摩尔纹成像装置的制作方法

本发明涉及一种成像装置，特别涉及一种摩尔纹成像装置。

背景技术：

随着多媒体技术的飞速发展，许多电子装置(例如智能型手机、平板电脑、笔记本电脑或数字相机等)都会搭载有光学镜头，例如光学镜头可为广角镜头、鱼眼镜头或变焦镜头等，以支持摄影、网络视频或脸部辨识等功能。

然而，目前市面上的光学镜头通常是由多片光学透镜所组成，例如光学透镜为凹透镜或凸透镜等，导致光学镜头的厚度无法进一步薄形化，举例来说，智能型手机与平板电脑的光学透镜的厚度大多都超过5mm，数字相机的光学镜头的厚度大多都超过50mm，从而不利于电子装置的薄形化发展。

技术实现要素：

鉴于上述，于一实施例中，提供一种摩尔纹成像装置，包括透光薄膜与光传感器。透光薄膜包括多个微透镜及相对的入光面与出光面，多个微透镜设置于入光面、出光面或其组合，多个微透镜二维排列形成微透镜阵列。光传感器包括感光面，感光面朝向透光薄膜的出光面，感光面上具有多个像素，多个像素二维排列形成像素阵列。其中微透镜阵列与像素阵列对应形成摩尔纹效应以产生成像放大效果，光传感器的感光面并感光形成摩尔纹放大影像。

综上，本发明实施例的摩尔纹成像装置通过在透光薄膜设置微透镜阵列，使微透镜阵列与光传感器的像素阵列之间可形成摩尔纹(moirépattern)效应，从而达到影像放大的效果。借此，摩尔纹成像装置整体设计能够大幅薄形化，例如透光薄膜的厚度可分别在5μm～1000μm而大幅小于目前市面上的光学镜头的厚度，上述透光薄膜的厚度范围仅为举例，实际上透光薄膜的厚度视摩尔纹成像装置应用的产品而定。

附图说明

图1为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的立体图。

图2为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的成像示意图。

图3为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的平面示意图。

图4为本发明摩尔纹成像装置第二实施例的平面示意图。

图5为本发明摩尔纹成像装置第三实施例的平面示意图。

图6为本发明摩尔纹成像装置第三实施例的作动图。

图7为本发明摩尔纹成像装置第三实施例的另一作动图。

图8为本发明摩尔纹成像装置第四实施例的平面示意图。

其中，附图标记：

1～4摩尔纹成像装置10透光薄膜

11微透镜12入光面

13出光面mla1微透镜阵列

p1、p1’、p3第一排列周期a光轴

20光传感器21感光面

22像素pa像素阵列

p2、p4第二排列周期im摩尔纹放大影像

30透光膜片31透镜单元

mla2阵列透镜组40、41驱动装置

50光学透镜o物体

l物光t1、t1’、t2周期总合

θ特定角度

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。

图1为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的立体图，图2为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的成像示意图，图3为本发明摩尔纹成像装置第一实施例的平面示意图。如图1至图3所示，本发明实施例的摩尔纹成像装置1包括透光薄膜10与光传感器20，其中摩尔纹成像装置1可应用于各式电子产品(例如智能型手机、平板电脑、笔记本电脑、数字相机或摄影机等)，用以感测取得影像。

如图1至图3所示，摩尔纹成像装置1的透光薄膜10上具有微透镜阵列mla1，光传感器20上具有像素阵列pa，其中透光薄膜10的微透镜阵列mla1与光传感器20的像素阵列pa可对应形成摩尔纹(moirépattern)效应以产生成像放大效果。举例来说，微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间可通过排列周期不同、夹设特定角度或进行相对运动等多种方式形成上述摩尔纹效应，此分别详细说明如下。

如图1至图3所示，透光薄膜10可为透光材料所制成的薄膜或薄片，举例来说，透光材料可为聚碳酸酯(pc)或亚克力塑料(pmma)，透光薄膜10的厚度可介于5um～1000μm之间，但上述透光材料与透光薄膜10的厚度仅为举例，实际上并不以此为限。

如图1至图3所示，透光薄膜10包括多个微透镜11及相对两表面(入光面12与出光面13)，入光面12用以接收外部传来的光线(例如外部物体所产生的物光)并能从出光面13出光。多个微透镜11可设置在入光面12、出光面13、或者入光面12与出光面13皆设有多个微透镜11。例如在本实施例中，多个微透镜11设置于透光薄膜10的入光面12与出光面13，且入光面12上的多个微透镜11与出光面13上的多个微透镜11彼此对应并分别二维排列，而在入光面12与出光面13上各别形成微透镜阵列mla1。

在一些实施例中，上述微透镜阵列mla1的各微透镜11的尺寸可介于2μm～2000μm之间；各微透镜11的材质为透明材质，例如熔融石英(fusedsilica)、光学玻璃(opticalglass)或透明塑料(transparentplastic)等；各微透镜11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，各微透镜11为凸透镜；微透镜阵列mla1的多个微透镜11具有第一排列周期p1(如图1所示)，其中第一排列周期p1可指的是多个微透镜11之间的间隔距离(例如相邻的两个微透镜11的中心的间距)，在一些实施例中，第一排列周期p1可介于2μm～2000μm之间；微透镜阵列mla1的多个微透镜11可与透光薄膜10一体制造成型，或者多个微透镜11也可通过其他加工方式形成，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(hotembossing)等。然而，上述微透镜11的尺寸、排列周期或加工方式仅为举例，具体上应视摩尔纹成像装置1所应用的产品而定。

如图1至图3所示，光传感器20具有一感光面21，其中光传感器20与透光薄膜10保持间距，且感光面21朝向透光薄膜10的出光面13，使从出光面13出光的光线能够传递至光传感器20的感光面21。在本实施例中，光传感器20的感光面21上具有多个像素22(pixel)，且多个像素22二维排列形成像素阵列pa。在一些实施例中，上述光传感器20具体上可为感光元件，例如感光耦合元件(charge-coupleddevice,ccd)、互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor,cmos)、或互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(cmosactivepixelsensor)。

如图1至图3所示，光传感器20的感光面21的多个像素22具有第二排列周期p2，其中第二排列周期p2可指的是多个像素22之间的间隔距离(例如相邻的两个像素22的中心的间距)，且光传感器20上的像素阵列pa与透光薄膜10的微透镜阵列mla1可彼此同轴对应。例如在本实施例中，透光薄膜10具有一光轴a，光传感器20与透光薄膜10是以光轴a彼此同轴设置，使像素阵列pa与微透镜阵列mla1彼此同轴对应。

再如图2所示，在本实施例中，透光薄膜10的微透镜阵列mla1与光传感器20的像素阵列pa之间夹设一特定角度θ，以使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间产生周期差而形成摩尔纹效应以产生成像放大效果，进而使光传感器20的感光面21感光形成摩尔纹放大影像im，此详述如下。

如图1所示，在本实施例中，微透镜阵列mla1的多个微透镜11的第一排列周期p1是与像素阵列pa的多个像素22的第二排列周期p2相同，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa具有相同或相近的空间频率。当微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设特定角度θ(例如0.1°、1°或2°)时，微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间即产生差频(beatfrequency)而形成摩尔纹效应。请对照图1与图2所示，透光薄膜10以光轴a为中心相对于光传感器20旋转特定角度θ，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设特定角度θ。

在一些实施例中，上述微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间所夹设的特定角度θ可使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间产生周期差，且周期差小于像素阵列pa的排列周期。举例来说，如图1所示，在透光薄膜10未旋转前，微透镜阵列mla1的多个微透镜11的第一排列周期p1与像素阵列pa的多个像素22的第二排列周期p2相同，构成微透镜阵列mla1于单轴方向(在此为x轴方向，但也可为y轴方向)的多个第一排列周期p1的周期总合t1等于像素阵列pa于单轴方向(在此为x轴方向，但也可为y轴方向)的多个第二排列周期p2的周期总合t2。接着，如图2所示，当透光薄膜10以光轴a为中心相对于光传感器20旋转特定角度θ，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设特定角度θ时，微透镜阵列mla1的多个微透镜11于单轴方向(在此为x轴方向)的第一排列周期p1’则会变小，使微透镜阵列mla1的多个第一排列周期p1’的周期总合t1’相对变小而不同于像素阵列pa的周期总合t2，上述周期差可指的是微透镜阵列mla1的周期总合t1’与像素阵列pa的周期总合t2的差值，且周期差小于上述像素阵列pa的第二排列周期p2或微透镜阵列mla1的第一排列周期p1，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间形成摩尔纹效应以产生成像放大效果。

承上，如图1与图3所示，摩尔纹成像装置1在影像拍摄或撷取过程中，外部物体o(在本例中，外部物体o是以笑脸表示)所产生的物光l可从透光薄膜10的入光面12进入透光薄膜10内部，由于透光薄膜10设有微透镜阵列mla1，因此，如图3所示，物光l会分别经由多个微透镜11的折射而由出光面13出光并分别传递至多个像素22上，使多个像素22分别感光而取得多个感光值，在本例中，各像素22所取得的感光值是以小笑脸表示，实际上，上述各感光值指的是灰阶值、rgb值或cmyk值等。再请对照图2与图3所示，当微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设特定角度θ而形成摩尔纹效应时，多个像素22分别感光取得的多个感光值可共同形成对应于外部物体o的摩尔纹放大影像im(如图2所示，在此摩尔纹放大影像im为放大笑脸影像而达到影像放大的效果)，举例来说，若各像素22所感光取得的感光值为灰阶值时，各感光值可以由0(黑)到255(白)的亮度值(intensity)表示，其中0～255之间表示不同的灰度级，通过不同亮度的多个感光值排列组合而共同形成摩尔纹放大影像im。同理，当各像素22所感光取得的感光值为rgb值时，即可通过不同颜色的多个感光值排列组合而共同形成彩色的摩尔纹放大影像im。具体而言，上述摩尔纹放大影像im是指物光l由入光面12进入透光薄膜10、并经由摩尔纹效应后从透光薄膜10的出光面13出光至光传感器20的感光面21而产生对应于外部物体o的放大影像。

在一些实施例中，上述摩尔纹放大影像im可为正立或倒立影像，视微透镜阵列mla1与像素阵列pa所夹设特定角度θ而定，举例来说，当微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设的特定角度θ为正值时(例如0.1°、1°或2°)，所对应产生的摩尔纹放大影像im为正立影像，当微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间夹设的特定角度θ为负值时(例如-0.1°、-1°或-2°)，所对应产生的摩尔纹放大影像im则为倒立影像。

如图3所示，摩尔纹成像装置1可包括一驱动装置40，驱动装置40连接于透光薄膜10以驱动透光薄膜10相对于光轴a旋转，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间能够夹设不同角度而形成不同的摩尔纹效应，以产生不同放大倍率的摩尔纹放大影像im。举例来说，驱动装置40可包括一驱动马达且驱动装置40与透光薄膜10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链接，以通过驱动马达与传动机构驱动透光薄膜10相对于光轴a与光传感器20旋转。

如图4所示，为本发明摩尔纹成像装置第二实施例的平面示意图。本实施例与上述第一实施例的差异至少在于，本实施例的摩尔纹成像装置2的透光薄膜10上的多个微透镜11具有第一排列周期p3，光传感器20的感光面21上的多个像素22具有第二排列周期p4，且第一排列周期p3不同于第二排列周期p4(例如在本实施例中，第一排列周期p3大于第二排列周期p4，但此并不局限)，使微透镜阵列mla1与像素阵列pa具有不同的空间频率，因此，微透镜阵列mla1与像素阵列pa之间不需夹设角度或相对运动即可产生差频而形成摩尔纹效应，达到成像放大效果。

如图5所示，为本发明摩尔纹成像装置第三实施例的平面示意图。本实施例与上述第一实施例的差异至少在于，本实施例的摩尔纹成像装置3还包括至少一个透光膜片30(在此是以一个透光膜片30表示，实际上也可为多个透光膜片30)，且透光膜片30与透光薄膜10彼此同轴设置。在本实施例，透光薄膜10是介于透光膜片30与光传感器20之间，且透光膜片30上设有多个透镜单元31，多个透镜单元31二维排列形成阵列透镜组mla2，且阵列透镜组mla2的多个透镜单元31分别对应于微透镜阵列mla1的多个微透镜11，举例来说，多个透镜单元31与多个微透镜11的排列周期相同而彼此对应。

在一些实施例中，上述透光膜片30的结构与透光薄膜10的结构可彼此相同或不同。例如图5所示，在本实施例中，透光膜片30与透光薄膜10的结构相同，具体而言，透光膜片30与透光薄膜10同样为透光材料所制成的薄膜或薄片，多个透镜单元31为微型透镜并设置在透光膜片30的相对两表面上，借此，通过透光膜片30与透光薄膜10的叠置可产生不同的光线折射效果，使像素阵列pa、微透镜阵列mla1及阵列透镜组mla2之间形成摩尔纹效应后，能够产生不同光学放大效果的摩尔纹放大影像im。在一些实施例中，透光膜片30与透光薄膜10的结构也可不同，例如透光膜片30的各透镜单元31可为凹透镜或其他透镜，或者透光膜片30也可仅其中一个表面设有多个透镜单元31，以产生不同的光学放大效果。

请对照图5、图6及图7所示，在一些实施例中，透光膜片30与透光薄膜10彼此可轴向相对移动，以使摩尔纹放大影像im进一步产生缩放效果(zoomin/out)。举例来说，当透光膜片30朝远离光传感器20与透光薄膜10的方向移动至一第一位置时，摩尔纹放大影像im可具有第一放大倍率，当透光膜片30朝接近光传感器20与透光薄膜10的方向移动至一第二位置时，摩尔纹放大影像im则具有不同于上述第一放大倍率的第二放大倍率。举例来说，如图6所示，在透光膜片30朝远离光传感器20与透光薄膜10的方向移动过程中，摩尔纹放大影像im的放大倍率会逐渐增加，如图7所示，在透光膜片30朝接近光传感器20与透光薄膜10的方向移动过程中，摩尔纹放大影像im的放大倍率会逐渐减少，从而产生缩放效果。

再如图6与图7所示，在本实施例中，摩尔纹成像装置3还包括有驱动装置41，驱动装置41连接于透光膜片30与透光薄膜10中的至少其中一者(在此驱动装置41连接于透光膜片30)，以驱动透光膜片30与透光薄膜10彼此轴向相对移动。举例来说，驱动装置41可包括一驱动马达且驱动装置41与透光膜片30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链接，以通过驱动马达与传动机构驱动透光膜片30相对于透光薄膜10轴向移动，使透光薄膜10与透光膜片30彼此接近或远离，而产生上述摩尔纹放大影像im的缩放效果。

如图8所示，为本发明摩尔纹成像装置第四实施例的平面示意图。本实施例与上述第一实施例的差异至少在于，本实施例的摩尔纹成像装置4还包括光学透镜50，光学透镜50与透光薄膜10彼此同轴设置，举例来说，光学透镜50可为一般传统透镜，例如光学透镜50为凸透镜、凹透镜或其他透镜，且光学透镜50的尺寸可大致与透光薄膜10相同，但此并不局限。借此，通过光学透镜50与透光薄膜10的叠置可产生不同的光线折射效果，使像素阵列pa与微透镜阵列mla1之间形成摩尔纹效应后，能够产生不同光学放大效果的摩尔纹放大影像im。

综上，本发明实施例的摩尔纹成像装置1通过在透光薄膜10设置微透镜阵列mla1，并使微透镜阵列mla1与光传感器20的像素阵列pa之间形成摩尔纹(moirépattern)效应，以达到影像放大的效果，而能保持既有影像拍摄与撷取功能。此外，摩尔纹成像装置1整体设计能够大幅薄形化而远小于目前市面上光学镜头的厚度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。