CN102262331A - 取像模块及其取像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种取像模块，包括透镜组、影像感测组件、影像处理单元、致动器与控制单元。影像感测组件设置于透镜组的像侧，用以感测透镜组形成的影像而输出影像讯号。控制单元根据影像讯号的清晰度而驱动影像处理单元与致动器两者其中之一。影像处理单元用以对影像讯号进行数字影像处理，藉以提升影像讯号的清晰度。致动器连接至透镜组，藉由机械上调整透镜组的焦距或位置，以获得清晰影像。本发明还提供一种取像方法。

Description

取像模块及其取像方法
技术领域
本发明涉及一种取像模块及其取像方法。
背景技术
目前取像的方法是把影像投影成像在电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)传感器上。由于取像会有所谓景深的问题，因此对于定焦式取像模块而言，只有与取像的距离在特定范围内的物体可以清楚成像。
自动对焦(autofocus，AF)技术是使取像模块可根据物体的远近，自动调整取像模块的对焦透镜组的位置，以使得取像模块于成像平面上的成像清晰。因此，自动对焦式取像模块需要有一定的致动机械结构，由致动机械结构不断调整对焦透镜组的位置，以提供不同距离物体的成像对焦，导致自动对焦式取像模块消耗较多能量。
扩展景深式(extend depth of field，EDoF)取像模块采用的是数字运算辅助，当目标光点并非放在可以清楚成像的位置，会在电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器上投影成一个模糊的光斑，这时扩展景深式取像模块可以利用软件进行数字运算，将光斑反运算还原成原来的光点，而形成清晰的影像。换言之，原先没有完美对焦成像的模糊光斑，可以藉由数字运算还原成清晰的影像。然而，扩展景深式取像模块的缺点为无法将近拍的被摄物体影像还原成清晰的影像，所以当取像模块接近被摄物体时，扩展景深式取像模块会产生影像模糊的问题。
由于自动对焦式取像模块与扩展景深式取像模块各自具有迥异的装置结构与取像方式，因此传统的取像模块难以兼具两者的优点，仍会具有耗能较大或无法近拍的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种兼具扩展景深模式与自动对焦模式的取像模块。
一种取像模块包括透镜组、影像感测组件、影像处理单元、致动器与控制单元。透镜组用以进行光学成像而形成影像。影像感测组件设置于透镜组的像侧，用以感测前述影像而输出影像讯号。控制单元接收前述影像讯号，并根据影像讯号的清晰度而驱动影像处理单元与致动器两者其中之一。影像处理单元电连接至影像感测组件，用以对影像讯号进行数字影像处理，藉以提升影像讯号的清晰度。致动器连接至透镜组，藉由机械上调整透镜组的焦距或位置，以获得清晰影像。
一种取像模块的取像方法，其包括以下步骤：首先提供取像模块，取像模块包括透镜组、设置于透镜组的像侧的影像感测组件，与连接至透镜组的致动器，其后，利用透镜组对被摄物体进行光学成像而形成影像，接着，利用影像感测组件感测前述影像而输出影像讯号，当影像讯号的清晰度高于或等于预定值时启动扩展景深模式，对影像讯号进行扩数字影像处理，藉以提升影像讯号的清晰度，当影像讯号的清晰度低于预定值时启动自动对焦模式，控制致动器于机械上调整透镜组的焦距或位置，藉以获得清晰影像。
相较于现有技术，所述取像模块可藉由控制单元切换扩展景深模式与自动对焦模式。当影像讯号的清晰度高于或等于扩展景深模式可处理的临界清晰度时，取像模块可直接利用影像处理单元进行数字影像处理即可获得清晰影像，节省能量消耗，而当影像讯号的清晰度低于扩展景深模式可处理的临界清晰度时，取像模块可利用致动器而机械上调整透镜组的位置或焦距，进而获得清晰影像。因此，本发明的取像模块可同时兼具节能与扩展景深等特点。
附图说明
图1是本发明取像模块的具体实施方式的功能方块示意图。
图2是图1中取像模块的结构剖视示意图。
图3是图1中取像模块的取像方法示意图。
主要元件符号说明
被摄物体    2
透镜组      10
透镜        12、14、16
滤光片            13
镜筒              17
阶梯孔            17a
间隔体            18
影像感测组件      20
基底              22
影像感处理单元    30
致动器            40
控制单元          50
芯片              60
光轴              74
底座              80
透明盖板          94
取像模块          100
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作一具体介绍。
请参照图1与图2，本实施例所提供的取像模块100包括透镜组10、影像感测组件20、影像处理单元30、致动器40与控制单元50。此外，取像模块100更可包括底座80与基底22，但不限于此。
透镜组10用于对被摄物体2进行光学成像。透镜组10可包括多个透镜，本实施例中含有三个透镜12、14与16，还包括其他元件如滤光片13、镜筒(lensbarrel)17与间隔体18。透镜组10中透镜的数目不限于本实施例中的三个，其可为单一个、两个、四个或更多。各透镜12、14与16可选自塑料透镜与玻璃透镜等定焦透镜，亦可选自液态透镜(liquid lens)或液晶透镜等变焦透镜。优选的，透镜12、14与16均为非球面透镜，且透镜12、14与16的表面均设置有抗反射层(anti-reflective coating)(图未标示)。
镜筒17用以收容透镜12、14与16与滤光片13等光学组件，使取像模块100的中心轴实质上可与透镜组10的光轴(optical axis)74重合，但于其它实施例中亦可不需与光轴74重合。本实施例的镜筒17外表面可为平滑表面，方便致动器40可控制镜筒17的滑动。镜筒17的位于透镜组10物侧一端可设置阶梯孔17a，用于控制由被摄物体2方向入射至镜筒17内的光线的入射角。间隔体18设置于三个透镜12、14与16中相邻两者之间，藉以防止相邻两个透镜之间因接触或碰撞而导致组件损伤。滤光片13可选择采用红外线截止滤光片。镜筒17的另一端可嵌入至底座80的开口内，使镜筒17、与透镜组10均设置于底座80上。
影像感测组件20设置于透镜组10的像侧，用以感测经由透镜组10的光学成像，并将光学成像转换成相应的数字影像讯号作为输出讯号。影像感测组件20可为电荷耦合器件元件或互补金属氧化物半导体感测元件。通常的，当影像感测组件20的分辨率为3百万像素及以上时，相应的，透镜组10可设置有4片或更多片非球面透镜。
控制单元50电连接至影像感测组件20、致动器40与影像处理单元30。控制单元50接收影像感测组件20产生的影像讯号，并据以控制影像处理单元30与致动器40两者其中之一进行运作，以获得清晰影像。
更具体地说，控制单元50可辨识出影像感测组件20所感测到的影像清晰度(image resolution)，例如以调制转换函数(modulation transfer function，MTF)，解像力，对比度或锐利度来衡量。当影像讯号的清晰度高于或等于一个预定值时，控制单元50可启动扩展景深模式(EDoF mold)，将影像讯号传送至影像处理单元30进行数字影像处理。当影像讯号的清晰度低于一个预定值时，控制单元50可启动自动对焦模式(AF mold)，控制启动致动器40驱使透镜组10作动，从而调整透镜组10的焦距或位置以达到提高影像清析度之目的。
前述预定值较佳设定在扩展景深模式可处理的临界清晰度，亦即当影像讯号的清晰度高于或等于所述预定值时，透过数字影像处理即可提供清晰影像，而当影像讯号的清晰度低于所述预定值时，仅仅透过数字影像处理仍不足以提供清晰影像，则可利用致动器40调整透镜组10而弥补影像处理单元30的不足，使得取像模块100在近拍的情况下仍具有优异的影像质量。需注意的是，前述的影像清晰度预定值可根据产品需求而调整。当前述影像清晰度预定值设定较高时，取像模块100较容易启动自动对焦模式。当前述影像清晰度预定值设定较低时，启动自动对焦模式的机会较少，因此有较佳节能效果。举例而言，本发明的清晰度预定值可介于调制转换函数或对比度的10％与20％间，较佳约为15％。
影像处理单元30电连接至影像感测组件20。当取像模块100是采用扩展景深模式进行取像运作时，影像处理单元30将成像在影像感测组件20上的影像反运算，进而还原成清晰影像。此时，取像模块100不需启动致动器40，大幅减少了机械运作的能量消耗。
致动器40机械连接至透镜组10。更具体地说，当取像模块100是采用自动对焦模式进行取像运作时，致动器40接受控制单元50的控制，可驱动透镜组10至目标位置，或是改变透镜组10的焦距，进而可实现取像模块100的自动对焦。举例来说，致动器40可选自音圈马达(voice coil motor，VCM)致动器、压电(piezoelectric)致动器、微机电系统(micro electro mechanical systems，MEMS)致动器与形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)致动器其中之一，用以调整透镜组10的位置。控制单元50可比较透镜组10的目标位置与透镜组10的实际位置，并将差值作为控制讯号输出至致动器40。当透镜组10选自液态透镜或液晶透镜等变焦透镜时，致动器40可对应地选自液晶致动器与液体镜头(liquidlens)致动器其中之一，用以改变透镜组10的焦距。
于本实施例中，影像感测组件20、影像处理单元30与控制单元50可整合于芯片60中，例如为电荷耦合器件传感器与互补金属氧化物半导体传感器其中之一。芯片60可利用金凸块(Au bump)以覆晶封装(flip chip package)方式与陶瓷基底22电连接，并收容于底座80的开口内。为避免灰尘或其它污染物污染影像感测组件20，底座80更可于影像感测组件20的一侧设置透明盖板94，如透明玻璃板，但不限于此。
于本发明的其它实施例中，取像模块100亦可进一步包含定位组件(未标示)，电连接至控制单元50，用以将透镜组10实际位置的讯号输出至控制单元50，但不限于此。
如图3所示，其为本实施例中取像模块100的取像方法示意图。首先，提供前述的取像模块100，利用透镜组10将被摄物体2聚焦至影像感测组件20并产生被摄物体2的光学成像，接着，利用影像感测组件20感测前述影像，并将其转换成影像讯号而输出，利用控制单元50来辨识影像讯号的清晰度，当影像讯号的清晰度高于或等于预定值时，对影像讯号进行数字影像处理，当影像讯号的清晰度低于预定值时，控制致动器调整透镜组的景深，藉以获得清晰影像。
于本实施例的实际取像运作中，当被摄物体2与取像模块100的距离实质上大于40公分时，取像模块100均可采用扩展景深模式获得清晰影像，而不需启动致动器40，当被摄物体2与取像模块100的距离实质上小于40公分时，取像模块100可采用自动对焦模式获得清晰影像，且尤以其间距介于10公分与40公分时为佳。
本发明的取像模块可利用控制单元来辨识影像讯号的清晰度，进而切换扩展景深模式与自动对焦模式，克服了习知自动对焦式取像模块与扩展景深式取像模块难以相互整合的问题。本领域具通常知识者可于本发明精神内做其它变化，例如根据产品需求而调整透镜组、影像感测组件、影像处理单元、致动器与控制单元的结构或配置。
综上所述，本发明的取像模块可藉由控制单元判断是否启动致动器。当影像讯号的清晰度较高时，取像模块可直接利用影像处理单元进行数字影像处理即可获得清晰影像，节省能量消耗，而当影像讯号的清晰度较低时，取像模块可利用致动器而调整透镜组的位置或焦距，进而获得清晰影像。因此，本发明的取像模块可同时兼具节能与扩展景深等特点。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种取像模块，其包括一个透镜组、一个影像感测组件、一个影像处理单元、一个致动器及一个控制单元，所述透镜组用以进行光学成像而形成一个影像，所述影像感测组件设置于所述透镜组的像侧，用以感测所述影像而输出一个影像讯号，所述控制单元用以接收所述影像讯号，并根据所述影像讯号的清晰度而驱动所述影像处理单元与所述致动器两者其中之一，所述影像处理单元电连接至所述影像感测组件，用以对所述影像讯号进行数字影像处理，藉以提升所述影像讯号的清晰度，所述致动器连接至所述透镜组，藉由机械上调整所述透镜组的焦距或位置，以获得一个清晰影像。
2.如权利要求1所述的取像模块，其特征在于：所述控制单元包括用以辨识所述影像讯号的清晰度。
3.如权利要求2所述的取像模块，其特征在于：当所述影像讯号的清晰度高于或等于一个预定值时，所述控制单元将所述影像讯号传送至所述影像处理单元进行数字影像处理。
4.如权利要求2所述的取像模块，其特征在于：当所述影像讯号的清晰度低于一个预定值时，所述控制单元控制所述致动器而调整所述透镜组的位置。
5.如权利要求4所述的取像模块，其特征在于：所述致动器是选自音圈马达致动器、压电致动器、微机电系统致动器与形状记忆合金致动器其中之一。
6.如权利要求2所述的取像模块，其特征在于：当所述影像讯号的清晰度低于一个预定值时，所述控制单元控制所述致动器而调整所述透镜组的焦距。
7.如权利要求6所述的取像模块，其特征在于：所述致动器是选自液晶致动器与液体镜头(liquid lens)致动器其中之一。
8.如权利要求1所述的取像模块，其特征在于：所述影像感测组件、所述影像处理单元与所述控制单元是整合于一个电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)传感器与一个互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)传感器其中之一。
9.一种取像模块的取像方法，其包括：提供一个取像模块，所述取像模块包括一个透镜组、一个设置于所述透镜组的像侧的影像感测组件，与一个连接至所述透镜组的致动器，利用所述透镜组对一个被摄物体进行光学成像而形成一个影像，利用所述影像感测组件感测所述影像而输出一个影像讯号，及当所述影像讯号的清晰度高于或等于一个预定值时，对所述影像讯号进行数字影像处理，当所述影像讯号的清晰度低于一个预定值时，控制所述致动器调整所述透镜组的景深，以获得一个清晰影像。
10.如权利要求9所述的取像方法，其特征在于：所述影像讯号的清晰度选自调制转换函数(modulation transfer function，MTF)或对比度两者至少其一。
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