一种液晶分子式摄像模组及其成像方法与流程

1.本发明涉及摄像装置技术领域，具体涉及一种液晶分子式摄像模组及其成像方法。


背景技术：

2.目前绝大部分移动设备如手机、平板电脑，都会搭载摄像头模组，通过摄像头模组实现光信号与电信号之间的转换，记录和保存图像信息，从而实现拍照与摄影功能。与传统摄像系统相比，手机摄像模组因其小型化、低功耗、低成本及高影像品质等优点而广泛地应用于各种新一代便携式摄像设备中。近年来，智能手机发展方向以光学创新为主，其配备的摄像功能也越来越多元化，用户对于摄像头的性能要求以及摄像头的成像质量要求越来越高，在此类大背景下，摄像模组需要做出相应的提升，以满足目前较高的图像质量要求。
3.摄像模组的成像质量与其处理入射光线的方式和能力息息相关，在摄像模组中常设置滤光片，用来将入射光中会产生干扰的波段的杂散光区滤除，仅保留所需要的波段的光线，让所需波段的光线得以传递至感光芯片处，由感光芯片等实现光信号至电信号至数字信号的转换后进而成像。现有的摄像模组改进方法中，有采用光路平移方式、传感器平移方式等，通过调整光路获得更多的图像信息以达到提升图像分辨率的效果。但是，上述方式在具体实施时，往往需要增设相应的位置调节结构，会给摄像模组的整体体积大小造成负面影响，同时，对于图像质量的提升维度较单一，仅提升分辨率仍旧无法满足目前较高的图像质量要求。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种液晶分子式摄像模组及其成像方法，模组结构简洁，能够在保证小型化的模组体积的情况下，达到提升图像像素及图像分辨率，提升图像色彩还原度，整体提升图像质量的效果。
5.为达到以上目的，本发明提供以下方案：
6.方案一：
7.一种液晶分子式摄像模组，包括液晶薄膜、黑白感光芯片和驱动装置；所述液晶薄膜用于过滤光线，液晶薄膜包括红光镀膜、绿光镀膜和蓝光镀膜；所述红光镀膜用于提供红色光的单色光线通道；所述绿光镀膜用于提供绿色光的单色光线通道；所述蓝光镀膜用于提供蓝色光的单色光线通道；所述黑白感光芯片用于感应经液晶薄膜过滤后的光线；所述驱动装置用于控制各单色光线通道的开合。
8.本方案的工作原理及优点在于：整体摄像头模组中不再设置滤光片，采用液晶薄膜替代了常规摄像模组中的滤光片，由液晶薄膜实现对于光线的过滤作用，其中，液晶薄膜包括红光镀膜、绿光镀膜和蓝光镀膜，并且上述三个薄膜均只提供其对应颜色光线的单色光线通道，光线经过液晶薄膜的镀膜后，红、绿、蓝色光均被完整留存，滤光效果较好；同时，液晶薄膜的厚度比之滤光片更小，模组整体体积较小。
9.并且，驱动装置可控制各单色光线通道的开合，通过控制不同单色光线通道的开合，如控制蓝色光的单色光线通道打开，绿色光及红色光的单色通道关闭，仅传递蓝色光等；能够实现全红光、全绿光或全蓝光的光线传递，黑白感光芯片对应实现全感光红色、全感光绿色或全感光蓝色；进而，形成的每一像素均实现了红、绿、蓝三原色光的全感光，相应地，图像像素及图像分辨率均能得到提升。黑白感光芯片在保有与黑白摄像头等同的较好的感光能力的同时，能够得到三原色的色光，从而实现了以黑白摄像头般的感光能力完成彩色拍照，相比于现有的采用滤光片和普通感光芯片的摄像模组，本方案的整体摄像模组具有更强的感光能力和细节解析能力，图像色彩还原度更高，能够大幅提升图像质量。
10.此外，相比于现有技术中常规采用滤光片的摄像头模组，本方案突破性地以液晶薄膜替代滤光片工作，并换用黑白感光芯片，以较细节的结构改动有效地提升了摄像头模组的感光能力。相比于现有技术中的通过设置三组包括黑白摄像头和彩色滤光的子模组，在拍摄时需要三组子模组同时拍摄，整体模组体积庞大，需要同时控制数个摄像头，控制存在误差；本方案则无需设置如此多的摄像结构，整体模组构造简洁，体积较小，同时能够有效提升图像质量。
11.进一步，所述红光镀膜、绿光镀膜和蓝光镀膜依次叠加。
12.采用叠加结构，每一层镀膜都能够完整地过滤进入模组的光线，保证充分过滤光线。
13.进一步，所述红光镀膜和绿光镀膜之间以及绿光镀膜和蓝光镀膜之间均设有液晶分子层；所述液晶分子层为涂布有液晶分子的半绝缘材料层；驱动装置在控制各单色光线通道的开合时，通过控制液晶分子层的液晶分子曲向控制各单色光线通道的开合。
14.液晶分子的不同曲向会产生不同的光线折射率，通过改变液晶分子曲向，进而改变液晶分子层的折射率，使得光线得以折射至黑白感光芯片或是折射到黑白感光芯片之外，相当于控制了光线的通过与截止，相当于达到控制各单色光线通道的开合的效果。这样设置，巧妙利用了液晶分子本身特性，控制方式有效。
15.进一步，所述液晶薄膜与软硬结合板之间连接有通电信号线；所述通电信号线的数量为两根且均与液晶分子层连接；软硬结合板还与驱动装置电连接。
16.这样设置，液晶薄膜、软硬结合板和驱动装置均接入同一模组电路中，便于驱动装置通过软硬结合板和通电信号线进而控制液晶分子层，保证驱动能够传达。
17.进一步，所述驱动装置为驱动ic芯片。
18.这样设置，采用驱动ic芯片控制各单色光线通道的开合，调试方便，控制方式简单有效。
19.进一步，所述驱动装置内预设有电压驱动策略；驱动装置在改变液晶分子的曲向时，按照电压驱动策略调节电压以改变液晶分子的曲向。
20.这样设置，按照电压驱动策略通过调节电压以改变液晶分子的曲向，调节方式有规律性、有条理性，形成有规律性地切换调整各单色光线通道的开合，每次成像时的光线的截止与通过均按策略进行，能够保证输出图像的质量相对稳定，摄像模组能够稳定输出高质量图像。
21.进一步，所述液晶薄膜的侧面上均设有半绝缘材料层。
22.这样设置，液晶薄膜的周边均由半绝缘材料层包覆，保证液晶薄膜内部的液晶分
子不受外界电流及电压干扰，使其保持电压与开合状态的线性一致，保证光线通道的控制有效。
23.进一步，所述红光镀膜、绿光镀膜和蓝光镀膜均采用透明pi膜。
24.采用高透明pi膜，光线透过液晶薄膜时不会有额外损耗，能够有效保证光线的高透过率。
25.方案二：
26.一种液晶分子式摄像模组的成像方法，采用如上述的一种液晶分子式摄像模组，包括以下步骤：
27.步骤1：入射光线进入液晶分子式摄像模组；入射光线到达液晶薄膜；
28.步骤2：驱动装置按照电压驱动策略调节电压以改变液晶分子的曲向，控制对应的单色光线通道依次开合；有效入射光线通过液晶薄膜；
29.步骤3：每个单色光线通道开启时，采集一帧全感光图像；
30.步骤4：合成采集到的所有全感光图像，得到输出图像。
31.本方案的工作原理及优点在于：入射光线经过液晶薄膜的过滤后，光线中的无效光线均被过滤，只有有效入射光线得以通过液晶薄膜到达下一摄像组件，液晶薄膜能够较好地完成滤光工作。并且，在入射光线到达液晶薄膜后，驱动装置会控制单色光线通道的开合，对应的单色光线通道开启，单次只供红色光、绿色光或蓝色光中的一种通过，在通道开启时，能够采集到全感光蓝色、全感光绿色或全感光红色的图像，而输出图像为多个全感光图像的集成。输出图像的每个像素块均为多个全感光图像像素块的集成效果，能够数倍提升图像像素及图像分辨率，达到超分效果。
32.进一步，在步骤4中，所述全感光图像包括全感光红色、全感光绿色和全感光蓝色的三种全感光图像。
33.这样设置，全感光红色、全感光绿色和全感光蓝色的三种全感光图像对应的是色光的三原色，将三原色光以不同的比例进行集成，能够形成与各种频率的可见光等效的色觉，因此，步骤4中的全感光图像为后续步骤5中输出图像的形成预备了充分的图像信息，由三原色的全感光图像合成得到的输出图像，图像色彩会更加明亮，色彩还原度更佳，细节信息更丰富，图像分辨率更高。
附图说明
34.图1为本发明一种液晶分子式摄像模组及其成像方法实施例的摄像模组结构示意图。
35.图2为本发明一种液晶分子式摄像模组及其成像方法实施例的液晶薄膜的结构示意图。
36.图3为本发明一种液晶分子式摄像模组及其成像方法实施例的液晶薄膜的滤光过程中全感光红色的示意图。
37.图4为本发明一种液晶分子式摄像模组及其成像方法实施例的液晶薄膜的滤光过程中全感光绿色的示意图。
38.图5为本发明一种液晶分子式摄像模组及其成像方法实施例的液晶薄膜的滤光过程中全感光蓝色的示意图。
具体实施方式
39.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
40.说明书附图中的标记包括：镜头1、镜座2、液晶薄膜3、黑白感光芯片4、软硬结合板5、驱动ic芯片6、通电信号线7、电容8、补强胶水9、连接器10、红光镀膜31、绿光镀膜32、蓝光镀膜33、液晶分子层34、半绝缘材料层35。
41.实施例基本如附图1、图2、图3、图4、图5所示：一种液晶分子式摄像模组，包括镜头1、镜座2、液晶薄膜3、黑白感光芯片4、驱动装置、软硬结合板5、补强胶水9、电容8和连接器10。所述液晶薄膜3用于过滤光线，液晶薄膜3包括红光镀膜31、绿光镀膜32和蓝光镀膜33；所述红光镀膜31用于提供红色光的单色光线通道；所述绿光镀膜32用于提供绿色光的单色光线通道；所述蓝光镀膜33用于提供蓝色光的单色光线通道；所述黑白感光芯片4用于感应经液晶薄膜3过滤后的光线；所述驱动装置用于控制各单色光线通道的开合。
42.具体地，镜头1、镜座2、液晶薄膜3、黑白感光芯片4、驱动装置、电容8、软硬结合板5、补强胶水9和连接器10依次排布。其中，液晶薄膜3的红光镀膜31、绿光镀膜32和蓝光镀膜33依次叠加，红光镀膜31和绿光镀膜32之间以及绿光镀膜32和蓝光镀膜33之间均设有液晶分子层34；液晶分子层34为涂布有液晶分子的半绝缘材料层35。液晶薄膜3的侧面上均设有半绝缘材料层35，本实施例中液晶薄膜3为长方体形，即液晶薄膜3的四侧面上均设有半绝缘材料层35。其中，红光镀膜31、绿光镀膜32和蓝光镀膜33均采用透明pi膜，本实施例中采用超薄高透明pi膜，以保证在光线透过液晶薄膜3时不造成光线损耗，同时，可使得液晶薄膜3整体厚度较小。
43.液晶薄膜3与软硬结合板5之间连接有通电信号线7，液晶薄膜3通过通电信号线7接入软硬结合板5上的电路中。软硬结合板5还与驱动装置电连接，驱动装置同样接入软硬结合板5上的电路中，与液晶薄膜3处于同一电路，在后续摄像模组整体接入所要连接的如手机、平板电脑等终端后，整体电路形成完整供电信号通路。
44.其中，通电信号线7的数量为两根且均与液晶分子层34连接。具体地，其中一根通电信号线7与红光镀膜31和绿光镀膜32之间的液晶分子层34连接，另一根通电信号线7与绿光镀膜32和蓝光镀膜33之间的液晶分子层34连接。这样设置，后续电压能够稳定输入至不同的液晶分子层34，保证液晶分子层34能够得到充分控制。驱动装置在控制各单色光线通道的开合时，通过控制液晶分子层34的液晶分子曲向控制各单色光线通道的开合。驱动装置内预设有电压驱动策略；驱动装置在改变液晶分子的曲向时，按照电压驱动策略调节电压以改变液晶分子的曲向。此外，电压在改变液晶分子曲向时，也会相应改变红光镀膜31、绿光镀膜32和蓝光镀膜33内的镀膜分子的排布状态。
45.具体地，驱动装置为驱动ic芯片6。电压驱动策略为在两根通电信号线7上输入适当电压，电压值控制在1v～12v范围内，电压传递至液晶薄膜3的液晶分子层34，由于液晶分子层34采用的是涂布有液晶分子的半绝缘体材料，半绝缘体材料本身可充当电阻，该材料上各区域距离电压输入位置的距离不同，材料形成的阻值不同，进而使得该材料上的各区域对应获得的电压也不同，受不同电压值的影响，涂布在半绝缘体材料上的液晶分子的曲向也会不同。例如，如附图3、图4、图5所示，本实施例中，驱动ic芯片6调节电压大小，依次输入6v电压、3v电压和5v电压。在输入6v电压时，液晶分子曲向分布排列发生变化使得红光镀膜31的红光单色光线通道开启，即仅折射透过红色光，绿光镀膜32及蓝光镀膜33的镀膜分
子均调整为透过状态，其他光线全部被截至，液晶薄膜3只可允许红光通过；同理，在输入3v电压时，液晶分子曲向分布排列再次发生变化，仅折射透过绿色光，液晶薄膜3只可允许绿光通过；在输入5v电压时，仅折射透过蓝色光，液晶薄膜3只可允许蓝光通过。
46.本实施例提供的一种液晶分子式摄像模组，取消了常规摄像模组中的滤光片结构，以液晶薄膜3提供滤光功能。同时，在液晶薄膜3中设有三原色镀膜和液晶分子层34，通过电压控制更改液晶分子曲向以达到控制不同的单色光线通道开合的作用，能够实现对红、绿、蓝各颜色的光线通过与截至的控制，实现全红光、全绿光或全蓝光的光线传递，配合以黑白感光芯片4进行感光，形成的每一像素块进而均实现了三原色光的全感光，相应地，图像色彩还原度及图像分辨率均能得到提升。
47.本方案构造了一种全新的摄像头模组结构，创造性地将液晶分子等材料应用于摄像头模组结构中，并配合以黑白感光芯片4，充分利用黑白感光芯片4所具备的较高的感光能力的同时，达到清晰的彩色成像效果，相比于现有的常规摄像头模组，能够在保证整体模组结构简洁，整体模组体积较小的情况下，达到提升图像分辨率和色彩还原度的效果。
48.并且，相比于常规摄像头模组，本方案的结构替换程度较小，可以应用本方案对常规摄像头模组进行快速升级，例如，采用50m的感光芯片的常规摄像头模组运用本方案可将其整体分辨率提升至150m，成像的色彩还原度对比常规拜耳阵列芯片，红、蓝颜色的色彩还原度预计提升约75％，绿色的色彩还原度约50％；成像效果提升显著，应用性较强。
49.本实施例还提供一种液晶分子式摄像模组的成像方法，采用如上述的一种液晶分子式摄像模组，包括以下步骤：
50.步骤1：入射光线进入液晶分子式摄像模组；入射光线到达液晶薄膜3。
51.步骤2：驱动装置按照电压驱动策略调节电压以改变液晶分子的曲向，控制对应的单色光线通道依次开合；有效入射光线通过液晶薄膜3。本实施例中，所述有效入射光线具体指，入射光线滤去杂散光后剩下的光线，杂散光包括可见光以外的红外光和紫外光等。这样设置，仅有效入射光线可完全通过液晶薄膜3，杂散光则全被液晶薄膜3滤除，以免杂散光投射到感光芯片上产生多余的、不起作用的电荷。
52.步骤3：每个单色光线通道开启时，采集一帧全感光图像。具体地，驱动装置控制红色光的单色光线通道开启，其余色光的单色光线通道关闭，仅红色光线通过液晶薄膜3，黑白感光芯片4全感光红色，此时采集一帧全感光红色的全感光图像。类似地，驱动装置再控制绿色光的单色光线通道开启，采集一帧全感光绿色的全感光图像。驱动装置控制蓝色光的单色光线通道开启，采集一帧全感光蓝色的全感光图像。本实施例中，共采集三帧三原色光对应的全感光图像。
53.步骤4：合成采集到的所有全感光图像，得到输出图像。所述全感光图像包括全感光红色、全感光绿色和全感光蓝色的三种全感光图像。其中，合成操作由摄像头模组后续连接的如手机、平板电脑等终端进行。另，本实施例中，全感光红色具体指液晶薄膜3只允许红色光线通过，黑白感光芯片4只能感应红色光线，此种情况即全感光红色；全感光绿色和全感光蓝色与全感光红色类似。
54.本实施例提供的一种液晶分子式摄像模组的成像方法，成像时采集三帧三原色光对应的全感光图像，进行合成后得到最终的输出图像。输出图像的每一像素对应采用的感光数据均包含有充分的三原色光信息，每一像素块均为多个全感光图像像素块的集成效
果，能够数倍提升图像像素及图像分辨率。
55.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。