TW202101296A - 圖像採集裝置及電子設備 - Google Patents

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Abstract

一種圖像採集裝置及電子設備，圖像採集裝置包括：一光源部件；一感測器部件，該感測器部件具有相對的第一面和第二面，該感測器部件的第一面與該光源部件相對設置；及一光學元件，該光學元件與該感測器部件的第二面相對設置；其中，該光源部件發射的光線經一待採集物體散射至該光學元件，並經該光學元件反射後被該感測器部件的第二面接收，該感測器部件的第二面為感光面。本發明技術方案能夠減小圖像採集裝置的器件厚度。

Description

圖像採集裝置及電子設備
本發明是有關於光學器件技術領域，特別是指一種圖像採集裝置及電子設備。
在現有的電子設備中，例如手機螢幕、虛擬實境眼鏡等，需要對螢幕前的物體，例如眼睛或手指等進行成像以及定位，以更好的完成螢幕畫面的展示。
現有技術中，對於螢幕前物體的成像，光學成像已成為一大趨勢。如圖1所示，成像部件103通常是放置於顯示螢幕101下方一定距離處。物體100的散射光經顯示螢幕100和透鏡102後，在成像部件103上成像。
但是，現有的終端螢幕結構中，整個圖像採集裝置的整體厚度較厚，體積較大，應用範圍受限。
本發明解決的技術問題是如何同時實現螢幕顯示與螢幕感知，並減小圖像採集裝置的器件厚度。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種圖像採集裝置，圖像採集裝置包含：一光源部件；一感測器部件，該感測器部件具有相對的第一面和第二面，該感測器部件的第一面與該光源部件相對設置；以及一光學元件，該光學元件與該感測器部件的第二面相對設置；其中，該光源部件發射的光線經一待採集物體散射至該光學元件，並經該光學元件反射後被該感測器部件的第二面接收，該感測器部件的第二面為感光面。
可選的，該光學元件包括一第一光學元件和一第二光學元件，該第一光學元件和該第二光學元件沿該感測器部件的表面方向並列設置。
可選的，該光源部件包括一第一光源區域和一第二光源區域，該感測器部件包括一第一感測器區域和一第二感測器區域，該第一感測器區域與該第一光源區域相對設置，該第二感測器區域與該第二光源區域相對設置，該第一光學元件與該第一感測器區域相對設置，該第二光學元件與該第二感測器區域相對設置。
可選的，該圖像採集裝置還包含：一第三光學元件和一第四光學元件，該第三光學元件和該第四光學元件位在該光源部件的背對該感測器部件的一側，其中，該待採集物體散射的光線經該第三光學元件到達該第一光學元件，該待採集物體散射的光線經該第四光學元件到達該第二光學元件。
可選的，該光學元件包括一凹面鏡，該凹面鏡將該光源部件上方的該待採集物體藉由幾何光學原理成像於該感測器部件。
可選的，該感測器部件的第一面與該光源部件相貼合。
可選的，該待採集物體與該光源部件非接觸。
可選的，該光源部件包括一顯示面板。
可選的，該光源部件選自一液晶顯示螢幕、一有源陣列式有機發光二極體顯示螢幕以及一微發光二極體顯示螢幕。
可選的，該待採集物體包括眼球、手勢或人臉。
可選的，該感測器部件的第二面包括一感光像素陣列。
為解決上述技術問題，本發明實施例還揭露了一種電子設備，電子設備包括：上述圖像採集裝置；一處理器，該處理器與該圖像採集裝置耦合，並適於接收該圖像採集裝置採集到的待採集物體的圖像。
與現有技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果：
本發明實施例提供一種圖像採集裝置，包括：一光源部件；一感測器部件，該感測器部件具有相對的第一面和第二面，該感測器部件的第一面與該光源部件相對設置；以及一光學元件，該光學元件與該感測器部件的第二面相對設置；其中，該光源部件發射的光線經待採集物體散射至該光學元件，並經該光學元件反射後被該感測器部件的第二面接收。該感測器部件的第二面適於接收經待採集物體散射的光線，並進行光電轉換，從而實現圖像採集功能，避免使用額外的攝像頭器件，藉由光路在光學器件與感測器部件之間的反折，將器件厚度減小約一半，進而降低成本。
進一步地，該光學元件的數量為二個，二個光學元件並列地位在該感測器部件的第二面下方。本發明技術方案中，藉由設置二個光學元件，可以使得待採集物體在感測器部件的不同位置形成具有一定距離的成像，從而能夠形成三維成像。
進一步地，該圖像採集裝置還包括一第三光學元件和一第四光學元件，該第三光學元件和該第四光學元件位在該光源部件上方，其中，該待採集物體散射的光線經該第三光學元件折射後，透過該光源部件和感測器部件到達該第一光學元件，該待採集物體散射的光線經該第四光學元件折射後，透過該光源部件和感測器部件到達該第二光學元件。本發明技術方案中藉由設置該第三光學元件和該第四光學元件，可以在待採集物體與光源部件的距離較近時，使待採集物體能夠在感測器部件的感光面成像。
如背景技術中所述，現有的終端螢幕結構中，整個圖像採集裝置的整體厚度較厚，體積較大，應用範圍受限。
本發明實施例提供一種圖像採集裝置，包括：一光源部件；一感測器部件，該感測器部件具有相對的第一面和第二面，該感測器部件的第一面與該光源部件相對設置；以及一光學元件，該光學元件與該感測器部件的第二面相對設置；其中，該光源部件發射的光線經待採集物體散射至該光學元件，並經該光學元件反射後被該感測器部件的第二面接收，該感測器部件的第二面為感光面。該感測器部件的第二面適於接收經待採集物體散射的光線，並進行光電轉換，從而實現圖像採集功能，避免使用額外的攝像頭器件，藉由光路在光學器件與傳感部件之間的反折，將器件厚度減小約一半，進而降低成本。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖2是本發明實施例一種圖像採集裝置的結構示意圖。
在本實施例中，圖像採集裝置可以包括一光源部件201、一感測器部件202和一光學元件203。具體地，該光學元件203可以是凹面鏡。
其中，該光源部件具有相對的第一面201a和第二面201b；該感測器部件202具有相對的第一面202a和第二面202b，該感測器部件202的第一面202a與該光源部件201的第二面201b貼合，該感測器部件202位在該光源部件201的第二面201b下方，該感測器部件202的第二面202b為一包括一感光像素陣列（圖未示）的感光面；該凹面鏡203位在該感測器部件202下方；其中，該待採集物體200散射的光線經該凹面鏡203反射後聚焦至該感測器部件202的第二面202b。
在一些實施例中，該凹面鏡203為非透鏡。
在具體實施中，該待採集物體200可以是眼球、手指等能夠操作螢幕的部位，也可以是其他任意可實施的3D物體，例如3D人臉，本發明實施例對此不作限制。
在具體實施中，該感測器部件202的第一面202a與該光源部件201的第二面201b貼合。該貼合是指，該感測器部件202的第一面202a與該光源部件201的第二面201b之間的距離在誤差允許範圍內為0。
在具體實施中，該感測器部件202位在該光源部件201的第二面201b下方。其中，該下方是指：沿該光源部件201的第一面201a指向第二面201b的方向。該光學元件203位在該感測器部件202下方，其中，該下方是指沿該感測器部件202的第一面202a指向第二面202b的方向。
換言之，該圖像採集裝置從上至下依序包括：該光源部件201、該感測器部件202和該光學元件203。
在一個實施例中，該感測器部件202可以用以獲取光線，可以包括有多個感光單元（圖未示）。
具體實施中，光線可以穿過該光源部件201和該感測器部件202，經過該光學元件203反射後進入到該感測器部件202的感光面。
本發明實施例中該感測器部件202的第二面202b為感光面，該待採集物體200的散射光能夠經過該光學元件203反射後聚焦至該感測器部件202的感光面，從而在該感測器部件202的感光面成像，避免使用額外的攝像頭器件，藉由光路在光學器件與傳感部件之間的反折，將器件厚度減小約一半，進而降低成本。
在一個具體應用場景中，該光源部件201可以是有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示像素（Display Pixels），該感測器部件202可以是光電二極體（Photo-Diode）像素（Pixels）。
在一個非限制性的實施例中，該光學元件203將該光源部件201上方的該待採集物體200藉由幾何光學原理成像於該感測器部件202。
關於幾何成像原理的相關技術原理請參照現有技術，本發明實施例對此不作限制。
在一個非限制性的實施例中，該感測器部件202的第一面202a與該光源部件201的第二面201b藉由光學膠直接貼合。
在一個非限制性的實施例中，該待採集物體200與該光源部件201非接觸。
本實施例中的該待採集物體200可以不與該光源部件201相接觸，從而可以實現遠場成像。
在一些實施例中，該感測器部件202的第一面202a的部分區域設置有遮擋層（未示出），該遮擋層不透光。該待採集物體200的散射光線經過該感測器部件202的第一面202a的透光區域（即未設置有該遮擋層的區域）入射至該光學元件203，該光源部件201設置於該遮擋層上。在一些實施例中，該未設置有該遮擋層的區域為透光層，該透光層為非空氣層，例如該透光層的折射率接近於該光源部件201和該感測器部件202的折射率。具體地，該遮擋層可以為電極，該光源部件201直接貼合於該遮擋層上。
請參照圖3，相較於圖2所示的圖像採集裝置，圖3所示的圖像採集裝置中光學元件的數量為二個，也即一第一光學元件2031和一第二學元件2032。該第一光學元件2031和該第二光學元件2032並列地位在該感測器部件202下方。
本實施例中，對於該待採集物體200上的同一點A，其散射光線可以穿過該光源部件201和該感測器部件202，經過該第一光學元件2031反射後進入到該感測器部件202的感光面，在位置B處形成一個成像點；其散射光線還可以穿過該光源部件201和該感測器部件202，經過該第二光學元件2032反射後進入到該感測器部件202的感光面，在位置C處形成一個成像點。
在一些實施例中，該第一光學元件2031和該第二光學元件2032均為凹面鏡，以將光線會聚到該感測器部件202的第二面202b。
本發明實施例中，藉由設置二個光學元件，可以使得該待採集物體200在該感測器部件202的不同位置形成具有一定距離的成像，從而能夠形成三維成像，對該待採集物體200進行定位。
圖3所示的圖像採集裝置中，該光源部件201和該感測器部件202可以一體成型，也就是說，該光源部件201和該感測器部件202可以是一個整體（in-cell）。
在一些實施例中，該感測器部件202的第一面202a的部分區域設置有遮擋層（未示出），該遮擋層不透光。該待採集物體200的散射光線經過該感測器部件202的第一面202a的透光區域（即未設置有該遮擋層的區域）入射至該光學元件203，該光源部件201設置於該遮擋層上。在一些實施例中，該未設置有該遮擋層的區域為透光層，該透光層為非空氣層，例如該透光層的折射率接近於該光源部件201和該感測器部件202的折射率。具體地，該遮擋層可以為電極，該光源部件201直接貼合於該遮擋層上。
與圖3所示的圖像採集裝置不同的是，圖4所示的圖像採集裝置中，該光源部件包括一第一光源區域2011和一第二光源區域2012，該感測器部件包括一第一感測器區域2021和一第二感測器區域2022，該第一感測器區域2021位在該第一光源區域2011下方，該第二感測器區域2022位在該第二光源區域2012下方，該第一光學元件2031位在該第一感測器區域2021下方，該第二光學元件2032位在該第二感測器區域2022下方。
需要說明的是，本發明實施例所稱面積相等是指二個面積在誤差允許範圍內相等。
具體實施中，該第一光學元件2031能夠將該待採集物體200藉由幾何成像原理成像於該第一感測器區域2021，該第二光學元件2032能夠將該待採集物體200藉由幾何成像原理成像於該第二感測器區域2022。
在一些實施例中， 該第一光學元件2031和該第二光學元件2032可以為凹面鏡。
進一步而言，請參照圖5，圖像採集裝置還可以包括一第三光學元件2041和一第四光學元件2042。該第三光學元件2041和該第四光學元件2042位在該光源部件201上方，其中，待採集物體2001散射的光線經該第三光學元件2041折射後，透過該光源部件2011和該感測器部件2021到達該第一光學元件2031的反射面，待採集物體2002散射的光線經該第四光學元件2042折射後，透過該光源部件2012和該感測器部件2022到達該第二光學元件2032的反射面。
在一些實施例中， 該第三光學元件2041和該第四光學元件2042可以為凸透鏡。在眼睛中對顯示螢幕成像，可以讓眼睛感覺浸入感。在VR/AR應用場景中，該第三光學元件2041和該第四光學元件2042可以是眼鏡片，以將顯示螢幕投射至眼睛。
本發明實施例中藉由設置該第三光學元件和該第四光學元件，可以在待採集物體與光源部件的距離較近時，使待採集物體能夠在感測器部件的感光面成像。
在一個具體應用場景中，圖像採集裝置可以用以增強現實（Augmented Reality，AR）、虛擬實境（Virtual Reality， VR）、混合實境（Mixed Reality，MR）等設備，例如頭顯設備、VR眼鏡等。具體地，請參照圖5，圖5中a區域所示光線表示對眼球2001進行成像，也即對眼球2001進行定位的光線示意圖；圖5中b區域所示光線表示眼球2002觀看光源部件的顯示圖像時的光線示意圖。例如，可以利用眼球運動，結合顯示內容，驅動滑鼠等標識實現互動，從而同時實現螢幕顯示與螢幕感知。無需額外的攝像頭，減小器件厚度，降低成本。其中a區域對眼球的追蹤可以用來針對眼球的位置做圖像渲染（rendering），只在眼球對應特定區域做高清晰度計算，其他減少清晰度，用來提高整體運算性能。
在一個具體實施例中，該光源部件201可以為顯示面板，如液晶顯示螢幕、有源陣列式有機發光二極體顯示螢幕或微發光二極體顯示螢幕。
在一個具體應用場景中，可以藉由待採集物體在該感測器部件202上的二個成像點的位置，以及待採集物體的散射光的入射角度確定待採集物體的位置。由此，在待採集物體為眼球的情況下，藉由圖像採集裝置可以實現對眼球的定位和跟蹤，從而可以針對眼球做圖像渲染（rendering），只在眼球對應特定區域做高清晰度計算，其他區域減少清晰度，用來提高整體運算性能。
進一步而言，在VR/AR/MR 場景中，由於眼球的運動可以反映是使用者對內容的反應，因此可以利用眼球運動，結合顯示面板的顯示內容，驅動滑鼠等標識實現互動。藉由眼球運動和顯示內容的對應關係，增強顯示內容針對性。
在另一個具體應用場景中，待採集物體還可以是用戶的手，從而可以利用用戶的手勢運動，結合顯示面板的顯示內容，驅動滑鼠等標識實現互動。
本發明實施例還提供一種電子設備，該電子設備可以包括上述圖2至圖5該的圖像採集裝置，以及一處理器（圖未示），該處理器與該圖像採集裝置耦合，並適於接收該圖像採集裝置採集到的該待採集物體200的圖像。
圖6是本發明實施例的另一種圖像採集裝置的示意圖，左圖是對二個眼球成像，右圖是根據左圖對二個眼球成像的結果，進行特定的顯示，供二個眼球觀看。該實施例是利用眼球運動來操控顯示的一種方案，利用眼球運動，結合顯示內容，驅動滑鼠等標識實現互動。眼球的好處是可以追蹤人對內容的反應。數據應用層面，藉由眼球運動和顯示內容的對應關係，增強顯示內容針對性。本實施例能夠同時實現螢幕顯示與螢幕感知，無需額外的攝像頭，減小器件厚度，降低成本。
圖7是本發明實施例的另一種圖像採集裝置的示意圖。左圖是對手勢的成像，右圖是根據左圖對手勢成像的結果，進行特定的顯示，供二個眼球觀看。這是一種手勢操控系統，利用手勢運動，結合顯示內容，驅動滑鼠等標識實現互動。本實施例能夠同時實現螢幕顯示與螢幕感知，無需額外的攝像頭，減小器件厚度，降低成本。
雖然本發明揭露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以請求項所限定的範圍為准。
200:待採集物體 2001:待採集物體 2002:待採集物體 201:光源部件 201a:第一面 201b:第二面 2011:第一光源區域 2012:第二光源區域 202:感測器部件 202a:第一面 202b:第二面 2021:第一感測器區域 2022:第二感測器區域 203:光學元件 2031:第一光學元件 2032:第二光學元件 2041:第三光學元件 2042:第四光學元件 a、b:區域 A:待採集物體上的一點 B、C:位置
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是現有技術一種圖像採集裝置的結構示意圖； 圖2是本發明實施例一種圖像採集裝置的結構示意圖； 圖3是本發明實施例的另一種圖像採集裝置的示意圖； 圖4是本發明實施例的又一種圖像採集裝置的示意圖； 圖5是本發明實施例的再一種圖像採集裝置的示意圖； 圖6是本發明實施例的另一種圖像採集裝置的示意圖；及 圖7是本發明實施例的另一種圖像採集裝置的示意圖。
200:待採集物體
201:光源部件
201a:第一面
201b:第二面
202:感測器部件
202a:第一面
202b:第二面
203:光學元件

Claims (12)

  1. 一種圖像採集裝置，包含： 一光源部件； 一感測器部件，該感測器部件具有相對的第一面和第二面，該感測器部件的第一面與該光源部件相對設置；及 一光學元件，該光學元件與該感測器部件的第二面相對設置；及 其中，該光源部件發射的光線經一待採集物體散射至該光學元件，並經該光學元件反射後被該感測器部件的第二面接收，該感測器部件的第二面為感光面。
  2. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該光學元件包括一第一光學元件和一第二光學元件，該第一光學元件和該第二光學元件沿該感測器部件的表面方向並列設置。
  3. 如請求項2所述的圖像採集裝置，其中，該光源部件包括一第一光源區域和一第二光源區域，該感測器部件包括一第一感測器區域和一第二感測器區域，該第一感測器區域與該第一光源區域相對設置，該第二感測器區域與該第二光源區域相對設置，該第一光學元件與該第一感測器區域相對設置，該第二光學元件與該第二感測器區域相對設置。
  4. 如請求項2所述的圖像採集裝置，還包含： 一第三光學元件和一第四光學元件，該第三光學元件和該第四光學元件位在該光源部件的背對該感測器部件的一側，其中，該待採集物體散射的光線經該第三光學元件到達該第一光學元件，該待採集物體散射的光線經該第四光學元件到達該第二光學元件。
  5. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該光學元件包括一凹面鏡，該凹面鏡將該光源部件上方的該待採集物體藉由幾何光學原理成像於該感測器部件。
  6. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該感測器部件的第一面與該光源部件相貼合。
  7. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該待採集物體與該光源部件非接觸。
  8. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該光源部件包括一顯示面板。
  9. 如請求項8所述的圖像採集裝置，其中，該光源部件選自一液晶顯示螢幕、一有源陣列式有機發光二極體顯示螢幕以及一微發光二極體顯示螢幕。
  10. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該待採集物體包括眼球、手勢或人臉。
  11. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，該感測器部件的第二面包括一感光像素陣列。
  12. 一種電子設備，包含： 如請求項1至11中任一項的該圖像採集裝置；及 一處理器，該處理器與該圖像採集裝置耦合，並適於處理該圖像採集裝置採集到的待採集物體的圖像。
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