TWM516732U - 涵蓋景深之調焦系統 - Google Patents

Description

涵蓋景深之調焦系統

本創作係有關於一種調焦系統，尤指一種利用一對稱之第一測試圖及第二測試圖相對於影像擷取模組不同距離之涵蓋景深之調焦系統。

影像模組是內置於照相機、手機、平板電腦與筆記本電腦等裝置內部的一套攝像組件，其包含鏡頭、影像感測器、電路板、連接器等主要構件。在安裝至上述電子裝置前，影像模組之焦點需要被調整(影像模組中鏡頭與影像感測器間的距離，會決定對焦的位置)，使影像模組對焦於一預定位置；舉例來說，一用於手機的影像模組，其焦點位置被預設在距離影像模組60公分之處，因此在被安裝到手機前，該影像模組之焦點，需要被調整到上述預定位置，這個過程稱為模組調焦，而本案將預定位置之焦點稱為調焦點，將影像模組之焦點調整至調焦點則稱之為合焦，就一般常見的影像模組來說，模組調焦的過程，就是旋轉影像模組中的鏡頭，使影像模組中鏡頭與影像感測器的相對距離改變，在調整的過程中，在該預定位置(以上述手機的例子，就是距影像模組60公分處)物體之影像，會逐漸由模糊變清晰。

傳統影像模組調焦，需以人眼判斷TV-line(電線視)的值來 判定影像模組是否調整至合焦，但此種方式在高頻的時候，由於TV-line的線條很密，人為判讀較為困難，導致調到所需的景深範圍相當費時，且調焦的精度亦受到影響，易產生誤判。另一方面，若採用儀器進行判讀，必須先將影像模組拍攝之圖像傳入電腦，再以程式進行掃描辨識，故以此方式進行測試的時間較長，整體而言較無效率。再者，以傳統方式進行調焦時，若預定對焦的位置為距離影像模組兩公尺處，則需要具有至少兩公尺長度的空間，來擺放平面測試圖及影像模組，故所佔用的調焦空間較大。

因此，目前業界缺乏一種同時具備設備簡單、所需空間小及調焦過程判讀迅速等多重優點之影像模組調焦方式，實為此產業亟需解決之問題。

有鑑於習知技術的缺點，為使大幅縮短調焦時間，並減少人眼判讀誤差所導致不良的調焦，本創作提供一種涵蓋景深之調焦系統，包括：一測試模組，包括一第一測試圖及一第二測試圖，該第一測試圖及該第二測試圖並列設置且具有一高度差；以及；一影像擷取模組，設置於該測試模組之前端，且該影像擷取模組與該第一測試圖之距離小於該影像擷取模組與該第二測試圖之距離，該影像擷取模組拍攝該測試模組，以產生可用以依據其成像模糊區域來判斷該影像擷取模組是否合焦之一第一測試圖影像及一第二測試圖影像。

較佳地，該影像擷取模組之光軸係對準該測試模組之中心位置處。

較佳地，該第一測試圖及該第二測試圖為兩對稱之半圓。

較佳地，該第一測試圖及該第二測試圖上具有複數線條，其係自該測試模組之中心位置處向外發散、線條寬度線性遞增而呈放射狀排列。

較佳地，該測試模組包括一合焦區域，該合焦區域設置於該測試模組之中心位置處。

較佳地，該合焦區域為一圓形區域。

較佳地，當該影像擷取模組調整至合焦時，該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域係在該合焦區域內，且該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域大小相同。

較佳地，當該影像擷取模組調整至近焦或遠焦時，該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域係在該合焦區域外。

較佳地，當該影像擷取模組調整至近焦時，該第二測試圖影像之模糊區域係大於該第一測試圖影像之模糊區域。

較佳地，當該影像擷取模組調整至遠焦時，該第一測試圖影像之模糊區域係大於該第二測試圖影像之模糊區域。

較佳地，該影像擷取模組具有一合焦時調焦距離對應模糊區域之調焦特性曲線，該影像擷取模組於一最佳調焦距離時將產生一最小模糊區域，該合焦區域之範圍約為該最小模糊區域之1.1倍。

較佳地，該調焦特性曲線對應該最小模糊區域1.1倍之兩調焦距離差值，即對應該第一測試圖及該第二測試圖之該高度差。

本創作涵蓋景深之調焦系統，更包括一校正透鏡模組，其係設置於該測試模組及該影像擷取模組之間，該影像擷取模組係透過該校正 透鏡模組擷取該測試模組之影像。

較佳地，該校正透鏡模組係為一凸透鏡。

100‧‧‧涵蓋景深之調焦系統

10‧‧‧測試模組

10A‧‧‧第一測試圖

10A’‧‧‧第一測試圖影像

10B‧‧‧第二測試圖

10B’‧‧‧第二測試圖影像

101‧‧‧合焦區域

11A‧‧‧第一影像

11B‧‧‧第二影像

20‧‧‧影像擷取模組

30‧‧‧校正透鏡模組

H‧‧‧高度差

A‧‧‧最佳調焦點

B1、B2‧‧‧調焦點

第一圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統的示意圖。

第二圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統之測試模組的示意圖。

第三圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統的側視圖。

第四A圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統於近焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像。

第四B圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統於合焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像。

第四C圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統之於遠焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像。

第五圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統於合焦時對焦距離對應模糊區域之特性曲線。

雖然本創作將參閱含有本創作較佳實施例及所附圖式予以充分描述，但此描述之前應瞭解熟悉本領域之人士可修改本文中所描述之創作，同時獲致本創作之功效。因此，須瞭解以下之描述對熟悉本領域技藝之人士而言為一廣泛之揭示，且其內容不在於限制本創作。

請參考第一圖，係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統的示意圖。本創作涵蓋景深之調焦系統100係包括測試模組10及影像擷取模組20。 其中，測試模組10包括第一測試圖10A及第二測試圖10B，該第一測試圖10A及第二測試圖10B並列設置且具有一高度差H。影像擷取模組20設置於測試模組10之前端，且影像擷取模組20與第一測試圖10A之距離小於影像擷取模組20與第二測試圖10B之距離，意即，第一測試圖10A較靠近影像擷取模組20。於本實施例中，該影像擷取模組20拍攝測試模組10，以產生可用以依據其成像模糊區域來判斷該影像擷取模組20是否合焦之第一測試圖影像10A’及第二測試圖影像10B’(如第四A圖至第四C圖所示)。

請繼續參考第一圖並參考第二圖，第二圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統之測試模組的示意圖。於本實施例中，第一測試圖10A及第二測試圖10B為兩對稱之半圓，且該兩對稱之半圓上具有複數線條，其係自測試模組10之中心位置處(即兩對稱半圓之圓心)向外發散、線條寬度線性遞增而呈放射狀排列，故因其外型又被稱作星狀圖(Star-chart)或太陽圖。並且，測試模組10更包括一合焦區域101，設置於該測試模組10之中心位置處，用於輔助判定該第一測視圖影像10A’及第二測試圖影10B’之模糊區域大小，以進一步判斷該影像擷取模組20是否合焦，於本實施例中，合焦區域101係為以測試模組10之中心位置為圓心之圓形區域。並且，該影像擷取模組20的光軸係對準該測試模組10之中心位置處，以對該測試模組10之第一測視圖10A及第二測試圖10B進行影像擷取作業。

請參閱第三圖並配合第一圖，其中第三圖係顯示本創作涵蓋景深之調焦系統的側視圖。於一些實施例中，本創作涵蓋景深之調焦系統100更包括一校正透鏡模組30，設置於測試模組10及影像擷取模組20之間。需要特別說明的是，在實際測試環境中，礙於影像擷取模組20之規格，可 能需要較大尺寸之測試圖及較長距離的測試空間，因此，於本實施例中，在測試模組10及影像擷取模組20之間設置一校正透鏡模組30，且該校正透鏡模組30係為一凸透鏡，該第一測試圖10A及第二測試圖10B經由校正透鏡模組30而產生距離該影像擷取模組20較遠且尺寸較大之虛像(即第一影像11A及第二影像11B)，如此一來，影像擷取模組20即可透過校正透鏡模組30感測該虛像，來模擬實際涵蓋景深的調焦距離，以縮短測試設備的空間，提昇空間利用率。

請參考第四A圖至第四C圖，係分別顯示本創作涵蓋景深之調焦系統於近焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像、涵蓋景深之調焦系統於合焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像、以及涵蓋景深之調焦系統於遠焦時之第一測試圖影像及第二測試圖影像。當影像擷取模組20調整至合焦時，第一測試圖影像10A’及第二測試圖影像10B’之模糊區域係在合焦區域101範圍內；而當影像擷取模組20調整至近焦或遠焦時，第一測試圖影像10A’及第二測試圖影像10B’之模糊區域(虛線範圍)係在合焦區域101範圍外，俾可依據模糊區域大小判斷該影像擷取模組20是否合焦。更進一步地來說，本創作涵蓋景深之調焦系統100於開始調焦時，首先由影像擷取模組20透過該校正透鏡模組30拍攝第一測試圖10A及第二測試圖10B之影像，若未合焦，且調到近焦，則由第四A圖可看出，該第二測試圖影像10B’之模糊區域(虛線範圍)會大於第一測試圖影像10A’之模糊區域(虛線範圍)；之後再調整該影像擷取模組20，若剛好合焦，則由第四B圖可看出，該第一測試圖影像10A’及第二測試圖影像10B’之模糊區域(虛線範圍)會侷限在合焦區域101內，且兩模糊區域大小相同；而若再調整影像擷取模組20，會調 到遠焦，則由第四C圖可看出，該第一測試圖影像10A’之模糊區域(虛線範圍)會大於第二測試圖影像10B’之模糊區域。

根據本案之構想，藉由將第一測試圖及第二測試圖分別設計為兩對稱半圓之型態，可以人眼訊速地判斷第一測試圖影像及第二測試圖影像之模糊區域是否在合焦區域範圍內，據以判定影像擷取模組是否合焦，因此，相較於傳統以TV-line判讀之方式，簡易快速許多，俾可大幅提昇調焦效率，並減少人眼判讀所導致的精度誤差。

請參閱第五圖並配合第四A圖至第四C圖，其中第五圖顯示本創作涵蓋景深之調焦系統於合焦時調焦距離對應模糊區域之調焦特性曲線，係表示影像擷取模組20調整至合焦時的特性。如第五圖所示，縱軸部份為測試圖影像之模糊區域範圍，橫軸部份則為影像擷取模組20距離測試圖之距離(調焦距離)，當調整至A點時，測試圖影像之模糊區域有最小值(最小模糊區域)，此時影像擷取模組20有最清晰的拍攝焦距(最佳調焦距離)。然而，將影像擷取模組20調整至最佳調焦點A，需耗費較長的調焦時間，因此，本創作涵蓋景深之調焦系統100，係對一特定景深範圍進行調焦。以本實施例為例，大約取最小模糊區域之1.1倍為合焦區域101，但不以此為限，該合焦區域101範圍係對應至調焦特性曲線上B1和B2的位置，且B1及B2分別對應於該第一測試圖10A及第二測試圖10B與影像擷取模組20之距離，即所設定的調焦景深範圍(最佳調焦範圍)，而第一測試圖10A及第二測試圖10B之高度差H即對應B1與B2之差值。調焦時，僅需將影像擷取模組20之測試圖影像之模糊區域調整至合焦區域101的範圍內，即完成調焦動作。藉此，可於特定的景深範圍對影像擷取模組20調焦，相較於習知針對單一最 佳調焦點A的調焦方式，大幅減少了作業時間。

另外，本創作涵蓋景深之調焦系統100之調焦流程步驟，包含：提供一測試模組10，該測試模組包括第一測試圖10A及第二測試圖10B，且該第一測試圖10A及第二測試圖10B具有一高度差H；提供一影像擷取模組20，設置於測試模組10之前端，且該影像擷取模組20與該第一測試圖10A之距離小於該影像擷取模組20與該第二測試圖10B之距離；及提供一校正透鏡模組30，係置於該測試模組10與該影像擷取模組20之間，該影像擷取模組20係透過該校正透鏡模組30拍攝該第一測試圖10A及第二測試圖10B，並分別判斷該第一測試圖影像10A’及第二測試圖影像10B’是否清晰或模糊，以調整該影像擷取模組20至最佳的調焦範圍。

由上可知，本創作涵蓋景深之調焦系統，利用第一測試圖及第二測試圖相對於影像擷取模組不同距離之特性，使得於調焦時，僅簡單判斷該第一測試圖影像及第二測試圖影像之模糊區域是否在合焦區域範圍，即可知是否完成調焦，不僅能快速調到所要的景深範圍，且大幅縮短調焦時間，並減少人眼判讀誤差所導致不良的調焦。此外，本創作涵蓋景深之調焦系統更藉由校正透鏡模組設置，縮短測試設備的空間，提昇空間利用效率。

100‧‧‧涵蓋景深之調焦系統

10‧‧‧測試模組

10A‧‧‧第一測試圖

10B‧‧‧第二測試圖

20‧‧‧影像擷取模組

30‧‧‧校正透鏡模組

H‧‧‧高度差

Claims (14)

1. 一種涵蓋景深之調焦系統，包括：一測試模組，包括一第一測試圖及一第二測試圖，該第一測試圖及該第二測試圖並列設置且具有一高度差；以及一影像擷取模組，設置於該測試模組之前端，且該影像擷取模組與該第一測試圖之距離小於該影像擷取模組與該第二測試圖之距離，該影像擷取模組拍攝該測試模組，以產生可用以依據其成像模糊區域來判斷該影像擷取模組是否合焦之一第一測試圖影像及一第二測試圖影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該影像擷取模組之光軸係對準該測試模組之中心位置處。
3. 如申請專利範圍第1項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該第一測試圖及該第二測試圖為兩對稱之半圓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該第一測試圖及該第二測試圖上具有複數線條，其係自該測試模組之中心位置處向外發散、線條寬度線性遞增而呈放射狀排列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該測試模組包括一合焦區域，該合焦區域設置於該測試模組之中心位置處。
6. 如申請專利範圍第5項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該合焦區域為一圓形區域。
7. 如申請專利範圍第5項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中當該影像擷取模組調整至合焦時，該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域係在該合焦區域內，且該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域大小相同。
8. 如申請專利範圍第5項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中當該影像擷取模組調整至近焦或遠焦時，該第一測試圖影像及該第二測試圖影像之模糊區域係在該合焦區域外。
9. 如申請專利範圍第8項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中當該影像擷取模組調整至近焦時，該第二測試圖影像之模糊區域係大於該第一測試圖影像之模糊區域。
10. 如申請專利範圍第8項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中當該影像擷取模組調整至遠焦時，該第一測試圖影像之模糊區域係大於該第二測試圖影像之模糊區域。
11. 如申請專利範圍第5項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該影像擷取模組具有一合焦時調焦距離對應模糊區域之調焦特性曲線，該影像擷取模組於一最佳調焦距離時將產生一最小模糊區域，該合焦區域之範圍約為該最小模糊區域之1.1倍。
12. 如申請專利範圍第11項所述之涵蓋景深之調焦系統，該調焦特性曲線對應該最小模糊區域1.1倍之兩調焦距離差值，即對應該第一測試圖及該第二測試圖之該高度差。
13. 如申請專利範圍第1項所述之涵蓋景深之調焦系統，更包括一校正透鏡模組，其係設置於該測試模組及該影像擷取模組之間，該影像擷取模組係透過該校正透鏡模組擷取該測試模組之影像。
14. 如申請專利範圍第13項所述之涵蓋景深之調焦系統，其中該校正透鏡模組係為一凸透鏡。