TWI425292B - 外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法與裝置 - Google Patents

Description

外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法與裝置

本發明涉及一種可外掛於手機上用的裝置，尤指一種藉由外掛裝置調制不同紅外輻射強度與紅外通過之方法輔助手機紅外成像。

目前手機概況

目前市場通訊用而且具有攝影功能的智慧型手機(mobile phone/smart phone)其內部的影像感測器(image sensor)，都可以感應從可見光到紅外(400nm~1,000nm)範圍的波長。所以，在環境照度不足的地方，採取輔助的光源(例如照明燈或紅外光源)的照射，都可使此手機內的影像感測器感應到可見光或紅外的成像。

通常，手機為了省電其中內部影像感測器大都是採用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)互補金屬氧化物半導體積體電路)，而極少部份高階或特殊用途者則會改用CCD(Charge-Coupled Device)光電荷耦合器件。

如同一般常見的攝影機一樣，手機內的影像感測器前也都會設置有一阻擋紅外(線)通過的濾光片(例如俗稱的藍玻璃或ICF濾片)或薄膜，用以阻擋紅外進入(IR-CUT)而使成像產生「偏紅」。業界一般稱為紅外截止的濾光片ICF(Infrared Cut Filter)，如圖一。

請參閱圖一為紅外截止濾光片截止示意圖。

如圖一包含可見光Lvi(Visible Light)、紅外線(或稱紅外)Lir(Infrared Light)、一保護透明玻璃(或稱為鏡頭Len)11、一紅外截止濾光片12、一影像感測器13。

環境的光(例如陽光)中所包含的有可見光Lvi與紅外Lir(當然還有紫外線UV、微波Micro wave等等給予省略未提及)，入射到手機的保護透明玻璃11後再經一紅外截立濾光片12，由於紅外截止濾光片12截止了紅外Lir而僅讓可見光Lvi通過。所以，最後僅有可見光Lvi進入影像感測器13後成像。

可見光Lvi進入影像感測器13與影像處理器DSP的後段處理後，就可以攝取到所謂真實色彩(Truth Color)的影像。否則，在陽光下所拍攝的影像會因為紅外的介入，而使得影像顯得有些[偏]紅色，一般業者有稱為假色(False color)。

上述截止紅外Lir的方法大約可分為將紅外Lir[反射]回去或將紅外Lir[吸收]掉兩型。例如，鍍膜的ICF大都是屬[反射]紅外Lir型而藍玻璃是[吸收]紅外Lir型。

鍍膜的ICF造價較貴相對藍玻璃造價較便宜。

請參閱圖一A為藍玻璃截止紅外光譜示意圖。

使用可吸收紅外的藍玻璃，藍玻璃的功能類似水晶材料的ICF濾片，它對入射400~700nm的可見光透過率約90%，但對入射700~1,000nm的紅外是被[吸收]而無法通過。

如圖一A，藍玻璃截止紅外光譜圖的高峰處於500nm，這對人眼而言其約在380nm~600nm彩色的可見光Lvi範圍之成像較柔和一些(相 對圖一C的鍍膜片)，成像的品質(不偏紅)顯得不錯。有的通訊高階的智慧型手機會另外加鍍上一減反射AR膜來提高成像的品質。

通常，具有可攝影功能的手機中，要達到可以在夜間(或環境照度不足)環境進行拍攝錄影，大致上採用有兩種方法：第一種是以投射人眼可看見的白光(可見光)輔助照明的方法以及；第二種是以投射人眼不可看見的紅外輔助輻射的方法。

第一種投射LED白光燈(錄影時)或閃光燈(拍照時)，用以輔助手機在環境白光照明不足時，可使手機內的影像感測器如同在白天有足夠照明環境下一樣，可以感應到可見光的影像，如此手機可拍攝到可見光彩色的影像。

第二種是投射紅外光源(Infrared source，例如可輻射紅外的發光二極體IR-LED)，用以輔助手機環境中紅外不足時的照明，使手機內的影像感測器如同在黑暗環境中具有足夠的紅外能量照明一樣，可以感應到紅外的影像，如此手機可拍攝到紅外單色(mono)的紅外影像。但是，對於第二種投射紅外光源成像的方法，先決條件是紅外可通過進入手機內的影像感測器。若加入ICF則顯然成像品質不佳或不能成像。

對於第二種投射紅外光源的方法，在近年國際展中有廠商展示出可夜視(Night Vision)功能的智慧型手機，如此使手機可拍攝到紅外單色影像的功能，其中大致上採取有兩類處理方法：第一類是以軟體處理的方法以及；第二類是以硬體處理的方法。

在第一類的軟體處理中，大部份在可見光的彩色影像基礎上，以應用軟體程式將可見光的彩色影像作後段配色等的影像處理，使手 機的LCD屏幕上可以顯示以軟體模擬的夜視效果。

例如，在2010年美國蘋果(Apple)出品的智慧型手機iPhone中，由其軟體資料庫App Store內，用戶可下載Photo-Desk軟體後去執行，就可以在手機LCD屏幕上顯示「模擬」的紅外影像，並非手機iPhone真正攝取真實的紅外影像。

在第二類的硬體處理中，大都是在手機影像感測器13上黏貼有一稱為日夜型濾光片。如此，白天可攝取彩色可見光影像，晚間在紅外光源輔助下又可攝取紅外影像。

但是，在第二類的硬體處理中，手機影像感測器13是同時可通過可見光與紅外的，如圖一B、C。

近年來，包括安全監視防盜攝影機(Security Camera for environment)、手持式攝錄影機(Digital Video Camcorder)與部份高階智慧型手機等裝置中具有攝影功能者，其攝影機的影像感測器前大都設置有一種日夜型的濾光片，使可見光波段範圍與紅外波段範圍的入射光，均可通過此型的濾光片進入其影像感測器內感應成像。

請參閱圖一B為日夜型濾光片成像示意圖。

由圖一B中，環境的光(例如陽光)中所包含的有可見光Lvi與紅外Lir，入射到手機的保護透明玻璃11後再經一日夜型濾光片14，由於日夜型濾光片14能夠讓可見光Lvi與紅外Lir兩者同時通過，最後都均可通過進入其影像感測器內感應成像。所以，在白天可攝取彩色可見光影像，以及在紅外光源輔助下又可攝取紅外影像。

但是，圖一B所示，入射於保護透明玻璃11後之紅外Lir通過 日夜型濾光片14之前後，分成有兩種不同能量的紅外：通過日夜型濾光片14之前為紅外Lir/1的能量，通過日夜型濾光片14之後為紅外Lir/2的能量，圖中所示紅外Lir/1的能量相對明顯大於紅外Lir/2的能量。 為什麼會這樣？

請參閱圖一C為日夜型濾光片光譜示意圖。

如圖一C所示的日夜型濾光片光譜圖，其中縱座標為穿透率百分比T%橫座標為波長(單位nm)。

圖一C中，日夜型濾光片14雖然能夠讓可見光Lvi與紅外Lir均通過。但是，可通過的紅外Lir被限制在以中心波長為850nm的範圍。也就是說，如果一個輔助的紅外光源其所輻射的紅外從700nm~1,100nm範圍等較大的能量，通過日夜型濾光片14之後，僅有以中心波長為850nm的範圍(850nm±20)有效濾波(通過)，其餘因無法被有效感應而浪費掉了。因此，這個輔助的紅外光源其所輻射的紅外從700nm~1,100nm的大範圍，與以中心波長為850nm的範圍是差不多的。

由於，中心波長為850nm(約±20nm)的紅外光源，其輻射時常伴隨紅色光點(Red glow)俗稱為紅暴。因此，也可以改用中心波長為940nm的紅外光源。但是，應注意不可再採如圖一C中心波長為850nm的濾片，而要改以中心波長為940nm的濾片，否則，如圖一B有能量的損失，影響成像品質。

翻閱國際著名電子零組件代理商Digi-Key的網站資料查看可知，有各類規格不同的紅外光源IR-LED，其輻射中心波長有850nm、880nm、920nm、940nm等數種。其所搭配的日夜型的濾光片則需因應其 所搭配的紅外光源，否則，成像效率不彰。

但是，由圖一B、C中可知道的是：通過日夜型濾光片14的入射光在400~700nm(可見光)這區域與在850nm±20(紅外)這區域均為手機影像感測器13的透光區域。

如何辨識是否為此日夜型濾光片？

這可由利用一只家用電視機的紅外遙控器來測試，按下紅外遙控器之按鈕後，對準此手機的攝影機鏡頭照射，此時，在手機液晶屏幕(LCD)上若看到一大塊過渡曝光區域則表示透過紅外的比例多；反之，若看到僅僅一小點過渡曝光點則表示透過紅外的比例相對很少。

目前，在攝影防盜安全產業界，較高階的日夜型攝影機(Day & Night Camera)大都設置有一電動雙濾片切換的裝置，通電後可以選擇讓紅外通過或截止。

這種電動雙濾片切換的「電動」係自動感應的方式。其中自動感應方式主要作用是藉由一光感測器(Light Sensor)感測環境照度是否大於一預設值(例如10Lux)？如果是，則在影像感測器前自動切入一紅外截止濾光片，使入射的入射光濾除掉紅外的部份，讓剩餘的可見光進入以便攝取到真實的色彩。如果否，則在影像感測器前自動切入一普通透明玻璃片(同時移除紅外截止濾光片)，使入射的入射光包含紅外與可見光兩者一起進入，依紅外與可見光兩者各別的大小，形成可以攝取到可見光或紅外或可見光與紅外的混合影像。

電動雙濾片切換的裝置若是要設置在手機影像感測器前，則體積(包含驅動馬達與驅動結構)不宜太大。否則，使手機使用者攜帶不方 便。今後，若要切換濾片功能，體積結構的設計必須短小，結構更要簡單。

目前，雙濾片切換裝置的切換方法，不論是電磁力驅動或小型直流馬達驅動方式，常常出現雙濾片切換不完全的缺失。例如，一透明玻璃片與一阻擋紅外通過的濾光片ICF濾片之間切換不完全，使一部份的透明玻璃或一部份的ICF同時交集涵蓋出現在影像感測器上，使得感應輸出的影像畫面形成兩塊明顯不同的區域而直接影響成像品質。

目前附設有攝影功能的手機，其影像感測器前所裝設的一ICF，並不能百分比百隔離紅外，多少都會滲漏一小部份的紅外。在多數的場合，例如當大部份進入的可見光[蓋過]此小部份的紅外時，成像看不出有偏紅現象，因此可忽略此小部份的紅外。目前仿造著名國際名牌的[山寨]手機，為節省成本，採用粗糙品質的ICF而影響成像品質。

市場上具有紅外夜視(Night Vision)功能的手持式攝錄影機(Digital Camcorder)，以日本Sony型號為DSC-F707者為常見。其切入夜間無光線拍攝模式時，有兩種功能可供操作者手動操作：其中一個NightShot功能是由操作者手動移除一具有紅外截止功能的濾光片(類似ICF)，再輔以紅外光源的輻射。

另一個Night Framing功能則是採用可同時感應可見光與紅外波長的影像感測器，類似前述之日夜型濾光片14。

可惜，一些不肖使用者，利用紅外可穿透尼龍布料的游泳裝對婦女進行[偷拍]，致使其產品DSC-F707下架。

DSC-F707除其本身的影像感測器可對紅外波段感應以外，再搭配合適的紅外濾光鏡也是不可缺少的。例如Hoya R72、RM90； B+W 092、093；Kaya PF2、PF4；Kodak Wratten 87、87C等，這些濾光鏡不同之處主要在於讓可見光可通過的比例多寡。

目前市售的光學低通濾光片已經允許部份的、相對較多的紅外透過，例如日本製Nikon的D70/D70s以至於後來的D50。專業攝影師的攝影機上使用外掛式濾光片，例如Hoya RM90濾掉900nm以下波長，Hoya R72、Wratten 89B濾掉720nm以下波長。這些專業濾光片(濾鏡)是勢必要環境將此濾鏡手動套在攝影機鏡頭螺紋上旋轉鎖住，用以拍攝奇特的紅外藝術照(Infrared Photo)。因此，只要另外增加一紅外光源的輔助下，就可以攝取到紅外的影像。

由圖一B、圖一C可知，採用不適當的濾光片與不適當的紅外光源，那麼手機LCD屏幕上就無法顯示出適當的紅外影像或者僅顯示出品質很差的紅外影像。

濾光片產品主要依據光譜波段、光譜特性、應用特點等方式來分類。

光譜波段：紫外(280nm~400nm)濾光片、可見光(400nm~700nm)濾光片、紅外(700nm~1,000nm)濾光片；光譜特性：帶通(僅可通過所選定的波段範圍通過)濾光片、截止(僅可截止所選定的波段範圍通過)濾光片、分光濾光片、反射濾光片等。

其中，較須注意的應用特點係在光譜特性(如後面實施例說明)。截止紅外(僅可截止所選定的波段範圍通過)濾光片ICF與OLPF有何不同？

簡單說，ICF是控制波長而OLPF是控制頻率。

一般俗稱的OLPF(Optic Low Pass Filter)光學低通濾光片，是一具有吸收紅外(IR Absorption Filter)功能的濾光片。主要應用在較高階的影像感測器上面，因為當感測器在高解析度的影像成像時，會受到不同空間頻率的干涉影響(spatial frequency)，造成所謂莫爾條紋(Moire Pattern)的影響，影像會出現鬼影或異常條紋。利用OLPF石英結晶結構的雙折射(birefringency)效應，能夠使成像消除莫爾條紋的影響。

由於細條紋的方向不同，需用相對應角度的光學低通濾波晶片加以消除，又因為不同型號的CCD攝像機與CMOS影像傳感器在規格上有些差異，為針對不同的型號及同時兼顧不同方向所產生的干擾雜音，需用不同厚度、片數、角度組合的OLPF的設計，以提高取像品

目前的光學低通濾光片OLPF通常是由幾片石英片疊合在一起，各石英片各有不同的光學功能，有的附加IR-cut，有的附加AR減反光(因石英的折射率與空氣不同，所以在介面上會產生反射而降低入射光的强度，為了降低反射的損失，在低通濾光片OLPF的另一面鍍上一減反射AR膜以提透過率，並提高取像品质)。

市場上常見的光學低通濾光片OLPF有所謂兩片式，是由兩片石英組成。三片式的是一片玻璃與兩片石英組成。此類玻璃上常鍍有IRcut膜，有的一片玻璃是具有吸收紅外(IR Absorption Filter)的功能。

因為光學低通濾光片OLPF牽涉了相當多還在專利保護階段的技術，光學低通濾光片OLPF的好壞等於直接決定了成像畫質的主要關鍵，許多生產廠商莫不將此一資訊列為機密嚴格控管。

光學低通濾光片OLPF的主要工作用來過濾入射光中不同 頻率波長光訊號傳送至CCD，並且避免不同頻訊號干擾到CCD對色彩的判讀。光學低通濾光片OLPF有三至五片玻璃組成時，其中有一片稱為紅外吸收玻璃是用來吸收紅外的，作用與紅外濾光片一樣是要阻擋紅外的通過。

由圖一B與圖一C可知：此種日夜型濾光片的攝影機，其影像感測器均可以「同時感應」到可見光與紅外的波長(400~1,000nm)範圍。

這種的「同時感應」，若處於具有可見光與紅外兩者存在的狀況下，則進入手機內影像感測器後所混合的入射光，可能會產生有三種不同的情況：第一種為可見光大於紅外；第二種為可見光約等於紅外；以及第三種為可見光小於紅外

上述第一種情況下，例如在室外陽光下拍攝時因較多數的可見光[覆蓋]了較少數的紅外，而使得紅外能量減低，造成進入手機影像感測器後的影像在LCD屏幕上的顯示，如同僅有可見光影像一樣。

第二種情況下，可見光[約等於]紅外，造成進入手機影像感測器後的影像，在LCD屏幕上顯示出可見光與紅外兩者混合的影像；這種兩者混合的影像在LCD屏幕上顯示出以人眼看起來有點像似[過度曝光]的影像，成像色彩不佳的感覺。

這[過度曝光]的影像，似乎喪失了彩色的真實感也喪失了單色高對比度的層次。

第三種情況下，例如在夜間且有紅外光源輔助下，可見光遠小於紅外，造成進入手機影像感測器後的影像在LCD屏幕上僅顯示出紅外的影像。

採用上述日夜型濾光片的攝影機，若要作為紅外夜視功能作 用時，顯然須在第三種情況下才係可拍攝較[純]紅外影像較佳之條件。也就是說，手機的紅外夜視功能在較豐富的紅外光源下才可拍攝較[純]紅外影像。

拍攝較[純]紅外影像有何用途？主要係作紅外防偽辨識功用。此將在後面實施例中說明之。

在上述第三種情況下，紅外光源能量豐富的的大小與所需的電源是成正比的。對同一條件下的紅外光源，所需的電源越大，相對持續輻射的時間越長；所需的電源越小，相對持續輻射的能量越短。

對手機本身而言，紅外光源所需的電源越大，相對所輻射的能量越大。但也相對通話的時間就越短。對手機用戶而言，需求[長時間通話]功能的人必然比需求[夜視攝影]功能的人多。

因為，畢竟手機是用來作[通話]的功能，手機內的電源應是維持[長]通話時間為訴求。不可因夜視攝影功能而犧牲通話時間。 顯然地，對手機用戶而言，在不影響需求的可[長時間通話]之條件下，又可兼具有附加需求[夜視攝影]與其他之功能者，必然較佳的選擇。

[先前專利M281197案引證說明]

如先前中華民國新型專利證書第M281197案，其專利名稱為[用於可攜式攝影裝置的可切換前置附加鏡頭裝置]，其代表之圖示如圖二、圖二A與圖二B。

依M281197案說明書與圖示內容之揭露，顯然有其待改進的問題：請參閱圖二為先前專利M281197案創作示意圖一。

請參閱圖二A為先前專利M281197案創作示意圖二。

問題一：其輔助[夜視]拍攝之紅外光源所需的電源由其手機本身提供，會嚴重影響相對通話時間的減短。

如圖二所示之M281197案說明書述及[作為紅外線燈管(51)的電源由其手機(10)內的電源所提供]。

事實上，手機內有限的電源除攝影時LCD屏幕的消耗以外，再加上用做[夜視]拍攝所須紅外光源的消耗，以目前手機內置常用的一顆電壓DC3.7V容量1,000mA鋰電池而言，若通話時間可維持8小時為例。而若以1.5W的紅外LED(約3~8公尺可視距離)以消耗1,000mA/小時來作夜視光源之簡單計算，做[夜視]拍攝不到一小時所消耗的電力幾乎就可使手機無法正常通話。所以，輔助[夜視]拍攝之紅外光源所需的電源不應該由其手機本身提供。

問題二：其輔助[夜視]拍攝之紅外光源不應該受其手機控制，以免因控制需求而造成不必要的干擾與增加成本和維修費用。如M281197案第五圖之說明書述及[本創作的附加裝置(50)前方設置一紅外線燈管(51)，其電源供應來自於手機本體(10)內，且紅外線燈管(51)受該手機控制，而該附加裝置(50)與手機本體(10)結合後該紅外線燈管(51)才能發揮功效]。

又，如M281197案說明書記載：[紅外線發射光源有預留電路可與具有攝影功能之本體設備手機(10)接合...]，[該紅外線燈管(51)又受該手機(10)控制]...。

問題三：其附加裝置內附加過多相對複雜的結構，徒增原手機組裝的成本與容易故障的可能性。

M281197案的第一圖、六圖、七圖所示述及[該附加裝置(50)上的切換機構(20)係樞設有一圓形轉盤(25)，該轉盤(25)中心以定位梢(52)樞固定於該附加裝置(50)的殼內...]。

如M281197案的第一圖、六圖、七圖所示述及[該轉盤(25)上設置有六個不同功能的附加光學透鏡裝設孔(21)...]；以及第十一圖[此切換機構(20)的轉盤(25)對應於V形定位槽(22)分佈設置凸點狀感應結構(24)，而該附加裝置(50)外殼與切換機構(20)之轉盤(20)中間設置一接觸式感應器(40)，該感應器(40)上有數個接觸開關(41)，當該切換機構(20)之轉盤(20)轉至預設定位時，該切換機構(20)轉盤(25)上的凸點狀感應結構(24)便會觸動該感應器(40)上的特定開關(41)，此時，不同開關(41)被觸動代表不同的附加光學鏡片發生作用]。

實際應用中可以省略掉凸點狀感應結構(24)、感應器(40)上與其數個接觸開關(41)的結構。

問題四：一次設置過多不同功能的附加光學透鏡會增加結構體積與使用的複雜。

M281197案說明書述及[該轉盤(25)上設置有六個不同功能的附加光學透鏡裝設孔(21)...]。

使用上，其轉盤(25)上不一定是要設置有六個不同功能的附加光學透鏡，例如其中可得到近拍放大的功能的正屈折力透鏡(211)，通常手機內軟體已有近拍放大的功能了。

事實上，增加軟體比增加硬體可節省手機的體積。

問題五：其附加裝置上不要有電氣線路與其手機本體上的電 氣線路接通，以免影響手機本體通話的安全認證與維護。例如M281197案說明書述及[該感應器(40)另利用該附加裝置(50)上的電氣線路(53)與該手機本體(10)上的電氣線路(13)接通，不同開關(41)被觸動時會使訊號回傳至手機本體(10)]。

M281197案說明書述及[該感應器(40)上有的數個接觸開關(41)與該切換機構(20)轉盤(25)上的凸點狀感應結構(24)]。實際使用時，並無必要增加其不同開關(41)被觸動時將訊號回傳至手機本體(10)，因為使用者僅須手動旋轉轉盤(25)即可達成此功效。

附加裝置上若有電氣線路與其手機本體上的電氣線路接通，增加電磁干擾通過安全認證的困難。

問題六：手機的觸動該感應器(40)與特定開關(41)，有時會因在體積較小空間與使用者經常的移動，會造成鬆動而不容易對準與失靈。

問題七：揭露不足與不當的附屬項。

M281197案說明書述及[鍍上紅外光穿透而可視光不穿透之膜層平板玻璃214]；但在此案說明書與圖式等中並未揭露此塊[鍍上紅外光穿透而可視光不穿透之膜層平板玻璃214]在其手機本體(10)上作何用途？又如何與手機本體(10)搭配使用？是什麼樣的膜層光譜？搭配何種紅外光源？

具有一般通識者若不經多次實驗如何具體實施？不能僅僅述及[鍍上]、[紅外光穿透而可視光不穿透之膜層]等名詞，而將其所習知的名詞通通一併列入說明書內部與限制於其附屬項專利範圍？

由上述之問題一~六，有必要設計一簡易的結構用以解決上 述的問題。

由上述之問題七，缺乏必要的說明[鍍上紅外光穿透而可視光不穿透之膜層平板玻璃214]與其手機本體(10)作何關聯的問題。

[先前美國專利US2010/0128129A1案引證說明]

依據US2010/0128129A1案此案說明一獲取影像的裝置(100)與方法。如說明書第2頁第[0033]The apparatus 100 of an image may receive visible light and an infrared ray(IR)and generate a color image and a depth image之說明：它是接受可見光(VISIBLE LIGHT)產生彩色影像(Color image)與接受反射後的紅外(REFLECTED IR)產生深層影像(Depth image)。

如圖一的實施方式與說明書說明：其中入射的可見光與反射後的紅外，係經一光學透鏡(LENS 102)後再進入一濾光片組件110。

濾光片組件110係由一操作單元130操作一馬達(MOTOR)來旋轉第一濾光片(FILTER 1)與一第二濾光片(FILTER 2)，如圖七所示。

如說明書第2頁第[0036]According to example embordiments, a filter set 110 may pass only light corresponding to visible light in first operation mode. Accordingly, a sensor unit 120 may sense the light passing through the filter set 110 under control of the control module 103, and provide an electric signal to a processor 104, AIso, the processor 104 may generate the color image using the electric signal. [0037] The filter set 110 may pass a reflected IR which was emitted by the IR LED 101 in a second operation mode. Accordingly, the sensor unit 120 may sense the light passing through the filter set 110 under control of the control module 103, and provide an electric signal to a processor 104, Also, the processor 104 may generate the depth image using the electric signal之說明：經過濾光片組件110入射到一光感測單元(Sensor Unit,120)上，此光感測單元(120)將感測到的入射光提供一電子信號(electric signal)給一微電腦處理器(Processor 104)，此微電腦處理器104再利用此一電子信號產生一彩色影像或深層影像。

如說明書第2頁第[0034]Alight emitting, forexample, an IR Light-Emitting Diode(LED)101 may emit an IR under control of a control module 103, that is, an LED driver and sensor controller 103.之說明：光感測單元的感測動作與IR-LED 101發射紅外的動作是受一控制器(LED DRIVER & SENSOR CONTROLLER 103)所控制。

綜上說明，依2009年11月申請的US2010/0128129A1案有兩項重點在此提出：

(1)係以馬達來旋轉第一濾光片(FILTER 1)與一第二濾光片(FILTER 2)。

有關利用馬達來旋轉複數只濾光片的先前專利中，尚有本發明人謝某在2000年5月申請的中華民國新型專利第191918號[電動式雙層近紅外濾光型防盜攝影監控裝置]，與本發明人謝某在2007年12月申請的中華民國新型專利第M356920號[具有日夜監視攝影功能的廣角反射鏡裝置]中均已揭露之。

(2)IR-LED 101發射紅外的動作是受一控制器所控制。

[其他新產品案引證說明]

在此有關其他新產品案的引證，舉出兩案帶有夜視功能之智慧型手機，此兩案係在本發明申請書撰寫時，由於本發明人參觀2010國際手機新產品發表會獲知之相關資訊，提出與本發明申請撰寫時之參考引證案。

第一案，韓國Samsung出品的SCH-W760智慧型手機，具有夜視功能，主攝影機是300萬像素，前置攝影機帶有紅外感應功能，此功能係可以根據光線的明暗調整光圈，從而捕獲黑暗中的風景，並能以黑白圖案顯示效果。

第二案，中國大陸真正首款紅外夜視手機，此係由中國振華集團2008年推出的OBEE628紅外夜視手機。

上述兩案的Samsung SCH-W760與OBEE628等夜視功能中，經維修商拆卸後發現確係內建有如前所述之日夜型濾光片14。

若以一只家用電視機的紅外搖控器照射，係可在此兩案Samsung SCH-W760與OBEE628手機LCD屏幕上發現有可穿透紅外的現象。

以單顆約0.1W的白光LED手電筒照射此兩案手機的攝影機鏡頭，在手機LCD屏幕上看到單點白光影像，表示可見光可透過。然後，再以同一單顆約0.1W的IR-LED手電筒照射手機的攝影機鏡頭，在手機LCD屏幕上也看到單點白光影像，表示紅外可透過。

當採用IPF濾鏡時，前者的單顆約0.1W的白光LED手電筒照 射手機的攝影機鏡頭時，在手機LCD屏幕上會看不到單點白光影像。

又，當採用IPF濾鏡，前者的單顆0.1W的白光LED若改為強10倍的1W白光LED，再以原手電筒照射手機的攝影機鏡頭時，在手機LCD屏幕上應還是看不到單點白光影像；若還是看到單點白光影像則表示此IPF濾鏡並非百分比百有效截止可見光。

經測試可知，上述兩案Samsung SCH-W760與OBEE628等的夜視功能中，均係採用可同時讓可見光與紅外通過的濾片或薄膜。

而且，根據上述兩案夜視功能手機或其他型手機等的目錄資料顯示，均無發現採用IPF濾鏡。

顯然，裝置IPF濾鏡對上述兩案夜視功能手機或其他型手機等，似乎無明顯的用途可言。在其夜視功能手機上捨棄採用IPF，在紅外光源輔助下，一樣具有可紅外夜視功能，顯然沒必要另加IPF濾鏡。除非，加IPF濾鏡可兼具紅外夜視以外的其他功能。

也就是說，上述兩案夜視功能手機或其他型等手機，裝置了IPF濾鏡到底有何作用與用途？目前尚無其專利與產品資訊可以證實此等手機裝置了IPF濾鏡的作用與用途？

在後面實施例可知，本發明的手機如何與搭配一IPF濾鏡？搭配後產生什麼用途？！為何需要調制紅外輻射的強度？

請參閱圖三為本發明實施例外掛裝置示意圖。

如圖三揭示具有攝影功能的手機10其可外掛式之裝置包括：第一裝置的可切換紅外為截止或通過之雙濾片組20、第二裝置的紅外 調制模組30、與第三裝置的支持座40，用以支持第一裝置與第二裝置。

請參閱圖四為本發明實施例外掛裝置組合示意圖一；請參閱圖四A為本發明實施例外掛裝置組合示意圖二；請參閱圖四B為本發明實施例外掛裝置組合示意圖三。

圖四與圖三相似均包含：第一裝置的可切換紅外為截止或通過之雙濾片組20、第二裝置的紅外調制模組30、與第三裝置的支持座40，用以支持第一裝置與第二裝置。

其中如圖四A所示更包含一手機充電插頭50(另一端包含交流電源100~240V輸入端未繪入)，當手機10***支持座40時可由此充電插頭11對手機10進行充電。

如圖四A所示支持座40包含一支撐手機10的兩個擋點40a，當手機10***支持座40欲進行充電時，已在此兩個擋點40a之間預留一空間可容納充電插頭50，如圖中的空間41(雙箭頭符號所示)，使得手機10***充電時乃可使手機10保持可「站立」的姿態如圖所示。否則，手機10充電插頭50進行充電時若手機10常因「橫躺」在地面上的AC電源插座旁，則容易被他人路過而被踩踏。

由圖四至圖四B以及前面圖三所示可知；本發明手機10的外掛裝置(紅外調制模組30、雙濾片組20、與支持座40)均可與手機10自由各自分離或是組合在一起。

而且，各外掛裝置之間，也是可以自由各自分離或是組合在一起。

請參閱圖五為本發明實施例輔助紅外成像方法示意圖。

如圖五所揭示的提供輔助紅外成像的方法包括：

(一)操作者以手動開啟調制紅外調制模組30使紅外調制模組30可輻射紅外Lir。

(二)調制紅外調制模組30的VR，使紅外調制模組30可輻射一定強度的紅外Lir。

(三)所輻射的紅外Lir對被攝物A投射，被攝物A所處的環境中可能包含有可見光Lvi與紅外Lir兩種。當可見光Lvi與紅外Lir兩種混合的入射光到達可切換紅外的截止或通過之雙濾片組20時，若雙濾片組20切換到IPF濾片時則僅有紅外Lir可進入手機10內成像，使此等手機10的LCD屏幕上可以看到清楚高對比度的紅外影像。

這紅外影像幾乎不包括有可見光的彩色影像(已被IPF濾片阻擋)，可說是較「純」的紅外影像。詳細請另參閱圖九所示說明。如圖五，若雙濾片組20切換到IPF濾片而且無Lir時，則因Lvi遠大於Lir但此Lvi又無法通過IPF濾片，這使得此等手機10的LCD屏幕上將看不到任何(可見光與紅外)的影像。

圖五中若紅外調制模組30關閉而無紅外的輻射，被攝物A所處的環境中若有足夠的紅外Lir輻射源時，則手機10的LCD屏幕上也可以看到清楚高對比度的紅外影像。

例如，白天在戶外的陽光下，因為太陽光約有45%的成份是紅外波段範圍。陽光下的紅外大都比紅外調制模組30所輻射的Lir強許多。圖五中紅外調制模組30開啟時所需的電源係由紅外調制模組30內部自備的，與手機的電源無關，如圖八說明。

由圖五可知；在環境具有足夠的紅外輻射源輻射下，此等手機10在白天或是夜間，均可拍攝到單色的紅外影像。

又，如圖五，當雙濾片組20切換到ICF濾片時則僅有可見光Lvi可進入手機10內成像，使此等手機10的LCD屏幕上可以看到真實(幾乎不含紅外)彩色(業界稱為True Color)的影像。這與一般具可攝影手機的拍攝功能是一樣的。

又再，如圖五，本發明實施例的手機10與一般具可攝影的手機不一樣的地方就是：本發明的手機10內部，在內部取像的鏡頭與影像感測器之間，不具備有可阻擋紅外進入的截止濾片，否則紅外無法進入影像感測器成像。

但是，如圖一所述之在內部取像的鏡頭與影像感測器之間如設置有日夜型濾片時，則在有足夠與可匹配的紅外輻射源的輻射下，則紅外與可見光兩者均也可進入影像感測器成像，此混合的紅外與可見光就產生前述之非「純」的紅外也非「純」的可見光。

為取得「純」的紅外或「純」的可見光，就得藉由雙濾片組20的切換動作實施之。

本發明的目的在於提供手機的一種可外掛裝置，使手機與各外掛裝置之間可以自由各自分離或是組合在一起，達到使用者簡易彈性使用的用途。

本發明的另一目的在於提供手機的一種可外掛裝置，使可外掛裝置具備裝置本體所須的電源，而不直接使用到手機本體內的電源，以免減少手機通話時間與降低其因共用而故障的發生率。

本發明的又一目的在於提供手機的一種可拍攝單純之紅外影像或是單純(真彩)之彩色影像。

本發明的再一目的在於提供手機一種可手動調制紅外光源輻射強度的方法，使此手機拍攝紅外影像時，可拍攝到適當距離的、高對比度(High Contrast)清楚的影像。

本發明的再一目的在於提供手機一種支持座40，用以支持雙濾片組20與紅外調制模組30；以及使手機可在站立狀況下進行充電工作。

為達成上述目的，本發明所揭露的可外掛裝置其技術方案有二：

(一)利用可外掛裝置的可切換紅外的截止或通過之雙濾片組20，以手動切換紅外截止的ICF或切換紅外通過的IPF等之雙濾片組20。

(二)利用可外掛裝置的紅外調制模組30，以手動調制方式控制紅外輻射的強度。

(三)利用可外掛裝置的支持座40，用以支持雙濾片組20與紅外調制模組30；以及使手機10與雙濾片組20與紅外調制模組30之間可自由分離與組合；更可使手機10在站立狀況下進行充電工作。

請參閱圖六為本發明實施例雙濾片組示意圖一；請參閱圖六A為本發明實施例雙濾片組示意圖二。

如圖六，包含可見光Lvi與紅外Lir的入射光，在雙濾片組20窗口經過紅外截止濾片ICF時，僅可以讓可見光Lvi通過進入影像感測器(Image Sensor)成像。

如圖六A，入射光L的可見光Lvi與紅外Lir，在雙濾片組20窗 口經過紅外通過濾片IPF時，僅可以讓紅外Lir通過(阻止可見光Lvi)進入影像感測器成像。

請參閱圖六B為本發明實施例ICF濾片組(如圖六)光譜示意圖；請參閱圖六C為本發明實施例IPF濾片組(如圖六A)光譜示意圖。

如圖六B、C中縱座標為穿透率百分比(T%)，橫座標為波長(單位為nm)。

如圖六B，ICF可穿透90%以上在400nm~700nm的可見光範圍。

如圖六C，IPF可穿透90%以上在700nm~1000nm的紅外(或稱近紅外)範圍。

如此，可使入射光L中僅僅可以讓可見光Lvi與紅外Lir兩者之任一者可通過而進入手機10內成像。

請參閱圖七為本發明實施例雙濾片組結構示意圖。

如圖七，雙濾片組20包含一空殼體21、一雙濾片模板22、一擋柱23。空殼體21上包含一圓孔21a、一細長滑槽21b、與一長方型槽21c等三個缺口。

其中，圓孔21a的缺口係對準手機10的攝影鏡頭，使入射光光經過圓孔21a後才能夠進入到手機10的攝影鏡頭。

其中，細長滑槽21b係可供使用者將推移板22a推入放置到空殼體21內，然後套入擋柱23。其細長的範圍係可供使用者用手指推動推移板22a的限制距離範圍。

此處的限制距離範圍至少是：可使ICF與IPF兩者的任一濾片移動到限制距離的兩端時，可以讓ICF與IPF兩者的任一正確地移動到圓孔21a的缺口處，使得入射光進入圓孔21a的缺口處後，必須經過ICF與IPF兩者的任一才可進入手機10攝影的鏡頭10a成像。

其中，長方型槽21c係供手機10上的按鈕而騰出其所需的位置。

雙濾片模板22更包含一推移板22a、與一對雙圓孔片22b。

雙圓孔片22b的兩個圓孔上分別黏貼有一ICF與一IPF等雙濾片。

因為可見光與紅外的成像有不同的焦點，一般紅外的焦點比可見光落後一些，為減少失焦現象，本實施例是把ICF鏡片厚度作成0.5mm而把IPF鏡片厚度作成0.4mm的不同厚度，以減少光程差，試驗結果失焦不明顯。

圓孔21a、雙圓孔片22b等兩者的大小範圍均需因應與手機10攝影鏡頭的大小範圍一致；否則若過大則影響空殼體21體積，過小則影響入射光進光位置與進光量。

擋柱23係使用者用手指推動的推移板22a在細長滑槽21b上移動時，避免雙濾片模板22被推出脫離細長滑槽21b。

當雙濾片模板22黏貼好一ICF與IPF雙濾片後就可放置入細長滑槽21b，然後塞入擋柱23，以免雙濾片模板22被推出細長滑槽21b。

請參閱圖七A為雙濾片組20與手機10組成示意圖一；請參閱圖七B為雙濾片組20與手機10組成示意圖二。

如圖七A雙濾片組20的圓孔21a需對準於手機10攝影的鏡頭10a，使入射光先經過圓孔21a後再穿過攝影的鏡頭10a進入成像。

其中雙圓孔片22b的大小範圍不宜過大，否則影響空殼體21體積。也不宜過小否則影響入射光進光位置與進光量。應加注意的是：使用者用手指推動推移板22a時，應使ICF或IPF兩片之任一片對準圓孔21a，若是兩片中各有一部份被移置到該手機10影像感測器的正前方，則會產生一幅一部份是可見光的彩色影像或另一部份是紅外的單色影像，因此使用者可以方便用手指推動推移板22a加以調整之。

本實施例採用的智慧型的手機10，在手機10上的前後側都各具有一大小不同的攝影機。其中一個體形較小像素較低(例如2M Pixel)的攝影機10b被設置於與其LCD同側(如圖七B)，係將使用者的自拍像可上傳網路用的；另一個體形較大像素較高(例如5M Pixel)的攝影機10a被設置於另一側(如圖七A)，係提供使用者用手機拍照用的。

如圖七A雙濾片組20的圓孔21a需對準於手機10攝影的鏡頭，使入射光先經過圓孔21a後再穿過攝影的鏡頭進入進行拍攝動作。

本發明手機10的雙濾片組20在實施例中，係外掛於手機10外部上，此乃係對於售後市場(after market)的手機而定的。將來若係量產時可考慮設計於手機10的內部。

也就是說，手機10在出廠前的加工組裝過程中，就把雙濾片組20設置在手機10內部的影像感測器與攝影鏡頭之間，由手機10外部幾乎看不到雙濾片組20，僅可看到一外露的小把手(類似圖七的推移板22a)。

如前圖六至圖七所述，雙濾片組20的IPF其主要是單獨讓紅外有條件可以進入手機10內的影像感測器來感應成像，使手機10可拍攝到較「純」的紅外影像。

本手機10為何需要拍攝到較純的紅外影像？

吾人由光學物理中可知，光速是固定的。不論紅外或是白光速度都是一樣，其中光速=波長×頻率(C=λ*f)。在電磁波光譜圖看到：因紅外波長較長，頻率就較低。而折射率與頻率有關，因由光疏介質進到光密介質折射的角度會不一樣。

紅外波長較長所以頻率就低，折射的角度會較小，紅外穿透力相對強。例如紅外可穿透一些較薄但可見光無法透過的材質，像是化學纖維布料、塑料、茶色玻璃等。

由於紅外影像的對比度相對於可見光影像，具有特別明亮的視覺效果。對於可大量反射紅外的待觀察物而言，其反射後的紅外影像就相對於可見光影像更加明顯。

例如，紅外對碳元素特別敏感，可以檢測出微弱的墨線，將吸收紅外的物質加入到一種油墨中而製成的紅外油墨，由於紅外油墨吸收紅外，如在印製品的某一局部用這種油墨，在日光下無任何反應，但在紅外照射下，可觀察到相應的信號或暗的圖文。

但是，對紅外無吸收的待觀察物而言，例如一張紅色圖案的紙張，在白光下可看到紅色的圖案，但在紅外照射下，的確僅看到一片空白的紙張而看不到紅色的圖案。

顯然，紅外對不同的待觀察物也呈現出不同的吸收特性。 也就是說，待觀察物若在白光照射下，可觀察到相應的彩色圖案與文字。若在紅外照射下，有的待觀察物可觀察到相應的單色的圖案與文字，有的待觀察物確是觀察不到任何東西。

另外，紅外相對於白光有著相對強的穿透力。例如有鑑識專家利用紅外具有穿透圖畫表層深入顏料內部的特性，為大師們的名畫辨識真偽。

有的待觀察物的物質借助於藍光、綠光或紫外的激發作用，在紅外區域發生一種螢光，是為一般所稱的紅外螢光攝影(Infrared fluorescence photography)。

正因為紅外影像能提供可見光所沒有的畫面資訊，紅外的單色影像(monochrome)同時能帶來跟黑白影像(B & W)完全不同的對比層次效果。這也是紅外與可見光最大不同的特徵之一。

如採用紅外與可見光兩者混合的入射光源，由於可見光的介入[模糊]了紅外的對比度，會使得這紅外的特徵顯得「不明顯」。其辨識的影像品質變[很]差使得其可紅外防偽的功能就大打折扣了，詳如實施例所說明。

本實施例手機10由於可隨身攜帶的方便，利用了單純的紅外拍攝功能，除可通訊(通話)以外；尚可發揮紅外夜視(Night Vision)與可對紅外文書進行防偽辨識的功能。

手機10在夜間拍照(相片)是採用閃光燈，但手機10在夜間拍錄(錄影)則有兩種方式：(1)是採用白光燈投射拍攝彩色影像，或(2)是採用紅外燈(光源)投射拍攝單色影像。

本發明手機10的紅外拍攝功能主要提供警方公安人員辦案搜證、紅外文書進行防偽辨識、以及學生夜間觀察夜形性生態(例如昆蟲)之用。如前所述較佳的方式係採用單純(不與可見光混合)的紅外。

手機10的紅外拍攝功能是依靠紅外光源的輔助，不論是夜間人工的輔助或白天自然環境(例如陽光)中含有的紅外輻射，係由被攝物體反射後再進入手機10的影像感測器成像。

本發明手機10的紅外拍攝功能所依靠的輔助紅外光源係來自紅外調制模組30。

請參閱圖八為紅外調制模組30組成示意圖一；請參閱圖八A為紅外調制模組30組成示意圖二。

如圖八，包含殼體30a、IR-LED(Infrared LED)紅外發光二極體、一電源開關SW、一半固定電阻VR。

殼體30a上設置有三顆一瓦的IR-LED其主要係輻射功率約3W(1W*3)其中心波長為850nm或940nm的紅外光源。

殼體30a前側端上設置有一電源開關SW，用以啟用(on)或關閉IR-LED的電源。

殼體30a前面板端上設置有一半固定電阻VR，用以調整PWM信號寬度比例來控制IR-LED的輻射強度。

如圖八A，包含有兩個輸出入接口(30b，30d)與三個小型LED指示燈30c；其中，電源輸出埠30b係指紅外調制模組30為放電輸出埠可輸出約4.7V~5V DC。30d充電時的接口以DC5V1A電源輸入。

其中，三個小型LED指示燈30c分別指示出[充電中]、[低電 量]與[高電量]的狀態。當電池降低3.2V[低電量]燈亮，當電池充滿4.7V[高電量]燈亮。LED指示燈30c係接受習知的電池管理IC電路信號輸出指示之。

紅外調制模組30係包含一可調制方法與一紅外光源組兩部分。

可調制方法係指可調制IR-LED所輻射的紅外強度。例如本實施例中是以PWM信號控制的調制方法。

紅外光源組係指可輻射紅外的輻射源。例如本實施例中是以850nm或940nm中心波長的IR-LED。

換言之，紅外調制模組30中可調制紅外強度的IR-LED係簡稱可調制IR-LED。

因為，輻射的強度與所輻射的距離的平方成反比；輻射的寬度與所輻射的距離有關，輻射越寬則輻射有效距離相對減少。

例如，遠距離5公尺約須IR-LED輻射功率1.5W。但是，近距離5公分辨識桌面紅外防偽文書，則因所輻射的強度[過強]而[蓋過]清楚的對比度影像範圍，其過度的曝光反而無法辨識。

也就是說，近距離白天觀察防偽文件則宜調低強度，有時為了增加辨識的對比度則又要適當地逐漸調高其強弱度。

又例如，在夜間約1公尺觀察圍竿內樹葉上的蝴蝶幼蟲，則宜適當地調制輻射強度，直到可看清楚被攝物為止。

因為，IR-LED比起其他的紅外光源(例如鹵素燈)而言，在同一功率下耗電較省。可採用一中心波長為850nm或940nm兩種規格較易購得。

至於，紅外調制模組30如何可以調制紅外所輻射的強度。調制紅外光源所輻射的強度，大多採取控制IR-LED的電流或電壓。目前有許多習知的控制IC與模板出售，此處不另說明，本實施例係採用PWM(pulse width modulation)方式配合一可變電阻VR來調整其脈寬，控制導通的脈寬信號比例用以調制IR-LED的亮度。

其實，目前有許多習知的LED控制亮度的應用電路與套件出售。最簡單的有僅是採用一可變電阻器者，效率較差。但是較多數是以脈寬調變PWM調光的方法。其他例如採用微處理器MCU或是運算放大器OP等也都可以應用於產生PWM電路。

產生PWM電路中，大都採用有一可變電阻器(常見的有圓形旋轉式或直線推移式)VR來調整其阻抗數值，用以調整PWM導通(ON)的時間比。例如在大於200Hz的某些頻率下，以0%到100%的不同的導通時間百分比(佔空比)來導通和關斷LED電源。在導通期間LED滿電流工作，而在關斷期間LED上沒有電流流過。另一種方法是控制流經LED串的電流量。這可能導致LED串的電壓下降。

因此可知，LED是一種非常容易改變其亮度的發光元件，只要輸入一個脈寬調制(PWM)信號，就可以調光。

L,L1,L2‧‧‧入射光

Lvi‧‧‧可見光

Lir,Lir/1,Lir/2,Lir/3,Lir/4‧‧‧紅外

IR-LED(Infrared LED)‧‧‧紅外發光二極體

ICF‧‧‧紅外截止濾片

IPF‧‧‧紅外通過濾片

SW‧‧‧電源開關

VR‧‧‧半固定電阻

10‧‧‧手機

10a‧‧‧攝影機

10b‧‧‧攝影機

11‧‧‧保護透明玻璃

12‧‧‧紅外截止濾光片

13‧‧‧影像感測器

14‧‧‧日夜型濾光片

20‧‧‧雙濾片組

21‧‧‧空殼體

21a‧‧‧圓孔

21b‧‧‧細長滑槽

21c‧‧‧長方型槽

22‧‧‧雙濾片模板

22a‧‧‧推移板

22b‧‧‧雙圓孔片

23‧‧‧擋柱

30‧‧‧紅外調制模組

30a‧‧‧殼體

30b‧‧‧電源輸出埠

30c‧‧‧三個小型LED指示燈

30d‧‧‧放電輸出埠

40‧‧‧支持座

40a‧‧‧擋點

41‧‧‧空間

50‧‧‧手機充電插頭

90‧‧‧黑箱體

91‧‧‧昆蟲

91a‧‧‧昆蟲的紅外影像

圖一為紅外截止濾光片截止示意圖

圖一A為藍玻璃截止紅外光譜示意圖

圖一B為日夜型濾光片成像示意圖

圖一C為日夜型濾光片光譜示意圖

圖二為先前專利M281197案創作示意圖一

圖二A為先前專利M281197案創作示意圖二

圖二B為先前專利M281197案創作示意圖三

圖三為本發明實施例外掛裝置示意圖

圖四為本發明實施例外掛裝置組合示意圖一

圖四A為本發明實施例外掛裝置組合示意圖二

圖四B為本發明實施例外掛裝置組合示意圖三

圖五為本發明實施例輔助紅外成像方法示意圖

圖六為本發明實施例雙濾片組示意圖一

圖六A為本發明實施例雙濾片組示意圖二

圖六B為本發明實施例ICF雙濾片組光譜示意圖

圖六C為本發明實施例IPF雙濾片組光譜示意圖

圖七為本發明實施例ICF雙濾片組結構示意圖

圖七A為雙濾片組20與手機10組成示意圖一

圖七B為雙濾片組20與手機10組成示意

圖八為紅外調制模組30組成示意圖一

圖八A為紅外調制模組30組成示意圖二

圖九為本實施例白天觀察昆蟲夜間活動示意圖

[一]、提供與製作組件：

如圖四本發明結構包含手機10、雙濾片組20、紅外調制模組30、支持座40。

(1)手機10若是採用現成手機就要改裝先行移除ICF或是生產加工過程中「不」設置ICF這種可阻擋紅外進入的玻璃濾片或薄膜，否則紅外不能進入影像感測器內成像。如一般手機採用日夜型濾片者也是可以用。

(2)製作雙濾片組20，雙濾片組20作法有兩種：第一種是外掛式與第二種是內置式。本實施例採取外掛式的雙濾片組20，如圖三、圖四、圖四A所示。

(3)製作紅外調制模組30如圖八，要使紅外調制模組30所 輻射紅外的方向，與手機10鏡頭所攝影取像的方向應被設置為一致的方向(如圖四B、圖九)。

其中，殼體30a的長度應比手機10的長度要[短]到不可擋住手機10的攝影鏡頭(如圖四B)。

其中，殼體30a內部設置有一可充電電池係採用一顆3.7V的鋰電池，充飽時為4.2V。旁側設置有一包含常用的電源管理IC控制電路板。

安置IR-LED所輻射的位置應盡量在殼體30a前端而且靠近手機10的攝影鏡頭處，使所輻射的方向與手機10鏡頭所攝影取像的方向盡量可靠近，以使所輻射的紅外輻射到被攝攝物後得到「較大」的反射量。

IR-LED係採用OSRAM Opyo Semiconductors出品的1W高功率紅外發光二極體(High power Infrared Illminator)。

安置一電源開關SW與一半固定電阻VR應以不妨礙使用者的操作，與不妨礙***支持座40的動作為原則。

(4)製作一支持座40，為減輕重量，主要以塑膠模製成簡單的機構。它因為要將紅外調制模組30組與一手機10可分別置入於支持座40空間的兩側，所以材質上選擇稍具彈性為佳。

支持座40的彈性設計應可讓一紅外調制模組30與一手機10，形成一容易可再次被「分離拆卸」與「重新組合」的作用，如圖四、四A、四B。

[二]、實施例一：

(二甲)白天下拍攝可見光影像：例如出遊或生日派對，僅想拍攝日常生活記錄的彩色影像，就不需要使用到紅外調制模組30。但是，需要注意雙濾片組20是否已切換到一ICF以利可見光進入，否則可見光不能穿透IPF成像。

(二乙)白天陽光下拍攝紅外光影像：白天出遊野外對於美麗的山水樹景，除了想拍攝可見光的彩色影像以外，還想拍攝到奇特的紅外影像，就把雙濾片組20切換到一IPF濾片，這奇特的紅外影像是單色高對比度的紅外照片或錄影所形成。這時，也不需要使用到紅外調制模組30。因為，白天陽光下的紅外約佔入射光45%可說是宛如另外備有的一免 費的紅外光源。

(二丙)辨識紅外偽造文書：本手機10要辨識紅外偽造文書，不論白天或夜晚，不論是在實驗室或餐桌上，隨手隨時可辨識。做辨識工作時，要把雙濾片組20切換到一IPF濾片，而且需要使用到紅外調制模組30來調制紅外的強弱度。

辨識紅外文書的方法：

(a)試作一待辨識的紅外文件：

(a1)利用目前印刷界流行的數位半色調(Digital halftoning)技術印製一張待辨識的紅外文件樣品。傳統的印刷技術，由於印刷或印表機列印圖像僅可控制著墨點的有無，無法表現出影像的連續色調，需透過半色調技術調整不同的形狀與不同大小的墨點，來間接模擬出連續色調的層次，使所列印出來的圖像在某一定的距離觀察時，人眼觀察鄰近墨點的積分與平均值，使得兩不同階段色調的輸出影像看起來有連續的色調。隨著電腦科技的快速演算與高解析度印表機的出現，這種印刷技術已流行於現代印刷界。本實施例為節省實施測試的成本，只好手動以現有材料製作一簡易的待辨識的紅外文件。

(a2)在個人電腦上的簡報Powerpoint，打出[紅外的文件]等字樣。其中，[紅]以紅字繪出、[外]以藍字繪出、[的]以黑字繪出、[文]以黃字繪出、[件]以綠字繪出。

然後，以噴墨印表機列印出印有[紅外的文件]五色字的紙張一張。

又再，在個人電腦上的簡報Powerpoint，打出[待辨識]等字樣。然後，將這張印已經有[紅外的文件]五色字的紙張放置入另一台雷射黑白印表機再次排序列印，最後，得到一張累積印有[待辨識的紅外文件]八字五色的紙張。

這八字是[待辨識紅外的文件]，五色是紅色、藍色、黑色、黃色、綠色等五色與一碳黑的黑色共五色的紙張。

一般商業印刷所用的CMYK的基本4色油墨當中的黑墨K，是以碳黑為主體的黑顏料，黑顏料呈現出從紫外區到紅外區的全區域的吸收。通常在市場上，雖存在著可發揮不吸收紅外的特異性質的安全記 錄材料，但基本4色當中將CMY3色重疊後人視覺看起來是黑色，但此「黑色」是不吸收紅外的。當使用手機10切入IPF與調制適當的紅外輻射來觀察時，便可看清用含有碳黑的黑墨K所印刷出來的圖像。

也就是說，用手機10看僅看到[待辨識]等字樣確看不到[紅外的文件]的字樣。

以上(a2)例僅是本手機10實施例的一試驗。真正的有價證件等當然不是如此簡單製成，有的更包含紫外線、各式螢光劑、雷射等等其他的新技術。但是，這對學校教學實驗確是一個好教材，尤其光電系與美術科系學生而言。

(b)紅外檢測觀察：

(b1)以(a2)為例，噴墨印表機列印出彩色大部份是屬透明色的CMYK四色墨水(也有的是六色墨水)形成。這些形成的墨水印字樣，對紅外是[透明]的，它們吸收紅外的結果，在本手機10的LCD屏幕不容易或看不到[紅外的文件]等的字樣。

雷射黑白印表機採用的是黑色碳粉，黑色碳粉對紅外是[不透明]的，它們不吸收紅外的結果，在本手機10的LCD屏幕很容易看到[待辨識]的等字樣。

當雙濾片組20切入ICF時，若紅外調制模組30所輻射紅外的強度不足時，由於可見光的介入，在本手機10的LCD屏幕會「隱約」或看到淺色[紅外的文件]等的字樣。

這就是為什麼需要單「純」紅外的原因之一。

所以，本手機10的雙濾片組20作紅外辨識工作時，切入IPF時可把介入的可見光阻擋，這使得辨識更清楚。

否則，調高紅外輻射強度，使紅外「蓋過」可見光，如此也可使得辨識更清楚。

目前，市場上已有多種紅外激發油墨(Infrared excitation ink)，這種紅外激發油墨印刷物在經過940nm~1,000nm的紅外照射後即可顯現出可見光的油墨印刷影蹟。例如，我國新台幣1000元紙鈔的防偽設計，部分印刷用的紅外油墨除了反射一般可見光，還可以反射紅外光，其中『兩個小孩』不是用這種紅外油墨所印刷，所以就看不到了！

一般無機化合物或有機化合物。經適當調整顏料、連接劑、添加劑三種成分的適當比例，即可製成不同用途的印刷油墨。這種油墨是因為將一種或數种吸收紅外的物質加入到油墨中而製成的，由於紅外油墨吸收紅外，例如在印刷品的某一局部用這種油墨，在日光下無任何反應，但在紅外輻射下，可透過手機10屏幕LCD上觀察到相應的信號或暗的圖案文字。

利用油墨對紅外波長範圍〈700~1500nm〉有不同的吸收特點，還可以匹配製成無吸收紅外防偽油墨和紅外吸收防偽油墨。無吸收紅外防偽油墨就是對紅外不具有吸收作用的印刷油墨。使用時可以由紅外吸收油墨和無吸收紅外防偽油墨組成一對。適用於墨斗中裝有隔色板的各種平印機印刷，也就是說墨斗中同時有紅外吸收油墨和無吸收紅外防偽油墨兩種，得到印刷品的圖案或字跡，也是由兩種油墨組成，單獨使用時，不受任何印刷條件的限制，此種油墨具有很好的防偽效果。也就是說，無吸收紅外防偽油墨和紅外吸收油墨的識別：在本手機10的觀測下，凡是使用紅外吸收油墨的地方，圖案和文字均清晰可辨，凡是使用無吸收紅外防偽油墨的地方，印刷品的圖案和文字均不可辨識。

若以人眼辨識，則有、無吸收紅外防偽油墨的地方，印刷品的圖案和文字均無法辨識。該種油墨的優點：防偽性強、技術難度大、使用簡單，幾乎不受任何印刷條件的限制。適用於票據、証卷等的防偽印刷。

上述的辨識動作，通常係可將待辨識文件平擺桌面上，使用者手持本手機10對待辨識文件作近距離(約5~20公分)拍攝。

近距離拍攝，若在待辨識文件的平滑表面上投射紅外光源時，經常會看不清楚使用紅外吸收油墨的圖案和文字；這是因為，所投射的紅外光源在平滑表面上產生過強的「反光」進入干擾成像。

為解決這在平滑表面上產生過強的反光現象，有兩種方法：

(一)就是調整紅外輻射的強弱。也就是將紅外調制模組30所輻射的紅外強度以PWM控制使其變弱直到可辨識清楚為止。

(二)將紅外調制模組30所輻射的方向不直接與平滑表面上形成垂直的照射，也就是說將紅外調制模組30所輻射的方向與平滑表面上形成一角度θ的照射，使此θ角度約在10~30度之間較佳。

(b2)白天觀察生態(例如昆蟲)「夜間」的活動：既然要在大白天來觀察昆蟲的夜間活動，就要對昆蟲製造一「模擬的夜間」環境。既然是夜間，當然對人眼的觀察也會不太清楚。一個夜間模擬的環境，本實施例就是製作了一個適當大小的黑箱體。

這黑箱體的材質(與IPF濾片相似可透過紅外)先決條件是要能透過紅外而阻擋可見光。這種稱為可透紅外的材質。能透過紅外才能被本實施例手機10所拍攝。要能阻擋可見光才可「模擬」夜間環境。

能透過紅外而阻擋可見光的材質，本實施例中使用的有下列兩種：

第一種是利用一種可透紅外黑色材料製作成一黑箱體。這種材料的取得係依本發明人謝某2006年的發明專利[可透紅外黑色塑料製品的製作方法和應用]包含有中華民國的發明專利I 328593、國際專利聯盟PCT/CN2006/002234、美國專利局電子申請號12307267等所揭露文獻製造而得的。

第二種是在一透明基板(substrate)上交替蒸鍍有SiO 2與TiO 2兩種不同高低折射率的氧化物，此類透明基板可以是透明玻璃或透明樹脂(例如PMMA,PC)，此類稱為鍍介電質薄膜的基板，以光學干涉原理鍍成僅讓紅外透過(約90%)而阻擋可見光通過(僅約1~10%左右可通過)的材料製成一可透紅外的黑箱體(這不是黑色，通常是黃金色或銀色，因不透光所以對箱體內的昆蟲而言也是黑暗的環境，故在此也簡稱為黑箱體)。

這類鍍膜製作方法有許多種，本實施例也是依本發明人謝某的新型專利證號M364878的[鍍膜基板成像的裝置]、新型專利證號M346031的[一種監視攝影用的雙層防護罩裝置]等所揭露文獻製得與應用之。

請參閱圖九為本實施例白天觀察昆蟲夜間活動示意圖。圖九包含一手機10、一雙濾片組20、一黑箱體90、一昆蟲91、一代表環境中的可見光Lvi、一代表環境中的紅外Lir/3、一代表Lir/3由黑箱體90內反射出來的紅外Lir/4、一代表紅外調制模組30所輻射的紅外Lir。

其中，圖九中黑箱體90內昆蟲(圖中以A字代表之)91是人 眼所看不見的，為便利說明將它繪入黑箱體90內，以一白色不規則形狀圖表示不透明黑箱體90內有一昆蟲91。

當雙濾片組20切換到一IPF時：首先，因為是在白天，或是在實驗室日光燈下，所以入射光L1包含有可見光Lvi與紅外Lir/3(環境中日光燈或實驗室外入射的陽光)兩種光源。

當入射光L1(可見光Lvi與紅外Lir/3)入射到黑箱體90時，入射光L1中的可見光Lvi被阻擋於黑箱體90外，而入射光L1中的紅外Lir/3可進入黑箱體90內。

黑箱體90內的昆蟲(圖中以A表示之)91經紅外Lir/3照射再反射後，其反射的紅外Lir/4再經過黑箱體90內部穿透出來，穿透出來紅外Lir/4若再經過IPF則在手機10的LCD上就可看到昆蟲91的紅外影像91a。

如果，原先代表環境中的紅外Lir/3其輻射能量太弱，以至於單獨的紅外Lir/3所輻射下，在手機10的LCD上乃看不清楚到昆蟲91的紅外影像91a，則可能室內的紅外Lir/3光能不足，這時可打開手機10上的紅外調制模組30輻射Lir加以輔助。

這時候，在手機10前方雙濾片組20的入射光L2中則包含環境中的Lvi、手機10上紅外調制模組30所輻射的紅外Lir(如有斜線的反向箭頭符號所示)、以及已進入黑箱體90內的Lir/3再穿透出來的紅外Lir/4，如圖中的L2=Lvi+Lir+Lir/4。

L2經手機10上雙濾片組20內的IPF過濾可見光Lvi，剩下Lir與Lir/4再進入手機10成像，手機10上的LCD屏幕則可清楚看到昆蟲91的紅外影像91a。

打開紅外調制模組30後，因為紅外調制模組30所輻射的紅外Lir大於黑箱體90內的Lir/3再穿透出來的紅外Lir/4許多(Lir>Lir/4)，這時應該可以「很清楚」看到昆蟲91的紅外影像91a。

若是因為Lir太強以至於看不清楚(例如有過渡曝光現象的畫面)昆蟲91的紅外影像91a。則旋轉VR調制紅外調制模組30的IR-LED的輻射強度，直到在手機10的LCD屏幕上看到較清楚的昆蟲91的紅外影像91a為止。

本實施例中，採用IPF濾片可清楚看到昆蟲91的紅外影像91a。

如果不用IPF濾光片，而可見光Lvi與紅外Lir均可通過時，那麼，情況又如何？

為便利說明，假設Lir甚大於Lir/3，則忽略Lir/3。也就是說，進入黑箱體90的紅外與自黑箱體90反射出來的紅外加總為Lir。a。僅僅是看到黑箱體90表面的反光(例如環境周圍或拍攝者自己反射的影像)。

2.若是可見光Lvi約等於紅外Lir：那麼，在手機10上LCD屏幕所看到昆蟲91的紅外影像91a不很清楚，有點類似[過度曝光]的畫面。因為，看到的是紅外影像91a與黑箱體90表面反光兩者混合的影像。

3.若是可見光Lvi小於紅外Lir：那麼，在手機10上LCD屏幕所看到昆蟲91的紅外影像91a很清楚。因為，看到的是[較]單純的紅外影像。

本實施例又依本發明人謝某新型專利證號M364878的[鍍膜基板成像的裝置]、新型專利證號M346031的[一種監視攝影用的雙層防護罩裝置]等，所揭露文獻製得之鍍膜基板形成的不透明(對人眼而言)觀察箱與黑箱體90效果是一樣的；也就是說，手機10的LCD屏幕上欲能較清楚看到的昆蟲91的紅外影像91a，則採用IPF濾片是必要的條件之一。

L,L1,L2‧‧‧入射光

Lvi‧‧‧可見光

Lir,Lir/1,Lir/2,Lir/3,Lir/4‧‧‧紅外

20‧‧‧雙濾片組

90‧‧‧黑箱體

91‧‧‧昆蟲

91a‧‧‧昆蟲的紅外影像

Claims (14)

1. 一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法，其步驟包含：在具有紅外的環境下，提供第一裝置外掛於該手機上，將第一裝置手動切換為通過紅外的模式，使穿過第一裝置所入射的紅外可進入該手機鏡頭後在該手機成像；在不具有紅外的環境下，提供該第一裝置、第二裝置與第三裝置同時外掛於該手機上，將該第一裝置切換為通過紅外的模式，開啟該第二裝置電源與調整該第二裝置上IR-LED輻射的強弱度，使該IR-LED輻射至被攝物體後的反射，由第一裝置進入該手機成像。
2. 如請求項第1項所述一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法，其中該第一裝置是以手動切換包含有ICF或IPF的雙濾片。
3. 如請求項第2項所述之手動切換方法，其中該手動切換更包含僅有ICF或IPF雙濾片中之任一片可被移到的該手機鏡頭前方。
4. 如請求項第1項所述一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法，其中該第二裝置上的IR-LED是可輻射中心波長為850nm或940nm的紅外。
5. 如請求項第3項所述之方法，其中該IR-LED所輻射的紅外強度係受該第二裝置上VR的轉動變換輸出不同阻抗數值以輸出一因應不同脈寬的PWM信號而控制。
6. 如請求項第1項所述一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的方法，其中使該IR-LED輻射至被攝物體後的反射，可以由第一裝置進入該手機成像的方法係包含將該第二裝置與手機收納於該第三裝置內，使該第二裝置上的IR-LED所輻射的紅外與該手機鏡頭取像的方向一致且成平行。
7. 一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的裝置，其外掛裝置包含：可外 掛於該手機鏡頭前之雙濾片組可切換紅外為截止或通過的雙濾片；可外掛容納該手機的支持座；可外掛於該支持座上的紅外調制模組，其特徵在於，該手機上的可外掛裝置均可自由拆離組合以及；組合後該紅外調制模組輻射不同強度到被攝物反射後的紅外經該雙濾片組切換通過進入該手機成像。
8. 如請求項第7項所述之一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的裝置，其中該雙濾片組包含空殼體、雙濾片模板與擋柱。
9. 如請求項第8項所述之空殼體上包含圓孔、細長滑槽與長方型槽等三個缺口。
10. 如請求項第8項所述之該雙濾片模板，其中該雙濾片模板更包含雙圓孔片與推移板。
11. 如請求項第7項所述之一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的裝置，其中該雙濾片組進一步可移置於該手機本體的內部。
12. 如請求項第7項所述之一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的裝置，其中紅外調制模組包含一外殼上設置有可調制IR-LED的殼體。
13. 如請求項第12項所述之殼體，其中該殼體外殼上設置更包含有電源開關、可變電阻與具有電池充電輸入埠與電源狀態的指示燈。
14. 如請求項第7項所述之一種外掛於手機上用以提供輔助紅外成像的裝置，其中該支持座更包含兩個擋點之間預留一空間可容納充電插頭。