CN112055134A - 图像采集装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像采集装置及电子设备，图像采集装置包括：光源部件；传感器部件，所述传感器部件具有相对的第一面和第二面，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相对设置；以及光学元件，所述光学元件与所述传感器部件的第二面相对设置；其中，所述光源部件发射的光线经待采集物体散射至所述光学元件,并经所述光学元件反射后被所述传感器部件的第二面接收，所述传感器部件的第二面为感光面。本发明技术方案能够减小图像采集装置的器件厚度。

Description

图像采集装置及电子设备
本申请要求2019年6月5日提交中国专利局、申请号为201910495911.9、发明名称为“图像采集装置及电子设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，具体地涉及一种图像采集装置及电子设备。
背景技术
在现有的电子设备中，例如手机屏幕、虚拟现实眼镜等，需要对屏幕前的物体，例如眼睛或手指等进行成像以及定位，以更好的完成屏幕画面的展示。
现有技术中，对于屏幕前物体的成像，光学成像已成为一大趋势。如图1所示，成像部件103通常是放置于显示屏101下方一定距离处。物体100的散射光经显示屏100和透镜102后，在成像部件103上成像。
但是，现有的终端屏幕结构中，整个图像采集装置的整体厚度较厚，体积较大，应用范围受限。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何同时实现屏幕显示与屏幕感知，并减小图像采集装置的器件厚度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像采集装置，图像采集装置包括：光源部件；传感器部件，所述传感器部件具有相对的第一面和第二面，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相对设置；以及光学元件，所述光学元件与所述传感器部件的第二面相对设置；其中，所述光源部件发射的光线经待采集物体散射至所述光学元件,并经所述光学元件反射后被所述传感器部件的第二面接收，所述传感器部件的第二面为感光面。
可选的，所述光学元件包括第一光学元件和第二光学元件，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿所述传感器部件的表面方向并列设置。
可选的，所述光源部件包括第一光源区域和第二光源区域，所述传感器部件包括第一传感器区域和第二传感器区域，所述第一传感器区域与所述第一光源区域相对设置，所述第二传感器区域与所述第二光源区域相对设置，所述第一光学元件与所述第一传感器区域相对设置，所述第二光学元件与所述第二传感器区域相对设置。
可选的，所述图像采集装置还包括：第三光学元件和第四光学元件，所述第三光学元件和第四光学元件位于所述光源部件的背对所述传感器部件的一侧，其中，所述待采集物体散射的光线经所述第三光学元件到达所述第一光学元件，所述待采集物体散射的光线经所述第四光学元件到达所述第二光学元件。
可选的，所述光学元件包括凹面镜，所述凹面镜将所述光源部件上方的所述待采集物体通过几何光学原理成像于所述传感器部件。
可选的，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相贴合。
可选的，所述待采集物体与所述光源部件非接触。
可选的，所述光源部件包括显示面板。
可选的，所述光源部件选自：液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏以及微发光二极管显示屏。可选的，所述待采集物体包括眼球、手势或人脸。
可选的，所述传感器部件的第二面包括感光像素。
为解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种电子设备，电子设备包括：上述图像采集装置；处理器，所述处理器与所述图像采集装置耦合，并适于接收所述图像采集装置采集到的待采集物体的图像。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种图像采集装置，包括：光源部件；传感器部件，所述传感器部件具有相对的第一面和第二面，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相对设置；以及光学元件，所述光学元件与所述传感器部件的第二面相对设置；其中，所述光源部件发射的光线经待采集物体散射至所述光学元件,并经所述光学元件反射后被所述传感器部件的第二面接收。所述传感器部件的第二面适于接收经待采集物体散射的光线，并进行光电转换，从而实现图像采集功能，避免使用额外的摄像头器件，通过光路在光学器件与传感部件之间的反折，将器件厚度减小约一半，进而降低成本。
进一步地，所述光学元件的数量为两个，两个光学元件并列地位于所述传感器部件的第二面下方。本发明技术方案中，通过设置两个光学元件，可以使得待采集物体在传感器部件的不同位置形成具有一定距离的成像，从而能够形成三维成像。
进一步地，所述图像采集装置还包括第三光学元件和第四光学元件，所述第三光学元件和所述第四光学元件位于所述光源部件上方，其中，所述待采集物体散射的光线经所述第三光学元件折射后，透过所述光源部件和传感器部件到达所述第一光学元件，所述待采集物体散射的光线经所述第四光学元件折射后，透过所述光源部件和传感器部件到达所述第二光学元件。本发明技术方案中通过设置所述第三光学元件和第四光学元件，可以在待采集物体与光源部件的距离较近时，使待采集物体能够在传感器部件的感光面成像。
附图说明
图1是现有技术一种图像采集装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一种图像采集装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图；
图4是本发明实施例的又一种图像采集装置的示意图；
图5是本发明实施例的再一种图像采集装置的示意图；
图6是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图；
图7是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有的终端屏幕结构中，整个图像采集装置的整体厚度较厚，体积较大，应用范围受限。
本发明实施例提供一种图像采集装置，包括：光源部件；传感器部件，所述传感器部件具有相对的第一面和第二面，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相对设置；以及光学元件，所述光学元件与所述传感器部件的第二面相对设置；其中，所述光源部件发射的光线经待采集物体散射至所述光学元件,并经所述光学元件反射后被所述传感器部件的第二面接收，所述传感器部件的第二面为感光面，所述传感器部件的第二面适于接收经待采集物体散射的光线，并进行光电转换，从而实现图像采集功能，避免使用额外的摄像头器件，通过光路在光学器件与传感部件之间的反折，将器件厚度减小约一半，进而降低成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明实施例一种图像采集装置的结构示意图。
在本实施例中，图像采集装置可以包括光源部件201、传感器部件202和光学元件203。具体地，所述光学元件203可以是凹面镜。
其中，所述光源部件具有相对的第一面201a和第二面201b；传感器部件202所述传感器部件202具有相对的第一面202a和第二面202b，所述传感器部件202的第一面202a与所述光源部件201的第二面201b贴合，所述传感器部件202位于所述光源部件201的第二面201b下方，所述传感器部件202的第二面202b为感光面；凹面镜203位于所述传感器部件202下方；其中，待采集物体200散射的光线经所述凹面镜203反射后聚焦至所述传感器部件202的第二面202b。
在一些实施例中，所述凹面镜203为非透镜。
在具体实施中，待采集物体200可以是眼球、手指等能够操作屏幕的部位，也可以是其他任意可实施的3D物体，例如3D人脸，本发明实施例对此不作限制。
在具体实施中，传感器部件202的第一面202a与所述光源部件201的第二面201b贴合。所述贴合是指，传感器部件202的第一面202a与所述光源部件201的第二面201b之间的距离在误差允许范围内为0。
在具体实施中，所述传感器部件202位于所述光源部件201的第二面201b下方。其中，所述下方是指：沿所述光源部件201的第一面201a指向第二面201b的方向。光学元件203位于所述传感器部件202下方，其中，所述下方是指沿所述传感器部件202的第一面202a指向第二面202b的方向。
换言之，所述图像采集装置从上至下依次包括：光源部件201、传感器部件202和光光学元件203。
在一个实施例中，所述传感器部件202可以用于获取光线，可以包括有多个感光单元(图未示)。
具体实施中，光线可以穿过光源部件201和传感器部件202，经过光学元件203反射后进入到传感器部件202的感光面。
本发明实施例中所述传感器部件202的第二面202b为感光面，待采集物体200的散射光能够经过光学元件203反射后聚焦至所述传感器部件202的感光面，从而在传感器部件202的感光面成像，避免使用额外的摄像头器件，通过光路在光学器件与传感部件之间的反折，将器件厚度减小约一半，进而降低成本。
在一个具体应用场景中，光源部件201可以是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示像素(Display Pixels)，传感器部件202可以是光电二极管(Photo-Diode)像素(Pixels)。
在一个非限制性的实施例中，所述光学元件203将所述光源部件201上方的所述待采集物体200通过几何光学原理成像于所述传感器部件202。
关于几何成像原理的相关技术原理请参照已有技术，本发明实施例对此不作限制。
在一个非限制性的实施例中，所述传感器部件202的第一面202a与所述光源部件201的第二面201b通过光学胶直接贴合。
在一个非限制性的实施例中，所述待采集物体200与所述光源部件201非接触。
本实施例中的待采集物体200可以不与光源部件201相接触，从而可以实现远场成像。
在一些实施例中，所述传感器部件202的第一面202a的部分区域设置有遮挡层(未示出)，所述遮挡层不透光。所述待采集物体200的散射光线经过所述传感器部件202的第一面202a的透光区域(即未设置有所述遮挡层的区域)入射至所述光学元件203，所述光源部件201设置于所述遮挡层上。在一些实施例中，所述未设置有所述遮挡层的区域为透光层，所述透光层为非空气层，例如所述透光层的折射率接近于所述光源部件201和所述传感器部件202的折射率。具体地，所述遮挡层可以为电极，所述光源部件201直接贴合于所述遮挡层上。
请参照图3，相较于图2所示的图像采集装置，图3所示的图像采集装置中光学元件的数量为两个，也即第一光学元件2031和第二学元件2032。所述第一光学元件2031和所述第二光学元件2032并列地位于所述传感器部件202下方。
本实施例中，对于待采集物体200上的同一点A，其散射光线可以穿过光源部件201和传感器部件202，经过第一光学元件2031反射后进入到传感器部件202的感光面，在位置B处形成一个成像点；其散射光线还可以穿过光源部件201和传感器部件202，经过第二光学元件2032反射后进入到传感器部件202的感光面，在位置C处形成一个成像点。
在一些实施例中，所述第一光学元件2031和所述第二光学元件2032均为凹面镜，以将光线会聚到所述传感器部件202的第二面202b。
本发明实施例中，通过设置两个光学元件，可以使得待采集物体200在传感器部件202的不同位置形成具有一定距离的成像，从而能够形成三维成像，对待采集物体200进行定位。
图3所示的图像采集装置中，光源部件201和传感器部件202可以一体成型，也就是说，光源部件201和传感器部件202可以是一个整体(in-cell)。
在一些实施例中，所述传感器部件202的第一面的部分区域设置有遮挡层(未示出)，所述遮挡层不透光。所述待采集物体200的散射光线经过所述传感器部件202的第一面202a的透光区域(即未设置有所述遮挡层的区域)入射至所述光学元件203，所述光源部件201设置于所述遮挡层上。在一些实施例中，所述未设置有所述遮挡层的区域为透光层，所述透光层为非空气层，例如所述透光层的折射率接近于所述光源部件201和所述传感器部件202的折射率。具体地，所述遮挡层可以为电极，所述光源部件201直接贴合于所述遮挡层上。
与图3所示的图像采集装置不同的是，图4所示的图像采集装置中，所述光源部件包括第一光源区域2011和第二光源区域2012，所述传感器部件包括第一传感器区域2021和第二传感器区域2022，所述第一传感器区域2021位于所述第一光源区域2011下方，所述第二传感器区域2022位于所述第二光源区域2012下方，所述第一光学元件2031位于所述第一传感器区域2021下方，所述第二光学元件2032位于所述第二传感器区域2022下方。
需要说明的是，本发明实施例所称面积相等是指两个面积在误差允许范围内相等。
具体实施中，第一光学元件2031能够将待采集物体200通过几何成像原理成像于第一传感器区域2021，第二光学元件2032能够将待采集物体200通过几何成像原理成像于第二传感器区域2022。
在一些实施例中，所述第一光学元件2031和所述第二光学元件2032可以为凹面镜。
进一步而言，请参照图5，图像采集装置还可以包括第三光学元件2041和第四光学元件2042。所述第三光学元件和所述第四光学元件位于所述光源部件201上方，其中，所述待采集物2001体散射的光线经所述第三光学元件2041折射后，透过所述光源部件2011和传感器部件2021到达所述第一光学元件2031的反射面，所述待采集物体2002散射的光线经所述第四光学元件2042折射后，透过所述光源部件2012和传感器部件2022到达所述第二光学元件2032的反射面。
在一些实施例中，所述第三光学元件2041和所述第四光学元件2042可以为凸透镜。在眼睛中对显示屏成像，可以让眼睛感觉浸入感。在VR/AR应用场景中，所述第三光学元件2041和所述第四光学元件2042可以是眼镜片，以将显示屏投射至眼睛。
本发明实施例中通过设置所述第三光学元件和所述第四光学元件，可以在待采集物体与光源部件的距离较近时，使待采集物体能够在传感器部件的感光面成像。
在一个具体应用场景中，图像采集装置可以用于增强现实(Augmented Reality，AR)、虚拟现实(Virtual Reality,VR)、混合现实(Mixed Reality,MR)等设备，例如头显设备、VR眼镜等。具体地，请参照图5，图5中a区域所示光线表示对眼球2001进行成像，也即对眼球2001进行定位的光线示意图；图5中b区域所示光线表示眼球2002观看光源部件的显示图像时的光线示意图。例如，可以利用眼球运动，结合显示内容，驱动鼠标等标识实现互动，从而同时实现屏幕显示与屏幕感知。无需额外的摄像头，减小器件厚度，降低成本。其中a区域对眼球的追踪可以用来针对眼球的位置做图像rendering(渲染),只在眼球对应特定区域做高清晰度计算，其他减少清晰度，用来提高整体运算性能。
在一个具体实施例中，光源部件201可以为显示面板，如液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏或微发光二极管显示屏。
在一个具体应用场景中，可以通过待采集物体在传感器部件202上的两个成像点的位置，以及待采集物体的散射光的入射角度确定待采集物体的位置。由此，在待采集物体为眼球的情况下，通过图像采集装置可以实现对眼球的定位和跟踪，从而可以针对眼球做图像渲染(rendering)，只在眼球对应特定区域做高清晰度计算，其他区域减少清晰度，用来提高整体运算性能。
进一步而言，在VR/AR/MR场景中，由于眼球的运动可以反映是用户对内容的反应，因此可以利用眼球运动，结合显示面板的显示内容，驱动鼠标等标识实现互动。通过眼球运动和显示内容的对应关系，增强显示内容针对性。
在另一个具体应用场景中，待采集物体还可以是用户的手，从而可以利用用户的手势运动，结合显示面板的显示内容，驱动鼠标等标识实现互动。
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备可以包括上述图2至图5所述的图像采集装置，以及处理器，所述处理器与所述图像采集装置耦合，并适于接收所述图像采集装置采集到的待采集物体200的图像。
图6是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图，左图是对两个眼球成像，右图是根据左图对两个眼球成像的结果，进行特定的显示，供两个眼球观看。该实施例是利用眼球运动来操控显示的一种方案，利用眼球运动，结合显示内容，驱动鼠标等标识实现互动。眼球的好处是可以追踪人对内容的反应。数据应用层面，通过眼球运动和显示内容的对应关系，增强显示内容针对性。本实施例能够同时实现屏幕显示与屏幕感知，无需额外的摄像头，减小器件厚度，降低成本。
图7是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图。左图是对手势的成像，右图是根据左图对手势成像的结果，进行特定的显示，供两个眼球观看。这是一种手势操控系统，利用手势运动，结合显示内容，驱动鼠标等标识实现互动。本实施例能够同时实现屏幕显示与屏幕感知，无需额外的摄像头，减小器件厚度，降低成本。虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：
光源部件；
传感器部件，所述传感器部件具有相对的第一面和第二面，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相对设置；以及
光学元件，所述光学元件与所述传感器部件的第二面相对设置；
其中，所述光源部件发射的光线经待采集物体散射至所述光学元件,并经所述光学元件反射后被所述传感器部件的第二面接收，所述传感器部件的第二面为感光面。
2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述光学元件包括第一光学元件和第二光学元件，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿所述传感器部件的表面方向并列设置。
3.根据权利要求2所述的图像采集装置，其特征在于，所述光源部件包括第一光源区域和第二光源区域，所述传感器部件包括第一传感器区域和第二传感器区域，所述第一传感器区域与所述第一光源区域相对设置，所述第二传感器区域与所述第二光源区域相对设置，所述第一光学元件与所述第一传感器区域相对设置，所述第二光学元件与所述第二传感器区域相对设置。
4.根据权利要求2所述的图像采集装置，其特征在于，还包括：
第三光学元件和第四光学元件，所述第三光学元件和第四光学元件位于所述光源部件的背对所述传感器部件的一侧，其中，所述待采集物体散射的光线经所述第三光学元件到达所述第一光学元件，所述待采集物体散射的光线经所述第四光学元件到达所述第二光学元件。
5.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述光学元件包括凹面镜，所述凹面镜将所述光源部件上方的所述待采集物体通过几何光学原理成像于所述传感器部件。
6.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件的第一面与所述光源部件相贴合。
7.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述待采集物体与所述光源部件非接触。
8.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述光源部件包括显示面板。
9.根据权利要求8所述的图像采集装置，其特征在于，所述光源部件选自：液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏以及微发光二极管显示屏。
10.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述待采集物体包括眼球、手势或人脸。
11.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件的第二面包括感光像素阵列。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
上述权利要求1至11中任一项所述的图像采集装置；
处理器，所述处理器与所述图像采集装置耦合，并适于处理所述图像采集装置采集到的待采集物体的图像。
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