TW202001334A - 取像裝置 - Google Patents

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Abstract

一種取像裝置，包括由物側至像側沿光軸依序排列的蓋板、第一透鏡以及第二透鏡。取像裝置中透鏡的數量僅為二。取像裝置滿足：0.2 ＜ f/imgH ＜ 0.9、2.9 ＜ N1+N2 ＜ 3.7以及2 ＜ (OTL-d)/imgH ＜8，其中f為取像裝置的有效焦距，imgH為取像裝置的最大成像高度，N1為第一透鏡的折射率，N2為第二透鏡的折射率，OTL為待測物至成像面在光軸上的距離，且d為蓋板的厚度。

Description

取像裝置
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種取像裝置。
傳統的電子裝置主要採用電容感測技術來進行生物特徵辨識(如指紋辨識、掌紋辨識或靜脈辨識等)。電容感測技術雖有小體積的優勢，但其複雜的電路結構導致製造不易且製造成本居高不下，造成電子裝置單價偏高而不易普及。目前雖有電子裝置採用光學成像技術來進行生物特徵辨識，但現有的光學成像系統體積過大，使電子裝置不易微型化與薄型化，降低電子裝置的可攜性。因此，如何降低電子裝置中光學成像系統的體積，同時維持良好的光學成像品質，便成為目前的研發重點。
本發明提供一種取像裝置，其在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質。
本發明的一種取像裝置，包括由物側至像側沿光軸依序排列的蓋板、第一透鏡以及第二透鏡。取像裝置中透鏡的數量僅為二。取像裝置滿足：0.2 ＜ f/imgH ＜ 0.9、2.9 ＜ N1+N2 ＜ 3.7以及2 ＜ (OTL-d)/imgH ＜ 8。f為取像裝置的有效焦距。imgH為取像裝置的最大成像高度。N1為第一透鏡的折射率。N2為第二透鏡的折射率。OTL為待測物至成像面在光軸上的距離。d為蓋板的厚度。
在本發明的一實施例中，第一透鏡以及第二透鏡分別具有負屈光力以及正屈光力。第一透鏡以及第二透鏡各自具有物側面以及像側面。第一透鏡的物側面、第一透鏡的像側面、第二透鏡的物側面以及第二透鏡的像側面皆為非球面。取像裝置更包括光圈。光圈位於第一透鏡與第二透鏡之間。
在本發明的一實施例中，取像裝置的光圈值小於3.7。
在本發明的一實施例中，取像裝置更滿足：(OTL-d) ＜ 3.5 mm。
在本發明的一實施例中，取像裝置更滿足：35 ＜ V1+V2 ＜ 65，其中V1是第一透鏡的色散係數，且V2是第二透鏡的色散係數。
在本發明的一實施例中，取像裝置更滿足：0.6 ＜ |f/f1|+|f/f2| ＜ 1.7，其中f1是該第一透鏡的焦距，且f2是該第二透鏡的焦距。
在本發明的一實施例中，取像裝置更滿足：100度 ＜ FOV ＜ 180度，其中FOV是取像裝置的視場角。
在本發明的一實施例中，第二透鏡的像側面至成像面在光軸上的距離大於或等於0.4 mm。
在本發明的一實施例中，取像裝置更包括光源。光源設置在蓋板下方，且光源的波長介於400奈米至600奈米之間。
在本發明的一實施例中，其中蓋板包括一指壓板、一顯示面板、一觸控顯示面板或上述至少兩個的組合。
基於上述，本發明的實施例的取像裝置的有益效果在於：藉由蓋板以及兩個透鏡的光學參數設計與排列，使取像裝置在縮減厚度的同時，仍具備能夠有效克服像差的光學性能。因此，取像裝置在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
實施方式中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。在附圖中，各圖式繪示的是特定示範實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些示範實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對厚度及位置可能縮小或放大。
在實施方式中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同示範實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋之範圍內。另外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名分立（discrete）的元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。
在實施方式中，各取像裝置適於擷取待測物的生物特徵。舉例而言，當待測物為手指時，生物特徵可為指紋或靜脈。當待測物為手掌時，生物特徵可為掌紋。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖1，本發明的第一實施例的取像裝置100包括由物側至像側沿光軸I依序排列的蓋板101、第一透鏡102、光圈103以及第二透鏡104。所述物側為待測物10的所在側，而所述像側為成像面S7的所在側。在本揭露中，成像面S7即取像裝置100中感測器(未繪示)的感測面。來自待測物10的成像光束(即帶有生物特徵資訊的光束，如成像光束B1及成像光束B2)進入取像裝置100時，會依序通過蓋板101、第一透鏡102、光圈103以及第二透鏡104，然後在成像面S7形成影像。
蓋板101、第一透鏡102以及第二透鏡104各自包括物側面(如物側面S1、S3、S5)以及像側面(如像側面S2、S4、S6)。所述物側面為面向物側(或待測物10)且讓成像光束通過的表面，而所述像側面為面向像側(或成像面S7)且讓成像光束通過的表面。
蓋板101適於保護位於其下的元件。在本實施例中，蓋板101為指壓板。在進行生物特徵辨識時，蓋板101的物側面S1為待測物10接觸的表面。也就是說，待測物10接觸蓋板101的物側面S1，以進行生物特徵辨識。指壓板可包括透光或半透光的主體，以利成像光束傳遞至感測器。所述主體可包括玻璃板、塑膠板或上述兩個的組合，但不以此為限。此外，指壓板可選擇性地包括裝飾層，裝飾層設置在蓋板101上，以遮避其下方不欲被看見的元件。
在另一實施例中，蓋板101可包括指壓板、顯示面板、觸控顯示面板或上述至少兩個的組合。舉例來說，蓋板101可以是顯示面板，如有機發光顯示面板，但不以此為限。替代地，蓋板101可以是觸控顯示面板，如具有多個觸控電極的有機發光顯示面板。所述多個觸控電極可以形成在有機發光顯示面板的外表面上或是內嵌於有機發光顯示面板中，且多個觸控電極可以藉由自容或互容的方式進行觸控偵測。或者，蓋板101可以是指壓板與顯示面板的組合或指壓板與觸控顯示面板的組合。
另外，當取像裝置100與液晶顯示器(包括液晶顯示面板以及背光模組)整合在一起時，蓋板101可設置在液晶顯示面板上方，或者，液晶顯示面板中的對向基板可作為取像裝置100的蓋板101。液晶顯示器中可形成有用以容置光學成像系統(包括第一透鏡102、第二透鏡104以及感測器)的開孔。背光模組位於液晶顯示面板下方，以提供照明光束。為避免來自背光模組的照明光束直接傳遞至感測器，背光模組與光學成像系統之間可形成有遮光結構，以維持理想的成像品質。在上述架構下也可進一步設置多個觸控電極，以提供觸控偵測功能。
第一透鏡102適於擴大取像裝置100的視場角(Field Of View, FOV)，使取像裝置100的感測器能夠擷取更大的影像範圍。在本實施例中，第一透鏡102具有負屈光力。此外，第一透鏡102的物側面S3在近光軸處為凸面，且第一透鏡102的像側面S4在近光軸處為凹面。第一透鏡102可由塑膠材質製成，以滿足輕量化的需求，但不以此為限。
光圈103適於減少雜散光，以提升影像品質。在本實施例中，光圈103設置在第一透鏡102與第二透鏡104之間，有助於擴大視場角，使取像裝置100具有廣角鏡頭的優勢。
第二透鏡104適於修正第一透鏡102所產生的像差，並有助於減少球差的產生，以提升成像品質。在本實施例中，第二透鏡104具有正屈光力。此外，第二透鏡104的物側面S5在近光軸處為凸面，且第二透鏡104的像側面S6在近光軸處為凸面。第二透鏡104可由塑膠材質製成，以滿足輕量化的需求，但不以此為限。在本發明的任一示例性的實施例中，第二透鏡104的像側面S6表面上可以塗覆有紅外線濾除材料。或者，第二透鏡104與成像面S7之間可設置有一紅外光濾除層(圖未繪示)。
在取像裝置100中，只有第一透鏡102以及第二透鏡104具有屈光率，且取像裝置100中具有屈光力的透鏡只有上述兩片。換句話說，取像裝置100中透鏡的數量僅為二。
第一實施例的詳細光學數據如表一所示。
Figure 107132958-A0304-0001
 表一 在表一中： f為取像裝置100的有效焦距(Effective Focal Length, EFL)； Fno為取像裝置100的光圈值(f-number)； HFOV為取像裝置100的半視場角(Half Field Of View, HFOV)，即FOV的一半； imgH為取像裝置100的最大成像高度(即取像裝置100中感測器的有效感光區域的對角線長度的一半)。 「曲率半徑(mm)」為無限大，代表對應表面為平面。 「距離(mm)」表示的是對應表面至下一表面在光軸I上的距離。舉例來說，待測物10的「距離(mm)」為0，代表待測物10面向蓋板101的表面S10至蓋板101的物側面S1在光軸I上的距離為0 mm。蓋板101的物側面S1的「距離(mm)」為1.800，代表蓋板101的物側面S1至蓋板101的像側面S2在光軸I上的距離為1.800 mm。第二透鏡104的像側面S6的「距離(mm)」為0.6，代表第二透鏡104的像側面S6至成像面S7在光軸I上的距離為0.6 mm。其他欄位依此類推，於此不再贅述。
在本實施例中，第一透鏡102的物側面S3、第一透鏡102的像側面S4、第二透鏡104的物側面S5以及第二透鏡104的像側面S6皆為非球面。非球面是依公式(1)定義：
Figure 02_image001
Figure 02_image005
...................(1) 在公式(1)中： Y表示非球面上的點與光軸I的垂直距離； Z表示非球面之深度(非球面上距離光軸I為Y的點，與相切於非球面光軸I上頂點之切面，兩者間的垂直距離)； R表示透鏡表面近光軸處的曲率半徑； K表示錐面係數(conic constant)；
Figure 02_image009
表示第2i階非球面係數。
第一透鏡102的物側面S3、第一透鏡102的像側面S4、第二透鏡104的物側面S5以及第二透鏡104的像側面S6在公式(1)中的各項非球面係數如表二所示。
Figure 107132958-A0304-0002
 表二
第一實施例的取像裝置100中各重要參數間的關係如表三所示。
Figure 107132958-A0304-0003
 表三 在表三中： N1為第一透鏡102的折射率； N2為第二透鏡104的折射率； OTL為待測物10至成像面S7在光軸I上的距離，也是蓋板101的物側面S1至成像面S7在光軸I上的距離； d為蓋板101的厚度； V1是第一透鏡102的色散係數，色散係數也可稱為阿貝數(Abbe number)； V2是第二透鏡104的色散係數； f1是第一透鏡102的焦距； f2是第二透鏡104的焦距。
圖2A至圖2C分別是第一實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖2A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.0592 mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。圖2B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢(sagittal)方向的場曲(field curvature)像差及子午(tangential)方向的場曲像差，其中弧矢方向及子午方向的場曲像差分別以曲線S及曲線T表示。圖2C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差(distortion aberration)。從圖2A至圖2C可看出第一實施例的取像裝置100能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第一實施例的取像裝置100在實現薄型化(OTL縮減至4.263 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
依據不同的需求，取像裝置100可進一步包括其他元件/膜層，或省略圖1中的元件/膜層。舉例來說，取像裝置100可進一步光源105，以提供照射待測物10的光束B3。光源105設置在蓋板101下方。換句話說，光源105、第一透鏡102、光圈103以及第二透鏡104位於蓋板101的同一側。
光源105可為可見光光源。舉例來說，光源105的波長介於400奈米至600奈米之間，但不以此為限。替代地，光源105可為非可見光光源，如紅外光光源。在另一實施例中，當取像裝置100搭載有顯示模組時，可將顯示模組所發出的顯示光束的一部分用於生物特徵辨識，如此便可省略光源105的設置。
圖3是依照本發明的第二實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖3，第二實施例的取像裝置100A與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第二實施例的詳細光學數據如表四所示。
Figure 107132958-A0304-0004
 表四
第二實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表五所示。
Figure 107132958-A0304-0005
 表五
第二實施例中各重要參數間的關係如表六所示。
Figure 107132958-A0304-0006
 表六
圖4A至圖4C分別是第二實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖4A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0346 mm時的縱向球差。圖4B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖4C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖4A至圖4C可看出第二實施例的取像裝置100A能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第二實施例的取像裝置100A在實現薄型化(OTL縮減至3.895 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖5是依照本發明的第三實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖5，第三實施例的取像裝置100B與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第三實施例的詳細光學數據如表七所示。
Figure 107132958-A0304-0007
 表七
第三實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表八所示。
Figure 107132958-A0304-0008
 表八
第三實施例中各重要參數間的關係如表九所示。
Figure 107132958-A0304-0009
 表九
圖6A至圖6C分別是第三實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖6A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0453 mm時的縱向球差。圖6B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖6C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖6A至圖6C可看出第三實施例的取像裝置100B能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第三實施例的取像裝置100B在實現薄型化(OTL縮減至4.202 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖7是依照本發明的第四實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖7，第四實施例的取像裝置100C與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第四實施例的詳細光學數據如表十所示。
Figure 107132958-A0304-0010
 表十
第四實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表十一所示。
Figure 107132958-A0304-0011
 表十一
第四實施例中各重要參數間的關係如表十二所示。
Figure 107132958-A0304-0012
 表十二
圖8A至圖8C分別是第四實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖8A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0410 mm時的縱向球差。圖8B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖8C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖8A至圖8C可看出第四實施例的取像裝置100C能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第四實施例的取像裝置100C在實現薄型化(OTL縮減至4.065 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖9是依照本發明的第五實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖9，第五實施例的取像裝置100D與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第五實施例的詳細光學數據如表十三所示。
Figure 107132958-A0304-0013
 表十三
第五實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表十四所示。
Figure 107132958-A0304-0014
 表十四
第五實施例中各重要參數間的關係如表十五所示。
Figure 107132958-A0304-0015
 表十五
圖10A至圖10C分別是第五實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖10A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0752 mm時的縱向球差。圖10B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖10C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖10A至圖10C可看出第五實施例的取像裝置100D能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第五實施例的取像裝置100D在實現薄型化(OTL縮減至4.565 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖11是依照本發明的第六實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖11，第六實施例的取像裝置100E與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第六實施例的詳細光學數據如表十六所示。
Figure 107132958-A0304-0016
 表十六
第六實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表十七所示。
Figure 107132958-A0304-0017
 表十七
第六實施例中各重要參數間的關係如表十八所示。
Figure 107132958-A0304-0018
 表十八
圖12A至圖12C分別是第六實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖12A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0729 mm時的縱向球差。圖12B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖12C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖12A至圖12C可看出第六實施例的取像裝置100E能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第六實施例的取像裝置100E在實現薄型化(OTL縮減至3.871 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖13是依照本發明的第七實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖13，第七實施例的取像裝置100F與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。此外，第二透鏡104的物側面S5在近光軸處為平面。
第七實施例的詳細光學數據如表十九所示。
Figure 107132958-A0304-0019
 表十九
第七實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表二十所示。
Figure 107132958-A0304-0020
 表二十
第七實施例中各重要參數間的關係如表二十一所示。
Figure 107132958-A0304-0021
 表二十一
圖14A至圖14C分別是第七實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖14A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0547 mm時的縱向球差。圖14B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖14C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖14A至圖14C可看出第七實施例的取像裝置100F能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第七實施例的取像裝置100F在實現薄型化(OTL縮減至3.666 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖15是依照本發明的第八實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖15，第八實施例的取像裝置100G與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。此外，第二透鏡104的物側面S5在近光軸處為平面。
第八實施例的詳細光學數據如表二十二所示。
Figure 107132958-A0304-0022
 表二十二
第八實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表二十三所示。
Figure 107132958-A0304-0023
 表二十三
第八實施例中各重要參數間的關係如表二十四所示。
Figure 107132958-A0304-0024
 表二十四
圖16A至圖16C分別是第八實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖16A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0457 mm時的縱向球差。圖16B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖16C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖16A至圖16C可看出第八實施例的取像裝置100G能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第八實施例的取像裝置100G在實現薄型化(OTL縮減至3.32 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖17是依照本發明的第九實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖17，第九實施例的取像裝置100H與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第九實施例的詳細光學數據如表二十五所示。
Figure 107132958-A0304-0025
 表二十五
第九實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表二十六所示。
Figure 107132958-A0304-0026
 表二十六
第九實施例中各重要參數間的關係如表二十七所示。
Figure 107132958-A0304-0027
 表二十七
圖18A至圖18C分別是第九實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖18A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0428 mm時的縱向球差。圖18B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖18C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖18A至圖18C可看出第九實施例的取像裝置100H能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第九實施例的取像裝置100H在實現薄型化(OTL縮減至3.102 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖19是依照本發明的第十實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖19，第十實施例的取像裝置100I與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。此外，第一透鏡102的物側面S3在近光軸處為凹面。
第十實施例的詳細光學數據如表二十八所示。
Figure 107132958-A0304-0028
 表二十八
第十實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表二十九所示。
Figure 107132958-A0304-0029
 表二十九
第十實施例中各重要參數間的關係如表三十所示。
Figure 107132958-A0304-0030
 表三十
圖20A至圖20C分別是第十實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖20A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0769 mm時的縱向球差。圖20B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖20C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖20A至圖20C可看出第十實施例的取像裝置100I能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第十實施例的取像裝置100I在實現薄型化(OTL縮減至4.609 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖21是依照本發明的第十一實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖21，第十一實施例的取像裝置100J與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第十一實施例的詳細光學數據如表三十一所示。
Figure 107132958-A0304-0031
 表三十一
第十一實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表三十二所示。
Figure 107132958-A0304-0032
 表三十二
第十一實施例中各重要參數間的關係如表三十三所示。
Figure 107132958-A0304-0033
 表三十三
圖22A至圖22C分別是第十一實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖22A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0507 mm時的縱向球差。圖22B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖22C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖22A至圖22C可看出第十一實施例的取像裝置100J能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第十一實施例的取像裝置100J在實現薄型化(OTL縮減至5.266 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
圖23是依照本發明的第十二實施例的一種取像裝置的示意圖。請參照圖23，第十二實施例的取像裝置10K與圖1的取像裝置100的差異在於：各光學數據、非球面係數及這些透鏡間的參數或多或少有些不同。
第十二實施例的詳細光學數據如表三十四所示。
Figure 107132958-A0304-0034
 表三十四
第十二實施例中各透鏡的物側面以及像側面在公式(1)中的各項非球面係數如表三十五所示。
Figure 107132958-A0304-0035
 表三十五
第十二實施例中各重要參數間的關係如表三十六所示。
Figure 107132958-A0304-0036
 表三十六
圖24A至圖24C分別是第十二實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。圖24A繪示出當波長為550 nm且光瞳半徑為0.0537 mm時的縱向球差。圖24B繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上有關弧矢方向的場曲像差及子午方向的場曲像差。圖24C繪示出當波長為550 nm時，在成像面S7上的畸變像差。從圖24A至圖24C可看出第十二實施例的取像裝置100K能明顯改善球差、有效消除像差且將畸變像差維持在成像品質要求內。據此說明第十二實施例的取像裝置100K在實現薄型化(OTL縮減至5.003 mm)的同時仍能提供良好的成像品質。
在本發明的各個實施例中，同時考量製造的難易度、製程成本、整體厚度以及成像品質，若滿足以下條件式的其中至少一個，能有較佳的設置。 0.2 ＜ f/imgH ＜ 0.9； 2.9 ＜ N1+N2 ＜ 3.7； 2 ＜ (OTL-d)/imgH ＜ 8； Fno ＜ 3.7； (OTL-d) ＜ 3.5 mm； 35 ＜ V1+V2 ＜ 65； 0.6＜ |f/f1|+|f/f2| ＜ 1.7； 100度 ＜ FOV ＜ 180度；以及 第二透鏡104至成像面S7在光軸I上的距離大於或等於0.4 mm。
詳細而言，藉由滿足0.2 ＜ f/imgH ＜ 0.9，有助於搜集大角度的光束，使取像裝置能夠在短距離內擷取更大的影像範圍。藉由滿足2.9 ＜ N1+N2 ＜ 3.7，有助於縮減取像裝置的體積，從而實現薄型化。藉由滿足2 ＜ (OTL-d)/imgH ＜ 8以及(OTL-d) ＜ 3.5 mm的其中至少一者，可實現薄型化。藉由滿足Fno ＜ 3.7，可具有較大的光圈。如此，在光線不足的環境下，也可具有良好的成像效果。藉由滿足35 ＜ V1+V2 ＜ 65，有助於修正色差。藉由滿足0.6＜ |f/f1|+|f/f2| ＜ 1.7，除了可有效修正像差，還可降低光學系統的敏感度。藉由滿足100度 ＜ FOV ＜ 180度，可獲得所需的取像範圍，並可適當地控制畸變程度。
有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的架構之下，符合上述條件式的其中至少一者能較佳地使取像裝置的厚度降低、可用光圈增大、成像品質提升或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。
綜上所述，本發明的實施例的取像裝置具有下述的功效及優點的至少其中一者：
一、藉由兩片透鏡擷取被待測物反射的光束，可比藉由兩片以上的透鏡擷取被待測物反射的光束，來的更容易實現薄型化。例如，在本發明的各個實施例中，待測物至成像面在光軸上的距離(OTL)皆小於5.3 mm。
二、兩片透鏡的物側面及像側面皆採用非球面的設計，有助於降低像差，進而能夠將所需的透鏡數縮減至兩片。
三、第二透鏡的像側面至成像面在光軸上的距離大於或等於0.4 mm。藉此，可在第二透鏡與成像面之間依需求設置元件/膜層，如濾光元件，但不以此為限。
四、可選擇性地設置光圈，以減少雜散光，從而提升影像品質。在一實施例中，藉由將光圈設置在第一透鏡與第二透鏡之間，有助於擴大視場角，使取像裝置具有廣角鏡頭的優勢。
五、本發明各實施例的縱向球差、場曲、畸變皆符合使用規範。
六、在前述所列之示例性限定條件式中，最大值/最小值以內的數值範圍皆可據以實施。亦可任意選擇性地合併不等數量的示例性限定條件式施用於本發明之實施態樣中。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧待測物100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100I、100J、100K‧‧‧取像裝置101‧‧‧蓋板102‧‧‧第一透鏡103‧‧‧光圈104‧‧‧第二透鏡105‧‧‧光源B1、B2‧‧‧成像光束B3‧‧‧光束d‧‧‧厚度I‧‧‧光軸S、T‧‧‧曲線S1、S3、S5‧‧‧物側面S2、S4、S6‧‧‧像側面S7‧‧‧成像面S10‧‧‧表面
圖1是依照本發明的第一實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖2A至圖2C分別是第一實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖3是依照本發明的第二實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖4A至圖4C分別是第二實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖5是依照本發明的第三實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖6A至圖6C分別是第三實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖7是依照本發明的第四實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖8A至圖8C分別是第四實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖9是依照本發明的第五實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖10A至圖10C分別是第五實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖11是依照本發明的第六實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖12A至圖12C分別是第六實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖13是依照本發明的第七實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖14A至圖14C分別是第七實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖15是依照本發明的第八實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖16A至圖16C分別是第八實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖17是依照本發明的第九實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖18A至圖18C分別是第九實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖19是依照本發明的第十實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖20A至圖20C分別是第十實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖21是依照本發明的第十一實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖22A至圖22C分別是第十一實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。 圖23是依照本發明的第十二實施例的一種取像裝置的示意圖。 圖24A至圖24C分別是第十二實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。
10‧‧‧待測物
100‧‧‧取像裝置
101‧‧‧蓋板
102‧‧‧第一透鏡
103‧‧‧光圈
104‧‧‧第二透鏡
105‧‧‧光源
B1、B2‧‧‧成像光束
B3‧‧‧光束
d‧‧‧厚度
I‧‧‧光軸
S1、S3、S5‧‧‧物側面
S2、S4、S6‧‧‧像側面
S7‧‧‧成像面
S10‧‧‧表面

Claims (10)

  1. 一種取像裝置，包括由物側至像側沿光軸依序排列的一蓋板、一第一透鏡以及一第二透鏡，其中該取像裝置中透鏡的數量僅為二，且該取像裝置滿足： 0.2 ＜ f/imgH ＜ 0.9； 2.9 ＜ N1+N2 ＜ 3.7；以及 2 ＜ (OTL-d)/imgH ＜8， 其中f為該取像裝置的有效焦距，imgH為該取像裝置的最大成像高度，N1為該第一透鏡的折射率，N2為該第二透鏡的折射率，OTL為待測物至成像面在該光軸上的距離，d為該蓋板的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該第一透鏡以及該第二透鏡分別具有負屈光力以及正屈光力，該第一透鏡以及該第二透鏡各自具有一物側面以及一像側面，且該第一透鏡的該物側面、該第一透鏡的該像側面、該第二透鏡的該物側面以及該第二透鏡的該像側面皆為非球面，且該取像裝置更包括： 一光圈，位於該第一透鏡與該第二透鏡之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置的光圈值小於3.7。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置更滿足： (OTL-d) ＜ 3.5 mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置更滿足： 35 ＜ V1+V2 ＜ 65， 其中V1是該第一透鏡的色散係數，且V2是該第二透鏡的色散係數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置更滿足： 0.6 ＜ |f/f1|+|f/f2| ＜ 1.7， 其中f1是該第一透鏡的焦距，且f2是該第二透鏡的焦距。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置更滿足： 100度 ＜ FOV ＜ 180度， 其中FOV是該取像裝置的視場角。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該第二透鏡的該像側面至該成像面在該光軸上的距離大於或等於0.4 mm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，更包括： 一光源，設置在該蓋板下方，且該光源的波長介於400奈米至600奈米之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該蓋板包括一指壓板、一顯示面板、一觸控顯示面板或上述至少兩個的組合。
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