CN211018954U - 一种分视场成像模组及终端设备 - Google Patents

一种分视场成像模组及终端设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开一种分视场成像模组及终端设备，包括：棱镜和至少两个成像模块；棱镜位于至少两个成像模块上方，棱镜用于调整从棱镜射出的光线方向与至少两个成像模块垂直；棱镜和至少两个成像模块之间设有透镜组，透镜组用于将物方视场光线分别汇聚到对应的成像模块上。通过棱镜不同角度的棱镜面将不同方向的视场光线分别调整为垂直光线，然后垂直光线分别射入对应的成像模块进行成像。棱镜的每个用于调整光线的棱镜面对应一个分视场区域，每个分视场区域对应一个成像模块。通过将目标物分成多个分视场在对应成像模块上分别成像，最终通过图像处理将各个成像模块上获取的目标物部分图像拼接成一个完整的目标物图像。

Description

一种分视场成像模组及终端设备
本申请要求于2019年8月16日提交中国国知局、申请号为201921333662.5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
本申请涉及显示屏技术领域，具体涉及一种分视场成像模组及终端设备。
背景技术
现有的移动终端，如手机等，希望做到全面屏设计，并且将指纹识别和前置摄像头集成于显示屏下同时不影响显示。现有技术中已经有将指纹识别集成于显示屏下的技术，例如在先专利CN201710086890.6中提出了一种矩阵式小孔成像系统(Matrix PinholeImaging System，MAPIS)，用于近距离采集物体表面图像，如指纹图像、人脸图像等。MAPIS可以被应用在手机、平板电脑、智能手环等多种电子设备中。
MAPIS一般包括小孔板和图像传感器。在小孔板上开设有多个成像孔。图像传感器设置在小孔板的一侧，并且与成像孔的位置对应。这样，根据小孔成像原理，小孔板另一侧的目标物上的光线，就可以穿过成像孔，在图像传感器上形成目标物的倒立的像。穿过每一个成像孔的光线都可以在图像传感器上形成一个相应的像，将这多个像进行拼接，就可以得到一个相对完整的关于目标物的图像。
但是，由于成像孔的透过率是有限的，通过成像孔的光线强度减小，难以被图像传感器接收，容易淹没在图像传感器的热噪声之中。
实用新型内容
本申请提供一种分视场成像模组及终端设备，以解决上述技术问题。
在本身请第一方面公开一种分视场成像模组，包括：棱镜1和至少两个成像模块2；
所述棱镜1位于所述至少两个成像模块2上方，所述棱镜1用于调整从所述棱镜1射出的光线方向与所述至少两个成像模块2垂直；
所述棱镜1和所述至少两个成像模块2之间设有透镜组3，所述透镜组3用于将物方视场光线分别汇聚到对应的成像模块2上。
进一步地，每个所述成像模块2对应一个图像传感器。
进一步地，所有所述成像模块2对应一个图像传感器。
进一步地，所述透镜组3包括以下三者中的至少一种：菲涅尔波带片、菲涅尔透镜和凸透镜，每个所述成像模块2与一个所述菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜或凸透镜对应。
进一步地，所述透镜组3包括渐变折射率透镜，每个所述成像模块2与一个渐变折射率透镜对应。
进一步地，每个所述成像模块2对应三个图像传感器，所述三个图像传感器分别用于接收红光、绿光和蓝光。
进一步地，所述透镜组3包括以下三者中的至少一种：菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜和凸透镜，每个所述图像传感器与一个所述菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜或凸透镜对应。
进一步地，所述透镜组3包括渐变折射率透镜，每个所述图像传感器与一个渐变折射率透镜对应。
进一步地，相邻两个所述成像模块2之间设有视场光阑4。
进一步地，所述棱镜1采用微米级棱镜膜或纳米级棱镜膜。
进一步地，所述成像模块2的数量为三个。
在本身请第二方面公开一种终端设备，包括显示屏5和所述的分视场成像模组，所述显示屏5内设有屏内微孔矩阵6，所述分视场成像模组位于所述屏内微孔矩阵6下方。
本申请提供的一种分视场成像模组及终端设备，棱镜1的作用是调整不同视场角度的光线为垂直光线，透镜组3的作用是将与每个成像模块2对应的视场光线汇聚到对应的成像模块2上，以得到清晰的图像。根据成像模块2的数量及成像模块2设置的位置，确定棱镜1的结构，通过棱镜1不同角度的棱镜面将不同方向的视场光线分别调整为垂直光线，然后垂直光线分别射入对应的成像模块2进行成像。棱镜1的每个用于调整光线的棱镜面对应一个分视场区域，每个分视场区域对应一个成像模块2。通过将目标物分成多个分视场在对应成像模块2上分别成像，最终通过图像处理将各个成像模块2上获取的目标物部分图像拼接成一个完整的目标物图像。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种分视场成像模组的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的又一种分视场成像模组的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的又一种分视场成像模组的结构示意图；
图4为本申请实施例公开的又一种分视场成像模组的结构示意图；
图5为本申请实施例公开的一种分视场成像模组中图像传感器的排布示意图；
图6为本申请实施例公开的一种终端设备的结构示意图；
图7为本申请实施例公开的又一种分视场成像模组中图像传感器的排布示意图。
附图标记说明
1.棱镜；2.成像模块；3.透镜组；4.视场光阑；5.显示屏；6.屏内微孔矩阵；7.封胶。
具体实施方式
下面对本申请的实施例作详细说明。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参考图1，在本申请的第一个实施例中，提供一种分视场成像模组，包括：棱镜1和至少两个成像模块2；所述棱镜1位于所述至少两个成像模块2上方，所述棱镜1用于调整从所述棱镜1射出的光线方向与所述至少两个成像模块2垂直；所述棱镜1和所述至少两个成像模块2之间设有透镜组3，所述透镜组3用于将物方视场光线分别汇聚到对应的成像模块2上。
本申请实施例的分视场成像模组是通过将目标物分成多个分视场在对应成像模块2上分别成像，最终通过图像处理将各个成像模块2上获取的目标物部分图像拼接成一个完整的目标物图像。
棱镜1的作用是调整不同视场角度的光线为垂直光线，垂直光线是指光线经过棱镜1射出后与成像模块2的上表面垂直。如果将物方视场分为正视场和斜视场，其中，正视场指经过目标物反射的光线与成像模块2的水平方向垂直的视场，斜视场指经过目标物反射的光线与成像模块2的水平方向有夹角但不是垂直的视场，棱镜1能够将斜视场对应的光线调整为垂直于成像模块2的水平方向。将射入成像模块2的光线均调整为垂直光线，便于透镜组3的设计。
透镜组3的作用是将与每个成像模块2对应的视场光线汇聚到对应的成像模块2上，以得到清晰的图像。
透镜组3由能够实现汇聚光线的结构组成，汇聚光线的结构可以选用：菲涅尔波带片、菲涅尔透镜或凸透镜，可以理解的是，透镜组3可以都选用菲涅尔波带片、菲涅尔透镜或凸透镜三者中的一种，可以选用菲涅尔波带片、菲涅尔透镜和凸透镜三者中任意两种，也可以菲涅尔波带片、菲涅尔透镜和凸透镜三者同时选用，本申请对透镜组3的具体选用组合不进行限定，可以根据实际情况自行选定。
还需要说明的是，当对透镜组3有较高的要求时，可以采用微米级或纳米级的上述能够汇聚光线的结构(如：菲涅尔波带片、菲涅尔透镜或凸透镜等)。
汇聚光线的结构还可以选用渐变折射率透镜，优选的，每个所述成像模块2与一个渐变折射率透镜对应。渐变折射率透镜的工作原理是改变透镜本身的折射率，而不是空气和透镜的折射率之差，所以渐变折射率透镜的使用不需要空气隙。渐变折射率透镜有体积小、平端面、超短焦距等优点。
如图7所示，每个成像模块2上方设置一个渐变折射率透镜，渐变折射率透镜的上端面和下端面均为平面，因此，采用渐变折射率透镜能够减小分视场成像模组整体的厚度。经过棱镜1调整后的垂直光线，射入对应的渐变折射率透镜，经过渐变折射率透镜将对应的垂直的光线汇聚到对应的成像模块2上进行成像。
可以理解的是，上述渐变折射率透镜也可以与汇聚光线的结构搭配使用也可以单独使用，例如，包括三个成像模块2，那么每个成像模块2上方的汇聚光线的结构可以均采用渐变折射率透镜，也可以不都采用渐变折射率透镜，如分别采用菲涅尔波带片、菲涅尔波带片和菲涅尔透镜等。
其中，渐变折射率透镜可以采用方柱状透镜、圆柱装透镜等，本申请对此不作限定。
棱镜1的结构设计与成像模块2的数量相对应，棱镜1的结构能够保证射入每个成像模块的光线都为垂直光线。
作为示例，当成像模块2为三个时，如图1所示，棱镜1的截面为梯形，左侧物方视场射出的倾斜光线经过棱镜1的b面折射后，调整为垂直光线；右侧物方视场射出的倾斜光线经过棱镜1的a面折射后，也调整为垂直光线，正视场射出的光线经过棱镜1的c面(c面与成像模块2的水平方向平行)后，依然是垂直光线。
经过棱镜1的a面、b面、c面折射后射出的垂直光线，再通过设置在对应的成像模块2上方的菲涅尔波带片、菲涅尔透镜或凸透镜将对应的垂直光线汇聚在对应的成像模块2上进行成像。本示例中，在第一个成像模块2上获得目标物的A部分图像，在第二个成像模块2上获得目标物的B部分图像，在第三个成像模块2上获得目标物的C部分图像，其中，A部分、B部分和C部分组成一个完整的目标物，经过图像处理将三个成像模块2获得的部分图像拼接成一个完整的目标物图像。
所以，根据成像模块2的数量及成像模块2设置的位置，确定棱镜1的结构，通过棱镜1不同角度的棱镜面将不同方向的视场光线分别调整为垂直光线，然后垂直光线分别射入对应的成像模块2进行成像。棱镜1的每个用于调整光线的棱镜面对应一个分视场区域，每个分视场区域对应一个成像模块2。
如图2-图4所示，提供了棱镜1的又三种可实现方式，其工作原理与上述示例提供的棱镜1的工作原理相同，都是利用棱镜1的不同角度的棱镜面对物方视场的光线传播方向进行调整，将光线均调整为垂直光线。
还需要说明的是，当对棱镜1有较高的要求时，可以采用微米级或纳米级棱镜膜。
需要说明的是，上述实施例中只列举了成像模块2为三个的情况，但是实际上成像模块2最少可以为两个，最多不进行限制，可以根据实际情况自行选择设计。对于棱镜1的结构也不限于上述实施例中列举的结构，可以根据其工作原理进行相应的变形设计，本申请对此也不进行限定。
成像模块2用于采集图像，在一种可实现方式中，每个所述成像模块2对应一个图像传感器。在这种情况下，每个图像传感器上方对应设置有一个汇聚光线的结构(以每个汇聚光线的结构都选用菲涅尔波带片为例)，棱镜1调整后的垂直光线，通过对应的菲涅尔波带片，将垂直光线汇聚到对应的图像传感器上。参照图2，包括三个图像传感器，每个图像传感器上方对应设有一个菲涅尔波带片，菲涅尔波带片将对应的垂直光线汇聚到对应的图像传感器上，目标物分成三部分在对应的图像传感器上成像，每个图像传感器采集到目标物的部分图像，最终，经过图像处理获得目标物的完整图像。这种可实现方式的好处在于，不需要使用大面积的图像传感器。
在另一种可实现方式中，所有所述成像模块2对应一个图像传感器，可以理解为，将一个图像传感器分成多个成像模块2，在对应的成像模块2上分别设置一个汇聚光线的结构(以每个汇聚光线的结构都选用菲涅尔波带片为例)，棱镜1调整后的垂直光线，通过对应的菲涅尔波带片，将垂直光线汇聚到对应的成像模块2上。每个成像模块2上方对应设有一个菲涅尔波带片，菲涅尔波带片将对应的垂直光线汇聚到对应的成像模块2上，目标物分成三部分在图像传感器上成像，图像传感器分三个区域分别采集到目标物的部分图像，最终，经过图像处理获得目标物的完整图像。这种可实现方式的好处在于，只需要一个图像传感器，便于安装。
上述两种方式，获得的图像可以是黑白图像，优选适用于采集指纹图像。当目标物为人物或景色等时，更希望得到彩色图像，因此，对于成像模块2又提供了如下一种可实现方式。
每个所述成像模块2对应三个图像传感器，所述三个图像传感器分别用于接收红光、绿光和蓝光。如图5所示，每个成像模块2对应一个分视场区域，每个分视场区域对应三个图像传感器，每个图像传感器上对应设置有一个用于汇聚对应光线的结构，如：菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜或凸透镜等。以每个图像传感器上都对应设置一个菲涅尔波带片为例进行说明。在一个分视场区域内，对应有一个成像模块2，成像模块2包括三个图像传感器，根据接收的红、绿、蓝光的不同，在对应的图像传感器上设置对应的菲涅尔波带片，使红光、绿光、蓝光分别汇聚在对应的图像传感器上，经过图像处理，得到该分视场区域对应的目标物的彩色图像，按照上述的方法，获得其余分视场区域应的目标物的彩色图像，最后，再经过图像处理获得目标物的完整彩色图像。图5中，R代表接收红光的图像传感器，G代表接收绿光的图像传感器，B代表接收蓝光的图像传感器。
需要说明的是，菲涅尔波带片常用于采集固定波长的单色光，如红光、绿光或蓝光，因此，在选用菲涅尔波带片时，主要用于采集单色光的情况，如图5所示的情况。但是在采集单色光的情况时，不限于仅使用菲涅尔波带片，也可以选用菲涅尔透镜或凸透镜等。还需要说明的是，对于图像传感器的排布方式本申请不进行限定，如图5中，图像传感器可以按矩阵式排布。
当采集彩色图像时，用于汇聚对应光线的结构也可以采用渐变折射率透镜，优选的，每个所述图像传感器与一个渐变折射率透镜对应。其中，根据接收的光的颜色不同，采用相适配的渐变折射率透镜。
可以理解的是，上述渐变折射率透镜也可以与汇聚光线的结构搭配使用也可以单独使用，例如，每个图像传感器上方的汇聚光线的结构可以均采用渐变折射率透镜，也可以不都采用渐变折射率透镜，如分别采用菲涅尔波带片、菲涅尔波带片和菲涅尔透镜等。
为了隔绝杂光、散光及相邻的分视场混叠，本申请在相邻成像模块2之间设置视场光阑4，视场光阑4的高度可以根据实际情况进行适当的设置，其中，透镜组3可以安装在视场光阑4上。
进一步的，分视场成像模组的外侧设有封胶7，封胶7不透光，用于固定分视场成像模组。
请参考图6，在本申请的第二个实施例中，提供一种终端设备，包括显示屏5和第一个实施例所述的分视场成像模组，所述显示屏5内设有屏内微孔矩阵6，所述分视场成像模组位于所述屏内微孔矩阵6下方。
终端设备可以为任一可以采用该分视场成像模组用于图像采集的设备，例如可以为手机、计算机、平板电脑、照相机、摄像机、扫描仪等等。
将分视场成像模组应用于终端设备，相当于屏下摄像头，实现终端设备的全面屏屏下摄像头。所述显示屏5内设有屏内微孔矩阵6，显示屏5外的光线通过微孔矩阵6射入显示屏5内，但是，屏内微孔矩阵6的透光率有限，为了汇聚大面积的能量进行成像，本申请利用分视场成像模组，通过将目标物分成多个分视场在对应成像模块2上分别成像，最终通过图像处理将各个成像模块2上获取的目标物部分图像拼接成一个完整的目标物图像。实现利用有限的透光率，将每个分视场的光线分别汇聚分别成像，得到清晰完整的目标物图像。
分视场成像模组设置于显示屏5下方，分视场成像模组的位置与屏内微孔矩阵6的位置相对应，分视场成像模组可以通过封胶7固定在显示屏5下方，棱镜1设置在显示屏5与至少两个成像模块2之间，在棱镜1与至少两个成像模块2之间设置透镜组3，所述棱镜1用于调整从所述棱镜1射出的光线方向与所述至少两个成像模块2垂直；所述透镜组3用于将物方视场光线分别汇聚到对应的成像模块2上。
对于分视场成像模块的具体描述参见本申请提供的第一个实施例，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (12)

1.一种分视场成像模组，其特征在于，包括：棱镜(1)和至少两个成像模块(2)；
所述棱镜(1)位于所述至少两个成像模块(2)上方，所述棱镜(1)用于调整从所述棱镜(1)射出的光线方向与所述至少两个成像模块(2)垂直；
所述棱镜(1)和所述至少两个成像模块(2)之间设有透镜组(3)，所述透镜组(3)用于将物方视场光线分别汇聚到对应的成像模块(2)上。
2.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，每个所述成像模块(2)对应一个图像传感器。
3.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，所有所述成像模块(2)对应一个图像传感器。
4.根据权利要求2或3所述的分视场成像模组，其特征在于，所述透镜组(3)包括以下三者中的至少一种：菲涅尔波带片、菲涅尔透镜和凸透镜，每个所述成像模块(2)与一个所述菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜或凸透镜对应。
5.根据权利要求2或3所述的分视场成像模组，其特征在于，所述透镜组(3)包括渐变折射率透镜，每个所述成像模块(2)与一个渐变折射率透镜对应。
6.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，每个所述成像模块(2)对应三个图像传感器，所述三个图像传感器分别用于接收红光、绿光和蓝光。
7.根据权利要求6所述的分视场成像模组，其特征在于，所述透镜组(3)包括以下三者中的至少一种：菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜和凸透镜，每个所述图像传感器与一个所述菲涅尔波带片、或菲涅尔透镜或凸透镜对应。
8.根据权利要求6所述的分视场成像模组，其特征在于，所述透镜组(3)包括渐变折射率透镜，每个所述图像传感器与一个渐变折射率透镜对应。
9.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，相邻两个所述成像模块(2)之间设有视场光阑(4)。
10.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，所述棱镜(1)采用微米级棱镜膜或纳米级棱镜膜。
11.根据权利要求1所述的分视场成像模组，其特征在于，所述成像模块(2)的数量为三个。
12.一种终端设备，其特征在于，包括显示屏(5)和权利要求1-11任一所述的分视场成像模组，所述显示屏(5)内设有屏内微孔矩阵(6)，所述分视场成像模组位于所述屏内微孔矩阵(6)下方。
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Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of utility model: A field of view imaging module and terminal equipment

Effective date of registration: 20200826

Granted publication date: 20200714

Pledgee: Zhang Jinfang

Pledgor: Vkansee (Beijing) Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990001028