TWI783815B - 影像感測裝置 - Google Patents

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Abstract

影像感測裝置包含一第一光路改變元件、一第二光路改變元件以及一平面透鏡。第一光路改變元件具有第一入光側以及第一出光側，第一入光側朝向取像方向，第一出光側朝向一變焦光軸，且第一入光側以及第一出光側之間具有一夾角。第二光路改變元件具有一第二入光側以及一第二出光側，第二入光側朝向該變焦光軸，第二出光側朝向一成像方向，且第二入光側以及第二出光側之間具有一夾角。一取像光路依序通過該第一入光側、該第一出光側、該第二入光側以及該第二出光側。該平面透鏡設置於該取像光路上。

Description

影像感測裝置
本發明有關於一種影像感測裝置，特別是關於一種用於高倍率放大的影像感測裝置。
現有的薄型電子裝置，例如智慧型手機，厚度小而內置空間不足。在需要設置具有高倍率的攝影機時，光學鏡組必須採用潛望鏡式設計，讓光學鏡組「橫躺」於機體內部，以在厚度小的內置空間中配置具有長光路的光學鏡組。並且，為了增加放大倍率，光學鏡組內必須配置包含多個變焦鏡片之變焦鏡片組，且光學鏡組的透鏡之間的距離會盡可能地延長。
前述的變焦鏡片組中的一或多個鏡片需要長行程移動，以達成對焦以及變焦。為了達成長行程的移動，驅動馬達也需要有足夠的行程以移動一或多個鏡片。同時，為了達成精確的長行程移動，用於導引一或多個鏡片的導桿、導螺桿也需要有高加工精度以及高組裝精度，而導致製作難度高。
有鑑於此，發明人提出一種影像感測裝置。所述影像感測裝置包含第一光路改變元件、第二光路改變元件以及平面透鏡。第一光路改變元件具有一第一入光側以及一第一出光側，該第一入光側朝向一取像方向，該第一出光側朝向一變焦光軸，且該第一入光側以及該第一出光側之間具有一第一夾角。第二光路改變元件，具有一第二入光側以及一第二出光側，該第二入光側朝向該變焦光軸，使該第一出光側與該第二入光側沿著該變焦光軸相對設置，該第二出光側朝向一成像方向，且該第二入光側以及該第二出光側之間具有一第二夾角，該第一光路改變元件以及該第二光路改變元件之間形成一取像光路，依序通過該第一入光側、該第一出光側、該第二入光側以及該第二出光側。平面透鏡設置於該取像光路上。
圖1係本案之第一實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖，請參閱圖1。影像感測裝置100包含一第一光路改變元件110、一第二光路改變元件120以及一平面透鏡130。影像感測裝置100可適用於電子裝置，例如但不限於手機、平板電腦或筆記型電腦等。於第一實施例，影像感測裝置100更包含影像感測器140，影像感測器140可以為電子裝置之感光元件，例如感光耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)或互補式金屬氧化物半導體主動像素感測器(CMOS Active pixel sensor)，以依據感光狀態擷取影像並編碼轉換為對應的電子訊號。在一些實施例，第一光路改變元件110、第二光路改變元件120以及平面透鏡130共同構成光學組件，與獨立配置之影像感測器140配合。
第一光路改變元件110具有一第一入光側111以及一第一出光側112。第一入光側111朝向取像方向C，第一出光側112朝向一變焦光軸L。第一入光側111以及第一出光側112之間具有一第一夾角，該第一夾角可為90度角，但不排除其他角度。在一實施例中，第一光路改變元件110是一第一稜鏡，第一入光側111以及第一出光側112分別為第一稜鏡的第一入光面以及第一出光面。於第二實施例，如圖2所示，第一光路改變元件110是一第一反射鏡，與取像方向C/變焦光軸L之間呈現一夾角配置，例如但不限於45度角。
第二光路改變元件120具有一第二入光側121以及一第二出光側122。第二入光側121朝向變焦光軸L，使得第一光路改變元件110的第一出光側112與第二光路改變元件120的第二入光側121沿著變焦光軸L相對設置。第二出光側122朝向成像方向I。第二入光側121以及第二出光側122之間具有一第二夾角，該第二夾角可為90度角，但不排除其他角度。在一實施例中，第二光路改變元件120是一第二稜鏡，第二入光側121以及第二出光側122分別為第二稜鏡的第二入光面以及第二出光面。於第二實施例，如圖2所示，第二光路改變元件120是一第二反射鏡，與成像方向I/變焦光軸L之間呈現一夾角配置，例如但不限於45度角。因此，第一光路改變元件110或第二光路改變元件120可以是稜鏡、反射鏡或兩者之組合。舉例而言，將反射鏡貼附於稜鏡反射面之外表面，或於稜鏡反射面鍍製反射膜。
第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間形成一取像光路，依序通過該第一入光側111、該第一出光側112、該第二入光側121以及該第二出光側122。
平面透鏡130可為超穎透鏡(metalens)或多層繞射透鏡(multi-level diffractive lens, MDL)。平面透鏡130設置於該取像光路上；在一些實施例，平面透鏡130位於該第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間，並且該變焦光軸L通過該平面透鏡130。
如圖1所示，影像感測器140對應於第二光路改變元件120的第二出光側122設置，亦即該成像方向I朝向該影像感測器140。第一光路改變元件110的第一入光側111由取像方向C接收的光線，通過第一出光側112，並經由平面透鏡130對焦，經由第二入光側121、第二出光側122，成像於影像感測器140。
如圖1以及圖2所示，平面透鏡130具有短焦距特性，而可在短光路之間完成大倍率的放大；因此，第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間的距離可以有效地縮短。在一些實施例，影像感測裝置100更包含一對焦機構150，連接於平面透鏡130，用於驅動平面透鏡130沿著變焦光軸L移動，以進行對焦以及變焦。對焦機構150可以是音圈馬達（Voice Coil Motor, VCM）、記憶金屬馬達（Shape Memory Alloys, SMA）、壓電馬達（Piezo）或者其中兩者以上之組合。
圖3A係本案之第三實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖，請參閱圖3A。影像感測裝置100包含一第一光路改變元件110、一第二光路改變元件120、一平面透鏡130以及一影像感測器140。在第三實施例中，第一光路改變元件110、第二光路改變元件120以及影像感測器140的配置大致與第一實施例相同。第三實施例的平面透鏡130同樣設置於該取像光路上，且平面透鏡130對應於第一光路改變元件110的第一入光側111設置，亦即平面透鏡130位於取像方向上，先對入光進行大倍率的放大，再由第一光路改變元件110的第一入光側111接收經過放大折射後的光線。
如圖3A所示，第三實施例的影像感測裝置100更包含一鏡片組160，具有多個鏡片，例如鏡片161, 162, 163。鏡片組160位於該第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間，並且鏡片組160位於該變焦光軸L。於一實施例，鏡片組160具有對焦機構(圖未示出)，用於驅動一或多個鏡片沿著變焦光軸L移動，以進行對焦以及變焦。由於放大倍率的作用主要由平面透鏡130進行，因此，鏡片組160的一或多個鏡片只需要在短行程內位移，可以有效降低製作難度，並且縮短影像感測裝置100在變焦光軸L上的長度。鏡片組160之鏡片161, 162, 163可選用石英或塑膠製成之非球面鏡。於第三實施例，鏡片161及鏡片162為凸凹透鏡，鏡片163為雙凹透鏡。表一係本案第三實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表(檢附於文末)，請以表一為輔一同參照圖3A。表一之列位係依照光線自進入影像感測裝置100後投射至影像感測器140之順序排列。舉例而言，光線自平面透鏡130的表面s301入射，再由平面透鏡130的表面s302射出，光線於平面透鏡130內所行經之光軸路徑長為0.5 mm；其後，光線自平面透鏡130的表面s302射向第一光路改變元件110的表面s303，光線於空間間隙所行經之光軸路徑長為0.35 mm；其後，光線自第一光路改變元件110的表面s303入射，於第一光路改變元件110內反射後射向第一光路改變元件110的表面s304，光線於第一光路改變元件110內所行經之光軸路徑長為5.8 mm(反射前2.9 mm+反射後2.9 mm)，依此類推。於第三實施例，第一光路改變元件110的表面s303及表面s304為平面，故曲率半徑為無限大(Infinity)；鏡片161的表面s305及表面s306為曲面，其曲率半徑依序為2.922 mm及455.122 mm。
根據以下弛垂函數(公式一)，得以描述影像感測裝置100內之非球面透鏡：
Figure 02_image001
(公式一)
其中，Z為平行於光軸之表面的表面輪廓；s為與光軸間的徑向距離；C為曲率；k為圓錐常數；A 4、A 6、A 8、A 10為第4、6、8、10次之非球面係數。表二係本案第三實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表，請以上述公式一為輔一併參照表一及二。以鏡片161之表面s305為例，表面s305之輪廓得以公式一描述，其中圓錐常數k為0，第4、6、8、10次非球面係數依序為5.08E-04、8.14E-05、4.17E-06、-1.69E-07，曲率半徑為2.922 mm。
根據以下Binary2面型相位公式(公式二)，得以描述影像感測裝置100內之平面透鏡130：
Figure 02_image003
(公式二)
其中，
Figure 02_image005
為相位；M為繞射階數；N為多項式係數之級數；A i為正規化徑向孔徑座標中
Figure 02_image007
之多項式係數，
Figure 02_image009
為元件半徑。表三係本案第三實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表，請以上述公式二為輔一併參照表三。以平面透鏡130之表面s301為例，表面s305之表面相位變化得以公式二描述，其中
Figure 02_image011
、
Figure 02_image013
、
Figure 02_image015
、
Figure 02_image017
依序為-2.75E+05、-4.17E+07、-5.04E+10、-1.17E+13。
圖3B~圖3C係本案之第三實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲(Astigmatic Field Curvature)圖及畸變(Distortion)圖，請一併參閱圖3B及圖3C。圖3B之橫軸為成像焦點與近軸焦平面之偏移量；縱軸為成像焦點與光軸之視場，圖3B以實線呈現不同波長(650 nm, 610 nm, 555 nm,510 nm,470 nm)光線於子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)之焦點偏移量；以虛線呈現不同波長(650 nm, 610 nm, 555 nm,510 nm,470 nm)光線於弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)之焦點偏移量。圖3C之橫軸為畸變百分比；縱軸為成像焦點與光軸之視場。於本實施例，成像之最大視場為5.94度，子午場曲(Tangenrial Field Curvature)為0.1094 mm，弧矢場曲(Sagittal Field Curvature)為0.0162 mm，最大畸變為1.3516%。
圖4A係本案之第四實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖，請參閱圖4A。影像感測裝置100包含一第一光路改變元件110、一第二光路改變元件120、一平面透鏡130、一鏡片組160以及一影像感測器140。在第四實施例中，第一光路改變元件110、第二光路改變元件120以及影像感測器140的配置大致與第一實施例相同。第四實施例的平面透鏡130以及鏡片組160都位於該第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間，並且平面透鏡130以及鏡片組160都位於該變焦光軸L。關於相對位置，可以配置為平面透鏡130接近於該第一光路改變元件110而鏡片組160接近第二光路改變元件120。因此，平面透鏡130先對離開第一出光側112的光線進行大倍率的放大，再由鏡片組160進行進一步的對焦以及變焦。由於放大倍率的作用同樣由平面透鏡130進行，鏡片組160的一或多個鏡片只需要在短行程內位移，可以有效降低製作難度，並且縮短影像感測裝置100在變焦光軸L上的長度。前述相對位置關係僅為例示，平面透鏡130以及鏡片組160的位置可以任意變換。於第四實施例，鏡片161及鏡片162為凸凹透鏡，鏡片163為凹凸透鏡。表四係本案第四實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表；表五係本案第四實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表；表六係本案第四實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表，請偕以上述公式一及公式二，一併參照表四至表六以理解本案第四實施例的影像感測裝置100之規格。
圖4B~圖4C係本案之第四實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲(Astigmatic Field Curvature)圖及畸變(Distortion)圖。圖4B以實線呈現不同波長光線於子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)之焦點偏移量；以虛線呈現不同波長光線於弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)之焦點偏移量。於本實施例，成像之最大場為6.57度，子午場曲(Tangenrial Field Curvature)為0.0734 mm，弧矢場曲(Sagittal Field Curvature)為0.0102 mm，最大畸變為0.5981%。
圖5A係本案之第五實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖，請參閱圖5A。在一些實施例，平面透鏡130也可以插入鏡片組160的多個鏡片之間，亦即，平面透鏡130位於二個鏡片組160之間，且每一鏡片組160包含一或多個鏡片。舉例而言，第五實施例之平面透鏡130介於鏡片組160的鏡片161, 162與鏡片組160的鏡片163之間。或者，平面透鏡130也可以介於鏡片組160的鏡片161與鏡片組160的鏡片162, 163之間(圖未示出)。於第五實施例，鏡片161及鏡片162為凸凹透鏡，鏡片163為凹凸透鏡。表七係本案第五實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表；表八係本案第五實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表；表九係本案第五實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表，請偕以上述公式一及公式二，一併參照表七至表九以理解本案第五實施例的影像感測裝置100之規格。
圖5B~圖5C係本案之第五實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲(Astigmatic Field Curvature)圖及畸變(Distortion)圖。圖5B以實線呈現不同波長光線於子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)之焦點偏移量；以虛線呈現不同波長光線於弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)之焦點偏移量。於本實施例，成像之最大場為6.57度，子午場曲(Tangenrial Field Curvature)為0.0734 mm，弧矢場曲(Sagittal Field Curvature)為0.0102 mm，最大畸變為0.5981%。
圖6A係本案之第六實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖，請參閱圖6A。在一些實施例，影像感測裝置100可以具有多個平面透鏡130a, 130b，例如二個平面透鏡130a, 130b。二個平面透鏡130a, 130b可以是不同形式，例如一個平面透鏡130a是metalens，另一個平面透鏡130b是MDL。多個平面透鏡130a, 130b可以進行多次放大，以避免單次放大倍率過高造成影像邊緣扭曲。同樣地，鏡片組160的一或多個鏡片只需要在短行程內位移進行額外的對焦及變焦，可以避免長行程鏡片組的缺點。於第六實施例，鏡片161及鏡片162為凸凹透鏡，鏡片163為雙凹透鏡，平面透鏡130a及平面透鏡130b皆為metalens。表十係本案第六實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表；表十一係本案第六實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表；表十二係本案第六實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表，請偕以上述公式一及公式二，一併參照表十至表十二以理解本案第六實施例的影像感測裝置100之規格。
圖6B~圖6C係本案之第六實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲(Astigmatic Field Curvature)圖及畸變(Distortion)圖。圖6B以實線呈現不同波長光線於子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)之焦點偏移量；以虛線呈現不同波長光線於弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)之焦點偏移量。於本實施例，成像之最大場為6.14度，子午場曲(Tangenrial Field Curvature)為0.0726 mm，弧矢場曲(Sagittal Field Curvature)為0.0190 mm，最大畸變為0.8914%。
圖7A、圖8以及圖9為依據本發明一些實施例所揭露的影像感測裝置100，該影像感測裝置100進一步包含震動補償元件170。
如圖7A所示，光線通過第一光路改變元件110、震動補償元件170、鏡片組160、平面透鏡130、第二光路改變元件120而對焦於影像感測器140，震動補償元件170可為震動補償透鏡組，用以偏折光線以調整對焦點在影像感測器140的落點，達成震動補償。震動補償透鏡組可以位於該第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間，並且對應於第一出光側112。於第七實施例，鏡片161及鏡片162為凸凹透鏡，鏡片163為凹凸透鏡。表十三係本案第七實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表；表十四係本案第七實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表；表十五係本案第七實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表，請偕以上述公式一及公式二，一併參照表十三至表十五以理解本案第七實施例的影像感測裝置100之規格。
圖7B~圖7C係本案之第七實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲(Astigmatic Field Curvature)圖及畸變(Distortion)圖。圖7B以實線呈現不同波長光線於子午焦平面(Tangenrial Focal Surface)之焦點偏移量；以虛線呈現不同波長光線於弧矢焦平面(Sagittal Focal Surface)之焦點偏移量。於本實施例，成像之最大場為5.91度，子午場曲(Tangenrial Field Curvature)為0.0348 mm，弧矢場曲(Sagittal Field Curvature)為0.0310 mm，最大畸變為0.16%。
如圖8所示，震動補償元件170可為多軸旋轉致動器，連接於第二光路改變元件120，用於在多軸向上旋轉第二光路改變元件120，以調整對焦點在影像感測器140的落點，達成震動補償。
如圖9所示，震動補償元件170可為多軸平移致動器，連接於影像感測器140，用於在多軸向上平移影像感測器140，以調整對焦點在影像感測器140的落點，達成震動補償。
綜上所述，本揭露利用平面透鏡130的短焦距特性，可在短光路之間完成大倍率的放大；因此，第一光路改變元件110以及第二光路改變元件120之間的距離可以有效地縮短，同時，既有的鏡片組160也不需用於大倍率的放大，鏡片組160的一或多個鏡片只需要在短行程內位移，可以有效降低製作難度。
本說明書之記載內容，當採用用語「包含」、「包括」或「具有」時，除非另有說明，否則它可以另外包括其他元件、組件、結構、區域、部件、裝置、系統、步驟、連接等，不應排除其他規格。
本發明之圖式所顯示的比例關係、結構、尺寸等特徵僅用於說明本案所描述的實施例，以方便本發明所屬領域之通常知識者從中閱讀和理解本新型，並不用於限制本發明的權利範圍。此外，對於前述實施例所記載內容的任何改動、修改或調整，在不影響本案發明目的和效果的情況下，均應屬於本發明所主張的權利範圍。
表一、本案第三實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表：
表面 物件 曲率半徑 光軸路徑長 折射係數 色散係數
s301 平面透鏡130 - 0.5 1.460 67.800
s302 - - 0.35 - -
s303 第一光路改變元件110 Infinity 5.800 1.85 23.79
s304 - Infinity 0.700 - -
s305 鏡片161 2.922 2.250 1.540 56.000
s306 - 455.122 0.285 - -
s307 鏡片162 32.932 0.150 1.640 22.400
s308 - 5.133 0.245 - -
s309 孔徑光闌164 Infinity 2.377 - -
s310 鏡片163 -21.016 0.289 1.540 56.000
s311 - 4.991 0.720 - -
s312 第二光路改變元件120 Infinity 5.800 1.85 23.79
s313 - Infinity 0.200 - -
s314 - Infinity 0.210 1.520 64.200
s315 - Infinity 0.200 - -
s316 影像感測器140 - - - -
註: 曲率半徑及光軸路徑長單位為mm。
表二、本案第三實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s305 0 5.08E-04 8.14E-05 4.17E-06 -1.69E-07
s306 0 9.58E-03 -3.71E-03 8.17E-04 -6.13E-05
s307 0 -2.24E-03 -5.93E-04 2.23E-03 -3.59E-04
s308 0 -3.07E-03 4.98E-03 1.86E-03 1.16E-04
s310 0 -5.15E-02 3.32E-02 -2.44E-03 -4.33E-04
s311 0 -4.66E-02 3.22E-02 -4.47E-03 5.19E-04
表三、本案第三實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表：
表面 正規化曲率半徑 ρ 2 ρ 4 ρ 6 ρ 8
s301 100 -2.75E+05 -4.17E+07 -5.04E+10 -1.17E+13
s302 100 3.23E+05 9.08E+07 -3.67E+09 3.06E+13
表四、本案第四實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表：
表面 物件 曲率半徑 光軸路徑長 折射係數 色散係數
s401 第一光路改變元件110 Infinity 5.800 1.85 23.79
s402 - Infinity 0.700 - -
s403 鏡片161 2.922 2.250 1.540 56.000
s404 - 455.122 0.285 - -
s405 鏡片162 32.932 0.150 1.640 22.400
s406 - 5.133 0.245 - -
s407 孔徑光闌164 Infinity 2.377 - -
s408 鏡片163 -4.473 0.292 1.540 56.000
s409 - 263.852 0.100 - -
s410 平面透鏡130 Infinity 0.500 1.460 67.800
s411 - Infinity 0.200 - -
s412 第二光路改變元件120 Infinity 5.800 1.85 23.79
s413 - Infinity 0.200 - -
s414 - Infinity 0.210 1.520 64.200
s415 - Infinity 0.200 - -
s416 影像感測器140 - - - -
註: 曲率半徑及光軸路徑長單位為mm。
表五、本案第四實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s403 0 6.02E-04 8.19E-05 9.34E-07 2.21E-06
s404 0 1.19E-02 -3.26E-03 8.86E-04 -1.22E-04
s405 0 -6.07E-04 -4.20E-04 2.05E-03 -4.58E-04
s406 0 -4.94E-03 4.35E-03 1.64E-03 -1.37E-04
s408 0 -5.92E-02 3.32E-02 -2.38E-03 -3.30E-04
s409 0 -4.97E-02 3.01E-02 -4.35E-03 5.14E-04
表六、本案第四實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表：
表面 正規化曲率半徑 ρ 2 ρ 4 ρ 6 ρ 8
s410 5 7.46E+03 3.37E+04 5.97E+04 -2.12E+06
s411 5 -7.18E+03 -2.87E+04 -2.63E+05 3.63E+06
表七、本案第五實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表：
表面 物件 曲率半徑 光軸路徑長 折射係數 色散係數
s501 第一光路改變元件110 Infinity 5.800 1.85 23.79
s502 - Infinity 0.700 - -
s503 鏡片161 2.979 2.250 1.540 56.000
s504 - -566.158 0.285 - -
s505 鏡片162 22.587 0.150 1.640 22.400
s506 - 4.970 0.245 - -
s507 平面透鏡130 Infinity 0.500 1.460 67.800
s508 - Infinity 0.200 - -
s509 孔徑光闌164 Infinity 2.041 - -
s510 鏡片163 -3.434 0.234 1.540 56.000
s511 - -15.586 0.245 - -
s512 第二光路改變元件120 Infinity 5.800 1.85 23.79
s513 - Infinity 0.200 - -
s514 - Infinity 0.210 1.520 64.200
s515 - Infinity 0.200 - -
s516 影像感測器140 -   - -
註: 曲率半徑及光軸路徑長單位為mm。
表八、本案第五實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s503 0 4.12E-04 8.14E-05 -9.32E-06 2.73E-06
s504 0 1.17E-02 -3.23E-03 8.96E-04 -1.15E-04
s505 0 -3.16E-05 -3.20E-04 2.06E-03 -4.69E-04
s506 0 -5.18E-03 4.29E-03 1.52E-03 -1.90E-04
s510 0 -5.97E-02 3.21E-02 -2.98E-03 -4.54E-04
s511 0 -5.08E-02 2.98E-02 -4.59E-03 1.94E-04
表九、本案第五實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表：
表面 正規化曲率半徑 ρ 2 ρ 4 ρ 6 ρ 8
s507 1.00E+02 4.30E+05 6.26E+07 -3.15E+12 -3.54E+15
s508 1.00E+02 -3.08E+05 3.41E+08 1.33E+12 2.65E+16
表十、本案第六實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表：
表面 物件 曲率半徑 光軸路徑長 折射係數 色散係數
s601 第一光路改變元件110 Infinity 5.800 1.85 23.79
s602 - Infinity 0.700 - -
s603 鏡片161 2.949 2.250 1.540 56.000
s604 - 175.377 0.285 - -
s605 鏡片162 76.715 0.150 1.640 22.400
s606 - 5.807 0.245 - -
s607 孔徑光闌164 Infinity 2.144 - -
s608 鏡片163 -6.347 0.284 1.540 56.000
s609 - 20.401 0.100 - -
s610 平面透鏡130a Infinity 0.500 1.460 67.800
s611 - Infinity 0.200 - -
s612 平面透鏡130b Infinity 0.500 1.460 67.800
s613 - Infinity 0.200 - -
s614 第二光路改變元件120 Infinity 5.800 1.85 23.79
s615 - Infinity 0.200 - -
s616 - Infinity 0.210 1.520 64.200
s617 - Infinity 0.200 - -
s618 影像感測器140 - - - -
註: 曲率半徑及光軸路徑長單位為mm。
表十一、本案第六實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s607 0 8.06E-04 1.14E-04 -2.01E-07 3.22E-06
s608 0 1.26E-02 -3.49E-03 1.02E-03 -1.43E-04
s609 0 -5.74E-04 -9.24E-05 2.32E-03 -4.93E-04
s610 0 -6.16E-03 5.44E-03 1.45E-03 -7.96E-06
s612 0 -5.82E-02 3.11E-02 -1.26E-03 -5.17E-04
s613 0 -4.96E-02 3.08E-02 -4.39E-03 5.27E-04
表十二、本案第六實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表：
表面 正規化曲率半徑 ρ 2 ρ 4 ρ 6 ρ 8
s614 5 2.16E+03 -1.92E+03 5.83E+04 2.29E+05
s615 5 -3.47E+03 -2.81E+03 2.02E+04 -3.65E+05
s616 5 7.46E+03 3.37E+04 5.97E+04 -2.12E+06
s617 5 -5.85E+03 -2.60E+04 -2.53E+05 3.13E+06
表十三、本案第七實施例所揭露之影像感測裝置之透鏡參數表：
表面 物件 曲率半徑 光軸路徑長 折射係數 色散係數
s701 第一光路改變元件110 Infinity 5.800 1.7 59.05
s702 - Infinity 0.700 - -
s703 震動補償元件170a Infinity 0.600 1.7 59.05
s704 - Infinity 0.800 - -
s705 震動補償元件170b Infinity 0.600 1.7 59.05
s706 - Infinity 0.800 - -
s707 鏡片161 2.803 2.253 1.540 56.000
s708 - -63.100 0.285 - -
s709 鏡片162 36.683 0.150 1.640 22.400
s710 - 4.545 0.245 - -
s711 孔徑光闌164 Infinity 2.507 - -
s712 鏡片163 -2.022 0.150 1.540 56.000
s713 - -5.516 0.100 - -
s714 平面透鏡130 Infinity 0.500 1.460 67.800
s715 - Infinity 0.200 - -
s716 第二光路改變元件120 Infinity 5.800 1.85 23.79
s717 - Infinity 0.200 - -
s718 - Infinity 0.210 1.520 64.200
s719 - Infinity 0.200 - -
s720 影像感測器140 - - - -
註: 曲率半徑及光軸路徑長單位為mm。
表十四、本案第七實施例所揭露之影像感測裝置之非球面公式係數表：
表面 k A4 A6 A8 A10
s707 0 -3.24E-04 2.35E-07 -1.17E-05 4.88E-07
s708 0 1.06E-02 -3.83E-03 7.01E-04 -4.61E-05
s709 0 -1.98E-04 -4.72E-03 1.65E-03 -1.53E-04
s710 0 -6.27E-03 1.10E-03 1.45E-04 1.86E-04
s712 0 -5.83E-02 2.81E-02 1.52E-03 -3.52E-03
s713 0 -5.47E-02 3.43E-02 -7.95E-03 1.95E-04
表十五、本案第七實施例所揭露之平面透鏡之Binary2面型相位公式係數表：
表面 正規化曲率半徑 ρ 2 ρ 4 ρ 6 ρ 8
s714 5 -6.20E+03 -1.58E+04 -5.73E+02 1.00E+05
s715 5 6.85E+03 7.34E+03 1.72E+05 -9.59E+05
100:影像感測裝置 110:第一光路改變元件 111:第一入光側 112:第一出光側 120:第二光路改變元件 121:第二入光側 122:第二出光側 130,130a,130b:平面透鏡 140:影像感測器 150:對焦機構 160:鏡片組 161,162,163:鏡片 164:孔徑光闌 170,170a,170b:震動補償元件 C:取像方向 I:成像方向 L:變焦光軸 s301~s316,s401~s416,s501~s516,s601~s618,s701~s720:表面
[圖1]係本案之第一實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖2]係本案之第二實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖3A]係本案之第三實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖3B]係本案之第三實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲圖。 [圖3C]係本案之第三實施例所揭露之影像感測裝置之畸變圖。 [圖4A]係本案之第四實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖4B]係本案之第四實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲圖。 [圖4C]係本案之第四實施例所揭露之影像感測裝置之畸變圖。 [圖5A]係本案之第五實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖5B]係本案之第五實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲圖。 [圖5C]係本案之第五實施例所揭露之影像感測裝置之畸變圖。 [圖6A]係本案之第六實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖6B]係本案之第六實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲圖。 [圖6C]係本案之第六實施例所揭露之影像感測裝置之畸變圖。 [圖7A]係本案之第七實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖7B]係本案之第七實施例所揭露之影像感測裝置之像散場曲圖。 [圖7C]係本案之第七實施例所揭露之影像感測裝置之畸變圖。 [圖8]係本案之第八實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。 [圖9]係本案之第九實施例所揭露之影像感測裝置之示意圖。
100:影像感測裝置
110:第一光路改變元件
111:第一入光側
112:第一出光側
120:第二光路改變元件
121:第二入光側
122:第二出光側
130:平面透鏡
140:影像感測器
150:對焦機構
C:取像方向
I:成像方向
L:變焦光軸

Claims (15)

  1. 一種影像感測裝置，包含：一第一光路改變元件，具有一第一入光側以及一第一出光側，該第一入光側朝向一取像方向，該第一出光側朝向一變焦光軸，且該第一入光側以及該第一出光側之間具有一第一夾角；一第二光路改變元件，具有一第二入光側以及一第二出光側，該第二入光側朝向該變焦光軸，使該第一出光側與該第二入光側沿著該變焦光軸相對設置，該第二出光側朝向一成像方向，且該第二入光側以及該第二出光側之間具有一第二夾角，該第一光路改變元件以及該第二光路改變元件之間形成一取像光路，依序通過該第一入光側、該第一出光側、該第二入光側以及該第二出光側；一平面透鏡，設置於該取像光路上；以及一對焦機構，連接於該平面透鏡，用以驅動該平面透鏡沿著該變焦光軸移動。
  2. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中，該第一光路改變元件為一第一稜鏡，具有一第一入光面以及一第一出光面，該第一入光側為該第一稜鏡的第一入光面，該第一出光側為該第一稜鏡的第一出光面；及/或該第二光路改變元件為一第二稜鏡，具有一第二入光面以及一第二出光面，該第二入光側為該第二稜鏡的第二入光面，該第二出光側為該第二稜鏡的第二出光面。
  3. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中，該第一光路改變元件為一第一反射鏡，與該取像方向及該變焦光軸之間分別呈現夾角配置；及/或該第二光路改變元件為一第二反射鏡，與該成像方向及該變焦光軸之間分別呈現夾角配置。
  4. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中，該平面透鏡為超穎透鏡(metalens)或多層繞射透鏡(multi-level diffractive lens,MDL)。
  5. 如請求項4所述的影像感測裝置，其中，該平面透鏡為多個，該多個平面透鏡之其中一者為超穎透鏡，該多個平面透鏡之其中另一者為多層繞射透鏡。
  6. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中，該第一光路改變元件具有一第一入光面以及一第一出光面，該平面透鏡對應於該第一入光面設置。
  7. 如請求項6所述的影像感測裝置，更包含一鏡片組，位於該第一光路改變元件以及該第二光路改變元件之間。
  8. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中，該平面透鏡位於該第一光路改變元件以及該第二光路改變元件之間，並且該變焦光軸通過該平面透鏡。
  9. 如請求項8所述的影像感測裝置，更包含一鏡片組，位於該第一光路改變元件以及該第二光路改變元件之間。
  10. 如請求項9所述的影像感測裝置，其中，該平面透鏡介於該鏡片組的多個鏡片之間。
  11. 如請求項1所述的影像感測裝置，更包含一影像感測器，對應於該第二出光側設置。
  12. 如請求項11所述的影像感測裝置，更包含一震動補償元件，該第一光路改變元件、該第二光路改變元件及該平面透鏡共同形成一對焦點，該震動補償元件用以調整該對焦點於該影像感測器的落點。
  13. 如請求項12所述的影像感測裝置，其中，該震動補償元件為一震動補償透鏡組，設置於該取像光路上，用以偏折光線以調整該對焦點於該影像感測器的落點。
  14. 如請求項12所述的影像感測裝置，其中，該震動補償元件為一多軸旋轉致動器，連接於該第二光路改變元件，用以於多軸向上旋轉該第二光路改變元件。
  15. 如請求項12所述的影像感測裝置，其中，該震動補償元件是多軸平移致動器，連接於該影像感測器，用以於多軸向上平移該影像感測器。
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