摄像头模组及电子设备制造技术

本申请公开了一种摄像头模组，包括镜头、图像传感器及超构透镜，图像传感器位于镜头的像侧，超构透镜位于镜头与图像传感器之间，超构透镜包括基材及多个柱体，多个柱体固定于基材朝向图像传感器的一侧，各柱体均为旋转对称结构且旋转角为90

【技术实现步骤摘要】
摄像头模组及电子设备


[0001]本申请涉及光学成像的
，尤其涉及一种摄像头模组及电子设备。

技术介绍

[0002]光谱相机既可以记录被摄物体的二维空间信息，还可以记录被摄物体的光谱信息。光谱信息呈现了不同光波长的场强分布，通过光谱信息可以实现材质识别和颜色还原增强等功能。例如，在当前的增强现实(augmented reality，AR)领域，例如赛博宇宙(Cyberverse)系统中，光谱相机能够提供更加精细化的光谱信息，从而提高了系统的光线渲染能力。同时，它还也能给材质分析提供算法输入，有利于构建更为真实的增强现实空间，提高用户的使用体验。然而，目前的光谱相机通常都体积庞大，难以应用于小型化的电子设备中。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种摄像头模组及电子设备，摄像头模组能够拍摄多光谱图像且体积小。
[0004]第一方面，提供一种摄像头模组，包括镜头、图像传感器及超构透镜。图像传感器位于镜头的像侧，超构透镜位于镜头与图像传感器之间。超构透镜包括基材及多个柱体，多个柱体固定于基材朝向图像传感器的一侧，各柱体均为旋转对称结构且旋转角为90
°
。超构透镜具有阵列排布的多个分光单元。每个分光单元均用于将光束按波段分为多个子光束，并投射于图像传感器。
[0005]在本申请中，摄像头模组通过设置超构透镜的分光单元的分光功能，实现光场成像、多光谱成像，因此采用一个镜头即可采集被摄物体的反射光线，也无需采用三棱镜等部件作为分光器件，使得拍摄的多光谱图像的图像重叠精度高，成像质量高。同时，摄像头模组的光学系统的部件数量少、组成简单，使得摄像头模组的成本低、体积小。
[0006]其中，多个分光单元包括第一分光单元，第一分光单元用于将光束按波段沿第一方向分为多个子光束、并投射于图像传感器。在第一分光单元中，多个柱体沿第一方向排布成行、且沿第二方向排布成列，第二方向垂直于第一方向，位于同一行的至少部分柱体的外径不同，位于同一列的多个柱体的外径相同。
[0007]在本实现方式中，超构透镜的柱体采用旋转对称结构且旋转角为90
°
，因此应用该超构透镜的摄像头模组的光学系统为偏振不依赖系统。由于摄像头模组的光学系统为偏振不依赖系统，因此光学系统无需设置线偏振片、四分之一波片等部件，光学系统的组成简单，部件排布紧凑，故而摄像头模组的体积小，能够很好地应用于小型的电子设备中。
[0008]此外，由于超构表面结构的微结构(也即柱体)高度在个位数微米量级，使得超构透镜的整体体积很小，降低了摄像头模组的结构设计难度，使得摄像头模组的体积小，有利于摄像头模组于小型化的电子设备中的应用。
[0009]一些可能的实现方式中，在第一分光单元中，柱体的沿第三方向延伸，第三方向垂
直于第一方向和第二方向，柱体的横截面形状为圆形、正方形或八边形。
[0010]一些可能的实现方式中，多个柱体在第一方向上等间距排列且间距在150nm至300nm的范围内，多个柱体在第二方向上等间距排列且间距在150nm至300nm的范围内。
[0011]一些可能的实现方式中，柱体在第三方向上的高度在500nm至2000nm的范围内，第三方向垂直于第一方向和第二方向。
[0012]其中，通过对第一分光单元的位于同一行的多个柱体的外径尺寸进行设计，使得第一分光单元能够按照波段将光束分为多个子光束，且多个子光束沿第一方向分别投射于对应的图像传感器的感光单元的不同位置。
[0013]一些可能的实现方式中，柱体的外径在40nm至200nm的范围内。
[0014]一些可能的实现方式中，柱体采用半导体材料。半导体材料可以是氮化镓、二氧化钛或氮化硅等。
[0015]一些可能的实现方式中，在第一分光单元中，同一行的多个柱体的外径尺寸呈斜梯形非周期分布。
[0016]一些可能的实现方式中，基材采用二氧化硅材料或蓝宝石。
[0017]一些可能的实现方式中，基材在第三方向上的高度在100μm至500μm的范围内，第三方向垂直于第一方向和第二方向。由于超构透镜的柱体的高度很小，超构透镜的主要厚度由基材构成，在基材的厚度小于500μm时，超构透镜的厚度很小，有利于摄像头模组的小型化。
[0018]一些可能的实现方式中，多个分光单元还包括第二分光单元，第二分光单元用于将光束按波段沿第二方向分为多个子光束、并投射于图像传感器。在第二分光单元中，多个柱体沿第一方向排布成行、且沿第二方向排布成列，各柱体均为旋转对称结构且旋转角为90
°
，位于同一行的多个柱体的外径相同，位于同一列的至少部分柱体的外径不同。其中，第二分光单元可以参阅第一分光单元设计。
[0019]一些可能的实现方式中，超构透镜还包括滤光膜，滤光膜固定于基材背向多个柱体的一侧，滤光膜用于过滤红外线。在本实现方式中，由于超构透镜在实现分光和聚焦功能的情况下，集成了滤光功能，使得摄像头模组可以不设置滤光片，简化了摄像头模组的部件组成，使得摄像头模组的厚度较小，有利于摄像头模组及应用该摄像头模组的电子设备的小型化。
[0020]一些可能的实现方式中，摄像头模组还包括滤光片，滤光片位于镜头与超构透镜之间，滤光片用于过滤红外线。示例性的，滤光片可以包括衬底和固定于衬底的滤光膜。其中，衬底可以采用蓝宝石，蓝宝石的主要成分为氧化铝。
[0021]其中，上述滤光膜可以包括红外截止膜。示例性的，红外截止膜用于过滤波长大于950nm的红外光线。在一些实现方式中，滤光膜还可以包括紫外截止膜，以使滤光片还用于过滤紫外线。
[0022]一些可能的实现方式中，图像传感器包括多个感光单元，多个感光单元与多个分光单元一一对应设置，分光单元形成的子光束投射于对应的感光单元。
[0023]其中，图像传感器与超构透镜在摄像头模组的厚度方向上间隔排布，两者彼此平行且正对，两者之间的间距为超构透镜的焦距，因此有利于摄像头模组的小型化。
[0024]一些可能的实现方式中，超构透镜可以采用横向立轴聚焦方式会聚光线，以提高
聚焦效率。此时，图像传感器的感光单元可以相对超构透镜的分光单元偏移一定距离。可以理解的，感光单元相对分光单元偏移的尺寸很小。在一些实现方式中，感光单元也可以正对分光单元，而不进行偏移。
[0025]其中，经过超构透镜的聚焦光束的横向离轴距离大于0，且可以小于或等于20μm。
[0026]一些可能的实现方式中，分光单元用于将光束按波段分为N个子光束，对应于分光单元的感光单元包括M个像素，其中，N、M均为正整数，且M＞N。此时，感光单元能够接收所有的子光束，并进行识别，从而形成较为完整的被摄物体的光谱信息。
[0027]其中，图像传感器为单色传感器。超构透镜将光束按波长分为多个子光束后，感光单元的多个像素接收多个子光束后，形成灰度图像。电子设备将相同光谱信息的像素组成一幅图像，最终形成多光谱图像。
[0028]一些可能的实现方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摄像头模组(30)，其特征在于，包括镜头(1)、图像传感器(4)及超构透镜(6)，所述图像传感器(4)位于所述镜头(1)的像侧，所述超构透镜(6)位于所述镜头(1)与所述图像传感器(4)之间，所述超构透镜(6)包括基材(61)及多个柱体(62)，多个所述柱体(62)固定于所述基材(61)朝向所述图像传感器(4)的一侧，各所述柱体(62)均为旋转对称结构且旋转角为90
°
；所述超构透镜(6)具有阵列排布的多个分光单元(61)，多个所述分光单元(61)包括第一分光单元(61a)，所述第一分光单元(61a)用于将光束按波段沿第一方向分为多个子光束、并投射于所述图像传感器(4)；在所述第一分光单元(61a)中，多个所述柱体(62)沿所述第一方向排布成行、且沿第二方向排布成列，所述第二方向垂直于所述第一方向，位于同一行的至少部分所述柱体(62)的外径不同，位于同一列的多个所述柱体(62)的外径相同。2.根据权利要求1所述的摄像头模组(30)，其特征在于，在所述第一分光单元(61a)中，所述柱体(62)的沿第三方向延伸，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，所述柱体(62)的横截面形状为圆形、正方形或八边形。3.根据权利要求1所述的摄像头模组(30)，其特征在于，在所述第一分光单元(61a)中，多个所述柱体(62)在所述第一方向上等间距排列且间距在150nm至300nm的范围内，多个所述柱体(62)在所述第二方向上等间距排列且间距在150nm至300nm的范围内；或者，所述柱体(62)在第三方向上的高度在500nm至2000nm的范围内，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向；或者，所述柱体(62)的外径在40nm至200nm的范围内；或者，所述柱体(62)采用半导体材料。4.根据权利要求3所述的摄像头模组(30)，其特征在于，在所述第一分光单元(61a)中，同一行的多个所述柱体(62)的外径尺寸呈斜梯形非周期分布。5.根据权利要求1所述的摄像头模组(30)，其特征在于，所述基材(61)采用二氧化硅材料或蓝宝石；或者，所述基材(61)在第三方向上的高度在100μm至500μm的范围内，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。6.根据权利要求1至5中任一项所述的摄像头模组(30)，其特征在于，多个所述分光单元(61)还包括第二分光单元(61b)，所述第二分光单元(61b)用于将光束按波段沿所述第二方向分为多个子光束、并投射于所述图像传感器(4)；在所述第二分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶海水，元军，张卫锋，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：