CN110658606B - 取像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种取像装置，包括由物侧至像侧沿光轴依序排列的盖板、第一透镜以及第二透镜。取像装置中透镜的数量仅为二。取像装置满足：0.2<f/imgH<0.9、2.9<N1+N2<3.7以及2<(OTL‑d)/imgH<8，其中f为取像装置的有效焦距，imgH为取像装置的最大成像高度，N1为第一透镜的折射率，N2为第二透镜的折射率，OTL为待测物至成像面在光轴上的距离，且d为盖板的厚度。

Description

取像装置
技术领域
本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种取像装置。
背景技术
传统的电子装置主要采用电容感测技术来进行生物特征辨识(如指纹辨识、掌纹辨识或静脉辨识等)。电容感测技术虽有小体积的优势，但其复杂的电路结构导致制造不易且制造成本居高不下，造成电子装置单价偏高而不易普及。目前虽有电子装置采用光学成像技术来进行生物特征辨识，但现有的光学成像系统体积过大，使电子装置不易微型化与薄型化，降低电子装置的可携性。因此，如何降低电子装置中光学成像系统的体积，同时维持良好的光学成像质量，便成为目前的研发重点。
发明内容
本发明提供一种取像装置，其在实现薄型化的同时能维持良好的成像质量。
本发明的一种取像装置，包括由物侧至像侧沿光轴依序排列的盖板、第一透镜以及第二透镜。取像装置中透镜的数量仅为二。取像装置满足：0.2<f/imgH<0.9、2.9<N1+N2<3.7以及2<(OTL-d)/imgH<8。f为取像装置的有效焦距。imgH为取像装置的最大成像高度。N1为第一透镜的折射率。N2为第二透镜的折射率。OTL为待测物至成像面在光轴上的距离。d为盖板的厚度。
在本发明的一实施例中，第一透镜以及第二透镜分别具有负屈光力以及正屈光力。第一透镜以及第二透镜各自具有物侧面以及像侧面。第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面以及第二透镜的像侧面皆为非球面。取像装置还包括光圈。光圈位于第一透镜与第二透镜之间。
在本发明的一实施例中，取像装置的光圈值小于3.7。
在本发明的一实施例中，取像装置还满足：(OTL-d)<3.5mm。
在本发明的一实施例中，取像装置还满足：35<V1+V2<65，其中V1是第一透镜的色散系数，且V2是第二透镜的色散系数。
在本发明的一实施例中，取像装置还满足：0.6<|f/f1|+|f/f2|<1.7，其中f1是该第一透镜的焦距，且f2是该第二透镜的焦距。
在本发明的一实施例中，取像装置还满足：100度<FOV<180度，其中FOV是取像装置的视场角。
在本发明的一实施例中，第二透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离大于或等于0.4mm。
在本发明的一实施例中，取像装置还包括光源。光源设置在盖板下方，且光源的波长介于400纳米至600纳米之间。
在本发明的一实施例中，其中盖板包括指压板、显示面板、触控显示面板或上述至少两个的组合。
基于上述，本发明的实施例的取像装置的有益效果在于：通过盖板以及两个透镜的光学参数设计与排列，使取像装置在缩减厚度的同时，仍具备能够有效克服像差的光学性能。因此，取像装置在实现薄型化的同时能维持良好的成像质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的第一实施例的一种取像装置的示意图；
图2A至图2C分别是第一实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图3是依照本发明的第二实施例的一种取像装置的示意图；
图4A至图4C分别是第二实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图5是依照本发明的第三实施例的一种取像装置的示意图；
图6A至图6C分别是第三实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图7是依照本发明的第四实施例的一种取像装置的示意图；
图8A至图8C分别是第四实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图9是依照本发明的第五实施例的一种取像装置的示意图；
图10A至图10C分别是第五实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图11是依照本发明的第六实施例的一种取像装置的示意图；
图12A至图12C分别是第六实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图13是依照本发明的第七实施例的一种取像装置的示意图；
图14A至图14C分别是第七实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图15是依照本发明的第八实施例的一种取像装置的示意图；
图16A至图16C分别是第八实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图17是依照本发明的第九实施例的一种取像装置的示意图；
图18A至图18C分别是第九实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图19是依照本发明的第十实施例的一种取像装置的示意图；
图20A至图20C分别是第十实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图21是依照本发明的第十一实施例的一种取像装置的示意图；
图22A至图22C分别是第十一实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图；
图23是依照本发明的第十二实施例的一种取像装置的示意图；
图24A至图24C分别是第十二实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。
具体实施方式
具体实施方式中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。在附图中，各附图示出的是特定示范实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些示范实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对厚度及位置可能缩小或放大。
在具体实施方式中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号，且将省略其赘述。此外，不同示范实施例中的特征在没有冲突的情况下可相互组合，且依本说明书或权利要求所做的简单的等效变化与修饰，皆仍属本专利涵盖的范围内。另外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名分立(discrete)的元件或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限，也并非用以限定元件的制造顺序或设置顺序。
在具体实施方式中，各取像装置适于获取待测物的生物特征。举例而言，当待测物为手指时，生物特征可为指纹或静脉。当待测物为手掌时，生物特征可为掌纹。
图1是依照本发明的第一实施例的一种取像装置的示意图。请参照图1，本发明的第一实施例的取像装置100包括由物侧至像侧沿光轴I依序排列的盖板101、第一透镜102、光圈103以及第二透镜104。所述物侧为待测物10的所在侧，而所述像侧为成像面S7的所在侧。在本揭示中，成像面S7即取像装置100中传感器(未示出)的感测面。来自待测物10的成像光束(即带有生物特征信息的光束，如成像光束B1及成像光束B2)进入取像装置100时，会依序通过盖板101、第一透镜102、光圈103以及第二透镜104，然后在成像面S7形成图像。
盖板101、第一透镜102以及第二透镜104各自包括物侧面(如物侧面S1、S3、S5)以及像侧面(如像侧面S2、S4、S6)。所述物侧面为面向物侧(或待测物10)且让成像光束通过的表面，而所述像侧面为面向像侧(或成像面S7)且让成像光束通过的表面。
盖板101适于保护位于其下的元件。在本实施例中，盖板101为指压板。在进行生物特征辨识时，盖板101的物侧面S1为待测物10接触的表面。也就是说，待测物10接触盖板101的物侧面S1，以进行生物特征辨识。指压板可包括透光或半透光的主体，以利成像光束传递至传感器。所述主体可包括玻璃板、塑胶板或上述两个的组合，但不以此为限。此外，指压板可选择性地包括装饰层，装饰层设置在盖板101上，以遮避其下方不欲被看见的元件。
在另一实施例中，盖板101可包括指压板、显示面板、触控显示面板或上述至少两个的组合。举例来说，盖板101可以是显示面板，如有机发光显示面板，但不以此为限。替代地，盖板101可以是触控显示面板，如具有多个触控电极的有机发光显示面板。所述多个触控电极可以形成在有机发光显示面板的外表面上或是内嵌于有机发光显示面板中，且多个触控电极可以通过自容或互容的方式进行触控检测。或者，盖板101可以是指压板与显示面板的组合或指压板与触控显示面板的组合。
另外，当取像装置100与液晶显示器(包括液晶显示面板以及背光模块)整合在一起时，盖板101可设置在液晶显示面板上方，或者，液晶显示面板中的对向基板可作为取像装置100的盖板101。液晶显示器中可形成有用以容置光学成像系统(包括第一透镜102、第二透镜104以及传感器)的开孔。背光模块位于液晶显示面板下方，以提供照明光束。为避免来自背光模块的照明光束直接传递至传感器，背光模块与光学成像系统之间可形成有遮光结构，以维持理想的成像质量。在上述架构下也可进一步设置多个触控电极，以提供触控检测功能。
第一透镜102适于扩大取像装置100的视场角(Field Of View,FOV)，使取像装置100的传感器能够获取更大的图像范围。在本实施例中，第一透镜102具有负屈光力。此外，第一透镜102的物侧面S3在近光轴处为凸面，且第一透镜102的像侧面S4在近光轴处为凹面。第一透镜102可由塑胶材质制成，以满足轻量化的需求，但不以此为限。
光圈103适于减少杂散光，以提升图像质量。在本实施例中，光圈103设置在第一透镜102与第二透镜104之间，有助于扩大视场角，使取像装置100具有广角镜头的优势。
第二透镜104适于修正第一透镜102所产生的像差，并有助于减少球差的产生，以提升成像质量。在本实施例中，第二透镜104具有正屈光力。此外，第二透镜104的物侧面S5在近光轴处为凸面，且第二透镜104的像侧面S6在近光轴处为凸面。第二透镜104可由塑胶材质制成，以满足轻量化的需求，但不以此为限。在本发明的任一示例性的实施例中，第二透镜104的像侧面S6表面上可以涂覆有红外线滤除材料。或者，第二透镜104与成像面S7之间可设置有一红外光滤除层(图未示出)。
在取像装置100中，只有第一透镜102以及第二透镜104具有屈光力，且取像装置100中具有屈光力的透镜只有上述两片。换句话说，取像装置100中透镜的数量仅为二。
第一实施例的详细光学数据如表一所示。
Figure BDA0001824038750000041
表一
在表一中：
f为取像装置100的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)；
Fno为取像装置100的光圈值(f-number)；
HFOV为取像装置100的半视场角(Half Field Of View,HFOV)，即FOV的一半；
imgH为取像装置100的最大成像高度(即取像装置100中传感器的有效感光区域的对角线长度的一半)。
“曲率半径(mm)”为无限大，代表对应表面为平面。
“距离(mm)”表示的是对应表面至下一表面在光轴I上的距离。举例来说，待测物10的“距离(mm)”为0，代表待测物10面向盖板101的表面S10至盖板101的物侧面S1在光轴I上的距离为0mm。盖板101的物侧面S1的“距离(mm)”为1.800，代表盖板101的物侧面S1至盖板101的像侧面S2在光轴I上的距离为1.800mm。第二透镜104的像侧面S6的“距离(mm)”为0.6，代表第二透镜104的像侧面S6至成像面S7在光轴I上的距离为0.6mm。其他栏位依此类推，于此不再赘述。
在本实施例中，第一透镜102的物侧面S3、第一透镜102的像侧面S4、第二透镜104的物侧面S5以及第二透镜104的像侧面S6皆为非球面。非球面是依公式(1)定义：
Figure BDA0001824038750000051
在公式(1)中：
Y表示非球面上的点与光轴I的垂直距离；
Z表示非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；
R表示透镜表面近光轴处的曲率半径；
K表示锥面系数(conic constant)；
a2i表示第2i阶非球面系数。
第一透镜102的物侧面S3、第一透镜102的像侧面S4、第二透镜104的物侧面S5以及第二透镜104的像侧面S6在公式(1)中的各项非球面系数如表二所示。
Figure BDA0001824038750000061
表二
第一实施例的取像装置100中各重要参数间的关系如表三所示。
条件式 数值
f/imgH 0.777
N1+N2 3.17
OTL(mm) 4.263
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.463
(OTL-d)/imgH 6.127
V1+V2 59.8
|f/f1|+|f/f2| 1.423
FOV(度) 120
表三
在表三中：
N1为第一透镜102的折射率；
N2为第二透镜104的折射率；
OTL为待测物10至成像面S7在光轴I上的距离，也是盖板101的物侧面S1至成像面S7在光轴I上的距离；
d为盖板101的厚度；
V1是第一透镜102的色散系数，色散系数也可称为阿贝数(Abbe number)；
V2是第二透镜104的色散系数；
f1是第一透镜102的焦距；
f2是第二透镜104的焦距。
图2A至图2C分别是第一实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图2A示出当波长为550nm且光瞳半径(pupil radius)为0.0592mm时的纵向球差(longitudinalspherical aberration)。图2B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢(sagittal)方向的场曲(field curvature)像差及子午(tangential)方向的场曲像差，其中弧矢方向及子午方向的场曲像差分别以曲线S及曲线T表示。图2C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差(distortion aberration)。从图2A至图2C可看出第一实施例的取像装置100能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第一实施例的取像装置100在实现薄型化(OTL缩减至4.263mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
依据不同的需求，取像装置100可进一步包括其他元件/膜层，或省略图1中的元件/膜层。举例来说，取像装置100可进一步包括光源105，以提供照射待测物10的光束B3。光源105设置在盖板101下方。换句话说，光源105、第一透镜102、光圈103以及第二透镜104位于盖板101的同一侧。
光源105可为可见光光源。举例来说，光源105的波长介于400纳米至600纳米之间，但不以此为限。替代地，光源105可为非可见光光源，如红外光光源。在另一实施例中，当取像装置100搭载有显示模块时，可将显示模块所发出的显示光束的一部分用于生物特征辨识，如此便可省略光源105的设置。
图3是依照本发明的第二实施例的一种取像装置的示意图。请参照图3，第二实施例的取像装置100A与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第二实施例的详细光学数据如表四所示。
Figure BDA0001824038750000071
表四
第二实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表五所示。
Figure BDA0001824038750000072
表五
第二实施例中各重要参数间的关系如表六所示。
条件式 数值
f/imgH 0.499
N1+N2 3.259
OTL(mm) 3.895
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.095
(OTL-d)/imgH 5.852
V1+V2 59.8
|f/f1|+|f/f2| 0.995
FOV(度) 120
表六
图4A至图4C分别是第二实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图4A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0346mm时的纵向球差。图4B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图4C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图4A至图4C可看出第二实施例的取像装置100A能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第二实施例的取像装置100A在实现薄型化(OTL缩减至3.895mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图5是依照本发明的第三实施例的一种取像装置的示意图。请参照图5，第三实施例的取像装置100B与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第三实施例的详细光学数据如表七所示。
Figure BDA0001824038750000081
表七
第三实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表八所示。
Figure BDA0001824038750000091
表八
第三实施例中各重要参数间的关系如表九所示。
条件式 数值
f/imgH 0.864
N1+N2 3.17
OTL(mm) 4.202
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.402
(OTL-d)/imgH 5.916
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 1.065
FOV(度) 112
表九
图6A至图6C分别是第三实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图6A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0453mm时的纵向球差。图6B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图6C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图6A至图6C可看出第三实施例的取像装置100B能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第三实施例的取像装置100B在实现薄型化(OTL缩减至4.202mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图7是依照本发明的第四实施例的一种取像装置的示意图。请参照图7，第四实施例的取像装置100C与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第四实施例的详细光学数据如表十所示。
Figure BDA0001824038750000101
表十
第四实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表十一所示。
Figure BDA0001824038750000102
表十一
第四实施例中各重要参数间的关系如表十二所示。
条件式 数值
f/imgH 0.432
N1+N2 3.348
OTL(mm) 4.065
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.264
(OTL-d)/imgH 3.773
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 0.913
FOV(度) 140
表十二
图8A至图8C分别是第四实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图8A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0410mm时的纵向球差。图8B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图8C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图8A至图8C可看出第四实施例的取像装置100C能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第四实施例的取像装置100C在实现薄型化(OTL缩减至4.065mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图9是依照本发明的第五实施例的一种取像装置的示意图。请参照图9，第五实施例的取像装置100D与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第五实施例的详细光学数据如表十三所示。
Figure BDA0001824038750000111
表十三
第五实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表十四所示。
Figure BDA0001824038750000112
表十四
第五实施例中各重要参数间的关系如表十五所示。
条件式 数值
f/imgH 0.341
N1+N2 3.28
OTL(mm) 4.565
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.81
(OTL-d)/imgH 3.747
V1+V2 59.8
|f/f1|+|f/f2| 1.161
FOV(度) 124
表十五
图10A至图10C分别是第五实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图10A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0752mm时的纵向球差。图10B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图10C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图10A至图10C可看出第五实施例的取像装置100D能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第五实施例的取像装置100D在实现薄型化(OTL缩减至4.565mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图11是依照本发明的第六实施例的一种取像装置的示意图。请参照图11，第六实施例的取像装置100E与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第六实施例的详细光学数据如表十六所示。
Figure BDA0001824038750000121
表十六
第六实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表十七所示。
Figure BDA0001824038750000131
表十七
第六实施例中各重要参数间的关系如表十八所示。
条件式 数值
f/imgH 0.661
N1+N2 3.348
OTL(mm) 3.871
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.07
(OTL-d)/imgH 3.75
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 0.977
FOV(度) 136
表十八
图12A至图12C分别是第六实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图12A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0729mm时的纵向球差。图12B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图12C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图12A至图12C可看出第六实施例的取像装置100E能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第六实施例的取像装置100E在实现薄型化(OTL缩减至3.871mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图13是依照本发明的第七实施例的一种取像装置的示意图。请参照图13，第七实施例的取像装置100F与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。此外，第二透镜104的物侧面S5在近光轴处为平面。
第七实施例的详细光学数据如表十九所示。
Figure BDA0001824038750000141
表十九
第七实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表二十所示。
Figure BDA0001824038750000142
表二十
第七实施例中各重要参数间的关系如表二十一所示。
条件式 数值
f/imgH 0.446
N1+N2 3.28
OTL(mm) 3.666
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 1.911
(OTL-d)/imgH 3.718
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 1.250
FOV(度) 127
表二十一
图14A至图14C分别是第七实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图14A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0547mm时的纵向球差。图14B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图14C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图14A至图14C可看出第七实施例的取像装置100F能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第七实施例的取像装置100F在实现薄型化(OTL缩减至3.666mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图15是依照本发明的第八实施例的一种取像装置的示意图。请参照图15，第八实施例的取像装置100G与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。此外，第二透镜104的物侧面S5在近光轴处为平面。
第八实施例的详细光学数据如表二十二所示。
Figure BDA0001824038750000151
表二十二
第八实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表二十三所示。
Figure BDA0001824038750000152
表二十三
第八实施例中各重要参数间的关系如表二十四所示。
条件式 数值
f/imgH 0.411
N1+N2 3.28
OTL(mm) 3.32
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 1.52
(OTL-d)/imgH 3.416
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 1.005
FOV(度) 136
表二十四
图16A至图16C分别是第八实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图16A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0457mm时的纵向球差。图16B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图16C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图16A至图16C可看出第八实施例的取像装置100G能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第八实施例的取像装置100G在实现薄型化(OTL缩减至3.32mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图17是依照本发明的第九实施例的一种取像装置的示意图。请参照图17，第九实施例的取像装置100H与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第九实施例的详细光学数据如表二十五所示。
Figure BDA0001824038750000161
表二十五
第九实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表二十六所示。
Figure BDA0001824038750000171
表二十六
第九实施例中各重要参数间的关系如表二十七所示。
条件式 数值
f/imgH 0.436
N1+N2 3.348
OTL(mm) 3.102
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 1.302
(OTL-d)/imgH 3.251
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 0.961
FOV(度) 145
表二十七
图18A至图18C分别是第九实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图18A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0428mm时的纵向球差。图18B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图18C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图18A至图18C可看出第九实施例的取像装置100H能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第九实施例的取像装置100H在实现薄型化(OTL缩减至3.102mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图19是依照本发明的第十实施例的一种取像装置的示意图。请参照图19，第十实施例的取像装置100I与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。此外，第一透镜102的物侧面S3在近光轴处为凹面。
第十实施例的详细光学数据如表二十八所示。
Figure BDA0001824038750000181
表二十八
第十实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表二十九所示。
Figure BDA0001824038750000182
表二十九
第十实施例中各重要参数间的关系如表三十所示。
条件式 数值
f/imgH 0.543
N1+N2 3.25
OTL(mm) 4.609
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 2.809
(OTL-d)/imgH 4.014
V1+V2 51.4
|f/f1|+|f/f2| 1.434
FOV(度) 122
表三十
图20A至图20C分别是第十实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图20A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0769mm时的纵向球差。图20B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图20C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图20A至图20C可看出第十实施例的取像装置100I能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第十实施例的取像装置100I在实现薄型化(OTL缩减至4.609mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图21是依照本发明的第十一实施例的一种取像装置的示意图。请参照图21，第十一实施例的取像装置100J与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第十一实施例的详细光学数据如表三十一所示。
Figure BDA0001824038750000191
表三十一
第十一实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表三十二所示。
Figure BDA0001824038750000192
表三十二
第十一实施例中各重要参数间的关系如表三十三所示。
条件式 数值
f/imgH 0.311
N1+N2 3.28
OTL(mm) 5.266
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 3.466
(OTL-d)/imgH 5.406
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 0.664
FOV(度) 149.2
表三十三
图22A至图22C分别是第十一实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图22A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0507mm时的纵向球差。图22B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图22C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图22A至图22C可看出第十一实施例的取像装置100J能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第十一实施例的取像装置100J在实现薄型化(OTL缩减至5.266mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
图23是依照本发明的第十二实施例的一种取像装置的示意图。请参照图23，第十二实施例的取像装置10K与图1的取像装置100的差异在于：各光学数据、非球面系数及这些透镜间的参数或多或少有些不同。
第十二实施例的详细光学数据如表三十四所示。
Figure BDA0001824038750000201
表三十四
第十二实施例中各透镜的物侧面以及像侧面在公式(1)中的各项非球面系数如表三十五所示。
Figure BDA0001824038750000211
表三十五
第十二实施例中各重要参数间的关系如表三十六所示。
条件式 数值
f/imgH 0.389
N1+N2 3.28
OTL(mm) 5.003
d(mm) 1.8
OTL-d(mm) 3.203
(OTL-d)/imgH 5.926
V1+V2 43
|f/f1|+|f/f2| 0.763
FOV(度) 139
表三十六
图24A至图24C分别是第十二实施例的取像装置的纵向球差与各项像差图。图24A示出当波长为550nm且光瞳半径为0.0537mm时的纵向球差。图24B示出当波长为550nm时，在成像面S7上有关弧矢方向的场曲像差及子午方向的场曲像差。图24C示出当波长为550nm时，在成像面S7上的畸变像差。从图24A至图24C可看出第十二实施例的取像装置100K能明显改善球差、有效消除像差且将畸变像差维持在成像质量要求内。据此说明第十二实施例的取像装置100K在实现薄型化(OTL缩减至5.003mm)的同时仍能提供良好的成像质量。
在本发明的各个实施例中，同时考量制造的难易度、制造成本、整体厚度以及成像质量，若满足以下条件式的其中至少一个，能有较佳的设置。
0.2<f/imgH<0.9；
2.9<N1+N2<3.7；
2<(OTL-d)/imgH<8；
Fno<3.7；
(OTL-d)<3.5mm；
35<V1+V2<65；
0.6<|f/f1|+|f/f2|<1.7；
100度<FOV<180度；以及
第二透镜104至成像面S7在光轴I上的距离大于或等于0.4mm。
详细而言，通过满足0.2<f/imgH<0.9，有助于搜集大角度的光束，使取像装置能够在短距离内获取更大的图像范围。通过满足2.9<N1+N2<3.7，有助于缩减取像装置的体积，从而实现薄型化。通过满足2<(OTL-d)/imgH<8以及(OTL-d)<3.5mm的其中至少一者，可实现薄型化。通过满足Fno<3.7，可具有较大的光圈。如此，在光线不足的环境下，也可具有良好的成像效果。通过满足35<V1+V2<65，有助于修正色差。通过满足0.6<|f/f1|+|f/f2|<1.7，除了可有效修正像差，还可降低光学系统的敏感度。通过满足100度<FOV<180度，可获得所需的取像范围，并可适当地控制畸变程度。
有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的架构之下，符合上述条件式的其中至少一者能较佳地使取像装置的厚度降低、可用光圈增大、成像质量提升或组装良率提升而改善现有技术的缺点。
综上所述，本发明的实施例的取像装置具有下述的功效及优点的至少其中一者：
一、通过两片透镜获取被待测物反射的光束，可比通过两片以上的透镜获取被待测物反射的光束，来的更容易实现薄型化。例如，在本发明的各个实施例中，待测物至成像面在光轴上的距离(OTL)皆小于5.3mm。
二、两片透镜的物侧面及像侧面皆采用非球面的设计，有助于降低像差，进而能够将所需的透镜数缩减至两片。
三、第二透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离大于或等于0.4mm。藉此，可在第二透镜与成像面之间依需求设置元件/膜层，如滤光元件，但不以此为限。
四、可选择性地设置光圈，以减少杂散光，从而提升图像质量。在一实施例中，通过将光圈设置在第一透镜与第二透镜之间，有助于扩大视场角，使取像装置具有广角镜头的优势。
五、本发明各实施例的纵向球差、场曲、畸变皆符合使用规范。
六、在前述所列的示例性限定条件式中，最大值/最小值以内的数值范围皆可据以实施。也可任意选择性地合并不等数量的示例性限定条件式施用于本发明的实施态样中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种取像装置，包括由物侧至像侧沿光轴依序排列的盖板、第一透镜以及第二透镜，其中所述取像装置中透镜的数量仅为二，且所述取像装置满足：
0.2<f/imgH<0.9；
2.9<N1+N2<3.7；以及
2<(OTL-d)/imgH<8，
其中f为所述取像装置的有效焦距，imgH为所述取像装置的最大成像高度，N1为所述第一透镜的折射率，N2为所述第二透镜的折射率，OTL为待测物至成像面在所述光轴上的距离，d为所述盖板的厚度，且所述第一透镜以及所述第二透镜分别具有负屈光力以及正屈光力。
2.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述第一透镜以及所述第二透镜各自具有物侧面以及像侧面，且所述第一透镜的所述物侧面、所述第一透镜的所述像侧面、所述第二透镜的所述物侧面以及所述第二透镜的所述像侧面皆为非球面，且所述取像装置还包括：
光圈，位于所述第一透镜与所述第二透镜之间。
3.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述取像装置的光圈值小于3.7。
4.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述取像装置还满足：
(OTL-d)<3.5mm。
5.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述取像装置还满足：
35<V1+V2<65，
其中V1是所述第一透镜的色散系数，且V2是所述第二透镜的色散系数。
6.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述取像装置还满足：
0.6<|f/f1|+|f/f2|<1.7，
其中f1是所述第一透镜的焦距，且f2是所述第二透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述取像装置还满足：
100度<FOV<180度，
其中FOV是所述取像装置的视场角。
8.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述第二透镜的所述像侧面至所述成像面在所述光轴上的距离大于或等于0.4mm。
9.根据权利要求1所述的取像装置，还包括：
光源，设置在所述盖板下方，且所述光源的波长介于400纳米至600纳米之间。
10.根据权利要求1所述的取像装置，其中所述盖板包括指压板、显示面板、触控显示面板或上述至少两个的组合。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI679449B (zh) 2018-12-03 2019-12-11 大立光電股份有限公司 光學取像透鏡組、取像裝置及電子裝置
CN109685034B (zh) * 2019-01-02 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别模组及显示装置
DE102019126419A1 (de) * 2019-05-08 2020-11-12 Docter Optics Se Vorrichtung zum optischen Abbilden von Merkmalen einer Hand
CN110164307B (zh) * 2019-05-23 2021-01-26 厦门天马微电子有限公司 一种内置有指纹识别感应器的显示装置
CN115390222B (zh) * 2022-08-31 2024-06-07 东莞晶彩光学有限公司 一种两片式短焦光学镜头

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201199275Y (zh) * 2008-04-29 2009-02-25 浙江舜宇光学有限公司 小型摄像镜头
CN201716461U (zh) * 2010-02-26 2011-01-19 先进光电科技股份有限公司 微型光学取像装置
US8233149B2 (en) * 2007-07-30 2012-07-31 Sony Corporation Biometric image pickup apparatus
CN105824108A (zh) * 2015-01-09 2016-08-03 大立光电股份有限公司 薄型光学系统、取像装置及电子装置
CN107390358A (zh) * 2017-07-28 2017-11-24 北京凡星光电医疗设备股份有限公司 内窥镜适配器加长装置光学系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4728186A (en) * 1985-03-03 1988-03-01 Fujitsu Limited Uneven-surface data detection apparatus
US6381347B1 (en) * 1998-11-12 2002-04-30 Secugen High contrast, low distortion optical acquistion system for image capturing
CN100577102C (zh) * 2004-11-15 2010-01-06 日本电气株式会社 生物体特征输入装置
TWI533020B (zh) 2015-01-09 2016-05-11 大立光電股份有限公司 薄型光學系統、取像裝置及電子裝置
TW201704800A (zh) 2015-07-22 2017-02-01 Showin Technology Co Ltd 光學掃描模組及其光學掃描鏡頭

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8233149B2 (en) * 2007-07-30 2012-07-31 Sony Corporation Biometric image pickup apparatus
CN201199275Y (zh) * 2008-04-29 2009-02-25 浙江舜宇光学有限公司 小型摄像镜头
CN201716461U (zh) * 2010-02-26 2011-01-19 先进光电科技股份有限公司 微型光学取像装置
CN105824108A (zh) * 2015-01-09 2016-08-03 大立光电股份有限公司 薄型光学系统、取像装置及电子装置
CN107390358A (zh) * 2017-07-28 2017-11-24 北京凡星光电医疗设备股份有限公司 内窥镜适配器加长装置光学系统

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