CN111338059B - 光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学成像镜头，设置于一显示面板与一图像传感器之间。光学成像镜头由显示面板至图像传感器沿一光轴依序包括一光圈、一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜。第一透镜具有正屈光度。第二透镜具有正屈光度。第三透镜具有负屈光度。

Description

光学成像镜头
技术领域
本发明涉及一种光学元件，尤其涉及一种光学成像镜头。
背景技术
由于智能手机已逐渐成为生活的必需用品之一，指纹识别等识别系统的重要性也逐渐提升。以目前屏下指纹识别系统来说，由显示面板所发出的光束先朝向使用者的手指，其反射的光束会依序穿过显示面板、光学成像镜头，最后成像于图像传感器上。
然而，显示面板内具有彼此间规律排列且可多层设置的像素电极。因此，光束通过显示面板往往伴随着网纹干扰效应(moiréeffect)。也就是说，图像传感器所取得的指纹图像通常具有明显的网纹干扰图案(moirépattern)，使得指纹识别的正确度受到影响。
发明内容
本发明是针对一种光学成像镜头，其可有效地降低网纹干扰效应的影响。
本发明的一实施例的光学成像镜头设置于一显示面板与一图像传感器之间。光学成像镜头由显示面板至图像传感器沿一光轴依序包括一光圈、一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜。第一透镜具有正屈光度。第二透镜具有正屈光度。第三透镜具有负屈光度。
基于上述，在本发明实施例的光学成像镜头中，由于光学成像镜头各透镜的面形或屈光度的设计，光学成像镜头可有效地减少网纹干扰效应的影响。
附图说明
图1是依据本发明的一实施例的光学成像镜头相对于显示面板与图像传感器的示意图；
图2是依据本发明的一实施例的光线经由显示面板与光学成像镜头的光线追迹的示意图；
图3是图2在光学成像镜头处的放大示意图。
附图标记说明
0:光圈
1:第一透镜
2:第二透镜
3:第三透镜
10:光学成像镜头
15、25、35、105:物侧面
16、26、36、106:像侧面
99:成像面
100:显示面板
104:像素电极
151、161、251、261、351、361:光轴区域
153、163、253、263、353、363:圆周区域
200:图像传感器
A、B:区域
I:光轴
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是依据本发明的一实施例的光学成像镜头相对于显示面板与图像传感器的示意图。请参考图1，本发明的一实施例的光学成像镜头10设置于一显示面板100与一图像传感器200之间。显示面板100例如是透明显示面板、透明触控显示面板或上述与指压板的组合。举例而言，显示面板100例如为有机发光二极管显示面板(Organic Light-EmittingDiode display panel，OLED display panel)，但本发明并不限于此。图像传感器200例如是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)传感器或电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)传感器。
显示面板100用以发出光束。光束先照射至按压于显示面板100的物侧面105的使用者的手指后，其反射的光束依序经显示面板100的像素电极104、显示面板100的像侧面106、光学成像镜头10而成像于图像传感器200上，以在图像传感器200上形成指纹图像。为了能有效地降低光束通过像素电极104产生的网纹干扰效应的影响，本发明实施例的光学成像镜头10可通过各透镜的面形、屈光度以及其他参数的设计，而降低指纹图像中由像素电极104所造成的网纹干扰图案的图像对比。
图2是依据本发明的一实施例的光线经由显示面板与光学成像镜头的光线追迹(light tracking)的示意图。图3是图2在光学成像镜头处的放大示意图。请同时参考图2与图3，本实施例的光学成像镜头10由显示面板100至图像传感器200沿一光轴I依序包括一光圈0、一第一透镜1、一第二透镜2以及一第三透镜3。当光束进入光学成像镜头10时，光束依序经由光圈0、一第一透镜1、一第二透镜2以及一第三透镜3后，会在成像面99形成图像。成像面99例如是图像传感器200的感测面。
在本实施例中，光学成像镜头10的第一透镜1、第二透镜2以及第三透镜3都各自具有一朝向显示面板100且使光线通过的物侧面15、25、35及一朝向图像传感器200且使光线通过的像侧面16、26、36。再者，第一透镜1、第二透镜2以及第三透镜3都各自具有在光轴I附近的光轴区域，以及远离光轴I且靠近透镜边界的圆周区域。此外，光圈0位于显示面板100与第一透镜1之间，其中光圈0例如为孔径光阑(aperture stop)。
在本实施例中，第一透镜1具有正屈光度。第一透镜1的材质可为塑料或玻璃，本发明不以此为限。第一透镜1在朝向显示面板100的物侧面15为非球面，物侧面15在一光轴区域151为凸面，且物侧面15在一圆周区域153为凹面。第一透镜1在朝向图像传感器200的像侧面16为非球面，像侧面16在一光轴区域161为凸面，且像侧面16在一圆周区域163为凸面。
在本实施例中，第二透镜2具有正屈光度。第二透镜2的材质可为塑料或玻璃，本发明不以此为限。第二透镜2在朝向显示面板100的物侧面25为非球面，物侧面25在一光轴区域251为凹面，且物侧面25在一圆周区域253为凹面。第二透镜2在朝向图像传感器200的像侧面26为非球面，像侧面26在一光轴区域261为凸面，且像侧面26在一圆周区域263为凸面。
在本实施例中，第三透镜3具有负屈光度。第三透镜3的材质可为塑料或玻璃，本发明不以此为限。第三透镜3在朝向显示面板100的物侧面35为非球面，物侧面35在一光轴区域351为凸面，且物侧面35在一圆周区域353为凹面。第三透镜3在朝向图像传感器200的像侧面36为非球面，像侧面36在一光轴区域361为凹面，且像侧面36在一圆周区域363为凸面。
在本实施例中，光学成像镜头10具有屈光度的透镜只有上述三片。
表1
Figure BDA0002459787890000041
本实施例的光学成像镜头10的其他详细光学数据如上面表1所示，其中元件中的物体例如是手指按压在显示面板100的物侧面105上的手指表面。光学成像镜头10的系统焦距(Effective Focal Length,EFL)为0.5657毫米(Millimeter,mm)，光圈值(F-number,Fno)为1.48。此外，在表1中，显示面板100从物侧面105至像素电极104的折射率与从像素电极104至像侧面106的折射率相同。也就是说，显示面板100的上基板与下基板可设计为相同的材质，例如玻璃。
表2
Figure BDA0002459787890000042
Figure BDA0002459787890000051
此外，在本实施例中，第一透镜1、第二透镜以及第三透镜3的物侧面15、25、35及像侧面16、26、36共计六个面均是非球面，其中物侧面15、25、35与像侧面16、26、36为一般的偶次非球面(even asphere surface)。而这些非球面是依下列公式定义：
Figure BDA0002459787890000052
其中：
R：透镜表面近光轴I处的曲率半径；
Z：非球面的深度(非球面上距离光轴I为Y的点，其与相切于非球面光轴I上顶点的切面，两者间的垂直距离)；
Y：非球面曲线上的点与光轴I的距离；
K：锥面系数(conic constant)；
a2i：第2i阶非球面系数。
第一透镜1的物侧面15到第三透镜3的像侧面36在公式(1)中的各项非球面系数如上面表2所示。其中，表2中字段编号15表示其为第一透镜1的物侧面15的非球面系数，其它字段依此类推。在本实施例，第2阶非球面系数a2皆为0。
表3
场 弧矢方向 子午方向
0.0 0.813 0.813
0.5 0.662 0.622
表4
场 弧矢方向 子午方向
0.0 0.136 0.136
0.5 0.076 0.171
表3与表4分别为本实施例的光学成像镜头10在显示面板100的物侧面105与像素电极104处的于空间频率为110周期/毫米(lp/mm)下的调制传递函数(modulationtransfer function,MTF)的模数的表格。例如，图3中的区域A为场(field)为0.7处的光线追迹，且区域B为场为1.0处的光线追迹。表4中场为0.5的那一列代表弧矢方向(sagittaldirection)与子午方向(tangential direction)的调制传递函数的模数分别为0.076与0.171，而表格中的其余数值所代表的物理意义由此类推。由图3、表3与表4可验证，像素电极104所形成的图像的调制传递函数的模数小于物侧面105处的物体所形成的图像的调制传递函数的模数，因此本实施例的光学成像镜头10可有效地降低像素电极104的图像的对比度，因此可减少网纹干扰效应的影响。
在本实施例中，光学成像镜头10在显示面板100远离光学成像镜头10的物侧面105处于空间频率为110周期/毫米(lp/mm)下的调制传递函数的模数与在显示面板100中的像素电极104处于空间频率为110周期/毫米(lp/mm)下的调制传递函数之间的差值落在0.451至0.677的范围内。
综上所述，在本发明实施例的光学成像镜头中，由于光学成像镜头各透镜的面形或屈光度的设计，以及限制了光学成像镜头在显示面板远离光学成像镜头的物侧面处于空间频率为110周期/毫米(lp/mm)下的调制传递函数的模数与在显示面板中的像素电极处于空间频率为110周期/毫米(lp/mm)下的调制传递函数的模数之间的差值落在0.451至0.677的范围内，使得光学成像镜头可有效地降低像素电极的图像的对比度，因此可减少网纹干扰效应的影响。
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 (8)

1.一种光学成像镜头，其特征在于，设置于显示面板与图像传感器之间，所述光学成像镜头由所述显示面板至所述图像传感器沿光轴依序包括光圈、第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中
所述第一透镜具有正屈光度；
所述第二透镜具有正屈光度；以及
所述第三透镜具有负屈光度，
其中所述光学成像镜头在所述显示面板远离所述光学成像镜头的物侧面处于空间频率为110周期/毫米下的调制传递函数的模数与在所述显示面板中的像素电极处于空间频率为110周期/毫米下的调制传递函数的模数之间的差值落在0.451至0.677的范围内。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜在朝向所述显示面板的物侧面为非球面，所述物侧面在光轴区域为凸面，且所述物侧面在圆周区域为凹面。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜在朝向所述图像传感器的像侧面为非球面，所述像侧面在光轴区域为凸面，且所述像侧面在圆周区域为凸面。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜在朝向所述显示面板的物侧面为非球面，所述物侧面在光轴区域为凹面，且所述物侧面在圆周区域为凹面。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第二透镜在朝向所述图像传感器的像侧面为非球面，所述像侧面在光轴区域为凸面，且所述像侧面在圆周区域为凸面。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜在朝向所述显示面板的物侧面为非球面，所述物侧面在光轴区域为凸面，且所述物侧面在圆周区域为凹面。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第三透镜在朝向所述图像传感器的像侧面为非球面，所述像侧面在光轴区域为凹面，且所述像侧面在圆周区域为凸面。
8.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头具有屈光度的透镜只有所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜。
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