CN108761781B - 光学系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光学系统，该光学系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏、干扰屏、透镜组和滤色片。光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＜1.8。该光学系统可用于指纹识别，并可具有大视场角、大孔径、超薄等特性。

Description

光学系统
技术领域
本申请涉及一种光学系统，更具体地，涉及一种用于指纹识别的光学系统。
背景技术
随着技术的不断发展，手机等移动终端的屏占比越来越高，全面屏移动终端已经成为一种发展趋势。相应地，需要一种与全面屏配套使用的指纹识别，因此，具有良好穿透性的光学式指纹成为了一种新的技术方向。
现有的光学式指纹不具有良好的穿透性，并且通常无法兼顾大视场角、大孔径、超薄等特性，因而无法提供较佳的指纹识别。
发明内容
本申请提供了可适用于便携式电子产品的、可至少解决或部分解决现有技术中的上述至少一个缺点的穿透性光学式指纹系统。
一方面，本申请提供了这样一种光学系统，该光学系统沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：玻璃屏、干扰屏、透镜组和滤色片。光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD可满足f/EPD＜1.8。
在一个实施方式中，被摄物体至透镜组中最靠近物侧的透镜的物侧面的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H可满足P/H＜1.5。
在一个实施方式中，光学系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f可满足0.5＜ImgH/f＜1.5。
在一个实施方式中，光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA可满足CRA≤35°。
在一个实施方式中，透镜组包括第一透镜，该第一透镜的像侧面可为凸面。
在一个实施方式中，透镜组包括第一透镜和第二透镜。可选地，第一透镜和第二透镜可胶合。
另一方面，本申请还提供了这样一种光学系统，该光学系统沿着光轴由物侧至像侧依序可包括：玻璃屏、干扰屏、透镜组和滤色片。光学系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f可满足0.5＜ImgH/f＜1.5。
又一方面，本申请还提供了一种指纹识别装置，该指纹识别装置包括如上所述的光学系统。
本申请通过合理布置各光学元件，并通过采用非球面透镜，使得光学系统具有大视场角、大孔径、超薄等至少一个有益效果。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出了根据本申请实施例1的光学系统的结构示意图；
图2示出了实施例1的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图3示出了根据本申请实施例2的光学系统的结构示意图；
图4示出了实施例2的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图5示出了根据本申请实施例3的光学系统的结构示意图；
图6示出了实施例3的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图7示出了根据本申请实施例4的光学系统的结构示意图；
图8示出了实施例4的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图9示出了根据本申请实施例5的光学系统的结构示意图；
图10示出了实施例5的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图11示出了根据本申请实施例6的光学系统的结构示意图；
图12示出了实施例6的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图13示出了根据本申请实施例7的光学系统的结构示意图；
图14示出了实施例7的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图15示出了根据本申请实施例8的光学系统的结构示意图；
图16示出了实施例8的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图17示出了根据本申请实施例9的光学系统的结构示意图；
图18示出了实施例9的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图19示出了根据本申请实施例10的光学系统的结构示意图；
图20示出了实施例10的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图21示出了根据本申请实施例11的光学系统的结构示意图；
图22示出了实施例11的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图23示出了根据本申请实施例12的光学系统的结构示意图；
图24示出了实施例12的光学系统的轴上色差曲线畸变曲线；
图25示意性示出了在物距为零时，被摄物体至透镜组中最靠近物侧的透镜的物侧面的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜中，最靠近物侧的表面称为该透镜的物侧面；每个透镜中，最靠近像侧的表面称为该透镜的像侧面。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏、干扰屏、透镜组以及滤色片。玻璃屏为保护玻璃。干扰屏为OLED屏幕或者LCD屏幕中具有透光间隙的电路网格部分，其具有衍射效应，波段范围在400～600nm之间。
透镜组可包括至少一片透镜。在一些实施方式中，透镜组可仅包括一个透镜(即，第一透镜)，该透镜的物侧面可为平面，像侧面可为凸面。在一些实施方式中，透镜组可包括两个透镜(即，第一透镜和第二透镜)，这两个透镜之间可以具有空气间隔，或者这两个透镜也可以胶合形成胶合透镜。本领域技术人员应当理解的是，透镜组的布置方式不限于此，如果需要，透镜组还可具有两个以上的透镜。
在示例性实施方式中，本申请的光学系统可满足条件式f/EPD＜1.8，其中，f为光学系统的有效焦距，EPD为光学系统的入瞳直径。更具体地，f和EPD进一步可满足1.50≤f/EPD≤1.78。采用大孔径系统，可以有效提升光波的脉冲，增强穿透效应，尽可能地减小由于电子产品屏幕而带来的光学性能衰竭。
在示例性实施方式中，本申请的光学系统可满足条件式P/H＜1.5，其中，P为被摄物体至透镜组中最靠近物侧的透镜的物侧面的轴上距离，H为玻璃屏上垂直于光轴的物高。更具体地，P和H进一步可满足0.73≤P/H≤1.41。当物距为零时，P和H示意性地由图25示出。满足条件式P/H＜1.5，有利于保证物高满足不同大小指纹面的要求；同时，有利于实现光学镜头的整体小型化，以便使得该指纹识别系统可以配置在便携式电子产品的屏幕下端。
在示例性实施方式中，本申请的光学系统可满足条件式0.5＜ImgH/f＜1.5，其中，ImgH为光学系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半，f为光学系统的有效焦距。更具体地，ImgH和f进一步可满足0.61≤ImgH/f≤1.42。满足条件式0.5＜ImgH/f＜1.5，有利于保证在不同物距情况下，整个镜头识别的视场范围基本包括了所有人群的指纹大小。当ImgH和f的比值超出条件式0.5＜ImgH/f＜1.5的限定范围，会使得镜头总长难以满足规格，或者像面的亮度难以满足识别需求。
在示例性实施方式中，本申请的光学系统可满足条件式CRA≤35°，其中，CRA为光学系统的最大主光线入射成像面的角度。更具体地，CRA进一步可满足12.6°≤CRA≤34.8°。通过控制CRA，以满足芯片匹配。同时，满足条件式CRA≤35°，有利于增大光线锥角，获得高亮的像面。当CRA超出CRA≤35°的限定范围，会使得芯片匹配和像面亮度存在较大的异常。
在示例性实施方式中，上述光学系统还可包括光阑，以提升镜头的成像质量。
在本申请的实施方式中，各透镜多采用非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。
通过合理布置各光学元件，使得本申请的光学系统具有大视场角、大孔径、超薄等特性。通过上述配置的光学系统可用于指纹识别，并可应用于例如手机等便携式电子产品上。
然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成光学系统的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的光学系统的具体实施例。
实施例1
以下参照图1和图2描述根据本申请实施例1的光学系统。图1示出了根据本申请实施例1的光学系统的结构示意图。
如图1所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E3。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2，第一透镜E2的物侧面S4为平面，像侧面S5为凸面。滤色片E3具有物侧面S6和像侧面S7。来自物体的光依序穿过各表面S1至S7并最终成像在成像面S8上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表1示出了实施例1的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表1
由表1可知，第一透镜E2的像侧面S5为非球面。在本实施例中，非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数(在表1中已给出)；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表2给出了可用于实施例1中非球面镜面S5的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12和A14。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14
S5 -2.3824E-01 1.4353E-02 6.8430E-04 6.4109E-05 -6.6553E-05 5.06893E-06
表2
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.70；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.89；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.17；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝26.2°。
图2示出了实施例1的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图2可知，实施例1所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例2
以下参照图3和图4描述根据本申请实施例2的光学系统。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图3示出了根据本申请实施例2的光学系统的结构示意图。
如图3所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为平面；第二透镜E3的物侧面S5为平面，像侧面S6为凸面。第一透镜E2和第二透镜E3可胶合组成胶合透镜。滤色片E4具有物侧面S7和像侧面S8。来自物体的光依序穿过各表面S1至S8并最终成像在成像面S9上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表3示出了实施例2的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表3
由表3可知，在实施例2中，第一透镜E2的物侧面S4和第二透镜E3的像侧面S6为非球面。表4示出了可用于实施例2中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
表4
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.75；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.89；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.14；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝34.8°。
图4示出了实施例2的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图4可知，实施例2所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例3
以下参照图5和图6描述了根据本申请实施例3的光学系统。图5示出了根据本申请实施例3的光学系统的结构示意图。
如图5所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表5示出了实施例3的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表5
由表5可知，在实施例3中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表6示出了可用于实施例3中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A18 A20
S4 -6.7373E-03 -4.4933E-04 6.9611E-04 -1.2837E-04 6.4458E-06 -9.8549E-06 1.7034E-04 9.8793E-05 8.0660E-05
S5 -1.9122E-01 5.2839E-03 3.3127E-03 -1.5217E-03 1.9422E-03 -6.0475E-04 5.4956E-04 -3.3735E-04 1.1353E-04
S6 -2.9115E-01 3.7934E-03 1.3858E-02 1.5980E-04 -3.7185E-04 -1.5368E-03 5.9566E-04 -1.6481E-04 2.3786E-04
S7 7.1192E-02 -7.6954E-02 3.4319E-02 -9.1049E-03 4.3977E-03 -1.3453E-03 4.5202E-04 -3.8893E-04 2.1384E-04
表6
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.68；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.95；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝0.76；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝12.6°。
图6示出了实施例3的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图6可知，实施例3所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例4
以下参照图7和图8描述了根据本申请实施例4的光学系统。图7示出了根据本申请实施例4的光学系统的结构示意图。
如图7所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10(成像面S10与滤色片E4的像侧面S9重合)上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表7示出了实施例4的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表7
由表7可知，在实施例4中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表6示出了可用于实施例4中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
表8
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.68；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.95；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.15；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝19.8°。
图8示出了实施例4的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图8可知，实施例4所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例5
以下参照图9和图10描述了根据本申请实施例5的光学系统。图9示出了根据本申请实施例5的光学系统的结构示意图。
如图9所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为平面，像侧面S5为平面；第二透镜E3的物侧面S5为平面，像侧面S6为凸面。第一透镜E2和第二透镜E3可胶合组成胶合透镜。滤色片E4具有物侧面S7和像侧面S8。来自物体的光依序穿过各表面S1至S8并最终成像在成像面S9上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表9示出了实施例5的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表9
由表9可知，在实施例5中，第二透镜E3的像侧面S6为非球面。表10示出了可用于实施例5中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S6 0 0 0 0 0 0 0
表10
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.75；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.88；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝0.61；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝18.5°。
图10示出了实施例5的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图10可知，实施例5所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例6
以下参照图11和图12描述了根据本申请实施例6的光学系统。图11示出了根据本申请实施例6的光学系统的结构示意图。
如图11所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；第二透镜E3的物侧面S6为凹面，像侧面S7为凸面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表11示出了实施例6的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表11
由表11可知，在实施例6中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表10示出了可用于实施例6中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10
S4 -2.7940E-01 3.7477E+00 -1.2756E+01 1.4779E+01
S5 -8.2011E-01 4.2270E-02 3.5264E+00 -3.7150E+00
S6 -1.7708E+01 4.1320E+02 0.0000E+00 0.0000E+00
S7 -1.2112E+01 -3.5098E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
表12
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.78；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.93；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.17；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝27.5°。
图12示出了实施例6的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图12可知，实施例6所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例7
以下参照图13和图14描述了根据本申请实施例7的光学系统。图13示出了根据本申请实施例7的光学系统的结构示意图。
如图13所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10(成像面S10与滤色片E4的像侧面S9重合)上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表13示出了实施例7的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表13
由表13可知，在实施例7中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表14示出了可用于实施例7中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A18 A20
S4 -1.8773E-02 -1.3736E-03 -4.5216E-04 -1.4784E-03 -7.3659E-04 1.0555E-04 -1.9378E-04 -4.7476E-04 -3.1131E-04
S5 -1.7862E-01 1.1978E-02 -6.3159E-05 -1.7445E-03 1.2472E-03 -7.2689E-04 5.1669E-04 -3.0700E-04 6.9703E-05
S6 -3.0198E-01 -8.5128E-03 8.4350E-03 2.8482E-03 1.4990E-03 -1.2838E-03 -7.0549E-04 -1.0048E-03 -1.9995E-04
S7 2.9910E-02 -6.5543E-02 2.7752E-02 -7.8373E-03 3.9505E-03 -6.3809E-04 3.4460E-04 -1.6457E-04 1.8411E-04
表14
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.50；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝1.18；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.00；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝24.9°。
图14示出了实施例7的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图14可知，实施例7所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例8
以下参照图15和图16描述了根据本申请实施例8的光学系统。图15示出了根据本申请实施例8的光学系统的结构示意图。
如图15所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凸面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10(成像面S10与滤色片E4的像侧面S9重合)上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表15示出了实施例8的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表15
由表15可知，在实施例8中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表16示出了可用于实施例8中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
表16
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.50；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝1.41；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝0.81；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝20.0°。
图16示出了实施例8的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图16可知，实施例8所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例9
以下参照图17和图18描述了根据本申请实施例9的光学系统。图17示出了根据本申请实施例9的光学系统的结构示意图。
如图17所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凸面，像侧面S5为凸面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10(成像面S10与滤色片E4的像侧面S9重合)上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表17示出了实施例9的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表17
由表17可知，在实施例9中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表18示出了可用于实施例9中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A18 A20
S4 -3.4146E-02 1.0775E-04 4.3441E-04 -7.1645E-04 -5.4995E-04 4.0840E-04 1.2875E-04 -1.8960E-04 -2.6707E-04
S5 -1.7117E-01 1.8438E-02 -3.5502E-03 8.2481E-05 4.2605E-04 -2.5128E-04 2.1014E-04 -1.5302E-04 4.2628E-05
S6 -2.9189E-01 -7.1336E-03 -3.7498E-04 -2.8538E-04 3.3155E-04 1.9731E-04 2.1470E-04 6.8680E-05 -5.8481E-05
S7 -3.3619E-02 -6.0264E-02 2.0668E-02 -7.4250E-03 3.0810E-03 -8.3775E-04 4.4370E-04 -1.9801E-04 1.2076E-05
表18
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.50；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝1.40；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝0.80；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝18.2°。
图18示出了实施例9的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图18可知，实施例9所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例10
以下参照图19和图20描述了根据本申请实施例10的光学系统。图19示出了根据本申请实施例10的光学系统的结构示意图。
如图19所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凹面，像侧面S5为凸面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凸面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表19示出了实施例10的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表19
由表19可知，在实施例10中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表20示出了可用于实施例10中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S4 7.0838E-01 -1.3032E+00 2.0817E+00 -2.1010E+00 1.3734E+00 -4.5562E-01
S5 2.0310E-01 -1.5340E-02 -3.9068E-03 -6.0450E-03
S6 -2.1310E-02 3.8419E-03 -3.4853E-03 -2.8776E-03 -1.4894E-03
S7 4.2444E-02 -8.8782E-04 7.4365E-04 1.9304E-03 1.6374E-03 7.6204E-04 3.1637E-04
表20
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.68；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.75；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.36；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝22.8°。
图20示出了实施例10的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图20可知，实施例10所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例11
以下参照图21和图22描述了根据本申请实施例11的光学系统。图21示出了根据本申请实施例11的光学系统的结构示意图。
如图21所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凹面，像侧面S5为凸面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凸面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表21示出了实施例11的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表21
由表21可知，在实施例11中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表22示出了可用于实施例11中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S4 6.2376E-01 -1.1471E+00 1.9684E+00 -2.3001E+00 1.5624E+00 -4.5562E-01
S5 2.0758E-01 -1.6208E-02 -2.5348E-03 -4.8047E-03
S6 -2.8126E-02 6.2093E-03 -5.5900E-03 -5.3919E-03 -2.4128E-03
S7 4.0456E-02 -4.9648E-03 2.2216E-03 1.9131E-03 1.8165E-03 5.9676E-04 4.0653E-04
表22
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.60；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.76；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.36；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝22.9°。
图22示出了实施例11的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图22可知，实施例11所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
实施例12
以下参照图23和图24描述了根据本申请实施例12的光学系统。图23示出了根据本申请实施例12的光学系统的结构示意图。
如图23所示，根据本申请示例性实施方式的光学系统沿光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏E1、干扰屏S3、透镜组以及滤色片E4。
玻璃屏E1具有物侧面S1和像侧面S2。透镜组包括第一透镜E2和第二透镜E3。其中，第一透镜E2的物侧面S4为凹面，像侧面S5为凸面；第二透镜E3的物侧面S6为凸面，像侧面S7为凸面。滤色片E4具有物侧面S8和像侧面S9。来自物体的光依序穿过各表面S1至S9并最终成像在成像面S10上。
本实施例的光学系统还可包括用于限制光束的光阑STO，以提高光学系统的成像质量。
表23示出了实施例12的光学系统的各光学元件的表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
表23
由表23可知，在实施例12中，第一透镜E2的物侧面S4和像侧面S5以及第二透镜E3的物侧面S6和像侧面S7均为非球面。表24示出了可用于实施例12中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
S4 6.0566E-01 -1.2169E+00 2.1894E+00 -2.5604E+00 1.6787E+00 -4.5562E-01
S5 1.9699E-01 -1.9820E-02 -7.3242E-03 -6.6735E-03
S6 -3.1669E-02 -7.3776E-03 -6.7961E-03 -2.5660E-03 -1.1306E-03
S7 4.8853E-02 -3.8612E-03 3.4392E-03 3.0978E-03 3.2453E-03 1.2510E-03 6.2907E-04
表24
在本实施例中，光学系统的有效焦距f与光学系统的入瞳直径EPD满足f/EPD＝1.55；被摄物体至第一透镜E2的物侧面S4的轴上距离P与玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足P/H＝0.73；成像面S8上有效像素区域对角线长的一半ImgH与光学系统的有效焦距f满足ImgH/f＝1.42；光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足CRA＝22.8°。
图24示出了实施例12的光学系统的畸变曲线，其表示不同物高所对应的畸变大小值。根据图24可知，实施例12所给出的光学系统能够实现良好的成像品质。
综上，实施例1至实施例12分别满足表25中所示的关系。
条件式\实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
f/EPD 1.70 1.75 1.68 1.68 1.75 1.78 1.50 1.50 1.50 1.68 1.60 1.55
P/H 0.89 0.89 0.95 0.95 0.88 0.93 1.18 1.41 1.40 0.75 0.76 0.73
ImgH/f 1.17 1.14 0.76 1.15 0.61 1.17 1.00 0.81 0.80 1.36 1.36 1.42
CRA(°) 26.2 34.8 12.6 19.8 18.5 27.5 24.9 20.0 18.2 22.8 22.9 22.8
表25
本申请还提供一种指纹识别装置。指纹辨识装置可以是独立指纹辨识装置，也可以是集成在诸如手机等移动电子设备上的指纹辨识模块。该指纹辨识装置包括以上描述的光学系统。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.光学系统，其特征在于，所述光学系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：玻璃屏、干扰屏、透镜组和滤色片，所述透镜组由一个透镜或两个透镜组成，
所述光学系统的有效焦距f与所述光学系统的入瞳直径EPD满足1.50≤f/EPD≤1.78，
所述光学系统的成像面上有效像素区域对角线长的一半ImgH与所述光学系统的有效焦距f满足0.5＜ImgH/f＜1.5，以及
被摄物体至所述透镜组中最靠近物侧的透镜的物侧面的轴上距离P与所述玻璃屏上垂直于光轴的物高H满足0.73≤P/H≤1.41。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的最大主光线入射成像面的角度CRA满足12.6°≤CRA≤35°。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜胶合。
5.指纹识别装置，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的光学系统。
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