TW202109137A - 成像系統 - Google Patents

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黃景煜
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    • G06V40/13—Sensors therefor

Abstract

一種成像系統，包括透光蓋板、影像感測器以及繞射光學元件。影像感測器配置於透光蓋板下方。繞射光學元件配置於透光蓋板與影像感測器之間。來自待測物的光在穿透透光蓋板後，被繞射光學元件繞射而成像於影像感測器上。

Description

成像系統
本發明是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種成像系統。
隨著電子裝置的普及以及功能的多元化，成像系統被整合入電子裝置，為電子裝置擷取所需影像，以提供各種功能使用。其中一種應用，是使用成像系統採集手指表面的指紋影像。
現行的成像系統包含透鏡，使待感測物可以透過透鏡成像在影像感測器上，因而可使用尺寸比待感測物小的影像感測器得到影像。然而，使用透鏡將導致整體機構厚度提高，不利於便攜式電子裝置的薄型化。
本發明提供一種成像系統，可減小影像感測器的配置面積，且可保持較薄的厚度。
本發明的一實施例提出一種成像系統，包括透光蓋板、影像感測器以及繞射光學元件（diffractive optical element, DOE）。影像感測器配置於透光蓋板下方。繞射光學元件配置於透光蓋板與影像感測器之間。其中，來自待測物的光在穿透透光蓋板後，被繞射光學元件繞射而成像於影像感測器上。
在本發明的實施例的成像系統中，繞射光學元件配置於透光蓋板與影像感測器之間，以將來自待測物的光成像於影像感測器上。因此，可減小影像感測器的配置面積，且可保持較薄的厚度。
圖1為本發明的一實施例的成像系統100的剖面示意圖。本實施例的成像系統100可以是單獨的成像系統，也可以是整合於電子裝置的成像系統，電子裝置例如手機、平板電腦、筆記型電腦、數位攝影裝置或其他適當的電子裝置。請參照圖1，本實施例的成像系統100，包括透光蓋板110、影像感測器120以及繞射光學元件130。影像感測器120配置於透光蓋板110下方。繞射光學元件130配置於透光蓋板110與影像感測器120之間。在本實施例中，透光蓋板110可採用玻璃蓋板或其他透光材料蓋板，用以對影像感測器120或電子裝置提供保護。影像感測器120例如是互補式金氧半導體（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）感測器或電荷耦合元件（charge coupled device, CCD），本發明並不以此為限。繞射光學元件130經配置使入射光發生繞射。
在本實施例中，繞射光學元件130經配置，使位於透光蓋板遠離影像感測器120一側的待測物（圖未示出）所反射光Ｌ，在穿透透光蓋板110後，可被繞射光學元件130繞射而成像於影像感測器120上。在本實施例中，繞射光學元件130可配置為使繞射光會聚，使待測物在影像感測器120上形成縮小影像。因此，可減小影像感測器120的尺寸，降低生產成本，且可節省裝置空間，有助於縮小整體電子裝置的體積。
在一些實施例中，繞射光學元件130為繞射光柵，例如是透射光柵。在另一些實施例中，繞射光學元件130具有至少一個狹縫或針孔，例如，繞射光學元件130可包含設置有一個或多個狹縫的光學層，或是包含設置有針孔（或可更設置有其他狹縫結構）的光學層；或是，繞射光學元件130具有階梯狀表面結構，例如，繞射光學元件130可具有間斷地（階梯狀地）變化的表面，其中，階梯狀表面結構的間隔與週期結構經特別設計，使經繞射光學元件130繞射的光可於影像感測器120上形成影像。
在一實施例中，成像系統100可被配置為，使來自待測物的反射光在穿透透光蓋板110後直接傳遞至繞射光學元件130，且自繞射光學元件130出射的光直接傳遞至影像感測器120。本文中，「直接傳遞」表示從一光學元件到另一光學元件，其間的空間僅可存在氣體（例如：空氣）或其他環境介質。在本實施例中，在透光蓋板110與影像感測器120之間不須另外設置透鏡元件，因此，可使成像系統保持較薄的厚度。
在一實施例中，可以設計繞射光學元件130的結構，使特定波段的光產生破壞性干涉。例如，繞射光學元件130的結構可設計為，使得來自待測物的紅外光波段的反射光產生破壞性干涉，使繞射光學元件130兼具有濾光的功效以濾除紅外光波段的反射光。當成像系統100所要感測的是可見光波段或其他非紅外光波段時，透過濾除紅外光波段的光可提升影像品質。在一些實施例中，若成像系統100所要感測的是其他波段的影像，也可設計繞射光學元件130的結構，以濾除非欲感測波段的光。
此外，在另一實施例中，可將繞射光學元件130設置在透光蓋板110朝向影像感測器120的內表面110a上。舉例而言，繞射光學元件130可直接設置或貼附在透光蓋板110的內表面110a上。
請再參照圖1。透光蓋板110具有遠離影像感測器120的外表面110b。影像感測器120具有朝向透光蓋板110的感測面120a。在本實施例中，透光蓋板110的外表面110b至繞射光學元件130的間距H1與繞射光學元件130至感測面120a的間距H2的比值是落在1至5的範圍內。此外，在本實施例中，繞射光學元件130的寬度W1與影像感測器120的寬度W2的比值大於或等於1.2。
圖2為本發明的另一實施例的成像系統200的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的成像系統200類似於圖1的成像系統100，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例中，成像系統200中的影像感測器120以及繞射光學元件130可形成指紋感測模組，例如是屏下光學式指紋識別（On-screen Fingerprint Sensing，OFS）模組。影像感測器120配置於透光蓋板110下方。繞射光學元件130配置於透光蓋板110與影像感測器120之間。其中，待測物可為手指P，透光蓋板110可供手指P置於其上，繞射光學元件130用以將透光蓋板110上的手指P的指紋成像於影像感測器120，以獲得指紋圖像。在一實施例中，成像系統200可具有一感測區S，繞射光學元件130和影像感測器120則設置在感測區S內。
在本實施例中，成像系統200可更包括顯示裝置140。顯示裝置140設置在透光蓋板110與影像感測器120之間。顯示裝置140例如為有機發光二極體（organic light-emitting device, OLED）顯示面板、液晶顯示面板等透明顯示面板或其他透明顯示面板。然而，在其他實施例中，顯示裝置140亦可以是液晶顯示面板或其他適當的顯示面板，且在影像感測器120上方的區域具有透光開口。顯示裝置140發出的至少一部分的光L’，可被透光蓋板110上的手指P反射且穿透顯示裝置140，再經繞射光學元件130繞射而成像於影像感測器120。在一些實施例中，顯示裝置140可在感測區S中顯示圖像，供使用者觸控操作。
綜上所述，在本發明的實施例的成像系統中，繞射光學元件配置於透光蓋板與影像感測器之間，以將來自待測物的反射光成像於影像感測器。因此，可減小影像感測器的配置面積，且可使成像系統保持較薄的厚度。此外，繞射光學元件也可濾除非感測波段的光，提供具更佳的感測效果。
100、200:成像系統 110:透光蓋板 110a:內表面 110b:外表面 120:影像感測器 120a:感測面 130:繞射光學元件 140:顯示裝置 H1、H2:間距 L、L’:光 P:手指 S:感測區 W1、W2:寬度
圖1為本發明的一實施例的成像系統的剖面示意圖。 圖2為本發明的另一實施例的成像系統的剖面示意圖。
100:成像系統
110:透光蓋板
110a:內表面
110b:外表面
120:影像感測器
120a:感測面
130:繞射光學元件
H1、H2:間距
L:光
W1、W2:寬度

Claims (10)

  1. 一種成像系統，包括： 一透光蓋板； 一影像感測器，配置於該透光蓋板下方；以及 一繞射光學元件，配置於該透光蓋板與該影像感測器之間； 其中，來自一待測物的光在穿透該透光蓋板後，被該繞射光學元件繞射而成像於該影像感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該繞射光學元件為一繞射光柵。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中來自該待測物的光在穿透該透光蓋板後直接傳遞至該繞射光學元件，且自該繞射光學元件出射的光直接傳遞至該影像感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該繞射光學元件濾除該反射光的紅外光波段。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該繞射光學元件設置在該透光蓋板朝向該影像感測器的內表面上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該透光蓋板具有遠離該影像感測器的外表面，該影像感測器具有朝向該透光蓋板的感測面，其中該外表面至該繞射光學元件的間距與該繞射光學元件至該感測面的間距的比值是落在1至5的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該繞射光學元件的寬度與該影像感測器的寬度的比值大於或等於1.2。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該影像感測器以及該繞射光學元件形成一指紋感測模組，該待測物為一手指，該透光蓋板用以讓該手指放置其上，該繞射光學元件用以將放置在該透光蓋板上的該手指的一指紋成像於該影像感測器上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該成像系統更包括一顯示裝置，該顯示裝置設置在該透光蓋板與該影像感測器之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中該繞射光學元件具有至少一狹縫或針孔，或具有一階梯狀表面結構。
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