CN102340624A

CN102340624A - 高分辨率影像撷取装置及其透镜

Info

Publication number: CN102340624A
Application number: CN2010102386111A
Authority: CN
Inventors: 江国庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种高分辨率影像撷取装置，包含：一透镜组；一影像传感器，用于感测影像；一介质，配置于该透镜组与该影像传感器间，其中该介质之折射率大于一，俾使缩短光波长以提升分辨率。

Description

高分辨率影像撷取装置及其透镜

技术领域

本发明关于一种数字影像撷取装置(数字相机或数字摄影机)，特别是关于一种高分辨率影像撷取装置。

背景技术

随着科技进步，电子产品不断地朝向轻薄短小的特性发展，例如，数字相机、计算机相机、具有影像撷取装置之行动电话等等，因此，这些电子装置的光学组件或装置亦必须更加微型化以符技术发展趋势。为了携带方便及符合人性化的需求，其取像装置不仅需要良好的成像质量，同时也需要较小的体积与较低的成本，亦必须提升取像装置之应用性。近年来，在光学装置之领域中，关于影像撷取组件之微性化及高像素密度之技术不断进步。然而，为了实现微型化之目的，将会有一些因素影响其效能。当镜头尺寸越趋缩小时，因为其物理的限制，必然限制了其影像撷取装置之效能。

藉由改进感光耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)、互补式金氧半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)等影像感测组件技术，可提升影像撷取装置之像素，然，因为一般可拍照手机所使用的镜头皆为定焦镜头，其有效焦距值f为固定值。一般固定焦距之对焦方式皆由改变后焦(back focus length，BFL)来完成对焦。当被摄物体越近且前焦愈短时，后焦改变量愈大，当前焦变化到20f时，影像质量已经变差；而若采用数字变焦通常会影响影像的画质。

传统相机与数字相机的可调焦、可变焦镜头与一般微形化装置(例如，一般具有照相功能的手机)不同，受尺寸所限，大多数之微型化装置所使用的镜头尺寸相对较小，结构亦简化，且多数皆为定焦镜头，可拍摄之范围有所限制。业界经常运用一些方法来改进分辨率，其中包括增加成像镜头的数值孔径，但此方式会增加镜头成本及增加镜头体积，不利缩小化。

发明内容

本发明之目的系提供一种高分辨率之影像撷取装置以克服前述问题。

在一实施例中，其中所述之介质包含液体，而其中所述之液体可包含水。在一实施例中，其中所述之介质包含均匀固体；其中所述之固体包含玻璃、石英、压克力、塑料、树脂、水晶或宝石。

本发明亦可植入于手机，亦即一种高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，包含：透镜组；一影像传感器，用于感测影像；一介质，配置于该透镜组与该影像传感器间，其中该介质之折射率大于一，俾使缩短光波长以提升分辨率。

附图说明

上述组件，以及本发明其它特征与优点，藉由阅读实施方式之内容及其图式后，将更为明显：

图1根据本发明之第一实施例之功能方块示意图。

图2根据本发明之第一实施例之功能方块示意图。

图3为本发明透镜配置实施例示意图。

主要组件符号说明：

100处理单元

105GPS模块

140电源

145操作***

150输入单元

155内存

152影像撷取单元

156闪存

160内建显示单元

200无线传输模块

220有线数据交换接口

320地理信息产生模块

L1第一透镜部件

L2第二透镜部件

L3第三透镜部件

L4第四透镜部件

L5第五透镜部件

L6平板透镜

2第一保护片

3变焦透镜

3a第一材质层

3b第二材质层

4第二保护片

具体实施方式

本发明将配合其较佳实施例与随附之图示详述于下。应可理解者为本发明中所有之较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制。因此除文中之较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其它实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以随附之申请专利范围及其同等领域而定。

图1与图2为本发明之高分辨率影像撷取装置，本发明包含：处理单元100；GPS模块105(选择性配置)，电性耦合于该处理单元100；影像撷取模块152，电性耦合到该处理单元100以利于撷取影像；显示单160，电性耦合到该处理单元，以利于显示该取得之数字影像，该数字影像藉由GPS模块105而可包含地理信息显示于其上；内存(硬盘或闪存)155，用以储存数字信息。其中更包含WiFi、WiMax、3G、3.5G或4G传输模块，电性耦合于该处理单元，如图1所示。参图2，本发明之数字影像撷取装置包含：处理单元100；无线传输模块200，电性耦合于该处理单元100，以利于无线传输数字信息；影像撷取模块152，电性耦合到该处理单元100以利于撷取影像；显示单元160，电性耦合到该处理单元，以利于显示该取得之数字影像；内存，用以储存该数字信息。其中无线传输模块200包含WiFi、WiMax、3G、3.5G或4G传输模块，电性耦合于该处理单元，以利于与外部装置交换信息，例如上传数字影像至外部计算机、远程网站、部落格。上两例中，控制单元可以为一影像处理器，或是包含微处理器与数字讯号处理器。基于数字相机之记忆卡若容量不足时，透过无线传输模块200，本***可以进行编辑或上传到远程服务器或计算机。也就是本发明之装置可以包含无线通讯模块用以做为短距离或长距离双向数据传输。是以此处之短距离或都会无线传输模块是相对于远距离通讯模块。由万用串行端口(USB)202、闪存156以及控制单元100可构成一非挥发性内存可携储存驱动器(flash drive)。闪存156可在操作指示下进行编程、读取、写入、抹除等模式。

影像撷取单元152包含透镜结构300，示之于图3，其仅作一实施例。根据本发明之透镜结构300，沿一光轴自物侧至像侧依序包含：第一透镜部件L1、第二透镜部件L2、第三透镜部件L3、第四透镜部件L4及第五透镜部件L5，一焦距值为无限的平板透镜L6沿光轴，配置于第五透镜部件L5后方。平板透镜L6可为红外线滤波器(IR filter)、光学滤波器(OLPF)或保护玻璃片。上述透镜结构300之各组件与光学透静之配置、数量、型式可以依据需求配置，不以本发明为限，其只是做实施例之说明。

第一透镜部件L1具有负屈光度，且第一透镜部件L1之凸面朝向物侧。第二透镜部件L2为一电控变焦组件，其中第二透镜部件L2可调整其曲率半径，俾使得以可调变曲率，以改变透镜之曲率半径以变动有效焦距。第三透镜部件L3具有正屈光度，其中第三透镜部件L3朝向物侧以及像侧之表面皆为凸面。第四透镜部件L4具有负屈光度，其中第四透镜部件L4朝向像侧面为凹面。第五透镜部件L5具有正屈光度，其中第五透镜部件L5之凸面朝向像侧。

第二透镜部件L2沿光轴，自物侧至像侧依序包括第一保护片(cover lens)2、变焦透镜3以及第二保护片4。第一保护片2与第二保护片4沿光轴方向个别地覆盖于变焦透镜3两侧。变焦透镜3是由一第一材质层3a与一第二材质层3b所制成，依照所施加至变焦透镜3之电压改变变焦透镜3之曲率，进而达到变焦之效果并提供良好的光学特性。再者，本发明之改变曲率(半径)之透镜结构之配置可有效矫正像差并具良好的光学特性。此变焦透镜3可以为液态透镜，可为液体充填、液晶、电湿润；电湿润是以加入电压使得两不兼容之液体接口产生变形；液体充填以改变两片薄膜间的液体体积使透镜变形；液晶基本上也是以加入电压来改变接口的材料折射率。可变曲率之透镜结构克服了传统固定焦距镜头在近拍时影像质量变差的情况。透镜部件L1、L3、L4、L5皆得由塑料、玻璃、树脂、石英等材料模造而成，若采用塑料，其相较于玻璃材质而言，更得以降低材料成本。可变曲率之透镜结构克服了传统固定焦距镜头在近拍时影像质量变差的情况。

本发明包含一增强分辨率介质500配置于透镜结构300与传感器1000之间。间距分辨率是指能做出线宽/线距组的最小长度，间距分辨率会大幅影响每项功能的成本。间距分辨率是由形塑影像的光源波长以及镜片的数值孔径所决定。这个典型的线宽分辨率是由Rayleigh公式所计算：基于分辨率R＝k1λ/NA，λ为光波长，NA为数值孔径，k1为常数。一般增加光学***的数值孔径可改善分辨率。故相机镜头越大，照片分辨率越高。调焦范围(DOF；depth of focus)的定义是在一个特定的曝光范围内，让感光材料分布维持在所有规范的限制时所采纳的对焦范围。而特征分辨率可定义为在一个特定调焦范围内可刻印出的最小特征DOF＝k2λ/(NA)2。分辨率R＝k1λ/NA与DOF＝k2λ/(NA)2相互抵触！

因此，数值孔径调整有一限制，且假设空气中，光之波长为λ，在折射率n的介质中，光的波长会改变，λ’＝λ/n，通常空气的n＝1；若介质的n大于1，则λ’将变短，亦即波长变短，进而提升分辨率。固本发明在相同之数值孔径下提升分辨率。

在一实施例中，配置增强分辨率介质500于透镜结构300与传感器1000间，用以取代空气改变光波长以提升分辨率。例如，在镜头和影像传感器间加入水或其它液体，可使光的波长变短，使分辨率(resolution)变高。若以水而言，折射率：空气(1)＜水(1.44)，波长减小1.44倍。以水对于光而言，折射率是1.44，在水中，光的波长将变为1/1.44；波长减少30％。事先去除气体的纯水可预防气泡生成。化学添加剂例如Cesium sulfate(硫酸铯)，可提高水的折射率达1.6。均匀固体介质亦可以采用，如让蓝宝石取代液体介质；其它实施例亦可以采用玻璃、石英、压克力、水晶、树脂、塑料等折射率大于一的介质。

而此手段亦可以应用于手机上之影像撷取单元，其实施例与上述雷同，故不赘述。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明之精神。在不脱离本发明之精神与范围内所作之修改与类似的配置，均应包含在下述之申请专利范围内，此范围应覆盖所有类似修改与类似结构，且应做最宽广的诠释。

Claims

1.一种高分辨率影像撷取装置，其特征在于：包含：

一透镜组；

一影像传感器，用于感测影像；

一介质，配置于该透镜组与该影像传感器间，其中该介质之折射率大于一，俾使缩短光波长以提升分辨率。

2.根据权利要求1之高分辨率影像撷取装置，其特征在于：其中所述之介质包含液体。

3.根据权利要求2之高分辨率影像撷取装置，其特征在于：其中所述之液体包含水。

4.根据权利要求3之高分辨率影像撷取装置，其特征在于：其中所述之水包含硫酸铯。

5.根据权利要求1之高分辨率影像撷取装置，其特征在于：其中所述之介质包含固体。

6.根据权利要求5之高分辨率影像撷取装置，其特征在于：其中所述之固体包含玻璃、石英、压克力、塑料、树脂、水晶或宝石。

7.一种高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：包含：

一透镜组；

一影像传感器，用于感测影像；

8.根据权利要求7之高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：其中所述之介质包含液体。

9.根据权利要求8之高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：其中所述之液体包含水。

10.根据权利要求9之高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：其中所述之水包含硫酸铯。

11.根据权利要求7之高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：其中所述之介质包含固体。

12.根据权利要求7之高分辨率影像撷取单元之手持通讯装置，其特征在于：其中所述之固体包含玻璃、石英、压克力、塑料、树脂、水晶或宝石。

13.一种具提升分辨率介质之透镜结构，其特征在于：包含：

一透镜组；

一介质，配置于该透镜组之侧，其中该介质之折射率大于一，俾使缩短光波长以提升分辨率。

14.根据权利要求13之具提升分辨率介质之透镜结构，其特征在于：其中所述之介质包含液体或固体。

15.根据权利要求14之具提升分辨率介质之透镜结构，其特征在于：其中所述之液体包含水；其中所述之固体包含玻璃、石英、压克力、塑料、树脂、水晶或宝石。

16.根据权利要求15之具提升分辨率介质之透镜结构，其特征在于：其中所述之水包含硫酸铯。