CN114217428B - 图像感测装置 - Google Patents

图像感测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114217428B
CN114217428B CN202111492317.8A CN202111492317A CN114217428B CN 114217428 B CN114217428 B CN 114217428B CN 202111492317 A CN202111492317 A CN 202111492317A CN 114217428 B CN114217428 B CN 114217428B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
path changing
changing element
lens
light path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111492317.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114217428A (zh
Inventor
颜士杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luxvisions Innovation Ltd
Original Assignee
Luxvisions Innovation Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luxvisions Innovation Ltd filed Critical Luxvisions Innovation Ltd
Priority to US17/566,444 priority Critical patent/US20220121016A1/en
Publication of CN114217428A publication Critical patent/CN114217428A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114217428B publication Critical patent/CN114217428B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
    • G02B13/0065—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element having a beam-folding prism or mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/17—Bodies with reflectors arranged in beam forming the photographic image, e.g. for reducing dimensions of camera
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
    • G03B3/10—Power-operated focusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/68—Control of cameras or camera modules for stable pick-up of the scene, e.g. compensating for camera body vibrations
    • H04N23/682—Vibration or motion blur correction
    • H04N23/685—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation
    • H04N23/687—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation by shifting the lens or sensor position
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/69—Control of means for changing angle of the field of view, e.g. optical zoom objectives or electronic zooming
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B2205/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B2205/0007—Movement of one or more optical elements for control of motion blur
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B2205/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B2205/0046—Movement of one or more optical elements for zooming

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

图像感测装置包含一第一光路改变元件、一第二光路改变元件以及一平面透镜。第一光路改变元件具有第一入光侧以及第一出光侧，第一入光侧朝向取像方向，第一出光侧朝向一变焦光轴，且第一入光侧以及第一出光侧之间具有一夹角。第二光路改变元件具有一第二入光侧以及一第二出光侧，第二入光侧朝向该变焦光轴，第二出光侧朝向一成像方向，且第二入光侧以及第二出光侧之间具有一夹角。一取像光路依序通过该第一入光侧、该第一出光侧、该第二入光侧以及该第二出光侧。该平面透镜设置于该取像光路上。

Description

图像感测装置
技术领域
本发明有关于一种图像感测装置，特别是关于一种用于高倍率放大的图像感测装置。
背景技术
现有的薄型电子装置，例如智能型手机，厚度小而内置空间不足。在需要设置具有高倍率的摄像机时，光学镜组必须采用潜望镜式设计，让光学镜组「横躺」于机体内部，以在厚度小的内置空间中配置具有长光路的光学镜组。并且，为了增加放大倍率，光学镜组内必须配置包含多个变焦镜片的变焦镜片组，且光学镜组的透镜之间的距离会尽可能地延长。
前述的变焦镜片组中的一或多个镜片需要长行程移动，以达成对焦以及变焦。为了达成长行程的移动，驱动马达也需要有足够的行程以移动一或多个镜片。同时，为了达成精确的长行程移动，用于导引一或多个镜片的导杆、导螺杆也需要有高加工精度以及高组装精度，而导致制作难度高。
发明内容
有鉴于此，发明人提出一种图像感测装置。所述图像感测装置包含第一光路改变元件、第二光路改变元件以及平面透镜。第一光路改变元件具有一第一入光侧以及一第一出光侧，该第一入光侧朝向一取像方向，该第一出光侧朝向一变焦光轴，且该第一入光侧以及该第一出光侧之间具有一第一夹角。第二光路改变元件，具有一第二入光侧以及一第二出光侧，该第二入光侧朝向该变焦光轴，使该第一出光侧与该第二入光侧沿着该变焦光轴相对设置，该第二出光侧朝向一成像方向，且该第二入光侧以及该第二出光侧之间具有一第二夹角，该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间形成一取像光路，依序通过该第一入光侧、该第一出光侧、该第二入光侧以及该第二出光侧。平面透镜设置于该取像光路上。
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为本发明的第一实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图2为本发明的第二实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图3A为本发明的第三实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图3B为本发明的第三实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲图。
图3C为本发明的第三实施例所揭露的图像感测装置的畸变图。
图4A为本发明的第四实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图4B为本发明的第四实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲图。
图4C为本发明的第四实施例所揭露的图像感测装置的畸变图。
图5A为本发明的第五实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图5B为本发明的第五实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲图。
图5C为本发明的第五实施例所揭露的图像感测装置的畸变图。
图6A为本发明的第六实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图6B为本发明的第六实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲图。
图6C为本发明的第六实施例所揭露的图像感测装置的畸变图。
图7A为本发明的第七实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图7B为本发明的第七实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲图。
图7C为本发明的第七实施例所揭露的图像感测装置的畸变图。
图8为本发明的第八实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
图9为本发明的第九实施例所揭露的图像感测装置的示意图。
其中，附图标记：
100:图像感测装置
110:第一光路改变元件
111:第一入光侧
112:第一出光侧
120:第二光路改变元件
121:第二入光侧
122:第二出光侧
130,130a,130b:平面透镜
140:图像传感器
150:对焦机构
160:镜片组
161,162,163:镜片
164:孔径光阑
170,170a,170b:震动补偿元件
C:取像方向
I:成像方向
L:变焦光轴
s301～s316,s401～s416,s501～s516,s601～s618,s701～s720:表面
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为本发明的第一实施例所揭露的图像感测装置的示意图，请参阅图1。图像感测装置100包含一第一光路改变元件110、一第二光路改变元件120以及一平面透镜130。图像感测装置100可适用于电子装置，例如但不限于手机、平板计算机或笔记型计算机等。于第一实施例，图像感测装置100更包含图像传感器140，图像传感器140可以为电子装置的感光元件，例如感光耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)或互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(CMOS Active pixel sensor)，以依据感光状态采集图像并编码转换为对应的电子信号。在一些实施例，第一光路改变元件110、第二光路改变元件120以及平面透镜130共同构成光学组件，与独立配置的图像传感器140配合。
第一光路改变元件110具有一第一入光侧111以及一第一出光侧112。第一入光侧111朝向取像方向C，第一出光侧112朝向一变焦光轴L。第一入光侧111以及第一出光侧112之间具有一第一夹角，该第一夹角可为90度角，但不排除其他角度。在一实施例中，第一光路改变元件110是一第一棱镜，第一入光侧111以及第一出光侧112分别为第一棱镜的第一入光面以及第一出光面。于第二实施例，如图2所示，第一光路改变元件110是一第一反射镜，与取像方向C/变焦光轴L之间呈现一夹角配置，例如但不限于45度角。
第二光路改变元件120具有一第二入光侧121以及一第二出光侧122。第二入光侧121朝向变焦光轴L，使得第一光路改变元件110的第一出光侧112与第二光路改变元件120的第二入光侧121沿着变焦光轴L相对设置。第二出光侧122朝向成像方向I。第二入光侧121以及第二出光侧122之间具有一第二夹角，该第二夹角可为90度角，但不排除其他角度。在一实施例中，第二光路改变元件120是一第二棱镜，第二入光侧121以及第二出光侧122分别为第二棱镜的第二入光面以及第二出光面。于第二实施例，如图2所示，第二光路改变元件120是一第二反射镜，与成像方向I/变焦光轴L之间呈现一夹角配置，例如但不限于45度角。因此，第一光路改变元件110或第二光路改变元件120可以是棱镜、反射镜或两者的组合。举例而言，将反射镜贴附于棱镜反射面的外表面，或于棱镜反射面镀制反射膜。
第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间形成一取像光路，依序通过该第一入光侧111、该第一出光侧112、该第二入光侧121以及该第二出光侧122。
平面透镜130可为超透镜(metalens)或多层衍射透镜(multi-leveldiffractivelens,MDL)。平面透镜130设置于该取像光路上；在一些实施例，平面透镜130位于该第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间，并且该变焦光轴L通过该平面透镜130。
如图1所示，图像传感器140对应于第二光路改变元件120的第二出光侧122设置，亦即该成像方向I朝向该图像传感器140。第一光路改变元件110的第一入光侧111由取像方向C接收的光线，通过第一出光侧112，并经由平面透镜130对焦，经由第二入光侧121、第二出光侧122，成像于图像传感器140。
如图1以及图2所示，平面透镜130具有短焦距特性，而可在短光路之间完成大倍率的放大；因此，第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间的距离可以有效地缩短。在一些实施例，图像感测装置100更包含一对焦机构150，连接于平面透镜130，用于驱动平面透镜130沿着变焦光轴L移动，以进行对焦以及变焦。对焦机构150可以是音圈马达(Voice Coil Motor,VCM)、记忆金属马达(Shape Memory Alloys,SMA)、压电马达(Piezo)或者其中两者以上的组合。
图3A为本发明的第三实施例所揭露的图像感测装置的示意图，请参阅图3A。图像感测装置100包含一第一光路改变元件110、一第二光路改变元件120、一平面透镜130以及一图像传感器140。在第三实施例中，第一光路改变元件110、第二光路改变元件120以及图像传感器140的配置大致与第一实施例相同。第三实施例的平面透镜130同样设置于该取像光路上，且平面透镜130对应于第一光路改变元件110的第一入光侧111设置，亦即平面透镜130位于取像方向上，先对入光进行大倍率的放大，再由第一光路改变元件110的第一入光侧111接收经过放大折射后的光线。
如图3A所示，第三实施例的图像感测装置100更包含一镜片组160，具有多个镜片，例如镜片161,162,163。镜片组160位于该第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间，并且镜片组160位于该变焦光轴L。于一实施例，镜片组160具有对焦机构(图未示出)，用于驱动一或多个镜片沿着变焦光轴L移动，以进行对焦以及变焦。由于放大倍率的作用主要由平面透镜130进行，因此，镜片组160的一或多个镜片只需要在短行程内位移，可以有效降低制作难度，并且缩短图像感测装置100在变焦光轴L上的长度。镜片组160的镜片161,162,163可选用石英或塑胶制成的非球面镜。于第三实施例，镜片161及镜片162为凸凹透镜，镜片163为双凹透镜。表一为本发明第三实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表(检附于文末)，请以表一为辅一同参照图3A。表一的列位为依照光线自进入图像感测装置100后投射至图像传感器140的顺序排列。举例而言，光线自平面透镜130的表面s301入射，再由平面透镜130的表面s302射出，光线于平面透镜130内所行经的光轴路径长为0.5mm；其后，光线自平面透镜130的表面s302射向第一光路改变元件110的表面s303，光线于空间间隙所行经的光轴路径长为0.35mm；其后，光线自第一光路改变元件110的表面s303入射，于第一光路改变元件110内反射后射向第一光路改变元件110的表面s304，光线于第一光路改变元件110内所行经的光轴路径长为5.8mm(反射前2.9mm+反射后2.9mm)，依此类推。于第三实施例，第一光路改变元件110的表面s303及表面s304为平面，故曲率半径为无限大(Infinity)；镜片161的表面s305及表面s306为曲面，其曲率半径依序为2.922mm及455.122mm。
根据以下弛垂函数(公式一)，得以描述图像感测装置100内的非球面透镜：
其中，Z为平行于光轴的表面的表面轮廓；s为与光轴间的径向距离；C为曲率；k为圆锥常数；A4、A6、A8、A10为第4、6、8、10次的非球面系数。表二为本发明第三实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表，请以上述公式一为辅一并参照表一及二。以镜片161的表面s305为例，表面s305的轮廓得以公式一描述，其中圆锥常数k为0，第4、6、8、10次非球面系数依序为5.08E-04、8.14E-05、4.17E-06、-1.69E-07，曲率半径为2.922mm。
根据以下Binary2面型相位公式(公式二)，得以描述图像感测装置100内的平面透镜130：
其中，为相位；M为衍射阶数；N为多项式系数的级数；Ai为正规化径向孔径坐标中ρ2i的多项式系数，ρ为元件半径。表三系本发明第三实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表，请以上述公式二为辅一并参照表三。以平面透镜130的表面s301为例，表面s305的表面相位变化得以公式二描述，其中ρ2、ρ4、ρ6、ρ8依序为-2.75E+05、-4.17E+07、-5.04E+10、-1.17E+13。
图3B～图3C系本发明的第三实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲(Astigmatic Field Curvature)图及畸变(Distortion)图，请一并参阅图3B及图3C。图3B的横轴为成像焦点与近轴焦平面的偏移量；纵轴为成像焦点与光轴的视场，图3B以实线呈现不同波长(650nm,610nm,555nm,510nm,470nm)光线于子午焦平面(Tangenrial FocalSurface)的焦点偏移量；以虚线呈现不同波长(650nm,610nm,555nm,510nm,470nm)光线于弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)的焦点偏移量。图3C的横轴为畸变百分比；纵轴为成像焦点与光轴的视场。于本实施例，成像的最大视场为5.94度，子午场曲(TangenrialField Curvature)为0.1094mm，弧矢场曲(Sagittal Field Curvature)为0.0162mm，最大畸变为1.3516％。
图4A为本发明的第四实施例所揭露的图像感测装置的示意图，请参阅图4A。图像感测装置100包含一第一光路改变元件110、一第二光路改变元件120、一平面透镜130、一镜片组160以及一图像传感器140。在第四实施例中，第一光路改变元件110、第二光路改变元件120以及图像传感器140的配置大致与第一实施例相同。第四实施例的平面透镜130以及镜片组160都位于该第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间，并且平面透镜130以及镜片组160都位于该变焦光轴L。关于相对位置，可以配置为平面透镜130接近于该第一光路改变元件110而镜片组160接近第二光路改变元件120。因此，平面透镜130先对离开第一出光侧112的光线进行大倍率的放大，再由镜片组160进行进一步的对焦以及变焦。由于放大倍率的作用同样由平面透镜130进行，镜片组160的一或多个镜片只需要在短行程内位移，可以有效降低制作难度，并且缩短图像感测装置100在变焦光轴L上的长度。前述相对位置关系仅为例示，平面透镜130以及镜片组160的位置可以任意变换。于第四实施例，镜片161及镜片162为凸凹透镜，镜片163为凹凸透镜。表四为本发明第四实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表；表五为本发明第四实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表；表六为本发明第四实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表，请偕以上述公式一及公式二，一并参照表四至表六以理解本发明第四实施例的图像感测装置100的规格。
图4B～图4C为本发明的第四实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲(Astigmatic Field Curvature)图及畸变(Distortion)图。图4B以实线呈现不同波长光线于子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)的焦点偏移量；以虚线呈现不同波长光线于弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)的焦点偏移量。于本实施例，成像的最大场为6.57度，子午场曲(Tangenrial Field Curvature)为0.0734mm，弧矢场曲(Sagittal FieldCurvature)为0.0102mm，最大畸变为0.5981％。
图5A为本发明的第五实施例所揭露的图像感测装置的示意图，请参阅图5A。在一些实施例，平面透镜130也可以插入镜片组160的多个镜片之间，亦即，平面透镜130位于二个镜片组160之间，且每一镜片组160包含一或多个镜片。举例而言，第五实施例的平面透镜130介于镜片组160的镜片161,162与镜片组160的镜片163之间。或者，平面透镜130也可以介于镜片组160的镜片161与镜片组160的镜片162,163之间(图未示出)。于第五实施例，镜片161及镜片162为凸凹透镜，镜片163为凹凸透镜。表七为本发明第五实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表；表八为本发明第五实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表；表九为本发明第五实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表，请偕以上述公式一及公式二，一并参照表七至表九以理解本发明第五实施例的图像感测装置100的规格。
图5B～图5C为本发明的第五实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲(Astigmatic Field Curvature)图及畸变(Distortion)图。图5B以实线呈现不同波长光线于子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)的焦点偏移量；以虚线呈现不同波长光线于弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)的焦点偏移量。于本实施例，成像的最大场为6.57度，子午场曲(Tangenrial Field Curvature)为0.0734mm，弧矢场曲(Sagittal FieldCurvature)为0.0102mm，最大畸变为0.5981％。
图6A为本发明的第六实施例所揭露的图像感测装置的示意图，请参阅图6A。在一些实施例，图像感测装置100可以具有多个平面透镜130a,130b，例如二个平面透镜130a,130b。二个平面透镜130a,130b可以是不同形式，例如一个平面透镜130a是metalens，另一个平面透镜130b是MDL。多个平面透镜130a,130b可以进行多次放大，以避免单次放大倍率过高造成图像边缘扭曲。同样地，镜片组160的一或多个镜片只需要在短行程内位移进行额外的对焦及变焦，可以避免长行程镜片组的缺点。于第六实施例，镜片161及镜片162为凸凹透镜，镜片163为双凹透镜，平面透镜130a及平面透镜130b皆为metalens。表十为本发明第六实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表；表十一为本发明第六实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表；表十二为本发明第六实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表，请偕以上述公式一及公式二，一并参照表十至表十二以理解本发明第六实施例的图像感测装置100的规格。
图6B～图6C为本发明的第六实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲(Astigmatic Field Curvature)图及畸变(Distortion)图。图6B以实线呈现不同波长光线于子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)的焦点偏移量；以虚线呈现不同波长光线于弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)的焦点偏移量。于本实施例，成像的最大场为6.14度，子午场曲(Tangenrial Field Curvature)为0.0726mm，弧矢场曲(Sagittal FieldCurvature)为0.0190mm，最大畸变为0.8914％。
图7A、图8以及图9为依据本发明一些实施例所揭露的图像感测装置100，该图像感测装置100进一步包含震动补偿元件170。
如图7A所示，光线通过第一光路改变元件110、震动补偿元件170、镜片组160、平面透镜130、第二光路改变元件120而对焦于图像传感器140，震动补偿元件170可为震动补偿透镜组，用以偏折光线以调整对焦点在图像传感器140的落点，达成震动补偿。震动补偿透镜组可以位于该第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间，并且对应于第一出光侧112。于第七实施例，镜片161及镜片162为凸凹透镜，镜片163为凹凸透镜。表十三为本发明第七实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表；表十四为本发明第七实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表；表十五为本发明第七实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表，请偕以上述公式一及公式二，一并参照表十三至表十五以理解本发明第七实施例的图像感测装置100的规格。
图7B～图7C为本发明的第七实施例所揭露的图像感测装置的像散场曲(Astigmatic Field Curvature)图及畸变(Distortion)图。图7B以实线呈现不同波长光线于子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)的焦点偏移量；以虚线呈现不同波长光线于弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)的焦点偏移量。于本实施例，成像的最大场为5.91度，子午场曲(Tangenrial Field Curvature)为0.0348mm，弧矢场曲(Sagittal FieldCurvature)为0.0310mm，最大畸变为0.16％。
如图8所示，震动补偿元件170可为多轴旋转致动器，连接于第二光路改变元件120，用于在多轴向上旋转第二光路改变元件120，以调整对焦点在图像传感器140的落点，达成震动补偿。
如图9所示，震动补偿元件170可为多轴平移致动器，连接于图像传感器140，用于在多轴向上平移图像传感器140，以调整对焦点在图像传感器140的落点，达成震动补偿。
综上所述，本发明利用平面透镜130的短焦距特性，可在短光路之间完成大倍率的放大；因此，第一光路改变元件110以及第二光路改变元件120之间的距离可以有效地缩短，同时，既有的镜片组160也不需用于大倍率的放大，镜片组160的一或多个镜片只需要在短行程内位移，可以有效降低制作难度。
本说明书的记载内容，当采用用语「包含」、「包括」或「具有」时，除非另有说明，否则它可以另外包括其他元件、组件、结构、区域、部件、装置、系统、步骤、连接等，不应排除其他规格。
本发明的图式所显示的比例关系、结构、尺寸等特征仅用于说明本发明所描述的实施例，以方便本发明所属领域的普通技术人员从中阅读和理解本发明，并不用于限制本发明的权利范围。此外，对于前述实施例所记载内容的任何改动、修改或调整，在不影响本发明的发明目的和效果的情况下，均应属于本发明所主张的权利范围。
表一、本发明第三实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表：
注:曲率半径及光轴路径长单位为mm。
表二、本发明第三实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s305 0 5.08E-04 8.14E-05 4.17E-06 -1.69E-07
s306 0 9.58E-03 -3.71E-03 8.17E-04 -6.13E-05
s307 0 -2.24E-03 -5.93E-04 2.23E-03 -3.59E-04
s308 0 -3.07E-03 4.98E-03 1.86E-03 1.16E-04
s310 0 -5.15E-02 3.32E-02 -2.44E-03 -4.33E-04
s311 0 -4.66E-02 3.22E-02 -4.47E-03 5.19E-04
表三、本发明第三实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表：
表四、本发明第四实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表：
注:曲率半径及光轴路径长单位为mm。
表五、本发明第四实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s403 0 6.02E-04 8.19E-05 9.34E-07 2.21E-06
s404 0 1.19E-02 -3.26E-03 8.86E-04 -1.22E-04
s405 0 -6.07E-04 -4.20E-04 2.05E-03 -4.58E-04
s406 0 -4.94E-03 4.35E-03 1.64E-03 -1.37E-04
s408 0 -5.92E-02 3.32E-02 -2.38E-03 -3.30E-04
s409 0 -4.97E-02 3.01E-02 -4.35E-03 5.14E-04
表六、本发明第四实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表：
表七、本发明第五实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表：
注:曲率半径及光轴路径长单位为mm。
表八、本发明第五实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s503 0 4.12E-04 8.14E-05 -9.32E-06 2.73E-06
s504 0 1.17E-02 -3.23E-03 8.96E-04 -1.15E-04
s505 0 -3.16E-05 -3.20E-04 2.06E-03 -4.69E-04
s506 0 -5.18E-03 4.29E-03 1.52E-03 -1.90E-04
s510 0 -5.97E-02 3.21E-02 -2.98E-03 -4.54E-04
s511 0 -5.08E-02 2.98E-02 -4.59E-03 1.94E-04
表九、本发明第五实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表：
表十、本发明第六实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表：
注:曲率半径及光轴路径长单位为mm。
表十一、本发明第六实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表：
表十二、本发明第六实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表：
表十三、本发明第七实施例所揭露的图像感测装置的透镜参数表：
注:曲率半径及光轴路径长单位为mm。
表十四、本发明第七实施例所揭露的图像感测装置的非球面公式系数表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s707 0 -3.24E-04 2.35E-07 -1.17E-05 4.88E-07
s708 0 1.06E-02 -3.83E-03 7.01E-04 -4.61E-05
s709 0 -1.98E-04 -4.72E-03 1.65E-03 -1.53E-04
s710 0 -6.27E-03 1.10E-03 1.45E-04 1.86E-04
s712 0 -5.83E-02 2.81E-02 1.52E-03 -3.52E-03
s713 0 -5.47E-02 3.43E-02 -7.95E-03 1.95E-04
表十五、本发明第七实施例所揭露的平面透镜的Binary2面型相位公式系数表：
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 (15)

1.一种图像感测装置，其特征在于，包含：
一第一光路改变元件，具有一第一入光侧以及一第一出光侧，该第一入光侧朝向一取像方向，该第一出光侧朝向一变焦光轴，且该第一入光侧以及该第一出光侧之间具有一第一夹角；
一第二光路改变元件，具有一第二入光侧以及一第二出光侧，该第二入光侧朝向该变焦光轴，使该第一出光侧与该第二入光侧沿着该变焦光轴相对设置，该第二出光侧朝向一成像方向，且该第二入光侧以及该第二出光侧之间具有一第二夹角，该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间形成一取像光路，依序通过该第一入光侧、该第一出光侧、该第二入光侧以及该第二出光侧；
一平面透镜，设置于该取像光路上；以及
一对焦机构，连接于该平面透镜，用以驱动该平面透镜沿着该变焦光轴移动。
2.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该第一光路改变元件为一第一棱镜，具有一第一入光面以及一第一出光面，该第一入光侧为该第一棱镜的第一入光面，该第一出光侧为该第一棱镜的第一出光面；及/或
该第二光路改变元件为一第二棱镜，具有一第二入光面以及一第二出光面，该第二入光侧为该第二棱镜的第二入光面，该第二出光侧为该第二棱镜的第二出光面。
3.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该第一光路改变元件为一第一反射镜，与该取像方向及该变焦光轴之间分别呈现夹角配置；及/或
该第二光路改变元件为一第二反射镜，与该成像方向及该变焦光轴之间分别呈现夹角配置。
4.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该平面透镜为超透镜(metalens)或多层衍射透镜(multi-leveldiffractivelens,MDL)。
5.如权利要求4所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该平面透镜为多个，该多个平面透镜的其中一者为超透镜，该多个平面透镜的其中另一者为多层衍射透镜。
6.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该第一光路改变元件具有一第一入光面以及一第一出光面，该平面透镜对应于该第一入光面设置。
7.如权利要求6所述的图像感测装置，其特征在于，更包含一镜片组，位于该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间。
8.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该平面透镜位于该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间，并且该变焦光轴通过该平面透镜。
9.如权利要求8所述的图像感测装置，其特征在于，更包含一镜片组，位于该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间，该平面透镜介于该镜片组的多个镜片之间，该镜片组包含一第一凸凹透镜、一第二凸凹透镜、一孔径光阑以及一凹凸透镜，且该第一凸凹透镜、该第二凸凹透镜、该平面透镜、该孔径光阑以及该凹凸透镜依序设置于该变焦光轴。
10.如权利要求1所述的图像感测装置，其特征在于，更包含一图像传感器，对应于该第二出光侧设置。
11.如权利要求10所述的图像感测装置，其特征在于，更包含一震动补偿元件，该第一光路改变元件、该第二光路改变元件及该平面透镜共同形成一对焦点，该震动补偿元件用以调整该对焦点于该图像传感器的落点。
12.如权利要求11所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该震动补偿元件为一震动补偿透镜组，设置于该取像光路上，用以偏折光线以调整该对焦点于该图像传感器的落点。
13.如权利要求11所述的图像感测装置，其特征在于，其中，该震动补偿元件为一多轴旋转致动器，连接于该第二光路改变元件，用以于多轴向上旋转该第二光路改变元件。
14.如权利要求11所述的图像感测装置，其中，其特征在于，该震动补偿元件是多轴平移致动器，连接于该图像传感器，用以于多轴向上平移该图像传感器。
15.一种图像感测装置，其特征在于，包含：
一第一光路改变元件，具有一第一入光侧以及一第一出光侧，该第一入光侧朝向一取像方向，该第一出光侧朝向一变焦光轴，且该第一入光侧以及该第一出光侧之间具有一第一夹角；
一第二光路改变元件，具有一第二入光侧以及一第二出光侧，该第二入光侧朝向该变焦光轴，使该第一出光侧与该第二入光侧沿着该变焦光轴相对设置，该第二出光侧朝向一成像方向，且该第二入光侧以及该第二出光侧之间具有一第二夹角，该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间形成一取像光路，依序通过该第一入光侧、该第一出光侧、该第二入光侧以及该第二出光侧；
一平面透镜，设置于该取像光路上，且位于该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间，并且该变焦光轴通过该平面透镜；
一镜片组，位于该第一光路改变元件以及该第二光路改变元件之间，该镜片组包含多个镜片；以及
一对焦机构，连接于该镜片组之一或多个镜片，该对焦机构用以驱动该镜片组之一或多个镜片沿着该变焦光轴移动。
CN202111492317.8A 2021-01-29 2021-12-08 图像感测装置 Active CN114217428B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/566,444 US20220121016A1 (en) 2021-01-29 2021-12-30 Image sensing device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163143158P 2021-01-29 2021-01-29
US63/143,158 2021-01-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114217428A CN114217428A (zh) 2022-03-22
CN114217428B true CN114217428B (zh) 2023-07-25

Family

ID=80700413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111492317.8A Active CN114217428B (zh) 2021-01-29 2021-12-08 图像感测装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220121016A1 (zh)
CN (1) CN114217428B (zh)
TW (1) TWI783815B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114690387A (zh) * 2022-04-25 2022-07-01 深圳迈塔兰斯科技有限公司 可变焦光学系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111796386A (zh) * 2019-08-14 2020-10-20 立景创新有限公司 光学成像装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4249798A (en) * 1978-09-11 1981-02-10 Vivitar Corporation Miniature camera with zoom lens
JP3860261B2 (ja) * 1996-08-30 2006-12-20 オリンパス株式会社 両面が回折面からなる回折型光学素子
JP2004170707A (ja) * 2002-11-20 2004-06-17 Minolta Co Ltd 撮像レンズ装置およびそれを備えたデジタルカメラ
TWM240564U (en) * 2003-04-29 2004-08-11 Han-Ping David Shieh Planar zoom lens
JP5364965B2 (ja) * 2005-07-26 2013-12-11 コニカミノルタ株式会社 撮像光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器
JP4788953B2 (ja) * 2005-11-16 2011-10-05 ソニー株式会社 撮像装置及びズームレンズ
CN102053344B (zh) * 2009-10-28 2014-03-12 财团法人工业技术研究院 变焦镜头模块
JP5579555B2 (ja) * 2010-09-24 2014-08-27 Ｈｏｙａ株式会社 撮影光学系、及び撮影装置
US9681052B1 (en) * 2015-01-16 2017-06-13 Google Inc. Multi-aperture camera with optical image stabilization function
TWI589933B (zh) * 2015-11-13 2017-07-01 奇景光電股份有限公司 陣列透鏡系統
KR102548901B1 (ko) * 2015-11-13 2023-06-29 삼성전자주식회사 망원렌즈 및 촬상장치
CN109188688A (zh) * 2018-11-14 2019-01-11 上海交通大学 基于衍射光元件的近眼显示装置
KR102230647B1 (ko) * 2019-06-18 2021-03-22 삼성전기주식회사 손떨림 보정 반사모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈
CN111338156B (zh) * 2020-04-07 2022-02-18 国家纳米科学中心 基于偏振态调控实现超透镜变焦的装置、变焦方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111796386A (zh) * 2019-08-14 2020-10-20 立景创新有限公司 光学成像装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI783815B (zh) 2022-11-11
US20220121016A1 (en) 2022-04-21
CN114217428A (zh) 2022-03-22
TW202229970A (zh) 2022-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4822512B2 (ja) ズームレンズ系、レンズ鏡筒、撮像装置及びカメラ
US7535657B2 (en) Zoom lens system and imaging device
JP4691433B2 (ja) レンズ鏡筒、撮像装置及びカメラ
US7286299B2 (en) Zoom lens and image sensing apparatus
JP2007206544A (ja) ズームレンズ系、レンズ鏡筒、撮像装置及びカメラ
JP2007206545A (ja) ズームレンズ系、レンズ鏡筒、撮像装置及びカメラ
JP2006184880A (ja) インナーズームレンズシステム
JP5823223B2 (ja) 変倍光学系、及び撮影装置
KR20070045935A (ko) 줌 렌즈 및 촬상 장치
JP2007212961A (ja) ズームレンズ系、撮像装置及びカメラ
JP2018109757A (ja) 撮像光学系とそれを備える撮像装置およびカメラシステム
JP2007293052A (ja) ズームレンズ系、撮像装置及びカメラ
KR20220076109A (ko) 촬상 광학계
JP7376421B2 (ja) 撮像レンズおよび撮像装置
JP2007212962A (ja) ズームレンズ系、レンズ鏡筒、撮像装置及びカメラ
US7411740B2 (en) Zoom lens
JP2023133523A (ja) 撮像レンズ、撮影モジュール及び電子機器
CN114217428B (zh) 图像感测装置
JP2006119319A (ja) 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器
JP2014238469A (ja) ズームレンズ及び撮像装置
KR20220135351A (ko) 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
JP2010032937A (ja) ズームレンズ
CN218383455U (zh) 相机模组以及拍摄装置
JP4333401B2 (ja) 小型ズームレンズ
KR100689370B1 (ko) 줌 렌즈

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant