TWI608733B - 薄板成像裝置 - Google Patents

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Description

薄板成像裝置
本發明係有關光學成像的技術，尤其是利用導光板使光線形成全反射(TIR)或反射傳播，使感光單元放置在全反射或反射的路徑上，並位於成像聚焦位置，能夠讓不同物距成像在感光單元的不同位置上的技術。
一般成像裝置包含一個成像鏡頭和感測器。成像鏡頭以光軸為中心呈軸對稱設計，其成像面為平面且垂直於光軸。而感測器放置於成像面上接收聚焦後的影像，以作影像信號輸出。利如台灣專利I525346揭示的具有長焦深之光學成像系統或台灣專利I 429943揭示的光學成像系統等。
上述光學成像系統，不同距離的被攝物體，是透過鏡頭成像在不同的後焦位置，必須前後移動鏡頭或是感測器，才能得到清晰影像，並透過致動器的移動距離間接計算出被射物體的距離；對應成像鏡頭不同距離的物體，不能成像在感測器的不同位置。另外，鏡頭存在景深限制，大部分情況是無法透過影像清晰程度得到物體的正確位置。因此無法從感測器感測的影像信號，直接判斷被攝影像的物體對應成像鏡頭的遠近距離。
為了改良已知光學成像的技術，無法從感測器感測的影像信號，直接判斷被攝影像的物體對應成像鏡頭的遠近距離的缺失，而提出本發明。
本發明的主要目的，在提供一種薄板成像裝置，利用一導光板、至少一成像單元及至少一感光單元；使導光板及成像單元在一個方向上讓光線形成全反射(TIR)或反射傳播；感光單元放置在全反射或反射的路徑上，並位於成像單元的成像聚焦位置，能夠讓不同物距的物件分別成像在感光單元的不同位置上。
本發明的另一目的，在提供一種薄板成像裝置，使成像單元結合導光板，在某一維度呈平板設計，另一維度仍維持聚焦成像功能；感光單元不需垂直於光軸，可平貼在導光板上與光軸平行；光線在進入成像單元後，在一方向形成折射或反射成像光路，在另一方向以全反射或反射傳播，最終於感光單元上聚焦成像，能夠讓不同物距的物件分別成像在感光單元的不同位置上，因此透過感光單元攝取的影像信號，能直接判斷被攝取物體相對的遠近距離。
本發明的又一目的，在提供一種薄板成像裝置，不須前後移動鏡頭或是感測器，就能得到清晰影像。
本發明薄板成像裝置，包括：一導光板，具有至少一端面；至少一成像單元；以及至少一感光單元，設於對應該導光板的一端面的一方； 其中該至少一成像單元在一個方向上讓光線形成全反射或反射傳播，該至少一感光單元放置在該全反射或反射傳播的路徑上，並位於該至少一成像單元的成像聚焦位置，使不同物距的物件分別成像在該至少一感光單元的不同位置上。
本發明薄板成像裝置，其感光單元結合該導光板的一端面。
本發明薄板成像裝置，進一步包括至少一反射鏡；該至少一感光單元結合至少一反射鏡；該導光板的一端面具有光反射功能，且分別與該至少一反射鏡及該至少一感光單元互相平行；該至少一成像單元鄰近該導光板；該至少一感光單元對應該導光板的一端面設有一部分反射部分穿透膜；該物件射出或反射的光線，被該至少一成像單元聚焦成像後，被導入該導光板與該至少一反射鏡之間進行反射傳播，再成像在該至少一感光單元上。
本發明薄板成像裝置，其至少一成像單元結合該導光板；該物件射出或反射的光線，被導入該導光板內進行全反射或反射傳播，再透過該至少一成像單元聚焦成像在該至少一感光單元上。
本發明薄板成像裝置，其至少一成像單元鄰近該導光板；該物件射出或反射的光線，進一步被該至少一成像單元聚焦後，被導入該導光板內進行全反射或反射傳播，再成像在該至少一感光單元上。
本發明薄板成像裝置，其至少一成像單元與該導光板形成一體。
本發明薄板成像裝置，其至少一成像單元包括一第一成像單元及一第二成像單元；被導入該導光板內進行全反射或反射傳播的光線，依序透過該第一成像單元及該第二成像單元聚焦成像在該至 少一感光單元上；該第二成像單元是一反射成像曲面。
本發明薄板成像裝置，其至少一成像單元是一反射成像曲面；被導入該導光板內進行內全反射傳播的光線，透過該反射成像曲面聚焦成像在該至少一感光單元上。
本發明薄板成像裝置，其導光板是一平板；其至少一成像單元是軸對稱或非軸對稱形狀其中之一。
本發明薄板成像裝置，進一步包括一微處理器；該微處理器電氣連接該至少一感光單元，以處理該至少一感光單元輸出的影像信號；透過與該物件相對移動，攝取該物件不同斷面的影像，再透過該微處理器依據該相對移動的距離及該不同斷面的影像的組合處理，就能攝取該物件的整體影像。
1、2、3、4、5‧‧‧薄板成像裝置
11、12、13、14、15‧‧‧導光板
111、121、151‧‧‧端面
21、22、23、24、25、26‧‧‧成像單元
30‧‧‧感光單元
31‧‧‧第一感測區
32‧‧‧第二感測區
33‧‧‧部分反射部分穿透膜
41‧‧‧第一物件
42‧‧‧第二物件
51、52‧‧‧光線
61‧‧‧第一聚焦成像位置
62‧‧‧第二聚焦成像位置
71‧‧‧反射鏡
80‧‧‧微處理器
第1圖為光線在本發明薄板成像裝置第一實施例的行進路徑的側視示意圖。
第2圖為光線在本發明薄板成像裝置第一實施例的行進路徑的上視示意圖。
第3圖為光線在本發明薄板成像裝置第二實施例的行進路徑的側視示意圖。
第4圖為光線在本發明薄板成像裝置第二實施例的行進路徑的上視示意圖。
第5圖為光線在本發明薄板成像裝置第三實施例的行進路徑的上視示意圖。
第6圖為光線在本發明薄板成像裝置第四實施例的行進路徑的上視示意圖。
第7圖為光線在本發明薄板成像裝置第五實施例的行進路徑的側視示意圖。
如第1、2圖所示，本發明第一實施列的薄板成像裝置1，包括一導光板11、至少一成像單元21及至少一感光單元30。導光板11是一平板，具有平行的兩端面111。成像單元21結合導光板11與導光板11形成一體。成像單元21是一成像鏡頭。感光單元30結合導光板11平貼在一端面111上。
當有第一物件41及第二物件42分別射出或反射的光線51、52，將透過導光板11及成像單元21被引導至對應第一物件41及第二物件42的第一聚焦成像位置61及第二聚焦成像位置62上，如第1圖所示；使感光單元30的第一感測區31及第二感測區32分別感測對應第一物件41及第二物件42的影像，如第2圖所示；使不同物距的第一物件41及第二物件42分別成像在感光單元30的不同位置上。
本實施列的光線51、52分別在導光板11的兩端面111之間進行全反射或反射傳播；成像單元21及感光單元30分別放置在光線51、52的全反射或反射的路徑上，感光單元30平行導光板11的一端面111，並位於成像單元21的聚焦成像位置上；因此成像單元21可分別將光線51、52聚焦成像在感光單元30上。
如第3、4圖所示，本發明第二實施列的薄板成像裝置2，包括一導光板12、至少一成像單元22及至少一感光單元30。導光板12是 一平板，具有平行的兩端面121。成像單元22鄰近導光板12。成像單元22是一成像鏡頭。感光單元30結合導光板12平貼在一端面121上。
當有第一物件41及第二物件42分別射出或反射的光線51、52，將透過成像單元22距焦，再被導光板12導引至對應第一物件41及第二物件42的第一聚焦成像位置61及第二聚焦成像位置62上，如第3圖所示；使感光單元30的第一感測區31及第二感測區32分別感測對應第一物件41及第二物件42的影像，如第4圖所示；使不同物距的第一物件41及第二物件42分別成像在感光單元30的不同位置上。
本實施列的光線51、52分別透過成像單元22距焦，然後射入導光板12內，在導光板12的兩端面121之間進行全反射或反射傳播；感光單元30放置在光線51、52的全反射或反射的路徑上，感光單元30並位於成像單元22的聚焦成像位置上；因此光線51、52可分別被成像單元22聚焦，再透過導光板12在兩端面121之間進行全反射或反射傳播，然後成像在感光單元30上。
如第5圖所示，本發明第三實施列的薄板成像裝置3，包括一導光板13、一第一成像單元23、一第二成像單元24及至少一感光單元30。導光板13是一平板，具有平行的兩端面，如第1圖導光板11所示平板的形狀。第一成像單元23及第二成像單元24分別結合導光板13與導光板13形成一體。感光單元30結合導光板13平貼在一端面上。
當有第一物件41及第二物件42分別射出或反射的光線51、52，將 透過導光板13、第一成像單元23及第二成像單元24被引導至對應第一物件41及第二物件42的第一聚焦成像位置及第一聚焦成像位置上；使感光單元30的第一感測區31及第二感測區32分別感測對應第一物件41及第二物件42的影像，如第5圖所示；使不同物距的第一物件41及第二物件42分別成像在感光單元30的不同位置上。
本實施列的光線51、52分別在導光板13的兩端面之間進行全反射或反射傳播；第一成像單元23、第二成像單元24及感光單元30分別放置在光線51、52的全反射或反射的路徑上，感光單元30並位於第一成像單元23及第二成像單元24的聚焦成像位置上；因此被導入導光板13內進行全反射或反射傳播的光線51、52，依序透過第一成像單元23及第二成像單元24聚焦成像在感光單元30上；第一成像單元23是一成像鏡頭；第二成像單元24是一反射成像曲面。
如第6圖所示，本發明第四實施列的薄板成像裝置4，包括一導光板14、一成像單元25及至少一感光單元30。導光板14是一平板，具有平行的兩端面，如第1圖導光板11所示平板的形狀。成像單元25結合導光板14與導光板14形成一體。感光單元30結合導光板14平貼在一端面上。
當有第一物件41及第二物件42分別射出或反射的光線51、52，將透過導光板14及成像單元25被引導至對應第一物件41及第二物件42的第一聚焦成像位置及第一聚焦成像位置上；使感光單元30的第一感測區31及第二感測區32分別感測對應第一物件41及第二物件42的影像，如第6圖所示；使不同物距的第一物件41及第二物 件42分別成像在感光單元30的不同位置上。
本實施列的光線51、52分別在導光板13的兩端面之間進行全反射(TIR)或反射傳播；成像單元25及感光單元30分別放置在光線51、52的全反射或反射的路徑上，感光單元30並位於成像單元25的聚焦成像位置上；因此被導入該導光板14內進行全反射或反射傳播的光線51、52，透過成像單元25聚焦成像在感光單元30上。成像單元25是一反射成像曲面。
如第7圖所示，本發明第五實施列的薄板成像裝置5，包括一導光板15、一成像單元26、至少一感光單元30及至少一反射鏡71。感光單元30結合反射鏡71，且在對應成像單元26的聚焦成像位置上；導光板15的一端面151具有光反射功能，且分別與反射鏡71及感光單元30互相平行；成像單元26鄰近導光板15；感光單元30對應導光板15的一端面151設有一部分反射部分穿透膜33，以部分反射射到感光單元30的光線。成像單元26是一成像鏡頭。
當有第一物件41及第二物件42分別射出或反射的光線51、52，被成像單元26聚焦後，將被導入導光板15與反射鏡71及感光單元30之間進行反射傳播，然後被引導至對應第一物件41及第二物件42的第一聚焦成像位置61及第二聚焦成像位置62上，再成像在感光單元30上；使不同物距的第一物件41及第二物件42分別成像在感光單元30的不同位置上。
如第1至7圖所示，本發明第一至五實施列的薄板成像裝置1、2、3、4、5，進一步包括一微處理器80；微處理器80電氣連接感光單元30，以處理感光單元30輸出的影像信號。
本發明薄板成像裝置能攝取物件的斷面影像，但若進一步使物件及本發明薄板成像裝置相對移動，攝取物件不同斷面的影像，再透過微處理器依據相對移動的距離及不同斷面的影像組合處理，就能攝取物件的整體影像。
本發明薄板成像裝置，使導光板及成像單元在一個方向上讓光線形成全反射或反射傳播；感光單元放置在全反射或反射的路徑上，並位於成像聚焦位置，不需前、後移成像單元或感光單元，就能得到清晰影像，且能夠讓不同物距的物件分別成像在感光單元的不同位置上，因此透過感光單元攝取的影像信號，能直接判斷被攝取物體相對的遠近距離。
本發明薄板成像裝置，使成像單元結合導光板，在某一維度呈平板設計，另一維度仍維持聚焦成像功能；感光單元不需垂直於光軸，可平貼在導光板上與光軸平行；光線在進入成像單元後，在一方向形成折射或反射成像光路，在另一方向形全反射或反射傳播，最終於感光單元上聚焦成像，能夠讓不同物距的物件分別成像在感光單元的不同位置上，因此透過感光單元攝取的影像信號，能直接判斷被攝取物體相對的遠近距離，能有效改良已知光學成像的技術，無法從感測器的影像信號，直接判斷被攝影像的物體對應成像鏡頭的遠近距離的缺失，上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。
1‧‧‧薄板成像裝置
11‧‧‧導光板
111‧‧‧端面
21‧‧‧成像單元
30‧‧‧感光單元
41‧‧‧第一物件
42‧‧‧第二物件
51、52‧‧‧光線
61‧‧‧第一聚焦成像位置
62‧‧‧第二聚焦成像位置
80‧‧‧微處理器

Claims (10)

  1. 一種薄板成像裝置，包括：一導光板，具有至少一端面；至少一成像單元；以及至少一感光單元，設於對應該導光板的一端面的一方；其中該至少一成像單元及該導光板在一個方向上讓光線形成全反射或反射傳播，該至少一感光單元放置在該全反射或反射傳播的路徑上，並位於該至少一成像單元的成像聚焦位置，使不同物距的物件分別成像在該至少一感光單元的不同位置上。
  2. 如申請專利範圍的1項所述的薄板成像裝置，其中該至少一感光單元結合該導光板的一端面。
  3. 如申請專利範圍的1項所述的薄板成像裝置，進一步包括至少一反射鏡；該至少一感光單元結合至少一反射鏡；該導光板的一端面具有光反射功能，且分別與該至少一反射鏡及該至少一感光單元互相平行；該至少一成像單元鄰近該導光板；該至少一感光單元對應該導光板的一端面設有一部分反射部分穿透膜；該物件射出或反射的光線，被該至少一成像單元聚焦成像後，被導入該導光板與該至少一反射鏡之間進行反射傳播，再成像在該至少一感光單元上。
  4. 如申請專利範圍的2項所述的薄板成像裝置，其中該至少一成像單元結合該導光板；該物件射出或反射的光線，被導入該導光板內進行全反射或反射傳播，再透過該至少一成像單元聚焦成像在 該至少一感光單元上。
  5. 如申請專利範圍的2項所述的薄板成像裝置，其中該至少一成像單元鄰近該導光板；該物件射出或反射的光線，進一步被該至少一成像單元聚焦後，被導入該導光板內進行全反射或反射傳播，再成像在該至少一感光單元上。
  6. 如申請專利範圍的4項所述的薄板成像裝置，其中該至少一成像單元與該導光板形成一體。
  7. 如申請專利範圍的6項所述的薄板成像裝置，其中該至少一成像單元包括一第一成像單元及一第二成像單元；被導入該導光板內進行全反射或反射傳播的光線，依序透過該第一成像單元及該第二成像單元聚焦成像在該至少一感光單元上；該第二成像單元是一反射成像曲面。
  8. 如申請專利範圍的6項所述的薄板成像裝置，其中該至少一成像單元是一反射成像曲面；被導入該導光板內進行全反射或反射傳播的光線，透過該反射成像曲面聚焦成像在該至少一感光單元上。
  9. 如申請專利範圍的第1至8項中任一項所述的薄板成像裝置，其中該導光板是一平板；該至少一成像單元是軸對稱或非軸對稱形狀其中之一。
  10. 如申請專利範圍的9項所述的薄板成像裝置，進一步包括一微處理器；該微處理器電氣連接該至少一感光單元，以處理該至少一感光單元輸出的影像信號；透過與該物件相對移動，攝取該物件不同斷面的影像，再透過該微處理器依據該相對移動的距離及該不同斷面的影像的組合處理，就能攝取該物件的整體影像。
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