TW201626037A - 薄型光學系統、取像裝置及電子裝置 - Google Patents

薄型光學系統、取像裝置及電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種薄型光學系統，由物側至像側依序包含具屈折力的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。第一透鏡具負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面。第二透鏡具屈折力，其至少一表面為非球面，且第二透鏡為塑膠材質。第三透鏡具正屈折力，其至少一表面為非球面，且第三透鏡為塑膠材質。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片。薄型光學系統更包含一光圈，設置於第一透鏡和第二透鏡之間。第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動。當滿足特定條件，薄型光學系統可設計為逆焦式，以提升遠心效果。

Description

薄型光學系統、取像裝置及電子裝置
本發明係關於一種薄型光學系統、取像裝置及電子裝置，特別是一種適用於電子裝置的薄型光學系統及取像裝置。
目前市面上現有行動裝置所搭配之生物辨識系統多採用電容原理，其雖具有縮小生物辨識系統的體積的益處，但複雜的電路結構導致製造成本居高不下，往往造成產品單價偏高而不易普及。
目前雖有利用光學成像原理的傳統生物辨識系統，如指紋辨識、靜脈辨識等，但傳統生物辨識系統存在體積過大的問題，使搭載辨識系統的電子裝置不易微型化與薄型化，進而降低電子裝置的可攜性。由於薄型光學系統具有製造容易與成本節省的優點，因此發展適合應用於生物辨識系統且具有薄型化特色的光學鏡頭實為目前業界的重要目標。
本發明提供一種薄型光學系統、取像裝置以及電子裝置，其中薄型光學系統可在極短物距內將被攝物成像於電子感光元件上，進而有效縮短薄型光學系統的總長度，以達到薄型化之目的。薄型光學系統的第一透鏡具有負屈折力，且第三透鏡具有正屈折力。藉此，可將薄型光學系統設計為逆焦式(Retrofocus)，有利於降低薄型光學系統的主光線角，以提升薄型光學系統的遠心(Telecentric)特性。此外，可有效蒐集大角度之光線，而令薄型光學系統在極 短物距內接收更大範圍之影像與達成辨識功效。另外，亦有助於縮減被攝物與薄型光學系統的距離，可有效縮小薄型光學系統體積，維持其小型化。
本發明提供一種薄型光學系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。第一透鏡具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面。第二透鏡具有屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且第二透鏡為塑膠材質。第三透鏡具有正屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且第三透鏡為塑膠材質。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片。薄型光學系統更包含一光圈，設置於第一透鏡和第二透鏡之間。第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動。薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，第一透鏡的折射率為N1，第二透鏡的折射率為N2，第三透鏡的折射率為N3，光圈至第二透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr3，光圈至第三透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr5，其滿足下列條件：f/ImgH<0.55；4.70<N1+N2+N3<5.50；以及0<|Dsr3/Dsr5|<0.50。
本發明另提供一種取像裝置，其包含前述的薄型光學系統以及電子感光元件，其中電子感光元件設置於薄型光學系統的成像面上。
本發明再提供一種電子裝置，其包含一生物辨識系統，其中該生物辨識系統包含前述之取像裝置。
本發明另提供一種薄型光學系統，由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。第一透鏡具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為 凹面。第二透鏡具有屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且第二透鏡為塑膠材質。第三透鏡具有正屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且第三透鏡為塑膠材質。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片。薄型光學系統更包含一光圈，設置於第一透鏡和第二透鏡之間。第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動。薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，第一透鏡的折射率為N1，第二透鏡的折射率為N2，第三透鏡的折射率為N3，光圈至第二透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr3，光圈至第三透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr5，一被攝物至一成像面於光軸上的距離為OTL，第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡分別於光軸上厚度之總和為Σ CT，其滿足下列條件：f/ImgH<0.70；4.70<N1+N2+N3<5.50；0<|Dsr3/Dsr5|<0.50；以及OTL/ΣCT<4.0。
本發明再提供一種取像裝置，其包含前述的薄型光學系統、光源以及電子感光元件，其中電子感光元件設置於薄型光學系統的成像面上。
當f/ImgH滿足上述條件時，可有效蒐集大角度之光線，而令薄型光學系統在極短物距內接收更大範圍之影像與達成辨識功效。
當N1+N2+N3滿足上述條件時，有助於縮減被攝物與薄型光學系統的距離，可有效縮小薄型光學系統體積，維持其小型化。
當|Dsr3/Dsr5|滿足上述條件時，光圈之位置較為適當，有助於擴大薄型光學系統的視場角，加強其廣角性能之優勢。
當OTL/ΣCT滿足上述條件時，可有效強化縮小薄型光學系統體積的效果。
10‧‧‧取像裝置
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000‧‧‧光圈
110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010‧‧‧第一透鏡
111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011‧‧‧物側表面
112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012‧‧‧像側表面
120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020‧‧‧第二透鏡
121、221、321、421、521、621、721、821、921、1021‧‧‧物側表面
122、222、322、422、522、622、722、822、922、1022‧‧‧像側表面
130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030‧‧‧第三透鏡
131、231、331、431、531、631、731、831、931、1031‧‧‧物側表面
132、232、332、432、532、632、732、832、932、1032‧‧‧像側表面
140、240、340、440、540、640、740、840、940、1040‧‧‧平板元件
150、250、350、450、550、650、750、850、950、1050‧‧‧成像面
160、260、360、460、560、660、760、860、960、1060‧‧‧電子感光元件
CT1‧‧‧第一透鏡於光軸上的厚度
CTf‧‧‧平板元件於光軸上的厚度
Dsr3‧‧‧光圈至第二透鏡物側表面於光軸上的厚度
Dsr5‧‧‧光圈至第三透鏡物側表面於光軸上的厚度
EPD‧‧‧薄型光學系統的入瞳孔徑
f‧‧‧薄型光學系統的焦距
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f3‧‧‧第三透鏡的焦距
Fno‧‧‧薄型光學系統的光圈值
FOV‧‧‧薄型光學系統的最大視角
HFOV‧‧‧薄型光學系統中最大視角的一半
ImgH‧‧‧薄型光學系統的最大成像高度
N1‧‧‧第一透鏡的折射率
N2‧‧‧第二透鏡的折射率
N3‧‧‧第三透鏡的折射率
O‧‧‧被攝物
OL‧‧‧被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離
OTL‧‧‧被攝物至成像面於光軸上的距離
R5‧‧‧第三透鏡物側表面的曲率半徑
R6‧‧‧第三透鏡像側表面的曲率半徑
S‧‧‧光源
T12‧‧‧第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離
TD‧‧‧第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離
TL‧‧‧第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離
V1‧‧‧第一透鏡的色散係數
V2‧‧‧第二透鏡的色散係數
V3‧‧‧第三透鏡的色散係數
ΣCT‧‧‧第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡分別於光軸上厚度之總和
第1A圖繪示依照本發明第一實施例的取像裝置示意圖。
第1B圖繪示第1A圖的局部放大示意圖。
第2圖由左至右依序為第一實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第3A圖繪示依照本發明第二實施例的取像裝置示意圖。
第3B圖繪示第3A圖的局部放大示意圖。
第4圖由左至右依序為第二實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第5A圖繪示依照本發明第三實施例的取像裝置示意圖。
第5B圖繪示第5A圖的局部放大示意圖。
第6圖由左至右依序為第三實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第7A圖繪示依照本發明第四實施例的取像裝置示意圖。
第7B圖繪示第7A圖的局部放大示意圖。
第8圖由左至右依序為第四實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第9A圖繪示依照本發明第五實施例的取像裝置示意圖。
第9B圖繪示第9A圖的局部放大示意圖。
第10圖由左至右依序為第五實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第11A圖繪示依照本發明第六實施例的取像裝置示意圖。
第11B圖繪示第11A圖的局部放大示意圖。
第12圖由左至右依序為第六實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第13A圖繪示依照本發明第七實施例的取像裝置示意圖。
第13B圖繪示第13A圖的局部放大示意圖。
第14圖由左至右依序為第七實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第15A圖繪示依照本發明第八實施例的取像裝置示意圖。
第15B圖繪示第15A圖的局部放大示意圖。
第16圖由左至右依序為第八實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第17A圖繪示依照本發明第九實施例的取像裝置示意圖。
第17B圖繪示第17A圖的局部放大示意圖。
第18圖由左至右依序為第九實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第19A圖繪示依照本發明第十實施例的取像裝置示意圖。
第19B圖繪示第19A圖的局部放大示意圖。
第20圖由左至右依序為第十實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。
第21圖繪示依照第1圖薄型光學系統中被攝物至成像面於光軸上的距離、被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離，以及第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離的示意圖。
第22圖繪示依照本發明的一種電子裝置的示意圖。
薄型光學系統由物側至像側依序包含第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡。其中，薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片。第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動。也就是說，第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡中任兩相鄰透鏡間於光軸上的空氣間隔距離皆為固定值。
第一透鏡具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面。藉此， 有助於擴大薄型光學系統的視場角，以擷取更大影像範圍。
第二透鏡可具有正屈折力，其像側表面於近光軸處可為凸面。藉此，可修正第一透鏡產生的像差，並且有助於減少球差產生以提升成像品質。
第三透鏡具有正屈折力，其像側表面於近光軸處可為凸面，其物側表面或像側表面可具有至少一反曲點。藉此，可將薄型光學系統設計為逆焦式(Retrofocus)，有利於降低薄型光學系統的主光線角，以提升薄型光學系統的遠心(Telecentric)特性。
薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的最大成像高度為ImgH(即為電子感光元件之有效感測區域對角線總長的一半)，其滿足下列條件：f/ImgH<0.70。藉此，可有效蒐集大角度之光線，而令薄型光學系統在極短物距內接收更大範圍之影像與達成辨識功效。較佳地，其滿足下列條件：f/ImgH<0.55。更佳地，其滿足下列條件：f/ImgH<0.45。
第一透鏡的折射率為N1，第二透鏡的折射率為N2，第三透鏡的折射率為N3，其滿足下列條件：4.70<N1+N2+N3<5.50。藉此，有助於縮減被攝物與薄型光學系統的距離，可有效縮小薄型光學系統體積，維持其小型化。
薄型光學系統更包含一光圈。光圈至第二透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr3，光圈至第三透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr5，其滿足下列條件：0<|Dsr3/Dsr5|<0.50。藉此，光圈之位置較為適當，有助於擴大薄型光學系統的視場角，加強其廣角性能之優勢。
一被攝物至一成像面於光軸上的距離為OTL，第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡分別於光軸上厚度之總和為Σ CT(即為第一透鏡於光軸上的厚度、第二透鏡於光軸上的厚度和第三透鏡於光軸上的厚度之總和)，其滿足下列 條件：OTL/ΣCT<4.0。藉此，可有效強化縮小薄型光學系統體積的效果。請參照第21圖，其繪示依照第1圖薄型光學系統中被攝物至成像面於光軸上的距離的示意圖。
第三透鏡物側表面的曲率半徑為R5，第三透鏡像側表面的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。藉此，有助於減少薄型光學系統像散與球差的產生，以提升成像品質。較佳地，其滿足下列條件：-0.50<(R5+R6)/(R5-R6)<0.50。
被攝物至成像面於光軸上的距離為OTL，其滿足下列條件：OTL<8.0[公釐]。藉此，有利於薄型光學系統的小型化，使薄型光學系統更適合應用於含有生物辨識系統的小型化電子裝置。較佳地，其滿足下列條件：OTL<5.0[公釐]。
第一透鏡的色散係數為V1，第二透鏡的色散係數為V2，第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：V1+V2+V3<80。藉此，有助於修正薄型光學系統的色差。
薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的入瞳孔徑為EPD，其滿足下列條件：f/EPD<2.60。藉此，薄型光學系統可具有較大光圈，於光線不足的環境下也可有良好的成像效果。
薄型光學系統的焦距為f，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，其滿足下列條件：0.5<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<1.1。藉此，可平衡薄型光學系統的屈折力配置，以有效修正薄型光學系統的像差，同時降低薄型光學系統的敏感度。
被攝物至成像面於光軸上的距離為OTL，薄型光學系統的最大 成像高度為ImgH，其滿足下列條件：OTL/ImgH<12。藉此，可維持其小型化，以便搭載於輕薄的電子產品上。
薄型光學系統的最大視角為FOV，其滿足下列條件：140.0[度]<FOV<180.0[度]。藉此，薄型光學系統具有較佳的視角配置以獲得所需的取像範圍，並可適當控制畸變程度。
薄型光學系統更包含一平板元件，設置於被攝物和第一透鏡物側表面之間。平板元件例如為玻璃製或塑膠製的保護蓋。平板元件於光軸上的厚度為CTf，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：0.95<CTf/CT1<5.5。藉此，可使平板元件與透鏡的厚度較為適當，有利於成本控制並兼具薄型化的效果。
第一透鏡與第二透鏡於光軸上的間隔距離為T12，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：1.50<T12/CT1<10。藉此，可有助於薄型光學系統的組裝以提升製作良率。
被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：0<OL/TL<1.0。藉此，有助於縮減被攝物與薄型光學系統的距離，可有效縮小薄型光學系統體積，維持其小型化。請參照第21圖，其繪示依照第1圖薄型光學系統中被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離，以及第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離的示意圖。
第一透鏡物側表面至第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，薄型光學系統的焦距為f，其滿足下列條件：8<TD/f<30。藉此，可使各透鏡的配置較為緊密，有利於縮短薄型光學系統的總長度。
薄型光學系統中光圈之配置可為中置光圈。中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使薄型光學系統具有廣角鏡頭的優勢。
本發明揭露的薄型光學系統中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當透鏡的材質為玻璃，可以增加屈折力配置的自由度。另當透鏡材質為塑膠，則可以有效降低生產成本。此外，可於透鏡表面上設置非球面(ASP)，非球面可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減所需使用透鏡的數目，因此可以有效降低光學總長度。
本發明揭露的薄型光學系統中，若透鏡表面係為凸面且未界定該凸面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面且未界定該凹面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凹面。若透鏡之屈折力或焦距未界定其區域位置時，則表示該透鏡之屈折力或焦距為透鏡於近光軸處之屈折力或焦距。
本發明揭露的薄型光學系統中，薄型光學系統之成像面(Image Surface)依其對應的電子感光元件之不同，可為一平面或有任一曲率之曲面，特別是指凹面朝往物側方向之曲面。
本發明揭露的薄型光學系統中，可設置有至少一光闌，其位置可設置於第一透鏡之前、各透鏡之間或最後一透鏡之後均可，該光闌的種類如耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，用以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明更提供一種取像裝置，其包含前述薄型光學系統以及電子感光元件，其中電子感光元件設置於薄型光學系統的成像面上。較佳地，該取 像裝置可進一步包含鏡筒(Barrel Member)、支持裝置(Holder Member)或其組合。
請參照第22圖，取像裝置10可應用於指紋辨識裝置(如第22圖所示)或靜脈辨識裝置等含有生物辨識系統的電子裝置。取像裝置10可包含一光源S，設置於薄型光學系統之一側。此外，取像裝置10亦可應用於含有薄型取像系統或感應偵測系統的電子裝置。較佳地，電子裝置可進一步包含控制單元(Control Units)、顯示單元(Display Units)、儲存單元(Storage Units)、暫儲存單元(RAM)或其組合。
本發明亦可多方面應用於數位相機、行動裝置、數位平板、智慧型電視與穿戴式裝置等電子裝置中。進一步來說，本發明的薄型光學系統可使用於藍光波段、紅外光波段或可見光波段。當使用於藍光波段或可見光波段時，可利於縮小薄型光學系統體積，達到小型化之目的。當使用於紅外光波段時，則較不易對人眼造成干擾，以提高使用舒適度。前揭電子裝置僅是示範性地說明本發明的實際運用例子，並非限制本發明之取像裝置的運用範圍。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
<第一實施例>
請參照第1A圖、第1B圖及第2圖，其中第1A圖繪示依照本發明第一實施例的取像裝置示意圖，第1B圖繪示第1A圖的局部放大示意圖，第2圖由左至右依序為第一實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第1A圖和第1B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件160。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件140、第一透鏡110、光圈100、第二透鏡120、第三透鏡130與成像面150。其中，電子感光元件160設置於成像 面150上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(110-130)。
第一透鏡110具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面111於近光軸處為凸面，其像側表面112於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡120具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面121於近光軸處為凸面，其像側表面122於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡130具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面131於近光軸處為凸面，其像側表面132於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面131與像側表面132皆具有至少一反曲點。
平板元件140的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡110之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下： ；其中：X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上交點的切面的相對距離；Y：非球面曲線上的點與光軸的垂直距離；R：曲率半徑；k：錐面係數；以及Ai：第i階非球面係數。
第一實施例的薄型光學系統中，薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的光圈值(F-number)為Fno，薄型光學系統中最大視角的一半為 HFOV，其數值如下：f=0.14公釐(mm)，Fno=2.20，HFOV=84.5度(deg.)。其中，薄型光學系統的光圈值(Fno)為薄型光學系統對焦於無窮遠處所得到的光圈值。
薄型光學系統的最大視角為FOV，其滿足下列條件：FOV=169.0度(deg.)。
第一透鏡110的色散係數為V1，第二透鏡120的色散係數為V2，第三透鏡130的色散係數為V3，其滿足下列條件：V1+V2+V3=64.5。
第一透鏡110的折射率為N1，第二透鏡120的折射率為N2，第三透鏡130的折射率為N3，其滿足下列條件：N1+N2+N3=5.022。
第一透鏡110與第二透鏡120於光軸上的間隔距離為T12，第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：T12/CT1=1.84。
平板元件140於光軸上的厚度為CTf，第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：CTf/CT1=1.25。
第三透鏡物側表面131的曲率半徑為R5，第三透鏡像側表面132的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：(R5+R6)/(R5-R6)=0.21。
薄型光學系統的焦距為f，第一透鏡110的焦距為f1，第二透鏡120的焦距為f2，第三透鏡130的焦距為f3，其滿足下列條件：|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|=0.81。
薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，其滿足下列條件：f/ImgH=0.27。
薄型光學系統的焦距為f，薄型光學系統的入瞳孔徑為EPD，其滿足下列條件：f/EPD=2.20。其中，薄型光學系統的入瞳孔徑(EPD)為薄型光學 系統對焦於無窮遠處所得到的入瞳孔徑。
被攝物O至第一透鏡物側表面111於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面111至成像面150於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：OL/TL=0.26。
被攝物O至成像面150於光軸上的距離為OTL，其滿足下列條件：OTL=4.24mm。
被攝物O至成像面150於光軸上的距離為OTL，第一透鏡110、第二透鏡120與第三透鏡130分別於光軸上厚度之總和為Σ CT，其滿足下列條件：OTL/ΣCT=2.22。
被攝物O至成像面150於光軸上的距離為OTL，薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，其滿足下列條件：OTL/ImgH=8.34。
第一透鏡物側表面111至第三透鏡像側表面132於光軸上的距離為TD，薄型光學系統的焦距為f，其滿足下列條件：TD/f=22.91。
光圈100至第二透鏡物側表面121於光軸上的距離為Dsr3，光圈100至第三透鏡物側表面131於光軸上的距離為Dsr5，其滿足下列條件：|Dsr3/Dsr5|=0.04。
配合參照下列表一以及表二。
表一為第1圖第一實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為公釐(mm)，且表面0到10依序表示由物側至像側的表面。表二為第一實施例中的非球面數據，其中，k為非球面曲線方程式中的錐面係數，A4到A16則表示各表面第4到16階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，在此不加以贅述。
<第二實施例>
請參照第3A圖、第3B圖及第4圖，其中第3A圖繪示依照本 發明第二實施例的取像裝置示意圖，第3B圖繪示第3A圖的局部放大示意圖，第4圖由左至右依序為第二實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第3A圖和第3B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件260。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件240、第一透鏡210、光圈200、第二透鏡220、第三透鏡230與成像面250。其中，電子感光元件260設置於成像面250上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(210-230)。
第一透鏡210具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面211於近光軸處為凸面，其像側表面212於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡220具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面221於近光軸處為凸面，其像側表面222於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡230具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面231於近光軸處為凸面，其像側表面232於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面231與像側表面232皆具有至少一反曲點。
平板元件240的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡210之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表三以及表四。
第二實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第三實施例>
請參照第5A圖、第5B圖及第6圖，其中第5A圖繪示依照本發明第三實施例的取像裝置示意圖，第5B圖繪示第5A圖的局部放大示意圖，第6圖由左至右依序為第三實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第5A圖和第5B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件360。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件340、第一透鏡310、光圈300、第二透鏡320、第三透鏡330與成像面350。其中，電子感光元件360設置於成像面350上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(310-330)。
第一透鏡310具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面311於近光軸處為凸面，其像側表面312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡320具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面321於近光軸處為凸面，其像側表面322於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡330具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面331於近光軸處為凸面，其像側表面332於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面331與像側表面332皆具有至少一反曲點。
平板元件340的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡310之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表五以及表六。
第三實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第四實施例>
請參照第7A圖、第7B圖及第8圖，其中第7A圖繪示依照本發明第四實施例的取像裝置示意圖，第7B圖繪示第7A圖的局部放大示意圖，第8圖由左至右依序為第四實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第7A圖和第7B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件460。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件440、第一透鏡410、光圈400、第二透鏡420、第三透鏡430與成像面450。其中，電子感光元件460設置於成像面450上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(410-430)。
第一透鏡410具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面411於近光軸處為凸面，其像側表面412於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡420具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面421於近光軸處為凸面，其像側表面422於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡430具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面431於近光軸處為凸面，其像側表面432於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面431與像側表面432皆具有至少一反曲點。
平板元件440的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡410之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表七以及表八。
第四實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第五實施例>
請參照第9A圖、第9B圖及第10圖，其中第9A圖繪示依照本發明第五實施例的取像裝置示意圖，第9B圖繪示第9A圖的局部放大示意圖，第10圖由左至右依序為第五實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第9A圖和第9B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件560。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件540、第一透鏡510、光圈500、第二透鏡520、第三透鏡530與成像面550。其中，電子感光元件560設置於成像面550上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(510-530)。
第一透鏡510具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面511於近光軸處為凸面，其像側表面512於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡520具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面521於近光軸處為凸面，其像側表面522於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡530具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面531於近光軸處為凸面，其像側表面532於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面531具有至少一反曲點。
平板元件540的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡510之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表九以及表十。
第五實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第六實施例>
請參照第11A圖、第11B圖及第12圖，其中第11A圖繪示依照本發明第六實施例的取像裝置示意圖，第11B圖繪示第11A圖的局部放大示意圖，第12圖由左至右依序為第六實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第11A圖和第11B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件660。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件640、第一透鏡610、光圈600、第二透鏡620、第三透鏡630與成像面650。其中，電子感光元件660設置於成像面650上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(610-630)。
第一透鏡610具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面611於近光軸處為凸面，其像側表面612於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡620具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面621於近光軸處為凸面，其像側表面622於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡630具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面631於近光軸處為凸面，其像側表面632於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面631具有至少一反曲點。
平板元件640的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡610之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表十一以及表十二。
第六實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第七實施例>
請參照第13A圖、第13B圖及第14圖，其中第13A圖繪示依照本發明第七實施例的取像裝置示意圖，第13B圖繪示第13A圖的局部放大示意圖，第14圖由左至右依序為第七實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第13A圖和第13B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件760。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件740、第一透鏡710、光圈700、第二透鏡720、第三透鏡730與成像面750。其中，電子感光元件760設置於成像面750上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(710-730)。
第一透鏡710具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面711於近光軸處為凸面，其像側表面712於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡720具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面721於近光軸處為凹面，其像側表面722於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡730具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面731於近光軸處為凹面，其像側表面732於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面731具有至少一反曲點。
平板元件740的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡710之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表十三以及表十四。
第七實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第八實施例>
請參照第15A圖、第15B圖及第16圖，其中第15A圖繪示依照本發明第八實施例的取像裝置示意圖，第15B圖繪示第15A圖的局部放大示意圖，第16圖由左至右依序為第八實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第15A圖和第15B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件860。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件840、第一透鏡810、光圈800、第二透鏡820、第三透鏡830與成像面850。其中，電子感光元件860設置於成像面850上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(810-830)。
第一透鏡810具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面811於近光軸處為凹面，其像側表面812於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡820具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面821於近光軸處為凸面，其像側表面822於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡830具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面831於近光軸處為凸面，其像側表面832於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其物側表面831與像側表面832皆具有至少一反曲點。
平板元件840的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡810之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表十五以及表十六。
第八實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第九實施例>
請參照第17A、第17B圖及第18圖，其中第17A圖繪示依照本發明第九實施例的取像裝置示意圖，第17B圖繪示第17A圖的局部放大示意圖，第18圖由左至右依序為第九實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第17A圖和第17B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件960。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件940、第一透鏡910、光圈900、第二透鏡920、第三透鏡930與成像面950。其中，電子感光元件960設置於成像面950上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(910-930)。
第一透鏡910具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面911於近光軸處為凹面，其像側表面912於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡920具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面921於近光軸處為凸面，其像側表面922於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡930具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面931於近光軸處為凸面，其像側表面932於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其物側表面931與像側表面932皆具有至少一反曲點。
平板元件940的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡910之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表十七以及表十八。
第九實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
<第十實施例>
請參照第19A圖、第19B及第20圖，其中第19A圖繪示依照本發明第十實施例的取像裝置示意圖，第19B圖繪示第19A圖的局部放大示意圖，第20圖由左至右依序為第十實施例的球差、像散以及畸變曲線圖。由第19A圖和第19B圖可知，取像裝置包含薄型光學系統(未另標號)與電子感光元件1060。薄型光學系統由物側至像側依序包含平板元件1040、第一透鏡1010、光圈1000、第二透鏡1020、第三透鏡1030與成像面1050。其中，電子感光元件1060設置於成像面1050上。薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片(1010-1030)。
第一透鏡1010具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面1011於近光軸處為凸面，其像側表面1012於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二透鏡1020具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面1021於近光軸處為平面，其像側表面1022於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面。
第三透鏡1030具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面1031於近光軸處為凸面，其像側表面1032於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其像側表面1032具有至少一反曲點。
平板元件1040的材質為玻璃，其設置於一被攝物O及第一透鏡1010之間，並不影響薄型光學系統的焦距。
請配合參照下列表十九以及表二十。
第十實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
上述取像裝置可搭載於電子裝置內。為使近物拍攝達到薄型化與廣視角的目的，本發明使用三片具屈折力透鏡之薄型光學系統。其中，第一透鏡具有負屈折力，且第三透鏡具有正屈折力。藉此，可將薄型光學系統設計為逆焦式，有利於降低薄型光學系統的主光線角，以提升薄型光學系統的遠心特性。此外，當滿足特定條件，可有效蒐集大角度之光線，而令薄型光學系統在極短物距內接收更大範圍之影像與達成辨識功效。另外，亦有助於縮減被攝物與薄型光學系統的距離，可有效縮小薄型光學系統體積，維持其小型化。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光圈
110‧‧‧第一透鏡
111‧‧‧物側表面
112‧‧‧像側表面
120‧‧‧第二透鏡
121‧‧‧物側表面
122‧‧‧像側表面
130‧‧‧第三透鏡
131‧‧‧物側表面
132‧‧‧像側表面
150‧‧‧成像面
160‧‧‧電子感光元件

Claims (25)

  1. 一種薄型光學系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面；一第二透鏡，具有屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且該第二透鏡為塑膠材質；以及一第三透鏡，具有正屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且該第三透鏡為塑膠材質；其中，該薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片，該薄型光學系統更包含一光圈，該光圈設置於該第一透鏡和該第二透鏡之間，該第一透鏡、該第二透鏡和該第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動；其中，該薄型光學系統的焦距為f，該薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，該第一透鏡的折射率為N1，該第二透鏡的折射率為N2，該第三透鏡的折射率為N3，該光圈至該第二透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr3，該光圈至該第三透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr5，其滿足下列條件：f/ImgH<0.55 4.70<N1+N2+N3<5.50；以及0<|Dsr3/Dsr5|<0.50。
  2. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡像側表面於近光軸處為凸面。
  3. 如請求項2所述之薄型光學系統，其中該第二透鏡具有正屈折力，且該第二透鏡像側表面於近光軸處為凸面。
  4. 如請求項2所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡物側表面的曲率半徑為 R5，該第三透鏡像側表面的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：-0.50<(R5+R6)/(R5-R6)<0.50。
  5. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡物側表面與該第三透鏡像側表面中至少一表面具有至少一反曲點，該第三透鏡物側表面的曲率半徑為R5，該第三透鏡像側表面的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。
  6. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中一被攝物至一成像面於光軸上的距離為OTL，其滿足下列條件：OTL<8.0[公釐]。
  7. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中該薄型光學系統的焦距為f，該薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，其滿足下列條件：f/ImgH<0.45。
  8. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中該第一透鏡的色散係數為V1，該第二透鏡的色散係數為V2，該第三透鏡的色散係數為V3，其滿足下列條件：V1+V2+V3<80。
  9. 如請求項1所述之薄型光學系統，其中該薄型光學系統的焦距為f，該薄型光學系統的入瞳孔徑為EPD，其滿足下列條件：f/EPD<2.60。
  10. 如請求項1所述之薄型光學系統，更包含一平板元件，設置於一被攝物和該第一透鏡物側表面之間。
  11. 一種取像裝置，包含：如請求項1所述之薄型光學系統；以及 一電子感光元件，其中該電子感光元件設置於該薄型光學系統的一成像面上。
  12. 一種電子裝置，包含：一生物辨識系統，包含如請求項11所述之取像裝置。
  13. 一種薄型光學系統，由物側至像側依序包含：一第一透鏡，具有負屈折力，其像側表面於近光軸處為凹面；一第二透鏡，具有屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且該第二透鏡為塑膠材質；以及一第三透鏡，具有正屈折力，其物側表面與像側表面中至少一表面為非球面，且該第三透鏡為塑膠材質；其中，該薄型光學系統中具屈折力的透鏡為三片，該薄型光學系統更包含一光圈，該光圈設置於該第一透鏡和該第二透鏡之間，該第一透鏡、該第二透鏡和該第三透鏡彼此之間於光軸上無相對移動；其中，該薄型光學系統的焦距為f，該薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，該第一透鏡的折射率為N1，該第二透鏡的折射率為N2，該第三透鏡的折射率為N3，該光圈至該第二透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr3，該光圈至該第三透鏡物側表面於光軸上的距離為Dsr5，一被攝物至一成像面於光軸上的距離為OTL，該第一透鏡、該第二透鏡與該第三透鏡分別於光軸上厚度之總和為Σ CT，其滿足下列條件：f/ImgH<0.70；4.70<N1+N2+N3<5.50；0<|Dsr3/Dsr5|<0.50；以及 OTL/ΣCT<4.0。
  14. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡像側表面於近光軸處為凸面。
  15. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該薄型光學系統的焦距為f，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，其滿足下列條件：0.5<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<1.1。
  16. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該被攝物至該成像面於光軸上的距離為OTL，該薄型光學系統的最大成像高度為ImgH，其滿足下列條件：OTL/ImgH<12。
  17. 如請求項16所述之薄型光學系統，其中該薄型光學系統的最大視角為FOV，其滿足下列條件：140.0[度]<FOV<180.0[度]。
  18. 如請求項16所述之薄型光學系統，更包含一平板元件，設置於該被攝物和該第一透鏡物側表面之間，其中該平板元件於光軸上的厚度為CTf，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：0.95<CTf/CT1<5.5。
  19. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡物側表面與該第三透鏡像側表面中至少一表面具有至少一反曲點，該被攝物至該成像面於光軸上的距離為OTL，其滿足下列條件：OTL<5.0[公釐]。
  20. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該第三透鏡物側表面的曲率半徑為 R5，該第三透鏡像側表面的曲率半徑為R6，其滿足下列條件：(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。
  21. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該第一透鏡與該第二透鏡於光軸上的間隔距離為T12，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，其滿足下列條件：1.50<T12/CT1<10。
  22. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該被攝物至該第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，該第一透鏡物側表面至該成像面於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：0<OL/TL<1.0。
  23. 如請求項13所述之薄型光學系統，其中該第一透鏡物側表面至該第三透鏡像側表面於光軸上的距離為TD，該薄型光學系統的焦距為f，其滿足下列條件：8<TD/f<30。
  24. 一種取像裝置，包含：如請求項13所述之薄型光學系統；一光源；以及一電子感光元件，其中該電子感光元件設置於該薄型光學系統的一成像面上。
  25. 如請求項24所述之取像裝置，其中該光源的波長係介於400[奈米]~500[奈米]之間。
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