CN112188066B - 摄像装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种摄像装置及电子设备。所公开的摄像装置包括感光芯片(100)、透镜机构(200)、折射率补偿层(330)、衍射结构(310)和滤光片(320)，其中：折射率补偿层(330)、衍射结构(310)和滤光片(320)依次设置于感光芯片(100)与透镜机构(200)之间，通过透镜机构(200)的环境光线可通过折射率补偿层(330)后被衍射结构(310)衍射，且经过衍射后的环境光线经过滤光片(320)投射至感光芯片(100)上。上述方案能够解决背景技术所述的电子设备的厚度与摄像装置的尺寸之间的矛盾。

Description

摄像装置及电子设备

技术领域

本申请属于通信设备技术领域，具体涉及一种摄像装置及电子设备。

背景技术

电子设备通常配置有摄像装置，进而实现摄像功能。随着用户的拍摄需求的提升，摄像装置的性能持续在优化。为了提升成像质量，电子设备配置的摄像装置的尺寸越来越大，进而能够实现更好的光学性能。

我们知道，电子设备向着轻薄化的方向发展，电子设备的厚度较难随意增加。在此种情况下，摄像装置越来越大的尺寸会与电子设备的轻薄化的需求产生矛盾，使得电子设备较难配置性能更优的摄像装置，很显然，这会影响电子设备的性能。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种摄像装置及电子设备，能够解决背景技术中所述的电子设备存在厚度与摄像装置的尺寸之间的矛盾。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例公开一种摄像装置，包括感光芯片、透镜机构、折射率补偿层、衍射结构和滤光片，其中：

所述折射率补偿层、所述衍射结构和所述滤光片依次设置于所述透镜机构与所述感光芯片之间，通过所述透镜机构的环境光线可通过所述折射率补偿层后被所述衍射结构衍射，且经过衍射后的所述环境光线经过所述滤光片投射至所述感光芯片上。

第二方面，本申请实施例公开一种电子设备，包括上文所述的摄像装置。

本申请实施例公开的摄像装置通过对相关技术中的摄像装置的结构进行改进，通过在透镜机构与感光芯片之间设置折射率补偿层与衍射结构，在环境光线通过衍射结构时，衍射结构对环境光线进行折射所产生的色差与衍射结构对环境光线进行衍射所产生的色差至少部分得到抵消。在此种情况下，衍射结构的设置使得摄像装置无需额外配置用于消除或平衡色差的镜片，此种结构能够使得摄像装置既能在消除色差时保证成像质量，又能减少摄像装置的镜片数量，进而能使得摄像模组的尺寸变小，最终能解决背景技术所述的摄像装置的尺寸大小与电子设备的厚度之间的矛盾。

与此同时，折射率补偿层能够对折射率进行补偿，进而可以降低衍射结构两侧的折射率差。折射率补偿层的使用使得衍射结构的设计更为灵活，可以更好的消除系统色差，从而提升成像质量。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种摄像装置的结构示意图；

图2为图1中虚线方框所围区域的放大示意图；

图3为本申请实施例公开的另一种摄像装置的结构示意图；

图4为图3中虚线方框所围区域的放大示意图。

附图标记说明：

100-感光芯片；

200-透镜机构、210-镜片支架、220-镜片；

310-衍射结构、311-基层、312-衍射凸起、311a-第一表面、311b-第二表面、311c-第三表面；

320-滤光片；

330-折射率补偿层、331-第四表面。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电子设备进行详细地说明。

请参考图1～图4，本申请实施例公开一种摄像装置，所公开的摄像装置可应用于电子设备。所公开的摄像装置包括感光芯片100、透镜机构200、折射率补偿层330、衍射结构310和滤光片320。

感光芯片100是摄像装置中用于成像的部件。在具体的拍摄过程中，所拍摄的物体反射的环境光线最终能够投射到感光芯片100上，感光芯片100的感光面可以将光信号转换为与光信号相对应的电信号，从而达到成像的目的。在通常情况下，感光芯片100可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合)器件，也可以是CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)器件，本申请实施例不限制感光芯片100的具体种类。

透镜机构200、折射率补偿层330、衍射结构310和滤光片320均为配光器件，在通常情况下，摄像装置还可以包括镜头支架，透镜机构200和衍射结构310均可以安装在摄像装置的镜头的镜筒中，然后通过镜头安装在镜头支架上，进而实现透镜机构200和衍射结构310的安装。当然，折射率补偿层330和滤光片320也可以安装在镜筒中，也可以直接安装在镜头支架上。

透镜机构200可以使得环境光线进入到摄像装置中，透镜机构200可以认为是摄像装置中较先供环境光线通过的结构，透镜机构200能够对环境光线进行光学调节，达到配光的目的。在本申请实施例中，透镜机构200可以包括普通的镜片220，例如凸透镜、凹透镜等，本申请实施例不限制透镜机构200所包含的镜片220的具体种类及数量。一种可选的方案中，透镜机构200可以包括镜片支架210和至少两个镜片220，至少两个镜片220安装在镜片支架210上，在此种情况下，镜片220与镜片支架210预先组装的整体可以安装在摄像装置的安装位置，进而实现更高效地安装。

在本申请实施例中，折射率补偿层330、衍射结构310和滤光片320依次设置于透镜机构200与感光芯片100之间，折射率补偿层330、衍射结构310和滤光片320也能够对环境光线进行光学调节，达到进一步配光的目的。在具体的工作过程中，环境光线可依次经过透镜机构200、折射率补偿层330、衍射结构310和滤光片320，通过透镜机构200的环境光线可在穿过折射率补偿层330后被衍射结构310衍射，且经过衍射后的环境光线经过滤光片320的滤光后投射至感光芯片100上，最终实现感光芯片100的感光。

由于光穿过透光件均会发生折射，因此在具体的工作过程中，衍射结构310能够对通过的环境光线进行衍射，也会对环境光线进行折射，根据折射和衍射的原理可知，对环境光线的折射和衍射的过程均会产生色差。由于衍射结构310既能够对环境光线进行折射，又能够对环境光线进行衍射，因此衍射结构310对环境光线进行折射时产生的色差与对环境光线进行衍射时产生的色差会相互抵消，从而能够缓解甚至消除拍摄过程中环境光线产生的色差，也就是说，衍射结构310能够等效于专门用于消除色差的镜片220。

滤光片320能够对经过的环境光线进行滤光，从而滤除不需要的杂色光，从而使得摄像装置拍摄的图像的质量更佳。经过透镜机构200和衍射结构310的环境光线能够穿过滤光片320后再投射至感光芯片100上。滤光片320的种类可以有多种，一种可选的方案中，滤光片320可以为红外滤光片，红外滤光片能够吸收经过透镜机构200、折射率补偿层330和衍射结构310的环境光线中的红外光，进而使得拍摄免受红外光的干扰。

在本申请实施例中，衍射结构310还能够调制光场，而且滤光片320更为靠近感光芯片100，因此衍射结构310等效出的镜片可以有效地调整透镜机构200的CRA(Chief rayangle，主光线角)，使之与感光芯片100的CRA实现较好的匹配。

本申请实施例公开的摄像装置通过对相关技术中的摄像装置的结构进行改进，通过在透镜机构200与感光芯片100之间设置折射率补偿层330与衍射结构310，在环境光线通过衍射结构310时，衍射结构310对环境光线进行折射所产生的色差与衍射结构310对环境光线进行衍射所产生的色差至少部分得到抵消。在此种情况下，衍射结构310的设置使得摄像装置无需额外配置用于消除或平衡色差的镜片，此种结构能够使得摄像装置既能在消除色差时保证成像质量，又能减少摄像装置的镜片220的数量，进而能使得摄像模组的尺寸变小，最终能解决背景技术所述的摄像装置的尺寸大小与电子设备的厚度之间的矛盾。

与此同时，折射率补偿层330能够对折射率进行补偿，进而可以降低衍射结构310两侧的折射率差。折射率补偿层330的使用使得衍射结构310的设计更为灵活，可以更好的消除系统色差，从而提升成像质量。

一种可选的方案中，折射率补偿层330可以为第二压印胶层，第二压印胶层可以为紫外光固化压印胶，本申请对第二压印胶层的材料不做具体限制。在此种情况下，折射率补偿层330可以通过在滤光片320上直接压印制成，此种折射率补偿层330的成型方法具有物料成本低、工艺难度较小等优势，使得折射率补偿层330的制造方法具有较强的可操作性，适合大批量的制造生产。

在本申请实施例公开的摄像装置中，衍射结构310与滤光片320相连，从而形成一个整体方便拆装，同时也使得衍射结构310与滤光片320组装后占用较小的空间，这进一步有利于摄像装置的小型化。具体的，衍射结构310可以朝向透镜机构200，如图1所示。当然，衍射结构310也可以与透镜机构200相背设置。

衍射结构310的成型方式有多种，例如，衍射结构310可以直接用光学塑料件或玻璃件通过机加工或注塑等方式成型。一种可选的方案中，衍射结构310可以为压印于滤光片320上的第一压印胶层，第一压印胶层可以为紫外光固化压印胶，也可以为热固性压印胶，本申请对第一压印胶层的材料不做具体限制。在此种情况下，衍射结构310可以通过在滤光片320上直接压印制成，此种衍射结构310的成型方法具有物料成本低、工艺难度较小等优势，使得衍射结构310的制造方法具有较强的可操作性，适合大批量的制造生产。需要说明的是，本申请实施例公开的摄像装置中，衍射结构310可以为一个，也可以为多个，在衍射结构310为多个的情况下，多个衍射结构310可以在环境光线的投射方向上依次设置，从而形成多级衍射，实现更好的衍射效果。本申请不对衍射结构310的具体数量进行限制。

在本申请实施例公开的摄像装置中，衍射结构310的折射率n_i1可以大于1.3RIU且小于1.9RIU(RIU，Refractive index unit，折射率单位)，经过检测，衍射结构310在此折射率范围内时，能够使得通过的环境光线实现较佳的折射效果，从而能够使得折射产生的色差较好地抵消衍射产生的色差，最终能够得到较好的成像质量。

在本申请实施例公开的摄像装置中，衍射结构310可以包括多个同心设置的衍射凸起312，多个同心设置的衍射凸起312形成衍射结构310，使得衍射结构310为锯齿状结构，衍射凸起312可以朝向透镜机构200的方向凸起。在衍射结构310的中心向远离中心的径向上，相邻的两个衍射凸起312的顶端之间的距离递减，进而使得衍射结构310的周期Λ从衍射结构310的中心到衍射结构310的边缘递减。在衍射结构310为圆形结构时，多个衍射凸起312为同心设置的环状凸起。

在进一步的技术方案中，相邻的两个衍射凸起312的顶端之间的距离(即衍射结构310的周期Λ)可以大于0.5μm且小于300μm，需要说明的是，衍射凸起312具有根部和顶部，衍射凸起312的顶部则为衍射凸起312的顶端，衍射凸起312的根部则为衍射凸起312的底端。经过检测，上述相邻的两个衍射凸起312的顶端之间的距离为上文所述的数值范围时，衍射凸起312能够较好地确保衍射效果，有助于衍射产生的色差更好地被折射产生的色差抵消。

在进一步的技术方案中，衍射凸起312的高度h_d可以大于0.1μm且小于30μm，经过检测，上述衍射凸起312的高度，能够较好地确保衍射效果。需要说明的是，衍射凸起312的高度，指的是衍射凸起312的底端至顶端方向上的尺寸。具体的，在衍射结构310的中心向远离该中心的径向上，衍射凸起312的高度递减或递增，当然，衍射结构310的所有衍射凸起312的高度均可以相等，如图1和图2所示。

本申请实施例中，衍射结构310还可以包括基层311，衍射凸起312可以设置于基层311上，基层311包括背离衍射凸起312的第一表面311a和朝向衍射凸起312的第二表面311b，第一表面311a可以是平面、凹面或凸面，具体面型可以是球面或非球面，本申请实施例不限制第一表面311a的具体面型。在背离衍射凸起312的第一表面311a为球面或非球面的情况下，能够更加优化衍射结构310的折射效果。基层311的厚度h_i1可以大于0.5μm且小于200μm。

为了提高结构的紧凑性及光学调节的一致性，第一表面311a可以与滤光片320相贴合。在滤光片320为平板状结构的情况下，第一表面311a则为平面。在第一表面311a为曲面的情况下，滤光片320朝向衍射结构310的表面可以与该曲面相适配，从而实现贴合装配。

在具体的方案中，基层311能够为衍射凸起312提供设置基础，从而使得衍射凸起312的强度较高，不易损坏。与此同时，基层311也方便衍射凸起312的成型。当然，基层311也为透光材料，需要能够确保环境光线的通过。具体的，基层311的材质与衍射凸起312的材质相同，均可以为玻璃材质、光学塑料等材料制成。

另一种具体的实施方式中，基层311的第二表面311b用于支撑衍射凸起312，第二表面311b是衍射结构310的基准面，第二表面311b可以是平面、球面或非球面，同样，本申请实施例不限制第二表面311b的具体面型。所有的多个衍射凸起312的顶端所在的表面为第三表面311c，所有的衍射凸起312的顶端均位于第三表面311c内。第一表面311a与第二表面311b均可以为平面、且平行，此种结构较为简单、易于制造。第三表面311c可以为平面，且与第二表面311b相平行。

一种具体的实施方式中，在第二表面311b为平面的情况下，衍射结构310的面型方程为以下公式(1)所示：

x_d＝(n-(C₂r²+C₄r⁴+C₆r⁶+…+C_2nr²ⁿ)/λ)×h_d (1)

公式(1)中，x_d为衍射结构310的各个点距衍射结构310的基准面的距离，该距离为沿光轴方向的距离，λ为环境光线的波长，r是环境光线距光轴的距离，光轴：指的是穿过衍射结构310的中心的轴线，n为衍射结构310所包括的自衍射结构310的中心向边缘计数的衍射环带数，也就是衍射凸起312的数量，在衍射凸起312为环状凸起的情况下，一个环状凸起为一个衍射环带，h_d为由标量衍射理论计算出的衍射结构310的高度，0.1μm<h_d<30μm，C_2n为2n次方的相位系数。

如图4所示，第二表面311b可以为非球面，第二表面311b为非球面能够更有效地调制光场，实现更好地成像效果。此种情况下，第三表面311c也可以为非球面。

在另一种具体的实施方式中，在第二表面311b为非球面的情况下，衍射结构310的面型方程为以下公式(2)所示：

公式(2)中，x_d为衍射结构310的各个点距衍射结构310的基准面的距离，该距离为沿光轴方向的距离，c为第二表面311b的曲率，K为圆锥常数，A_2n为2n次方的非球面系数，r是环境光线距光轴的距离，n为衍射结构310所包括的自衍射结构310的中心向边缘计数的衍射环带数，也就是衍射凸起312的数量，在衍射凸起312为环状凸起的情况下，一个环状凸起为一个衍射环带，h_d为由标量衍射理论计算出的衍射结构310的高度，即衍射凸起312的高度，也就是第三表面311c与第二表面311b之间的距离，0.1μm<h_d<30μm，φ为衍射结构310衍射产生的光程，可以由以下公式(3)计算。

φ＝(C₂r²+C₄r⁴+C₆r⁶+…+C_2nr²ⁿ)×2π/λ (3)

公式(3)中，C_2n为2n次方的相位系数，λ为环境光线的波长，r是环境光线距光轴的距离。

在又一种具体的实施方式中，在本申请实施例公开的摄像装置中，折射率补偿层330背离衍射结构310的表面为第四表面331，第四表面331也可以为非球面，第四表面331为非球面的情况下，第四表面331的面型方程为公式(4)所示：

公式(4)中，c为第四表面331的曲率，K为圆锥常数，A_2n为2n次方的非球面系数，r为环境光线距离光轴的距离，x为第四表面331的各个点与基面(第一基面)之间的距离，该基面为经过第四表面331的中心、且与光轴垂直的面，该距离为沿光轴方向的距离。

在本申请实施例中，衍射结构310的1级衍射为成像用衍射级次，而其它级次衍射光会成为眩光，进而对成像产生不良影响，为了使得1级衍射达到最大效率而削减眩光现象，衍射结构310的高度h_d根据衍射结构310和折射率补偿层330的折射率差Δn＝|n_i1-n_i2|并由标量衍射理论计算决定，其中，n_i1为衍射结构310的折射率，n_i2为折射率补偿层330的折射率。

在进一步的技术方案中，多个衍射凸起312的底端的端面均位于第二表面311b内，多个衍射凸起312的顶端可以均位于第三表面311c内，第二表面311b与第三表面311c平行，在此种情况下，衍射凸起312可以位于两个相互平行的平面内，使得衍射凸起312的分布以衍射结构310的中心为对称中心，从而使得衍射凸起312的分布呈现对称分布，进而有利于穿过透镜机构200的环境光线再次穿过衍射凸起312，并使得最终的环境光线能够更加集中地投射到感光芯片100上，从而完成摄像装置的整个拍摄过程。

本申请实施例公开的摄像装置中，包含衍射结构310在内的总镜片数量N可以满足4≤N≤9。其中，所有镜片的所有镜面中至少包含有4个非球面。

在本申请实施例公开的摄像装置中，折射率补偿层330的折射率n_i2可以大于1.3RIU且小于1.9RIU，或，折射率补偿层330的厚度h_i2可以大于0.5μm且小于1mm。经过检测，折射率补偿层330的折射率n_i2与厚度h_i2在上文所述的数值范围内时，能够较好地发挥折射率补偿层330的作用，即抵消衍射结构310产生的色差以及补偿衍射结构310产生的折射率，从而能够使得摄像装置得到较好的成像质量。

基于本申请实施例公开的摄像装置，本申请实施例公开一种电子设备，所公开的电子设备包括上文所述的摄像装置。

本申请实施例公开的电子设备可以是智能手机、微投影设备、AR(AugmentedReality，增强现实)设备、游戏机、电子书等，本申请实施例不限制电子设备的具体种类。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (13)

1.一种摄像装置，其特征在于，包括感光芯片(100)、透镜机构(200)、折射率补偿层(330)、衍射结构(310)和滤光片(320)，其中：

所述折射率补偿层(330)、所述衍射结构(310)和所述滤光片(320)依次设置于所述感光芯片(100)与所述透镜机构(200)之间，

所述衍射结构(310)包括多个同心设置的衍射凸起(312)和基层(311)，多个所述衍射凸起(312)设置于所述基层(311)上，所述基层(311)包括背离所述衍射凸起(312)的第一表面(311a)，所述第一表面(311a)与所述滤光片(320)相贴合，

所述衍射结构(310)为第一压印胶层，所述折射率补偿层(330)为第二压印胶层，所述衍射结构(310)分别与所述折射率补偿层(330)、所述滤光片(320)压印相连，

通过所述透镜机构(200)的环境光线可通过所述折射率补偿层(330)后被所述衍射结构(310)衍射，且经过衍射后的所述环境光线经过所述滤光片(320)投射至所述感光芯片(100)上。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述衍射结构(310)的折射率大于1.3RIU且小于1.9RIU。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，在所述衍射结构(310)的中心向远离所述中心的径向上，相邻的两个所述衍射凸起(312)的顶端之间的距离递减。

4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，相邻的两个所述衍射凸起(312)的顶端之间的距离大于0.5μm且小于300μm。

5.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，所述衍射凸起(312)的高度大于0.1μm且小于30μm。

6.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，所述基层(311)的厚度大于0.5μm且小于200μm。

7.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，所述基层(311)包括朝向所述衍射凸起(312)的第二表面(311b)，多个所述衍射凸起(312)的底端的端面均位于所述第二表面(311b)内，多个所述衍射凸起(312)的顶端均位于第三表面(311c)内。

8.根据权利要求7所述的摄像装置，其特征在于，所述第一表面(311a)和所述第二表面(311b)均为平面、且平行。

9.根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于，所述衍射结构(310)的面型方程为以下公式：

x_d＝(n-(C₂r²+C₄r⁴+C₆r⁶+…+C_2nr²ⁿ)/λ)×h_d

其中：r为所述环境光线距离光轴的距离，C_2n为2n次方的相位系数，λ为所述环境光线的波长，n为所述衍射结构(310)从中心向边缘计数的衍射环带数，0.1μm＜h_d＜30μm。

10.根据权利要求7所述的摄像装置，其特征在于，所述第二表面(311b)为非球面，所述衍射结构(310)的面型方程为以下公式：

其中，φ＝(C₂r²+C₄r⁴+C₆r⁶+…+C_2nr²ⁿ)×2π/λ，c为所述第二表面(311b)的曲率，K为圆锥常数，r为所述环境光线距离光轴的距离，A_2n为2n次方的非球面系数，C_2n为2n次方的相位系数，λ为所述环境光线的波长，n为所述衍射结构(310)从中心向边缘计数的衍射环带数，0.1μm＜h_d＜30μm，φ为衍射结构(310)衍射产生的光程。

11.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述折射率补偿层(330)背离所述衍射结构(310)的表面为第四表面(331)，在所述第四表面(331)为非球面的情况下，所述第四表面(331)的面型方程为以下公式：

其中：c为所述第四表面(331)的曲率，K为圆锥常数，A_2n为2n次方的非球面系数，r为所述环境光线距离光轴的距离。

12.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述折射率补偿层(330)的折射率大于1.3RIU且小于1.9RIU，或，所述折射率补偿层(330)的厚度大于0.5μm且小于1mm。

13.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的摄像装置。

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