TW201712362A

TW201712362A - 具有光學影像放大功能的影像感測裝置及其影像感測模組

Info

Publication number: TW201712362A
Application number: TW104132088A
Authority: TW
Inventors: 曾信得
Original assignee: 曾信得
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-01
Also published as: TWI553326B

Abstract

一種具有光學影像放大功能的影像感測裝置包括一殼體模組及一設置在殼體模組內的影像感測模組。影像感測模組包括發光單元、第一光學單元、第二光學單元及影像感測單元。第一光學單元具有一凸面物鏡。第二光學單元包括一光學目鏡。發光單元所產生的投射光束通過平面的反射以形成一反射光束，反射光束穿過凸面物鏡以形成一聚焦在位於凸面物鏡與光學目鏡之間的一聚焦點上的聚焦光束，且聚焦光束穿過光學目鏡以形成一投射在影像感測單元上的成像光束。藉此，反射光束依序穿過凸面物鏡與光學目鏡，使得平面的預定區域的影像通過凸面物鏡與光學目鏡的配合，以被放大且成像在影像感測單元上。

Description

具有光學影像放大功能的影像感測裝置及其影像感測模組

本發明係有關於一種影像感測裝置及其影像感測模組，尤指一種具有光學影像放大功能的影像感測裝置及其影像感測模組。

隨著科技的快速發展，電腦作業系統已廣泛被應用於日常生活中。一般在電腦作業系統的操作上，使用者必須通過滑鼠、觸控板或軌跡球等周邊輸入裝置來控制游標的移動，以便於在電腦設備的視窗介面進行操作指令的輸入。以光學滑鼠為例，為了讓使用者在執行一般光學滑鼠移動游標和點擊/選取頁面資料的功能外，可一併的以光學滑鼠進行文字的書寫或對頁面資料劃線註解，因此目前在光學滑鼠的結構設置上，已發展出光學筆或筆型光學滑鼠等輸入裝置。

一般來說，習知所揭示的筆型電腦指標裝置，其於筆型殼體的內部設置發光二極體(LED)或雷射光二極體、光感測器及透鏡。藉由的發光二極體所發出的光線投射至如桌面的工作面上，待光線於工作面產生反射光線後，再利用透鏡將反射光線折射至光感測器，最後再可過光感測器來檢知光線變化並成像，進而產生對應的游標移動訊號以傳輸至電腦設備。當筆型光學滑鼠移動時，其移動軌跡會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最後利用光學滑鼠內部的介面微處理器對所攝取的圖像進行分析處理，以藉由對這些圖像上特徵點位置的變化進行分析，以判斷滑鼠的移動方向和移動距離，進而完成游標的定位。然而，習知不管是光學滑鼠或筆型光學滑鼠都沒有揭示可以達到“將所擷取的影像放大以增加影像清晰度，並增加游標的移動速度”的結構及功效。

本發明實施例在於提供一種具有光學影像放大功能影像感測裝置，其可用於將所擷取到的影像進行放大以增加影像的清晰度，並可增加游標的移動速度。

本發明實施例在於提供一種具有光學影像放大功能的影像感測模組，其可用於將所擷取到的影像進行放大以增加影像的清晰度，並可增加游標的移動速度。

本發明其中一實施例所產生的一種具有光學影像放大功能的影像感測模組，其包括：一發光單元、一第一光學單元、一第二光學單元及一影像感測單元。所述發光單元用於產生一直接或間接投射在一平面的一預定區域上的投射光束。所述第一光學單元設置在所述平面的上方，其中所述第一光學單元具有一傾斜設置在所述平面的上方的光學元件及一設置在所述光學元件上的凸面物鏡。所述第二光學單元包括一設置在所述第一光學單元的上方的光學目鏡。所述影像感測單元設置在所述第二光學單元的上方。其中，所述發光單元所產生的所述投射光束通過所述平面的反射以形成一反射光束，所述反射光束穿過所述凸面物鏡以形成一聚焦在位於所述凸面物鏡與所述光學目鏡之間的一聚焦點上的聚焦光束，且所述聚焦光束穿過所述光學目鏡以形成一投射在所述影像感測單元上的成像光束。藉此，所述反射光束依序穿過所述凸面物鏡與所述光學目鏡，使得所述平面的所述預定區域的影像通過所述凸面物鏡與所述光學目鏡的配合，以被放大且成像在所述影像感測單元上。

本發明另外一實施例所產生的一種具有光學影像放大功能的影像感測裝置，其包括：一殼體模組及一影像感測模組。所述殼體模組具有一面向一平面的開口。所述影像感測模組設置在所述殼體模組內，其中所述影像感測模組包括：一發光單元、一第一光學單元、一第二光學單元及一影像感測單元。所述發光單元用於產生一投射光束，其中所述投射光束穿過所述殼體模組的所述開口，以直接或間接投射在所述平面的一預定區域上。所述第一光學單元設置在所述平面的上方，其中所述第一光學單元具有一傾斜設置在所述平面的上方的光學元件及一設置在所述光學元件上的凸面物鏡。所述第二光學單元包括一設置在所述第一光學單元的上方的光學目鏡。所述影像感測單元設置在所述第二光學單元的上方。其中，所述發光單元所產生的所述投射光束通過所述平面的反射以形成一反射光束，所述反射光束穿過所述凸面物鏡以形成一聚焦在位於所述凸面物鏡與所述光學目鏡之間的一聚焦點上的聚焦光束，且所述聚焦光束穿過所述光學目鏡以形成一投射在所述影像感測單元上的成像光束。藉此，所述反射光束依序穿過所述凸面物鏡與所述光學目鏡，使得所述平面的所述預定區域的影像通過所述凸面物鏡與所述光學目鏡的配合，以被放大且成像在所述影像感測單元上。

本發明另外再一實施例所產生的一種具有光學影像放大功能的影像感測模組，其包括：一第一光學單元、一第二光學單元及一影像感測單元。所述第一光學單元具有一設置在一平面的上方的光學元件及一設置在所述光學元件上的凸面物鏡。所述第二光學單元包括一鄰近所述第一光學單元的光學目鏡。所述影像感測單元鄰近所述第二光學單元。其中，一投射光束被投射在所述平面的一預定區域上且通過所述平面的反射以形成一反射光束，所述反射光束穿過所述凸面物鏡以形成一聚焦在位於所述凸面物鏡與所述光學目鏡之間的一聚焦點上的聚焦光束，且所述聚焦光束穿過所述光學目鏡以形成一投射在所述影像感測單元上的成像光束。藉此，所述反射光束依序穿過所述凸面物鏡與所述光學目鏡，使得所述平面的所述預定區域的影像通過所述凸面物鏡與所述光學目鏡的配合，以被放大且成像在所述影像感測單元上。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所產生的影像感測裝置及其影像感測模組，其可透過“所述第一光學單元具有一傾斜設置在所述平面的上方的光學元件及一設置在所述光學元件上的凸面物鏡”及“所述第二光學單元包括一設置在所述第一光學單元的上方的光學目鏡”的設計，以使得所述平面的所述預定區域的影像可以通過所述凸面物鏡與所述光學目鏡的配合，以被放大且成像在所述影像感測單元上，藉此以有效提升所述影像感測單元所擷取到的所述預定區域的影像的清晰度，並可增加游標的移動速度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

Z‧‧‧影像感測裝置

C‧‧‧殼體模組

C100‧‧‧開口

C11‧‧‧滑鼠型殼體

C12‧‧‧筆型殼體

M‧‧‧影像感測模組

1‧‧‧發光單元

2‧‧‧第一光學單元

20‧‧‧光學元件

201‧‧‧上表面

202‧‧‧上表面

21‧‧‧凸面物鏡

211‧‧‧第一凸透鏡

212‧‧‧第二凸透鏡

22‧‧‧透鏡組

221‧‧‧第一反射面

222‧‧‧第二反射面

3‧‧‧第二光學單元

30‧‧‧光學目鏡

4‧‧‧影像感測單元

5‧‧‧第三光學單元

50‧‧‧反射鏡片

P‧‧‧平面

A‧‧‧預定區域

F‧‧‧聚焦點

G‧‧‧光學導引件

L1‧‧‧投射光束

L11‧‧‧第一部分光束

L12‧‧‧第二部分光束

L13‧‧‧第三部分光束

L2‧‧‧反射光束

L3‧‧‧聚焦光束

L4‧‧‧成像光束

圖1為本發明第一實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測模組的示意圖。

圖2為本發明第一實施例使用另一種第一光學單元的示意圖。

圖3為本發明第一實施例使用再一種第一光學單元的示意圖。

圖4為本發明第二實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測模組的示意圖。

圖5為本發明第三實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測模組的示意圖。

圖6為本發明第四實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測模組的示意圖。

圖7為本發明第五實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測裝置的示意圖。

圖8為本發明第六實施例所揭示具有光學影像放大功能的影像感測裝置的示意圖。

以下是藉由特定的具體實例來說明本發明所揭露“具有光學影像放大功能的影像感測裝置及其影像感測模組”的實施方式，熟悉此技藝的相關人士可由本說明書所揭示的內容輕易瞭解本發明的優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的圖式僅為簡單說明，並非依實際尺寸描繪，亦即未反應出相關構成的實際尺寸，先予敘明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所揭示的內容並非用以限制本發明的技術範疇。

〔第一實施例〕

請參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測模組M，其包括：一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。

首先，發光單元1可用於產生一直接或間接投射在一平面P的一預定區域A上的投射光束L1。更進一步來說，如圖1所示，依據不同的設計需求，發光單元1所產生的投射光束L1可以直接投射在平面P的預定區域A上。或者是，發光單元所產生的投射光束L1可以通過一光學導引件G，以間接投射在平面P的預定區域A上。舉例來說，發光單元1可以是預先設置在電路板(圖未示)上的發光二極體或其它任何種類的光源，並且光學導引件G可以是任何用於改變光束的行徑方向的導光元件。

再者，第一光學單元2設置在平面P的上方，其中第一光學單元2具有一傾斜設置在平面P的上方的光學元件20及一設置在光學元件20上的凸面物鏡21。更進一步來說，如圖1所示，依據不同的設計需求，光學元件20會相對於平面P傾斜一預定角度。凸面物鏡21包括一體成型設置在光學元件20的上表面201上且面向第二光學單元3的一第一凸透鏡211，所以第一光學單元2可為一由光學元件20與凸面物鏡21的第一凸透鏡211所組成的一下平上凸透鏡，然而本發明不以此為限。

另外，第二光學單元3包括一鄰近第一光學單元2且設置在第一光學單元2的上方的光學目鏡30。舉例來說，光學目鏡30可為一設置在第一光學單元2及影像感測單元4之間的雙凸透鏡，然而本發明不以此為限。

此外，影像感測單元4鄰近第二光學單元3且設置在第二光學單元3的上方。舉例來說，影像感測單元4可為一設置在與發光單元1所設置的同一個電路板(圖未示)上的CMOS影像感測晶片，所以影像感測單元4與發光單元1可以預先設置在同一電路板(圖未示)上。然而，本發明不以此為限，例如影像感測單元4與發光單元1也可以預先設置在不同的電路板(圖未示)上。

藉此，如圖1所示，發光單元1所產生的投射光束L1會通過平面P的反射，以形成一反射光束L2。反射光束L2會穿過凸面物鏡21的第一凸透鏡211，以形成一聚焦在位於凸面物鏡21與光學目鏡30之間的一聚焦點F上的聚焦光束L3。聚焦光束L3會穿過光學目鏡30，以形成一投射在影像感測單元4上的成像光束L4。換言之，由於通過平面P的反射所產生的反射光束L2可以依序穿過凸面物鏡21的第一凸透鏡211與光學目鏡30，所以使得平面P的預定區域A的影像可以通過凸面物鏡21的第一凸透鏡211與光學目鏡30的配合，以被放大且成像在影像感測單元4上，藉此以有效提升影像感測單元4所擷取到的預定區域A的影像的清晰度。

更進一步來說，如圖2所示，圖1所揭示的第一光學單元2亦可替換成圖2所揭示的第一光學單元2，其中圖2所揭示的第一光學單元2的凸面物鏡21包括一體成型設置在光學元件20的下表面202上且面向平面P的預定區域A的一第二凸透鏡212，所以第一光學單元2可為一由光學元件20與凸面物鏡21的第二凸透鏡212所組成的一上平下凸透鏡，然而本發明不以此為限。

更進一步來說，如圖3所示，圖1所揭示的第一光學單元2亦可替換成圖3所揭示的第一光學單元2，其中圖3所揭示的第一光學單元2的凸面物鏡21包括一體成型設置在光學元件20的上表面201上且面向光學目鏡30的一第一凸透鏡211及一體成型設置在光學元件20的下表面202上且面向平面P的預定區域A的一第二凸透鏡212，所以第一光學單元2可為一由光學元件20與凸面物鏡21的第一凸透鏡211及第二凸透鏡212所組成的一雙凸透鏡，然而本發明不以此為限。

〔第二實施例〕

請參閱圖4所示，本發明第二實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測模組M，其包括：一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。由圖4與圖1的比較可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的不同在於：在第二實施例中，光學元件20可為一分光鏡(beam splitter)。由於分光鏡的使用，發光單元1所產生的投射光束L1會包括一直接投射在光學元件20上的第一部分光束L11及一投射在平面P的預定區域A上的第二部分光束L12。其中，第一部分光束L11會通過光學元件20的反射，以形成直接投射在平面P的預定區域A上的第二部分光束L12，並且投射光束L1的第二部分光束L12會通過平面P的預定區域A的反射而形成反射光束L2。反射光束L2會穿過凸面物鏡21的第一凸透鏡211，以形成一聚焦在位於凸面物鏡21與光學目鏡30之間的一聚焦點F上的聚焦光束L3。聚焦光束L3會穿過光學目鏡30，以形成一投射在影像感測單元4上的成像光束L4。

〔第三實施例〕

請參閱圖5所示，本發明第三實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測模組M，其包括：一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。由圖5與圖1的比較可知，本發明第三實施例與第一實施例最大的不同在於：第三實施例的影像感測模組M還更進一步包括：一第三光學單元5。第三光學單元5包括一鄰近第一光學單元2的反射鏡片50，並且光學元件20可為一分光鏡。由於分光鏡及反射鏡片50的配合使用，發光單元1所產生的投射光束L1會包括一直接投射在反射鏡片50上的第一部分光束L11、一位於反射鏡片50與光學元件20之間的第二部分光束L12、及一投射在平面P的預定區域A上的第三部分光束L13。其中，第一部分光束L11會通過反射鏡片50的反射，以形成直接投射在光學元件20上的第二部分光束L12。第二部分光束L12會通過光學元件20的反射，以形成直接投射在平面P的預定區域A上的第三部分光束L13。投射光束L1的第三部分光束L13會通過平面P的預定區域A的反射而形成反射光束L2。反射光束L2會穿過凸面物鏡21的第一凸透鏡211，以形成一聚焦在位於凸面物鏡21與光學目鏡30之間的一聚焦點F上的聚焦光束L3。聚焦光束L3會穿過光學目鏡30，以形成一投射在影像感測單元4上的成像光束L4。

〔第四實施例〕

請參閱圖6所示，本發明第四實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測模組M，其包括：一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。由圖6與圖5的比較可知，本發明第四實施例與第三實施例最大的不同在於：第四實施例的第一光學單元2使用一透鏡組22來取代第三實施例的光學元件20，並且凸面物鏡21就直接設置在透鏡組22上。藉此，發光單元1通過反射鏡片50的反射後所產生的一第一部分光束 L11會直接投射在透鏡組22的一第一反射面221上，第一部分光束L11會通過透鏡組22的第一反射面221的反射，以形成一直接投射在透鏡組22的一第二反射面222上的第二部分光束L12，第二部分光束L12會通過透鏡組22的第二反射面222的反射，以形成一直接投射在平面P的預定區域A上的第三部分光束L13，並且第三部分光束L13會通過平面P的預定區域A的反射而形成反射光束L2。反射光束L2會通過透鏡組22的反射而穿過凸面物鏡21，以形成一聚焦在位於凸面物鏡21與光學目鏡30之間的一聚焦點F上的聚焦光束L3。聚焦光束L3會穿過光學目鏡30，以形成一投射在影像感測單元4上的成像光束L4。

〔第五實施例〕

請參閱圖7所示，本發明第五實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測裝置Z，其包括：一殼體模組C及一設置在殼體模組C內的影像感測模組M，其中殼體模組C具有一面向一平面P的開口C100，並且影像感測模組M包括一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。更進一步來說，殼體模組C包括一具有開口C100的滑鼠型殼體C11，並且投射光束L1會穿過殼體模組C的開口C100，以直接或間接投射在平面P的一預定區域A上，所以本發明第一至第四實施例所揭示的任何一種影像感測模組M都可被應用於可為光學滑鼠的影像感測裝置Z。

〔第六實施例〕

請參閱圖8所示，本發明第六實施例提供一種具有光學影像放大功能的影像感測裝置Z，其包括：一殼體模組C及一設置在殼體模組C內的影像感測模組M，其中殼體模組C具有一面向一平面P的開口C100，並且影像感測模組M包括一發光單元1、一第一光學單元2、一第二光學單元3及一影像感測單元4。更進一步來說，殼體模組C包括一具有開口C100的筆型殼體C12，並且投射光束L1會穿過殼體模組C的開口C100，以直接或間接投射在平面P的一預定區域A上，所以本發明第一至第四實施例所揭示的任何一種影像感測模組M都可被應用於可為光學筆滑鼠或筆型光學滑鼠的影像感測裝置Z。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所產生的影像感測模組M及影像感測裝置Z，其可透過“第一光學單元2具有一傾斜設置在平面P的上方的光學元件20及一設置在光學元件20上的凸面物鏡21”及“第二光學單元3包括一設置在第一光學單元2的上方的光學目鏡30”的設計，以使得平面P的預定區域A的影像可以通過凸面物鏡21與光學目鏡30的配合，以被放大且成像在影像感測單元4上，藉此以有效提升影像感測單元4所擷取到的預定區域A的影像的清晰度，並可增加游標的移動速度。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。