CN110646923A - Lcd屏下指纹镜头 - Google Patents

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CN110646923A CN201910977088.5A CN201910977088A CN110646923A CN 110646923 A CN110646923 A CN 110646923A CN 201910977088 A CN201910977088 A CN 201910977088A CN 110646923 A CN110646923 A CN 110646923A
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马庆鸿
万良伟
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Abstract

本发明提供了一种LCD屏下指纹镜头，自物侧至像侧依序包含：第一透镜，第二透镜以及第三透镜；所述第二透镜的像侧表面为凸面，所述第三透镜的物侧表面为凸面；所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4。本发明的有益效果在于：可配合LCD屏使用，降低屏下指纹使用门槛；在保证结构紧凑的情况下过滤可见光，大幅减少影响指纹识别的杂光，进一步提升指纹识别率，且具有成像质量较好、生产成本较低等优点。

Description

LCD屏下指纹镜头
【技术领域】
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种LCD屏下指纹镜头。
【背景技术】
近年来，随着智能手机的兴起，小型化摄影镜头的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光器件不外乎是感光耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)或互补性氧化金属半导体器件(Complementary Metal-OxideSemicondctor Sensor,CMOS Sensor)两种，且由于半导体制造工艺技术的精进，使得感光器件的像素尺寸缩小，再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化LCD屏下指纹镜头俨然成为目前市场上的主流。
在相关技术中，屏下的指纹镜头只能搭配OLED屏才能使用，严重限制了指纹镜头的应用范围。
【发明内容】
基于此，有必要设计一种LCD屏下指纹镜头，其能够配合LCD屏使用，降低屏下指纹使用门槛。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种LCD屏下指纹镜头，自物侧至像侧依序包含：第一透镜，第二透镜以及第三透镜；
所述第二透镜的像侧表面为凸面，所述第三透镜的物侧表面为凸面；
所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：
1<ZD/f3<4。
优选的，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜至少一片为不透可见光材质镜片。
优选的，所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：
0<f/R11<0.5。
优选的，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：
-60＜R22/R31＜60。
优选的，所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：
CT1/ΣCT<0.4。
优选的，所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：
0.15<CT3/TTL<0.4。
本发明的有益效果在于：可配合LCD屏使用，降低屏下指纹使用门槛；在保证结构紧凑的情况下过滤可见光，大幅减少影响指纹识别的杂光，进一步提升指纹识别率，且具有成像质量较好、生产成本较低等优点。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图2是实施例1的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图3是实施例1的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图4是实施例1的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图；
图5是本发明实施例2的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图6是实施例2的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图7是实施例2的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图8是实施例2的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图；
图9是本发明实施例3的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图10是实施例3的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图11是实施例3的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图12是实施例3的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图；
图13是本发明实施例4的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图14是实施例4的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图15是实施例4的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图16是实施例4的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图；
图17是本发明实施例5的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图18是实施例5的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图19是实施例5的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图20是实施例5的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图；
图21是本发明实施例6的LCD屏下指纹镜头的结构示意图；
图22是实施例6的LCD屏下指纹镜头的球差曲线图；
图23是实施例6的LCD屏下指纹镜头的像散和畸变曲线图；
图24是实施例6的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线图。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，本发明提供了一种LCD屏下指纹镜头，包括三个透镜，具体的，所述LCD屏下指纹镜头，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3。
本发明的LCD屏下指纹镜头可以包括由三个透镜构成的光学成像系统。即，LCD屏下指纹镜头可由所述第一透镜L1至所述第三透镜L3构成。然而，LCD屏下指纹镜头不仅限于包括三个透镜，而根据需要还可以包括其他构成要素。例如，LCD屏下指纹镜头还包括调节光量的光圈。此外，靠近所述第三透镜的像侧面上还可顺序设置有滤光片及像面，所述像面上设置有图像传感器，所述图像传感器可以是现有技术中的各类图像传感器，即，图像传感器是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，与光敏二极管，光敏三极管等“点”光源的光敏元件相比，图像传感器是将其受光面上的光像，分成许多小单元，将其转换成可用的电信号的一种功能器件。
如此，外界事物折射的光线顺序通过所述第一透镜至所述第三透镜后，经所述滤光片，入射至所述像面上，经过所述像面上的所述图像传感器传换成可以传导的电信号。
进一步地，所述第一透镜L1、所述第二透镜L2以及所述第三透镜L3为塑料透镜或者玻璃透镜，并且所述第一透镜L1、所述第二透镜L2以及所述第三透镜L3至少一片为不透可见光材质镜片。其中，所述第一透镜L1至所述第三透镜L3分别为三个独立的透镜，且每相邻两个透镜之间设置有间隔，即，每相邻两个透镜之间并未相互接合，而是每相邻两个透镜之间设置有空气间距。由于与独立且非接合透镜相比，接合透镜的制程较复杂，特别在两透镜的接合面需拥有高准度的曲面，以便达到两个透镜接合时的高密合度，且在接合的过程中，也可能因偏位而造成粘贴密合度不佳，影响整体光学成像品质，如此，所述LCD屏下指纹镜头设计成三个独立且非接合的透镜，以改善接合透镜所产生的问题。
请参阅图1，所述第一透镜L1的物侧表面为凸面，所述第二透镜L2的像侧表面为凸面，所述第三透镜L3的物侧表面为凸面。所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4。
进一步需要具体说明的是，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的摄像光学透镜组中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
进一步地，所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5。
进一步地，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60。
进一步地，所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4。
进一步地，所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4。
根据本发明的上述实施方式的LCD屏下指纹镜头可采用多个透镜，例如上文所述的三个。通过合理分配各透镜的光焦度、表面类型、各透镜之间的轴上间距等，可有效增加所述LCD屏下指纹镜头的有效通光直径，保证镜头的小型化并提高成像品质，并且使得所述LCD屏下指纹镜头更有利于生产加工。在本发明的实施方式中，各透镜的镜面中的至少一个为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到周边曲率是连续变化的。与从透镜中心到周边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，能够使得视野变得更大而真实。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，从而提高成像质量。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的LCD屏下指纹镜头的具体实施例。
实施例1
以下参照图1至图4，描述根据本发明实施例1的LCD屏下指纹镜头。图1示出了根据本发明实施例1的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图1所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例1的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表1所示：
表1
由表1可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝2.114；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝0.165。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
Figure BDA0002233989460000062
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表2所示：
表2
Figure BDA0002233989460000063
Figure BDA0002233989460000071
由表2可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60，具体的，R22/R31＝51.574；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.215；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.238。
图2示出了实施例1的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图3示出了实施例1的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图3示出了实施例1的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图4示出了实施例1的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图2至图4可知，实施例1所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
实施例2
以下参照图5至图8，描述根据本发明实施例2的LCD屏下指纹镜头。图5示出了根据本发明实施例2的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图5所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例2的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表3所示：
表3
由表3可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝3.989；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝0.228。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
Figure BDA0002233989460000091
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表4所示：
表4
由表4可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60，具体的，R22/R31＝-17.238；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.206；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.164。
图6示出了实施例2的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图7示出了实施例2的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图7示出了实施例2的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图8示出了实施例2的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图6至图8可知，实施例2所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
实施例3
以下参照图9至图12，描述根据本发明实施例3的LCD屏下指纹镜头。图9示出了根据本发明实施例3的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图9所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例3的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表5所示：
表5
Figure BDA0002233989460000101
由表5可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝1.156；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝-0.029。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
Figure BDA0002233989460000112
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表6所示：
表6
Figure BDA0002233989460000113
Figure BDA0002233989460000121
由表6可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60，具体的，R22/R31＝-1.897；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.235；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.369。
图10示出了实施例3的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图11示出了实施例3的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图11示出了实施例3的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图12示出了实施例3的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图10至图12可知，实施例3所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
实施例4
以下参照图13至图16，描述根据本发明实施例4的LCD屏下指纹镜头。图13示出了根据本发明实施例4的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图13所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例4的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表7所示：
表7
Figure BDA0002233989460000131
由表7可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝2.064；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝0.500。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
Figure BDA0002233989460000132
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表8所示：
表8
由表8可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60，具体的，R22/R31＝-26.793；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.192；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.240。
图14示出了实施例4的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图15示出了实施例4的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图15示出了实施例4的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图16示出了实施例4的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图14至图16可知，实施例4所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
实施例5
以下参照图17至图20，描述根据本发明实施例5的LCD屏下指纹镜头。图17示出了根据本发明实施例5的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图17所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例5的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表9所示：
表9
Figure BDA0002233989460000151
由表9可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝1.412；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝0.498。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
Figure BDA0002233989460000161
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表10所示：
表10
Figure BDA0002233989460000162
由表10可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜60，具体的，R22/R31＝-3.906；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.392；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.249。
图18示出了实施例5的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图19示出了实施例5的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图19示出了实施例5的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图20示出了实施例5的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图18至图20可知，实施例5所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
实施例6
以下参照图21至图24，描述根据本发明实施例6的LCD屏下指纹镜头。图21示出了根据本发明实施例6的LCD屏下指纹镜头的结构示意图。
如图21所示，LCD屏下指纹镜头沿光轴由物侧至像侧顺序包括三个透镜L1-L3，第一透镜L1具有物侧面S1和像侧面S2；第二透镜L2具有物侧面S3和像侧面S4；第三透镜L3具有物侧面S5和像侧面S6。可选地，LCD屏下指纹镜头还可包括具有物侧面S7和像侧面S8的滤光片L4，滤光片L4可为带通滤光片。在本实施例的LCD屏下指纹镜头中，还可设置有光圈STO以调节进光量。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。
其中，实施例6的LCD屏下指纹镜头的有效焦距EFL、全视场角FOV、光学总长TTL、光圈Fno、表面类型、曲率半径、厚度、材料及圆锥系数，如表11所示：
表1
Figure BDA0002233989460000172
Figure BDA0002233989460000181
由表11可知，所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：1<ZD/f3<4，具体的，ZD/f3＝2.656；所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：0<f/R11<0.5，具体的，f/R11＝0.221。
本实施例采用了三个透镜作为示例，通过合理分配各镜片的光焦度与表面类型，有效扩大镜头的孔径，缩短镜头总长度，保证镜头的有效通光直径与镜头的小型化；同时校正各类像差，提高了镜头的解析度与成像品质。各非球面表面类型x由以下函数关系限定：
所述LCD屏下指纹镜头的非球面函数关系为：
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2中曲率半径r的倒数)；k为圆锥常数(在上表2中已给出)；Ai是非球面第i-n阶的修正系数，各镜片面S1-S6的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20，如表12所示：
表12
Figure BDA0002233989460000183
Figure BDA0002233989460000191
由表12可知，在该实施例中，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：-60＜R22/R31＜-227.872，具体的，R22/R31＝51.574；所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：CT1/ΣCT<0.4，具体的，CT1/ΣCT＝0.288；所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：0.15<CT3/TTL<0.4，具体的，CT3/TTL＝0.182。
图22示出了实施例6的LCD屏下指纹镜头的球差曲线，其表示不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离。图23示出了实施例6的LCD屏下指纹镜头的像散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图23示出了实施例6的LCD屏下指纹镜头的畸变曲线，其表示不同视角情况下的畸变大小值。图24示出了实施例6的LCD屏下指纹镜头的倍率色差曲线，其表示光线经由LCD屏下指纹镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图22至图24可知，实施例6所给出的LCD屏下指纹镜头能够实现良好的成像品质。
本发明的有益效果在于：可配合LCD屏使用，降低屏下指纹使用门槛；在保证结构紧凑的情况下过滤可见光，大幅减少影响指纹识别的杂光，进一步提升指纹识别率，且具有成像质量较好、生产成本较低等优点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种LCD屏下指纹镜头，其特征在于，自物侧至像侧依序包含：第一透镜，第二透镜以及第三透镜；
所述第二透镜的像侧表面为凸面，所述第三透镜的物侧表面为凸面；
所述第二透镜的物侧面与所述第三透镜的像侧面之间于光轴上的距离为ZD，所述第三透镜的焦距为f3，满足下列关系式：
1<ZD/f3<4。
2.根据权利要求1所述的LCD屏下指纹镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜至少一片为不透可见光材质镜片。
3.根据权利要求1所述的LCD屏下指纹镜头，其特征在于，所述LCD屏下指纹镜头的焦距为f，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R11，且满足下列关系式：
0<f/R11<0.5。
4.根据权利要求1所述的LCD屏下指纹镜头，其特征在于，所述第二透镜像侧面的曲率半径为R22，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R31，且满足下列关系式：
-60＜R22/R31＜60。
5.根据权利要求1所述的LCD屏下指纹镜头，其特征在于，所述第一透镜在光轴上的中心厚度为CT1，所述第一透镜至第三透镜分别在光轴上的中心厚度之和为ΣCT，且满足下列关系式：
CT1/ΣCT<0.4。
6.根据权利要求1所述的LCD屏下指纹镜头，其特征在于，所述第三透镜在光轴上的中心厚度为CT3，所述LCD屏下指纹镜头的光学总长为TTL，且满足下列关系式：
0.15<CT3/TTL<0.4。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111837129A (zh) * 2020-01-22 2020-10-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 光学指纹识别装置及电子设备

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