TWI661242B - 取像模組 - Google Patents

Abstract

一種取像模組，利用變動多面稜鏡的位置來分批接收整個視界中的光資訊，並將此些分批的光資訊進行綴補處理，如此可得到一般配備高畫素影像感測器才可得到的高畫質影像。可動多面稜鏡的元件可和影像感測件以及透鏡模組一起設置於一殼體中，如此精簡的體積適合應用於照相手機或穿戴裝置上。

Description

取像模組

本案是關於一種取像模組的領域，特別是一種應用於具有取像功能的手機的取像模組的領域。

影像感測器為決定手機相機模組畫素與畫質的關鍵零組件，約占手機相機模組40%的成本。一般而言，影像感測器的畫素數目愈多，解析度愈佳，但所需處理的影像的光資訊亦會增加，可能減緩影像處理的速度。另外，影像感測器的畫素數目持續提升，畫素大小(Pixel Size)相對變小。為了避免伴隨較小的畫素大小而來的感光度不足現象以及提高畫質，必須增加鏡頭模組的鏡片數，然鏡片數增加，則會讓鏡頭模組變厚，無法符合行動電話輕薄化的趨勢，另外，在現有的穿戴裝置應用上，因為投影取像與互動範圍多有變化，固定取像無法調適因應需求。

是以，如何兼顧成本、影像的畫質以及精簡的體積大小等因素的取像元件便成為發展並優化照相手機的照相功能的重要課題之一，也是思考穿戴裝置上應用需要考量。

為解決上述問題，本案提供一種取像模組，可應用於薄型化小尺寸通訊行動裝置或穿戴裝置上，其包括一可動的多面稜鏡，藉由多面稜鏡位置調整，對於整個視界內的光資訊進行分批接收，使得每次被接收 的光資訊可被感測器的整個畫素感測，再綴補成整個視界內的影像，如此可優化影像的畫質，也可就需求調適所需的取像範圍。

為解決上述問題，本案提供一種取像模組，其包括一可動的多面稜鏡，藉由多面稜鏡位置調整，對於整個視界內的光資訊進行分批接收，使得每次被接收的光資訊可被感測器的整個畫素感測，如此的取像模組可匹配畫素較少的影像感測器，降低取像模組的成本。

為解決上述問題，本案提供一種取像模組，其包括一可動的多面稜鏡，藉由多面稜鏡位置調整，使得每次被接收的光資訊的視界小於取像模組的整個視界，再將此些多次的光資訊整合成為一影像，增加影像處理的速度，如此可獲得廣視界的影像。

依據上述，一種取像模組，用以擷取一可視場景，包括：一影像感測件；一透鏡模組；一可動選光模組，其包括一多面稜鏡，其中，該多面稜鏡的面數大於3；以及一殼體，其容置該影像感測件、該透鏡模組和該可動選光模組，其中，來自該殼體外的該可視場景的光資訊進入該殼體中，並且藉由調整該多面稜鏡，該可視場景的光資訊的一第一部分和一第二部分別由該多面稜鏡的一第一面以及一第二面進入該多面稜鏡中後離開該可動多面稜鏡，並且於穿經該透鏡模組後以分別到達該影像感測件，以及其中，該第一面不同於該第二面。

較佳地，該多面稜鏡的該第一面或該第二面包括分布於該第一面或該第二面的全部或部分表面的一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。

較佳地，該多面稜鏡的該第一面或該第二面的幾何形狀相同 或相異。

較佳地，該多面稜鏡的該第一面或該第二面是一平面或一曲面。

較佳地，該可動選光模組更包括一連接件以及轉動或擺動該連接件的一轉動件，該連接件連接該多面稜鏡以帶動該多面稜鏡。

較佳地，該殼體更包括一窗口以提供該可視場景的光資訊穿經到達該多面稜鏡上，該殼體為不透光的。

較佳地，該可視場景的光資訊的該第一部分或該第二部分對應該可視場景的視界(field of view,FOV)的一部分。

依據上述，一種取像模組，用以擷取一可視場景，包括：一影像感測件；一透鏡模組；一可動選光模組，其包括一多面稜鏡以及帶動該多面稜鏡的一連接件，其中，該多面稜鏡的面數大於3；以及一殼體，其容置該影像感測件、該透鏡模組和該可動選光模組，其中，該殼體外的該可視場景包括一第一區域和一第二區域，藉由帶動該多面稜鏡，該第一區域的光資訊在該多面稜鏡的一第一位置時穿經該多面稜鏡以及該透鏡模組後到達該影像感測件，以及該第二區域的光資訊在該多面稜鏡的一第二位置時穿經該多面稜鏡以及該透鏡模組後到達該影像感測件。

較佳地，該多面稜鏡包括可折射該第一區域的光資訊或該第二區域的光資訊的複數個稜鏡面，該些稜鏡面的幾何形狀相同或不同。

較佳地，任一該稜鏡面的全部或部分表面上設有一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。

較佳地，任一該稜鏡面是一平面或一曲面。

較佳地，該影像感測件包括一感光耦合元件(CCD)感測器或一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。

較佳地，該第一區域或該第二區域的視界小於該可視場景的視界。

依據上述，一種透鏡組件，包括：一透鏡模組；一可動的多面稜鏡；以及一殼體，其容置該透鏡模組和該多面稜鏡，該殼體具有暴露部分該多面稜鏡的一第一窗口和暴露部分該透鏡模組的一第二窗口，其中，來自該殼體外的一可視場景的光資訊通過該第一窗口進入該殼體中，並且藉由調整該多面稜鏡，該可視場景的光資訊的一第一部分和一第二部分別由該多面稜鏡的一第一面以及一第二面進入該多面稜鏡中後，再分別穿經該透鏡模組後，通過該第二窗口離開該殼體。

較佳地，透鏡組件的該多面稜鏡的該第一面或該第二面包括分布於該第一面或該第二面的全部或部分表面的一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。

較佳地，透鏡組件的該多面稜鏡的該第一面或該第二面的幾何形狀相同或相異。

較佳地，透鏡組件的該多面稜鏡的該第一面或該第二面是一平面或一曲面。

較佳地，透鏡組件的該多面稜鏡的面數6或8。

一種取像模組，利用變動多面稜鏡的位置來分批接收整個視界中的光資訊，並將此些分批的光資訊進行綴補處理，如此可得到一般配備高畫素影像感測器才可得到的高畫質影像。可動多面稜鏡的元件可和影 像感測件以及透鏡模組一起設置於一殼體中，如此精簡的體積適合應用於照相手機或穿戴裝置上。

為了能進一步了解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明的詳細說明及附圖。本發明的目的、特徵或特點，當可由此得到一深入且具體的瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用以對本發明加以限制者。

1‧‧‧取像模組

2‧‧‧影像感測件

3‧‧‧可動選光模組

7‧‧‧透鏡模組

6、8‧‧‧殼體

61、81‧‧‧窗口

E‧‧‧視界

41、43、45‧‧‧光資訊

5‧‧‧驅動機構

52‧‧‧連接件

54‧‧‧轉動件

30‧‧‧多面稜鏡

31‧‧‧透光主體

301、302、32、34、36、38、40、42‧‧‧面

a1、a2、a3、c‧‧‧軸

60‧‧‧多面稜鏡

62、64、68‧‧‧面

622、624‧‧‧功能區

12‧‧‧第一區域

14‧‧‧第二區域

16‧‧‧第三區域

18‧‧‧第四區域

9‧‧‧透鏡模組

圖1為一取像模組的組件方塊示意圖。

圖2為可動選光模組3的上視示意圖。

圖3為可動選光模組3的側面立體示意圖。

圖4所示為本案中一多面稜鏡的立體透視示意圖。

圖5為可動選光模組3的不同狀態轉換第一實施例與視界E側面的示意圖。

圖6為可動選光模組3的不同狀態轉換第一實施例與視界E側面的示意圖。

圖7則為視界E的平面示意圖。

圖8為本案之一透鏡組件實施例的方塊示意圖。

圖9為本案之一透鏡組件實施例的外觀示意圖。

圖1為一取像模組的組件方塊示意圖。請參考圖1，取像模組1包括一影像感測件2、一透鏡模組7、一可動選光模組3以及一殼體6，其中殼體6提供容置影像感測件2、透鏡模組7以及可動選光模組3的一容置空 間。於第一實施例中，基本上殼體6為不透光的，其適當位置上具有一窗口61，殼體6外的光資訊41可通過窗口61而進入殼體6中，窗口61可具有適當的大小和形狀，以避免外界不必要的光線進入殼體6內而干擾內部組件的運作，其中光資訊41係為取像模組1的一可視場景的視界E(Field of View,FOV)中的任一區域的物體所反射或發出的光的資訊，並且光資訊41可以是可見光、紅外光、近紅外光、遠紅外光或上述之混合。其次，於第一實施例中，在殼體6內的組件位置安排上，通過窗口61進入殼體6內的光線，依序穿經可動選光模組3和透鏡模組7後到達影像感測件2。

再者，圖2和圖3分別為可動選光模組3的上視圖和側面立體示意圖。可動選光模組3，主要包括一多面稜鏡30以及一用以轉動多面稜鏡30的驅動機構5。請參考圖2和圖3，多面稜鏡30包括一具有立體形狀的透光主體31以及框圍成主體31的多個面301、302、32、34、36、38、40、42等。為方便說明，於一實施例中，面301、302為平行共面的軸a1、a2、a3的基面(basal plane)，面32、34、36、38、40、42為垂直共面的軸a1、a2、a3的稜鏡面(prism plane)(即平行軸c)。另外，驅動機構5的連接件52可以與面301、302兩者至少之一連接以固持和調整多面稜鏡30於一適當位置，而面32、34、36、38、40、42則作為光資訊通過的面。可以理解的，當本案以基面和稜鏡面來說明多面稜鏡30，並非用以限制多面稜鏡30的特定形狀，即圖2和圖3雖以規則多面稜鏡說明，但經過匹配設計過的面可以是不規則的。再者，圖2和圖3雖以單一多面稜鏡30作說明，但實際應用上，可以視設計所需以及殼體可容置的情形下，使用組合的多面稜鏡構成的稜鏡組來作為可動選光模組3所需的多面稜鏡。

其次，面32、34、36、38、40、42之間具有明確的界面以及小於180度的夾角(從主體31來看)，夾角可以相同或相異，面32、34、36、38、40、42的幾何形狀與邊長亦可以相同或相異，可以是平面或是曲面。又，面32、34、36、38、40、42的表面結構可以相同或相異，例如是產生折射穿透作用的平面，或是兼具濾波、繞射等其他功能的光學表面，但本案不限於此。如圖4所示為本案中一多面稜鏡的立體透視示意圖，多面稜鏡60用以通過光資訊的面包括面62、64和68。舉例但不限地，面62上有若干功能區622和624，功能區622和624以外的部分可以接收光資訊以使光資訊進入多面稜鏡60，或是多面稜鏡60中的光資訊穿透該些部分後離開多面稜鏡60。功能區622和624處理光資訊的方式可以相同或相異，例如功能區622可繞射光資訊，功能區624則僅允許紅外光通過。另外，面64上則利用直接成型或鍍膜等適當方式，在整個面64上形成一濾波鍍膜，藉以讓特定波長的光資訊通過，而面68則僅讓光資訊通過而未對光資訊進行其他處理。又，多面稜鏡的稜鏡面數以大於3為佳，其至少為4，較佳為6或8面稜鏡。

再者，請參考圖1、圖2和圖3，當多面稜鏡30外的一光資訊41由外界傳遞到多面稜鏡30的任一面，例如面32上，可以穿透面32以進入主體31中。可以理解的，由於外界(例如空氣)與主體31的介質不同，故光資訊41進入主體31後的角度與入射面32的角度不同。在匹配設計下，通過主體31的光資訊43將到達多面稜鏡30的另一面，例如面40後，從面40離開多面稜鏡30成為光資訊45。於本案中，主體31中的光資訊43基本上是在一非折線(直線)光軸上，即主體31中的光資訊43並不經過其他面34、36、40、42的反射或全反射才到達出光面38。另外，在匹配設計下，離開出光面38的 光資訊45基本上是以垂直面40的方向(即面40的法線)作為光軸方向，以便於後續元件的設置，例如後續元件或組件為一透鏡模組或一影像感測件(image sensor assembly)。

又，由於面32、34、36、38、40、42的表面結構可以相同或相異，因此，主體31內外的光資訊41和光資訊43的內容可以相同或相異。不限地舉例來說，若將面32處理為具有選擇紅外光功能的面，則光資訊41可以是包括可見光和紅外光影像訊息，但光資訊41通過面32後，僅剩下紅外光影像訊息來作為光資訊43。若作為入光面32者僅具有單純的穿透功能，則光資訊41通過面32後僅改變折射角度而成為光資訊43。可以理解的是，面32的濾波性質不限於上述，亦可以選擇可見光、紅外光、近紅外光、遠紅外光或是混合的模式。

圖5和圖6分別為可動選光模組3的不同狀態轉換第一實施例與視界E側面的示意圖。圖7則為視界E的平面示意圖。請參考圖2、圖5、圖6和圖7，驅動機構5包括一連接件52和一轉動件54，轉動件54用以轉動或擺動連接件52，連接件52與多面稜鏡30的面301固定，其轉動多面稜鏡30的方式，即以軸C為轉動軸心，多面稜鏡30的幾何中心或中心不動，或於軸a1、a2、a3的共面上移動，或於軸C方向上僅有略為移動，但面32、34、36、38、40、42的方位隨著轉動而改變。例如圖5為多面稜鏡30處於第一位置，此時視界E的第一區域12和第二區域14的光資訊通過殼體的窗口而分別由面32和面34進入多面稜鏡30，或僅第一區域12由面32進入多面稜鏡30。圖6中多面稜鏡30因轉動後處於第二位置，此時視界E的第三區域16和第四區域18的光資訊通過殼體的窗口而分別面40和面42進入多面稜鏡30；或是多面稜鏡 30轉動至第二位置時是將面32轉至朝向第二區域14且第二區域14的光資訊由面32進入多面稜鏡30。要說明的是，整個視界E的區域劃分方式，例如形狀或區域數量等並不限於圖7所示，區域之間的界線亦並非僅如圖7的鄰接，亦可以區域之間有重疊部分，重疊部分的光資訊可透過後續的影像解析處理來取捨，此類的影像處理技術可利用既有的技術，於此不贅述。

依據上述，對於整個取像模組1而言，其可擷取視界E中的物體或環境的反射光或發光。取像模組1配置可動選光模組3，可動選光模組3的多面稜鏡30於第一位置時，面32可接收視界E的第一區域12的光資訊41，其中第一區域12的對應視界範圍小於視界E的範圍。對應第一區域12的光資訊41進入取像模組1中可被影像感測件2所有的感測畫素感測，如此可得到一較高解析度的第一區域12的影像。可以理解的，即使是第一區域12和第二區域14的光資訊41同時被取像模組1接收，此時分配給每一區域的感測畫素亦高於整個視界E被接收時所分配給每一區域的感測畫素。配合驅動機構5的快速調整多面稜鏡30，取像的時間並不會因此而需延長或加長。如此可動選光模組3的安排的優點是，取像模組無須配置畫素數目高的影像感測件，可利用一般或較少畫素數目的影像感測件，藉由可動選光模組3的變動來擷取視界內不同部分區域的光資訊，此時對應每個部分區域的光資訊皆可由整個影像感測件2感測，再將此些光資訊進行影像綴補處理，即可得到高畫質的整個視界E的影像，而無需一味地藉由提高感測畫素數目來提高影像感測件的感測能力。舉例來說，若影像感測件2為500萬畫素的感測器，將視界E分成四個區域取像，每一區域皆由500萬畫素感測，則視界E相當於由2000萬畫素的感測器感測，大大地提高了視界E的影像畫質，尤其對於可 變焦的取像模組而言亦是。另一方面，藉由劃分區域配合可動選光模組3的變動，只要每一區域可被足夠數量的感測畫素感測，則可增加視界E範圍，造就大視界(廣角)的取像結果，如此亦優化了取像模組的效能。

又，由於無須使用過高畫素的影像感測器，因此可以使用了相對較大的畫素大小(pixel size)，避免了利用增加透鏡模組7中的鏡片數來增加感光度或提高畫質，如此可使用較少鏡片數的透鏡模組7，節省了透鏡模組7於取像模組的殼體6中占用的空間。如此一來，影像感測件2、透鏡模組7、可動選光模組3皆可設置於殼體6中，故不會因此增加取像模組應用於手機時所需占用的空間，因此本案的取像模組適合輕薄化的手機配置，不論是手機的前鏡頭或是後鏡頭皆可。

可以理解的，本案的取像模組並非受限於上述以綴補的方式形成較廣視界的影像，亦可利用多面稜鏡的單一稜鏡面進行光資訊的接收，如此可得到視界較小但高解析度的影像。是以，使用者可以選擇本案的可動選光模組的各種模式，來達到使用者欲拍攝的影像視界。

另一種變動的方式，舉例但不限地，以連接件52作為擺軸擺動，此時多面稜鏡隨著連接件而擺動地改變位置，多面稜鏡的幾何中心或中心會隨之移動或擺動，此時多面稜鏡的任一面的方位隨著擺動而改變，此種情形亦為可動多面稜鏡由第一位置調整或改變至第二位置。

此外，回到圖1，驅動機構5可更包括轉動控制相關電路，影像感測件2可包括CCD或CMOS影像感測器，或更包括其相關電路，例如處理器、控制電路和儲存區，但本案不限於此。再者，透鏡模組7可包括複數個鏡片以及鏡片座體(圖上未繪)，例如2片或4片鏡片，但本案不限於此。

圖8為本案之一透鏡組件實施例的方塊示意圖，圖9為本案之一透鏡組件實施例的外觀示意圖。和圖1的取像模組1相比，透鏡組件9的殼體8中僅設置透鏡模組7和多面稜鏡30，並且增加一窗口81(第二窗口)，使得通過透鏡模組7的光資訊得以自窗口81射出，如此可將透鏡組件9依據所需搭配影像感測件，如此使得本案的應用更有彈性。可以理解的，上述其他的部件，例如驅動機構的全部或部分，亦可在殼體提供足夠的空間的情形下，仍整合於殼體內或殼體上，以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的權利要求範圍，因此凡其他未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含于本發明的範圍內。

Claims (17)

1. 一種取像模組，用以擷取一可視場景，包括：一影像感測件；一透鏡模組；一可動選光模組，其包括一多面稜鏡，其中，該多面稜鏡的面數大於3；以及一殼體，其容置該影像感測件、該透鏡模組和該可動選光模組，其中，來自該殼體外的該可視場景的光資訊進入該殼體中，並且藉由調整該多面稜鏡，該可視場景的光資訊的一第一部分和一第二部分分別由該多面稜鏡的一第一面以及一第二面進入該多面稜鏡中後離開該可動多面稜鏡，並且於穿經該透鏡模組後分別到達該影像感測件，以及其中，該第一面不同於該第二面；其中，該可動選光模組更包括一連接件以及轉動或擺動該連接件的一轉動件，該連接件連接該多面稜鏡以帶動該多面稜鏡，使得該多面稜鏡提供以一轉動軸心進行轉動，或進行共面移動，或於該轉動軸心上進行移動，使得該第一部分和該第二部分可提供影像綴補處理。
2. 如請求項1所述的取像模組，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面包括分布於該第一面或該第二面的全部或部分表面的一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。
3. 如請求項1所述的取像模組，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面的幾何形狀相同或相異。
4. 如請求項1所述的取像模組，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面是一平面或一曲面。
5. 如請求項1所述的取像模組，其中，該殼體更包括一窗口以提供該可視場景的光資訊穿經到達該多面稜鏡上，該殼體為不透光的。
6. 如請求項1所述的取像模組，其中，該可視場景的光資訊的該第一部分或該第二部分對應該可視場景的視界(field of view,FOV)的一部分。
7. 一種取像模組，用以擷取一可視場景，包括：一影像感測件；一透鏡模組；一可動選光模組，其包括一多面稜鏡以及帶動該多面稜鏡的一連接件，其中，該多面稜鏡的面數大於3；以及一殼體，其容置該影像感測件、該透鏡模組和該可動選光模組，其中，該殼體外的該可視場景包括一第一區域和一第二區域，藉由帶動該多面稜鏡，該第一區域的光資訊在該多面稜鏡的一第一位置時穿經該多面稜鏡以及該透鏡模組後到達該影像感測件，以及該第二區域的光資訊在該多面稜鏡的一第二位置時穿經該多面稜鏡以及該透鏡模組後到達該影像感測件；其中，該可動選光模組更包括轉動或擺動該連接件的一轉動件，使得該多面稜鏡提供以一轉動軸心進行轉動，或進行共面移動，或於該轉動軸心上進行移動，使得該第一區域的光資訊和該第二區域的光資訊可提供影像綴補處理。
8. 如請求項7所述的取像模組，其中，該多面稜鏡包括可折射該第一區域的光資訊或該第二區域的光資訊的複數個稜鏡面，該些稜鏡面的幾何形狀相同或不同。
9. 如請求項8所述的取像模組，其中，任一該稜鏡面的全部或部分表面上設有一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。
10. 如請求項8所述的取像模組，其中，任一該稜鏡面是一平面或一曲面。
11. 如請求項7所述的取像模組，其中，該影像感測件包括一感光耦合元件(CCD)感測器或一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。
12. 如請求項7所述的取像模組，其中，該第一區域或該第二區域的視界小於該可視場景的視界。
13. 一種透鏡組件，包括：一透鏡模組；一可動的多面稜鏡；以及一殼體，其容置該透鏡模組和該多面稜鏡，該殼體具有暴露部分該多面稜鏡的一第一窗口和暴露部分該透鏡模組的一第二窗口，其中，來自該殼體外的一可視場景的光資訊通過該第一窗口進入該殼體中，並且藉由調整該多面稜鏡，該可視場景的光資訊的一第一部分和一第二部分分別由該多面稜鏡的一第一面以及一第二面進入該多面稜鏡中後，再分別穿經該透鏡模組後，通過該第二窗口離開該殼體；其中，該多面稜鏡提供以一轉動軸心進行轉動，或進行共面移動，或於該轉動軸心上進行移動，使得該第一部分和該第二部分可提供影像綴補處理。
14. 如請求項13所述的透鏡組件，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面包括分布於該第一面或該第二面的全部或部分表面的一功能區，該功能區是一選擇可見光區或紅外光區、或一繞射區或上述之混合。
15. 如請求項13所述的透鏡組件，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面的幾何形狀相同或相異。
16. 如請求項13所述的透鏡組件，其中，該多面稜鏡的該第一面或該第二面是一平面或一曲面。
17. 如請求項13所述的透鏡組件，其中，該多面稜鏡的面數6或8。