TWI783760B - 鏡筒及光學式辨識裝置 - Google Patents

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Abstract

一種鏡筒，其定義有一中心軸，具有一容置空間，並包括：一物側開孔及一物側端部，皆位於該中心軸之一端，該物側端部圍繞該物側開孔，該物側端部具有一物側表面，該物側表面包括一環形溝槽，該環形溝槽之徑向剖面具有一第一線段及一第二線段，該第一線段較第二線段遠離該中心軸，該第一線段及第二線段交會於一第一點，定義一平行該中心軸的一直線通過該第一點，其中該第一線段與該直線形成一第一夾角，該第二線段與該直線形成一第二夾角，該第一線段與該第二線段形成一第三夾角；以及一像側開孔，位於該中心軸之另一端；其中，15度≦該第三夾角≦90度，以及該環形溝槽之徑向剖面的開口方向遠離該中心軸。

Description

鏡筒及光學式辨識裝置
本發明是有關於一種鏡筒及光學式辨識裝置，且特別是有關於一種鏡筒及光學式辨識裝置，其鏡筒之環形溝槽能降低非成像光線射至該鏡筒之物側表面時的反射而使雜散光降低。
隨著搭載有成像裝置的電子產品(例如手機、平板電腦等)的普及，連帶帶動小型化光學鏡頭的興起，對具有高解析度與優良成像品質的小型化光學鏡頭的需求也大幅攀升。
鏡筒通常用於承載光學鏡頭中的透鏡及提供任意兩光學透鏡的間距。鏡筒的表面性質攸關著對雜散光的抑制效果。因此，鏡筒的表面性質連帶地影響光學鏡頭的成像品質。習用的鏡筒通常使用塑膠射出成型的方法製造而成，其表面光滑明亮而具有較高的反射率，因而無法有效抑制雜散光。
再者，目前手機已經不將光學鏡頭的影像感測器設置在手機背面，而是將光學鏡頭的影像感測器放置在手機螢幕(顯示器之螢幕)下方，並透過光學辨識技術讀取。然而，當光線L經非光學部位(例如光線路徑為：鏡筒91→透明板92(顯示面板)→影像感測器93，如圖1所示) 時，該鏡筒91平坦的物側表面911容易形成雜散光，進而影響影像感測器93的辨識精度，並產生指紋辨識誤判或失效問題。
因此，便有需要提供一種鏡筒及光學式辨識裝置能夠解決前述的問題。
本發明之一目的是提供一種鏡筒及光學式辨識裝置，其鏡筒之環形溝槽能降低非成像光線射至該鏡筒之物側表面時的反射而使雜散光降低。
依據上述之目的，本發明提供一種鏡筒，其定義有一中心軸，具有一容置空間，並包括：一物側開孔及一物側端部，皆位於該中心軸之一端，該物側端部圍繞該物側開孔，該物側端部具有一物側表面，該物側表面包括一環形溝槽，該環形溝槽之徑向剖面具有一第一線段及一第二線段，該第一線段較第二線段遠離該中心軸，該第一線段及第二線段交會於一第一點，定義一平行該中心軸的一直線通過該第一點，其中該第一線段與該直線形成一第一夾角，該第二線段與該直線形成一第二夾角，該第一線段與該第二線段形成一第三夾角；以及一像側開孔，位於該中心軸之另一端；其中，15度≦該第三夾角≦90度，以及該環形溝槽之徑向剖面的開口方向遠離該中心軸。
本發明更提供一種光學式指紋辨識裝置，由物側至像側依序包括：一平板；一鏡頭模組；以及一影像感測器。該鏡頭模組包括所述之鏡筒；以及一光學透鏡組，其設置於該鏡筒中。
根據本發明之光學式辨識裝置，該鏡筒之環形溝槽的鋸齒狀結構，特別是該環形溝槽之徑向剖面的夾角(即第三夾角)介於15度與90度之間，且該環形溝槽之徑向剖面的開口方向遠離該中心軸，可有效降低非成像光線射至該鏡筒之物側表面時的反射而使雜散光降低，減少非成像光線進到該鏡頭模組的機會，以提升光學成像品質。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
圖2為本發明之一實施例之光學式辨識裝置的組合剖面示意圖。光學式辨識裝置1可為光學式屏下指紋辨識裝置(Fingerprint on Display；FOD device)。圖3為本發明之一實施例之鏡頭模組的組合剖面示意圖。圖4為本發明之一實施例之鏡筒的剖面示意圖。請參考圖2、圖3及圖4，該光學式辨識裝置1，由物側OS至像側IS依序包括：一平板12、一鏡頭模組11及一影像感測器13。該平板12可為顯示面板，並具有一顯示螢幕。該鏡頭模組11包括一鏡筒111及一光學透鏡組112。該光學透鏡組112設置於該鏡筒111之容置空間1110內。該光學透鏡組112可包括多個鏡片，並可為塑膠或玻璃材料所製。該鏡筒111可為一體式鏡筒(Barrel)，並可為塑膠材料所製。該鏡筒111之容置空間1110收容該些鏡片或其他光學元件。該光學元件可包括間隔環、濾光片(例如紅外線濾光片、紅外線帶通濾光片或其他光波段濾光片等)或遮光元件(例如孔徑光欄或用以修正邊緣光線的光欄)等。
請再參考圖4，在本實施例中，該鏡筒111定義有中心軸110(亦即光軸)，該鏡筒111具有容置空間1110，並包括一物側開孔1111、一物側端部1112、一像側開孔1113及一像側端部1114。該物側開孔1111及該物側端部1112皆位於該中心軸110之一端(靠近物側OS)，且該物側端部1112圍繞該物側開孔1111。而該像側開孔1113及該像側端部1114皆位於該中心軸110之另一端(靠近像側IS)，且該像側端部1114圍繞該像側開孔1113。
圖5為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之一。該物側端部1112具有一物側表面1115，在本實施例中，該物側表面1115包括多個環形溝槽1116，該些環形溝槽1116沿徑向102依序排列並圍繞該物側開孔1111。該物側表面1115的多個環形溝槽1116的剖面可視為鋸齒狀結構。圖6a為本發明之另一實 施例之鏡筒的剖面示意圖。圖6b為圖6a之鏡筒之B部分放大的剖面示意圖。在另一實施例中，該物側端部1112可只包括一個該環形溝槽1116的鋸齒狀結構，其圍繞該物側開孔1111。該環形溝槽1116的鋸齒狀結構可有效降低非成像光線射至該鏡筒111之物側表面1115時的反射，降低雜散光，減少非成像光線進到該鏡頭模組11的機會，以提升光學成像品質。
請再參考圖5，該環形溝槽1116之徑向剖面的開口方向103遠離該中心軸110，且該環形溝槽1116之徑向剖面具有一第一線段a及一第二線段b，該第一線段a較第二線段b遠離該中心軸110，該第一線段a及第二線段b交會於一第一點t。請參考圖7，定義平行該中心軸110的直線O通過該第一點t，該第一線段a與該直線O形成第一夾角∠C，該第二線段a與該直線O形成第二夾角∠D，且該第一線段a與該第二線段b形成第三夾角∠E。該第三夾角∠E須介於15度與90度之間，亦即15度≦該第三夾角∠E≦90度。該第二線段b與該第一線段a分別位於該直線O的兩側，且該第一夾角∠C大於該第二夾角∠D，如此使該環形溝槽1116之徑向剖面的開口方向103遠離該中心軸110(如圖5所示)。較佳地，該第二線段b可平行於該中心軸110(亦即平行於該直線O)，該環形溝槽1116較容易加工製造，亦可降低雜散光。
圖8為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之二。該物側表面1115更包括一環形表面1117環繞該環形溝槽1116，且該環形表面1117較該環形溝槽1116更接近該物側OS。該環形溝槽1116之徑向剖面最靠近該物側OS的位置具有一第二點s，且該環形表面1117沿中心軸110方向至該環形溝槽1116之徑向剖面之第二點s的軸向距離D大於0.01mm。當該環形表面1117作為鏡片組裝時承靠之使用時，該軸向距離D可作保護該環形溝槽1116的緩衝距離。該物側端部1112更包括一像側表面1118接觸一透鏡(圖未示)，定義該像側表面1118沿中心軸110方向至該環形溝槽1116之徑向剖面之第一點t的軸向距離為第一距離d1，0.1mm≦該第一距離d1≦1.0mm。該第一距離d1不可太小，以避免該物側表面1115與該像側表面1118之間的結構強度不足。再者，定義該像側表面1118沿該中心軸110方向至該環形表面1117的軸向距離為第二距離d2，5/10≦該第一距離d1/該第二距離d2的比值≦9/10，也避免該物側表面1115與該像側表面1118之間的結構強度不足。
圖9為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之三。定義該環形表面1117之徑向長度為一第一長度R1，該第一長度R1大於等於0.01mm。該環形表面1117需具有足夠的徑向長度(該第一長度R1)作為鏡片組裝時的承靠使用，但會影響光線反射，因此該環形表面1117的徑向長度(該第一長度R1)要越小越好。再者，定義該物側端部1112之最大徑向長度為一第二長度R2，當1/100≦該第一長度/該第二長度的比值≦11/100時，該環形表面1117具有足夠的徑向長度作為鏡片組裝時的承靠使用，降低光線反射的影響。
以下為本發明之第1至4實施例(具有環形溝槽的設計)與先前技術的比較例(不具環形溝槽的設計)之光學模擬結果的差異表：
  第1 實施例 第2 實施例 第3 實施例 第4 實施例 先前技術的 比較例
鏡筒之物側表面的環形溝槽設計圖 圖10a 圖10b 圖10c 圖10d 不具環形溝槽的設計
雜散光模擬畫面 (箭頭所指) 圖11a 圖11b 圖11c 圖11d 圖11e
光線模擬路徑 鏡筒→透明板(顯示面板)→影像感測器
能量(照度)模擬數值 3.38E+04 2.48E+04 4.24E+04 8.03E+04 1.72E+5
在本發明之第1實施例中，該物側表面包括多個環形溝槽1116，且第三夾角∠E為60度；在第2實施例中，該物側表面包括多個環形溝槽1116，且第三夾角∠E為15度；在第3實施例中，該物側表面包括多個環形溝槽1116，第二夾角∠D為30度，且第三夾角∠E為90度；在第4實施例中，該物側表面包括一個環形溝槽1116，第二夾角∠D為10度，且第三夾角∠E為90度。由上述雜散光模擬畫面可知，相較於先前技術的比較例之雜散光模擬畫面(箭頭所指)，本發明之第1至4實施例之雜散光模擬畫面(箭頭所指)較為不明顯，特別是本發明之第2實施例之雜散光模擬畫面(箭頭所指)最為不明顯，大幅降低雜散光的影響。另外，由上述能量(照度)模擬數值可知，本發明之第1至4實施例之照度確實皆小於比較例(不具環形溝槽的設計)之照度，特別是本發明之第2實施例之照度模擬數值2.48E+04為最小值，大幅降低雜散光的影響。
根據本發明之光學式辨識裝置，該鏡筒之環形溝槽的鋸齒狀結構，特別是該環形溝槽之徑向剖面的夾角(即第三夾角)介於15度與90度之間，且該環形溝槽之徑向剖面的開口方向遠離該中心軸，可有效降低非成像光線射至該鏡筒之物側表面時的反射而使雜散光降低，減少非成像光線進到該鏡頭模組的機會，以提升光學成像品質。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
1:光學式辨識裝置
102:徑向
103:開口方向
11:鏡頭模組
110:中心軸
111:鏡筒
1110:容置空間
1111:物側開孔
1112:物側端部
1113:像側開孔
1114:像側端部
1115:物側表面
1116:環形溝槽
1117:環形表面
1118:像側表面
112:光學透鏡組
12:平板
13:影像感測器
91:鏡筒
911:物側表面
92:透明板
93:影像感測器
A:部分
a:第一線段
B:部分
b:第二線段
D:軸向距離
d1:第一距離
d2:第二距離
IS:像側
O:直線
OS:物側
R1:第一長度
R2:第二長度
s:第二點
t:第一點
∠C:第一夾角
∠D:第二夾角
∠E:第三夾角
圖1為先前技術之光學式辨識裝置的剖面示意圖，其顯示非成像光線的路徑。 圖2為本發明之一實施例之光學式辨識裝置的組合剖面示意圖。 圖3為本發明之一實施例之鏡頭模組的組合剖面示意圖。 圖4為本發明之一實施例之鏡筒的剖面示意圖。 圖5為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之一。 圖6a為本發明之另一實施例之鏡筒的剖面示意圖。 圖6b為圖6a之鏡筒之B部分放大的剖面示意圖。 圖7為本發明之一實施例之環形溝槽之徑向剖面的剖面示意圖。 圖8為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之二。 圖9為圖4之鏡筒之A部分放大的剖面示意圖之三。 圖10a~圖10d分別為本發明之第1至4實施例之鏡筒之物側表面的環形溝槽設計圖。 圖11a~圖11e分別為本發明之第1至4實施例及比較例之雜散光模擬畫面。
102:徑向
110:中心軸
111:鏡筒
1110:容置空間
1111:物側開孔
1112:物側端部
1113:像側開孔
1114:像側端部
1115:物側表面
1116:環形溝槽
A:部分
IS:像側
OS:物側

Claims (9)

  1. 一種鏡筒，其定義有一中心軸，具有一容置空間，並包括：一物側開孔及一物側端部，皆位於該中心軸之一端，該物側端部圍繞該物側開孔，該物側端部具有一物側表面，該物側表面包括一環形溝槽，該環形溝槽之徑向剖面具有一第一線段及一第二線段，該第一線段較該第二線段遠離該中心軸，該第一線段及該第二線段交會於一第一點，定義一平行該中心軸的一直線通過該第一點，其中該第一線段與該直線形成一第一夾角，該第二線段與該直線形成一第二夾角，該第一線段與該第二線段形成一第三夾角；以及一像側開孔，位於該中心軸之另一端；其中，15度≦該第三夾角≦90度，以及該環形溝槽之徑向剖面的開口方向遠離該中心軸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該物側表面包括多個該環形溝槽沿一徑向依序排列並圍繞該物側開孔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該第二線段與該第一線段分別位於該直線的兩側、或該第二線段平行於該中心軸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該第一夾角大於該第二夾角。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該物側表面更包括一環形表面環繞該環形溝槽，且該環形表面較該環形溝槽更接近一物側。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之鏡筒，其中該環形表面之徑向長度為一第一長度，該物側端部之最大徑向長度為一第二長度，其中1/100≦該第一長度/該第二長度的比值≦11/100。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該物側端部更包括一像側表面接觸一透鏡，定義該像側表面沿中心軸方向至該環形溝槽之徑向剖面之第一點的軸向距離為一第一距離，0.1mm≦該第一距離≦1.0mm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之鏡筒，其中該物側端部更包括一像側表面接觸一透鏡，定義該像側表面沿中心軸方向至該第一點的軸向距離為一第一距離；以及，該物側表面更包括一環形表面，定義該像側表面沿該中心軸方向至該環形表面的軸向距離為一第二距離，5/10≦該第一距離/該第二距離的比值≦9/10。
  9. 一種光學式辨識裝置，由物側至像側依序包括：一平板；一鏡頭模組；以及一影像感測器；其中，該鏡頭模組包括如申請專利範圍第1至8項之任一項所述之鏡筒；以及一光學透鏡組，其設置於該鏡筒中。
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