CN208888457U - 光学成像镜组以及指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光学成像镜组以及指纹识别装置，由物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中各透镜都具有朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面，光学成像镜组的视场角为大于100度，且光学成像镜组的畸变率小于±2％。因此，本实用新型提供的光学成像镜组以及指纹识别装置，可降低光学畸变率且不需额外使用后端软件进一步进行修正。

Description

光学成像镜组以及指纹识别装置

技术领域

本实用新型涉及一种光学元件，尤其涉及一种光学成像镜组以及指纹识别装置。

背景技术

随着电子科技与制造技术的不断演进与改良，信息电子产品也一直推陈出新。电脑、手机、摄相机等电子产品已经是现代人必备的工具，而相机模块也广泛地应用于这些电子产品中。此外，现今的智能移动装置中，也需要整合指纹识别装置，以加强智能移动装置的使用安全性并且支援更多智能功能。

在目前，为了采集到更多的指纹信息，指纹识别装置中的镜头的视角则必需随之愈来愈大，以增大指纹按压可视区的面积。但在目前的技术中，镜头的视角增加至一定角度之后，其光学畸变(optical distortion)也随之快速增加。光学畸变将使得显示图像周边区域的直线变为曲线，其信息会被高度压缩而无法区别。所以在目前的解决方法中，常以后端的软件来进行修正光学畸变，不过修正后的显示图像仍是有副作用，例如产生可视区会缩小或细节损失等副作用。因此，如何设计出能有效降低光学畸变影响，且不需后端软件修正的指纹识别装置，是本领域技术人员致力于研究的。

实用新型内容

本实用新型提供一种光学成像镜组以及指纹识别装置，可降低光学畸变率且不需额外使用后端软件进一步进行修正。

本实用新型的提供一种光学成像镜组，由物侧至像侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中各透镜都具有朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面，光学成像镜组的视场角为大于100度，且光学成像镜组的畸变率小于±2％。

在本实用新型的一实施例中，上述的光学成像镜组还包括光圈，位于第二透镜及第三透镜之间。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一透镜、第二透镜及第三透镜的屈光率分别为负、正、正。

在本实用新型的一实施例中，上述的光学成像镜组符合-50mm≦EFL1≦50mm、-50mm≦EFL2≦50mm以及-50mm≦EFL3≦50mm，其中，EFL1为第一透镜的有效焦距，EFL2为第二透镜的有效焦距，且EFL3为第三透镜的有效焦距。

在本实用新型的一实施例中，上述的光学成像镜组符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1为第一透镜的有效焦距，EFL2为第二透镜的有效焦距，且EFL3为第三透镜的有效焦距。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一透镜的像侧面的光轴区域为凹面。

在本实用新型的一实施例中，上述的第二透镜的物侧面的光轴区域为凸面。

在本实用新型的一实施例中，上述的第三透镜的像侧面的光轴区域为凸面。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一透镜、第二透镜及第三透镜的材质皆为塑胶。

在本实用新型的一实施例中，上述的第一透镜、第二透镜及第三透镜皆具有屈光率，这些透镜的折射率皆介于1.3至2.1之间，且这些透镜的阿贝数皆介于20至90之间。

在本实用新型的一实施例中，上述的光学成像镜组符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA为第一透镜、第二透镜以及第三透镜的中心厚度的平均值，T1为第一透镜的中心厚度，T2为第二透镜的中心厚度，且T3为第三透镜的中心厚度。

本实用新型的提供一种指纹识别装置，由物侧至像侧沿光轴依序包括平板玻璃、光学成像镜组、红外滤光元件以及图像感测元件。光学成像镜组由物侧至像侧依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中平板玻璃、各透镜及红外滤光元件都具有朝向物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。图像感测元件具有成像面。平板玻璃的物侧面适于让手指接触。指纹识别装置的视场角为大于100度，且指纹识别装置的畸变率小于±2％。

在本实用新型的一实施例中，上述的指纹识别装置符合0.02≦DS/DF≦10，其中，DS为图像感测元件的对角线距离，且DF为手指在平板玻璃上的最大直径。

在本实用新型的一实施例中，上述的指纹识别装置符合DS/2≦A≦10×DF，其中，DS为图像感测元件的对角线距离，A为第一透镜的物侧面中心至图像感测元件的距离，且DF为手指在平板玻璃上的最大直径。

在本实用新型的一实施例中，上述的指纹识别装置符合0.05≦B/DF≦25，其中，B为平板玻璃的物侧面至图像感测元件的底部的距离，且DF为手指在平板玻璃上的最大感测区直径。

基于上述，在本实用新型的指纹识别装置中，光学成像镜组包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，且指纹识别装置的视场角为大于100度，畸变率小于±2％。因此，可在完成获取指纹图像后，不需额外使用后端软件进一步进行修正，或仅需进行微小幅度的修正。故增加所获取的指纹图像的可利用面积，且降低图像画面中特征细节的失真率。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的指纹识别装置的示意图；

图2A及图2B分别为图1的指纹识别装置的场曲像差及畸变像差图；

图3为图1的指纹识别装置的详细光学数据；

图4为图1的指纹识别装置的非球面参数。

附图标记说明

10：平板玻璃；

12、22、32、52、62：物侧面；

14、24、34、54、64：像侧面；

20：第一透镜；

30：第二透镜；

40：光圈；

50：第三透镜；

60：红外滤光元件；

70：图像感测元件；

72：成像面；

80：基板；

90：加强结构件；

100：指纹识别装置；

110：光学成像镜组；

A1：物侧；

A2：像侧；

I：光轴。

具体实施方式

图1为本实用新型一实施例的指纹识别装置的示意图。在本实施例中，指纹识别装置100由物侧A1至像侧A2沿光轴I依序包括平板玻璃10、光学成像镜组110、红外滤光元件60以及图像感测元件70。指纹识别装置100适用于识别使用者手指的指纹，其中，指纹识别装置100的视场角为大于100度，且畸变率小于±2％。

具体而言，平板玻璃10具有朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面12及朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面14，并且平板玻璃10的物侧面12适于让手指接触。在本实施例中，平板玻璃10例如是有机发光二极管显示器(Organic Light-Emitting DiodeDisplay，OLED Display)，而物侧面12即为显示面。详细而言，在进行识别时，使用者以手指接触于物侧面12，因此，平板玻璃10对手指发出光线，以使接触于物侧面12的手指反射出成像光线并朝像侧A2传递。

红外滤光元件60具有朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面62及朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面64。在本实施例中，红外滤光元件60例如镀上红外滤光膜的透光片，但本实用新型并不限于此。

图像感测元件70具有成像面72，适于使上述成像光线于此成像。详细而言，指纹识别装置100还包括基板80及加强结构件90，图像感测元件70配置于基板80及加强结构件90。基板80例如是可挠式电路板，而加强结构件90例如是补强板。在本实施例中，图像感测元件70、基板80与加强结构件90堆叠为一体，且上述的堆叠结构厚度为0.5毫米，但本实用新型并不限于此。

光学成像镜组110由物侧A1至像侧A2沿光轴I依序包括第一透镜20、第二透镜30以及第三透镜50。且第一透镜20、第二透镜30以及第三透镜50都具有朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面及朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。在本实施例中，光学成像镜组110还包括光圈40，位于第二透镜30及第三透镜50之间。故由待测手指所反射出的成像光线进入指纹识别装置100，并依序经由平板玻璃10、第一透镜20、第二透镜30、光圈40、第三透镜50及红外滤光元件60之后，会在图像感测元件70的成像面72形成图像。

详细而言，第一透镜20具有负屈光率。第一透镜20的物侧面22的光轴区域为凹面，以及圆周区域为凸面。第一透镜20的像侧面24的光轴区域为凹面，以及圆周区域为凸面。在本实施例中，第一透镜20的物侧面22与像侧面24皆为非球面(aspheric surface)。第一透镜20的有效焦距介于-50毫米至50毫米之间，第一透镜20的折射率介于1.3至2.1之间，且第一透镜20的阿贝数介于20至90之间。此外，在本实施例中，第一透镜20的材质为塑胶。但在其他实施例中，第一透镜20的材质也可以是玻璃或UV胶材，本实用新型并不限于此。

第二透镜30具有正屈光率。第二透镜30的物侧面32的光轴区域为凸面，以及圆周区域为凹面。第二透镜30的像侧面24的光轴区域为凹面，以及圆周区域为凸面。在本实施例中，第二透镜30的物侧面22与像侧面24皆为非球面。第二透镜30的有效焦距介于-50毫米至50毫米之间，第二透镜30的折射率介于1.3至2.1之间，且第二透镜30的阿贝数介于20至90之间。此外，在本实施例中，第二透镜30的材质为塑胶。但在其他实施例中，第二透镜30的材质也可以是玻璃或UV胶材，本实用新型并不限于此。

第三透镜50具有正屈光率。第三透镜50的物侧面52的光轴区域为凸面，以及圆周区域为凹面。第三透镜50的像侧面54的光轴区域为凸面，以及圆周区域为凸面。在本实施例中，第三透镜50的物侧面52与像侧面54皆为非球面。第三透镜50的有效焦距介于-50毫米至50毫米之间，第三透镜50的折射率介于1.3至2.1之间，且第三透镜50的阿贝数介于20至90之间。此外，在本实施例中，第三透镜50的材质为塑胶。但在其他实施例中，第三透镜50的材质也可以是玻璃或UV胶材，本实用新型并不限于此。

图2A及图2B分别为图1的指纹识别装置的场曲像差及畸变像差图。请参考图1至图2B。图2A的附图说明光学成像镜组110中当其波长为470nm、555nm及650nm时在成像面72上有关弧矢(Sagittal，S)方向的场曲(Field Curvature)像差及子午(Tangential，T)方向的场曲像差。图2B的附图则说明在光学成像镜组110中当其波长为470nm、555nm及650nm时在成像面72上的畸变(Distortion Aberration)。而由图2B的畸变附图则显示本实施例的畸变率维持在±2.0％的范围内，说明本实施例的畸变已符合光学***的成像品质要求，相较于现有光学成像镜头，在光学成像镜组110的视场角为大于100度的条件下，仍具有良好的成像品质。如此一来，指纹识别装置100在完成获取指纹图像后，可不需额外使用后端软件进一步进行修正，或仅需进行微小幅度的修正。故增加所获取的指纹图像的可利用面积，且降低图像画面中特征细节的失真率。

图3为图1的指纹识别装置的详细光学数据。请同时参考图1及图3。本实施例的指纹识别装置100其他详细光学数据如图3所示，且第一实施例的光学成像镜组110整体的***长度为5.000毫米，***焦距(effective focal length,EFL)为0.507毫米，半视角(halffield of view,HFOV)为大于50°，物高为4.000毫米，光圈值(f-number,Fno)则为1.6。其中，***长度是指由平板玻璃10的物侧面12到图像感测元件70的成像面72在光轴I上的距离。

除此之外，本实施例的光学成像镜组110符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1为第一透镜20的有效焦距，EFL2为第二透镜30的有效焦距，且EFL3为第三透镜50的有效焦距。另外，光学成像镜组110符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA为第一透镜20、第二透镜30以及第三透镜50的中心厚度的平均值，T1为第一透镜20的中心厚度，T2为第二透镜30的中心厚度，且T3为第三透镜50的中心厚度。

图4为图1的指纹识别装置的非球面参数。请同时参考图1及图4。在本实施例中，第一透镜20、第二透镜30及第三透镜40的物侧面22、32、52及像侧面24、34、54共计六个面均是一般的偶次非球面(even asphere surface)。而这些非球面是依下列公式定义：

其中：

Y：非球面曲线上的点与光轴的距离；

Z：非球面深度；

(非球面上距离光轴为Y的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面，两者间的垂直距离)；

R：透镜表面的曲率半径；

K：圆锥系数；

a_2i：第2i阶非球面系数。

第一透镜20的物侧面22到第三透镜50的像侧面54在公式(1)中的各项非球面系数如图4所示。其中，图4中栏位编号22表示其为第一透镜20的物侧面22的非球面系数，其它栏位依此类推。

除上述说明之外，本实施例的指纹识别装置100中各重要参数间的关系还符合以下条件式(2)至条件式(4)：

(2)0.02≦DS/DF≦10；

(3)DS/2≦A≦10×DF；

(4)0.05≦B/DF≦25；

其中：

DS：图像感测元件的对角线距离；

DF：手指在平板玻璃上的最大感测区直径；

A：第一透镜的物侧面中心至图像感测元件的物侧面的距离；

B：平板玻璃的物侧面(即指纹按压处)至图像感测元件的底部的距离。

如此一来，指纹识别装置100具有大的视场角且有良好的光学品质，且在完成获取指纹图像后，可不需额外使用后端软件进一步进行修正，或仅需进行微小幅度的修正。故增加所获取的指纹图像的可利用面积，且降低图像画面中特征细节的失真率。

综上所述，在本实用新型的指纹识别装置中，光学成像镜组包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，且指纹识别装置的视场角为大于100度，畸变率小于±2％。因此，可在完成获取指纹图像后，不需额外使用后端软件进一步进行修正，或仅需进行微小幅度的修正。故增加所获取的指纹图像的可利用面积，且降低图像画面中特征细节的失真率。

虽然本实用新型已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本实用新型的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种光学成像镜组，其特征在于，由物侧至像侧沿光轴依序包括：

第一透镜；

第二透镜；以及

第三透镜，其中各多个所述透镜都具有朝向所述物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向所述像侧且使成像光线通过的像侧面，所述光学成像镜组的视场角为大于100度，且所述光学成像镜组的畸变率小于±2％。

2.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，还包括光圈，位于所述第二透镜及所述第三透镜之间。

3.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的屈光率分别为负、正、正。

4.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述光学成像镜组符合-50mm≦EFL1≦50mm、-50mm≦EFL2≦50mm以及-50mm≦EFL3≦50mm，其中，EFL1为所述第一透镜的有效焦距，EFL2为所述第二透镜的有效焦距，且EFL3为所述第三透镜的有效焦距。

5.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述光学成像镜组符合|EFL1|×|EFL2|≦50×|EFL3|，其中，EFL1为所述第一透镜的有效焦距，EFL2为所述第二透镜的有效焦距，且EFL3为所述第三透镜的有效焦距。

6.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第一透镜的所述像侧面的光轴区域为凹面。

7.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第二透镜的所述物侧面的光轴区域为凸面。

8.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第三透镜的所述像侧面的光轴区域为凸面。

9.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜的材质皆为塑胶。

10.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜皆具有屈光率，所述多个透镜的折射率皆介于1.3至2.1之间，且所述多个透镜的阿贝数皆介于20至90之间。

11.根据权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述光学成像镜组符合TA/100≦T1≦10×TA、TA/100≦T2≦10×TA以及TA/100≦T3≦10×TA，其中，TA为所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜的中心厚度的平均值，T1为所述第一透镜的中心厚度，T2为所述第二透镜的中心厚度，且T3为所述第三透镜的中心厚度。

12.一种指纹识别装置，其特征在于，由物侧至像侧沿光轴依序包括：

平板玻璃；

光学成像镜组，由所述物侧至所述像侧依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜；

红外滤光元件；以及

图像感测元件，其中所述平板玻璃、各多个所述透镜及所述红外滤光元件都具有朝向所述物侧且使成像光线通过的物侧面及朝向所述像侧且使成像光线通过的像侧面，所述图像感测元件具有成像面，所述平板玻璃的所述物侧面适于让手指接触，所述指纹识别装置的视场角为大于100度，且所述指纹识别装置的畸变率小于±2％。

13.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置符合0.02≦DS/DF≦10，其中，DS为所述图像感测元件的对角线距离，且DF为所述手指在所述平板玻璃上的最大直径。

14.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置符合DS/2≦A≦10×DF，其中，DS为所述图像感测元件的对角线距离，A为所述第一透镜的所述物侧面中心至所述图像感测元件的距离，且DF为所述手指在所述平板玻璃上的最大直径。

15.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置符合0.05≦B/DF≦25，其中，B为所述平板玻璃的所述物侧面至所述图像感测元件的底部的距离，且DF为所述手指在所述平板玻璃上的最大感测区直径。