CN115134495A - 图像传感器、摄像头、电子装置和成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器、摄像头、电子装置和成像方法。图像传感器包括像素阵列、透光的柔性膜层和驱动器件，所述柔性膜层与所述像素阵列层叠设置；所述驱动器件设置在所述柔性膜层上，所述驱动器件能够改变所述柔性膜层的曲率，以矫正镜头的场曲。本申请实施方式的图像传感器具有曲率可变的柔性膜层，图像传感器可利用驱动器件改变柔性膜层的曲率，进而可将图像传感器的曲率改变；图像传感器的曲率改变能够将镜头在显微拍摄时产生的场曲进行校正，使得图像成像清晰。

Description

图像传感器、摄像头、电子装置和成像方法

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种图像传感器、摄像头、电子装置和成像方法。

背景技术

相关技术中，为提高手机第三颗镜头的使用频率，部分手机的第三颗镜头可以兼容微距拍摄和显微拍摄双重功能。然而，镜头设计是以微距拍摄为最优的拍摄物距，在镜头处于显微拍摄时，镜头会产生较大的场曲，从而带来图像模糊问题。

发明内容

本申请提供一种图像传感器、摄像头、电子装置和成像方法。

本申请实施方式的图像传感器包括像素阵列、透光的柔性膜层和驱动器件，所述柔性膜层与所述像素阵列层叠设置；所述驱动器件设置在所述柔性膜层上，所述驱动器件能够改变所述柔性膜层的曲率，以矫正镜头的场曲。

本申请实施方式的图像传感器具有曲率可变的柔性膜层，图像传感器可利用驱动器件改变柔性膜层的曲率，进而可将图像传感器的曲率改变；图像传感器的曲率改变能够将镜头在显微拍摄时产生的场曲进行校正，使得图像成像清晰。

本申请实施方式的摄像头包括上述实施方式所述的图像传感器和镜头，所述镜头用于在所述图像传感器上成像。

本申请实施方式的摄像头通过镜头在图像传感器上成像可实现对物体进行显微距离的清晰拍摄，图像传感器能够对镜头与物距处于显微距离时校正镜头产生的场曲，从而使得摄像头拍摄处的图像成像清晰。

本申请实施方式的电子装置包括上述实施方式所述的摄像头。

本申请实施方式的电子装置通过设置有摄像头能够实现显微距离拍摄并提升电子装置的在显微距离拍摄下的成像效果。

本申请实施方式的成像方法包括：

获取所述摄像头的图像传感器和镜头之间的距离，所述图像传感器包括像素阵列和透光的柔性膜层，所述柔性膜层与所述像素阵列层叠设置；

在所述距离大于预定距离的情况下，改变所述柔性膜层的曲率以矫正所述镜头的场曲。

本申请实施方式的成像方法获取并判断图像传感器与镜头之间的距离与预定距离的对比，实现对图像传感器的柔性膜层的曲率改变，从而可以校正摄像头在显微拍摄距离下镜头产生的场曲，进而使得摄像头拍摄出的图像更清晰。

本申请实施方式的电子装置包括摄像头和处理器，所述处理器用于上述实施方式所述的成像方法的步骤。

本申请实施方式的电子装置通过设置有能够实现上述成像方法的处理器能够控制摄像头实现不同拍摄距离下的成像效果的提升。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的图像传感器的平面示意图；

图2是本申请实施方式的图像传感器的柔性膜层弯曲时的平面示意图；

图3是本申请实施方式的图像传感器在镜头距离物体为显微距离时接收光线的示意图；

图4是本申请实施方式的图像传感器的某一部分结构示意图；

图5是本申请实施方式的图像传感器的另一部分结构示意图；

图6是本申请实施方式的滤波阵列的平面示意图；

图7是本申请实施方式的摄像头的处于微距距离拍摄的平面示意图；

图8是本申请实施方式的摄像头的处于显微距离拍摄的平面示意图；

图9是本申请实施方式的电子装置的结构示意图；

图10是本申请实施方式的成像方法的流程示意图；

图11是本申请实施方式的成像方法的流程示意图。

主要元件符号说明：

电子装置1000；

摄像头100；

图像传感器10、像素阵列11、柔性膜层12、微透镜阵列121、驱动器件13、压电器件131、支撑层14、滤光阵列141、红色滤光片1411、绿色滤光片1412、蓝色滤光片1413、柔性连接体15、镜头20、光线30；

处理器200；

物体2000。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1和图2，本申请实施方式的图像传感器10包括像素阵列11、透光的柔性膜层12和驱动器件13，柔性膜层12与像素阵列11层叠设置；驱动器件13设置在柔性膜层12上，驱动器件13能够改变柔性膜层12的曲率，以矫正镜头20的场曲。

本申请实施方式的图像传感器10具有曲率可变的柔性膜层12，图像传感器10可利用驱动器件13改变柔性膜层12的曲率，进而可将图像传感器10的曲率改变；图像传感器10的曲率改变能够将镜头20在显微拍摄时产生的场曲进行校正，使得图像成像清晰。

具体地，图像传感器10可以是应用在手机、数码相机等具有拍摄功能的电子设备中的感光元件，图像传感器10可将光信号转换为电信号。像素阵列11可以是图像传感器10中用于感光并进行光电转换的区域，像素阵列11可与柔性膜层12呈上下层叠的设置，像素阵列11可位于柔性膜层12的下方。柔性膜层12可以是具有柔性的薄膜层，可采用玻璃等材质制成，柔性膜层12的厚度可以是约5微米左右。

驱动器件13可以是通过自身形变等方式驱动柔性膜层12发生弯曲从而改变柔性膜层12曲率的装置。驱动器件13可设置在柔性膜层12上，例如，可设置在柔性膜层12背离像素阵列11的一侧表面上。

可通过图3来进一步说明，当镜头20与物体2000平面之间的距离为显微距离。例如：物距为5mm时，物体2000发出的光线30通过镜头20聚焦至图像传感器10上。由于镜头20产生的场曲使得部分光线30透过镜头20聚焦在柔性膜层12未弯曲的图像传感器10的后侧，使得图像出现模糊。此时，驱动器件13可驱动柔性膜层12发生弯曲从而改变图像传感器10的曲率，图像传感器10曲率发生改变后，物体2000发出的光线30能够全部聚焦在图像传感器10上，解决了图像模糊问题，使得图像清晰。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，驱动器件13包括压电器件131，在向压电器件131施加电压的情况下，压电器件131产生形变以带动柔性膜层12产生形变。

如此，采用施加电压的方式能够较快的控制压电器件131产生形变，提升柔性膜层12的形变速度，进而可以提升图像传感器10对镜头20产生场曲的校正速度。

具体地，压电器件131可以是压电执行器，例如，压电器件131可以是压电薄膜，并通过薄膜式压电技术实现自身的形变。示例性地，当向压电器件131施加为0V的电压时，压电器件131本身不产生变化，柔性膜层12不会发生形变(如图1所示)；当向压电器件131施加为40V的电压时，压电器件131自身发生形变，当压电器件131发生形变时会带动柔性膜层12发生形变，进而可以使柔性膜层12发生形变，柔性膜层12的形变可以是柔性膜层12的中间区域相比未形变时呈凸出状(如图2所示)。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，压电器件131设置在柔性膜层12的边缘位置。

如此，设置在柔性膜层12边缘的压电器件131不会阻挡柔性膜层12中间位置的透光率，使得透过柔性膜层12接触像素阵列11的光量正常。

具体地，压电器件131可设置在柔性膜层12的外边缘侧，压电器件131可围绕柔性膜层12的外边缘位置连接在柔性膜层12上。

请参阅图4，在某些实施方式中，柔性膜层12上形成有微透镜阵列121，微透镜阵列121用于向像素阵列11聚光。

如此，微透镜阵列121设置在柔性膜层12上实现向像素阵列11聚光，可以提高像素阵列11的填充因子，从而提升图像传感器10的成像效果。

具体地，微透镜阵列121包括多个子透镜，多个子透镜可呈阵列排布，多个子透镜的直径可以是纳米级或毫米级。微透镜阵列121可通过子透镜实现并行的屈光聚焦。

请参阅图4，在某些实施方式中，微透镜阵列121形成在柔性膜层12背离像素阵列11的表面上。如此，微透镜阵列121的设置可使聚焦后的光路方向朝向像素阵列11上照射。

具体地，微透镜阵列121可设置在柔性膜层12背离像素阵列11的一侧上，微透镜阵列121上的子透镜的凸面可背离柔性膜层12向上凸起，使得微透镜阵列121具有聚光作用。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，图像传感器10还包括支撑层14和柔性连接体15，支撑层14设置在像素阵列11上，柔性连接体15连接柔性膜层12和支撑层14，柔性连接体15随着柔性膜层12的形变而形变。

如此，支撑层14可支撑柔性连接体15，柔性连接体15跟随柔性膜层12形变产生对应的形变可实现对光线的聚焦位置的相应改变，从而使得图像传感器10具备自动的对焦能力。

具体地，支撑层14可设置在像素阵列11上方，支撑层14可以是玻璃材质制成的具有支撑作用的结构层。柔性连接体15的一端可连接支撑层14，背离与支撑层14连接的一端可连接柔性膜层12。柔性连接体15可以是由高分子结构形成的聚合物，可跟随柔性膜层12产生的形变而发生自身的形变。

请参阅图5和图6，在某些实施方式中，支撑层14形成有滤光阵列141，滤光阵列141包括红色滤光片1411、绿色滤光片1412和蓝色滤光片1413。

如此，支撑层14上形成的滤光阵列141可对进入像素阵列11的光线的颜色进行过滤。由于像素阵列11无法区分光线的色彩，因此，设置滤光阵列141可以帮助像素阵列11实现对光线颜色的区分。

具体地，滤光阵列141可以理解为对不同色彩光线的波长进行过滤的阵列，滤光阵列141可将进入像素阵列11的光线进行分通道滤波。可以理解，滤光阵列141相当于对入射信号进行调制，通常采用的调制模式为拜耳阵列。滤光阵列141可包括红色滤光片1411、绿色滤光片1412和蓝色滤光片1413。如图6所示，当滤光阵列141采用拜耳阵列时，由R，G，B三个通道组成，R可代表为红色滤光片1411、G可代表绿色滤光片1412、B可代表蓝色滤光片1413。R，G，B三个通道的密度可分别为1/4，1/2，1/4；光线经过滤光阵列141的调制后可入射到像素阵列11上进行光电转换和模数转换。

请参阅图7和图8，本申请实施方式的摄像头100包括上述实施方式的图像传感器10和镜头20，镜头20用于在图像传感器10上成像。

本申请实施方式的摄像头100通过镜头20在图像传感器10上成像可实现对物体2000进行显微距离的清晰拍摄，图像传感器10能够对镜头20与物距处于显微距离时校正镜头20产生的场曲，从而使得摄像头100拍摄处的图像成像清晰。

具体地，摄像头100可以是具有微距、显微等多种拍摄功能的摄像头100。镜头20可以是由玻璃透镜组成的光学元件。镜头20可设置在图像传感器10上方，镜头20可将摄像头100需要拍摄的景物图像进行采集并传递至图像传感器10上成像。

请参阅图7和图8，在某些实施方式中，镜头20能够相对于图像传感器10沿镜头20的光轴移动以改变摄像头100的拍摄模式。

如此，通过镜头20相对图像传感器10移动的方式可实现摄像头100在不同物距下的拍摄模式的调节，因此，摄像头100经过调节后能够提升不同模式下的拍摄效果。

具体地，镜头20设置在图像传感器10的上方，镜头20可正对于图像传感器10。镜头20可连接有马达等动力装置，动力装置可用于驱动镜头20沿光轴方向进行移动。光轴方向可以是镜头20接收光线的中心轴线方向。

示例性地，如图7所示，被拍摄的物体2000至镜头20的上表面的距离为L1，L1可以是微距距离，例如，镜头20与被拍摄的物体2000距离L1为30毫米时可视为微距距离。如图8所示，当摄像头100需要将拍摄模式切换为显微模式或被拍摄的物体2000至镜头20上表面的距离L2小于微距距离L1的情况下，例如，镜头20与被拍摄的物体2000距离L2为处于5毫米的显微距离时，镜头20可在马达的驱动下相对于图像传感器10沿光轴向背离图像传感器10的方向运动。例如，镜头20移动的距离可以是840微米。而此时的镜头20的外视场场曲较大，边缘视场场曲可接近30μm。

请结合图3，图像传感器10会相应的改变曲率使得镜头20获取的图像在图像传感器10上形成清晰的成像。

请参阅图9，本申请实施方式的电子装置1000包括上述实施方式的摄像头100。

本申请实施方式的电子装置1000通过设置有摄像头100能够实现显微距离拍摄并提升电子装置100的在显微距离拍摄下的成像效果。

具体地，电子装置1000可以是具有拍照功能的终端设备。例如，电子装置1000可以包括智能手机、平板、电脑、数码相机或其他具有拍照功能的终端设备。摄像头100可设置在电子装置1000上，用来实现电子装置1000的拍摄功能，例如，手机的后置摄像头，数码相机的摄像头等。

请参阅图10并结合图7和图8，本申请实施方式的成像方法包括：

S10：获取摄像头100的图像传感器10和镜头20之间的距离，图像传感器10包括像素阵列11和透光的柔性膜层12，柔性膜层12与像素阵列11层叠设置；

S20：在距离大于预定距离的情况下，改变柔性膜层12的曲率以矫正镜头20的场曲。

本申请实施方式的成像方法获取并判断图像传感器10与镜头20之间的距离与预定距离的对比，实现对图像传感器10的柔性膜层12的曲率改变，从而可以校正摄像头100在显微拍摄距离下镜头20产生的场曲，进而使得摄像头100拍摄出的图像更清晰。

具体地，实现成像方法可首先采取步骤S10，通过摄像头100内软件和硬件的配合可获取图像传感器10与镜头20之间的距离，然后可采用步骤S20，由于软件设计中可预设有预定距离数值，通过判断距离大于预定距离可判断摄像头100处于显微拍摄的场景。因此，在判断出距离大于预定距离情况后，图像传感器10中的柔性膜层12可被驱动器件13驱动进行曲率改变，从而可校正镜头20在显微拍摄距离下的场曲。

请参阅图11并结合图7和图8，在某些实施方式中，获取摄像头100的图像传感器10和镜头20之间的距离(步骤S10)包括：

S11：读取马达的工作数值，马达用于驱动镜头20沿镜头20的光轴移动；

S12：基于工作数值与镜头20的位置关系，根据工作数值确认距离。

如此，成像方法利用马达驱动镜头20形成的关系可分析得到图像传感器10与镜头20的距离数据。

具体地，成像方法为实现步骤S10，可先采取步骤S11，读取马达的工作数值。可以理解，马达用于驱动镜头20沿镜头20的光轴移动，为便于数值的获取，通过把马达移动过程对应的镜头20对焦距离与工作数值的实际对应关系找到，然后可将对应关系在摄像头100模组设计过程中预先烧录在模组的只读存储器中，因此，可在马达移动过程中直接读取到工作数值。

然后可采取步骤S12，不同的工作数值可对应的镜头20与图像传感器10之间的不同距离，因此，基于工作数值可对应得到镜头20与图像传感器10之间的距离。

综上，成像方法的实现过程可采用如下示例来具体说明：

当镜头20处于与物体2000之间为微距拍摄状态下，工作数值可为100，当镜头20处于与物体2000之间为显微状态下，工作数值可为900，两者的数据可在摄像头100生产时即烧录在模组的只读存储器内。预定数值可以是摄像头100接近显微状态下的数值，例如，预定数值为800。当马达驱动镜头20移动开始对焦的过程中可以实时的读取到工作数值的变化，当工作数值大于预定数值时，即可改变柔性膜层12的曲率以矫正镜头20的场曲，再实现摄像头100拍摄的清晰成像。

请参阅图9，本申请实施方式的电子装置1000包括摄像头100和处理器200，处理器200用于上述实施方式的成像方法的步骤。

本申请实施方式的电子装置1000通过设置有能够实现上述成像方法的处理器200能够控制摄像头100实现不同拍摄距离下的成像效果的提升。

具体地，处理器200可设置在电子装置1000内，处理器200可连接摄像头100内部的模组，处理器200可用于控制摄像头100配合电子装置1000实现不同拍摄距离的切换及对成像效果的调整等功能。

处理器200可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

像素阵列；

透光的柔性膜层，所述柔性膜层与所述像素阵列层叠设置；

驱动器件，所述驱动器件设置在所述柔性膜层上，所述驱动器件能够改变所述柔性膜层的曲率，以矫正镜头的场曲。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述驱动器件包括压电器件，在向所述压电器件施加电压的情况下，所述压电器件产生形变以带动所述柔性膜层产生形变。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述压电器件设置在所述柔性膜层的边缘位置。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述柔性膜层上形成有微透镜阵列，所述微透镜阵列用于向所述像素阵列聚光。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述微透镜阵列形成在所述柔性膜层背离所述像素阵列的表面上。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括支撑层和柔性连接体，所述支撑层设置在所述像素阵列上，所述柔性连接体连接所述柔性膜层和所述支撑层，所述柔性连接体随着所述柔性膜层的形变而形变。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述支撑层形成有滤光阵列，所述滤光阵列包括红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片。

8.一种摄像头，其特征在于，包括：

权利要求1-7任一项所述的图像传感器；

镜头，所述镜头用于在所述图像传感器上成像。

9.根据权利要求8所述的摄像头，其特征在于，所述镜头能够相对于所述图像传感器沿所述镜头的光轴移动以改变所述摄像头的拍摄模式。

10.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求8或9所述的摄像头。

11.一种成像方法，用于摄像头，其特征在于，所述成像方法包括：

获取所述摄像头的图像传感器和镜头之间的距离，所述图像传感器包括像素阵列和透光的柔性膜层，所述柔性膜层与所述像素阵列层叠设置；

在所述距离大于预定距离的情况下，改变所述柔性膜层的曲率以矫正所述镜头的场曲。

12.根据权利要求11所述的成像方法，其特征在于，所述获取所述摄像头的图像传感器和镜头的之间的距离包括：

读取马达的工作数值，所述马达用于驱动所述镜头沿所述镜头的光轴移动；

基于工作数值与所述镜头的位置关系，根据所述工作数值确认所述距离。

13.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括摄像头和处理器，所述处理器用于实现权利要求11或12所述的成像方法的步骤。

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