TW201905532A - 反射式大視場角手機光學模組 - Google Patents

Abstract

一種反射式大視場角手機光學模組，係包括一偵測器，其包括一受光面，並在中央具有一孔洞作為光瞳；一低色散之光學板材，係接合至該偵測器之受光面側以整合為一光學三維晶片（3D IC）模組，該光學板材對應該受光面之表面為反射面，相對於該反射面之另一表面為鍍膜面，該反射面可將影像成像於該偵測器上，光經過該孔洞進入該光學板材，經該反射面返回再進入該偵測器聚光成像，而成像之畸變可由畸變影像校正方法將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像。本發明將原本光學模組需要多鏡片變成單鏡片，且此鏡片特色為低色散材料，可使用在智慧型手機電荷耦合元件（CCD）或互補式金氧半導體（CMOS）前之光學模組；藉此，本發明可以縮小光學模組體積，成為光學三維晶片模組，整合在智慧型手機主機板，可降低組裝成本，提供大角度影像。

Description

反射式大視場角手機光學模組

本發明係有關於一種反射式大視場角手機光學模組，尤指涉及一種將多鏡片變成單鏡片，且此鏡片特色為低色散材料，特別係指可以縮小光學模組體積，成為光學三維晶片模組，整合在智慧型手機主機板，可降低組裝成本，提供大角度影像者。

隨著社交網絡之興起，智慧型手機之拍照功能已經日益突出。強大之攝像頭，不僅可以讓用戶快速分享他們所看到之東西，而且還增加了很多新樂趣。2014年，隨著智慧型手機之升級解析率，手機之拍照功能也進行了相應豐富，成為一個賣點之手機分化。背後攝像頭8百萬像素由1300萬像素取而代之的則是在拍攝部分大技術進步。 基本上，手機攝像頭之功能包括以下模塊：手機攝像頭組件組成之光學部件與ISP面板。該光學部件包括鏡頭、互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）感測器、紅外過濾器與電機控制部分。未來手機光學元件主要有如下趨勢： 1. 鏡頭尺寸變大，這樣就可以得到一個更大之光圈； 2. 鏡頭組從先前四片增加到五片或六片，但這個結果是較重相機組件，影響自動聚焦。 預料新iPhone會盡量提高雙鏡頭使用比率，如果良率提高，具備雙鏡頭之iPhone比重，將從今年下半開始，即2017年下半15%增至50%。iPhone將全面換用雙鏡頭，安卓陣營也會加入雙鏡頭行列。 查看各國專利布局情形，以美國專利在智慧型手機（SMART CELLULAR PHONE）感測模組，以鏡片（lens）與手機（Cellular phone）和感測器（Sensor）與Cellular phone進行搜尋，可見以手機為主題之申請案正在逐年增加，積極投入研發，並以溫度、壓力、及生理感測器晶片為手機運用之趨勢，當中手機外殼使用放大鏡、手機鏡頭蓋、變焦鏡頭，及薄的攝像鏡頭之趨勢。 經過分析後，並無以目前之三維晶片（3D IC）手機光電模組之類似之專利，若在此時引進光電模組之3D IC之技術，除在光學設計以反射式取代，加上我國在IC晶片、封裝、及3D IC之矽穿孔（Through Silicon Via, TSV）技術，將可以具競爭優勢之反射式3D IC光電模組之發展能完成。例如，三星（Samsung）已開始製造3D IC模組，其係產生一個使用TSV技術之16G反及閘（NAND gate）層，惟其光學接收角度小且不平整，導致其各角度接收亮度不均勻，光學效率低。 綜合以上，目前智慧型手機皆使用全折射式光學模組，且為雙鏡頭或以上之多鏡頭，而每一鏡頭都採用多個球面與非球面之鏡組，如四片至六片，其佔據智慧型手機大量之空間，不僅體積大，鏡頭越來越複雜之結構，在製作及組裝上困難，且在組裝時對機構之精度要求亦高，導致其製造成本高。因此，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時有效縮小光學模組體積、降低組裝成本、及提供大角度影像之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種將原本光學模組需要多鏡片變成單鏡片，且此鏡片特色為低色散材料，可使用在智慧型手機電荷耦合元件（Charge Couple Device, CCD）或CMOS前之光學模組，且該光學模組之製作可以與偵測器之製程整合成為光學三維晶片模組，而成像之畸變可由畸變影像校正方法將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像；藉此，本發明可以縮小光學模組體積，成為光學三維晶片模組，整合在智慧型手機主機板，可降低組裝成本，提供大角度影像之反射式大視場角手機光學模組。 為達以上之目的，本發明係一種反射式大視場角手機光學模組，係可使用在智慧型手機上，其包括：一偵測器，其包括一受光面，並在中央具有一貫穿之孔洞作為光瞳；以及一低色散之光學板材，係接合至該偵測器之受光面側以整合為一光學三維晶片（3D IC）模組，該光學板材對應該受光面之表面為反射面，相對於該反射面之另一表面為鍍膜面，該反射面可將影像成像於該偵測器上，光經過該孔洞進入該光學板材，經該反射面返回再進入該偵測器聚光成像，而成像之畸變可由畸變影像校正方法將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像。 於本發明上述實施例中，該反射面係由平面、球面、非球面、或半導體製程之二元光學面所構成。 於本發明上述實施例中，該光學三維晶片模組係可整合在該智慧型手機之主機板上。 於本發明上述實施例中，係可使用在智慧型手機電荷耦合元件（Charge Couple Device, CCD）或互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）前之光學模組。 於本發明上述實施例中，該偵測器之孔洞直徑係為150μm±20%。 於本發明上述實施例中，該偵測器之厚度係為100μm±20%。 於本發明上述實施例中，該光學板材係為色散係數（Abbe number）高於98以上之玻璃材。 於本發明上述實施例中，該光學板材之曲率係為750μm±20%。 於本發明上述實施例中，該光學板材之有效焦距係為500μm±20%。 於本發明上述實施例中，其整體尺寸係為1500μm±20%。 於本發明上述實施例中，該光學三維晶片模組更包括一數位邏輯單元 ，其被配置在一電子組件上且耦合到該光學板材之鍍膜面，形成一光學三維晶片封裝模組。 於本發明上述實施例中，該數位邏輯單元係選自由一數位信號處理器（Digital Signal Processing, DSP）、及一微機電系統（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS）裝置組成之群。 於本發明上述實施例中，該電子組件係為封裝基板或印刷電路板。 於本發明上述實施例中，該光學三維晶片模組係以雙列直插封裝技術（dual in-line package, DIP）結合於該電子組件。 於本發明上述實施例中，該光學三維晶片模組可組成二維陣列，經過數位處理後形成一光場照像機。 於本發明上述實施例中，該光學三維晶片模組係可取得視場角大於150°之全域影像。

請參閱『第１圖～第５圖』所示，係分別為本發明第一實施例之結構示意圖、本發明之大視場角示意圖、本發明第二實施例之結構示意圖、本發明第三實施例之結構示意圖、及本發明畸變影像校正之示意圖。如圖所示：本發明係一種反射式大視場角手機光學模組，係可使用在智慧型手機上，其包括一偵測器１１、及一光學板材１２所構成。 上述所提之偵測器１１之厚度係為100μm±20%，其包括一受光面１１１，並在中央具有一貫穿之孔洞１１２作為光瞳，且該孔洞１１２之直徑係為150μm±20%。 該光學板材１２係為色散係數（Abbe number）高於98以上之低色散材料，例如：玻璃材或其它光學材料之板材。該光學板材１２之有效焦距係為500μm±20%（即光學板材１２之厚度）並具有一750μm±20%之曲率，其係接合至該偵測器１１之受光面１１１側以整合為一光學三維晶片（3D IC）模組１，該光學板材１２對應該受光面１１１之表面為反射面１２１，相對於該反射面１２１之另一表面為鍍膜面１２２，該反射面１２１係由平面、球面、非球面、或半導體製程之二元光學面所構成，其可將影像成像於該偵測器１１上。 上述光學三維晶片模組１更包括一可進行影像處理之數位邏輯單元１３，其被配置在一電子組件上（圖中未示）且耦合到該光學板材１２之鍍膜面１２２，如第１圖所示；且該光學三維晶片模組１可以雙列直插封裝技術（dual in-line package, DIP）結合於該電子組件，以形成一光學三維晶片封裝模組１ａ，如第３圖所示，該光學三維晶片封裝模組１ａ之接腳係為一小型DIP-8型接腳，且該光學三維晶片封裝模組１ａ係利用DIP來完成其封裝製程。此外，欲使用在多鏡頭上，該光學三維晶片模組１可組成二維陣列，經過數位處理後成為一光場照像機之架構，輸出影像，如第４圖所示。其中該數位邏輯單元１３係選自由一數位信號處理器（Digital Signal Processing, DSP）、及一微機電系統（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS）裝置組成之群；該電子組件係為封裝基板或印刷電路板。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之反射式大視場角手機光學模組，其整體尺寸係為1500μm±20%。 於一實施例中，上述光學三維封裝晶片載體１ａ係可整合在智慧型手機之主機板上，使該反射式大視場角手機光學模組可應用在智慧型手機電荷耦合元件（Charge Couple Device, CCD）或互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）前之光學模組。當運用時，如第１圖顯示用於智慧型手機之反射鏡頭，來自不同方向的光經過光瞳（即孔洞１１２）進入光學板材１２，經反射面１２１返回再進入偵測器１１聚光成像，取得視場角大於150°之全域影像；如第２圖所示，在具有大視場角度之所有方向上之入射光線為170°（±80°），已被證明光學允許接收接近180°。而成像後所得影像會變形，可通過畸變影像校正方法校正影像，將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像，如第５圖所示。其畸變影像校正方法詳述於本發明人先前申請之專利案中，在此茲不贅述。而該偵測器１１上之孔洞１１２，可使用DSP運算去補償該孔洞１１２，運用內插法將影像畫面插值回來。 綜上所述，本發明係一種反射式大視場角手機光學模組，可有效改善習用之種種缺點，將原本光學模組需要多鏡片變成單鏡片，且此鏡片特色為低色散材料，可使用在智慧型手機電荷耦合元件（Charge Couple Device, CCD）或互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）前之光學模組，且該光學模組之製作可以與偵測器之製程整合成為光學三維晶片模組，而成像之畸變可由畸變影像校正方法將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像；藉此 ，本發明可以縮小光學模組體積，成為光學三維晶片模組，整合在智慧型手機主機板，可降低組裝成本，提供大角度影像，進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

１‧‧‧光學三維晶片模組

１ａ‧‧‧光學三維晶片封裝模組

１１‧‧‧偵測器

１１１‧‧‧受光面

１１２‧‧‧孔洞

１２‧‧‧光學板材

１２１‧‧‧反射面

１２２‧‧‧鍍膜面

１３‧‧‧數位邏輯單元

第１圖，係本發明第一實施例之結構示意圖。 第２圖，係本發明之大視場角示意圖。 第３圖，係本發明第二實施例之結構示意圖。 第４圖，係本發明第三實施例之結構示意圖。 第５圖，係本發明畸變影像校正之示意圖。

Claims (16)

1. 一種反射式大視場角手機光學模組，係可使用在智慧型手機上， 其包括： 一偵測器，其包括一受光面，並在中央具有一貫穿之孔洞作為光瞳；以及 一低色散之光學板材，係接合至該偵測器之受光面側以整合為一光學三維晶片（3D IC）模組，該光學板材對應該受光面之表面為反射面，相對於該反射面之另一表面為鍍膜面，該反射面可將影像成像於該偵測器上，光經過該孔洞進入該光學板材，經該反射面返回再進入該偵測器聚光成像，而成像之畸變可由畸變影像校正方法將原數據經過數位處理後輸出成無畸變之影像。
2. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該反射面係由平面、球面、非球面、或半導體製程之二元光學面所構成。
3. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學三維晶片模組係可整合在該智慧型手機之主機板上。
4. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，係 可使用在智慧型手機電荷耦合元件（Charge Couple Device, CCD）或互補式金氧半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）前之光學模組。
5. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該偵測器之孔洞直徑係為150μm±20%。
6. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該偵測器之厚度係為100μm±20%。
7. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學板材係為色散係數（Abbe number）高於98以上之玻璃材。
8. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學板材之曲率係為750μm±20%。
9. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學板材之有效焦距係為500μm±20%。
10. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 整體尺寸係為1500μm±20%。
11. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學三維晶片模組更包括一數位邏輯單元，其被配置在一電子組件上且耦合到該光學板材之鍍膜面，形成一光學三維晶片封裝模組。
12. 依申請專利範圍第１１項所述之反射式大視場角手機光學模組 ，其中，該數位邏輯單元係選自由一數位信號處理器（Digital Signal Processing, DSP）、及一微機電系統（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS）裝置組成之群。
13. 依申請專利範圍第１１項所述之反射式大視場角手機光學模組 ，其中，該電子組件係為封裝基板或印刷電路板。
14. 依申請專利範圍第１１項所述之反射式大視場角手機光學模組 ，其中，該光學三維晶片模組係以雙列直插封裝技術（dual in-line package, DIP）結合於該電子組件。
15. 依申請專利範圍第１１項所述之反射式大視場角手機光學模組 ，其中，該光學三維晶片模組可組成二維陣列，經過數位處理後形成一光場照像機。
16. 依申請專利範圍第１項所述之反射式大視場角手機光學模組，其 中，該光學三維晶片模組係可取得視場角大於150°之全域影像。