TW201816430A - 具有整合光濾鏡的可變焦透鏡及含該透鏡之影像擷取裝置 - Google Patents

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Abstract

一種液體透鏡包括透鏡主體，該透鏡主體具有第一窗口、第二窗口及設置在該第一窗口及該第二窗口之間的腔體。第一液體及第二液體設置在透鏡主體的腔體內。第一液體及第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得該第一液體及該第二液體之間的界面形成透鏡。光濾鏡與第一窗口或第二窗口中的至少一者整合。影像擷取裝置包括光學系統，該光學系統具有可變焦透鏡、影像感測器及與光學系統整合的光濾鏡。影像感測器及光濾鏡的每一者沿著光學系統的光軸對準。

Description

具有整合光濾鏡的可變焦透鏡及含該透鏡之影像擷取裝置
本申請案主張於2016年10月18日申請的美國臨時申請案第62/409850號及於2016年10月31日申請的美國臨時申請案第62/415069號的優先權之權益，其每一者的內容透過引用而整合併入本文中。
本揭示案涉及透鏡，且更具體地涉及具有整合光濾鏡的可變焦透鏡。
液體透鏡或流體透鏡是一種類型的可變焦透鏡，其通常包括腔體，該腔體具有極性液體或導電液體及非極性液體或絕緣液體設置於其中。該等液體彼此不混溶並具有不同的折射率，使得液體之間的界面形成透鏡。可透過電潤濕來改變界面的形狀。例如，可在極性液體及腔體表面之間施加電壓，以增加或減小表面相對於極性液體的潤濕性並改變界面的形狀。改變界面的形狀會改變透鏡的焦距或聚焦。
數位相機影像感測器，例如互補式金氧半導體(CMOS)偵測器，在相當大的波長區域上對電磁輻射是敏感的。由於尺寸及成本的限制，相機中的光學系統通常不被設計以校正由影像感測器所涵蓋的完整光譜區域。因此，為了避免對相機的影像品質造成負面影響，應將超出校正帶的電磁頻譜部分過濾或移除。具有基板的板式濾鏡可被增加至相機透鏡系統，該板式濾鏡具有介電塗層。介電塗層經設計以在光學系統被校正的可見區域中透射光，並在光學系統未被校正的紅外區域及/或紫外區域中 阻擋光。板式濾鏡可直接附接到影像感測器，使得該板式濾鏡亦以防塵罩作為次要功能，該防塵罩防止從相機的其他部分所產生或移位的顆粒落在影像感測器表面上(例如，當透鏡堆疊為了自動聚焦或光學影像穩定目的而移動時)。
在此揭示的是影像擷取裝置，該影像擷取裝置包括具有可變焦透鏡的光學系統。
在此揭示的是液體透鏡，該液體透鏡包括透鏡主體，該透鏡主體包括第一窗口、第二窗口及設置在該第一窗口及該第二窗口之間的腔體。第一液體及第二液體設置在透鏡主體的腔體內。第一液體及第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得第一液體及第二液體之間的界面形成透鏡。光濾鏡與第一窗口或第二窗口的至少一者整合。
在此揭示的是影像擷取裝置，該影像擷取裝置包括光學系統、影像感測器及與光學系統整合的光濾鏡。該光學系統包括可變焦透鏡。影像感測器及光濾鏡的每一者沿著光學系統的光軸對準。
在此揭示的是液體透鏡，該液體透鏡包括透鏡主體，該透鏡主體包括第一窗口、第二窗口及設置在該第一窗口及該第二窗口之間的腔體。第一液體及第二液體設置在透鏡主體的腔體內。第一液體及第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得第一液體及第二液體之間的界面形成透鏡。第一光濾鏡區段設置在第一窗口的外表面上且包括介電堆疊。第二光濾鏡區段設置在第二窗口的外表面上且包括吸收層及介電堆疊。
在此揭示了一種用於形成液體透鏡的方法，該方法包括以下步驟：在第一外層或第二外層其中一者的表面上形成光濾鏡的至少一部分。該方法還包括以下步驟：將第一外層結合到中間層的物側表面，並將第二外層結合到中間層的像側表面，從而形成設置在第一外層及第二外層之間的腔體。
應當理解到，前述的一般性描述及以下的詳細描述僅為示例性的，且意在提供概觀或框架以理解所請求的標的之本質及特性。附圖包含在此以提供進一步的理解，且該等附圖被結合在本說明書中並構成本說明書的一部分。繪圖繪示了一或更多個實施例，且與說明書一起用於解釋各種實施例的原理及操作。
現在將詳細地參考示例性實施例，該等實施例繪示於附圖中。儘可能地，整個繪圖中將使用相同的參考符號來表示相同或相似的部件。繪圖中的元件不一定按比例繪製，而是將重點放在說明示例性實施例的原理上。
數值，包括範圍的端點，可在本文中表示為近似值，該近似值前面加上術語「約」、「近似」，或類似者。在此種情況下，其他實施例包括特定數值。無論數值是否表示為近似值，在本揭示內容中包括兩個實施例：一個表示為近似值，且另一個不表示為近似值。將進一步理解到，每個範圍的端點關於另一個端點及獨立於另一個端點都是重要的。
在各種實施例中，液體透鏡包括透鏡主體，該透鏡主體包括第一窗口、第二窗口及設置在該第一窗口及該第二窗口之間的腔體。第一液體及第二液體設置在透鏡主體的腔體內。第一液體及第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得該第一液體及該第二液體之間的界面形成透鏡。光濾鏡與第一窗口或第二窗口中的至少一者整合。例如，光濾鏡設置在第一窗口或第二窗口中的至少一者的外表面上。在一些實施例中，第一窗口或第二窗口中的至少一者本身用作為光濾鏡的至少一部分(例如，吸收層)。將光濾鏡整合到液體透鏡中可使包括液體透鏡的影像擷取裝置相較於習知影像擷取裝置而言具有減少的厚度，該習知影像擷取裝置包括未整合到光學系統中的分離的光濾鏡板材。額外地或替代地，液體透鏡的平坦外表面能夠使用沉積技術在其上沉積光濾鏡，該沉積技術可能不適合用於將光濾鏡沉積在固定透鏡的彎曲表面上。
在各種實施例中，影像擷取裝置包括光學系統、影像感測器及與光學系統整合的光濾鏡。該光學系統包括可變焦透鏡。影像感測器及光濾鏡的每一者沿著光學系統的光軸對準。可變焦透鏡可使光學系統能夠在光學系統相對於影像感測器不移動的情況下執行光學聚焦、自動聚焦及/或光學影像穩定化功能。因此，光學系統可直接結合到影像感測器及/或光學系統，且影像感測器可設置在密封腔體內，此舉可避免結合到影像感測器的獨立防塵罩的需求，並致使光濾鏡整合到光學系統中。
圖1是習知影像擷取裝置100的示意圖。影像擷取裝置100包括光學系統110，該光學系統經定位以將影像光聚焦在影像感測器120上。光學系統110包括複數個透鏡。例如，以從物側到像側的順序而言，光學系統110包括第一透鏡111、第二透鏡112、第三透鏡113、第四透鏡114、第五透鏡115及第六透鏡116。光學系統110的每個透鏡是固定透鏡。因此，光學系統110的每個透鏡的焦距是固定的。影像擷取裝置100包含設置在光學系統110與影像感測器120之間的光濾鏡130。光濾鏡130是帶通濾波器，該帶通濾波器透射可見光並阻擋紅外(IR)及紫外(UV)光。光濾鏡130可被結合到影像感測器120的物側表面。光學系統110可與光濾鏡130間隔開來，使得在光學系統與光濾鏡之間(例如，在第六透鏡116與光濾鏡之間)設置空氣間隙。光學系統110或其一部分可在物側方向(例如遠離影像感測器)或像側方向(例如朝向影像感測器)中相對於影像感測器120移動。光學系統110的此種移動可改變光學系統的聚焦。光學系統110的此種移動可使用諸如音圈(voice coil)的線性致動器來完成。光學系統110的實體移動可能產生或釋放粒子(例如，灰塵)及/或致使粒子進入光學系統及光濾鏡130之間的空氣間隙。結合到影像感測器120的光濾鏡130可用作為防塵罩，以保護影像感測器免於可能落在影像感測器上並降低影像品質的顆粒。
圖2是影像擷取裝置200的示例性實施例的示意圖。影像擷取裝置200包括光學系統210及影像感測器220。如圖2所示，光學系統210可經定位以將影像光10聚焦在影像感測器220上。
在一些實施例中，光學系統210包括複數個透鏡。例如，在圖2所示的實施例中，以從物側到像側的順序而言，光學系統210包括第一透鏡211、第二透鏡212、第三透鏡213、第四透鏡214、第五透鏡215、第六透鏡216及第七透鏡217。複數個透鏡可沿著光學系統210的光軸OA對齊。在一些實施例中，光學系統210的至少一個透鏡是可變焦透鏡。例如，在圖2所示的實施例中，第一透鏡211是可變焦透鏡。在一些實施例中，可變焦透鏡是在此描述的液體透鏡或流體透鏡。液體透鏡或流體透鏡的焦點可透過改變透鏡內所包含的不同液體之間的界面的形狀來改變，且不使光學系統210相對於影像感測器220平移、傾斜或者移動。在其他實施例中，可變焦透鏡是包括流體的流體靜力(hydrostatic)流體透鏡，該流體設置在柔性膜內。流體靜力流體透鏡的焦點可透過改變流體的流體靜力(且因此改變柔性膜的曲率)而改變，且不使光學系統相對於影像感測器平移、傾斜或者移動。在其他實施例中，可變焦透鏡是另一種類型的透鏡，其焦距可在光學系統不相對於影像感測器平移、傾斜或者移動的情況下改變。
在一些實施例中，影像擷取裝置200沒有光學系統210及影像感測器220之間的空氣間隙。例如，如在此描述地，光學系統210直接結合到影像感測器220。因此，光學系統210無法相對於影像感測器220移動。可透過光學系統的可變焦透鏡來致使光學系統210及影像感測器220之間不存在空氣間隙及/或直接結合。例如，可在沒有光學系統相對於影像感測器220的實體移動之情況下改變光學系統210的焦點(例如，透過改變可變焦透鏡的焦點)。因此，在光學系統210及影像感測器220之間不需要空氣間隙以允許此種實體移動。
在一些實施例中，影像擷取裝置200包括光濾鏡230。例如，光濾鏡230是光譜濾波器，其阻擋或移除影像感測器220可感測到、但不被光學元件串(例如，光學系統210)校正的輻射。在一些實施例中，光學系統210在可見光區域(例如，約450 nm至約650 nm)被校正，且光濾鏡230阻擋或拒絕近IR區域(例如，約650 nm至約1500 nm)及較短的UV區域(小於約450 nm)中的輻射。
在一些實施例中，光濾鏡230被整合到光學系統210。例如，在圖2所示的實施例中，光濾鏡230設置在第一透鏡211(例如，可變焦透鏡)的表面上。因此，光濾鏡230與第一透鏡211整合。在其他實施例中，光濾鏡230與光學系統210的另一個透鏡(例如，固定透鏡)的表面整合或設置在其上。在一些實施例中，光濾鏡230包括複數個光濾鏡區段。例如，在圖2所示的實施例中，光濾鏡230包括第一光濾鏡區段230A及第二光濾鏡區段230B。光學系統210內的不同表面上可設置不同的光濾鏡區段。例如，在圖2所示的實施例中，第一光濾鏡區段230A設置在第一透鏡211的物側，且第二光濾鏡區段230B設置在第一透鏡的像側。將光濾鏡230分成複數個光濾鏡區段可有助於改善光濾鏡的效能。在一些實施例中，光濾鏡230包括介電堆疊。例如，介電堆疊包括具有合適厚度的高折射率材料及低折射率材料的交疊層，以反射一或更多個特定波長範圍中的光(例如，IR及/或UV光)。額外地或替代地，光濾鏡230包括吸收材料，該吸收材料吸收一或更多個特定波長範圍中的光(例如，近IR光)。因此，光濾鏡230可用作為帶通濾波器，該帶通濾波器透射可見光且反射及/或吸收IR、近IR及/或UV光中的一或更多者。
圖3是影像擷取裝置200的示例性實施例的示意性橫截面圖。在圖3所示的實施例中，影像擷取裝置200包括光學系統210及影像感測器220，其可如本文參考圖2所描述地配置。儘管光學系統210在圖3中示意性地顯示為單一方塊，但該光學系統可包括如本文描述的複數個透鏡，包括可變焦透鏡。在一些實施例中，影像擷取裝置200包括殼體250。例如，殼體250包括側壁252，該側壁圍繞內部區域，其中光學系統210可如本文所述地設置在該內部區域中。在一些實施例中，側壁252繞著光學系統210的光軸OA設置。例如，側壁252繞著光軸OA旋轉對稱。在一些實施例中，側壁252包括具有圓形或橢圓形橫截面的圓柱形狀。在其他實施例中，側壁252包括正方形、三角形、矩形或其他多邊形或非多邊形橫截面。在一些實施例中，殼體250包括端蓋254。例如，端蓋254設置在殼體250的遠端(例如，物端)處，且從側壁252向內朝向光軸OA突出至殼體250的內部區域。端蓋254可幫助將光學系統210固定在殼體250內(例如，透過防止光學系統或其部件離開殼體的物端)。在一些實施例中，如本文所述地，端蓋254界定了孔256，其中影像光10可穿過該孔以被光學系統210聚焦到影像感測器220上。
在一些實施例中，光學系統210設置在殼體250內。例如，光學系統210設置在殼體250的內部區域內。在一些實施例中，光學系統210耦合到殼體250。例如，殼體250的側壁252包括內部螺紋，該內部螺紋與光學系統210的外部螺紋接合，使得光學系統與殼體螺紋接合。額外地或替代地，殼體的側壁252包括一或更多個內部爪，該內部爪與光學系統210的外部凹口接合，使得光學系統與殼體扣合(snap-fit)接合。光學系統210到殼體250的此種耦合可有助於將光學系統固定就位，且防止光學系統相對於影像感測器220出現不期望之移動，如本文所述。
在一些實施例中，影像感測器220被設置在殼體250內。例如，影像感測器220設置在殼體250的內部區域內。在一些實施例中，影像感測器220耦合到殼體250。例如，影像感測器220可耦合到殼體250，如本文參考光學系統210所述。在圖3所示的實施例中，影像感測器220設置在基板222上。例如，基板222包括印刷電路板(PCB)。基板222可實現對影像感測器220的電性連接(例如，透過設置在基板上或基板中的電性跡線)。額外地或替代地，控制影像感測器220的操作或處理往返於影像感測器220之信號的各種電子元件可被設置在基板222上。在一些實施例中，殼體250耦合到基板222。例如，側壁252的近端(例如，像端)被耦合到基板222，使得影像感測器220被設置在殼體250內，如圖3所示。
在一些實施例中，光學系統210與影像感測器220隔開，使得空氣間隙設置在光學系統及影像感測器之間。例如，光學系統210的近側透鏡(例如，設置在光學系統的像端)與影像感測器220隔開，使得空氣間隙設置在近側透鏡與影像感測器之間，如圖3所示。
在其他實施例中，光學系統210被直接結合到影像感測器220。圖4是影像擷取裝置200的示例性實施例的示意性橫截面圖。圖4所顯示的實施例與圖3顯示的相同，只是圖4顯示的光學系統210直接結合到影像感測器220，使得在光學系統及影像感測器之間未設置空氣間隙。例如，光學系統210的近側透鏡直接結合到影像感測器220(例如，使用光學透明的黏合劑或其他合適的黏合劑)，使得在近側透鏡及影像感測器之間不設置空氣間隙。
在一些實施例中，每個光學系統210及影像感測器220直接或間接地耦合到殼體250，使得密封腔室被界定於殼體內(例如，光學系統的第一透鏡211及影像感測器之間)。例如，在圖3及圖4所示的實施例中，密封腔室界定於光學系統210的第一透鏡211與基板222之間的殼體250內。在一些實施例中，影像感測器220設置在密封腔室內。在一些此種實施例中，光學系統210包括如本文所述的可變焦透鏡。因此，在不使光學系統相對於影像感測器220實體移動的情況下，光學系統210的焦距可被調整(例如，為了聚焦及/或自動聚焦)，及/或液體之間的界面可傾斜(例如，為了光學影像穩定)。影像感測器220在密封腔室內的定位及光學系統210缺乏移動可減少顆粒產生(例如，透過移動音圈或其他機械致動器)或允許顆粒進入殼體(例如，由機械地傾斜固定透鏡所產生的間隙)並落在影像感測器上的可能性。因此，設置在密封腔室內的影像感測器220可不具有防塵罩(例如，圖1所示的光濾鏡130或另一個遮罩)，該防塵罩意欲防止顆粒落在影像感測器的表面上並降低影像品質。
圖5是具有整合光濾鏡230的可變焦透鏡260的示例性實施例的示意性橫截面圖。例如，可變焦透鏡260可用作為本文參照圖2至圖4描述的光學系統210的一個透鏡(例如，第一透鏡211)。在一些實施例中，可變焦透鏡260是液體透鏡或流體透鏡。例如，可變焦透鏡260包括透鏡主體261及形成在透鏡主體中的腔體262。第一液體264及第二液體266設置在腔體262內。在一些實施例中，第一液體264是極性液體或導電液體。額外地或替代地，第二液體266是非極性液體或絕緣液體。在一些實施例中，第一液體264及第二液體266彼此不混溶且具有不同的折射率，使得第一液體及第二液體之間的界面形成透鏡。界面的形狀可透過電潤濕(electrowetting)來改變。例如，可在第一液體264及腔體262的表面之間施加電壓(例如，位於腔體的表面附近且與第一液體絕緣的電極)以增加或減少腔體表面相對於第一液體的潤濕性並改變界面的形狀。在一些實施例中，改變界面的形狀改變了可變焦透鏡260的焦距或焦點。例如，此種改變焦距可致使可變焦透鏡260能夠用於手動聚焦或自動聚焦應用。額外地或替代地，改變界面的形狀使得可變焦透鏡260相對於光軸OA傾斜。例如，此種傾斜可致使可變焦透鏡260在光學系統210搖晃或振動時，使影像在影像感測器220上保持到位(例如，用於光學影像穩定)。如本文所述地，可在沒有可變焦透鏡260相對於影像感測器220的實體移動的情況下實現界面形狀的改變。例如，隨著界面的形狀改變，透鏡主體261可相對於影像感測器220保持靜止。在一些實施例中，第一液體264及第二液體266具有基本上相同的密度，此舉可有助於避免因改變可變焦透鏡260的實體定向而導致的界面形狀變化(例如，由於重力的結果)。
在一些實施例中，可變焦透鏡260的透鏡主體261包括第一窗口268及第二窗口270。在一些此種實施例中，腔體262設置在第一窗口及第二窗口之間。在一些實施例中，透鏡主體261包括複數個層，該等層共同形成透鏡主體。例如，在圖5所示的實施例中，透鏡主體261包括第一外層272、中間層274及第二外層276。在一些此種實施例中，中間層274包括穿過其中以形成的口徑，第一外層272結合到中間層的一側(例如物側)，且第二外層276結合到中間層的另一側(例如像側)，使得口徑在相對側邊上由第一外層及第二外層覆蓋，且腔體262定義在口徑內。因此，覆蓋腔體262的第一外層272的一部分用作為第一窗口268，且覆蓋腔體的第二外層276的一部分用作為第二窗口270。在一些實施例中，腔體262是錐形的，如圖5所示，使得腔體的橫截面沿著光軸OA在從物側到像側的方向上減少或增加。此種錐形腔體可幫助保持第一液體264及第二液體266之間的界面沿著光軸OA對準。在其他實施例中，腔體是非錐形的，使得腔體的橫截面沿著光軸OA保持基本恆定。在一些實施例中，影像光10透過第一窗口286進入可變焦透鏡260，在第一液體264及第二液體266之間的界面處折射，且透過第二窗口270離開可變焦透鏡。在一些實施例中，第一外層272及/或第二外層276包括足夠的透明度，以讓影像光10能夠通過，如本文所述。例如，第一外層272及/或第二外層276包括玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。額外地或替代地，第一外層272及/或第二外層276的外表面是基本上平坦的。因此，即使可變焦透鏡260可用作為透鏡(例如透過折射穿過其中的影像光10)，可變焦透鏡的外表面亦可以是平坦的，而並非像固定透鏡的外表面那樣彎曲。如本文所述，此種平坦的外表面可使光濾鏡與可變焦透鏡整合。在一些實施例中，中間層274包含金屬、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。因為影像光10可通過口徑以穿過中間層274，故中間層可以是透明的或不透明的。
在一些實施例中，光濾鏡230與可變焦透鏡260整合。在一些此種實施例中，光濾鏡230設置在可變焦透鏡260的外表面上。例如，在圖5所示的實施例中，第一光濾鏡區段230A設置在可變焦透鏡260的一個外表面上(例如，物側表面)，且第二光濾鏡區段230B設置在可變焦透鏡的另一個外表面上(例如，像側表面)。在一些實施例中，光濾鏡230包括介電堆疊。例如，光濾鏡230包括高折射率材料及低折射率材料的交疊層。在一些實施例中，高折射率材料及/或低折射率材料包括金屬氧化物材料(例如，TiO2 、Al2 O3 、SiO2 或另一種金屬氧化物材料)。如本文所述，介電堆疊層的厚度可經選擇以使得介電堆疊反射所決定的波長範圍內的光。因此，介電堆疊可用作為干擾濾波器。
在一些實施例中，光濾鏡230包括吸收層。例如，在一些實施例中，吸收層包含染料(例如花青(cyanine)化合物、酞菁(phthalocyanine)化合物、萘酞菁(naphthalocyanine)化合物、二硫醇金屬錯合物(dithiol metal complex)化合物、二亞銨(diimonium)化合物、聚甲炔(polymethine)化合物、苯酞(phthalide)化合物、萘醌(naphthoquinone)化合物、蒽醌(anthraquinone)化合物、靛酚(indophenol)化合物、方酸內鎓鹽(squarylium)化合物或其他吸收化合物)，該染料吸收所決定的波長範圍內的光，如本文所述。在一些此種實施例中，染料分散在樹脂(例如透明樹脂)中。在其他實施例中，吸收層包括著色玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷層。例如，吸收層包括藍色濾光玻璃。
圖6是圖5所示的第一光濾鏡區段230A的特寫視圖。在一些實施例中，光濾鏡區段230A包括介電堆疊，該介電堆疊包含交替的高折射率層232及低折射率層234。層數及層厚度可經選擇以使得光濾鏡區段230A透射相對少量的UV光。因此，光濾鏡區段230A阻擋UV光以使得光濾鏡230能夠呈現本文所述的下位截止波長。
圖7是圖5所示的第二光濾鏡區段230B的特寫視圖。在一些實施例中，光濾鏡區段230B包括吸收層236，該吸收層包含分散在透明樹脂中的吸收染料。染料、樹脂及層厚度可經選擇以使得吸收層236透射相對少量的近IR光。因此，吸收層236阻擋近IR光以使光濾鏡230能夠呈現本文所述的上位截止波長。
在一些實施例中，光濾鏡區段230B包括介電堆疊，該介電堆疊包括交替的高折射率層232及低折射率層234。層數及層厚度可經選擇以使得光濾鏡區段230B用作為抗反射(AR)層。AR層可幫助減少由可變焦透鏡260所反射的可見光的量，且從而增加朝向影像感測器220傳送的可見光的量。在一些實施例中，AR層位於光濾鏡230的影像表面(例如，設置在AR層上)。例如，吸收層236設置在可變焦透鏡260與AR層之間。因此，在影像光到達AR層之前，可從影像光19過濾UV光及/或近IR光(例如，分別透過第一光濾鏡區段230A及/或吸收層236)。此種定位可幫助提高AR層的效率。
如本文所使用地，「高折射率」及「低折射率」等術語是相對術語。例如，高折射率層或材料具有比低折射率層或材料更高的折射率，反之亦然。在圖5至圖7所示的實施例中，第一光濾鏡區段230A的高折射率層或材料可與第二光濾鏡區段230B的高折射率層或材料相同或不同，且第一光濾鏡區段的低折射率層或材料可與第二光濾鏡區段的低折射率層或材料相同或不同。
儘管在本文參照圖5至圖7所述的光濾鏡230包括第一光濾鏡區段230A及第二光濾鏡區段230B，但本揭示內容包括其他實施例。例如，在其他實施例中，光濾鏡包括單一個光濾鏡區段或多個光濾鏡區段，該光濾鏡區段包括介電堆疊、吸收層或兩者。額外地或替代地，介電堆疊可包括多個區段。例如，介電堆疊可包括阻擋UV光的阻擋區段及增強可見光之透射的AR區段。在各種實施例中，可在可變焦透鏡的相同或相對的外表面上設置介電堆疊(具有或不具有多個區段)及吸收層。在各種實施例中，「設置」在可變焦透鏡的外表面上的層可直接設置在外表面上或直接或間接地設置在外表面上的另一層上。
儘管本文參照圖5至圖7所描述的光濾鏡230的吸收層236是設置在可變焦透鏡260的外表面上，但本揭示內容包括其他實施例。例如，在其他實施例中，可變焦透鏡的第一窗口及/或第二窗口包括吸收層。因此，分別的第一窗口及/或第二窗口由吸收材料形成，該吸收材料如在此所述地吸收高於上位截止波長的上位波長範圍內的光。例如，在一些實施例中，可變焦透鏡260的第一層274及/或第二層276包括藍色濾光玻璃或聚合物材料，或由藍色濾光玻璃或聚合物材料形成，該藍色濾光玻璃或聚合物材料包含如本文所述的吸收染料。額外地或替代地，光濾鏡包括一或更多個介電堆疊，該介電堆疊設置在吸收性的第一窗口及/或第二窗口的外表面上。
如本文所述地使光濾鏡230與光學系統210整合可致使影像擷取裝置200相較於習知影像擷取裝置而言具有減少的厚度，該習知影像擷取裝置具有分離的光濾鏡板材(例如，如圖1所示)。例如，與光學系統210整合的光濾鏡230可比分離的光濾鏡板材更薄，因為光濾鏡230設置於其上的透鏡(例如，可變焦透鏡260)可用作為光濾鏡230的基板，從而避免要求在光濾鏡板材中包含分離的基板。因此，包括具有整合光濾鏡230的光學系統210的影像擷取裝置200可比具有分離光濾鏡板材的習知影像擷取裝置更薄(例如，差在分離的光濾鏡板材的基板厚度)。例如，包括具有整合光濾鏡230的光學系統210的影像擷取裝置200可比具有分離光濾鏡板材的習知影像擷取裝置薄約0.1 mm至約3 mm。
如本文所述地使光濾鏡230與光學系統210整合可有助於減少光濾鏡斷裂的可能性，相較於具有分離光濾鏡板材的習知影像擷取裝置而言(例如，圖1所示)。例如，在習知影像擷取裝置中，光學系統相對於影像感測器的移動可導致光學系統與光濾鏡之間的實體接觸，該光濾鏡設置在光學系統與影像感測器之間，此舉可能使光濾鏡損壞或斷裂。使光濾鏡230與光學系統210整合降低了此種接觸及斷裂的可能性。例如，即使光學系統210相對於影像感測器220移動，光濾鏡230亦會移動，從而防止光濾鏡的接觸及/或斷裂。額外地或替代地，將可變焦透鏡260結合到光學系統210中可避免如本文所述地使光學系統相對於影像感測器220移動，從而防止光濾鏡230的接觸及/或斷裂。
在一些實施例中，使用物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、電漿沉積、離子輔助沉積，或另一種合適的沉積處理以將介電堆疊沉積在可變焦透鏡260的外表面上。額外地或替代地，使用旋轉塗層、噴漆塗層、沉浸塗層、模具塗層、槽模塗層、凹版印刷或其他合適的塗層或印刷製程以將吸收層沉積在可變焦透鏡260的外表面上。在各種實施例中，可變焦透鏡260的外表面可為平坦的或非平坦的。具有平坦外表面的可變焦透鏡260可實現具有精確層厚度的介電堆疊及/或吸收層的應用。因此，具有平坦外表面的可變焦透鏡260能夠使用沉積、印刷及/或塗層處理來將光濾鏡230整合到光學系統210中，該沉積、印刷及/或塗層處理可能不適合用於具有非平坦外表面的固定透鏡。
在一些實施例中，可使用高溫沉積製程以將介電堆疊沉積在可變焦透鏡260的外表面上。例如，此種高溫沉積製程包括在至少約300℃、至少約400℃或至少約500℃的溫度沉積一或更多層的介電堆疊。在一些實施例中，包括玻璃、陶瓷及/或玻璃陶瓷材料的可變焦透鏡260的第一層272及/或第二層276可致使第一層及/或第二層能夠承受高溫沉積製程。在一些實施例中，第一層272及/或第二層276包括如本文所述的吸收材料(例如，藍色濾波玻璃)。例如，吸收材料是無機材料，使得包含吸收材料的第一層272及/或第二層276能夠承受高溫沉積製程。
在一些實施例中，光濾鏡230是帶通濾波器。圖8是光濾鏡230的示例性透射分佈的圖表。透射分佈是隨著波長變化之光濾鏡230透射。在x軸上的波長值以奈米(nm)給定。y軸上的透射值以百分比(%)給定。光濾鏡230的截止波長是光濾鏡呈現50%透射的波長。在一些實施例中，光濾鏡230在透射波長範圍內透射光(例如，可見光)，並阻擋在透射波長範圍以下(例如，下位截止波長下方)的下位波長範圍內的光(例如，UV光)，並阻擋在透射波長範圍以上(例如，上位截止波長以上)的上位波長範圍內的光 (例如，近IR光)。在一些實施例中，在300 nm至1300 nm的工作波長範圍內，光濾鏡230包括至多約450 nm、至多約440 nm、至多約430 nm、至多約420 nm、至多約410 nm，或至多約400 nm的下位截止波長。額外地或替代地，在300 nm至1300 nm的工作波長範圍內，光濾鏡230包括至少約600 nm、至少約610 nm、至少約620 nm、至少約630 nm、至少約640 nm、至少約650 nm、至少約660 nm或至少約670 nm的上位截止波長。下位截止波長小於上位截止波長。例如，在圖8所示的實施例中，光濾鏡230包括450 nm的下位截止波長及670 nm的上位截止波長。額外地或替代地，光濾鏡230在約450 nm至約580 nm的透射波長範圍內包含至少80%的透射率。例如，在圖8所示的實施例中，光濾鏡230在465 nm至655 nm的透射波長範圍上包含至少80%的透射率。因此，在465 nm至665 nm的所有波長處，光濾鏡230呈現至少80%的透射率。
在一些實施例中，光濾鏡230包括介電堆疊(例如，第一光濾鏡區段230A)，該介電堆疊阻擋(例如，反射)光在下位截止波長以下的下位波長範圍內的光。額外地或替代地，光濾鏡230包括吸收層(例如，第二光濾鏡區段230B)，該吸收層阻擋(例如吸收)在上位截止波長以上的上位波長範圍內的光。
在各種實施例中，影像感測器220包括半導體電荷耦合元件(CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)、N型金屬氧化物半導體(NMOS)、另一種影像感測裝置，或其組合。影像感測器220偵測到由光學系統210聚焦至影像感測器上的影像光10，以擷取由影像光表現的影像。
在一些實施例中，一種形成可變焦透鏡的方法包括以下步驟：結合複數個層以形成腔體，該腔體界定於第一窗口及第二窗口之間。例如，形成可變焦透鏡260的方法包括以下步驟：將第一外層272結合到中間層274的物側表面。額外地或替代地，該方法包括以下步驟：將第二外層276結合到中間層274的像側表面。在一些實施例中，如本文所述地，中間層274包括經形成以穿過其中的口徑。例如，該方法包括以下步驟：在結合之前，在中間層274中形成口徑。在一些實施例中，該方法包括以下步驟：將第一液體264及第二液體266沉積到形成在中間層274中的口徑中。例如，該方法包括以下步驟：將第一外層272或第二外層276的其中一者結合到中間層274，將第一液體264及第二液體266沉積到形成在中間層中的口徑中，並將第一外層或第二外層的另一者結合到中間層，以在第一窗口268及第二窗口270之間形成腔體，其中第一液體及第二液體設置在該腔體中。因此，第一液體264及第二液體266可在結合之後被密封在腔體中。
在一些實施例中，方法包括以下步驟：形成可變焦透鏡的陣列。例如，中間層274包括片材(例如，基本上平坦的片材)，該片材包括形成在其中的口徑陣列。在一些此種實施例中，第一外層272及第二外層276的每一者包括片材(例如，基本上平坦的片材)，使得第一層及第二層對中間層274的結合形成腔體陣列。在一些實施例中，方法包括以下步驟：將第一液體264及第二液體266沉積到每個口徑中，使得該結合在第一窗口陣列與對應的第二窗口陣列之間形成腔體陣列，其中第一液體及第二液體的體積設置在該腔體陣列中(例如，液體透鏡陣列)。在一些實施例中，方法包括以下步驟：將可變焦透鏡陣列分割以形成複數個分離的可變焦透鏡。例如，分割之步驟包括在相鄰腔體之間的區域中切斷第一外層272、中間層274及第二外層276。形成可變焦透鏡陣列之步驟可實現可變焦透鏡的大量製造。額外地或替代地，形成可變焦透鏡陣列可致使光濾鏡更有效地整合到如本文所述的可變焦透鏡中。
在一些實施例中，方法包括以下步驟：在可變焦透鏡的層上形成光濾鏡的至少一部分。例如，方法包括以下步驟：在第一外層272上形成第一光濾鏡區段230A。在一些實施例中，形成第一光濾鏡區段230A之步驟包括在第一外層272的表面上沉積高折射率材料及低折射率材料的交疊層(例如，使用如本文所述的沉積處理)。額外地或替代地，方法包括以下步驟：在第二外層276上形成第二光濾鏡區段230B。在一些實施例中，形成第二光濾鏡區段230B之步驟包括在第二外層276的表面上沉積吸收層及/或AR層(例如，使用如本文所述的沉積處理)。在一些實施例中，形成第一光濾鏡區段230A及/或形成第二光濾鏡區段230B之步驟是在將第一外層272及/或第二外層276結合到中間層274之前執行。因此，可使用沉積處理(例如，高溫沉積處理)來執行形成第一光濾鏡區段230A及/或形成第二光濾鏡區段230B之步驟，該沉積處理可能不適用於中間層274、第一液體264及/或第二液體266。額外地或替代地，形成第一光濾鏡區段230A及/或形成第二光濾鏡區段230B之步驟是作為形成可變焦透鏡陣列的一部分來執行。因此，第一外層272及/或第二外層276可為相對較大的片材，該較大的片材可致使在其上形成光濾鏡230之步驟更有效地完成。此種有效的處理可透過可變焦透鏡260的平坦外表面來實現，且將光濾鏡與具有非平坦外表面的固定透鏡整合可能是不可行的，該固定透鏡可能並非形成為陣列。
透過在透鏡堆疊而非音圈馬達中包含可變焦透鏡(例如，液體透鏡)以執行自動聚焦及/或光學影像穩定的功能，影像擷取裝置可免於移動部件。額外地或替代地，可變焦透鏡包括平坦的玻璃相對表面，該玻璃相對表面可容納光濾鏡的帶通截止介電塗層。透鏡堆疊中不存在移動部件可致使透鏡堆疊永久固定至影像感測器，此舉可致使透鏡堆疊用作為防塵罩。此舉消除了影像擷取裝置中的分離部件(例如，分離的光濾鏡板材)，且使得光學元件串變得更薄，此舉對於行動電話相機來說是特別重要的特徵。
將截止濾波器放置在可變焦透鏡上實現了更薄的相機透鏡設計。額外地或替代地，由於可變焦透鏡在透鏡設計中的位置經常較靠近瞳孔，故可變焦透鏡具有比影像或影像感測器更小的直徑。因此，相對於在影像感測器附近包含分離的光濾鏡的裝置而言，光濾鏡的直徑可更小，且可降低介電塗層的成本。例如，與光學系統整合的光濾鏡的直徑可比具有相同尺寸的影像感測器的習知影像裝置及相同屈光力(optical power)的光學系統的分離光濾鏡板材的直徑小4倍。
為了在習知的影像擷取裝置中達成自動聚焦(例如，如圖1所示)，整個透鏡堆疊軸向移動(例如，沿著光軸移動)，以對不同的物距重新聚焦光學系統。此動作通常使用音圈馬達組件來達成。此動作可產生及/或移動小顆粒。因此，光濾鏡可被放置在影像感測器表面上方以用作為防塵罩並防止顆粒落在影像感測器上。由於影像感測器的像素通常很小(例如，接近1微米)，故即使是小的灰塵顆粒亦會擋住整個像素，從而限制功能性並影響畫質。
若自動聚焦及光學影像穩動功能性以影像擷取裝置實現，該影像擷取裝置包括如本文所述的可變焦透鏡(例如，如圖2所示)，則沒有必要使光學系統相對於影像感測器移動。反而，在一些實施例中，可在液體透鏡的四個電極上均勻地施加電壓，以在液體透鏡的極性流體及油之間產生表面張力，並造成流體之間的曲率差及正屈光力。額外地或替代地，透過在四個電極中的其中兩個電極上施加不相等的電壓，液體透鏡表面可傾斜以補償手部運動並實現光學影像穩定。
由於光學系統不需要相對於影像感測器移動(該影像感測器實現可變焦透鏡)，透鏡堆疊可被永久地附接到影像感測器並作為防塵罩。額外地或替代地，液體透鏡具有兩個平坦玻璃表面，該兩個平坦玻璃表面的任一者都可為施加介電帶通光譜濾波器(例如，光濾鏡)的理想位置。
在一些實施例中，一電子裝置包括如本文所述的可變焦透鏡及/或影像擷取裝置。例如，電子裝置包括相機模組，該相機模組包括影像擷取裝置。在一些實施例中，電子裝置包括智慧型電話、平板電腦或數位相機。額外地或替代地，電子裝置如本文所述地透過改變可變焦透鏡的界面形狀而包括光學聚焦、自動聚焦及/或光學影像穩定功能控制。
本領域技術人員明顯瞭解到可進行各種修改及變化而不脫離請求標的之精神或範疇。因此，除了根據所附隨的請求項及其等同物之外，請求標的不受限制。
10‧‧‧影像光
100‧‧‧影像擷取裝置
110‧‧‧光學系統
111‧‧‧第一透鏡
112‧‧‧第二透鏡
113‧‧‧第三透鏡
114‧‧‧第四透鏡
115‧‧‧第五透鏡
116‧‧‧第六透鏡
120‧‧‧影像感測器
130‧‧‧光濾鏡
200‧‧‧影像擷取裝置
210‧‧‧光學系統
211‧‧‧第一透鏡
212‧‧‧第二透鏡
213‧‧‧第三透鏡
214‧‧‧第四透鏡
215‧‧‧第五透鏡
216‧‧‧第六透鏡
217‧‧‧第七透鏡
220‧‧‧影像感測器
222‧‧‧基板
230‧‧‧光濾鏡
232‧‧‧高折射率層
234‧‧‧低折射率層
236‧‧‧吸收層
250‧‧‧殼體
252‧‧‧側壁
254‧‧‧端蓋
256‧‧‧孔
260‧‧‧可變焦透鏡
261‧‧‧透鏡主體
262‧‧‧腔體
264‧‧‧第一液體
266‧‧‧第二液體
268‧‧‧第一窗口
270‧‧‧第二窗口
272‧‧‧第一外層
274‧‧‧中間層
276‧‧‧第二外層
230A‧‧‧第一光濾鏡區段
230B‧‧‧第二光濾鏡區段
260‧‧‧可變焦透鏡
261‧‧‧透鏡主體
262‧‧‧腔體
264‧‧‧第一液體
266‧‧‧第二液體
268‧‧‧第一窗口
270‧‧‧第二窗口
272‧‧‧第一外層
274‧‧‧中間層
276‧‧‧第二外層
OA‧‧‧光軸
圖1是習知影像擷取裝置的示意圖。
圖2是影像擷取裝置的示例性實施例的示意圖，該影像擷取裝置包括具有整合光濾鏡的可變焦透鏡。
圖3是影像擷取裝置的示例性實施例的示意性橫截面圖。
圖4是影像擷取裝置的示例性實施例的示意性橫截面圖。
圖5是具有整合光濾鏡的可變焦透鏡的示例性實施例的示意性橫截面圖。
圖6是圖5中所示的整合光濾鏡的光濾鏡區段的示例性實施例的特寫視圖。
圖7是圖5中所示的整合光濾鏡的光濾鏡區段的示例性實施例的特寫視圖。
圖8是光濾鏡的示例性透射分佈的圖表。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (27)

  1. 一種液體透鏡，包括： 一透鏡主體，該透鏡主體包括一第一窗口、一第二窗口及一腔體，該腔體設置在該第一窗口及該第二窗口之間；一第一液體及一第二液體，該第一液體及該第二液體設置在該透鏡主體的該腔體內，該第一液體及該第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得該第一液體及該第二液體之間的一界面形成一透鏡；及一光濾鏡，該光濾鏡與該第一窗口或該第二窗口的至少一者整合。
  2. 如請求項1所述之液體透鏡，其中該光濾鏡是一帶通濾波器。
  3. 如請求項2所述之液體透鏡，其中在300 nm至1300 nm的一工作波長範圍內，該光濾鏡包括至多約450 nm的一下位截止波長及至少約600 nm的一上位截止波長。
  4. 如請求項2或3所述之液體透鏡，其中該光濾鏡在約450 nm至約580 nm的一透射波長範圍內包含至少80%的一透射率。
  5. 如請求項1至4任一者所述之液體透鏡，其中該光濾鏡包括一介電堆疊，該介電堆疊設置在該第一窗口或該第二窗口之至少其中一者的一外表面上，且該介電堆疊包括一高折射率材料及一低折射率材料的交疊層。
  6. 如請求項5所述之液體透鏡，其中該介電堆疊在低於一下位截止波長的一下位波長範圍中阻擋光。
  7. 如請求項5所述之液體透鏡，其中該介電堆疊包括一抗反射濾波器。
  8. 如請求項5所述之液體透鏡，其中： 該光濾鏡包括一第一介電堆疊及一第二介電堆疊，該第一介電堆疊設置在該第一窗口的該外表面上，該第二介電堆疊設置在該第二窗口的該外表面上； 該第一介電堆疊在低於一下位截止波長的一下位波長範圍中阻擋光；及 該第二介電堆疊是一抗反射濾波器。
  9. 如請求項5所述之液體透鏡，其中該光濾鏡包括一吸收層，該吸收層在一上位截止波長以上的一吸收波長範圍內吸收光。
  10. 如請求項9所述之液體透鏡，其中該吸收層設置在該第一窗口或該第二窗口的其中至少一者的該外表面上。
  11. 如請求項9所述之液體透鏡，其中該第一窗口或該第二窗口的其中至少一者是由一吸收材料所形成，使得該第一窗口或該第二窗口的其中至少一者包括該吸收層。
  12. 如請求項1至4任一項所述之液體透鏡，其中該第一窗口或該第二窗口的其中至少一者的該外表面是基本上平坦的。
  13. 如請求項1至4任一項所述之液體透鏡，其中該第一窗口或該第二窗口的其中至少一者的該外表面是非平坦的。
  14. 一種影像擷取裝置，包括： 一光學系統，該光學系統包括一可變焦透鏡； 一影像感測器；及 一光濾鏡，該光濾鏡與該光學系統整合； 其中該影像感測器及該光濾鏡的每一者沿著該光學系統的一光軸對準；及 其中該可變焦透鏡及該影像感測器的每一者結合到一殼體，使得一密封腔室在該殼體內被界定於該可變焦透鏡及該影像感測器之間。
  15. 如請求項14所述之影像擷取裝置，其中該光濾鏡的至少一部分設置於該可變焦透鏡的一表面上。
  16. 如請求項14所述之影像擷取裝置，其中： 該光學系統包括一固定透鏡；及 該光濾鏡的至少一部分設置在該固定透鏡的一表面上。
  17. 如請求項14所述之影像擷取裝置，其中在不使該光學系統相對於該影像感測器轉移的情況下，該可變焦透鏡可經調整以改變該光學系統的一焦距。
  18. 如請求項14所述之影像擷取裝置，其中該光學系統經定位以將影像光聚焦到該影像感測器上。
  19. 如請求項14所述之影像擷取裝置，其中該可變焦透鏡是一液體透鏡，該液體透鏡包括在一第一液體及一第二液體之間的一界面。
  20. 如請求項14至19任一項所述之影像擷取裝置，其中該光濾鏡包括一帶通濾波器。
  21. 一種液體透鏡，包括： 一透鏡主體，該透鏡主體包括一第一窗口、一第二窗口及一腔體，該腔體設置在該第一窗口及該第二窗口之間； 一第一液體及一第二液體，該第一液體及該第二液體設置在該透鏡主體的該腔體內，該第一液體及該第二液體基本上彼此不混溶且具有不同的折射率，使得該第一液體及該第二液體之間的一界面形成一透鏡； 一第一光濾鏡區段，該第一光濾鏡區段設置在該第一窗口的一外表面上，且該第一光濾鏡區段包括一介電堆疊；及 一第二光濾鏡區段，該第二光濾鏡區段設置在該第二窗口的一外表面上，且該第二光濾鏡區段包括一吸收層及一介電堆疊。
  22. 一種電子裝置，該電子裝置包括如請求項1所述之液體透鏡。
  23. 如請求項22所述之電子裝置，其中該電子裝置為一智慧型、一平板電腦或一數位相機。
  24. 一種形成一液體透鏡的方法，該方法包括以下步驟： 在一第一外層或一第二外層的其中一者的一表面上形成一光濾鏡的至少一部分； 將該第一外層結合至一中間層的一物側表面，並將該第二外層結合至該中間層的一像側表面，從而在該第一外層及該第二外層之間形成一腔體。
  25. 如請求項24所述之方法，進一步包括在將該第一外層結合至該中間層的該物側表面之該結合步驟以及將該第二外層結合至該中間層的該像側表面之該結合步驟之間，將一第一液體及一第二液體沉積到一口徑中，該口徑形成於該中間層中。
  26. 如請求項24所述之方法，其中形成該光濾鏡的至少一部分之該步驟包括以下步驟：在該第一外層或該第二外層的其中一者的該表面上沉積一高折射率材料及一低折射率材料的交疊層。
  27. 如請求項24至26任一項所述之方法，其中該液體透鏡是一液體透鏡陣列，且該方法進一步包括以下步驟：將該液體透鏡陣列分割。
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