用于超短距离成像的结合了微透镜阵列的紧凑型相机的制作方法

本发明涉及紧凑型相机领域，并且具体地涉及一种用于超短距离成像的紧凑型相机以及一种用于超短距离成像的方法。

背景技术：

1、紧凑型相机和低轮廓型相机是当今智能手机、平板电脑、膝上型电脑、游戏控制器和需要一个或多个嵌入式相机的各种便携式设备的关键部件。被成像物体在两毫米或更小距离处的应用包括生物特征认证(例如，指纹、心率或静脉识别)以及标签和/或条形码读取，并且因此需要超短距离成像。

2、超短距离成像对于采用覆盖全视场(fov)的单透镜或单组透镜的常规相机来说具有挑战性，特别是当模块的总长度低于两毫米时，这是大多数智能手机和手持设备的要求。此外，较大的透镜通常在其fov边缘附近具有较差的图像质量。图1a和图1b示出了通过使用微透镜(ml)102的阵列101(还被称为小透镜阵列)和间距104而制造得紧凑和低轮廓的一个示例现有技术相机100。图1a是图示了ml 102的阵列101的顶部示意图，图1b示出了穿过图1a的相机100的截面a-a。如图1b中所示，相机100还包括滤光器122、具有多个孔径光阑126(每个孔径光阑相对于每个ml 102定位)的挡板层124、玻璃覆盖物128、以及支撑结构130。

3、每个ml 102仅在图像传感器120的区域上采集部分fov 106，软件将所捕获的图像区域中的每一个拼接在一起，以形成表示全fov 108的完整图像(以虚线轮廓说明性地示出)。由于每个ml的部分fov 106仅覆盖全fov 108的一部分，其焦距以及总模块长度减小。

4、在现有技术相机中，阵列101是相同ml 102的规则图案(例如，具有间距104的正方形)，其中每个ml 102使与其他ml的fov重叠的圆形fov 106(或其内接正方形)单独地成像。一般而言，图像质量(包括mtf和失真)和亮度从透镜的fov的中心到边界逐渐降级，因此全fov 108的某些部分(例如，部分110)，尤其是在单独fov 106的边界附近，不能被ml阵列101高效地覆盖。因此，图像质量和亮度在全fov 108上的不同位置处显著变化。即，在每个ml的部分fov 106内，图像质量和亮度从fov 106的中心到边界逐渐降级，并且由于fov 106仅在边界处重叠，所以在单独fov 106的重叠边界处的全fov 108的部分110没有被ml 102的阵列101高效地覆盖，并且全fov 108的所得图像不是最佳的。

技术实现思路

1、在一个方面，用于超短距离成像的紧凑型相机包括图像传感器、透明层、微透镜(ml)层和挡板层。ml层在图像传感器与透明层之间，形成(a)具有多个第一ml的第一ml阵列，以及(b)具有与多个第一ml交错的多个第二ml的第二ml阵列。挡板层在ml层与图像传感器之间，形成多个第一孔径光阑和多个第二孔径光阑，第一孔径光阑各自与第一ml中的不同的第一ml对准，第二孔径光阑各自与第二ml中的不同的第二ml对准。第一ml各自具有第一组光学特性，第二ml各自具有不同于第一组光学特性的第二组光学特性。

2、在一些实施例中，该紧凑型相机还包括定位于挡板层与图像传感器之间的滤光器层。

3、在一些实施例中，该紧凑型相机还包括定位于ml层与透明层之间的滤光器层。

4、在一些实施例中，第一ml阵列和第二ml阵列各自形成周期性图案。

5、在一些实施例中，周期性图案是正方形图案。

6、在一些实施例中，每个第一ml具有直径d1，每个第二ml具有直径d2，其中d1大于d2，比率r＝d1/d2，其中

7、在一些实施例中，每个第一ml具有直径d1，第一ml阵列具有间距p，其中2<p/d1<10。

8、在一些实施例中，ml层由单个透镜材料形成，第一ml和第二ml具有大于或等于0.1mm且小于2mm的后焦距(bfl)。

9、在一些实施例中，第一ml中的每一个被定位成在图像传感器的相应第一区域上形成第一图像，第二ml中的每一个被定位成在图像传感器的不同于第一区域的相应第二区域上形成第二图像。

10、在一些实施例中，该紧凑型相机还包括多个第一滤色器和多个第二滤色器，每个第一滤色器形成在第一孔径光阑中的相应第一孔径光阑中，每个第二滤色器形成在第二孔径光阑中的相应第二孔径光阑中。

11、在一些实施例中，该紧凑型相机还包括处理器；以及存储器，存储器存储拼接算法，拼接算法具有机器可读指令，机器可读指令被处理器执行时，将第一图像和第二图像拼接在一起以形成具有更高光谱范围的全图像。

12、在一些实施例中，该紧凑型相机还包括多个可见光带通滤光器和多个ir带通滤光器，每个可见光带通滤光器形成在第一孔径光阑中的不同的第一孔径光阑中，每个ir带通滤光器形成在第二孔径光阑中的不同的第二孔径光阑中。

13、在一些实施例中，第一组光学特性与第二组光学特性之间的差异包括f-数的差异。

14、在一些实施例中，挡板层包括可见光带通滤光器层，可见光带通滤光器层形成多个第二孔径光阑；以及ir带通滤光器层，ir带通滤光器层形成多个第一孔径光阑。

15、在一些实施例中，多个第一孔径光阑中的每一个具有可见光带通滤光器层的透射系数，多个第二孔径光阑中的每一个具有ir带通滤光器层的透射系数。

16、在另一个方面，一种用于超短距离成像的方法包括在图像传感器的多个第一区域中的每一个处形成多个第一图像中的相应第一图像，以及在图像传感器的多个第二区域中的每一个处形成多个第二图像中的相应第二图像。使用图像传感器捕获多个第一图像和多个第二图像，并且将所捕获的多个第一图像和所捕获的多个第二图像拼接在一起以形成完整图像。

17、在一些实施例中，形成多个第一图像的步骤包括形成多个第一图像的第一周期性阵列，形成多个第二图像的步骤包括形成多个第二图像的第二周期性阵列。

18、在一些实施例中，完整图像是场景的图像，形成多个第一图像中的每一个包括利用第一ml阵列的多个第一ml中的相应第一ml对场景的多个第一场景区域中的相应第一场景区域成像，第一ml中的每一个具有第一组光学特性；以及形成多个第二图像中的每一个包括利用第二ml阵列的多个第二ml中的相应第二ml对场景的多个第二场景区域中的相应第二场景区域成像，第二ml中的每一个具有不同于第一组光学特性的第二组光学特性。

19、在一些实施例中，第一组光学特性与第二组光学特性之间的差异是ml直径。

20、在一些实施例中，第一组光学特性与第二组光学特性之间的差异包括f-数的差异。

技术特征：

1.一种用于超短距离成像的紧凑型相机，包括：

2.根据权利要求1所述的紧凑型相机，还包括定位于所述挡板层与所述图像传感器之间的滤光器层。

3.根据权利要求1所述的紧凑型相机，还包括定位于所述ml层与所述透明层之间的滤光器层。

4.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中所述第一ml阵列和所述第二ml阵列各自形成周期性图案。

5.根据权利要求4所述的紧凑型相机，其中所述周期性图案是正方形图案。

6.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中每个第一ml具有直径d1，每个第二ml具有直径d2，其中d1大于d2，比率r＝d1/d2，其中1.1<r<√10。

7.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中每个第一ml具有直径d1，所述第一ml阵列具有间距p，其中2<p/d1<10。

8.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中所述ml层由单个透镜材料形成，所述第一ml和所述第二ml具有大于或等于0.1mm且小于2mm的后焦距(bfl)。

9.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中所述第一ml中的每一个被定位成在所述图像传感器的相应第一区域上形成第一图像，所述第二ml中的每一个被定位成在所述图像传感器的不同于所述第一区域的相应第二区域上形成第二图像。

10.根据权利要求9所述的紧凑型相机，还包括多个第一滤色器和多个第二滤色器，每个第一滤色器形成在所述第一孔径光阑中的相应第一孔径光阑中，每个第二滤色器形成在所述第二孔径光阑中的相应第二孔径光阑中。

11.根据权利要求10所述的紧凑型相机，还包括：

12.根据权利要求9所述的紧凑型相机，还包括多个可见光带通滤光器和多个ir带通滤光器，每个可见光带通滤光器形成在所述第一孔径光阑中的不同的第一孔径光阑中，每个ir带通滤光器形成在所述第二孔径光阑中的不同的第二孔径光阑中。

13.根据权利要求9所述的紧凑型相机，其中所述第一组光学特性与所述第二组光学特性之间的差异包括f-数的差异。

14.根据权利要求1所述的紧凑型相机，其中所述挡板层包括：

15.根据权利要求14所述的紧凑型相机，其中所述多个第一孔径光阑中的每一个具有所述可见光带通滤光器层的透射系数，所述多个第二孔径光阑中的每一个具有所述ir带通滤光器层的透射系数。

16.一种用于超短距离成像的方法，包括：

17.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述多个第一图像的步骤包括形成所述多个第一图像的第一周期性阵列，形成所述多个第二图像的步骤包括形成所述多个第二图像的第二周期性阵列。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述完整图像是场景的图像，

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一组光学特性与所述第二组光学特性之间的差异是ml直径。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一组光学特性与所述第二组光学特性之间的差异包括f-数的差异。

技术总结
提供了一种用于超短距离成像的紧凑型相机以及一种用于超短距离成像的方法。该紧凑型相机包括图像传感器、透明层和在图像传感器与透明层之间的微透镜(ML)层。ML层形成(a)具有多个第一ML的第一ML阵列，以及(b)具有与多个第一ML交错的多个第二ML的第二ML阵列。紧凑型相机还包括在ML层与图像传感器之间的挡板层，该挡板层形成多个第一孔径光阑以及多个第二孔径光阑，第一孔径光阑各自与第一ML中的不同的第一ML对准，第二孔径光阑各自与第二ML中的不同的第二ML对准。第一ML各自具有第一组光学特性，第二ML各自具有不同于第一组光学特性的第二组光学特性。

技术研发人员：许世欣
受保护的技术使用者：豪威科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15