专利名称:组合式透镜模组以及应用此模组的摄像感测组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种组合式透镜模组以及应用此模组的摄像感测组件。该组合式透镜模组包括容置于一壳体中的多个透镜模组，此多个透镜模组包括多片透镜并且具有多个光圈，任一该透镜包括提供可见光通过的一主透镜单元和提供红外光通过的一关联透镜单元。此组合式透镜模组配合可同时接收可见光和红外光的感测器，形成摄像感测组件，不但具有高分辨率，并可应用于红外光结构光源的环境、薄型移动装置或体感互动的光扫描器等方面。
【专利说明】组合式透镜模组以及应用此模组的摄像感测组件
【技术领域】
[0001]本实用新型是关于一种组合透镜模组的领域，特别是一种应用于薄型化电子装置的透镜模组和其摄像装置领域。
【背景技术】
[0002]在现在的技术发展中，人类与机器的互动技术为人所关注，并且发展出用来增进人类日常生活与健康的各种平台。人类与机器互动所仰赖的输出入界面已经不再局限于传统实体的装置，例如键盘、滑鼠或触控板等，更包括利用人类自有的声音、动作或手势来作为输入元素。因此，用于侦测互动手势、姿势或3D扫描式的元件、装置或设备是近年来非常蓬勃发展的领域，例如红外光可用于上述的侦测，其优点在于其不可见光性、避免干扰使用者的动作以及在许多情况下可增进信噪比，因此成为辨识互动动作重要的结构光元素。
[0003]另一方面，现代人使用照相手机摄像的习惯愈来愈普及，对于配备高分辨率摄像模组的装置的需求亦有增无减。除了摄像功能外，若能整合侦测互动手势的侦测功能，将使得照相手机等的移动装置的运用更为广泛。因此，发展精简尺寸且多功能的摄像模组对于手机配备结构光产生装置而言是重要课题之一。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题之一在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种组合式透镜模组，其包括多片透镜，每一透镜上具有一或多个透镜单元，使得组合透镜模组的视角增加。
[0005]本实用新型要解决的技术问题之一在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种组合式透镜模组以及应用此模组的摄像感测组件，其包括多片透镜，每一透镜上具有可通过红外光和可见光的透镜单元，配合可同时感测可见光和红外光的感测器，可以同时接收外界的可见光和红外光信号。
[0006]本实用新型要解决的技术问题之一在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种组合式透镜模组以及应用此模组的摄像感测组件，其包括多片透镜并容置于一壳体中，壳体的尺寸可以非常精简，适合于轻薄的移动装置。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种组合式透镜模组，其包括壳体以及容置于该壳体中的多个透镜模组，该多个透镜模组包括3片透镜并且具有多个光圈，其中，外界的光信号到达该壳体上并通过该多个透镜模组，任一该透镜包括提供可见光通过的一主透镜单元和提供红外光通过的一关联透镜单元。
[0008]较佳地，该主透镜单元位于该透镜的一中心区域，以及该关联透镜单元位于该透镜的一周围区域。
[0009]较佳地，该组合式透镜模组还包括光栏。
[0010]较佳地，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，并且该光栏位于该第一主透镜单元和该第二主透镜单元之间，外界的可见光依序通过该第一主透镜单元、该光栏、该第二主透镜单元和该第三主透镜单元后到达一感测器，该第三主透镜单元的屈光力为正数。
[0011]较佳地，该第一主透镜单元和该第二主透镜单元的屈光力皆为正数。
[0012]较佳地，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，并且该光栏位于该第一主透镜单元和该壳体之间，外界的可见光依序通过该光栏、该第一主透镜单元、该第二主透镜单元和该第三主透镜单元后到达一感测器，该第三主透镜单元的屈光力为正数。
[0013]较佳地，该第一主透镜单元的屈光力为正数，该第二主透镜单元的屈光力为负数。
[0014]本实用新型还提供一种摄像感测组件，其包括壳体、容置于该壳体中的多个透镜模组以及非贝尔感测器(non-Bayer sensor)，该多个透镜模组包括3片透镜并且具有多个光圈，其中，该多个光圈包括对应进入壳体内的外界可见光通过的一主光圈以及对应外界红外光通过的一关联光圈；该非贝尔感测器感测通过该多个光圈的外界可见光和外界红外光。
[0015]较佳地，该摄像感测组件还包括光栏以及该多片透镜包括的多个对应该主光圈的主透镜单元，其中，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，该光栏位于该第一主透镜单元和该第二主透镜单元之间，或者，该光栏位于该第一主透镜单元和该壳体之间。
[0016]较佳地，该第一主透镜单元和该第三主透镜单元的屈光力分别为正数。
[0017]本实用新型还提供一种摄像感测组件，其包括壳体、容置于该壳体中的多个透镜模组以及感测器，该多个透镜模组包括多片透镜并且具有多个光圈，其中，该多个光圈包括对应进入壳体内的外界可见光通过的一主光圈以及对应外界红外光通过的一关联光圈；该感测器感测通过该多个光圈的外界可见光和外界红外光。
[0018]较佳地，该感测器包括一非贝尔感测器(non-Bayer sensor)。
[0019]较佳地，每一该透镜包括多个透镜单元，位于每一该透镜的一中心区域的一主透镜单元堆叠形成该主光圈，并且位于该中心区域的周围的至少一关联透镜单元堆叠形成该关联光圈。
[0020]较佳地，该摄像感测组件还包括光栏，其中，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，该光栏位于该第一主透镜单元和该第二主透镜单元之间，或者，该光栏位于该第一主透镜单元和该壳体之间。
[0021]较佳地，该第一主透镜单元和该第三主透镜单元的屈光力分别为正数。
[0022]本实用新型的组合式透镜模组，其包括容置于一壳体中的多个透镜模组，此多个透镜模组包括多片透镜并且具有多个光圈，任一该透镜包括提供可见光通过的一主透镜单元和提供红外光通过的一关联透镜单元。此组合式透镜模组配合可同时接收可见光和红外光的感测器，形成摄像感测组件，不但具有高分辨率，并可应用于红外光结构光源的环境、薄型移动装置或体感互动的光扫描器等方面。
[0023]为了能进一步了解本实用新型为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明及附图。本实用新型的目的、特征或特点，当可由此得到一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用以对本实用新型加以限制者。
【附图说明】
[0024]图1为一组合式透镜模组的立体示意图。
[0025]图2为本实用新型的关联光圈的一影像圈实施例的示意图。
[0026]图3为本实用新型的关联光圈的另一影像圈实施例的示意图。
[0027]图4为本实用新型的一第一实施例的透镜组件的剖面部分和其他元件剖面的示意图。
[0028]图5为本实用新型的一感测器的感测单元示意图。
[0029]图6为本实用新型的一第二实施例的透镜组件的剖面部分和其他元件剖面的示意图。
[0030]图7为图6的影像圈示意图。
【具体实施方式】
[0031]本实用新型以下所称的透镜组件(lens assembly)包括多个光圈，每个光圈(aperture)可以具有自己的透镜模组(lens module)。每一透镜模组可以包括一或多个透镜单元(lens element)，其中多个透镜单元可沿着透镜模组的光轴方向上堆叠(staggered)，即此些透镜单元距离物面(objective plane)或像面(image plane)的距离不同。而不同的透镜模组间的透镜单元是可以为分离成多个透镜(lenses)或是整合成单一透镜(single lens)，例如以塑胶成型的方式将透镜单元一起做成一片透镜。同一透镜上的不同透镜单元可以有各自的功能，待后再叙。
[0032]图1为一组合式透镜模组的立体示意图。请参考图1，组合式透镜模组10包括一座体11、设置于座体11中的一壳体13以及设置于壳体13中的一透镜组件12。于此实施例中，座体11除容置和固定具有透镜组件12的壳体13外，亦可包括若干可以固定于其他像电路板的结构或可和他物组装的结构。在实际设计中，亦可省略座体11的设计。其次，壳体13用以将透镜组件12整合成单一部件，例如具有将透镜组件12固定于其中的上下盖板和侧壁。当然，图1中座体11和壳体13的比例、设置位置、尺寸和几何形状仅用以例示而非用以限制本实用新型的设计。
[0033]其次，透镜组件12包括多个透镜模组，例如第一透镜模组120、第二透镜模组122、第三透镜模组124、第四透镜模组126和第五透镜模组128。于本实施例中，第一透镜模组120位于壳体13的中心区域，被第二透镜模组122、第三透镜模组124、第四透镜模组126和第五透镜模组128所包围，其中，此些透镜模组之间的排列可以是规则或不规则的，以规则或对称为佳，图1仅例示而非限制本实用新型的设计。又，透镜组件12具有多个光圈，分别由上述透镜模组对应，为方便说明，第一透镜模组120实现一主光圈(main aperture)(主光轴201)，第二透镜模组122、第三透镜模组124、第四透镜模组126 (关联光轴203)和第五透镜模组128则分别实现不同的关联光圈(associate aperture) ο于本实施例中，主光圈的第一透镜模组120负责关于可见光感测区域所侦测的可见光影像穿经，关联光圈的其他透镜模组则负责关于红外光感测区域所侦测的红外影像或光信号擷取，例如波长为830nm、850nm或920nm者。再者，本实用新型虽以一第一透镜模组120作为实现可见光影像擷取，但在设计上，并不以单一第一透镜模组120为限，亦可为多个分布于壳体13的中心区域的透镜模组皆负责可见光影像穿经。
[0034]图2和图3分别表示本实用新型的关联光圈的不同影像圈实施例的示意图，藉以说明本实用新型的透镜模组可以有不同的排列形式。以一般格式为16:9的四百万像素(4MP)感测器而言，其长22约为5.376毫米(mm)，宽24约为3.040毫米(mm)，为了利用感测器的最大摄像能力，影像圈23、25至少需有直径6.176毫米(mm)。是以，如图2中，关联光圈232、234、236和238为各自独立且完全不重叠地设计于影像圈23内且位于感测器的长22和宽24的范围内。如图3中所示，关联光圈252、254、256和258为各自独立但可部分重叠地设计于影像圈25内而涵盖了感测器的长22和宽24的范围外的若干区域。依据上述，本实用新型的主光圈和关联光圈的配合，基本上满足涵盖所使用感测器的最大摄像能力的影像圈，主光圈和关联光圈的范围可以是各自独立且完全不重叠，或是可部分重叠，其安排形式是所需设计，并不受限于对称、非对称、相同或不同光圈大小等因素。又，本实用新型的主光圈和多个关联光圈可包括不同方向的可视区(viewing)，故本实用新型的透镜组件可以为一多重视区(multiple view)透镜组件，各光圈的特性则可由光圈的对应视场(field of view, FOV)和场角(field angle，FA)和光圈大小来界定。
[0035]图4为本实用新型的一第一实施例的透镜组件的剖面部分和其他元件剖面的示意图，图5为本实用新型的一感测器的感测单元示意图。同时参考图1和图4，透镜组件12包括三个透镜32、34和36，每一透镜32、34和36可包括一或多个透镜单元。于第一实施例中，透镜32包括一第一主透镜单元31和设置于第一主透镜单元31周围的第一关联透镜单元41和第二关联透镜单元42。类似的，透镜34包括第二主透镜单元33和设置于第二主透镜单元33周围的第三关联透镜单元43和第四关联透镜单元44 ;透镜36包括第三主透镜单元35和设置于第三主透镜单元35周围的第五关联透镜单元45和第六关联透镜单元46，其中各关联透镜单元可为独立或是属于同一透镜中连续的区域。其次，对照图1，第一透镜模组120包括第一主透镜单元31、第二主透镜单元33和第三主透镜单元35 ;第三透镜模组124包括第二关联透镜单元42、第四关联透镜单元44和第六关联透镜单元46 ;第四透镜模组126包括第一关联透镜单元41、第三关联透镜单元43和第五关联透镜单元45。可以理解的，第二透镜模组122和第五透镜模组128则在此剖面角度下未绘于图4上。再者，透镜34设置于透镜32和透镜36之间，其中透镜32以一第一表面311朝向物面，透镜34以一第一表面331朝向物面和透镜32，透镜36以一第一表面351朝向物面和透镜32、34，透镜34的一第一表面331前方(物面)尚设置一光栏30，透镜36的后方则为一感测器40。
[0036]续参考图1和图4，于第一实施例中，可以以“XAXP”来表示包括主透镜单元的第一透镜模组120的透镜组态(lens configurat1n);其中，“X”表示透镜朝向物面的表面的屈光力或光强度(Optical Power,OP)可以为正或负；“A”则表示光栏30所在位置；“P”表示透镜朝向物面的表面的屈光力为正；“N”则表示透镜朝向物面的表面的屈光力为负。是以，第一实施例的第一主透镜单元31的屈光力可为接近O的正数，较佳为0.1038，如此可使得对应视场接近80-90度。其次，第二主透镜单元33和第三主透镜单元35的屈光力为大于第一主透镜单元31的屈光力的正数，较佳分别为0.1497和0.7552，但本实用新型不以此为限，主要的考量是，第一透镜模组120的透镜组态能够提供足够的空间让光线在穿经第一透镜模组120和周围的其他透镜模组后能够不相互干扰地到达后方的感测器40即可，故第一实施例的第一透镜模组120的透镜组态中，只要最接近感测器40为正屈光力，若有设置光栏30的必要时，将光栏30设置于最接近物面的透镜单元的后方。
[0037]是以，续参考图1和图4，举例来说，在透镜组件前方有一人平举双臂(图上未绘)，人的躯干的光影像信号72由透镜组件12的正前方、以平行主光轴201的方向进入透镜组件，人的平举左手的光影像信号71和平举右手的光影像信号73则分别以一夹角(与主光轴201不平行而成一角度)进入透镜组件后到达感测器40。第一实施例的第一透镜模组120可提供足够的空间让光影像信号72、光影像信号71和光影像信号73不互相干扰地抵达感测器40后由感测器40接收。
[0038]再者，本实用新型的组合式透镜模组可搭配一感测器40而成为一摄像感测组件。因本实用新型的组合式透镜模组可允许壳体外的可见光和红外光通过透镜模组后到达感测器40(见图4和图5)，感测器40可以是可同时感测可见光和红外光的一非贝尔感测器(non-Bayer sensor)。请参考图4和图5，感测器40可由多个感测像素74排列成一维或二维阵列。每个感测像素74可包括四个像素单位75、76、77和78，其中，像素单位75感测红光(R)、像素单位76感测绿光(G)、像素单位77感测蓝光(B)，以及像素单位78感测红外光或其他不可见光。依据上述，每个感测像素74的像素单位75、76、77为感测器40的可见光感测区域的一部分，像素单位78则为感测器40的红外光感测区域的一部分。
[0039]是以，本实用新型的通过主透镜单元的可见光影像信号到达非贝尔感测器的可见光感测区域，通过关连透镜单元的红外光信号到达非贝尔感测器的红外光感测区域，因而可以使用单一感测器即可，如此可以简化摄像感测组件的部件。当然，可以理解的，若设计者有其他考量，亦可使用分离的二或多个感测器，负责接收可见光影像信号的可利用一般的贝尔感测器(Bayer sensor)，接收红外光或其他不可见光者则可利用专门对应的感测器即可。
[0040]再者，如图4的透镜组态的影像圈可如图3所示，影像圈25即为第一透镜模组120的影像圈，依据“XAXP”的透镜组态规则，能够使得所有关联透镜模组的影像圈皆可在第一透镜模组120的影像圈范围内，并且第一透镜模组的透镜设计较有自由度和较高的分辨能力。
[0041]图6为本实用新型的一第二实施例的透镜组件的剖面部分和其他元件剖面的示意图。参考图1和图6，透镜组件12包括三个透镜52、54和56，透镜52包括一第一主透镜单元51和设置于第一主透镜单元51周围的第一关联透镜单元61和第二关联透镜单元62。类似的，透镜54包括第二主透镜单元53和设置于第二主透镜单元53周围的第三关联透镜单元63和第四关联透镜单元64 ;透镜56包括第三主透镜单元55和设置于第三主透镜单元55周围的第五关联透镜单元65和第六关联透镜单元66。再者，透镜54设置于透镜52和透镜56之间，光栏30则设置于最接近物面的透镜52，形成了透镜组态为“AXXP”的第一透镜模组120，透镜56的后方则为一感测器40。要说明的是，图6中的光影像信号是类似图4的，于图6中是省略一部分的光影像信号，并非用以限制本实用新型的第二实施例。
[0042]相较于第一实施例，第二实施例的设置于最接近物面的位置，并且最接近感测器的透镜56的第三主透镜单元55屈光力为正数，较佳为0.6924，透镜52、54的第一主透镜单元51和第二主透镜单元53的屈光力则分别可为正或负，较佳者例如，第一主透镜单元51的OP为3.964，第二主透镜单元53的OP为-0.789，但本实用新型不以此为限。
[0043]图7为图6的影像圈示意图。请参考图1、6和图7，第一透镜模组120(主透镜模组)的影像圈为影像圈27，其余属于关联透镜模组的影像圈则分别为影像圈272、274、276和278，其中，影像圈272、274、276和278分别与影像圈27有部分重叠之处，可擷取影像范围28则落于上述所有影像圈的范围内。
[0044]依据上述，本实用新型的透镜模组组合多个透镜，每个透镜上皆可有分别负责可见光影像穿经和红外光信号通过的不同透镜单元，相较于使用单一透镜，使用组合透镜可以大大地提高视场(FOV)，进而提高由关联视野的影像品质。其次，负责可见光影像穿经的透镜单元可位于任一透镜的中心区域，负责红外光信号的透镜单元则可位于任一透镜的周围区域。从一角度来看，负责红外光信号的透镜单元在实作上为负责可见光的透镜单元的延伸，可增加整个透镜的机械强度，又可使红外光信号通过到达后方的感测器，兼顾机械和光学的性质；另一方面，则由于任一单一透镜上皆可有分别负责可见光影像穿经和红外光信号通过的不同透镜单元，因此本实用新型的透镜模组适合用于多重光圈的摄像装置。再者，此多个透镜可被同时置放于一壳体中，使得整体的体积精小，适合薄型化电子装置，例如智能手机。又，由于本实用新型的组合式透镜模组可同时接收可见光和红外光影像信号，因此，可应用于若干使用或需要红外光作为侦测、扫描或其他用途的场合，例如人体互动装置或场合。
[0045]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的权利要求范围，因此凡其他未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本实用新型的范围内。
【权利要求】
1.一种组合式透镜模组，其特征在于，包括: 壳体；以及 容置于该壳体中的多个透镜模组，该多个透镜模组包括3片透镜并且具有多个光圈，其中，外界的光信号到达该壳体上并通过该多个透镜模组，任一该透镜包括提供可见光通过的一主透镜单元和提供红外光通过的一关联透镜单元。2.如权利要求1所述的组合式透镜模组，其特征在于，该主透镜单元位于该透镜的一中心区域，以及该关联透镜单元位于该透镜的一周围区域。3.如权利要求1或2所述的组合式透镜模组，其特征在于，该组合式透镜模组还包括光栏。4.如权利要求3所述的组合式透镜模组，其特征在于，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，并且该光栏位于该第一主透镜单元和该第二主透镜单元之间，外界的可见光依序通过该第一主透镜单元、该光栏、该第二主透镜单元和该第三主透镜单元后到达一感测器，该第三主透镜单元的屈光力为正数。5.如权利要求4所述的组合式透镜模组，其特征在于，该第一主透镜单元和该第二主透镜单元的屈光力皆为正数。6.如权利要求3所述的组合式透镜模组，其特征在于，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，并且该光栏位于该第一主透镜单元和该壳体之间，外界的可见光依序通过该光栏、该第一主透镜单元、该第二主透镜单元和该第三主透镜单元后到达一感测器，该第三主透镜单元的屈光力为正数。7.如权利要求6所述的组合式透镜模组，其特征在于，该第一主透镜单元的屈光力为正数，该第二主透镜单元的屈光力为负数。8.一种摄像感测组件，其特征在于，包括: 壳体； 容置于该壳体中的多个透镜模组，该多个透镜模组包括3片透镜并且具有多个光圈，其中，该多个光圈包括对应进入壳体内的外界可见光通过的一主光圈以及对应外界红外光通过的一关联光圈；以及 非贝尔感测器，其感测通过该多个光圈的外界可见光和外界红外光。9.如权利要求8所述的摄像感测组件，其特征在于，该摄像感测组件还包括光栏以及该多片透镜包括的多个对应该主光圈的主透镜单元，其中，该多个主透镜单元包括第一主透镜单元、第二主透镜单元和第三主透镜单元，该光栏位于该第一主透镜单元和该第二主透镜单元之间，或者，该光栏位于该第一主透镜单元和该壳体之间。10.如权利要求9所述的摄像感测组件，其特征在于，该第一主透镜单元和该第三主透镜单元的屈光力分别为正数。
【文档编号】H04N5-225GK204269898SQ201420645992
【发明者】陈志隆, 颜智敏 [申请人]高准精密工业股份有限公司