TW201520903A - 陣列式影像擷取系統及指紋辨識裝置 - Google Patents

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Abstract

一種陣列式影像擷取系統，由物側至像側依序包含至少二成像光學鏡組以及至少一影像感測裝置。影像感測裝置設置於各成像光學鏡組的成像面。各成像光學鏡組包含至少一具屈折力透鏡，且具屈折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面。陣列式影像擷取系統於擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組之間無相對移動。當滿足特定條件時，可有效縮小影像感測裝置的面積以降低成本，並使成像光學鏡組兼具小型化與廣視角等特色。

Description

陣列式影像擷取系統及指紋辨識裝置
本發明是有關於一種陣列式影像擷取系統，且特別是有關於一種應用於可攜裝置上的陣列式影像擷取系統。
影像掃描器係指以光學方式掃描物體表面的影像，並將物體表面的影像轉化成數位影像的裝置，例如，桌上型掃描器。桌上型掃描器的放大倍率等於1，換言之，掃描所得的影像大小與原始被掃描物體的大小相等。因此，桌上型掃描器的體積龐大而不利於攜帶。此外，由於桌上型掃描器的影像感測裝置需要較大的面積，故成本較高。
隨著可攜裝置的盛行，相關業者不斷改良或增加可攜裝置的功能，以滿足消費者的需求。目前已發展出具有影像掃描器的傳統可攜裝置。使用者可使用此傳統可攜裝置掃描影像。此外，此傳統可攜裝置整合有指紋辨識功能，可攜裝置的所有者可使用其指紋作為此傳統可攜裝置的密碼，以保護其使用權限及個人隱私。然而，此傳統可攜裝 置的體積仍過於龐大，且所得的掃描影像畸變嚴重。因此，此傳統可攜裝置無法滿足小型化以及高品質成像的需求。
另有發展出一種具有微透鏡線型陣列的傳統可攜裝置。在單次的掃描過程中，微透鏡線型陣列僅擷取到局部的物體表面影像，且所得成像範圍為一狹長影像。微透鏡線型陣列需與物體產生相對移動，以擷取完整的物體表面影像。換句話說，可攜裝置係以分段式擷取物體表面影像，其需藉由多次且連續的掃描過程，以獲得完整的物體表面影像。在使用上不僅耗時，且增加錯誤辨識的機率。
本發明之一目的是提供一種陣列式影像擷取系統，其包含至少二成像光學鏡組以及至少一影像感測裝置。陣列式影像擷取系統可藉由單次的擷取影像過程獲得所需的影像範圍，因此，於擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組之間無相對移動，可節省時間並降低錯誤辨識的機率。此外，成像光學鏡組兼具小型化與廣視角等特色，有利於應用於薄型化可攜裝置，且藉由成像光學鏡組倍率變化的增加，可有效縮小影像感測裝置的面積，以降低成本。
依據本發明一實施方式提供一種陣列式影像擷取系統，由物側至像側依序包含至少二成像光學鏡組以及至少一影像感測裝置。影像感測裝置設置於各成像光學鏡組之一成像面。各成像光學鏡組包含至少一具屈折力透鏡， 且該具屈折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面。陣列式影像擷取系統於擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組之間無相對移動。各成像光學鏡組中，成像光學鏡組的物高為YOB，成像光學鏡組的像高為YRI，成像光學鏡組中最靠近被攝物的具屈折力透鏡為第一透鏡，被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離為TL，成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條件：2.0<YOB/YRI；以及(OL+TL)/tan(HFOV)<5mm。
依據本發明另一實施方式提供一種指紋辨識裝置，包含前述的陣列式影像擷取系統以及光源，光源設置於被攝物與各成像光學鏡組的成像面間。
當YOB/YRI滿足上述條件時，可有效縮小影像感測裝置的面積，以降低成本。
當(OL+TL)/tan(HFOV)<5mm滿足上述條件時，成像光學鏡組可兼具小型化與廣視角等特色。
100、200、300、400‧‧‧陣列式影像擷取系統
110、210、310、410‧‧‧覆蓋件
111、211、311、411‧‧‧區域
120、220、330、430‧‧‧成像光學鏡組
121‧‧‧鏡筒
130、240、351、451、770、860‧‧‧影像感測裝置
221、331a、431a、720、820‧‧‧第一透鏡
222、333a、433a、730、830‧‧‧第二透鏡
223、740‧‧‧第三透鏡
230‧‧‧孔洞件
231‧‧‧鏡筒元件
231a、321a、332b、341a、421a、432b、441a‧‧‧貫孔
320、420‧‧‧第一孔洞件
321、421‧‧‧第一間隔元件
331、431‧‧‧第一透鏡件
332、432‧‧‧第二孔洞件
332a、432a‧‧‧貫孔元件
333、433‧‧‧第二透鏡件
340、440‧‧‧第三孔洞件
341、441‧‧‧第二間隔元件
350、450‧‧‧感測件
510、530、550‧‧‧影像
520、540、560、610、620‧‧‧被攝物影像擷取窗口
700、800‧‧‧光圈
710、810‧‧‧平板玻璃
721、731、741、821、831‧‧‧物側表面
722、732、742、822、832‧‧‧像側表面
750、840‧‧‧紅外線濾除濾光片
760、850‧‧‧成像面
900‧‧‧被攝物
Ai‧‧‧成像光學鏡組的影像面積
Aoi‧‧‧各成像光學鏡組與另一成像光學鏡組間重疊的影像面積
λ‧‧‧光源的波長
f‧‧‧成像光學鏡組的焦距
Fno‧‧‧成像光學鏡組的光圈值
HFOV‧‧‧成像光學鏡組中最大視角的一半
X‧‧‧矩陣的行數
Y‧‧‧矩陣的列數
L‧‧‧被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的長度
W‧‧‧被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的寬度
YOB‧‧‧成像光學鏡組的物高
YRI‧‧‧成像光學鏡組的像高
fR‧‧‧光圈至成像面間所有具屈折力透鏡的焦距
fF‧‧‧被攝物至光圈間所有具屈折力透鏡的焦距
hp‧‧‧最靠近成像面的具屈折力透鏡的像側表面的反曲點至光軸的垂直距離
DISTmin‧‧‧成像光學鏡組的成像範圍中影像畸變的最小值
OL‧‧‧被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離
TL‧‧‧第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離
為讓本發明的上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下：第1圖繪示依照本發明第一實施方式的一種陣列式影像擷取系統的示意圖；第2圖繪示依照本發明第二實施方式的一種陣列式影像擷 取系統的示意圖；第3圖繪示依照本發明第三實施方式的一種陣列式影像擷取系統的示意圖；第4圖繪示依照本發明第四實施方式的一種陣列式影像擷取系統的示意圖；第5A圖繪示第1圖中陣列式影像擷取系統的影像的矩陣以及被攝物影像擷取窗口的示意圖；第5B圖繪示第3圖中陣列式影像擷取系統的影像的矩陣以及被攝物影像擷取窗口的示意圖；第5C圖繪示依照本發明的一種影像的二維陣列以及被攝物影像擷取窗口的示意圖；第6A圖繪示依照本發明的一種被攝物影像擷取窗口的L及W的示意圖；第6B圖繪示依照本發明的另一種被攝物影像擷取窗口的L及W的示意圖；第7圖繪示依照本發明第一實施例的一種陣列式影像擷取系統的示意圖；第8圖由左至右依序為第一實施例的陣列式影像擷取系統的像散及歪曲曲線圖；第9圖繪示依照本發明第二實施例的一種陣列式影像擷取系統的示意圖；第10圖由左至右依序為第二實施例的陣列式影像擷取系統的像散及歪曲曲線圖；以及第11圖繪示第7圖中陣列式影像擷取系統的參數示意圖。
<陣列式影像擷取系統>
一種陣列式影像擷取系統，由物側至像側依序包含至少二成像光學鏡組以及至少一影像感測裝置。影像感測裝置設置於各成像光學鏡組之一成像面。各成像光學鏡組包含至少一具屈折力透鏡，且具屈折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面。
陣列式影像擷取系統於擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組之間無相對移動。有別於進行多次且連續的擷取影像過程以獲得所需的影像範圍，各成像光學鏡組可同時擷取被攝物局部的影像，再將各成像光學鏡組所擷取的影像組合起來以獲得所需的影像範圍。換句話說，陣列式影像擷取系統可藉由單次的擷取影像過程以獲得所需的影像範圍。因此，可節省時間，且可降低錯誤辨識的機率，進而可提升所擷取之影像的精確度。
各成像光學鏡組中，成像光學鏡組的物高為YOB，成像光學鏡組的像高為YRI，其滿足下列條件：2.0<YOB/YRI。藉此，可有效縮小影像感測裝置的面積，以降低成本。
各成像光學鏡組中，最靠近被攝物的具屈折力透鏡為第一透鏡，被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離為TL，成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條 件：(OL+TL)/tan(HFOV)<5mm。藉此，成像光學鏡組可兼具小型化與廣視角等特色。
陣列式影像擷取系統可包含至少三個成像光學鏡組，且成像光學鏡組排列在同一平面上並形成一個二維陣列。藉此，可增加被攝物被擷取的範圍。
前述二維陣列可為矩陣，矩陣的行數為X，矩陣的列數為Y，其可滿足下列條件：2X10；以及2Y10。藉此，成像光學鏡組的數量適中。一方面，可增加被攝物被擷取的範圍，同時可緩和成像光學鏡組的視角以提升成像品質。另一方面，可避免成像光學鏡組過多而增加製造難度。
各成像光學鏡組的影像面積為Ai，各成像光學鏡組與另一成像光學鏡組間重疊的影像面積為Aoi，其可滿足下列條件：(Aoi/Ai)×100%20%。藉此，可在縮小整體的影像面積與不增加原始影像的分析困難度間取得良好的平衡。
陣列式影像擷取系統可更包含孔洞件，孔洞件具有複數個貫孔，且貫孔排列成一個二維陣列，其中各個貫孔與各個成像光學鏡組對應。藉此，可優化陣列式影像擷取系統的製造性，且可提升成像光學鏡組的排列精度。
各成像光學鏡組可具有至少一相同元件，此些相同元件具有相同功能，且此些相同元件皆成型於一單一件上。例如，各成像光學鏡組具有第一透鏡，當各成像光學鏡組的第一透鏡相同時，各成像光學鏡組的第一透鏡可被 視為相同元件，且此些第一透鏡皆成型於一單一件上。前述「單一件」係指一體成型的物件。藉此，可簡化製程並提升製造效率。
各成像光學鏡組中可包含二枚或三枚具屈折力透鏡。藉此，可提供足夠的透鏡表面以修正像差，且陣列式影像擷取系統的總長不會過長。
各成像光學鏡組更包含一光圈，被攝物至光圈間所有具屈折力透鏡的焦距為fF，光圈至成像面間所有具屈折力透鏡的焦距為fR，其可滿足下列條件：-1.0<fR/fF<1.0。例如，各成像光學鏡組包含至少二具屈折力透鏡，光圈設置於任意二具屈折力透鏡間並將具屈折力透鏡區分為前群鏡組與後群鏡組。前群鏡組由設置於被攝物與光圈間的至少一具屈折力透鏡所組成，後群鏡組由設置於光圈與成像面間的至少一具屈折力透鏡所組成。前群鏡組的焦距為fF，後群鏡組的焦距為fR。藉此，可增加各成像光學鏡組的視場角度，且可控制主光線入射於成像面的入射角度。此外，可使成像光學鏡組的主點遠離被攝物，而有效提升成像光學鏡組的光線入射範圍。
各成像光學鏡組中，被攝物至第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面至成像面於光軸上的距離為TL，其可滿足下列條件：OL+TL<5mm。藉此，可縮小陣列式影像擷取系統的體積。
各成像光學鏡組中，成像光學鏡組的成像範圍中影像畸變的最小值為DISTmin，其可滿足下列條件：-3.5%< DISTmin。藉此，可避免影像過度收縮而可維持影像的辨識程度。較佳地，其可滿足下列條件：-3%<DISTmin。
各成像光學鏡組中，成像光學鏡組的光圈值為Fno，其可滿足下列條件：4<Fno。藉此，可提升成像光學鏡組的成像品質。
各成像光學鏡組中，成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其可滿足下列條件；45度<HFOV。藉此，在縮短成像光學鏡組總長時獲得較大的影像範圍。
各成像光學鏡組中，最靠近成像面的具屈折力透鏡的像側表面具有至少一反曲點，反曲點至光軸的垂直距離為hp，成像光學鏡組的物高為YOB，其可滿足下列條件：0<hp/YOB<0.3。藉此，有助於調整離軸視場畸變。
陣列式影像擷取系統可更包含被攝物影像擷取窗口，被攝物影像擷取窗口係由陣列式影像擷取系統的成像面積所定義，被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的長度為L，被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的寬度為W，其可滿足下列條件：0.5<L/W<2。藉此，可優化陣列式影像擷取系統的影像辨識範圍，以提升辨識程度。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，「陣列」係指陣列式影像擷取系統的影像係由至少二成像光學鏡組所擷取的影像組合而成，由成像光學鏡組所擷取的影像的排列方式不限於矩陣或其他特定的方式。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，當成像光學鏡組所擷取的影像排列成矩陣，係指影像於橫向方向與縱向 方向均排列成一直線(分別形成行與列)，且矩陣中每一行的影像數目相同，每一列的影像數目相同。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，陣列式影像擷取系統可更包含覆蓋件，覆蓋件設置於被攝物與成像光學鏡組間。覆蓋件係與被攝物接觸且可保護陣列式影像擷取系統，例如可避免陣列式影像擷取系統污損。覆蓋件可為但不限於平面的物件，例如，覆蓋件可為平板玻璃。在擷取影像的過程中，被攝物與覆蓋件貼合，而使被攝物與成像光學鏡組或被攝物與陣列式影像擷取系統間無相對移動。藉此，可提升陣列式影像擷取系統所擷取的影像的精確度。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，被攝物影像擷取窗口係由陣列式影像擷取系統的成像面積所定義，被攝物影像擷取窗口可為實體或非實體的元件，當被攝物影像擷取窗口為實體元件時，被攝物影像擷取窗口可被建置於二維的成像面，其可由同一成像面上得到所需的影像細節而提供高成像清晰度。當被攝物影像擷取窗口為非實體元件時，被攝物影像擷取窗口可提供使用者一不需碰觸的指紋辨識經驗的便利性。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，由成像光學鏡組所擷取的任意二相鄰影像間可以邊緣直接相接而不具有重疊的影像面積，或者，由成像光學鏡組所擷取的任意二相鄰影像間可具有重疊的影像面積。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，各成像光學鏡 組可為軸對稱，藉此可增加陣列式影像擷取系統的對稱性。此外，各成像光學鏡組的光軸可為單一直線，藉此可簡化陣列式影像擷取系統的配置。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，成像光學鏡組中具曲折力透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當具曲折力透鏡的材質為玻璃，可增加成像光學鏡組屈折力配置的自由度。另當具曲折力透鏡的材質為塑膠，可以有效降低生產成本。此外，成像光學鏡組中具曲折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面，非球面可以容易製作成球面以外的形狀，獲得較多的控制變數，用以消減像差，進而縮減具曲折力透鏡使用的數目，因此可以有效降低本發明成像光學鏡組的總長度。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，就以具有屈折力透鏡而言，若具曲折力透鏡表面係為凸面且未界定該凸面位置時，則表示該具曲折力透鏡表面於近光軸處為凸面；若具曲折力透鏡表面係為凹面且未界定該凹面位置時，則表示該具曲折力透鏡表面於近光軸處為凹面。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，各成像光學鏡組可依需求可設置至少一光闌，以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
依據本發明的陣列式影像擷取系統，光圈配置可為前置光圈或中置光圈，其中前置光圈意即光圈設置於被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為前置光圈，可使成像光學鏡組的出射 瞳(Exit Pupil)與成像面產生較長的距離，使其具有遠心(Telecentric)效果，並可增加電子感光元件的CCD或CMOS接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大系統的視場角，使成像光學鏡組具有廣角鏡頭的優勢。
本發明的陣列式影像擷取系統更可視需求應用於移動對焦的光學系統中，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色，可多方面應用於3D(三維)影像擷取、數位相機、行動裝置、數位平板與穿戴式裝置等可攜式電子影像系統中。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
<陣列式影像擷取系統的第一實施方式>
請參照第1圖，其係繪示依照本發明第一實施方式的一種陣列式影像擷取系統100的示意圖。第1圖中，陣列式影像擷取系統100由物側至像側依序包含一覆蓋件110、四個成像光學鏡組120以及四個影像感測裝置130。於擷取影像的過程中，被攝物900與成像光學鏡組120之間無相對移動。
覆蓋件110設置於被攝物900與成像光學鏡組120間。覆蓋件110具有四個區域111，且四個區域111分別與四個成像光學鏡組120對應。在本實施方式中，四個區域111係彼此相連，在其他實施方式中，四個區域111可彼此獨立而不相連。覆蓋件110可為平板玻璃且可作為觸碰面板。
各成像光學鏡組120包含至少一具屈折力透鏡(圖未揭示)以及一鏡筒121，具屈折力透鏡容置於鏡筒121內。具屈折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面。成像光學鏡組120排列在同一平面上並形成一個二維陣列。更具體地說，成像光學鏡組120排列成矩陣，矩陣的行數等於二，矩陣的列數等於二。
影像感測裝置130分別設置於成像光學鏡組120的成像面。影像感測裝置130排列成一個二維陣列。更具體地說，影像感測裝置130排列成矩陣，矩陣的行數等於二，矩陣的列數等於二。
<陣列式影像擷取系統的第二實施方式>
請參照第2圖，其係繪示依照本發明第二實施方式的一種陣列式影像擷取系統200的示意圖。第2圖中，陣列式影像擷取系統200由物側至像側依序包含一覆蓋件210、四個成像光學鏡組220、一孔洞件230以及四個影像感測裝置240。於擷取影像的過程中，被攝物900與成像光學鏡組220之間無相對移動。
覆蓋件210設置於被攝物900與成像光學鏡組220間。覆蓋件210具有四個區域211，且四個區域211分別與四個成像光學鏡組220對應。在本實施方式中，四個區域211係彼此相連，在其他實施方式中，四個區域211可彼此獨立而不相連。覆蓋件210可為平板玻璃且可作為觸碰面板。
各成像光學鏡組220包含第一透鏡221、第二透鏡 222以及第三透鏡223，第一透鏡221、第二透鏡222以及第三透鏡223皆為具屈折力透鏡。第一透鏡221、第二透鏡222以及第三透鏡223的物側表面及像側表面皆為非球面。成像光學鏡組220排列在同一平面上並形成一個二維陣列。更具體地說，成像光學鏡組220排列成矩陣，矩陣的行數等於二，矩陣的列數等於二。
孔洞件230具有四個鏡筒元件231，四個鏡筒元件231分別用以容置四個成像光學鏡組220，且每個鏡筒元件231內部設有一貫孔231a。換句話說，孔洞件230的貫孔231a排列成一個二維陣列。更具體地說，孔洞件230的貫孔231a排列成矩陣，且孔洞件230的貫孔231a分別與成像光學鏡組220對應。
影像感測裝置240分別設置於成像光學鏡組220的成像面。影像感測裝置240排列成一個二維陣列。更具體地說，影像感測裝置240排列成矩陣，矩陣的行數等於二，矩陣的列數等於二。
<陣列式影像擷取系統的第三實施方式>
請參照第3圖，其係繪示依照本發明第三實施方式的一種陣列式影像擷取系統300的示意圖。第3圖中，陣列式影像擷取系統300由物側至像側依序包含一覆蓋件310、九個第一間隔元件321、九個成像光學鏡組330、九個第二間隔元件341以及九個影像感測裝置351。各成像光學鏡組330由物側至像側依序包含第一透鏡331a、貫孔元件332a以及第二透鏡333a，其中第一透鏡331a以及第二 透鏡333a皆為具屈折力透鏡。於擷取影像的過程中，被攝物900與成像光學鏡組330間無相對移動。
覆蓋件310設置於被攝物900與成像光學鏡組330間。覆蓋件310具有九個區域311，且九個區域311分別與九個成像光學鏡組330對應。在本實施方式中，九個區域311係彼此相連，在其他實施方式中，九個區域311可彼此獨立而不相連。覆蓋件310可為平板玻璃且可作為觸碰面板。
各第一間隔元件321具有一貫孔321a。第一間隔元件321皆相同(皆具有相同功能)且成型於第一孔洞件320上。第一孔洞件320係一體成型。第一孔洞件320的貫孔321a排列成一個二維陣列。更具體地說，第一孔洞件320的貫孔321a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第一孔洞件320的貫孔321a分別與成像光學鏡組330對應。
第一透鏡331a的物側表面及像側表面皆為非球面。第一透鏡331a皆相同(皆具有相同功能)且成型於第一透鏡件331上。第一透鏡件331係一體成型，且第一透鏡331a由第一透鏡件331的表面突出。第一透鏡件331的第一透鏡331a排列成一個二維陣列。更具體地說，第一透鏡件331的第一透鏡331a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。
各貫孔元件332a具有一貫孔332b。貫孔元件332a可作為光闌，例如光圈。貫孔元件332a皆相同(皆具有相 同功能)且成型於第二孔洞件332上。第二孔洞件332係一體成型。第二孔洞件332的貫孔332b排列成一個二維陣列。更具體地說，第二孔洞件332的貫孔332b排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第二孔洞件332的貫孔332b分別與第一透鏡331a以及第二透鏡333a對應。
第二透鏡333a的物側表面及像側表面皆為非球面。第二透鏡333a皆相同(皆具有相同功能)且成型於第二透鏡件333上。第二透鏡件333係一體成型，且第二透鏡333a由第二透鏡件333的表面突出。第二透鏡件333的第二透鏡333a排列成一個二維陣列。更具體地說，第二透鏡件333的第二透鏡333a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。
各第二間隔元件341具有一貫孔341a。第二間隔元件341皆相同(皆具有相同功能)且成型於第三孔洞件340上。第三孔洞件340係一體成型。第三孔洞件340的貫孔341a排列成一個二維陣列。更具體地說，第三孔洞件340的貫孔341a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第三孔洞件340的貫孔341a分別與成像光學鏡組330對應。
影像感測裝置351分別設置於成像光學鏡組330的成像面。影像感測裝置351皆相同(皆具有相同功能)且成型於感測件350上。感測件350係一體成型。感測件350的影像感測裝置351排列成一個二維陣列。更具體地說，感測件350的影像感測裝置351排列成矩陣，矩陣的行數 等於三，矩陣的列數等於三。
<陣列式影像擷取系統的第四實施方式>
請參照第4圖，其係繪示依照本發明第四實施方式的一種陣列式影像擷取系統400的示意圖。第4圖中，陣列式影像擷取系統400由物側至像側依序包含一覆蓋件410、九個第一間隔元件421、九個成像光學鏡組430、九個第二間隔元件441以及九個影像感測裝置451。各成像光學鏡組430由物側至像側依序包含第一透鏡431a、貫孔元件432a以及第二透鏡433a，其中第一透鏡431a以及第二透鏡433a皆為具屈折力透鏡。於擷取影像的過程中，被攝物900與成像光學鏡組430間無相對移動。
覆蓋件410設置於被攝物900與成像光學鏡組430間。覆蓋件410具有九個區域411，且九個區域411分別與九個成像光學鏡組430對應。在本實施方式中，九個區域411係彼此相連，在其他實施方式中，九個區域411可彼此獨立而不相連。覆蓋件410可為平板玻璃且可作為觸碰面板。
各第一間隔元件421具有一貫孔421a。第一間隔元件421皆相同(皆具有相同功能)且成型於第一孔洞件420上。第一孔洞件420係一體成型。第一孔洞件420的貫孔421a排列成一個二維陣列。更具體地說，第一孔洞件420的貫孔421a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第一孔洞件420的貫孔421a分別與成像光學鏡組430對應。
第一透鏡431a的物側表面及像側表面皆為非球面。第一透鏡431a皆相同(皆具有相同功能)且成型於第一透鏡件431上。第一透鏡件431係一體成型，且第一透鏡431a由第一透鏡件431的表面凹陷。第一透鏡件431的第一透鏡431a排列成一個二維陣列。更具體地說，第一透鏡件431的第一透鏡431a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。
各貫孔元件432a具有一貫孔432b。貫孔元件432a可作為光闌，例如光圈。貫孔元件432a皆相同(皆具有相同功能)且成型於第二孔洞件432上。第二孔洞件432係一體成型。第二孔洞件432的貫孔432b排列成一個二維陣列。更具體地說，第二孔洞件432的貫孔432b排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第二孔洞件432的貫孔432b分別與第一透鏡431a以及第二透鏡433a對應。
第二透鏡433a的物側表面及像側表面皆為非球面。第二透鏡433a皆相同(皆具有相同功能)且成型於第二透鏡件433上。第二透鏡件433係一體成型，且第二透鏡433a由第二透鏡件433的表面凹陷。第二透鏡件433的第二透鏡433a排列成一個二維陣列。更具體地說，第二透鏡件433的第二透鏡433a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。
各第二間隔元件441具有一貫孔441a。第二間隔元件441皆相同(皆具有相同功能)且成型於第三孔洞件440上。第三孔洞件440係一體成型。第三孔洞件440的貫 孔441a排列成一個二維陣列。更具體地說，第三孔洞件440的貫孔441a排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三，且第三孔洞件440的貫孔441a分別與成像光學鏡組430對應。
影像感測裝置451分別設置於成像光學鏡組430的成像面。影像感測裝置451皆相同(皆具有相同功能)且成型於感測件450上。感測件450係一體成型。感測件450的影像感測裝置451排列成一個二維陣列。更具體地說，感測件450的影像感測裝置451排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。
<被攝物影像擷取窗口>
請參照第5A圖，其繪示第1圖中陣列式影像擷取系統100的影像510的矩陣以及被攝物影像擷取窗口520的示意圖。影像510係分別由成像光學鏡組120所擷取。影像510對應成像光學鏡組120而排列成矩陣，矩陣的行數等於二，矩陣的列數等於二。任意二相鄰影像510間具有重疊的影像面積。當每一成像光學鏡組120的影像面積為Ai，各成像光學鏡組120與另一成像光學鏡組120間重疊的影像面積為Aoi，其滿足下列條件：(Aoi/Ai)×100%20%。被攝物影像擷取窗口520係由陣列式影像擷取系統100的成像面積所定義。換句話說，被攝物影像擷取窗口520內的面積係陣列式影像擷取系統100的成像面積。
第5B圖繪示第3圖中陣列式影像擷取系統300的影像530的矩陣以及被攝物影像擷取窗口540的示意圖。 影像530係分別由成像光學鏡組330所擷取。影像530對應成像光學鏡組330而排列成矩陣，矩陣的行數等於三，矩陣的列數等於三。任意二相鄰影像530間以邊緣直接相接。換句話說，任意二相鄰影像530間不具有重疊的影像面積。當每一成像光學鏡組330的影像面積為Ai，各成像光學鏡組330與另一成像光學鏡組330間重疊的影像面積為Aoi，其滿足下列條件：(Aoi/Ai)×100%=0%。被攝物影像擷取窗口540係由陣列式影像擷取系統300的成像面積所定義。換句話說，被攝物影像擷取窗口540內的面積係陣列式影像擷取系統300的成像面積。
第5C圖繪示依照本發明的一種影像550的二維陣列以及被攝物影像擷取窗口560的示意圖。陣列式影像擷取系統包含十一個成像光學鏡組。成像光學鏡組排列在同一平面上並形成一個二維陣列。影像550係分別由成像光學鏡組所擷取。影像550對應成像光學鏡組而排列成二維陣列。任意二相鄰影像550間具有重疊的影像面積。當每一成像光學鏡組的影像面積為Ai，各成像光學鏡組與另一成像光學鏡組間重疊的影像面積為Aoi，其滿足下列條件：(Aoi/Ai)×100%20%。被攝物影像擷取窗口560係由陣列式影像擷取系統的成像面積所定義。換句話說，被攝物影像擷取窗口560內的面積係陣列式影像擷取系統的成像面積。
請參照第6A圖，其係繪示依照本發明的一種被攝物影像擷取窗口610的L及W的示意圖。被攝物影像擷取 窗口610為一長方形，被攝物影像擷取窗口610最小外切矩形面積的長度為L，被攝物影像擷取窗口610最小外切矩形面積的寬度為W。
請參照第6B圖，其係繪示依照本發明的另一種被攝物影像擷取窗口620的L及W的示意圖。被攝物影像擷取窗口620為一橢圓形，被攝物影像擷取窗口620最小外切矩形面積的長度為L，被攝物影像擷取窗口620最小外切矩形面積的寬度為W。
<陣列式影像擷取系統的第一實施例>
請參照第7圖及第8圖，第7圖繪示依照本發明第一實施例的一種陣列式影像擷取系統的示意圖，第8圖由左至右依序為第一實施例的陣列式影像擷取系統的像散及歪曲曲線圖。第7圖中，陣列式影像擷取系統由物側至像側依序包含一平板玻璃710、九個成像光學鏡組(未另標號)以及九個影像感測裝置770。在擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組間無相對移動。九個成像光學鏡組皆相同，九個影像感測裝置770皆相同。為求簡潔，第7圖中僅繪示其中一個成像光學鏡組以及其中一個影像感測裝置770，此外，為求簡潔，以下僅以其中一個成像光學鏡組以及其中一個影像感測裝置770作說明。
成像光學鏡組由物側至像側依序包含第一透鏡720、光圈700、第二透鏡730、第三透鏡740、紅外線濾除濾光片(IR-cut Filter)750以及成像面760，其中成像光學鏡組具有三枚具屈折力透鏡(720-740)。
平板玻璃710的材質為玻璃，其設置於被攝物與第一透鏡720間，並不影響成像光學鏡組的焦距。
第一透鏡720具有負屈折力，且為塑膠材質，其物側表面721為凹面，其像側表面722為凸面，並皆為非球面。
第二透鏡730具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面731為凸面，其像側表面732為凹面，並皆為非球面。
第三透鏡740具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面741為凸面，其像側表面742為凹面，並皆為非球面。此外，第三透鏡740的像側表面742具有至少一反曲點。
紅外線濾除濾光片750的材質為玻璃，其設置於第三透鏡740與成像面760間，並不影響成像光學鏡組的焦距。
影像感測裝置770設置於成像光學鏡組的成像面760。
上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下： ；其中：X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上交點切面的相對距離；Y：非球面曲線上的點與光軸的垂直距離；R：曲率半徑； k：錐面係數；以及Ai：第i階非球面係數。
第一實施例的陣列式影像擷取系統中，成像光學鏡組的焦距為f，成像光學鏡組的光圈值(F-number)為Fno，成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其數值如下：f=0.45mm；Fno=7.60；以及HFOV=50.9度。
第一實施例的陣列式影像擷取系統中，九個成像光學鏡組排列在同一平面上並形成一個矩陣，矩陣的行數為X，矩陣的列數為Y，其滿足下列條件：X=3；以及Y=3。
第一實施例的陣列式影像擷取系統中，陣列式影像擷取系統更包含被攝物影像擷取窗口。被攝物影像擷取窗口係由陣列式影像擷取系統的成像面積所定義，被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的長度為L，被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的寬度為W，其滿足下列條件：L/W=1.33。
請參照第11圖，其係繪示第7圖中陣列式影像擷取系統的參數示意圖。第11圖中，成像光學鏡組的物高為YOB，成像光學鏡組的像高為YRI，其滿足下列條件：YOB/YRI=3.62。
第一實施例的陣列式影像擷取系統中，被攝物至光圈700間所有具屈折力透鏡的焦距為fF，光圈700至成像面760間的所有具屈折力透鏡的焦距為fR，其滿足下列條件：fR/fF=0.21。換句話說，由第一透鏡720所組成的前群鏡組的焦距為fF，由第二透鏡730與第三透鏡740所組 成的後群鏡組的焦距為fR。
請復參照第11圖，第11圖中，第三透鏡740的像側表面742的反曲點至光軸的垂直距離為hp，成像光學鏡組的物高為YOB，其滿足下列條件：hp/YOB=0.09。
第一實施例的陣列式影像擷取系統中，成像光學鏡組的成像範圍中影像畸變的最小值為DISTmin，其滿足下列條件：DISTmin=-0.94%。
請復參照第11圖，第11圖中，被攝物至第一透鏡物側表面721於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面721至成像面760於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL=3.65mm。
第11圖中，，被攝物至第一透鏡物側表面721於光軸上的距離為OL，第一透鏡物側表面721至成像面760於光軸上的距離為TL，成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條件：(OL+TL)/tan(HFOV)=2.97mm。
請配合參照下列表一以及表二。
表一為第7圖第一實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為mm，且表面0-12依序表示由物側至像側的表面。表二為第一實施例中的非球面數 據，其中，k表非球面曲線方程式中的錐面係數，A1-A16則表示各表面第1-16階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，在此不加贅述。
<陣列式影像擷取系統的第二實施例>
請參照第9圖及第10圖，第9圖繪示依照本發明第二實施例的一種陣列式影像擷取系統的示意圖，第10圖由左至右依序為第二實施例的陣列式影像擷取系統的像散及歪曲曲線圖。第9圖中，陣列式影像擷取系統由物側至像側依序包含一平板玻璃810、九個成像光學鏡組(未另標號)以及九個影像感測裝置860。在擷取影像的過程中，被攝物與成像光學鏡組間無相對移動。九個成像光學鏡組皆相同，九個影像感測裝置860皆相同。為求簡潔，第9圖中僅繪示其中一個成像光學鏡組以及其中一個影像感測裝置860，此外，為求簡潔，以下僅以其中一個成像光學鏡組以及其中一個影像感測裝置860作說明。
成像光學鏡組由物側至像側依序包含第一透鏡820、光圈800、第二透鏡830、紅外線濾除濾光片840以及成像面850，其中成像光學鏡組具有二枚具屈折力透鏡(820-830)。
平板玻璃810的材質為玻璃，其設置於被攝物與第一透鏡820間，並不影響成像光學鏡組的焦距。
第一透鏡820具有正屈折力，且為塑膠材質，其物 側表面821為凸面，其像側表面822為凸面，並皆為非球面。
第二透鏡830具有正屈折力，且為塑膠材質，其物側表面831為凸面，其像側表面832為凸面，並皆為非球面。此外，第二透鏡830的像側表面832具有至少一反曲點。
紅外線濾除濾光片840的材質為玻璃，其設置於第二透鏡830與成像面850間，並不影響成像光學鏡組的焦距。
影像感測裝置860設置於成像光學鏡組的成像面850。
請配合參照下列表三以及表四。
第二實施例中，非球面的曲線方程式表示如第一實施例的形式。此外，下表所述參數符號的定義皆與第一實施例相同，在此不加以贅述。
配合表三及表四可推算出下列數據：
<指紋辨識裝置>
一種指紋辨識裝置，包含前述的陣列式影像擷取系統以及光源，光源設置於被攝物與各成像光學鏡組的成像 面間。藉此，也利於指紋辨識裝置的小型化。
光源的波長為λ，其可滿足下列條件：700nm<λ<1000nm。藉此，光源的對人眼而言為不可見光，故不會引起不適。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。
100‧‧‧陣列式影像擷取系統
110‧‧‧覆蓋件
111‧‧‧區域
120‧‧‧成像光學鏡組
121‧‧‧鏡筒
130‧‧‧影像感測裝置
900‧‧‧被攝物

Claims (20)

  1. 一種陣列式影像擷取系統，由物側至像側依序包含：至少二成像光學鏡組；以及至少一影像感測裝置，設置於各該成像光學鏡組之一成像面；其中各該成像光學鏡組包含至少一具屈折力透鏡，且該具屈折力透鏡的物側表面及像側表面皆為非球面，該陣列式影像擷取系統於擷取影像的過程中，一被攝物與該些成像光學鏡組之間無相對移動；其中在各該成像光學鏡組中，該成像光學鏡組的物高為YOB，該成像光學鏡組的像高為YRI，該成像光學鏡組中最靠近該被攝物的該具屈折力透鏡為第一透鏡，該被攝物至該第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，該第一透鏡物側表面至該成像面於光軸上的距離為TL，該成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條件：2.0<YOB/YRI；以及(OL+TL)/tan(HFOV)<5mm。
  2. 如請求項1所述的陣列式影像擷取系統，其中該些成像光學鏡組的數量為至少三個，且該些成像光學鏡組排列在同一平面上並形成一個二維陣列。
  3. 如請求項2所述的陣列式影像擷取系統，其中該二維陣列為一矩陣，該矩陣的行數為X，該矩陣的列數為Y， 其滿足下列條件：2X10；以及2Y10。
  4. 如請求項3所述的陣列式影像擷取系統，其中各該成像光學鏡組的影像面積為Ai，各該成像光學鏡組與另一該成像光學鏡組間重疊的影像面積為Aoi，其滿足下列條件：(Aoi/Ai)×100%20%。
  5. 如請求項3所述的陣列式影像擷取系統，更包含：一孔洞件，該孔洞件具有複數個貫孔，該些貫孔排列成一個二維陣列，其中各該貫孔與各該成像光學鏡組對應。
  6. 如請求項5所述的陣列式影像擷取系統，其中各該成像光學鏡組具有至少一相同元件，該些相同元件具有相同功能，且該些相同元件皆成型於一單一件上。
  7. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中各該成像光學鏡組中該具屈折力透鏡的數量為二枚或三枚。
  8. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中各該成像光學鏡組更包含一光圈，該被攝物至該光圈間所有具屈折力透鏡的焦距為fF，該光圈至該成像面間所有具屈折 力透鏡的焦距為fR，其滿足下列條件：-1.0<fR/fF<1.0。
  9. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該被攝物至該第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，該第一透鏡物側表面至該成像面於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL<5mm。
  10. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該成像光學鏡組的成像範圍中影像畸變的最小值為DISTmin，其滿足下列條件：-3.5%<DISTmin。
  11. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該成像光學鏡組的光圈值為Fno，該成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條件：4<Fno；以及45度<HFOV。
  12. 如請求項6所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，最靠近該成像面的該具屈折力透鏡的像側表面具有至少一反曲點，該反曲點至光軸的垂直距 離為hp，該成像光學鏡組的物高為YOB，其滿足下列條件：0<hp/YOB<0.3。
  13. 如請求項1所述的陣列式影像擷取系統，更包含：一被攝物影像擷取窗口，該被攝物影像擷取窗口係由該陣列式影像擷取系統的成像面積所定義，該被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的長度為L，該被攝物影像擷取窗口最小外切矩形面積的寬度為W，其滿足下列條件：0.5<L/W<2。
  14. 如請求項13所述的陣列式影像擷取系統，其中各該成像光學鏡組中，該具屈折力透鏡的數量為二枚或三枚。
  15. 如請求項14所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該被攝物至該第一透鏡物側表面於光軸上的距離為OL，該第一透鏡物側表面至該成像面於光軸上的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL<5mm。
  16. 如請求項14所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該成像光學鏡組的成像範圍中影像畸變的最小值為DISTmin，其滿足下列條件：-3%<DISTmin。
  17. 如請求項14所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，該成像光學鏡組的光圈值為Fno，該成像光學鏡組中最大視角的一半為HFOV，其滿足下列條件：4<Fno；以及45度<HFOV。
  18. 如請求項14所述的陣列式影像擷取系統，其中在各該成像光學鏡組中，最靠近該成像面的該具屈折力透鏡的像側表面具有至少一反曲點，該反曲點至光軸的垂直距離為hp，該成像光學鏡組的物高為YOB，其滿足下列條件：0<hp/YOB<0.3。
  19. 一種指紋辨識裝置，包含：如請求項1所述的陣列式影像擷取系統；以及一光源，設置於該被攝物與各該成像光學鏡組的該成像面間。
  20. 如請求項19所述的指紋辨識裝置，其中該光源的波長為λ，其滿足下列條件：700nm<λ<1000nm。
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