TW201323934A - 行動電話之閃光燈用的透鏡結構 - Google Patents

行動電話之閃光燈用的透鏡結構 Download PDF

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Abstract

本發明為一種行動電話之閃光燈用的透鏡結構，主要能增加邊緣亮度及總體亮度之透鏡，主要具有一透鏡本體，該透鏡本體包括一入光鏡面及一出光鏡面，該入光鏡面為一菲涅爾(Fresnel)鏡面，該出光鏡面的局部邊緣形成至少一對呈對稱設置之第二鏡面，其餘區域則為第一鏡面，該第二鏡面的邊緣係向該入光鏡面所在方向偏移，使該第一鏡面與第二鏡面之間具有一夾角度。藉此當一光源投射光線至透鏡本體，最後經第二鏡面而出之光線會折射而匯聚至經第一鏡面而出之光線投射區域內，除提高原光線投射區域內接近邊緣的亮度外，也於照相物件表面形成近四邊形的亮光區域，讓鏡頭成像在方型的感光元件之整體及邊緣的感光效率得以提升。

Description

行動電話之閃光燈用的透鏡結構
本發明是關於智慧型手機的技術領域，特別是針對智慧型手機的閃光燈透鏡的發明。
請參閱第六圖為習知智慧型手機用之閃光燈透鏡結構及光源之組成示意圖。習知智慧型手機用之閃光燈透鏡61為菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，所使用之光源62為LED光源。菲涅爾透鏡因具有導光與收集光線的能力，並兼具輕、薄、可塑化及低成本的特性，故常被用於閃光燈照明領域。菲涅爾透鏡的外型呈圓形扁薄狀，其中一面為入光鏡面611係呈環狀的鋸齒面，另一面為平坦的出光鏡面612，與光源62搭配使用時，是以該鋸齒狀的入光鏡面611面對光源而擺放。所述光源62可為單顆LED或多顆LED排成陣列。
閃光燈LED光源62發光時，光線經圓形透鏡61的折射後，亮度會重新分佈，投射至欲照相物件的表面，所得之投射區域呈圓形，理論上是希望圓形區域各處的亮度皆相同，但實際的分佈，最外圍的亮度大都不如內部的亮度；或者必須犧牲掉一些光線的亮度到無效的外圍區域，才能得到較為平均的分佈。又，照相機鏡頭內的感光元件如CCD或CMOS為長方形，最後手機鏡頭之內所攝取之影像有效感測區域也呈長方形，所以圓形投射區域的內接四邊形為有效區域，介於圓與四邊形間的區域，亮度大都為無法貢獻給感光元件。
因此，本發明人認為既然感光元件所攝取的感測影像面積呈長方形，不如將原圓形光線投射區域部份最外圍的光線部份向內折射，一方改變光線投射區域之形狀，另一方面也能增加邊緣的亮度，進而獲得亮度均勻性較高的投射區域。因此，如何將圓形投射區域外圍的光線向內折射，即為本發明主要研究之課題。
由上述可知，本發明的主要目的在於，使投射至欲照相物件表面的投射區域從原本的圓形區域改良成近四邊形面積；最佳狀態是接近長方形面積，以配合鏡頭內感光元件之長方形影像感測範圍。
依據上述，本發明所延伸出的另一目的在於，提升投射區域邊緣的亮度，讓投射區域的亮度呈現均勻性較高的狀態，使鏡頭內的感光元件能得到最佳的感光效果。
為達到上述目的，本發明的手段是改變閃光燈透鏡的形狀，以至於投射至照相物件表面的光線投射區域亦呈近四邊形。
本發明主要具有一透鏡本體，該透鏡本體包括有位置相對的一入光鏡面及一出光鏡面，該入光鏡面為一菲涅爾(Fresnel)鏡面，該出光鏡面的局部邊緣形成至少一對呈對稱設置之第二鏡面，其餘區域則為第一鏡面，該第二鏡面的邊緣處係向入光鏡面所在方向偏移，使該第一鏡面與第二鏡面之間具有一夾角。
其原理是當閃光燈之光源發光時，光線通過入光鏡面，經環狀鋸齒面的折射，穿透該鏡透本體，最後經出光鏡面而形成出似四邊形的光線投射區域，亦能視一亮光區域，其中經由第一鏡面的光線路徑不改，形成一近似四邊形的光線投射區域，而經由第二鏡面而出之光線則會折射而匯聚至原經第一鏡面而出之光線投射區域內，該第二鏡面主要目的係讓該光線投射區域接近邊緣的亮度增加，如此在鏡頭攝取影像時，能讓原本長方形的感光元件有較高的感光效果。
為期能對本發明之目的、功效及構造特徵有更詳盡明確的瞭解，茲舉可實施例併配合圖示說明如後：
請參閱第一圖與第二圖所示，分別為本發明一種行動電話之閃光燈用的透鏡結構較佳實施例立體圖及側視圖。透鏡結構主要具有一透鏡本體1，該透鏡本體1呈扁薄狀，用於手機的閃光燈透鏡時，透鏡本體通常具有圓柱型的周圍，透鏡本體1具有相對的兩面，其中一面為一入光鏡面11，另一面為一出光鏡面12，安裝透鏡時，該入光鏡面11是面對著閃光燈之光源(容後揭露)，在本發明中，入光鏡面11是採用菲涅爾(Fresnel)鏡面，因菲涅爾鏡面和早期的透鏡相比，所使用的材料用量少、重量與體積小，且可製成薄狀，以傳遞更多的光。為達到使鏡頭內呈長方形的感光元件如CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元件〉或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導體)具有最佳化的影像感光效果之目的，本發明特別在所述出光鏡面12的局部邊緣形成至少一對呈對稱設置之第二鏡面121，其餘區域為第一鏡面122，該第二鏡面121愈接近邊緣處係愈向該入光鏡面11所在方向偏移。該第二鏡面121至少有一對，在光源照射下，就能投射出似四邊形輪廓的亮光區域；但較佳的實施例如本發明第一圖實施例所示，共設置兩對呈等角度設置之第二鏡面121，此時該第一鏡面122與第二鏡面121相接處之輪廓呈長方形，在使用時能投射出最接近長方形的亮光區域。但並不以此為限，例如該第一鏡面122與第二鏡面121相接處之輪廓也可為近似長方形的四邊形，此時相接處邊線則為內凹或外凸的弧線。
請參閱第三圖所示，為顯示光源經過本發明透鏡折射之路徑圖。當光源2發亮時光線呈放射狀向外投射，經菲涅爾鏡面之入光鏡面11折射後，光線收集、再分配於透鏡本體1內通行，之後，經第一鏡面122而出之光線亦呈直行光向外投射，而經第二鏡面121的光線則向內折射，此折射的光線是用以補強亮光區域邊緣的亮度。
如第四A~C圖為顯示光源經過本發明透鏡可能所投射出光線輪廓與傳統投射光線輪廓之差異圖。因此，當設定閃光燈模式並按下拍攝鍵(介面)後，透鏡會對拍攝的物件表面投射出四邊形輪廓D之亮光區域，由圖四B及四C可知，本發明所稱之四邊形，其邊線並不限直線，該邊線亦能呈內凹的弧線或外凸的弧線。與傳統投射出圓形輪廓光線C的透鏡相較，本發明是改變傳統透鏡的形狀，將原本圓形透鏡邊緣所接收到的部份光線向內折射，而形成四邊形之投射範圍，將原本斜面區域的光線折射進投射範圍內，如此亦能增加邊緣的亮度，讓整個投射範圍內的亮度更均勻，以利鏡頭內的感光元件CCD或CMOS感測，使得拍攝鏡頭內的感光元件具有高的感光效果。
請參閱第五A至第五C圖，顯示三種不同結構之第二鏡面。如前述，第二鏡面121係愈接近邊緣處係愈向該入光鏡面11所在方向偏移，第二鏡面可以是如第五A圖所示之斜面形式的第二鏡面121A，也可如第五B圖為一曲凹面形式之第二鏡面121B，又可如第五C圖所示為一曲凸面形式之第二鏡面121C，但目的都是要達到使光線經過第二鏡面時，可被往透鏡中央的方向折射；因此不論是曲凸面或曲凹面，其曲率半徑都很微小，以免影響折射效果。由此可知，本發明之第二鏡面並非限制於特定形狀，例如該第二鏡面可由斜面與曲面所組成的特殊鏡面，或為不同曲率的曲面相接而成的鏡面。
該第二鏡面121A、121B、121C與第一鏡面122之間具有一夾角θ，主要以該第二鏡面與第一鏡面122相接處為起始點，第二鏡面最遠離該相接處的邊緣為終點，通過該起始點與終點的直線與第一鏡面122之間所形成的角度即為夾角θ，該夾角θ在130度至178度之間時，此角度在光線投射時，能形成較接近四邊形的投射區域，對於感光元件，具有較佳的貢獻，不論是均勻性或總體亮度。
惟，以上所揭露之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例而已，非為用以限定本發明之實施，大凡熟悉該項技藝之人士其所依本發明之精神，所作之變化或修飾，皆應涵蓋在以下本案之申請專利範圍內。
1．．．透鏡本體
11．．．入光鏡面
12．．．出光鏡面
121．．．第一鏡面
122．．．第二鏡面
121A．．．第一鏡面
121B．．．第一鏡面
121C．．．第一鏡面
61．．．透鏡
611．．．入光鏡面
612．．．出光鏡面
62．．．光源
第一圖為本發明之立體圖；
第二圖為本發明之剖面圖；
第三圖為本發明之光線折射示意圖；
第四A~C圖為本發明光線投射區域之可能的輪廓與傳統投射光線輪廓之差異圖；
第五A圖為本發明之第二鏡面的第一種實施例圖；
第五B圖為本發明之第二鏡面的第二種實施例圖；
第五C圖為本發明之第二鏡面的第三種實施例圖；
第六圖為習知智慧型手機用之閃光燈透鏡結構及光源之組成示意圖。
1．．．透鏡本體
11．．．入光鏡面
12．．．出光鏡面
121．．．第二鏡面
122．．．第一鏡面

Claims (9)

  1. 一種行動電話之閃光燈用的透鏡結構，主要具有一透鏡本體，該透鏡本體包括一入光鏡面及一出光鏡面，該入光鏡面為一菲涅爾(Fresnel)鏡面，其特徵在於：該出光鏡面的部份邊緣形成至少一對呈對稱設置之第二鏡面，其餘區域則為第一鏡面，該第二鏡面邊緣係向入光鏡面所在方向偏移，使該第一鏡面與第二鏡面之間具有一夾角。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中該夾角介於130~178度。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，所述第二鏡面為斜面、曲面等其中一種。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，所述第二鏡面係由至少一斜面與至少一曲面所組成的鏡面。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，所述第二鏡面係由至少二個不同曲率的曲面相接而成的鏡面。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，具有兩對呈對稱設置之第二鏡面。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，該出光鏡面的邊緣具有四個呈等角度設置之第二鏡面。
  8. 依據申請專利範圍第6項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，該第一鏡面與第二鏡面相接處之輪廓呈四邊形。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述之行動電話之閃光燈用的透鏡結構，其中，該透鏡本體配合光源使用時，經第二鏡面而出之光線會折射而匯聚至經第一鏡面而出之光線投射區域內。
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