具体实施方式
以下提出各种实施例进行详细说明,然而,实施例仅用以作为范例说明,并不会限缩本发明欲保护的范围。此外,实施例中的附图省略部份元件,以清楚显示本发明的技术特点。在所有附图中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。
如图1至图3所示,在本发明一实施例中,薄膜光学镜头装置1可应用于各式电子产品(例如智能手机、平板电脑、笔记型电脑、数字相机或照明装置)。薄膜光学镜头装置1包括第一透光薄膜11与第二透光薄膜21,其中第一透光薄膜11设有第一微透镜阵列MLA1,第二透光薄膜21设有第二微透镜阵列MLA2,第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2可对应形成一摩尔纹效应以产生成像或光线放大效果,举例来说,第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间可通过排列周期不同、保持特定距离、夹设特定角度或进行相对运动等多种方式产生上述摩尔纹(moirépattern)效应,此分别详细说明如下。
如图3所示,第一透光薄膜11为透光材料所制成的薄膜,例如透光材料可为聚碳酸酯(PC)或压克力塑胶(PMMA)。第一透光薄膜11的厚度可为但不限于5um~1000μm之间,且第一透光薄膜11包括相对的二个表面(第一入光面12与第一出光面13),第一入光面12用以接收外部传来的光线(例如物光),且第一入光面12设有多个第一微透镜121,多个第一微透镜121二维排列于第一入光面12上而形成第一微透镜阵列MLA1(Micro-lens Array,MLA)。
如图3所示,在一些实施例中,上述第一微透镜阵列MLA1的各第一微透镜121的尺寸可介于2μm~2000μm之间;各第一微透镜121的材质为透明材质,例如熔融石英(FusedSilica)、光学玻璃(Optical Glass)或透明塑料(Transparent Plastic)等;各第一微透镜121可为柱状透镜、凸透镜或凹透镜等各式光学透镜,例如在图3的实施例中,各第一微透镜121的形状为凸透镜而凸出第一入光面12;第一微透镜阵列MLA1的多个第一微透镜121具有第一排列周期L1,其中第一排列周期L1可指的是多个第一微透镜121之间的间隔距离,或者第一排列周期L1亦可指的是第一微透镜阵列MLA1的每行或每列中的多个第一微透镜121之间的间隔距离,在一些实施例中,第一排列周期L1可介于2μm~2000μm之间,但此并不局限;第一微透镜阵列MLA1的多个第一微透镜121可与第一透光薄膜11一体制造成型,或者多个第一微透镜121亦可通过其他加工方式形成于第一入光面12,例如加工方式可为网版印刷、浮雕铸造、光阻回流、微射出成型或热压成型(hot embossing)等。
如图3所示,第二透光薄膜21同样为透光材料所制成的薄膜,例如透光材料为聚碳酸酯(PC)或压克力塑胶(PMMA),且第二透光薄膜21可为但不限于5um~1000μm之间。第二透光薄膜21包括相对的二个表面(第二入光面22与第二出光面23),第一透光薄膜11与第二透光薄膜21彼此叠置且第二入光面22邻近并面对面第一透光薄膜11的第一出光面13。第二透光薄膜21的第二出光面23也设有多个第二微透镜231,多个第二微透镜231二维排列于第二出光面23上形成第二微透镜阵列MLA2(Micro-lens Array,MLA)。
如图3所示,在一些实施例中,上述第二微透镜阵列MLA2的各第二微透镜231的尺寸可介于2μm~2000μm之间;各第二微透镜231的材质为透明材质,例如熔融石英(FusedSilica)、光学玻璃(Optical Glass)或透明塑料(Transparent Plastic)等;各第二微透镜231可为柱状透镜、凸透镜或凹透镜等各式光学透镜,例如在图3的实施例中,各第二微透镜231的形状为凸透镜而凸出第二出光面23;第二微透镜阵列MLA2的多个第二微透镜231具有第二排列周期L2,其中第二排列周期L2可指的是多个第二微透镜231之间的间隔距离,或者第二排列周期L2亦可指的是第二微透镜阵列MLA2的每行或每列中的多个第二微透镜231之间的间隔距离,在一些实施例中,第二排列周期L2可介于2μm~2000μm之间,但此并不局限;第二微透镜阵列MLA2的多个第二微透镜231可与第二透光薄膜21一体制造成型,或者多个第二微透镜231亦可通过其他加工方式形成于第二出光面23,例如加工方式可为网版印刷、浮雕铸造、光阻回流、微射出成型或热压成型(hot embossing)等。上述关于第一透光薄膜11与第二透光薄膜21的厚度范围、各第一微透镜121与各第二微透镜231的尺寸范围、第一排列周期L1与第二排列周期L2的排列周期范围仅为举例,实际上并不以此为限,上述各范围视薄膜光学镜头装置1所应用的产品而定。
如图3所示,第一透光薄膜11的第一入光面12上的第一微透镜阵列MLA1对应于第二透光薄膜21的第二出光面23上的第二微透镜阵列MLA2,例如在本实施例中,第一透光薄膜11与第二透光薄膜21的尺寸大小相同且同轴设置,构成第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2彼此同轴对应。
如图5所示,第一透光薄膜11与第二透光薄膜21彼此叠置后可直接夹设一特定角度θ,使第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间产生摩尔纹效应,或者第二透光薄膜21亦可通过机械驱动的方式相对于第一透光薄膜11旋转而彼此夹设上述特定角度θ,使第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间产生摩尔纹效应,此详述如下。
如图1至图3所示,第一透光薄膜11可承载于第一载具10,其中第一载具10为任何可承载第一透光薄膜11的载体,例如在本实施例中,第一载具10为环状载体而具有第一透空部101,第一透光薄膜11设置于第一透空部101中,但本实施例仅为举例,在其他实施例中,第一载具10亦可为其他形状(例如条状或方形)的载体。第二透光薄膜21亦可承载于第二载具20,第二载具20为任何可承载第二透光薄膜21的载体,例如在本实施例中,第二载具20为环状载体而具有第二透空部201,第二透光薄膜21设置于第二透空部201中,但本实施例仅为举例,在其他实施例中,第二载具20亦可为其他形状(例如条状或方形)的载体。
再如图1所示,第二载具20连接于一驱动件30,驱动件30用以驱动第二载具20运作以驱使第二透光薄膜21相对于第一透光薄膜11进行一相对运动。在一些实施例中,驱动件30可包括一驱动马达且驱动件30与第二载具20之间可设有相应的传动机构,例如传动机构为齿轮传动机构、蜗轮蜗杆机构或凸轮机构并且与驱动马达连结,以通过驱动马达与传动机构驱动第二载具20运作以驱使第二透光薄膜21相对于第一透光薄膜11进行旋转运动、远离运动或靠近运动等相对运动。
本发明实施例的薄膜光学镜头装置1的第一透光薄膜11与第二透光薄膜21之间可通过进行相对运动,使第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间产生摩尔纹(moirépattern)效应,从而达到影像放大的效果,此进一步配合附图说明如下。
如图1至图6所示,在本实施例中,薄膜光学镜头装置1包括一光感测器40,光感测器40具有一收光区41,光感测器40是以收光区41朝向第二透光薄膜21的第二出光面23设置。上述光感测器40具体上可为感光元件,例如感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)、互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)、或互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(CMOS Active pixel sensor)。
承上,在本实施例中,薄膜光学镜头装置1的第一微透镜阵列MLA1的多个第一微透镜121的尺寸大小及第一排列周期L1是与第二微透镜阵列MLA2的多个第二微透镜231的尺寸大小及第二排列周期L2相同。借此,构成第一微透镜阵列MLA1的多个第一微透镜121分别对应于第二微透镜阵列MLA2的多个第二微透镜231。
如图1至图6所示,薄膜光学镜头装置1在影像拍摄或撷取过程中,外部物体O所产生的物光L可从第一透光薄膜11的第一入光面12进入第一透光薄膜11中,由于第一入光面12设有多个第一微透镜121,因此,第一透光薄膜11的第一出光面13会形成多个对应于外部物体O的多个倒立微小影像It,且多个倒立微小影像It分别对应于多个第一微透镜121。如图1、图5及图6所示,经由驱动件30驱动第二载具20驱使第二透光薄膜21相对于第一透光薄膜11进行旋转一特定角度θ(例如0.1°、1°或2°)后,可使第一透光薄膜11的第一微透镜阵列MLA1与第二透光薄膜21的第二微透镜阵列MLA2之间产生摩尔纹(moirépattern)效应,使物光L由第二透光薄膜21的第二入光面22入光并从第二出光面23出光而传递至光感测器40的收光区41时,可通过摩尔纹效应将其中一个第一微透镜121所产生的倒立微小影像It放大并成像于光感测器40,从而于光感测器40上形成对应于外部物体O的摩尔纹放大影像Im,也就是说,上述摩尔纹放大影像Im是指物光L由第一入光面12进入第一透光薄膜11、并经由摩尔纹效应后从第二透光薄膜21的第二出光面23出光至光感测器40的收光区41而产生对应于外部物体O的放大影像。
借此,本发明实施例的薄膜光学镜头装置1整体设计能够大幅薄形化,例如第一透光薄膜11与第二透光薄膜21的厚度可分别在100μm~1000μm而大幅小于目前市面上的光学镜头的厚度,且薄膜光学镜头装置1能通过第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间的摩尔纹效应保持既有影像拍摄与撷取功能。
如图7所示,为本发明第一透光薄膜11与第二透光薄膜21的另一实施例,本实施例与上述图3的实施例的差异在于,本实施例的薄膜光学镜头装置2的第一透光薄膜11A上的第一微透镜阵列MLA1的多个第一微透镜121的第一排列周期L1不同于第二透光薄膜21A上的第二微透镜阵列MLA2的多个第二微透镜231的第二排列周期L2,在此第二排列周期L2是大于第一排列周期L1。借此,如图8所示,由于第一排列周期L1不同于第二排列周期L2,第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间不需进行相对运动即可产生摩尔纹(moirépattern)效应,从而产生对应于外部物体O的固定倍率的摩尔纹放大影像Im于光感测器40上,达到省略驱动件30的设置而节省成本。
再如图7与图8所示,本实施例的薄膜光学镜头装置2亦可通过驱动件30驱动第二载具20驱使第二透光薄膜21A相对于第一透光薄膜11A进行旋转运动、远离运动或靠近运动等相对运动,从而使第一微透镜阵列MLA1与第二微透镜阵列MLA2之间产生不同的摩尔纹效应,而于光感测器40上形成不同倍率的摩尔纹放大影像Im。
如图9所示,为本发明第一透光薄膜11与第二透光薄膜21的又一实施例,本实施例与上述图3与图7的实施例的差异在于,本实施例的薄膜光学镜头装置3的第一透光薄膜11B的第一入光面12设有多组不同排列周期的微透镜阵列(在此为第一微透镜阵列MLA1’、第三微透镜阵列MLA3及第四微透镜阵列MLA4),第二透光薄膜21B的第二微透镜阵列MLA2可与上述第二透光薄膜21、21A相同,多个第二微透镜231之间可具有相同间隔距离。本实施例第一透光薄膜11B上的第一微透镜阵列MLA1’包括多排第一微透镜121,各排第一微透镜121是朝图中X轴方向横向排列(在此第一微透镜阵列MLA1’是由第一横排、第四横排、第七横排、第十横排、第十三横排及第十六横排的多排第一微透镜121构成);本实施例的第三微透镜阵列MLA3包括多排第三微透镜122,各排第三微透镜122也是朝图中X轴方向横向排列并与多排第一微透镜121彼此交错设置(在此第三微透镜阵列MLA3是由第二横排、第五横排、第八横排、第十一横排及第十四横排的多排第三微透镜122构成);本实施例的第四微透镜阵列MLA4包括多排第四微透镜123,各排第四微透镜123也是朝图中X轴方向横向排列并与多排第一微透镜121与多排第三微透镜122彼此交错设置(在此第四微透镜阵列MLA4是由第三横排、第六横排、第九横排、第十二横排及第十五横排的多排第四微透镜123构成)。
上述第一微透镜阵列MLA1’的多个第一微透镜121具有第一排列周期L1,在此第一排列周期L1指的是多个第一微透镜121之间的横向间距。第三微透镜阵列MLA3的多个第三微透镜122具有第三排列周期L3,在此第三排列周期L3指的是多个第三微透镜122之间的横向间距。第四微透镜阵列MLA4的多个第四微透镜123具有第四排列周期L4,在此第四排列周期L4指的是多个第四微透镜123之间的横向间距。此外,上述第一排列周期L1、第三排列周期L3及第四排列周期L4不同,例如在本实施例中,第一排列周期L1大于第三排列周期L3,第三排列周期L3大于第四排列周期L4,使第一微透镜阵列MLA1’、第三微透镜阵列MLA3及第四微透镜阵列MLA4能够分别产生不同的光学效果(例如第一微透镜阵列MLA1’可产生望远镜头效果,第三微透镜阵列MLA3可产生标准镜头效果,第四微透镜阵列MLA4可产生显微镜头效果)。
借此,当驱动件30驱动第二载具20以驱使第二透光薄膜21B相对于第一透光薄膜11B进行相对运动时,第二透光薄膜21B的第二微透镜阵列MLA2能够分别对应于不同排列周期的第一微透镜阵列MLA1’、第三微透镜阵列MLA3及第四微透镜阵列MLA4,从而产生不同的光学放大效果,此配合附图说明如下。
如图9至图13所示,第二透光薄膜21B可相对于第一透光薄膜11B进行远离运动或靠近运动以分别对应于不同排列周期的第一微透镜阵列MLA1’、第三微透镜阵列MLA3及第四微透镜阵列MLA4。如图10所示,当第二透光薄膜21B移动靠近第一透光薄膜11B,使第二透光薄膜21B的第二入光面22贴附于第一透光薄膜11B的第一出光面13时,可构成第二透光薄膜21B与第一透光薄膜11B之间为距离D1而对应于第一微透镜阵列MLA1’的焦点,此时,第二微透镜阵列MLA2可与第一微透镜阵列MLA1’之间产生摩尔纹效应,从而将其中一个第一微透镜121产生的倒立第一微小影像It1放大并成像于光感测器40,而于光感测器40上形成对应于外部物体O的第一放大倍率的第一摩尔纹放大影像Im1。如图11所示,当第二透光薄膜21B移动远离第一透光薄膜11B,使第二透光薄膜21B的第二入光面22与第一透光薄膜11B的第一出光面13为间隔距离D2而对应于第三微透镜阵列MLA3的焦点时,第二微透镜阵列MLA2则变成与第三微透镜阵列MLA3之间产生摩尔纹效应,从而将其中一个第三微透镜122产生的倒立第二微小影像It2放大并成像于光感测器40,而于光感测器40上形成对应于外部物体O的第二放大倍率的第二摩尔纹放大影像Im2,由于第一微透镜阵列MLA1’的第一排列周期L1不同于第三微透镜阵列MLA3的第三排列周期L3,因此会产生不同影像放大效果而使上述第一摩尔纹放大影像Im1的第一放大倍率不同于第二摩尔纹放大影像Im2的第二放大倍率,在此第一摩尔纹放大影像Im1大于第二摩尔纹放大影像Im2。如图12所示,当第二透光薄膜21B再移动远离第一透光薄膜11B,使第二透光薄膜21B的第二入光面22与第一透光薄膜11B的第一出光面13为间隔距离D3而对应于第四微透镜阵列MLA4的焦点时,第二微透镜阵列MLA2则与第四微透镜阵列MLA4之间产生摩尔纹效应,从而将其中一个第四微透镜123产生的倒立第三微小影像It3放大并成像于光感测器40而产生对应于外部物体O的第三放大倍率的第三摩尔纹放大影像Im3,由于第一微透镜阵列MLA1’的第一排列周期L1、第三微透镜阵列MLA3的第三排列周期L3以及第四微透镜阵列MLA4的第四排列周期L4皆不相同,因此会产生不同影像放大效果,使上述第一摩尔纹放大影像Im1的第一放大倍率、第二摩尔纹放大影像Im2的第二放大倍率以及第三摩尔纹放大影像Im3的第三放大倍率皆不相同,在此第一摩尔纹放大影像Im1大于第二摩尔纹放大影像Im2,第二摩尔纹放大影像Im2大于第三摩尔纹放大影像Im3。借此,本实施例通过在第一透光薄膜11B的第一入光面12设有多组不同排列周期的微透镜阵列,可在同一薄膜光学镜头装置1产生不同倍率的光学放大效果(例如望远、标准或显微效果)。
如图13至图15所示,第二透光薄膜21B亦可相对于第一透光薄膜11B进行旋转运动以分别对应于不同排列周期的第一微透镜阵列MLA1’、第三微透镜阵列MLA3及第四微透镜阵列MLA4。如图13所示,当第二透光薄膜21B相对于第一透光薄膜11B旋转一第一角度θ1(例如第一角度θ1为0.1°)时,第二微透镜阵列MLA2可与第一微透镜阵列MLA1’之间产生摩尔纹效应,从而形成上述对应于外部物体O的第一放大倍率的第一摩尔纹放大影像Im1于光感测器40上。如图14所示,当第二透光薄膜21B相对于第一透光薄膜11B旋转一第二角度θ2(例如第二角度θ2为1°),第二微透镜阵列MLA2则与第三微透镜阵列MLA3之间产生摩尔纹效应,从而形成上述对应于外部物体O的第二放大倍率的第二摩尔纹放大影像Im2于光感测器40上。如图15所示,当第二透光薄膜21B相对于第一透光薄膜11B旋转一第三角度θ3(例如第三角度θ3为2°),第二微透镜阵列MLA2则改与第四微透镜阵列MLA4之间产生摩尔纹效应,从而形成上述对应于外部物体O的第三放大倍率的第三摩尔纹放大影像Im3于光感测器40上。借此,同样可在同一薄膜光学镜头装置1产生不同倍率的光学放大效果(例如望远、标准或显微效果)。
如图16所示,为本发明薄膜光学镜头装置另一实施例的平面图。本实施例与上述图1至图6的实施例的差异在于,本实施例的薄膜光学镜头装置4的第一载具10更承载有至少一片透光薄膜,在此第一载具10承载有第三透光薄膜15与第四透光薄膜17,第三透光薄膜15与第四透光薄膜17叠置于第一透光薄膜11上,第三透光薄膜15的表面16设有多个微透镜161(在此为凸透镜,但亦可为其他光学透镜),多个微透镜161二维排列于表面16上形成微透镜阵列MLA5。第四透光薄膜17的表面18设有多个微透镜181(在此为凹透镜,但亦可为其他光学透镜),多个微透镜181二维排列于表面18上形成微透镜阵列MLA6,上述微透镜阵列MLA5与微透镜阵列MLA6排列周期可不相同、或者微透镜阵列MLA5与微透镜阵列MLA6在不同横排上采用不同微透镜(例如标准透镜、放大透镜或显微透镜),使第二透光薄膜21与第一透光薄膜11之间进行相对运动而产生摩尔纹效应后,可形成不同的光学放大效果。