TWM569426U - 光學成像鏡組以及指紋辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學成像鏡組，由一物側至一像側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡，其中各透鏡都具有朝向物側且使成像光線通過的一物側面及朝向像側且使成像光線通過的一像側面，光學成像鏡組的視場角為大於100度，且光學成像鏡組的畸變率小於±2%。

Description

光學成像鏡組以及指紋辨識裝置

本新型創作是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種光學成像鏡組以及指紋辨識裝置。

隨著電子科技與製造技術的不斷演進與改良，資訊電子產品亦一直推陳出新。電腦、手機、攝相機等電子產品已經是現代人必備的工具，而相機模組也廣泛地應用於這些電子產品中。此外，現今的智慧型行動裝置中，亦需要整合指紋辨識裝置，以加強智慧型行動裝置的使用安全性並且支援更多智慧型功能。

在目前，為了採集到更多的指紋資訊，指紋辨識裝置中的鏡頭的視角則必需隨之愈來愈大，以增大指紋按壓可視區的面積。但在目前的技術中，鏡頭的視角增加至一定角度之後，其光學畸變（optical distortion）也隨之快速增加。光學畸變將使得顯示圖像周邊區域的直線變為曲線，其資訊會被高度壓縮而無法區別。所以在目前的解決方法中，常以後端的軟體來進行修正光學畸變，不過修正後的顯示圖像仍是有副作用，例如產生可視區會縮小或細節損失等副作用。因此，如何設計出能有效降低光學畸變影響，且不需後端軟體修正的指紋辨識裝置，是本領域技術人員致力於研究的。

本新型創作提供一種光學成像鏡組以及指紋辨識裝置，可降低光學畸變率且不需額外使用後端軟體進一步進行修正。

本新型創作的提供一種光學成像鏡組，由一物側至一像側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡，其中各透鏡都具有朝向物側且使成像光線通過的一物側面及朝向像側且使成像光線通過的一像側面，光學成像鏡組的視場角為大於100度，且光學成像鏡組的畸變率小於±2%。

在本新型創作的一實施例中，上述的光學成像鏡組還包括一光圈，位於第二透鏡及第三透鏡之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡的屈光率分別為負、正、正。

在本新型創作的一實施例中，上述的光學成像鏡組符合-50mm≦EFL1≦50mm、-50mm≦EFL2≦50mm以及-50mm≦EFL3≦50mm，其中，EFL1為第一透鏡的有效焦距，EFL2為第二透鏡的有效焦距，且EFL3為第三透鏡的有效焦距。

在本新型創作的一實施例中，上述的光學成像鏡組符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1為第一透鏡的有效焦距，EFL2為第二透鏡的有效焦距，且EFL3為第三透鏡的有效焦距。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一透鏡的像側面的光軸區域為凹面。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二透鏡的物側面的光軸區域為凸面。

在本新型創作的一實施例中，上述的第三透鏡的像側面的光軸區域為凸面。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡的材質皆為塑膠。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡皆具有屈光率，這些透鏡的折射率皆介於1.3至2.1之間，且這些透鏡的阿貝數皆介於20至90之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的光學成像鏡組符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA為第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡的中心厚度的平均值，T1為第一透鏡的中心厚度，T2為第二透鏡的中心厚度，且T3為第三透鏡的中心厚度。

本新型創作的提供一種指紋辨識裝置，由一物側至一像側沿一光軸依序包括一平板玻璃、一光學成像鏡組、一紅外濾光元件以及一影像感測元件。光學成像鏡組由物側至像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡，其中平板玻璃、各透鏡及紅外濾光元件都具有朝向物側且使成像光線通過的一物側面及朝向像側且使成像光線通過的一像側面。影像感測元件具有一成像面。平板玻璃的物側面適於讓一手指接觸。指紋辨識裝置的視場角為大於100度，且指紋辨識裝置的畸變率小於±2%。

在本新型創作的一實施例中，上述的指紋辨識裝置符合0.02≦DS/DF≦10，其中，DS為影像感測元件的對角線距離，且DF為手指在平板玻璃上的最大直徑。

在本新型創作的一實施例中，上述的指紋辨識裝置符合DS/2≦A≦10×DF，其中，DS為影像感測元件的對角線距離，A為第一透鏡的物側面中心至影像感測元件的距離，且DF為手指在平板玻璃上的最大直徑。

在本新型創作的一實施例中，上述的指紋辨識裝置符合0.05≦B/DF≦25，其中，B為平板玻璃的物側面至影像感測元件的底部的距離，且DF為手指在平板玻璃上的最大感測區直徑。

基於上述，在本新型創作的指紋辨識裝置中，光學成像鏡組包括第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，且指紋辨識裝置的視場角為大於100度，畸變率小於±2%。因此，可在完成擷取指紋影像後，不需額外使用後端軟體進一步進行修正，或僅需進行微小幅度的修正。故增加所擷取的指紋影像的可利用面積，且降低影像畫面中特徵細節的失真率。

為讓本新型創作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。

圖1為本新型創作一實施例之指紋辨識裝置的示意圖。在本實施例中，指紋辨識裝置100由一物側A1至一像側A2沿一光軸I依序包括一平板玻璃10、一光學成像鏡組110、一紅外濾光元件60以及一影像感測元件70。指紋辨識裝置100適用於辨識使用者手指的指紋，其中，指紋辨識裝置100的視場角為大於100度，且畸變率小於±2%。

具體而言，平板玻璃10具有朝向物側A1且使成像光線通過的一物側面12及朝向像側A2且使成像光線通過的一像側面14，並且平板玻璃10的物側面12適於讓一手指接觸。在本實施例中，平板玻璃10例如是有機發光二極體顯示器（Organic Light-Emitting Diode Display，OLED Display），而物側面12即為顯示面。詳細而言，在進行辨識時，使用者以手指接觸於物側面12，因此，平板玻璃10對手指發出光線，以使接觸於物側面12的手指反射出成像光線並朝像側A2傳遞。

紅外濾光元件60具有朝向物側A1且使成像光線通過的一物側面62及朝向像側A2且使成像光線通過的一像側面64。在本實施例中，紅外濾光元件60例如鍍上紅外濾光膜的透光片，但本新型創作並不限於此。

影像感測元件70具有一成像面72，適於使上述成像光線於此成像。詳細而言，指紋辨識裝置100還包括基板80及加強結構件90，影像感測元件70配置於基板80及加強結構件90。基板80例如是可撓式電路板，而加強結構件90例如是補強板。在本實施例中，影像感測元件70、基板80與加強結構件90堆疊為一體，且上述的堆疊結構厚度為0.5毫米，但本新型創作並不限於此。

光學成像鏡組110由物側A1至像側A2沿光軸I依序包括一第一透鏡20、一第二透鏡30以及一第三透鏡50。且第一透鏡20、第二透鏡30以及第三透鏡50都具有朝向物側A1且使成像光線通過的物側面及朝向像側A2且使成像光線通過的像側面。在本實施例中，光學成像鏡組110還包括一光圈40，位於第二透30及第三透鏡50之間。故由待測手指所反射出的成像光線進入指紋辨識裝置100，並依序經由平板玻璃10、第一透鏡20、第二透鏡30、光圈40、第三透鏡50及紅外濾光元件60之後，會在影像感測元件70的成像面72形成一影像。

詳細而言，第一透鏡20具有負屈光率。第一透鏡20的物側面22的光軸區域為凹面，以及圓周區域為凸面。第一透鏡20的像側面24的光軸區域為凹面，以及圓周區域為凸面。在本實施例中，第一透鏡20的物側面22與像側面24皆為非球面（aspheric surface）。第一透鏡20的有效焦距介於-50毫米至50毫米之間，第一透鏡20的折射率介於1.3至2.1之間，且第一透鏡20的阿貝數介於20至90之間。此外，在本實施例中，第一透鏡20的材質為塑膠。但在其他實施例中，第一透鏡20的材質亦可以是玻璃或UV膠材，本新型並不限於此。

第二透鏡30具有正屈光率。第二透鏡30的物側面32的光軸區域為凸面，以及圓周區域為凹面。第二透鏡30的像側面24的光軸區域為凹面，以及圓周區域為凸面。在本實施例中，第二透鏡30的物側面22與像側面24皆為非球面。第二透鏡30的有效焦距介於-50毫米至50毫米之間，第二透鏡30的折射率介於1.3至2.1之間，且第二透鏡30的阿貝數介於20至90之間。此外，在本實施例中，第二透鏡30的材質為塑膠。但在其他實施例中，第二透鏡30的材質亦可以是玻璃或UV膠材，本新型並不限於此。

第三透鏡50具有正屈光率。第三透鏡50的物側面52的光軸區域為凸面，以及圓周區域為凹面。第三透鏡50的像側面54的光軸區域為凸面，以及圓周區域為凸面。在本實施例中，第三透鏡50的物側面52與像側面54皆為非球面。第三透鏡50的有效焦距介於-50毫米至50毫米之間，第三透鏡50的折射率介於1.3至2.1之間，且第三透鏡50的阿貝數介於20至90之間。此外，在本實施例中，第三透鏡50的材質為塑膠。但在其他實施例中，第三透鏡50的材質亦可以是玻璃或UV膠材，本新型並不限於此。

圖2A及圖2B分別為圖1之指紋辨識裝置的場曲像差及畸變像差圖。請參考圖1至圖2B。圖2A的圖式說明光學成像鏡組110中當其波長為470 nm、555 nm及650 nm時在成像面72上有關弧矢（Sagittal，S）方向的場曲（Field Curvature）像差及子午（Tangential，T）方向的場曲像差。圖2B的圖式則說明在光學成像鏡組110中當其波長為470 nm、555 nm及650 nm時在成像面72上的畸變（Distortion Aberration）。而由圖2B的畸變圖式則顯示本實施例的畸變率維持在±2.0%的範圍內，說明本實施例的畸變已符合光學系統的成像品質要求，相較於現有光學成像鏡頭，在光學成像鏡組110的視場角為大於100度的條件下，仍具有良好的成像品質。如此一來，指紋辨識裝置100在完成擷取指紋影像後，可不需額外使用後端軟體進一步進行修正，或僅需進行微小幅度的修正。故增加所擷取的指紋影像的可利用面積，且降低影像畫面中特徵細節的失真率。

圖3為圖1之指紋辨識裝置的詳細光學數據。請同時參考圖1及圖3。本實施例的指紋辨識裝置100其他詳細光學數據如圖3所示，且第一實施例的光學成像鏡組10整體的系統長度為5.000毫米，系統焦距（effective focal length, EFL）為0.507毫米，半視角（half field of view, HFOV）為大於50∘，物高為4.000毫米，光圈值（f-number, Fno）則為1.6。其中，系統長度是指由平板玻璃10的物側面12到影像感測元件70的成像面72在光軸I上的距離。

除此之外，本實施例的光學成像鏡組110符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1為第一透鏡20的有效焦距，EFL2為第二透鏡30的有效焦距，且EFL3為第三透鏡50的有效焦距。另外，光學成像鏡組110符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA為第一透鏡20、第二透鏡30以及第三透鏡50的中心厚度的平均值，T1為第一透鏡20的中心厚度，T2為第二透鏡30的中心厚度，且T3為第三透鏡50的中心厚度。

圖4為圖1之指紋辨識裝置的非球面參數。請同時參考圖1及圖4。在本實施例中，第一透鏡20、第二透鏡30及第三透鏡40的物側面22、32、52及像側面24、34、54共計六個面均是一般的偶次非球面（even asphere surface）。而這些非球面是依下列公式定義： -----------(1) 其中： Y：非球面曲線上的點與光軸的距離； Z：非球面深度； (非球面上距離光軸為Y的點，與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離)； R：透鏡表面之曲率半徑； K：圓錐係數； a _2i：第2i階非球面係數。

第一透鏡20的物側面22到第三透鏡50的像側面54在公式(1)中的各項非球面係數如圖4所示。其中，圖4中欄位編號22表示其為第一透鏡20的物側面22的非球面係數，其它欄位依此類推。

除上述說明之外，本實施例的指紋辨識裝置100中各重要參數間的關係還符合以下條件式(2)至條件式(4)： (2) 0.02≦DS/DF≦10； (3) DS/2≦A≦10×DF； (4) 0.05≦B/DF≦25； 其中： DS：影像感測元件的對角線距離； DF：手指在平板玻璃上的最大感測區直徑； A：第一透鏡的物側面中心至影像感測元件的物側面的距離； B：平板玻璃的物側面（即指紋按壓處）至影像感測元件的底部的距離。

如此一來，指紋辨識裝置100具有大的視場角且有良好的光學品質，且在完成擷取指紋影像後，可不需額外使用後端軟體進一步進行修正，或僅需進行微小幅度的修正。故增加所擷取的指紋影像的可利用面積，且降低影像畫面中特徵細節的失真率。

綜上所述，在本新型創作的指紋辨識裝置中，光學成像鏡組包括第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，且指紋辨識裝置的視場角為大於100度，畸變率小於±2%。因此，可在完成擷取指紋影像後，不需額外使用後端軟體進一步進行修正，或僅需進行微小幅度的修正。故增加所擷取的指紋影像的可利用面積，且降低影像畫面中特徵細節的失真率。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧平板玻璃

12、22、32、52、62‧‧‧物側面

14、24、34、54、64‧‧‧像側面

20‧‧‧第一透鏡

30‧‧‧第二透鏡

40‧‧‧光圈

50‧‧‧第三透鏡

60‧‧‧紅外濾光元件

70‧‧‧影像感測元件

72‧‧‧成像面

80‧‧‧基板

90‧‧‧加強結構件

100‧‧‧電子裝置

110‧‧‧光學成像鏡組

A1‧‧‧物側

A2‧‧‧像側

I‧‧‧光軸

圖1為本新型創作一實施例之指紋辨識裝置的示意圖。 圖2A及圖2B分別為圖1之指紋辨識裝置的場曲像差及畸變像差圖。 圖3為圖1之指紋辨識裝置的詳細光學數據。 圖4為圖1之指紋辨識裝置的非球面參數。

Claims (15)

1. 一種光學成像鏡組，由一物側至一像側沿一光軸依序包括： 一第一透鏡； 一第二透鏡；以及 一第三透鏡，其中各該透鏡都具有朝向該物側且使成像光線通過的一物側面及朝向該像側且使成像光線通過的一像側面，該光學成像鏡組的視場角為大於100度，且該光學成像鏡組的畸變率小於±2%。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，還包括一光圈，位於該第二透鏡及該第三透鏡之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡的屈光率分別為負、正、正。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該光學成像鏡組符合-50mm≦EFL1≦50mm、-50mm≦EFL2≦50mm以及-50mm≦EFL3≦50mm，其中，EFL1為該第一透鏡的有效焦距，EFL2為該第二透鏡的有效焦距，且EFL3為該第三透鏡的有效焦距。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該光學成像鏡組符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1為該第一透鏡的有效焦距，EFL2為該第二透鏡的有效焦距，且EFL3為該第三透鏡的有效焦距。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第一透鏡的該像側面的光軸區域為凹面。
7. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第二透鏡的該物側面的光軸區域為凸面。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第三透鏡的該像側面的光軸區域為凸面。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡的材質皆為塑膠。
10. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡皆具有屈光率，該些透鏡的折射率皆介於1.3至2.1之間，且該些透鏡的阿貝數皆介於20至90之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述的光學成像鏡組，其中該光學成像鏡組符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA為該第一透鏡、該第二透鏡以及該第三透鏡的中心厚度的平均值，T1為該第一透鏡的中心厚度，T2為該第二透鏡的中心厚度，且T3為該第三透鏡的中心厚度。
12. 一種指紋辨識裝置，由一物側至一像側沿一光軸依序包括： 一平板玻璃； 一光學成像鏡組，由該物側至該像側依序包括一第一透鏡、一第二透鏡以及一第三透鏡； 一紅外濾光元件；以及 一影像感測元件，其中該平板玻璃、各該透鏡及該紅外濾光元件都具有朝向該物側且使成像光線通過的一物側面及朝向該像側且使成像光線通過的一像側面，該影像感測元件具有一成像面，該平板玻璃的該物側面適於讓一手指接觸，該指紋辨識裝置的視場角為大於100度，且該指紋辨識裝置的畸變率小於±2%。
13. 如申請專利範圍第12項所述的指紋辨識裝置，其中該指紋辨識裝置符合0.02≦DS/DF≦10，其中，DS為該影像感測元件的對角線距離，且DF為該手指在該平板玻璃上的最大直徑。
14. 如申請專利範圍第12項所述的指紋辨識裝置，其中該指紋辨識裝置符合DS/2≦A≦10×DF，其中，DS為該影像感測元件的對角線距離，A為該第一透鏡的該物側面中心至該影像感測元件的距離，且DF為該手指在該平板玻璃上的最大直徑。
15. 如申請專利範圍第12項所述的指紋辨識裝置，其中該指紋辨識裝置符合0.05≦B/DF≦25，其中，B為該平板玻璃的該物側面至該影像感測元件的底部的距離，且DF為該手指在該平板玻璃上的最大感測區直徑。