CN105824108B - 薄型光学系统、取像装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种薄型光学系统、取像装置及电子装置，薄型光学系统，由物侧至像侧依序包含具屈折力的第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一透镜具负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面。第二透镜具屈折力，其至少一表面为非球面，且第二透镜为塑胶材质。第三透镜具正屈折力，其至少一表面为非球面，且第三透镜为塑胶材质。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片。薄型光学系统更包含一光圈，设置于第一透镜和第二透镜之间。第一透镜、第二透镜和第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动。当满足特定条件，薄型光学系统可设计为逆焦式，以提升远心效果。本发明还公开具有上述薄型光学系统的取像装置及具有取像装置的电子装置。

Description

薄型光学系统、取像装置及电子装置

技术领域

本发明涉及一种薄型光学系统、取像装置及电子装置，特别涉及一种适用于电子装置的薄型光学系统及取像装置。

背景技术

目前市面上现有移动装置所搭配的生物辨识系统多采用电容原理，其虽具有缩小生物辨识系统的体积的益处，但复杂的电路结构导致制造成本居高不下，往往造成产品单价偏高而不易普及。

目前虽有利用光学成像原理的传统生物辨识系统，如指纹辨识、静脉辨识等，但传统生物辨识系统存在体积过大的问题，使搭载辨识系统的电子装置不易微型化与薄型化，进而降低电子装置的可携性。由于薄型光学系统具有制造容易与成本节省的优点，因此发展适合应用于生物辨识系统且具有薄型化特色的光学镜头实为目前业界的重要目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄型光学系统、取像装置以及电子装置，其中薄型光学系统可在极短物距内将被摄物成像于电子感光元件上，进而有效缩短薄型光学系统的总长度，以达到薄型化的目的。薄型光学系统的第一透镜具有负屈折力，且第三透镜具有正屈折力。藉此，可将薄型光学系统设计为逆焦式(Retrofocus)，有利于降低薄型光学系统的主光线角，以提升薄型光学系统的远心(Telecentric)特性。此外，可有效搜集大角度的光线，而令薄型光学系统在极短物距内接收更大范围的影像与达成辨识功效。另外，亦有助于缩减被摄物与薄型光学系统的距离，可有效缩小薄型光学系统体积，维持其小型化。

本发明提供一种薄型光学系统，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一透镜具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面。第二透镜具有屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且第二透镜为塑胶材质。第三透镜具有正屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且第三透镜为塑胶材质。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片。薄型光学系统更包含一光圈，设置于第一透镜和第二透镜之间。第一透镜、第二透镜和第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动。薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，第三透镜的折射率为N3，光圈至第二透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr3，光圈至第三透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr5，其满足下列条件：

f/ImgH<0.55；

4.70<N1+N2+N3<5.50；以及

0<|Dsr3/Dsr5|<0.50。

本发明另提供一种取像装置，其包含前述的薄型光学系统以及电子感光元件，其中电子感光元件设置于薄型光学系统的成像面上。

本发明再提供一种电子装置，其包含一生物辨识系统，其中该生物辨识系统包含前述的取像装置。

本发明另提供一种薄型光学系统，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一透镜具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面。第二透镜具有屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且第二透镜为塑胶材质。第三透镜具有正屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且第三透镜为塑胶材质。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片。薄型光学系统更包含一光圈，设置于第一透镜和第二透镜之间。第一透镜、第二透镜和第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动。薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，第三透镜的折射率为N3，光圈至第二透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr3，光圈至第三透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr5，一被摄物至一成像面于光轴上的距离为OTL，第一透镜、第二透镜与第三透镜分别于光轴上厚度的总和为ΣCT，其满足下列条件：

f/ImgH<0.70；

4.70<N1+N2+N3<5.50；

0<|Dsr3/Dsr5|<0.50；以及

OTL/ΣCT<4.0。

本发明再提供一种取像装置，其包含前述的薄型光学系统、光源以及电子感光元件，其中电子感光元件设置于薄型光学系统的成像面上。

当f/ImgH满足上述条件时，可有效搜集大角度的光线，而令薄型光学系统在极短物距内接收更大范围的影像与达成辨识功效。

当N1+N2+N3满足上述条件时，有助于缩减被摄物与薄型光学系统的距离，可有效缩小薄型光学系统体积，维持其小型化。

当|Dsr3/Dsr5|满足上述条件时，光圈的位置较为适当，有助于扩大薄型光学系统的视场角，加强其广角性能的优势。

当OTL/ΣCT满足上述条件时，可有效强化缩小薄型光学系统体积的效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A绘示依照本发明第一实施例的取像装置示意图；

图1B绘示图1A的局部放大示意图；

图2由左至右依序为第一实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图3A绘示依照本发明第二实施例的取像装置示意图；

图3B绘示图3A的局部放大示意图；

图4由左至右依序为第二实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图5A绘示依照本发明第三实施例的取像装置示意图；

图5B绘示图5A的局部放大示意图；

图6由左至右依序为第三实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图7A绘示依照本发明第四实施例的取像装置示意图；

图7B绘示图7A的局部放大示意图；

图8由左至右依序为第四实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图9A绘示依照本发明第五实施例的取像装置示意图；

图9B绘示图9A的局部放大示意图；

图10由左至右依序为第五实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图11A绘示依照本发明第六实施例的取像装置示意图；

图11B绘示图11A的局部放大示意图；

图12由左至右依序为第六实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图13A绘示依照本发明第七实施例的取像装置示意图；

图13B绘示图13A的局部放大示意图；

图14由左至右依序为第七实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图15A绘示依照本发明第八实施例的取像装置示意图；

图15B绘示图15A的局部放大示意图；

图16由左至右依序为第八实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图17A绘示依照本发明第九实施例的取像装置示意图；

图17B绘示图17A的局部放大示意图；

图18由左至右依序为第九实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图19A绘示依照本发明第十实施例的取像装置示意图；

图19B绘示图19A的局部放大示意图；

图20由左至右依序为第十实施例的球差、像散以及畸变曲线图；

图21绘示依照第1图薄型光学系统中被摄物至成像面于光轴上的距离、被摄物至第一透镜物侧表面于光轴上的距离，以及第一透镜物侧表面至成像面于光轴上的距离的示意图；

图22绘示依照本发明的一种电子装置的示意图。

其中，附图标记

取像装置︰10

光圈︰100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000

第一透镜︰110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010

物侧表面︰111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011

像侧表面︰112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012

第二透镜︰120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020

物侧表面︰121、221、321、421、521、621、721、821、921、1021

像侧表面︰122、222、322、422、522、622、722、822、922、1022

第三透镜︰130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030

物侧表面︰131、231、331、431、531、631、731、831、931、1031

像侧表面︰132、232、332、432、532、632、732、832、932、1032

平板元件︰140、240、340、440、540、640、740、840、940、1040

成像面︰150、250、350、450、550、650、750、850、950、1050

电子感光元件︰160、260、360、460、560、660、760、860、960、1060

CT1：第一透镜于光轴上的厚度

CTf：平板元件于光轴上的厚度

Dsr3：光圈至第二透镜物侧表面于光轴上的厚度

Dsr5：光圈至第三透镜物侧表面于光轴上的厚度

EPD：薄型光学系统的入瞳孔径

f：薄型光学系统的焦距

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

Fno︰薄型光学系统的光圈值

FOV：薄型光学系统的最大视角

HFOV︰薄型光学系统中最大视角的一半

ImgH：薄型光学系统的最大成像高度

N1：第一透镜的折射率

N2：第二透镜的折射率

N3：第三透镜的折射率

O：被摄物

OL：被摄物至第一透镜物侧表面于光轴上的距离

OTL：被摄物至成像面于光轴上的距离

R5：第三透镜物侧表面的曲率半径

R6：第三透镜像侧表面的曲率半径

S：光源

T12：第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离

TD：第一透镜物侧表面至第三透镜像侧表面于光轴上的距离

TL：第一透镜物侧表面至成像面于光轴上的距离

V1：第一透镜的色散系数

V2：第二透镜的色散系数

V3：第三透镜的色散系数

ΣCT：第一透镜、第二透镜与第三透镜分别于光轴上厚度的总和

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

薄型光学系统由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜。其中，薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片。第一透镜、第二透镜和第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动。也就是说，第一透镜、第二透镜和第三透镜中任两相邻透镜间于光轴上的空气间隔距离皆为固定值。

第一透镜具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面。藉此，有助于扩大薄型光学系统的视场角，以撷取更大影像范围。

第二透镜可具有正屈折力，其像侧表面于近光轴处可为凸面。藉此，可修正第一透镜产生的像差，并且有助于减少球差产生以提升成像品质。

第三透镜具有正屈折力，其像侧表面于近光轴处可为凸面，其物侧表面或像侧表面可具有至少一反曲点。藉此，可将薄型光学系统设计为逆焦式(Retrofocus)，有利于降低薄型光学系统的主光线角，以提升薄型光学系统的远心(Telecentric)特性。

薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH(即为电子感光元件的有效感测区域对角线总长的一半)，其满足下列条件：f/ImgH<0.70。藉此，可有效搜集大角度的光线，而令薄型光学系统在极短物距内接收更大范围的影像与达成辨识功效。较佳地，其满足下列条件：f/ImgH<0.55。更佳地，其满足下列条件：f/ImgH<0.45。

第一透镜的折射率为N1，第二透镜的折射率为N2，第三透镜的折射率为N3，其满足下列条件：4.70<N1+N2+N3<5.50。藉此，有助于缩减被摄物与薄型光学系统的距离，可有效缩小薄型光学系统体积，维持其小型化。

薄型光学系统更包含一光圈。光圈至第二透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr3，光圈至第三透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr5，其满足下列条件：0<|Dsr3/Dsr5|<0.50。藉此，光圈的位置较为适当，有助于扩大薄型光学系统的视场角，加强其广角性能的优势。

一被摄物至一成像面于光轴上的距离为OTL，第一透镜、第二透镜与第三透镜分别于光轴上厚度的总和为ΣCT(即为第一透镜于光轴上的厚度、第二透镜于光轴上的厚度和第三透镜于光轴上的厚度的总和)，其满足下列条件：OTL/ΣCT<4.0。藉此，可有效强化缩小薄型光学系统体积的效果。请参照图21，其绘示依照图1薄型光学系统中被摄物至成像面于光轴上的距离的示意图。

第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。藉此，有助于减少薄型光学系统像散与球差的产生，以提升成像品质。较佳地，其满足下列条件：-0.50<(R5+R6)/(R5-R6)<0.50。

被摄物至成像面于光轴上的距离为OTL，其满足下列条件：OTL<8.0[毫米]。藉此，有利于薄型光学系统的小型化，使薄型光学系统更适合应用于含有生物辨识系统的小型化电子装置。较佳地，其满足下列条件：OTL<5.0[毫米]。

第一透镜的色散系数为V1，第二透镜的色散系数为V2，第三透镜的色散系数为V3，其满足下列条件：V1+V2+V3<80。藉此，有助于修正薄型光学系统的色差。

薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的入瞳孔径为EPD，其满足下列条件：f/EPD<2.60。藉此，薄型光学系统可具有较大光圈，于光线不足的环境下也可有良好的成像效果。

薄型光学系统的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，其满足下列条件：0.5<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<1.1。藉此，可平衡薄型光学系统的屈折力配置，以有效修正薄型光学系统的像差，同时降低薄型光学系统的敏感度。

被摄物至成像面于光轴上的距离为OTL，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，其满足下列条件：OTL/ImgH<12。藉此，可维持其小型化，以便搭载于轻薄的电子产品上。

薄型光学系统的最大视角为FOV，其满足下列条件：140.0[度]<FOV<180.0[度]。藉此，薄型光学系统具有较佳的视角配置以获得所需的取像范围，并可适当控制畸变程度。

薄型光学系统更包含一平板元件，设置于被摄物和第一透镜物侧表面之间。平板元件例如为玻璃制或塑胶制的保护盖。平板元件于光轴上的厚度为CTf，第一透镜于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：0.95<CTf/CT1<5.5。藉此，可使平板元件与透镜的厚度较为适当，有利于成本控制并兼具薄型化的效果。

第一透镜与第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，第一透镜于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：1.50<T12/CT1<10。藉此，可有助于薄型光学系统的组装以提升制作良率。

被摄物至第一透镜物侧表面于光轴上的距离为OL，第一透镜物侧表面至成像面于光轴上的距离为TL，其满足下列条件：0<OL/TL<1.0。藉此，有助于缩减被摄物与薄型光学系统的距离，可有效缩小薄型光学系统体积，维持其小型化。请参照图21，其绘示依照图1薄型光学系统中被摄物至第一透镜物侧表面于光轴上的距离，以及第一透镜物侧表面至成像面于光轴上的距离的示意图。

第一透镜物侧表面至第三透镜像侧表面于光轴上的距离为TD，薄型光学系统的焦距为f，其满足下列条件：8<TD/f<30。藉此，可使各透镜的配置较为紧密，有利于缩短薄型光学系统的总长度。

薄型光学系统中光圈的配置可为中置光圈。中置光圈则表示光圈设置于第一透镜与成像面间。若光圈为中置光圈，有助于扩大系统的视场角，使薄型光学系统具有广角镜头的优势。

本发明揭露的薄型光学系统中，透镜的材质可为塑胶或玻璃。当透镜的材质为玻璃，可以增加屈折力配置的自由度。另当透镜材质为塑胶，则可以有效降低生产成本。此外，可于透镜表面上设置非球面(ASP)，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减所需使用透镜的数目，因此可以有效降低光学总长度。

本发明揭露的薄型光学系统中，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面于近光轴处为凹面。若透镜的屈折力或焦距未界定其区域位置时，则表示该透镜的屈折力或焦距为透镜于近光轴处的屈折力或焦距。

本发明揭露的薄型光学系统中，薄型光学系统的成像面(Image Surface)依其对应的电子感光元件的不同，可为一平面或有任一曲率的曲面，特别是指凹面朝往物侧方向的曲面。

本发明揭露的薄型光学系统中，可设置有至少一光阑，其位置可设置于第一透镜之前、各透镜之间或最后一透镜之后均可，该光阑的种类如耀光光阑(Glare Stop)或视场光阑(Field Stop)等，用以减少杂散光，有助于提升影像品质。

本发明更提供一种取像装置，其包含前述薄型光学系统以及电子感光元件，其中电子感光元件设置于薄型光学系统的成像面上。较佳地，该取像装置可进一步包含镜筒(Barrel Member)、支持装置(Holder Member)或其组合。

请参照图22，取像装置10可应用于指纹辨识装置(如图22所示)或静脉辨识装置等含有生物辨识系统的电子装置。取像装置10可包含一光源S，设置于薄型光学系统的一侧。此外，取像装置10亦可应用于含有薄型取像系统或感应检测系统的电子装置。较佳地，电子装置可进一步包含控制单元(Control Units)、显示单元(Display Units)、储存单元(Storage Units)、随机存取存储器(RAM)或其组合。

本发明亦可多方面应用于数码相机、移动装置、平板计算机、智能型电视与穿戴式装置等电子装置中。进一步来说，本发明的薄型光学系统可使用于蓝光波段、红外光波段或可见光波段。当使用于蓝光波段或可见光波段时，可利于缩小薄型光学系统体积，达到小型化的目的。当使用于红外光波段时，则较不易对人眼造成干扰，以提高使用舒适度。前揭电子装置仅是示范性地说明本发明的实际运用例子，并非限制本发明的取像装置的运用范围。

根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合附图予以详细说明。

<第一实施例>

请参照图1A、1图B及图2，其中图1A绘示依照本发明第一实施例的取像装置示意图，图1B绘示图1A的局部放大示意图，图2由左至右依序为第一实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图1A和图1B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件160。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件140、第一透镜110、光圈100、第二透镜120、第三透镜130与成像面150。其中，电子感光元件160设置于成像面150上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(110-130)。

第一透镜110具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面111于近光轴处为凸面，其像侧表面112于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜120具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面121于近光轴处为凸面，其像侧表面122于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜130具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面131于近光轴处为凸面，其像侧表面132于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面131与像侧表面132皆具有至少一反曲点。

平板元件140的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜110之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：

；其中：

X：非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上交点的切面的相对距离；

Y：非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；

R：曲率半径；

k：锥面系数；以及

Ai：第i阶非球面系数。

第一实施例的薄型光学系统中，薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的光圈值(F-number)为Fno，薄型光学系统中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝0.14毫米(mm)，Fno＝2.20，HFOV＝84.5度(deg.)。其中，薄型光学系统的光圈值(Fno)为薄型光学系统对焦于无穷远处所得到的光圈值。

薄型光学系统的最大视角为FOV，其满足下列条件：FOV＝169.0度(deg.)。

第一透镜110的色散系数为V1，第二透镜120的色散系数为V2，第三透镜130的色散系数为V3，其满足下列条件：V1+V2+V3＝64.5。

第一透镜110的折射率为N1，第二透镜120的折射率为N2，第三透镜130的折射率为N3，其满足下列条件：N1+N2+N3＝5.022。

第一透镜110与第二透镜120于光轴上的间隔距离为T12，第一透镜110于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：T12/CT1＝1.84。

平板元件140于光轴上的厚度为CTf，第一透镜110于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：CTf/CT1＝1.25。

第三透镜物侧表面131的曲率半径为R5，第三透镜像侧表面132的曲率半径为R6，其满足下列条件：(R5+R6)/(R5-R6)＝0.21。

薄型光学系统的焦距为f，第一透镜110的焦距为f1，第二透镜120的焦距为f2，第三透镜130的焦距为f3，其满足下列条件：|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|＝0.81。

薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，其满足下列条件：f/ImgH＝0.27。

薄型光学系统的焦距为f，薄型光学系统的入瞳孔径为EPD，其满足下列条件：f/EPD＝2.20。其中，薄型光学系统的入瞳孔径(EPD)为薄型光学系统对焦于无穷远处所得到的入瞳孔径。

被摄物O至第一透镜物侧表面111于光轴上的距离为OL，第一透镜物侧表面111至成像面150于光轴上的距离为TL，其满足下列条件：OL/TL＝0.26。

被摄物O至成像面150于光轴上的距离为OTL，其满足下列条件：OTL＝4.24mm。

被摄物O至成像面150于光轴上的距离为OTL，第一透镜110、第二透镜120与第三透镜130分别于光轴上厚度之总和为ΣCT，其满足下列条件：OTL/ΣCT＝2.22。

被摄物O至成像面150于光轴上的距离为OTL，薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，其满足下列条件：OTL/ImgH＝8.34。

第一透镜物侧表面111至第三透镜像侧表面132于光轴上的距离为TD，薄型光学系统的焦距为f，其满足下列条件：TD/f＝22.91。

光圈100至第二透镜物侧表面121于光轴上的距离为Dsr3，光圈100至第三透镜物侧表面131于光轴上的距离为Dsr5，其满足下列条件：|Dsr3/Dsr5|＝0.04。

配合参照下列表一以及表二。

表一为图1第一实施例详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米(mm)，且表面0到10依序表示由物侧至像侧的表面。表二为第一实施例中的非球面数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A16则表示各表面第4到16阶非球面系数。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的示意图与像差曲线图，表格中数据的定义皆与第一实施例的表一及表二的定义相同，在此不加以赘述。

<第二实施例>

请参照图3A、图3B及图4，其中图3A绘示依照本发明第二实施例的取像装置示意图，图3B绘示图3A的局部放大示意图，图4由左至右依序为第二实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图3A和图3B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件260。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件240、第一透镜210、光圈200、第二透镜220、第三透镜230与成像面250。其中，电子感光元件260设置于成像面250上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(210-230)。

第一透镜210具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面211于近光轴处为凸面，其像侧表面212于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜220具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面221于近光轴处为凸面，其像侧表面222于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜230具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面231于近光轴处为凸面，其像侧表面232于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面231与像侧表面232皆具有至少一反曲点。

平板元件240的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜210之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表三以及表四。

第二实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第三实施例>

请参照图5A、图5B及图6，其中图5A绘示依照本发明第三实施例的取像装置示意图，图5B绘示图5A的局部放大示意图，图6由左至右依序为第三实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图5A和图5B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件360。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件340、第一透镜310、光圈300、第二透镜320、第三透镜330与成像面350。其中，电子感光元件360设置于成像面350上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(310-330)。

第一透镜310具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面311于近光轴处为凸面，其像侧表面312于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜320具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面321于近光轴处为凸面，其像侧表面322于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜330具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面331于近光轴处为凸面，其像侧表面332于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面331与像侧表面332皆具有至少一反曲点。

平板元件340的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜310之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表五以及表六。

第三实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第四实施例>

请参照图7A、图7B及图8，其中图7A绘示依照本发明第四实施例的取像装置示意图，图7B绘示图7A的局部放大示意图，图8由左至右依序为第四实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图7A和图7B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件460。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件440、第一透镜410、光圈400、第二透镜420、第三透镜430与成像面450。其中，电子感光元件460设置于成像面450上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(410-430)。

第一透镜410具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面411于近光轴处为凸面，其像侧表面412于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜420具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面421于近光轴处为凸面，其像侧表面422于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜430具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面431于近光轴处为凸面，其像侧表面432于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面431与像侧表面432皆具有至少一反曲点。

平板元件440的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜410之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表七以及表八。

第四实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第五实施例>

请参照图9A、图9B及图10，其中图9A绘示依照本发明第五实施例的取像装置示意图，图9B绘示图9A的局部放大示意图，图10由左至右依序为第五实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图9A和图9B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件560。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件540、第一透镜510、光圈500、第二透镜520、第三透镜530与成像面550。其中，电子感光元件560设置于成像面550上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(510-530)。

第一透镜510具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面511于近光轴处为凸面，其像侧表面512于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜520具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面521于近光轴处为凸面，其像侧表面522于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜530具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面531于近光轴处为凸面，其像侧表面532于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面531具有至少一反曲点。

平板元件540的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜510之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表九以及表十。

第五实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第六实施例>

请参照图11A、图11B及图12，其中图11A绘示依照本发明第六实施例的取像装置示意图，图11B绘示图11A的局部放大示意图，图12由左至右依序为第六实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图11A和图11B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件660。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件640、第一透镜610、光圈600、第二透镜620、第三透镜630与成像面650。其中，电子感光元件660设置于成像面650上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(610-630)。

第一透镜610具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面611于近光轴处为凸面，其像侧表面612于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜620具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面621于近光轴处为凸面，其像侧表面622于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第三透镜630具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面631于近光轴处为凸面，其像侧表面632于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面631具有至少一反曲点。

平板元件640的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜610之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表十一以及表十二。

第六实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第七实施例>

请参照图13A、图13B及图14，其中图13A绘示依照本发明第七实施例的取像装置示意图，图13B绘示图13A的局部放大示意图，图14由左至右依序为第七实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图13A和图13B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件760。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件740、第一透镜710、光圈700、第二透镜720、第三透镜730与成像面750。其中，电子感光元件760设置于成像面750上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(710-730)。

第一透镜710具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面711于近光轴处为凸面，其像侧表面712于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜720具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面721于近光轴处为凹面，其像侧表面722于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜730具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面731于近光轴处为凹面，其像侧表面732于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面731具有至少一反曲点。

平板元件740的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜710之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表十三以及表十四。

第七实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第八实施例>

请参照图15A、图15B及图16，其中图15A绘示依照本发明第八实施例的取像装置示意图，图15B绘示图15A的局部放大示意图，图16由左至右依序为第八实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图15A和图15B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件860。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件840、第一透镜810、光圈800、第二透镜820、第三透镜830与成像面850。其中，电子感光元件860设置于成像面850上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(810-830)。

第一透镜810具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面811于近光轴处为凹面，其像侧表面812于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜820具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面821于近光轴处为凸面，其像侧表面822于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜830具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面831于近光轴处为凸面，其像侧表面832于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面，其物侧表面831与像侧表面832皆具有至少一反曲点。

平板元件840的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜810之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表十五以及表十六。

第八实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第九实施例>

请参照图17A、图17B及图18，其中图17A绘示依照本发明第九实施例的取像装置示意图，图17B绘示图17A的局部放大示意图，图18由左至右依序为第九实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图17A和图17B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件960。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件940、第一透镜910、光圈900、第二透镜920、第三透镜930与成像面950。其中，电子感光元件960设置于成像面950上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(910-930)。

第一透镜910具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面911于近光轴处为凹面，其像侧表面912于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜920具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面921于近光轴处为凸面，其像侧表面922于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜930具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面931于近光轴处为凸面，其像侧表面932于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其物侧表面931与像侧表面932皆具有至少一反曲点。

平板元件940的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜910之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表十七以及表十八。

第九实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

<第十实施例>

请参照图19A、图19B及图20，其中图19A绘示依照本发明第十实施例的取像装置示意图，图19B绘示图19A的局部放大示意图，图20由左至右依序为第十实施例的球差、像散以及畸变曲线图。由图19A和图19B可知，取像装置包含薄型光学系统(未另标号)与电子感光元件1060。薄型光学系统由物侧至像侧依序包含平板元件1040、第一透镜1010、光圈1000、第二透镜1020、第三透镜1030与成像面1050。其中，电子感光元件1060设置于成像面1050上。薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片(1010-1030)。

第一透镜1010具有负屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面1011于近光轴处为凸面，其像侧表面1012于近光轴处为凹面，其两表面皆为非球面。

第二透镜1020具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面1021于近光轴处为平面，其像侧表面1022于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面。

第三透镜1030具有正屈折力，且为塑胶材质，其物侧表面1031于近光轴处为凸面，其像侧表面1032于近光轴处为凸面，其两表面皆为非球面，其像侧表面1032具有至少一反曲点。

平板元件1040的材质为玻璃，其设置于一被摄物O及第一透镜1010之间，并不影响薄型光学系统的焦距。

请配合参照下列表十九以及表二十。

第十实施例中，非球面的曲线方程式表示如第一实施例的形式。此外，下表所述的定义皆与第一实施例相同，在此不加以赘述。

上述取像装置可搭载于电子装置内。为使近物拍摄达到薄型化与广视角的目的，本发明使用三片具屈折力透镜的薄型光学系统。其中，第一透镜具有负屈折力，且第三透镜具有正屈折力。藉此，可将薄型光学系统设计为逆焦式，有利于降低薄型光学系统的主光线角，以提升薄型光学系统的远心特性。此外，当满足特定条件，可有效搜集大角度的光线，而令薄型光学系统在极短物距内接收更大范围的影像与达成辨识功效。另外，亦有助于缩减被摄物与薄型光学系统的距离，可有效缩小薄型光学系统体积，维持其小型化。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (23)

1.一种薄型光学系统，其特征在于，由物侧至像侧依序包含：

一第一透镜，具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面；

一第二透镜，具有屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且该第二透镜为塑胶材质；以及

一第三透镜，具有正屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且该第三透镜为塑胶材质；

其中，该薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片，该薄型光学系统更包含一光圈，该光圈设置于该第一透镜和该第二透镜之间，该第一透镜、该第二透镜和该第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动；

其中，该薄型光学系统的焦距为f，该薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，该薄型光学系统的入瞳孔径为EPD，该第一透镜的折射率为N1，该第二透镜的折射率为N2，该第三透镜的折射率为N3，该光圈至该第二透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr3，该光圈至该第三透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr5，其满足下列条件：

f/ImgH<0.55；

4.70<N1+N2+N3<5.50；

0<|Dsr3/Dsr5|<0.50；以及

f/EPD<2.60。

2.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，该第三透镜像侧表面于近光轴处为凸面。

3.根据权利要求2所述的薄型光学系统，其特征在于，该第二透镜具有正屈折力，且该第二透镜像侧表面于近光轴处为凸面。

4.根据权利要求2所述的薄型光学系统，其特征在于，该第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，该第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：

-0.50<(R5+R6)/(R5-R6)<0.50。

5.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，该第三透镜物侧表面与该第三透镜像侧表面中至少一表面具有至少一反曲点，该第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，该第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：

(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。

6.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，一被摄物至一成像面于光轴上的距离为OTL，其满足下列条件：

OTL<8.0毫米。

7.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，该薄型光学系统的焦距为f，该薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，其满足下列条件：

f/ImgH<0.45。

8.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，该第一透镜的色散系数为V1，该第二透镜的色散系数为V2，该第三透镜的色散系数为V3，其满足下列条件：

V1+V2+V3<80。

9.根据权利要求1所述的薄型光学系统，其特征在于，更包含一平板元件，设置于一被摄物和该第一透镜物侧表面之间。

10.一种取像装置，其特征在于，包含：

如权利要求1所述的薄型光学系统；以及

一电子感光元件，其中该电子感光元件设置于该薄型光学系统的一成像面上。

11.一种电子装置，其特征在于，包含：

一生物辨识系统，包含如权利要求10所述的取像装置。

12.一种薄型光学系统，由物侧至像侧依序包含：

一第一透镜，具有负屈折力，其像侧表面于近光轴处为凹面；

一第二透镜，具有屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，且该第二透镜为塑胶材质；以及

一第三透镜，具有正屈折力，其物侧表面与像侧表面中至少一表面为非球面，该第三透镜物侧表面与该第三透镜像侧表面中至少一表面具有至少一反曲点，且该第三透镜为塑胶材质；

其中，该薄型光学系统中具屈折力的透镜为三片，该薄型光学系统更包含一光圈，该光圈设置于该第一透镜和该第二透镜之间，该第一透镜、该第二透镜和该第三透镜彼此之间于光轴上无相对移动；

其中，该薄型光学系统的焦距为f，该薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，该薄型光学系统的入瞳孔径为EPD，该第一透镜的折射率为N1，该第二透镜的折射率为N2，该第三透镜的折射率为N3，该光圈至该第二透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr3，该光圈至该第三透镜物侧表面于光轴上的距离为Dsr5，一被摄物至一成像面于光轴上的距离为OTL，该第一透镜、该第二透镜与该第三透镜分别于光轴上厚度的总和为ΣCT，其满足下列条件：

f/ImgH<0.70；

4.70<N1+N2+N3<5.50；

0<|Dsr3/Dsr5|<0.50；

OTL/ΣCT<4.0；

f/EPD<2.60；以及

OTL<5.0毫米。

13.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该第三透镜像侧表面于近光轴处为凸面。

14.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该薄型光学系统的焦距为f，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，其满足下列条件：

0.5<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<1.1。

15.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该被摄物至该成像面于光轴上的距离为OTL，该薄型光学系统的最大成像高度为ImgH，其满足下列条件：

OTL/ImgH<12。

16.根据权利要求15所述的薄型光学系统，其特征在于，该薄型光学系统的最大视角为FOV，其满足下列条件：

140.0度<FOV<180.0度。

17.根据权利要求15所述的薄型光学系统，其特征在于，更包含一平板元件，设置于该被摄物和该第一透镜物侧表面之间，其中该平板元件于光轴上的厚度为CTf，该第一透镜于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：

0.95<CTf/CT1<5.5。

18.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该第三透镜物侧表面的曲率半径为R5，该第三透镜像侧表面的曲率半径为R6，其满足下列条件：

(R5+R6)/(R5-R6)<0.90。

19.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜于光轴上的间隔距离为T12，该第一透镜于光轴上的厚度为CT1，其满足下列条件：

1.50<T12/CT1<10。

20.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该被摄物至该第一透镜物侧表面于光轴上的距离为OL，该第一透镜物侧表面至该成像面于光轴上的距离为TL，其满足下列条件：

0<OL/TL<1.0。

21.根据权利要求12所述的薄型光学系统，其特征在于，该第一透镜物侧表面至该第三透镜像侧表面于光轴上的距离为TD，该薄型光学系统的焦距为f，其满足下列条件：

8<TD/f<30。

22.一种取像装置，其特征在于，包含：

如权利要求12所述的薄型光学系统；

一光源；以及

一电子感光元件，其中该电子感光元件设置于该薄型光学系统的一成像面上。

23.根据权利要求22所述的取像装置，其特征在于，该光源的波长介于400纳米～500纳米之间。