TWI676045B

TWI676045B - 取像裝置

Info

Publication number: TWI676045B
Application number: TW108108137A
Authority: TW
Inventors: 邱議鋒; Yi Feng Chiu; 王炯瀚; Chiung Han Wang; 林伯駿; Po Chun Lin; 巫仁杰; Jen Chieh Wu
Original assignee: 金佶科技股份有限公司; Gingy Technology Inc.
Priority date: 2018-03-31
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-11-01
Also published as: CN209388019U; TW201942622A

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、光圈、第二透鏡以及第三透鏡。取像裝置滿足：0.2<imgH/(OTL-d)<0.25，dsr5+dsr7<dsr9以及0.75<dsr9/ImgH，其中imgH為取像裝置的最大成像高度，OTL為待測物至成像面在光軸上的距離，d為蓋板的厚度，dsr5為光圈到第二透鏡的物側表面的距離，dsr7為第二透鏡的像側表面到第三透鏡的物側表面的距離，且dsr9為第三透鏡的像側表面到成像面的距離。

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。

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擕性。因此，發展一種適合應用於生物辨識系統且能薄型化的光學系統實為目前業界的重要目標。

然而，薄型光學系統在大角度入光的情況下容易造成畸變變大，因此需要進行適當的光學設計來減少畸變。此外，為使薄型光學系統的厚度降低來達到薄型化需求的同時，容易造成電子裝置的光學系統的機構後焦太短，而不利於容納電子裝置的其他元件，而限制了其中元件佈局的彈性。因此，如何降低電子裝置中光學成像系統的體積與厚度，並同時具有足夠的機構後焦以及元件佈局的彈性，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，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

本發明的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、一光圈、一第二透鏡以及一第三透鏡。第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡各具有一物側面以及一像側面。取像裝置滿足：0.2<imgH/(OTL-d)<0.25，dsr5+dsr7<dsr9以及0.75<dsr9/ImgH，其中imgH為取像裝置的最大成像高度，OTL為待測物至成像面在光軸上的距離，d為蓋板的厚度，dsr5為光圈到第二透鏡的物側表面的距離，dsr7為第二透鏡的像側表面到第三透鏡的物側表面的距離，且dsr9為第三透鏡的像側表面到成像面的距離。

在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡的屈光力依序為負、正以及正，第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡各具有一物側面以及一像側面，第一透鏡的物側面、第一透鏡的像側面、第二透鏡的物側面、第二透鏡的像側面、第三透鏡的物側面以及第三透鏡的像側面皆為自由曲面。

在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡的像側表面在近光軸處為凹面，第三透鏡的物側表面在近光軸處為凸面。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：OTL<5.2mm。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：4.5<N1+N2+N3<5.1，其中N1為第一透鏡的折射率，N2為第二透鏡的折射率，且N3為第三透鏡的折射率。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：V1+V2+V3<165，其中V1為第一透鏡的色散係數，V2為第二透鏡的色散係數，V3為第三透鏡的色散係數。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：f/EPD<2.8，其中f為取像裝置的有效焦距，EPD為取像裝置的入瞳孔徑。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：0.9<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<2.2，其中f為取像裝置的有效焦距，f1為第一透鏡的焦距，f2為第二透鏡的焦距，f3為第三透鏡的焦距。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更滿足：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，上述的第三透鏡的像側表面到成像面的距離大於0.5mm。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置的最大光學畸變小於5%。

在本發明的一實施例中，上述的取像裝置更包括一光源，設置在蓋板下方，且光源的波長介於480奈米至580奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板包括一指壓板、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：藉由蓋板以及透鏡群的光學參數設計與排列，使取像裝置在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦以及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，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

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。

100‧‧‧取像裝置

101‧‧‧蓋板

102‧‧‧光圈

103‧‧‧感測器

104‧‧‧光源

110、210、310、410、510、610‧‧‧透鏡群

111、211、311、411、511、611‧‧‧第一透鏡

112、212、312、412、512、612‧‧‧第二透鏡

113、213、313、413、513、613‧‧‧第三透鏡

B1、B2‧‧‧成像光束

B3‧‧‧光束

d‧‧‧厚度

I‧‧‧光軸

O‧‧‧待測物

dsr5、dsr7、dsr9、OTL‧‧‧距離

S、T‧‧‧曲線

S101、S103、S105、S107、S201、S203、S205、S207、S301、S303、S305、S307、S401、S403、S405、S407、S501、S503、S505、S507、S601、S603、S605、S607‧‧‧物側面

S102、S104、S106、S108、S202、S204、S206、S208、S302、S304、S306、S308、S402、S404、S406、S408、S502、S504、S506、S508、S602、S604、S606、S608‧‧‧像側面

SI‧‧‧成像面

SO‧‧‧表面

圖1是依照本發明的一種取像裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的第一實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖3A至圖3C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4是依照本發明的第二實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖5A至圖5C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6是依照本發明的第三實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖7A至圖7C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8是依照本發明的第四實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖9A至圖9C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10是依照本發明的第五實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖11A至圖11C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12是依照本發明的第六實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。

圖13A至圖13C分別是第六實施例的取像裝置的縱向球差與各項像差圖。

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。

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2是依照本發明的第一實施例的第一鏡頭群的架構示意圖。請參照圖1與圖2，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111、光圈102、第二透鏡112、第三透鏡113以及感測器103。所述物側為待測物O的所在側，而所述像側為成像面SI的所在側。在本揭露中，成像面SI即取像裝置100中感測器103的感測面。來自待測物O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111、光圈102、第二透鏡112以及第三透鏡113，然後傳遞至感測器103的感側面(即成像面SI)，而在成像面SI形成影像。

蓋板101、第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113 各自包括物側面(如物側面S101、S103、S105、S107)以及像側面(如像側面S102、S104、S106、S108)。所述物側面S101、S103、S105、S107為面向物側(或待測物O)且讓成像光束通過的表面，而所述像側面S102、S104、S106、S108為面向像側(或成像面SI)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S101為待測物O接觸的表面。也就是說，待測物O接觸蓋板101的物側面S101，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103。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111、第二透鏡112、第三透鏡113以及感測器103)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103，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111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103能夠擷取更大的影像範圍。在本實施例中，第一透鏡111具有負屈光力。此外，第一透鏡111的物側面S103在近光軸處為凹面，且第一透鏡111的像側面S104在近光軸處為凹面。第一透鏡111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102適於減少雜散光，以提升影像品質。在本實施例中，光圈102設置在第一透鏡111與第二透鏡112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112適於修正第一透鏡111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112具有正屈光力。此外，第二透鏡112的物側面S105在近光軸處為凸面，且第二透鏡112的像側面S106在近光軸處為凸面。第二透鏡112可由塑膠材質製成，以滿足輕量化的需求，但不以此為限。

第三透鏡113也適於修正像差，並有助於減少球差的產生，以提升成像品質。此外，藉由多片透鏡(如第二透鏡112以及第三透鏡113)共同修正像差，除了可有效修正像差之外，還可降低用於修正像差的每一片透鏡的製造難度。在本實施例中，第三透鏡113具有正屈光力。此外，第三透鏡113的物側面S107在近光軸處為凸面，且第三透鏡113的像側面S108在近光軸處為凹面。第三透鏡113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，第三透鏡113的像側面S108上可以塗覆有紅外線濾除材料。或者，第三透鏡113與第二透鏡112之間可設置一紅外光濾除層(未繪示)。或者，第三透鏡113與成像面SI之間可設置有一紅外光濾除層(圖未繪示)。

感測器103適於接收來自待測物O的成像光束。在本實施例中，感測器103可例如是電荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)，然而本發明不加以限定。

在取像裝置100中，只有第一透鏡111、第二透鏡112以及第三透鏡113具有屈光力，而形成透鏡群110。並且，取像裝置100中具有屈光力的透鏡只有上述三片。換句話說，取像裝置100中透鏡的數量僅為三，且在本申請中任一實施例的第一透鏡、光圈、第二透鏡及第三透鏡可以安裝於套筒(圖未示出)內，以及本申請更包括固定機構(圖未示出)，所述固定機構和所述套筒之間通過可行地連接的方式進行連接(例如：以膠貼合、螺絲、螺紋連接、卡合或卡扣等等)，所述固定機構用於支撐所述套筒。

第一實施例的詳細光學數據如表一所示。

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)，即f/EPD，其中EPD為取像裝置100的入瞳孔徑；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中的感測器103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O的「距離(mm)」為0，代表待測物O面向蓋板101的表面SO至蓋板101的物側面S101在光軸I上的距離為0mm。蓋板101的物側面S101的「距離(mm)」為1.800，代表蓋板101的物側面S101至蓋板101的像側面S102在光軸I上的距離為1.800mm。第三透鏡113的像側面S108的「距離(mm)」為0.661，代表第三透鏡113的像側面S108至感測器103的成像面SI在光軸I上的距離為0.661mm。其他欄位依此類推，於此不再贅述。

在本實施例中，第一透鏡111的物側面S103、第一透鏡111的像側面S104、第二透鏡112的物側面S105、第二透鏡112的像側面S106、第三透鏡113的物側面S107、第三透鏡113的像側面S108皆為自由曲面。自由曲面可依非球面公式(1)定義：

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)；a_i表示第i階非球面係數。

第一透鏡111的物側面S103、第一透鏡111的像側面 S104、第二透鏡112的物側面S105、第二透鏡112的像側面S106、第三透鏡113的物側面S107以及第三透鏡113的像側面S108在公式(1)中的各項非球面係數如表二所示。

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。

在表三中：N1為第一透鏡111的折射率；N2為第二透鏡112的折射率；N3為第三透鏡113的折射率； OTL為待測物O至成像面SI在光軸I上的距離，也是蓋板101的物側面S101至成像面SI在光軸I上的距離；d為蓋板101的厚度；V1是第一透鏡111的色散係數，色散係數也可稱為阿貝數(Abbe number)；V2是第二透鏡112的色散係數；V3是第三透鏡113的色散係數；f1是第一透鏡111的焦距；f2是第二透鏡112的焦距；f3是第三透鏡113的焦距。

圖3A至圖3C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3A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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3B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖3C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.12mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖3A至圖3C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在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表三可知，藉由蓋板101以及透鏡群110的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

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可進一步包括光源104，以提供照射待測物O的光束B3。光源104設置在蓋板101下方。換句話說，光源104、第一透鏡111、光圈102、第二透鏡112、第三透鏡113以及感測器103位於蓋板101的同一側。

光源104可為可見光光源。舉例來說，光源104的波長介於480奈米至580奈米之間，但不以此為限。替代地，光源104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104的設置。

圖4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4，第二實施例的透鏡群210與圖1的透鏡群110，而其中差異在於：透鏡群210第一透鏡211、第二透鏡212以及第三透鏡213的各光學數據、非球面係數及其他參數略有不同。因此，當透鏡群210的第一透鏡211、第二透鏡212以及第三透鏡213應用至圖1，而取代圖1的透鏡群110時，仍能使圖1的取向裝置100達到類似的效果與優點，以下將列舉相關數據以進行進一步解說。

第二實施例的詳細光學數據如表四所示。

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。

第二實施例中各重要參數間的關係如表六所示。

圖5A至圖5C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5A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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5B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖5C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.1202mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖5A至圖5C可看出第二實施例的取像裝置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。據此說明應用第二實施例的透鏡群210的第一透鏡221、第二透鏡212以及第三透鏡213的取像裝置100在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表六可知，藉由蓋板101以及透鏡群210的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

圖6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6，第三實施例的透鏡群310與圖1的透鏡群110，而其中差異在於：透鏡群310第一透鏡311、第二透鏡312以及第三透鏡313的各光學數據、非球面係數及其他參數略有不同。因此，當透鏡群310的第一透鏡311、第二透鏡312以及第三透鏡313應用至圖1，而取代圖1的透鏡群110時，仍能使圖1的取像裝置100達到類似的效果與優點，以下將列舉相關數據以進行進一步解說。

第三實施例的詳細光學數據如表七所示。

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。

第三實施例中各重要參數間的關係如表九所示。

圖7A至圖7C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7A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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7B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖7C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.1064mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖7A至圖7C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。據此說明應用第三實施例的透鏡群 310的第一透鏡311、第二透鏡312以及第三透鏡313的取像裝置100在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表九可知，藉由蓋板101以及透鏡群310的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

圖8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8，第四實施例的透鏡群410與圖1的透鏡群110，而其中差異在於：透鏡群410第一透鏡411、第二透鏡412以及第三透鏡413的各光學數據、非球面係數及其他參數略有不同。因此，當透鏡群410的第一透鏡411、第二透鏡412以及第三透鏡413應用至圖1，而取代圖1的透鏡群110時，仍能使圖1的取像裝置100達到類似的效果與優點，以下將列舉相關數據以進行進一步解說。

第四實施例的詳細光學數據如表十所示。

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。

第四實施例中各重要參數間的關係如表十二所示。

圖9A至圖9C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9A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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9B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖9C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.0949mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖9A至圖9C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。據此說明應用第四實施例的透鏡群410的第一透鏡411、第二透鏡412以及第三透鏡413的取像裝置100在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表十二可知，藉由蓋板101以及透鏡群410的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

圖10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10，第五實施例的透鏡群510與圖1的透鏡群110，而其中差異在於：透鏡群510第一透鏡511、第二透鏡512以及第三透鏡513的各光學數據、非球面係數及其他參數略有不同。因此，當透鏡群510的第一透鏡511、第二透鏡512以及第三透鏡513應用至圖1，而取代圖1的透鏡群110時，仍能使圖1的取像裝置100達到類似的效果與優點，以下將列舉相關數據以進行進一步解說。

第五實施例的詳細光學數據如表十三所示。

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。

第五實施例中各重要參數間的關係如表十五所示。

圖11A至圖11C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11A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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11B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖11C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.1043mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖11A至圖11C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。據此說明應用第五實施例的透鏡群510的第一透鏡511、第二透鏡512以及第三透鏡513的取像裝置100在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表十五可知，藉由蓋板101以及透鏡群510的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

圖12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12，第六實施例的透鏡群610與圖1的透鏡群110，而其中差異在於：透鏡群610第一透鏡611、第二透鏡612以及第三透鏡613的各光學數據、非球面係數及其他參數略有不同。因此，當透鏡群610的第一透鏡611、第二透鏡612以及第三透鏡613應用至圖1，而取代圖1的透鏡群110時，仍能使圖1的取像裝置100達到類似的效果與優點，以下將列舉相關數據以進行進一步解說。

第六實施例的詳細光學數據如表十六所示。

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。

第六實施例中各重要參數間的關係如表十八所示。

圖13A至圖13C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13A繪示出當波長為525nm時，在成像面SI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13B繪示出當波長為525nm時，在成像面SI上的畸變像差(distortion aberration)。圖13C繪示出當波長為525nm且光瞳半徑(pupil radius)為0.1030mm時的縱向球差(longitudinal spherical aberration)。從圖13A至圖13C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。據此說明應用第六實施例的透鏡群610的第一透鏡611、第二透鏡612以及第三透鏡613的取像裝置100在實現薄型化的同時仍能提供良好的成像品質。

並且由表十八可知，藉由蓋板101以及透鏡群610的光學參數設計與排列，使取像裝置100在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦(即dsr9/ImgH>0.75，或dsr9大於5毫米)。因此，取像裝置100在實現薄型化的同時能維持良好的成像品質，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

綜上所述，本發明的實施例的取像裝置的有益效果在於：藉由蓋板以及透鏡群的光學參數設計與排列，使取像裝置在縮減厚度的同時，仍具有足夠的機構後焦以及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，且能同時兼顧元件佈局空間的需求。

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。

Claims

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、一光圈、一第二透鏡、一第三透鏡以及一感測器，該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡的屈光力依序為負、正以及正，該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡各具有一物側面以及一像側面，且該取像裝置滿足：；0.2<imgH/(OTL-d)<0.25；dsr5+dsr7<dsr9；以及0.75<dsr9/ImgH，其中imgH為該取像裝置的最大成像高度，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，dsr5為該光圈到該第二透鏡的該物側面的距離，dsr7為該第二透鏡的該像側面到該第三透鏡的該物側面的距離，且dsr9為該第三透鏡的該像側面到成像面的距離。
如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中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、該第二透鏡的該像側面、該第三透鏡的該物側面以及該第三透鏡的該像側面皆為自由曲面。
如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該第一透鏡的該像側表面在近光軸處為凹面，該第三透鏡的該物側表面在近光軸處為凸面。
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<5.2mm。
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：4.5<N1+N2+N3<5.1，其中N1為該第一透鏡的折射率，N2為該第二透鏡的折射率，且N3為該第三透鏡的折射率。
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：V1+V2+V3<165，其中V1為該第一透鏡的色散係數，V2為該第二透鏡的色散係數，V3為該第三透鏡的色散係數。
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：f/EPD<2.8，其中f為該取像裝置的有效焦距，EPD為該取像裝置的入瞳孔徑。
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：0.9<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<2.2，其中f為該取像裝置的有效焦距，f1為該第一透鏡的焦距，f2為該第二透鏡的焦距，f3為該第三透鏡的焦距。
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：0.2<imgH/f*OTL<0.4，其中f為該取像裝置的有效焦距。
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。
如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該第三透鏡的像側表面到成像面的距離大於0.5mm。
如申請專利範圍第1項所述的取像裝置，其中該取像裝置的最大光學畸變小於5%。
如申請專利範圍第1至12項中任一項所述的取像裝置，其中該取像裝置更包括：一套筒，用以至少容置該第一透鏡、該光圈、該第二透鏡以及該第三透鏡，以及一固定機構；該固定機構與該套筒之間進行連接，所述固定機構用於支撐所述套筒。
如申請專利範圍第1至12項中任一項所述的取像裝置，更包括：一光源，設置在該蓋板下方，且該光源的波長介於480奈米至580奈米之間。
如申請專利範圍第1至12項中任一項所述的取像裝置，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。
如申請專利範圍第15項所述的取像裝置，其中該顯示面板為一有機發光顯示面板。