CN110798551A - 顶置集光式摄像头及用其所制造的全面屏手机 - Google Patents

Abstract

顶置集光式摄像头及用其所制造的全面屏手机，属于机械及光学结构领域。顶置集光式摄像头主要是在镜头组的光入口处加装了反光镜，包括平面反光镜或反光棱镜，平面反光镜或反光棱镜的安装位置要求：满足视角范围的环境光线，先是投射到平面反光镜或反光棱镜的全反射面上，经过反射后的光线再进入镜头组；用顶置集光式摄像头所制造的全面屏手机主要构造包含：将顶置集光式摄像头安装在手机的屏幕显示区上方，占有较窄的空间，是经过玻璃盖板的前摄像头窗口来拍摄外部景色的。

Description

顶置集光式摄像头及用其所制造的全面屏手机

[技术领域]

本发明属于光学及结构领域；确切的讲是利用置于端部的反光镜或棱镜来反射透镜组的出射光，的使得进光口尽可能靠近摄像头的顶部，用此所制作的手机的通光口距离边框的距离最短。

传统手机摄像头包括：固定支架、PCB板、镜头组及在PCB板的上方依次焊接及安装有的DSP电子处理电路、光电传感器及滤色片；当外界光线穿过镜头组后，再穿过滤色片，最后射到传感器的表面，其感生的电信号经过DSP进行处理，在经过FPC电缆的金手指引线传输至主板进行处理；其分色法包括：原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题，一般采用原色CCD的数码相机，ISO感光度多半不会超过400。相对的，补色CCD多了一个Y黄色滤色器，牺牲了部分影像的分辨率，但ISO值一般都可设定在800以上。

DSP：DSP又叫数字信号处理芯片，它的功能是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号进行优化处理，最后把处理后的信号传到显示器上。目前DSP厂商的设计和生产技术都已经比较成熟，各项技术指标上相差不大

传感器：传感器是摄像头组成的核心，也是最关键的技术，它是一种用来接收通过镜头的光线，并且将这些光信号转换成为电信号的装置。简单的理解，我们可以把传感器看做是传统相机用的胶片，虽然两者原理不同，但在相机整体组成结构中有一定相似度。感光器件面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

常见的摄像头传感器主要有两种，一种是CCD传感器，一种是CMOS传感器。两者区别在于：CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。

手机的整体结构主要包括：玻璃盖板、触摸屏、前框(可省略)、中框(可省略，多为金属或塑胶)、后壳(有时与中框一起)、显示屏、电池、PCB电子主板、PCB扩展板(可省略)；输入输出接口器件含：摄像头、USB接口、耳机接口、指纹器、天线片、按键等。主电路板位于智能手机的内部，与各部件之间通过数据软线或触点相连接，它负责手机信号的输入、输出、处理、手机信号的发送、控制等工作。有的智能手机只有一块电路板，有的智能手机除了有主电路外，还有副电路板。副电路板一般连接接口、摄像头等附件。

目前手机屏幕显示区域的占空比的大小是衡量手机品质的一项重要指标，为了提高占空比，各个厂家给出了不同的方法，VOVE采用可以伸缩摄像头的技术方案：屏幕的占空比几乎接近100％，但带来的问题是，繁琐的操作、组件暴露防尘负担等；以华为为代表的“刘海”方案：只挖去屏幕显示的上部的中间区域，屏幕的占空比明显增加，但屏幕显示区域变成凹型、实用性产生障碍等。

[发明内容]

本发明的目的:克服目前手机的前摄像头的进光口位于摄像头的中心部位，摄像头存在有较大的边距离的缺点，使得手机玻璃盖板的摄像窗口与手机边框的距离还是很大(约5mm以上)；屏幕显示区域的占空比还不够极大；克服目前VOVE、华为的“伸缩”摄像头及“刘海”方案的弊端，给出一种显示区域较大，又不带来其他问题的解决方案。

本发明特点：构思简单、成本无增加及工艺运行可靠。尽可能靠近摄像头的顶部，用此所制作的手机的通光口距离边框的距离最短。

具体实施方式:

顶置集光式摄像头除了具有传统摄像头构造包括：固定支架、PCB板、镜头组及在PCB板的上方依次焊接及安装有的DSP电子处理电路、光电传感器及滤色片外，还增设了反光镜(平面反光镜或反光棱镜)。

顶置集光式摄像头构造包括如下：固定支架及支架立柱支撑着PCB板、镜头组、反光棱镜或反光棱，在PCB板的上方依次焊接及安装有：DSP、传感器)及滤色片。当外界光线经过棱镜或平面反光镜的反射面的全反射后，穿过镜头组再穿过滤色片射到传感器表面，其感生的电信号经过DSP进行处理，在经过电缆的传输至主板进行处理。

这样就把摄像头的通光区域由摄像头的中间部位移至边缘部位，为安装于手机的尽可能的边缘地带创造了条件。

安装有顶置集光式摄像头的全面屏手机结构与传统构造相同，主要包含：边框与底壳是一体或分体的，它们与玻璃盖板之间形成一个闭合空间，该容纳包括：耳麦、主板、电池、喇叭、测光传感器、接口器件、SIM卡及摄像头；前摄像头采用了本发明的顶置集光式摄像头；顶置集光式摄像头是经过玻璃盖板的前摄像头窗口来拍摄外部景色的。由于顶置集光式摄像头的通光区域在摄像头的边缘部位，尺度只有2-3毫米，而喇叭孔的声孔边距也易于控制在2-3毫米以内，这样手机屏幕上方就也仅仅只形成了一个2-3毫米黑带的屏幕黑边。

一般来讲：手机摄像头的视角范围在60---90度立体角之间；视角范围的环境光线先是投射到平面反光镜或反光棱镜的全反射面上，经过反射后的光线再进入镜头组。

进一步：为节省空间，承载传感器的PCB板进行具有一定的倾斜角度的非垂直摆放，能进一步减少入射光的光程，而减少棱镜或反光镜的尺度，达到减少入光口的边距的目的。PCB板的摆放角指的是PCB板的的法线方向与入射环境光的主光轴之间的夹角；该摆放角度介于20度到90度之间。

本发明的有益效果在于:当前摄像头构造被合理优化后，完全克服了目前VOVE、华为的“伸缩”摄像头及“刘海”方案的弊端：将会使得屏幕显示区域即方正完整又面积较大，而又不带来其他缺陷。

[附图说明]

图1、图2顶置集光式摄像头构造示意图

图3安装有顶置集光式摄像头的全面屏手机结构示意图

标号说明：

1 反光(棱)镜

2 镜头组

3 PCB板

4 滤色片

5 金手指引线

6 固定支架

8 FPC(软PCB)电缆

9 棱镜全反射面

10 入射光光轴

11 传感器

12 DSP

13 光轴

14 光线

15 光线

16 镜头视像

17 支架立柱

20 安装有顶置集光式摄像头的全面屏手机

21 顶置集光式摄像头

22 后摄像头

23 测光传感器

24 耳麦

25 主板

26 前摄像头窗口

27 喇叭孔

28 玻璃盖板

29 边框底壳

30 电池

如图1、2所示：顶置集光式摄像头构造包含：固定支架(6)及支架立柱(17)支撑着PCB板(3)、镜头组(2)、反光棱镜(1)，在PCB板(3)的上方依次焊接及安装有：DSP(12)、传感器(11)及滤色片(4)；外界光线(14)、光线(15)经过棱镜全反射面(9)的全反射后，穿过镜头组(2)再穿过滤色片(4)射到传感器(11)表面，其感生的电信号经过DSP(12)进行处理，在经过FPC(软PCB)电缆(8)的金手指引线(5)传输至主板进行处理。

入射光光轴(10)经过棱镜全反射面(9)的全反射后，形成进入镜头组(2)的光轴(13)。由光线的可逆性的几何光学原理可知，在反光棱镜(1)的上方垂直向下观察，将看到完整的通光孔的影像，即：镜头视像(16)。

为节省空间，PCB板(3)可以不被垂直摆放，而具有一定的倾斜角度；本图中的倾斜角度近似为45度。反光棱镜(1)为三棱镜，三个面中的一个面为入射面，另一个面为出射面，剩下的那个面则为全反射面。

这样就把摄像头的通光区域由摄像头的中间部位移至边缘部位，为安装于手机的尽可能的边缘地带创造了条件。

如图3所示：安装有顶置集光式摄像头的全面屏手机(20)的结构主要包含：边框底壳(29)与玻璃盖板(28)之间形成一个闭合空间，该容纳包括：耳麦(24)、主板、电池(30)在内的器件；后摄像头(22)及前摄像头-----顶置集光式摄像头(21)与主板(25)连接，测光传感器(23)是检测景物亮度的传感器；顶置集光式摄像头(21)是经过玻璃盖板(28)的前摄像头窗口(26)拍摄外部景色的。

由于顶置集光式摄像头(21)的的通光区域在摄像头的边缘部位，也就是棱镜的尺度，往往只有2-3毫米的尺度，而喇叭孔(27)的边距也易于控制在2-3毫米以内，这样手机屏幕上方就只形成了一个2-3毫米黑带的屏幕黑边。

Claims (3)

1.顶置集光式摄像头，其主要构造包括：固定支架、PCB板、镜头组及在PCB板的上方依次安装有的DSP电子处理电路、光电传感器及滤色片；其特征就在于：在镜头组的光入口处加装了反光镜，包括平面反光镜或反光棱镜，平面反光镜或反光棱镜的安装位置要求：满足视角范围的环境光线，先是投射到平面反光镜或反光棱镜的全反射面上，经过反射后的光线再进入镜头组。

2.用顶置集光式摄像头所制造的全面屏手机，主要构造包含：边框与底壳是一体或分体的，它们与玻璃盖板之间形成一个闭合空间，该容纳包括：耳麦、主板、电池、喇叭、测光传感器、接口器件、SIM卡及摄像头；其特征就在于：前摄像头采用了本发明的顶置集光式摄像头，顶置集光式摄像头是经过玻璃盖板的前摄像头窗口来拍摄外部景色的。

3.根据权利要求1顶置集光式摄像头所述的承载传感器的PCB板，其特征在于：承载传感器的PCB板进行具有一定的倾斜角度的非垂直摆放，摆放角度介于20度到90度之间。

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