TWI424211B - 彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置 - Google Patents

Description

彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置

本創作有關於一種彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，特別是有關於一種可撓性基材表面設置影像感測元件配合彈性體透鏡焦距變化的情形自動產生曲率與位置補正功能；透過可撓性基材受壓力後變形量與光學分析，利用不相 等可撓性影像感測膜基材厚度的設計，使可撓性影像感測膜受內壓力變化後的曲率及位置與壓縮彈性體透鏡之內壓力相互補償，使可撓性影像感測膜對應於系統之最佳成像面，以降低影像的像差而獲得較佳的影像品質。彈性體透鏡與可撓性影像感測膜之間，亦可藉由隔離元件分開彈性體透鏡與可撓性影像感測膜，獨立施加壓力使彼此不產生交互影響。

美國、日本、國內等有許多關於彈，性體透鏡的相關專利，控制方法概略有機械式例如中華民國專利第096110024號申請案(公開號200839300)，US 6,038,080，電磁式例如JP60,220,301，液晶式例如US 2005/0018127，電濕潤式例如US 2006/0285220，液壓充填式例如US 7,256,943或馬達控制之液態變焦透鏡例如US2007/0104473等，都局限於影像感測元件為平面式感測器，當鏡頭的景深較短時，離開光軸的周邊影像，其解析度因超出景深範圍而下降，以及各種像差因素造成整體影像品質不良；且鏡頭焦距調整控制機構複雜，導致整體體積無法輕巧化。

有鑑於此，本創作之目的在於提供一種彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，當彈性體透鏡受壓力改變透鏡曲率而造成焦距變化；利用不相等厚度的可撓性影像感測膜控制變形曲率與位置，伴隨著內部所產生壓力使可撓性影像感測膜 與透鏡產生光學性質互補關係，而依最佳成像曲率變形，獲得低像差高品質的影像。彈性體透鏡與可撓性影像感測膜之間，亦可藉由隔離元件分開彈性體透鏡與可撓性影像感測膜，獨立施加壓力使彼此不產生交互影響。

本創作之光學影像感測裝置的一較佳實施例包括一鏡筒本體、一彈性體透鏡、一光可折射撓性體、一可撓性影像感測膜、一彈性體透鏡固定環、一彈性體透鏡固定環螺絲、一彈性體透鏡曲率調整環、一彈性體透鏡曲率調整環螺絲、一可撓性影像感測膜固定環及一可撓性影像感測膜固定環螺絲；一鏡筒本體、一彈性體透鏡、一光可折射撓性體、一可撓性影像感測膜形成封閉的空間；一彈性體透鏡被一彈性體透鏡固定環、一彈性體透鏡固定環螺絲固定於鏡筒本體；一可撓性影像感測膜由一可撓性影像感測膜基材及一可撓性影像感測元件所組成，並由一影像感測膜固定環及一影像感測膜固定環螺絲固定於鏡筒本體。

在上述之較佳實施例中，利用一彈性體透鏡曲率調整環螺絲控制一彈性體透鏡曲率調整環，使彈性體透鏡曲率調整環壓緊或放鬆彈性體透鏡的表面，如此造成彈性體透鏡曲率改變，進而達成調整系統焦距的目的。

在上述之較佳實施例中，光可折射撓性體可依系統需求使用各種不同光學指數的液體。

在上述之較佳實施例中，採用一可撓性影像感測膜固定環及一可撓性影像感測膜固定環螺絲固定影像感測膜；採用一彈性體透鏡固定環、一彈性體透鏡固定環螺絲以固定彈性體透鏡及以彈性體透鏡曲率調整環、彈性體透鏡曲率調整環螺絲以調整彈性體透鏡曲率；本固定環與螺絲分離設計可將固定螺絲或調整螺絲的旋轉運動推動固定環或調整環變為直線運動，以防止彈性體透鏡與可撓性影像感測膜因磨擦及旋轉造成皺折、扭曲或損傷彈性體透鏡表面。

在上述之較佳實施例更包括一不相等厚度的可撓性影像感測膜基材，設計者可根據鏡筒本體內壓力在可撓性影像感測膜表面的壓力分佈條件，依所期望的影像感測膜變形曲率，在同一可撓性影像感測膜基材設計不相同的厚度，使可撓性影像感測膜變形後與透鏡光學性質產生互補關係，使可撓性影像感測膜變形後曲率及變形位置與最佳成像面相符合。彈性體透鏡與可撓性影像感測膜之間，亦可藉由隔離元件分開彈性體透鏡與可撓性影像感測膜，獨立施加壓力使彼此不產生交互影響。

在上述之較佳實施例中，因為不等厚度的影像感測膜基材設計，彈性體透鏡與可撓性影像感測膜變化的曲率為一自動補正系統，系統本身具有自我補償功能，不需要額外之調整裝置。為了讓本創作之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。

第3圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例的剖視圖。彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置1包括一鏡筒本體11、一彈性體透鏡13、一透明液體14、一可撓性影像感測膜12、一彈性體透鏡固定環131、一彈性體透鏡固定環螺絲132、一彈性體透鏡曲率調整環15、一彈性體透鏡曲率調整環螺絲16、一可撓性影像感測膜固定環121及一可撓性影像感測膜固定環螺絲122；一鏡筒本體11、一彈性體透鏡13、一透明液體14、一可撓性影像感測膜12形成封閉的空間；一彈性體透鏡13被一彈性體透鏡固定環131、一彈性體透鏡固定環螺絲132固定於鏡筒本體11；一可撓性影像感測膜12由一可撓性影像感測膜基材125及一可撓性影像感測元件126所組成，並由一可撓性影像感測膜固定環121及一可撓性影像感測膜固定環螺絲122固定於鏡筒本體11；一彈性體透鏡曲率調整元件則由一彈性體透鏡曲率調整環15及一彈性體透鏡曲率調整環螺絲16所組成，設置於彈性體透鏡13表面，利用彈性體透鏡曲率調整環螺絲16控制彈性體透鏡曲率調整環15，使彈性體透鏡曲率調整環15壓緊或放鬆彈性體透鏡的表面。光線2經由鏡筒本體11、彈性體透鏡曲率調整環螺絲16、彈性體透鏡曲率調整環15、彈性體透鏡固定環螺絲132、彈性體透鏡固定環131中央空孔後，藉由彈性體透鏡13及透明液體14聚焦於可撓性影像感測膜 12之可撓性影像感測元件126上；而獲得之影像可以藉由電子周邊傳輸裝置及處理器作後續處理。旋轉調整彈性體透鏡曲率調整環螺絲16，彈性體透鏡曲率調整環15會受到彈性體透鏡曲率調整環螺絲16壓力壓迫彈性體透鏡13，使彈性體透鏡13表面曲率半徑及位置改變。

第4圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例的分解圖，以清楚描述本裝置之立體形狀及各零件組合之相互關係。

第5圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例示意圖，彈性體透鏡13受到彈性體透鏡曲率調整環15施加壓力後，彈性體透鏡13之原始位置133移動到134位置，彈性體透鏡13表面曲率亦連同改變，原聚焦光線路徑由位置21改變為位置22；透明液體14受到彈性體透鏡13壓力後，將壓力傳導至可撓性影像感測膜12，可撓性影像感測膜12受到透明液體14壓力，可撓性影像感測膜原始位置123移動到124位置，可撓性影像感測膜12的曲率亦連同改變；當把彈性體透鏡曲率調整環15壓力釋放後，彈性體透鏡13恢復原先狀態，可撓性影像感測膜12隨同恢復原狀態，聚焦光線路徑由位置22恢復到位置21；使彈性體透鏡13與可撓性影像感測膜12之間在位置與曲率變化上，產生一種自動補償之效果。

第6圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例中彈性體透鏡曲率調整環15，其接觸彈性體透鏡13表面的前端部份切成斜角151，減少彈性體透鏡曲率調整環15壓入彈性體透鏡13表面的接觸寬度，以精確控制彈性體透鏡13表面曲率變化。

第7圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例，可撓性影像感測膜12由一可撓性影像感測膜基材125及一可撓性影像感測元件126所組成；可撓性影像感測膜基材125由可撓性材料製成，可撓性影像感測元件126可以微機電感測元件技術製造並與可撓性影像感測膜基材125結合。

第8圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例，可撓性影像感測膜12利用同一可撓性影像感測膜基材125中不同厚度設計，使可撓性影像感測膜12受到壓力時具有預期的曲率變化的關係；將可撓性影像感測膜基材125的中央部份127與周圍部份128的截面依變形需求而設計為不相等厚度，使可撓性影像感測膜12受壓力變形後曲率形狀變化及變形量大小，符合裝置最佳成像面的目的。雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置

2‧‧‧光線

11‧‧‧鏡筒本體

12‧‧‧可撓性影像感測膜

13‧‧‧彈性體透鏡

14‧‧‧透明液體

15‧‧‧彈性體透鏡曲率調整環

16‧‧‧彈性體透鏡曲率調整環螺絲

121‧‧‧可撓性影像感測膜固定環

122‧‧‧可撓性影像感測膜固定環螺絲

123‧‧‧可撓性影像感測膜變形前位置

124‧‧‧可撓性影像感測膜變形後位置

125‧‧‧可撓性影像感測膜基材

126‧‧‧可撓性影像感測膜感測元件

127‧‧‧可撓性影像感測膜中央區域

128‧‧‧可撓性影像感測膜周緣區域

131‧‧‧彈性體透鏡固定環

132‧‧‧彈性體透鏡固定環螺絲

133‧‧‧彈性體透鏡原始位置

134‧‧‧彈性體透鏡受壓力後位置

21‧‧‧原聚焦光線路徑位置

22‧‧‧彈性體透鏡變形後之聚焦光線路徑

第1圖為一習知的中華民國專利公開號200839300圓環驅動之具有折光特性之容易改變形狀填充物充填式透鏡剖視圖。

第2圖為一習知的US 6,344,930液態光學透鏡與顯像系統控制裝置的剖視圖。

第3圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例剖視圖。

第4圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例立體分解圖。

第5圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件受壓力後的表面曲率與位置變化示意圖。

第6圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例之彈性體透鏡曲率調整環立體圖。

第7圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例之影像感測膜立體圖。

第8圖為本創作之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置的一較佳實施例針對不相等基材厚度之可撓性影像感測膜剖面圖。

1‧‧‧彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置

2‧‧‧光線

11‧‧‧鏡筒本體

12‧‧‧可撓性影像感測膜

13‧‧‧彈性體透鏡

14‧‧‧透明液體

15‧‧‧彈性體透鏡曲率調整環

16‧‧‧彈性體透鏡曲率調整環螺絲

121‧‧‧可撓性影像感測膜固定環

122‧‧‧可撓性影像感測膜固定環螺絲

123‧‧‧可撓性影像感測膜變形前位置

124‧‧‧可撓性影像感測膜變形後位置

125‧‧‧可撓性影像感測膜基材

126‧‧‧可撓性影像感測膜感測元件

127‧‧‧可撓性影像感測膜中央區域

128‧‧‧可撓性影像感測膜周緣區域

131‧‧‧彈性體透鏡固定環

132‧‧‧彈性體透鏡固定環螺絲

133‧‧‧彈性體透鏡原始位置

134‧‧‧彈性體透鏡受壓力後位置

21‧‧‧原聚焦光線路徑位置

22‧‧‧彈性體透鏡變形後之聚焦光線路徑

Claims (9)

1. 一種彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，用於感測影像，包括：一鏡筒本體，該鏡筒本體係圍繞一光軸而形成，並在該光軸處設有開孔供零件設置與光線穿透；一彈性體透鏡，裝設於該鏡筒本體；一可撓性影像感測膜，裝設於該鏡筒本體；一光可折射撓性體，充填於該鏡筒本體、該彈性體透鏡及該可撓性影像感測膜之間，其中該鏡筒本體、該彈性體透鏡、該可撓性影像感測膜與該光可折射撓性體形成一系統；以及一彈性體透鏡曲率調整元件，設於該彈性體透鏡表面，用以控制該彈性體透鏡產生曲率變化，使該可撓性影像感測膜自動產生位置與曲率補償改變，以調整該系統之最佳成像面的位置與曲率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該彈性體透鏡為彈性膜與液態物體或彈性體所組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該彈性體透鏡曲率調整元件為一中空柱狀元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感 測元件之整合裝置，其中該彈性體透鏡曲率調整元件具有一傾角特徵，用以縮小其與該彈性體透鏡表面接觸寬度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該光可折射撓性體為一透明之液體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該可撓性影像感測膜為可撓性影像感測膜基材及可撓性影像感測元件所組成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該可撓性影像感測膜其可撓性影像感測膜基材具有不相等材料截面厚度，使該可撓性影像感測膜受壓力後的變形曲率及變形位置與該系統之最佳成像面相對應。
8. 如申請專利範圍第6項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中所述之可撓性影像感測元件之曲率變化依所施加於該彈性體透鏡之壓力，自動與該彈性體透鏡產生光學性質互補作用。
9. 如申請專利範圍第6項所述之彈性體透鏡與可撓性影像感測元件之整合裝置，其中該彈性體透鏡與該可撓性影像感測元件，藉由一隔離元件可獨立施加壓力不產生交互影響。