CN112804427A - 图像采集模块 - Google Patents

Abstract

一种图像采集模块，包括滤光片、超颖透镜层以及感光元件。滤光片包括相对的入光面与出光面。超颖透镜层与滤光片彼此并排设置，超颖透镜层包括透光薄膜与多个微结构，各微结构排列设置于透光薄膜上。感光元件包括感光面，感光面朝向超颖透镜层与滤光片的出光面，其中感光面上具有多个像素，各像素分别对应于各微结构。

Description

图像采集模块

技术领域

本发明有关于一种光学模块，特别是指一种图像采集模块。

背景技术

随着多媒体技术的快速发展，许多电子产品(例如智能型手机、平板计算机、笔记型计算机或数码相机等)都会搭载图像采集模块，以支持摄影、网络视频或脸部识别等功能。

然而，目前现有的图像采集模块的镜头通常是由多片光学透镜所堆栈组成，例如各光学透镜为具有一定厚度的凹透镜或凸透镜，且对于高画质需求的图像采集模块，光学透镜堆栈的数量也会随之增加，导致图像采集模块的厚度与重量无法进一步降低。

发明内容

鉴于上述，于一实施例中，本发明提供一种图像采集模块，包括滤光片、超颖透镜层以及感光元件。滤光片包括相对的入光面与出光面。超颖透镜层与滤光片彼此并排设置，超颖透镜层包括透光薄膜与多个微结构，各微结构排列设置于透光薄膜上。感光元件包括感光面，感光面朝向超颖透镜层与滤光片的出光面，其中感光面上具有多个像素，各像素分别对应于各微结构。

综上，根据本发明实施例的图像采集模块，通过感光元件的感光面朝向超颖透镜层与滤光片的出光面，且超颖透镜层具有多个微结构分别对应于感光元件的多个像素，使光线通过滤光片与超颖透镜层时，光线能够经由多个微结构的导引而分别聚焦至多个像素，以感测取得清晰的图像，且图像采集模块可不需使用光学透镜或者减少光学透镜的使用数量，以降低图像采集模块的重量与厚度而更加轻薄化。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明图像采集模块第一实施例的剖视图。

图2为本发明图像采集模块第一实施例的光线路径示意图。

图3为本发明图像采集模块第二实施例的剖视图。

图4为本发明图像采集模块第二实施例的光线路径示意图。

图5为本发明图像采集模块第三实施例的剖视图。

图6为本发明图像采集模块第四实施例的剖视图。

图7为本发明图像采集模块第五实施例的剖视图。

附图标记

1、1a、1b、1c、1d：图像采集模块

10：滤光片

11：入光面

12：出光面

13、13a：环形支撑件

131：中央通孔

20、20a、20b、20c、20d：超颖透镜层

21：透光薄膜

22、22a、22b、22c、22d：微结构

221、221a、221b、221c、221d：第一微结构

222、222a、222b、222c、222d：第二微结构

30、30a、30b、30c、30d：感光元件

31、31a、31b、31c、31d：感光面

40：电线

50：电路板

60：透镜

d：间距

L1、L2：光线

P：像素

P1：红外光感测像素

R：红色感测像素

G：绿色感测像素

B：蓝色感测像素

P2：可见光感测像素

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图1为本发明图像采集模块第一实施例的剖视图。如图1所示，本发明实施例的图像采集模块1包括滤光片10、超颖透镜层20及感光元件30，其中图像采集模块1可应用于各式电子产品(例如智能型手机、平板计算机、笔记型计算机、数码相机或摄影机等)，用以取得物体的图像。

图2为本发明图像采集模块第一实施例的光线路径示意图。如图1至图2所示，滤光片10包括相对的入光面11与出光面12。在一些实施例中，滤光片10为透光材料(例如透明塑胶或玻璃)所制成的单层或多层片体并且可滤除不需要的光线，例如当外部光线(如光线L1)由入光面11进入滤光片10内部后，滤光片10可滤除光线L1中特定波长的光线(如紫外光、红外光或可见光)，使其他波长的光线(如光线L2)通过出光面12而达到滤光效果。举例来说，滤光片10可为可见光滤光片，只让可见光通过出光面12、或者滤光片10也可为红外光滤光片，只让红外光通过出光面12、又或者滤光片10也可为可见光滤光片与红外光滤光片的组合，仅让可见光与红外光通过出光面12。

如图1所示，超颖透镜层20与滤光片10彼此并排设置。上述超颖透镜层20包括透光薄膜21与多个微结构22，且各微结构22排列设置于透光薄膜21上，超颖透镜层20可为超颖材料(metamaterials)所制成，其中超颖材料为一种具有特殊性质的人造材料，并可藉由透光薄膜21上的各微结构22的设计或安排，任意控制光的传播路径。

如图1所示，超颖透镜层20的透光薄膜21可为透光材料所制成的薄膜或薄片，举例来说，透光材料可选自氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(Al:ZnO；AZO)、掺镓氧化锌(Ga:ZnO；GZO)、氟化镁(MgF2)、二氧化铪(HfO2)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)及氧化铝(Al2O3)所组成群组的介电质材料等。在一些实施例中，透光薄膜21的厚度可介于5um～1000μm之间，但上述透光材料与透光薄膜21的厚度仅为举例，实际上并不以此为限。

如图1所示，超颖透镜层20的各微结构22可为一种纳米等级的人造结构，具有在远小于波长尺度下操控光特性的能力。具体来说，通过改变各微结构22的参数，例如，各微结构22的形状、彼此排列方式、大小分布等，达到操控光行进的模式，进而改变光的有效折射率(neff)。

如图1所示，上述多个微结构22可为透明材料，例如氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化铝(AlAs)、硅(Si)或氧化硅(SiO2)等，多个微结构22也可为金属材料，例如铝、银、铜、金或铑等。多个微结构22可通过蚀刻、光刻、纳米压印(nanoimprint lithography)、或微影等惯用手段在透光薄膜21上成型，故不再此赘述。

如图1至图2所示，感光元件30与超颖透镜层20之间保持一间距d，感光元件30包括一感光面31，且感光面31朝向滤光片10的出光面12，使由出光面12出光的光线L2能够传递至感光元件30的感光面31。举例来说，如图1所示，在本实施例中，图像采集模块1具有环形支撑件13与电路板50，环形支撑件13具有一中央通孔131，滤光片10与超颖透镜层20固定于环形支撑件13并对应于中央通孔131，电路板50位于环形支撑件13内，感光元件30固定于电路板50上且不接触滤光片10与超颖透镜层20，使感光元件30与超颖透镜层20保持间距d。此外，感光元件30通过电线40与电路板50电连接，因此当感光元件30的感光面31接收到光，并将光信号转换为电信号后，感光元件30能将电信号传递至电路板50，以储存图像信息。

在一些实施例，上述感光元件30可为电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)、或互补金属氧化物半导体主动式像素传感器(CMOS Active pixel sensor)。在本实施例中，感光元件30的感光面31上具有多个像素P(pixel)用以感光取得图像，且多个像素P分别对应于上述多个微结构22，举例来说，当像素P为可见光感测像素时，微结构22可对应可见光感测像素设计，使外部光线通过超颖透镜层20的过程中可藉由微结构22的导引而聚焦至可见光感测像素、或者当像素P为红外光感测像素时，微结构22可对应红外光感测像素设计，使外部光线通过超颖透镜层20的过程中可藉由微结构22的导引而聚焦至红外光感测像素。

综上，根据本发明实施例的图像采集模块1，通过感光元件30的感光面31朝向超颖透镜层20与滤光片10的出光面12，且超颖透镜层20具有多个微结构22分别对应于感光元件30的多个像素P，使外部光线通过滤光片10与超颖透镜层20时，外部光线能够经由多个微结构22的导引而分别聚焦至多个像素P，以感测取得清晰的图像，且图像采集模块1可不需使用光学透镜或者减少光学透镜的使用数量，以降低图像采集模块1的重量与厚度而更加轻薄化。

在一些实施例中，感光元件30可为RGB-IR感光元件、RGB感光元件或IR感光元件，超颖透镜层20的多个微结构22可根据不同种类的感光元件30做设计，此分别配合图式说明如下。如图1至图2所示，在第一实施例中，图像采集模块1的滤光片10位于超颖透镜层20与感光元件30的感光面31之间。举例来说，图像采集模块1的感光元件30可为RGB-IR感光元件，感光元件30的感光面31上具有多个像素P，多个像素P包括多个可见光感测像素P2与多个红外光感测像素P1，多个可见光感测像素P2包括多个红色感测像素R、多个绿色感测像素G以及多个蓝色感测像素B。图像采集模块1的超颖透镜层20接合于滤光片10与环形支撑件13之间，超颖透镜层20的多个微结构22包括至少一第一微结构221与至少一第二微结构222，在本实施例中，多个微结构22包括多个第一微结构221与多个第二微结构222，多个第一微结构221分别对应于上述多个可见光感测像素P2，多个第二微结构222分别对应于上述多个红外光感测像素P1，且各第一微结构221与各第二微结构222不同，各第一微结构221彼此可相同也可不同。

例如，在本实施例中，由于红外光与可见光的波长不同且聚焦位置也不相同，因此通过超颖透镜层20的不同的多个微结构22(如多个第一微结构221与多个第二微结构222)，多个第一微结构221的结构、形状或排列是对应可见光做设计，多个第二微结构222的结构、形状或排列是对应红外光做设计，使可见光与红外光分别藉由多个第一微结构221与多个第二微结构222的导引而分别聚焦至各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1，避免图像采集模块1产生相位延迟的问题。

再请参照图2，具体而言，当外部光线L1射入超颖透镜层20，并穿经超颖透镜层20的透光薄膜21与各微结构22，由于各第一微结构221以及各第二微结构222分别对应各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1(例如各第一微结构221的形状与排列对应各可见光感测像素P2，各第二微结构222的形状与排列对应各红外光感测像素P1)，使外部光线L1能够经由多个第一微结构221与多个第二微结构222的导引而分别由滤光片10的入光面11朝出光面12的方向汇聚(如光线L2)，最后分别聚焦至各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1。

图3为本发明图像采集模块第二实施例的剖视图，图4为本发明图像采集模块第二实施例的光线路径示意图。再请参照图3与图4，第二实施例与第一实施例不同的地方在于，在第二实施例中，图像采集模块1a的感光元件30a为RGB感光元件，在感光元件30a的感光面31a的多个像素P包括多个可见光感测像素P2，超颖透镜层20a的多个微结构22a的结构、排列或形状可类似上述多个第一微结构221的结构、排列或形状。因此当外部光线L1射入超颖透镜层20a，并穿经超颖透镜层20a的透光薄膜21与各微结构22a，由于各微结构22a对应各可见光感测像素P2，使外部光线L1能够经由多个微结构22a的导引而分别由滤光片10的入光面11朝出光面12的方向汇聚(如光线L2)，最后分别聚焦至各可见光感测像素P2。

承上，在一些实施例中，感光元件30a也可为IR感光元件，在感光元件30a的感光面31a的多个像素P包括多个红外光感测像素P1，且超颖透镜层20a的多个微结构22a的结构、排列或形状可类似上述多个第二微结构222的结构、排列或形状。因此当外部光线L1射入超颖透镜层20a，并穿经超颖透镜层20a的透光薄膜21与各微结构22a，由于各第二微结构222a对应各红外光感测像素P1，使外部光线L1能够经由多个第二微结构222a的导引而分别由滤光片10的入光面11朝出光面12的方向汇聚，最后分别聚焦至各红外光感测像素P1。

图5为本发明图像采集模块第三实施例的剖视图。在第三实施例中，超颖透镜层20b与滤光片10的排序不同于第一实施例。如图5所示，在本实施例中，图像采集模块1b的超颖透镜层20b位于滤光片10的出光面12与感光元件30b的感光面31b之间。因此，本实施例的超颖透镜层20b上的多个微结构22b的各第一微结构221b以及各第二微结构222b会不同于第一实施例的超颖透镜层20上的多个微结构22的各第一微结构221以及各第二微结构222。

承上，例如在本实施例中，由于外部光线会先穿经滤光片10后才通过超颖透镜层20b，因此光线行走的路径会不同于第一实施例。因此本实施例的各第一微结构221b以及各第二微结构222b的结构、排列或形状会不同于第一实施例的各第一微结构221与各第二微结构222，使各第一微结构221b以及各第二微结构222b分别对应各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1，因而外部光线能够经由多个第一微结构221b与多个第二微结构222b的导引而分别由超颖透镜层20b朝各像素P的方向汇聚，最后分别聚焦至各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1。

承上，如同第二实施例，在第三实施例中，感光元件30b也可为RGB感光元件或为IR感光元件，并通过不同的微结构22b配置，使外部光线能够分别聚焦至各可见光感测像素P2或各红外光感测像素P1。

现有技术往往需要通过多片光学透镜使外部光线聚焦至感光元件上的多个像素，以感测取得清晰的图像。根据本发明实施例的图像采集模块1、1a、1b，通过超颖透镜层20、20a、20b具有多个微结构22、22a、22b分别对应于感光元件30、30a、30b的多个像素P，使外部光线通过滤光片10与超颖透镜层20、20a、20b时，外部光线能够经由多个微结构22、22a、22b的导引而分别聚焦至多个像素P，以感测取得清晰的图像，因此图像采集模块1、1a、1b可不需使用光学透镜，以降低图像采集模块1、1a、1b的重量与厚度而更加轻薄化。

在一些实施例，上述实施例也可以搭配一般光学透镜使用，如图6所示，其中图6为本发明图像采集模块第四实施例的剖视图，在本实施例中，图像采集模块1c更包括至少一透镜60，图像采集模块1c的滤光片10与超颖透镜层20c位于至少一透镜60与感光元件30c之间，且至少一透镜60对应于感光元件30c。例如在第四实施例中，图像采集模块1c的滤光片10位于超颖透镜层20c与感光元件30c的感光面31c之间，超颖透镜层20c位于滤光片10的入光面11与至少一透镜60之间。

承上，举例来说，如图6所示，图像采集模块1c具有环形支撑件13a、多个彼此并排的透镜60(在此为四个透镜60，但此并不局限)以及电路板50。举例来说，在本实施例中，四个透镜60通过螺纹固定于环形支撑件13a且与超颖透镜层20c彼此并排。由于本实施例相较于上述第一实施例更装配有多个透镜60，因此，本实施例的超颖透镜层20c上的多个微结构22c的各第一微结构221c以及各第二微结构222c会不同于第一实施例的超颖透镜层20上的多个微结构22的各第一微结构221以及各第二微结构222。

承上，例如，在本实施例中，由于外部光线会先穿经多个透镜60后才通过超颖透镜层20c，因此光线行走的路径会不同于第一实施例。因此本实施例的各第一微结构221c以及各第二微结构222c的结构、排列或形状会不同于第一实施例的各第一微结构221与各第二微结构222，使各第一微结构221c以及各第二微结构222c分别对应各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1，因而外部光线能够经由多个第一微结构221c与多个第二微结构222c的导引而分别由滤光片10的入光面11朝出光面12的方向汇聚，最后分别聚焦至各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1。

承上，在其他实施例中，感光元件30c也可为RGB感光元件或为IR感光元件，并通过不同的微结构22c配置，使外部光线能够分别聚焦至各可见光感测像素P2或各红外光感测像素P1，不再此赘述。

图7为本发明图像采集模块第五实施例的剖视图。再请参阅图7，在第五实施例中，超颖透镜层20d与滤光片10的排序不同于第四实施例，如图7所示，在本实施例中，图像采集模块1d的超颖透镜层20d位于滤光片10的该出光面12与感光元件30d的感光面31d之间。因此，本实施例的超颖透镜层20d上的多个微结构22d的各第一微结构221d以及各第二微结构222d会不同于第四实施例的超颖透镜层20c上之多个微结构22c的各第一微结构221c以及各第二微结构222c。

承上，例如在本实施例中，由于外部光线穿过多个透镜60后会再穿经滤光片10后才会通过超颖透镜层20d，因此光线行走的路径会不同于第四实施例。因此本实施例的各第一微结构221d以及各第二微结构222d的结构、排列或形状会不同于第四实施例的各第一微结构221c与各第二微结构222c，使各第一微结构221d以及第二微结构222d分别对应各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1，因而外部光线能够经由多个第一微结构221d与多个第二微结构222d的导引而分别由超颖透镜层20d朝各像素P的方向汇聚，最后分别聚焦至各可见光感测像素P2与各红外光感测像素P1。如同第四实施例，在第五实施例中，感光元件30d也可为RGB感光元件或为IR感光元件，并通过不同的微结构22d配置，使外部光线能够分别聚焦至各可见光感测像素P2或各红外光感测像素P1。

根据本发明实施例的图像采集模块1c、1d，通过超颖透镜层20c、20d具有多个微结构22c、22d分别对应于感光元件30c、30d的多个像素P，使外部光线通过滤光片10与超颖透镜层20c、20d时，外部光线能够经由多个微结构22c、22d的导引而分别聚焦至多个像素P，以感测取得清晰的图像，因此图像采集模块1c、1d可减少光学透镜60的使用数量，以降低图像采集模块1c、1d的重量与厚度而更加轻薄化。例如习知技术所制成的图像采集模块需要多个光学透镜达到高画质图像等级，而本发明实施例的图像采集模块1c、1d通过超颖透镜层20c、20d可取代现有技术所使用的部分光学透镜数量，使图像采集模块1c、1d在减少光学透镜的情况下，仍能达到采集高画质图像的需求。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像采集模块，其特征在于，包括：

一滤光片，包括相对的一入光面与一出光面；

一超颖透镜层，与该滤光片彼此并排设置，该超颖透镜层包括一透光薄膜与多个微结构，该些微结构排列设置于该透光薄膜上；以及

一感光元件，包括一感光面，该感光面朝向该超颖透镜层与该滤光片的该出光面，其中该感光面上具有多个像素，该些像素分别对应于该些微结构。

2.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，其中该滤光片包括一可见光滤光片、一红外光滤光片或其组合。

3.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，其中该超颖透镜层位于该滤光片的该出光面与该感光元件的该感光面之间。

4.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，其中该滤光片位于该超颖透镜层与该感光元件的该感光面之间。

5.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，更包括至少一透镜，该滤光片与该超颖透镜层位于该至少一透镜与该感光元件之间，且该至少一透镜对应于该感光元件。

6.如权利要求5所述的图像采集模块，其特征在于，其中该超颖透镜层位于该滤光片的该入光面与该至少一透镜之间。

7.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，其中该些像素包括一可见光感测像素及/或一红外光感测像素。

8.如权利要求7所述的图像采集模块，其特征在于，其中该超颖透镜层的该些微结构包括一第一微结构及/或一第二微结构，该第一微结构对应于该可见光感测像素，该第二微结构对应于该红外光感测像素，且该第一微结构不同于该第二微结构。

9.如权利要求8所述的图像采集模块，其特征在于，其中当一外部光线进入该超颖透镜层的该透光薄膜时，该外部光线经由该第一微结构聚焦至该可见光感测像素及/或经由该第二微结构聚焦至该红外光感测像素。

10.如权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，其中该超颖透镜层与该感光元件之间保持一间距。

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