体发出的光线经过透镜102后聚焦到微透镜阵列104上，经微透镜阵列后成像在图像传感器105上。若没有微透镜阵列104，则空间中物体发出的光线经由透镜102后将直接成像于图像传感器105的相应像素单元中，这种传统成像的方式仅能记录目标物体上点所发射多束光线的总体强度信息。光场成像模组10通过增加微透镜阵列104，微透镜阵列104中每个微透镜单元对应多个图像传感器105的像素单元，这样空间中一点发出的光线经由透镜102聚焦到微透镜单元上之后会继续发散，最终到达该微透镜单元对应的多个像素单元上。由此空间中该点的多条光线的方向信息就可以通过像素单元与微透镜单元之间相对的角度计算出来，同时每个微透镜单元对应的多个像素单元强度的和可以看成是该空间点的总强度信息。因此光场相机不仅可以记录目标光线的强度信息，也可以记录目标光线的方向信息。在一个实施例中，图像传感器105位于微透镜阵列104的微透镜单元的焦面上，微透镜阵列104位于透镜102的焦面上。
图像传感器105包括CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或者CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)等，一般包括二维规则排列的多个感光像素单元，各个像素单元用于接收光信号并转换成电信号。在一些实施例中，光场成像模组10还包括数字信号处理DSP模块，与图像传感器105连接，负责接收电信号并经处理后形成图片或视频。在一些实施例中，图像传感器105表面还设置有滤光片，比如用于彩色成像的拜尔滤光片、红外成像的红外滤光片等。
微透镜阵列104靠近图像传感器105设置，在一个实施例中，二者之间的距离为微透镜阵列104微透镜单元的焦距。每个微透镜阵列104的微透镜单元对应多个图像传感器105的像素单元。
透镜102一般称为主透镜，用于接收外部光线，可以包括沿光路方向排列的至少一个透镜。
晶圆级光学工艺(WLO)可以进一步减小光场成像模组的体积。在图1所示的实施例中，微透镜阵列104形成在第一基板103上，第一基板103可以是晶圆、玻璃等，也可以是其他材料，晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；第一基板103需要是透明基板，即需要拥有让指定波长透过的能力。微透镜阵列104可以是晶圆级微透镜阵列。微透镜阵列104形成在第一基板103的两个表面上，在一个实施例中，也可仅形成在一个表面上。这里所说的“形成”即可以指微透镜阵列104以独立的部件安装在第一基板103上，也可以直接在第一基板103上以一定的工艺生成微透镜阵列104。透镜102与第二基板101的组成与微透镜阵列104与第一基板103的组成结构类似。
第一基板103与第二基板101以及图像传感器105之间可以通过间隙块106固定，该间隙块可以是玻璃、硅等晶圆材料制成。可以理解的是，这里的固定可以是直接固定也可以是间接固定，比如第一基板103与图像传感器105之间可以通过间隙块直接连接固定，在一些实施例中，图像传感器105可以与第三基板(图中未画出)连接，第三基板再与第一基板103连接固定。
本发明所提供的光场成像模组有效合理的利用晶圆级的材质及制造技术，在保证成像质量的情况下，有效减小体积，而且结构简单、稳定。
进一步地，采用折射光路方式同样可以减少光场成像模组的体积。图2是根据本发明实施例的单次反射光场成像模组示意图。光场成像模组20与图1中所示的光场成像模组10相比，增加了反射基板207，反射基板207上有用于反射光线的反射面208。反射基板207可以由玻璃、硅等晶圆材料制成，反射面208可以通过但不限于打磨、镀膜等方式形成。图2所示实施例中，反射基板207与第一基板203、第二基板201连接，第一基板203与图像传感器205之间通过间隙块206连接，另外，图像传感器205和/或第一基板203与第二基板201连接从而形成结构稳固的模组。反射面208接收由透镜202透射过的光线并反射该光线，经反射的光线随后入射到微透镜阵列204上，经微透镜阵列后成像在图像传感器205上。
通过多次折射可以进一步地减少光场成像模组的体积。图3是根据要发明实施例的两次反射光场成像模组示意图。光场成像模组30包括图像传感器305、通过间隙块306与其连接的第一基板303、形成在第一基板303上的微透镜阵列304、第一反射基板307、第二反射基板309、第二基板301以及形成在第二基板301上的透镜302。其中，第一反射基板307、第二反射基板309分别有第一反射面308以及第二反射面310。第一反射面308的作用与图2中的反射面208类似，即接收并反射由透镜302透射过的光线；第二反射面310接收并反射由第一反射面308反射来的光线，随后被第二反射面310反射后的光线经微透镜阵列304后入射到图像传感器305上。
在一个实施例中第一反射面308与第二反射面310之间平行设置，一方面有利于制造，另一方面有利于对光线光路的控制。在一个实施例中，第一反射面308和/或第二反射面310与微透镜阵列304和/或透镜302的光轴成45度角。同时，第一反射面308和/或第二反射面310与微透镜阵列304和/或透镜302根据实际情况的需要，可以有多种排列方式，此处不一一列举。
可以理解的是，在光场成像模组中可以设置不只两个反射面形成的折射，可以根据具体的应用场景设置多个反射面，本发明所要保护的是利用多次折射进一步地减少光场成像模组的体积的思想并不是限于上述的示例。
可以理解的是，对于非WLO工艺的光场成像模组，采用单次或多次反射同样可以减小模组的体积。即在传统的底座以及置于底座上的图像传感器、镜筒以及置入镜筒上的微透镜阵列和透镜组成的结构，在镜筒上通过设置至少一个反射镜来将光路折叠以减少厚度/体积。
本发明提供的光场成像模组通过采用WLO工艺或者反射光路设计来减小体积，实际应用中可以选择同时采用两种方法也可以只采用其中一种。
单个光场成像模组的体积减小以后，便于将2个或者多个光场成像模组组合在一起获得拍摄角度内采集的光线的颜色、亮度和光线方向融合在一幅更大的光场图像，也可以将足够多的光场成像模组组合在一起得到360°全景范围内的光线的颜色、亮度和光线方向信息，在360°内任意视点上都可以实现重新聚焦。这种组合可以嵌合在设备中，也可以单独使用。
可以理解的是，将光场成像模组嵌入到智能移动设备中的方法是多种多样的，比如可以根据实际需要，将光场成像模组安装在智能移动终端的外部，固定连接或可拆卸连接均可，移动终端可以为手机、平板、电脑；还可以根据需要，将光场成像模组的光路与移动终端自带的红外相机的光路相结合，可以在获取传统相机成像的同时实现光场成像。
以上仅仅是示例性的，不能视为对本发明的限制，应当认为，光场成像模组的体积减小具有非常广泛的应用价值，任何基于本发明所提供的光场成像模组的具体应用都应该视为本发明要保护的范围。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光场成像模组，其特征在于,包括：
图像传感器，包括二维排列的感光单元；
第一基板以及形成在所述第一基板上的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜单元，每个所述微透镜单元对应所述图像传感器的多个感光单元；
第二基板以及形成在所述第二基板上的透镜，所述透镜用于接收光线并经所述微透镜阵列入射到所述图像传感器上。
2.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，还包括第一反射基板，所述第一反射基板上设有第一反射面，所述第一反射面用于接收并反射由透镜透射过的光线。
3.如权利要求2所述的光场成像模组，其特征在于，还包括第二反射基板，所述第二反射基板上设有第二反射面，所述第二反射面用于接收并反射由第一反射面反射出的光线。
4.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，还包括间隙块，用于固定所述图像传感器、所述第一基板以及所述第二基板。
5.如权利要求2或3所述的光场成像模组，其特征在于，还包括间隙块，用于固定所述图像传感器与所述第一基板。
6.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，所述第一基板和/或第二基板为透明基板；所述第一基板和/或第二基板是玻璃或硅材料。
7.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，所述微透镜阵列是晶圆级微透镜阵列。
8.如权利要求1所述光场成像模组，其特征在于，所述微透镜阵列形成在所述第一基板的至少一个表面上。
9.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，所述透镜形成在所述第二基板的至少一个表面上。
10.如权利要求1所述的光场成像模组，其特征在于，所述图像传感器包括CCD或CMOS。
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