CN111464719A - 显微摄像头模块及具备该模块的便携终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种显微摄像头模块及具备该模块的便携终端。本发明的显微摄像头模块集成到如智能手机、平板电脑等便携终端上可以赋予便携终端具有显微观察和拍摄的功能，使便携终端成为性能优异的便携显微镜。这样的显微摄像头模块和便携终端是人们看到通常看不到的微观物体，开拓了人们的视野。

Description

显微摄像头模块及具备该模块的便携终端

技术领域

本发明涉及一种显微摄像头模块及安装此显微摄像头模块的能够进行显微观察和拍摄的便携终端。

背景技术

近期广为使用的智能手机、平板电脑等便携终端普遍安装有内置的用于拍摄的摄像头。虽然手机摄像头能够拍摄远处的被摄物，但是目前内置于智能手机的摄像头的最短拍摄距离一般为十几厘米至最短数厘米。如果被摄体位于最短拍摄距离以内，则无法进行拍摄，或者由于失焦而不能清晰拍摄。因而目前内置摄像头的便携终端难以拍摄微小物体，不具有显微观察和拍摄的功能。

显微镜是一种广泛应用的观察微小物体的仪器设备。传统的复式显微镜由基座，支架，镜筒，以及安装于镜筒两端的物镜和目镜构成。朝着被摄体的物镜是焦距极短的透镜，用于将物体放大成实像，与观察者的眼睛接触的目镜是用于观察上述被放大的实像的放大镜。传统复式显微镜的放大率可以通过将物镜的放大率和目镜的放大率相乘而得到。传统的复式显微镜体积庞大，价格昂贵，并且一般不具备数码拍摄的功能，需要额外安装数码拍摄的附件。

在便携终端上附加外置放大光学镜头能够赋予智能手机、平板电脑等便携终端有拍摄微距照片和显微照片的功能。外置放大光学镜头的性能越来越好，放大倍数越来越大，成像质量也越来越好，体积也有显著减小。但因为其外置的特点，其性能的提高、体积的减小及其与便携终端的相互连接和配合受到限制。

目前便携终端如智能手机、平板电脑等虽然在拍摄方面越来越强。并且，近年来越来越多的便携终端上内置有不只一个摄像头。内置多个摄像头使得便携终端拍摄更清晰，背景虚化更漂亮。但还未见到内置有显微摄像头模块的本身具有显微拍摄功能的便携终端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种如下的具有高放大率的用于放大的显微摄像头模块及具备该模块的具有放大拍摄功能的便携终端：便携，容易使用，并且成像清晰，能够观察和拍摄微小物体，扩大人们的视野。

本发明的又一目的在于提供一种如下的用于放大的显微摄像头模块：其包括照明部，显微镜头，对焦机构，滤光片和影像传感器，能够被用在便携终端如智能手机和平板电脑内进行显微拍摄。

本发明的又一目的在于提供一种如下的用于放大的显微摄像头模块：其不仅可以单独被用在便携终端如智能手机和平板电脑上，并且可以与其他摄像头如广角摄像头模块一起安装，使便携终端在具有广角摄像头之外还有显微摄像头，使其不仅能拍摄普通风景和人物等场景，还能进行显微观察和拍摄。在这样的便携终端的帮助下，人们不仅可以拍摄通常情况下可以看到的物体，也可以拍摄通常情况下人们看不到的微小物体。

本发明的又一目的在于提供一种如下的显微摄像头模块：在实现高放大率的放大的同时将其各个部件如照明部，显微镜头，对焦机构，滤光片和影像传感器高度集成在一起，使整体产品的厚度实现为较薄的厚度。从而使内置有此显微摄像头模块的便携终端与普通便携终端在厚度上没有大的差异。

本发明的又一目的在于提供一种如下的显微摄像头模块：其镜头采用对称的设计，在保证有高的光学放大率的同时，能提供高的分辨率和低的畸变，从而具有优异的光学性能。

本发明的又一目的在于提供一种如下的显微摄像头模块：其照明部可以提供不同的照明波长，如紫外光，可见光和红外光。从而在观察和拍摄不同物体时采用相应的波长的光照明。这样可以凸显需要观察和拍摄的微小物体的具体特质。

附图说明

图1是根据实施例示出的本显微摄像头模块的立体剖面示例图。

图2是本显微摄像头模块的显微镜头之对称结构及其成像示意图。

图3是根据实施例示出的本显微摄像头模块安装在便携终端的示例图。

图4是根据实施例示出的本显微摄像头模块与其他摄像头模块安装在便携终端的示例图。

图5是本发明的放大原理示意图。

符号说明：

10显微摄像头模块 107对焦机构 301被摄物

101环状照明部 108滤光片 302成像

102环状导光部件 109影像传感器 303便携终端显示屏

103发光二极管 1010PCB 304数码放大后的便携终端

104散射环 20便携终端 显示屏

105显微镜片 201普通摄像头模块

106镜筒 202闪光灯

具体实施方法与实施例

下面参照附图结合具体的实施例对本发明进一步详细阐明。但是，应该明白这些实施例仅用于阐明本发明而不构成对本发明范围的限制。

图1是根据实施例示出的本显微摄像头模块10的立体剖面示例图。通过这一图示，可以看出显微摄像头模块10包括以下主要部件：成环形排列的发光二极管103和环状导光部件102及其前端的散射环104组成的环状照明部101；环状照明部101环绕由一组显微镜片105与镜筒106构成的显微镜头布置；对焦机构107驱动并调节显微镜头与PCB 1010上的影像传感器的相对距离实现清晰成像；滤光片108设置在显微镜头与影像传感器109之间。

均匀而且明亮的照明对显微摄影非常重要。发光二极管103与环状导光部件102成环状围绕显微镜头布置。发光二极管103发出明亮的光经过环状导光部件102传导至显微镜头前端。为了进一步保证均匀的照明效果，环状导光部件102的前端布置散射环104。散射环为一能散射光线的薄膜构成，能够使照明均匀。为了进一步加强照明效果，环状导光部件前端发射面特别地设计为一具有凹凸的图案的表面，这样可以使光线不会再次向环状导光部件的内部反射，而向外部发射。这为被摄物在足够强而均匀的光线照射下通过显微镜头在影像传感器109上成清晰的像提供了基础。

不同的被摄物在特定的光线照明下会呈现不同的成像效果。为了达到特定的观察和成像效果，发光二极管103要发出特定波长的光线。这可以选用可以发出不同波长的不同二极管来实现，至少可以发出可见光，紫外光和红外光中的一种光线。

滤光片108要根据被摄物的照明波长来选用，以使在影像传感器上成像的波长的光通过而滤除其他波长的光。比如，当被摄物以可见光照明时，滤光片选用红外截止片以滤除大部分红外光。

为了使被摄物成像清晰，显微镜头要在对焦机构107的驱动下沿其光轴移动而准确对焦。对焦机构107为音圈马达，步进马达和微型直流马达的一种。音圈马达具有扁平的设计，采用音圈马达容易控制整个模块的高度和体积。所以采用音圈马达是一个优选的方案。

PCB为影像传感器109提供支撑并实现影像传感器与便携终端内其他部分的信号连接。高像素密度的影像传感器的选用对实现高的放大倍数是有利的。高的像素密度意味着单个像素尺寸会小，接受光的能力会弱，这在通常情况下对成像质量是不利的。但在这里，这可以通过照明部101提供足够强的照明来补偿。所以，在需要追求高的放大倍数的情况下，高像素密度的影像传感器的选用是有利的。

镜头对光学成像质量至关重要。图2是根据实施例示出的本显微摄像头模块的显微镜头之对称结构及其成像示意图。

为了达到最佳的成像效果，本显微摄像头模块的显微镜头采用完全对称或近似对称的设计。采用对称的设计，可以有效地控制成像的畸变和像差从而达到最佳成像效果。当采用完全对称的设计时，被摄物301通过镜头在影像传感器上有大小完全一样的成像302，达到1：1的光学放大率。当采用近似对称的设计时，其光学放大倍数可以大于1，达到更高的光学放大率。

图3是根据实施例示出的本显微摄像头模块安装在便携终端的示例图。显微摄像头模块10安装在便携终端20内，与便携终端20内的其他部分相配合，使便携终端具备显微观察和拍摄的功能。图示显微摄像头模块安装于便携终端一角，但其安装位置不限于这样的布置。配合便携终端的整体设计，显微摄像头可以布置在便携终端的合适位置。

显微摄像头模块在便携终端上的应用有多种多样的布置。图4是根据实施例示出的本显微摄像头模块与其他摄像头模块安装在便携终端的示例图。这样同一便携终端不仅可以通过普通摄像头模块201和其闪光灯202拍摄人物、风景等通常的场景，通过显微摄像头模块10及其环状照明部101也具有显微观察和拍摄的功能。

上面图3和图4只是两个简单的典型示例。显微摄像头与其他摄像头在便携终端上的组合和配置不限于上述示例。显微摄像头模块的数量不限于一个，其他摄像头模块的数量也不限于一个。比如，在便携终端上设置一个以上的具有不同放大倍数的显微摄像头模块，可以使便携终端具有扩大的显微放大范围，从而适于观察和拍摄不同尺度的微小物体。

图5是本发明的放大原理示意图。这里，如图5所示，总结起来主要有三次不同的放大。第一次，是被摄物301通过显微摄像头模块的显微镜片105在影像传感器109上成像，此为光学放大。其放大能力取决于显微镜头的光学放大倍数。第二次，是在影像传感器109上成的像通过电子电路的处理过程将其显示在便携终端的显示屏303上。由于便携终端的影像传感器109的面积相对比较小，像素密度很高，而显示屏303面积相对比较大，所以在感光元件上成的像得到了第二次的放大。这一次的放大倍数取决于显示屏303的有效显示面积与影像传感器301的有效感光面积的大小之比，二者比例越大，放大倍数越大。这一次放大我们称之为电子放大。第三次，在便携终端显示屏303上成的像通过软件进行数字处理经过裁切使其在显示屏上只显示其局部放大的像304从而对其局部进一步进行放大。这一种放大我们称之为数码放大。

总的放大倍数是上述三次放大的综合，是三次放大倍数的乘积。所以相比于传统复式光学显微镜的纯光学放大，本发明增加了电子放大和数码放大。虽然其光学放大倍数与传统光学显微镜的光学放大倍数相比不一定很高，但最后总的放大倍数却可以很高。

显微镜的效果，不仅与放大倍数有关，还与分辨率有关。分辨率如果不高，一味提高放大倍数是没有意义的。因为这样虽然图像很大，却并不清晰。一个好的显微镜系统，其效果应该是分辨率与放大倍数的综合效果。本发明的分辨率主要与两个因素有关，一个是显微摄像头模块的显微镜头的放大倍数和成像效果。另一个是影像传感器的像素密度。通过设计显微镜头提高其光学放大倍数和成像效果，并选择高像素密度的影像传感器，本发明的放大倍数和综合成像效果可以媲美甚至超过传统的专业复式光学显微镜。

实施例1

如图1所示，对显微摄像头模块进行紧凑设计。显微镜头采用完全对称的设计达到1：1的光学放大率。影像传感器采用单个像素尺寸1微米的型号。发光二极管采用4颗发白光的型号环绕显微镜头排列。环状导光部件及散射环将发光二极管发出的光均匀照射在显微镜头的视场。滤光片采用红外截止片阻止红外光在影像传感器上的干扰。这样得到一个可以用于各种便携终端的超薄的显微摄像头模块。此显微摄像头模块具有约1微米的分辨率。

实施例2

如图3所示，将上述实施例1的显微摄像头模块集成在便携终端上，从而构成一个具有显微观察和拍摄功能的便携终端。便携终端的显示屏幕的尺寸为影像传感器的尺寸的30倍。便携终端的图像处理软件有1-6倍的数码放大倍数。这样，得到的具有显微观察和拍摄功能的便携终端。此便携终端具有约1微米的分辨率，30至180倍的总放大倍数。

实施例3

与实施例1类似，显微镜头采用近似对称的设计达到2倍的光学放大率。影像传感器采用单个像素尺寸1微米的型号。发光二极管采用4颗发白光的型号环绕显微镜头排列。环状导光部件及散射环将发光二极管发出的光均匀照射在显微镜头的视场。滤光片采用红外截止片阻止红外光在影像传感器上的干扰。这样得到一个可以用于各种便携终端的超薄的显微摄像头模块。此显微摄像头模块具有约0.5微米的分辨率。

实施例4

与实施例2类似，将上述实施例3的显微摄像头模块集成在便携终端上，从而构成一个具有显微观察和拍摄功能的便携终端。便携终端的显示屏幕的尺寸为影像传感器的尺寸的60倍。便携终端的图像处理软件有1-6倍的数码放大倍数。这样，得到的具有显微观察和拍摄功能的在便携终端。此便携终端具有约0.5微米的分辨率，120至720倍的总放大倍数。

实施例5

与实施例2类似，将上述实施例1和实施例3得到的显微摄像头模块同时集成在一个便携终端上，从而得到一个具有双显微摄像头的便携终端。便携终端的显示屏幕的尺寸为影像传感器的尺寸的30倍。便携终端的图像处理软件有1-6倍的数码放大倍数。这样，得到具有显微观察和拍摄功能的在便携终端。此便携终端具有约0.5微米的分辨率，30至360倍的总放大倍数范围。

实施例5

与实施例2类似，如图4所示，将上述实施例1得到的一个显微摄像头模块和一个普通广角摄像头模块集成到一个便携终端上，从而得到一个具有双摄像头的便携终端。便携终端的显示屏幕的尺寸为影像传感器的尺寸的30倍。便携终端的图像处理软件有1-6倍的数码放大倍数。这样，得到具有显微观察和拍摄功能并且能够拍摄通常人物风景等场景的便携终端。此便携终端具有约1微米的分辨率，30至180倍的总放大倍数范围。并且此便携终端可以进行普通场景的拍摄。

实施例6

与实施例1类似，显微镜头采用近似对称的设计达到2倍的光学放大率。影像传感器采用单个像素尺寸1微米的型号。发光二极管采用3颗发白光的型号和3颗发紫外光的型号环绕显微镜头间隔排列。环状导光部件及散射环也采用能透过可见光和紫外光的材料，发光二极管发出的可见光和紫外光可以分别均匀照射在显微镜头的视场。滤光片采用红外截止片阻止红外光在影像传感器上的干扰。这样得到一个可以用于各种便携终端的超薄的显微摄像头模块。此显微摄像头模块具有约0.5微米的分辨率，并且其具有可见光和紫外光照明的功能。

实施例7

与实施例2类似，如图4所示，将上述实施例6得到的一个显微摄像头模块和一个普通广角摄像头模块集成到一个便携终端上，从而得到一个具有双摄像头的便携终端。便携终端的显示屏幕的尺寸为影像传感器的尺寸的30倍。便携终端的图像处理软件有1-6倍的数码放大倍数。这样，得到具有显微观察和拍摄功能并且能够拍摄通常人物风景等场景的便携终端。此便携终端具有约0.5微米的分辨率，60至360倍的总放大倍数，而且可以通过白光和紫外光进行照明，便于观察具有荧光特性的微小物体。同时此便携终端可以进行普通场景的拍摄。

以上对本发明优选的实施例进行了图示和说明。但是本发明并不受上述实施例的局限。显然，在不脱离本发明权利要求书所请求的本发明主旨的前提下，其能够被本发明所属技术领域中的具有基本知识的人实现多样的变形实施。

Claims (8)

1.一种显微摄像头模块，其特征在于，由上至下包括：照明部，显微镜头，对焦机构，滤光片，影像传感器；其中所述显微镜头具有至少为1的光学放大率；照明部环绕显微镜头布置。

2.如权利要求1所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述照明部包括：

成环形排布的发光二极管，发出照明光线；

环状导光部件，位于发光二极管的上面，将发光二极管发出的光线导向被摄体；

散射环，位于导光部件的前端，将发光二极管发出的光线散射均匀照射到被摄体。

3.如权利要求2所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述导光部件的发射面形成为凹凸面，以使发射的光线不会再次向导光部件的内部反射，而向外部发射。

4.如权利要求2所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述发光二极管，至少可以发出可见光，紫外光和红外光中的一种光线。

5.如权利要求1所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述显微镜头包括：

镜筒；

安装在镜筒内的一组完全对称或近似对称的镜片。

6.如权利要求1所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述对焦机构为音圈马达，步进马达和微型直流马达的一种；优选的为音圈马达。

7.如权利要求1所述的显微摄像头模块，其特征在于，

所述滤光片根据照明光源选定其通过特定波长的光。

8.一种具有显微拍摄功能的便携终端，其特征在于，

包括：便携终端；记载于所述权利要求1至7中的某一项的显微摄像头模块；所述显微摄像头模块被安装到所述便携终端；所述显微摄像头模块生成的影像处理为数字图像。

Images