CN114815138B - 成像透镜组及光学式辨识系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学式辨识系统的成像透镜组，其具有视场角(FOV)大于120度，并定义有相互垂直的一径向及一轴向。该成像透镜组由物侧至像侧包括多个光学透镜。该些光学透镜中最邻近物侧的一光学透镜包括：一光学区物侧表面及一光学区像侧表面；一非光学区物侧表面，环绕该光学区物侧表面；一非光学区像侧表面，环绕该光学区像侧表面；以及一第一连接部，设置在该光学区像侧表面及该非光学区像侧表面之间，其中该第一连接部的一表面的一切线方向与该径向之间具有一第一夹角，该第一夹角介于15度至50度之间。本发明在该光学区像侧表面及该非光学区像侧表面之间设计有连接部，以避免杂散光在成像时造成不必要的鬼影，进而改善影像质量，增加光学式辨识系统的辨识度。

Description

成像透镜组及光学式辨识系统

技术领域

本发明涉及成像透镜组，更具体地，涉及一种光学式辨识系统消除杂散光的成像透镜组的结构。

背景技术

以每个生物独有的生物特征作为根据的生物辨识(Biometric)系统，因其具有唯一性、普遍性、永久性、可测性、方便性、接受性、及不可欺性等，因此常被使用在目前市面上现有的行动装置上，甚至使用在很多应用类的电子装置上，如指纹辨识、静脉辨识、脸部辨识、掌纹辨识、虹膜辨识、视网膜辨识等。

而生物辨识系统技术中的光学式辨识镜头是一种利用光学成像原理的传统生物辨识系统，目前要解决的问题除了传统生物辨识系统存在体积过大，也需提高分辨率和图像质量。

通常光学式辨识装置使用塑料材质的光学透镜组件来有效地降低成像光学透镜组件的制造成本。常规的塑料材质光学透镜组件通常通过射出成型方法形成，并具有光滑且明亮的表面，其特征在于高反射率。因此，当杂散光从成像光学透镜组件的其它光学组件的表面反射到塑料光学透镜组件的表面时，从塑料材质光学透镜组件的表面反射的杂散光不能被有效地衰减并且会入射到成像镜头内的影像感测组件表面。

如图1为三片式镜片组的光学式辨识系统应用示意图。以三片式镜片组的光学式辨识系统9为例说明，其结构包括由物侧至像侧沿光轴I依序排列的盖板91、第一光学透镜921、遮光组件924、第二光学透镜922及第三光学透镜923。光线先通过该盖板91、该第一光学透镜921、该遮光组件924、该第二光学透镜922及该第三光学透镜923，再经过滤光片925，使光线到达影像感测组件93，如此使该影像感测组件93接收来自待测物的成像光束。

该第一光学透镜921具有非光学区物侧表面9211，非光学区像侧表面9213，受该非光学区物侧表面9211围绕且使成像光线通过的光学区物侧表面9212，以及受该非光学区像侧表面9213围绕且使成像光线通过的光学区像侧表面9214。该第二光学透镜922具有非光学区物侧表面9221，非光学区像侧表面9223，受该非光学区物侧表面9221围绕且使成像光线通过的光学区物侧表面9222，以及受该非光学区像侧表面9223围绕且使成像光线通过的光学区像侧表面9224。该第三光学透镜923具有非光学区物侧表面9231，非光学区像侧表面9233，受该非光学区物侧表面9231围绕且使成像光线通过的光学区物侧表面9232，以及受该非光学区像侧表面9233围绕且使成像光线通过的光学区像侧表面9234。该遮光组件924是安装在该第一光学透镜921的非光学区像侧表面9213与该第二光学透镜922的非光学区物侧表面9221之间的位置。

然而，如图2所示，光线在该盖板91与该第一光学透镜912之间，部分的光线会通过该盖板91与该第一光学透镜921后，因为该非光学区像侧表面9213的关系从而进一步被反射。特别是杂散光的光线路径会依序沿箭头方向L1、L2、L3进入该影像感测组件，进而产生鬼影，降低光学式辨识系统的辨识度。

因此，如何满足消除该盖板与该些光学透镜之间的杂散光的要求已成为重要的课题之一，从而可以改善影像质量增加辨识度，并满足高端辨识镜头的要求。

发明内容

本发明的目的，是在提供一种在该光学区像侧表面及该非光学区像侧表面之间设计有连接部，以避免杂散光在成像时造成不必要的鬼影，进而改善影像质量，增加光学式辨识系统的辨识度。

为解决上述问题，本发明提供一种成像透镜组，其具有视场角(FOV)大于120度，并定义有相互垂直的一径向及一轴向，该成像透镜组由物侧至像侧包括多个光学透镜，其中该些光学透镜中最邻近物侧的一光学透镜包括：一光学区物侧表面及一光学区像侧表面；一非光学区物侧表面，环绕该光学区物侧表面；一非光学区像侧表面，环绕该光学区像侧表面；以及一第一连接部，设置在该光学区像侧表面及该非光学区像侧表面之间；其中该第一连接部的一表面的一切线方向与该径向之间具有一第一夹角，该第一夹角介于15度至50度之间。

可选地，该第一夹角介于25度至40度之间。

可选地，该视场角大于130度。

可选地，该第一连接部及该光学区像侧表面的连接处形成一第一圆角，该第一圆角的曲率半径介于0.03mm至0.15mm之间。

可选地，该第一连接部及该光学区像侧表面的连接处形成一第一圆角，该第一圆角的曲率半径介于0.055mm至0.1mm之间。

可选地，该第一连接部沿该轴向的厚度占该光学透镜沿该轴向的厚度的5%至20%。

可选地，该光学区物侧表面与所述具有该第一圆角的该连接处，两者之间沿该轴向的距离介于0.4mm至1.0mm之间。

可选地，该第一连接部及该非光学区像侧表面的连接处形成一第二圆角，该第二圆角的曲率半径介于0.03mm至0.15mm之间。

可选地，该第一连接部的该表面为一第一斜面，且该第一斜面绕该轴向呈环状并围绕该光学区像侧表面。

可选地，更包括：一第二连接部，设置在该第一连接部及该非光学区像侧表面之间，其中该第二连接部的一表面为一凸面，且该凸面绕该轴向呈环状并围绕该第一斜面。

可选地，该第二连接部的凸面曲率半径介于1.2mm至3.0mm之间。

可选地，更包括：一第二连接部，设置在该第一连接部及该非光学区像侧表面之间，其中该第二连接部的一表面为一第二斜面，且该第二斜面绕该轴向呈环状并围绕该第一斜面。

可选地，该第二连接部的该表面的一切线方向与该径向之间具有一第二夹角，该第二夹角介于15至50度之间。

本发明更提供一种光学式辨识系统，由物侧至像侧包括：一盖板、上述的成像透镜组及一影像感测组件。

根据本发明的光学式辨识系统，该光学透镜的光学区像侧表面及非光学区像侧表面之间设计连接部，该连接部以例如斜面、圆角、凸面或多个斜面的方式消除该盖板与该光学透镜之间的杂散光，以避免杂散光在成像时造成不必要的鬼影，进而改善影像质量，并增加光学式辨识系统的辨识度。

附图说明

图1为先前技术的三片式镜片组的光学式辨识系统应用示意图。

图2为图1中先前技术的盖板与光学透镜之间的光反射示意图。

图3a为本发明的一实施例的辨识系统实施应用示意图。

图3b为本发明的另一实施例的辨识系统实施应用示意图。

图4为本发明的第一实施例的光学透镜的剖面示意图。

图5为图4中本发明的盖板与光学透镜之间的光反射示意图。

图6为本发明的第二实施例的光学透镜的剖面示意图。

图7为本发明的第三实施例的光学透镜的剖面示意图。

附图中的符号说明：

1 光学式辨识系统；

11 盖板；

12 成像透镜组；

121 第一光学透镜；

121’ 第一光学透镜；

121’’ 第一光学透镜；

1211 非光学区物侧表面；

1212 光学区物侧表面；

1213 非光学区像侧表面；

1214 光学区像侧表面；

1215 第一连接部；

1215’’第一连接部；

1216 表面；

1216’’表面；

1217’ 第二连接部；

1217’’第二连接部；

1218’ 表面；

1218’’表面；

1219 斜面；

1219’ 凸面；

12191 第一斜面；

12192 第二斜面；

122 第二光学透镜；

1221 非光学区物侧表面；

1222 光学区物侧表面；

1223 非光学区像侧表面；

1224 光学区像侧表面；

123 第三光学透镜；

1231 非光学区物侧表面；

1232 光学区物侧表面；

1233 非光学区像侧表面；

1234 光学区像侧表面；

124 遮光组件；

125 滤光片；

126 镜筒；

13 影像感测组件；

9 光学式辨识系统；

91 盖板；

921 第一光学透镜；

9211 非光学区物侧表面；

9212 光学区物侧表面；

9213 非光学区像侧表面；

9214 光学区像侧表面；

922 第二光学透镜；

9221 非光学区物侧表面；

9222 光学区物侧表面；

9223 非光学区像侧表面；

9224 光学区像侧表面；

923 第三光学透镜；

9231 非光学区物侧表面；

9232 光学区物侧表面；

9233 非光学区像侧表面；

9234 光学区像侧表面；

924 遮光组件；

925 滤光片；

93 影像感测组件；

D 厚度；

d 厚度；

d1 距离；

I 光轴；

L1, L2, L3 箭头方向；

R1 第一圆角；

R2 第二圆角；

T1 径向；

T2 轴向；

T3 切线方向；

θ 夹角。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。然而，对于本公开的描述，如果确定详细描述使本公开的实施例不清楚，则详细描述可以被省略。与描述不相关的部分被省略以便具体地描述本公开，并且贯穿说明书，相同的附图标记指代相同的组件。

在实施方式中，相同或相似的组件将采用相同或相似的标号，且将省略其赘述。此外，不同示范实施例中的特征在没有冲突的情况下可相互组合，且依本说明书或申请专利范围所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本专利涵盖的范围内。另外，本说明书或申请专利范围中提及的“第一”、 “第二”等用语仅用以命名分立的组件或区别不同实施例或范围，而并非用来限制组件数量上的上限或下限，也并非用以限定组件的制造顺序或设置顺序。

请参阅图3a，其为本发明的一实施例的光学式辨识系统实施应用示意图。本发明为一种光学式辨识系统的成像透镜组的结构，以三片式镜片组的光学式辨识系统为例说明，该光学式辨识系统1包括由物侧至像侧沿光轴I依序排列的盖板11、成像透镜组12及影像感测组件13。本发明的成像透镜组12可视为超广角成像镜头，其具有视场角(FOV, Fieldof View)可大于120度、130度、140度或150度等等。该成像透镜组12包括由物侧至像侧沿光轴I依序设置第一光学透镜121、遮光组件124、第二光学透镜122及第三光学透镜123及滤光片125(例如红外线滤光片、红外线带通滤光片或其他光波段滤光片等)。光线通过该第一光学透镜121、该遮光组件124、该第二光学透镜122及该第三光学透镜123，并经过该滤光片125，使光线到达该影像感测组件13，使该影像感测组件13接收来自待测物的成像光束。补充说明的是，实施例的应用上该些光学透镜的数量不受限。请参阅图3b，在另一实施例中，成像透镜组12，更包括：一镜筒126，用以容置多个光学透镜(例如该第一光学透镜121、该遮光组件124、该第二光学透镜122及该第三光学透镜123)及该遮光组件。该遮光组件124可以是孔径光栏(Aperture stop)或用以修正边缘光线的光栏(Stop)，但不限上述。

该第一光学透镜121包括：非光学区物侧表面1211、被该非光学区物侧表面1211所环绕的光学区物侧表面1212、非光学区像侧表面1213、以及被该非光学区像侧表面1213所环绕的光学区像侧表面1214。该第二光学透镜122包括：非光学区物侧表面1221、被该非光学区物侧表面1221所环绕的光学区物侧表面1222、非光学区像侧表面1223、以及被该非光学区像侧表面1223所环绕的光学区像侧表面1224。该第三光学透镜123包括：非光学区物侧表面1231、被该非光学区物侧表面1231所环绕的光学区物侧表面1232、非光学区像侧表面1233、以及被该非光学区像侧表面1233所环绕的光学区像侧表面1234。

该光学区物侧表面1212、1222、1232为面向物侧(或待测物)且让成像光束通过的透镜表面，而该光学区像侧表面1214、1224、1234为面向像侧(或成像面)且让成像光束通过的透镜表面。

该盖板11用于保护位于其下方的组件。在实施例的应用中，该盖板11为保护平板。在进行生物特征辨识时，该盖板11的表面与待测物接触。也就是说，待测物接触该盖板11的表面以进行生物特征辨识。保护平板可包括透光或半透光的主体，以利成像光束传递至该影像感测组件13，该光束来源可以是外界的光线，或该盖板11下方提供的光线。该保护平板的主体可包括玻璃板、塑料板或上述两个的组合，但不以此为限。此外，该保护平板可选择性地包括装饰层，装饰层设置在该盖板11上，以遮避其下方不欲被看见的组件。

在实施例的应用中，该盖板11更可包括显示面板、触控面板或上述至少两个的组合。举例来说，该盖板11可为显示面板，如有机发光显示面板、液晶显示面板，但不以此为限。替代地，该盖板11可以是触控面板，如具有多个触控电极的面板。所述多个触控电极可以形成在面板的外表面上或是内嵌于面板中，且多个触控电极可以借由自容或互容的方式进行触控侦测。或者，该盖板11可为保护平板与显示面板的组合或保护平版与触控面板的组合。

该遮光组件124可设置于待侧物与成像面之间，如本发明实施例，在光学式辨识系统1中，该遮光组件124位在该第一光学透镜121的非光学区像侧表面1213，该第一光学透镜121用于扩大取像的视场角(FOV, Field Of View)，使该影像感测组件13能够撷取更大的影像范围。在本实施例中，该第一光学透镜121具有负屈折力。此外，该第一光学透镜121的光学区物侧表面1212近光轴处为凹面，且该第一光学透镜121的光学区像侧表面1214近光轴处为凹面。该第一光学透镜121、该第二光学透镜122及该第三光学透镜123可由塑料材质制成，以满足轻量化的需求，但不以此为限。

该遮光组件124用于遮蔽杂散光，以提升影像质量。在本实施例中，该遮光组件124设置在该第一光学透镜121的非光学区像侧表面1213与该第二光学透镜122的非光学区物侧表面1221之间的位置。

该第二光学透镜122用于修正该第一光学透镜121所产生的像差，并有助于减少球差的产生，以提升成像质量。此外，该第二光学透镜122的光学区物侧表面1222近光轴处为凸面，且该第二光学透镜122的光学区像侧表面1224近光轴处为凸面。

该第三光学透镜123也用于修正像差，并有助于减少球差的产生，以提升成像质量。此外，实施例的应用中借由多个光学透镜(例如该第二光学透镜122及该第三光学透镜123)共同修正像差，除了可有效修正像差之外，还可降低用于修正像差的每一片光学透镜的制造难度。此外，该第三光学透镜123的光学区物侧表面1232近光轴处为凸面，且该第三光学透镜123的光学区像侧表面1234近光轴处为凸面。

该滤光片125用以将光线进行分色滤色，该影像感测组件13将经过该滤光片125的光线转换为图像数据的数字讯号。在实施例的应用上，该第三光学透镜123的光学区像侧表面1234上可涂覆有特定光线波长的滤除材料，用以取代前述的该滤光片125，但不限于该第三光学透镜，亦可涂覆于该第一透镜或第二透镜。

图4为本发明的第一实施例的光学透镜的剖面示意图。请参阅图4及图3，本发明的光学透镜以该第一光学透镜121为例说明，该第一光学透镜121为该些光学透镜中最邻近物侧的光学透镜，并定义有相互垂直的径向T1及轴向T2，该轴向T2平行光轴I。该第一光学透镜121的光学区像侧表面1214近光轴处为凹面。该第一光学透镜121更包括：设置在该光学区像侧表面1214及该非光学区像侧表面1212之间的第一连接部1215。举例，该第一光学透镜121的非光学区像侧表面1213与光学区像侧表面1214之间形成斜切部，该第一连接部1215的一表面1216为该斜切部的一斜面1219，该斜面1219绕该轴向呈环状并围绕该光学区像侧表面1214。

该第一连接部1215的表面1216的切线方向T3(朝向光轴)与该径向T1(朝向光轴)的夹角θ可介于15度至50度之间，较佳地该夹角θ介于20度至40度之间。该第一连接部1215及该光学区像侧表面1214的连接处形成第一圆角(first arc angle)R1，该第一圆角R1的曲率半径可介于0.03mm至1.50mm之间，较佳地该第一圆角R1的曲率半径介于0.055mm至0.1mm之间。该第一连接部1215及该非光学区像侧表面1213的连接处形成第二圆角(secondarc angle)R2，该第二圆角R2的曲率半径可介于0.03mm至0.15mm之间，较佳地该第二圆角R2的曲率半径介于0.055mm至0.1mm之间。

在实施例的应用上，该第一连接部1215沿该轴向T2的厚度d占该第一光学透镜121沿该轴向T2的厚度D的5%至20%，即该斜切面的厚度d占该第一光学透镜121的整体厚度D的5%至20%。较佳地，该第一连接部1215沿该轴向T2的厚度d占该第一光学透镜121沿该轴向T2的厚度D的10%至16%。举例，当D值为0.7435mm以及d值为0.1005mm时，则d值与D值的比例约为13.5%。再者，该第一光学透镜121的光学区物侧表面1212与上述具有该第一圆角R1的连接处，两者之间沿该轴向T2的距离d1介于0.4mm至1.0mm之间。

请参阅图5及图3a，光线在该盖板11与该第一光学透镜121间，部分的光线会经过该盖板11与该第一光学透镜121后，因为该非光学区像侧表面1213的关系从而进一步被反射。但因为在该非光学区像侧表面1213与该光学区像侧表面1214之间的第一连接部1215的表面1216为斜面1219，所以杂散光的光线路径会依序沿箭头方向L1、L2被反射离开该第一光学透镜121。本实施例以斜面方式反折光线，使杂散光无法通过多次反射进入该影像感测组件13，进而避免产生鬼影。

图6为本发明的第二实施例的光学透镜的剖面示意图。请参阅图6及图3a，第二实施例的第一光学透镜121’大体上类似于第一实施例的第一光学透镜121，类似的组件标示类似的标号。第二实施例的第一光学透镜121’与第一实施例的第一光学透镜121的差异在于：该第一光学透镜121’更包括位在该第一连接部1215及该非光学区像侧表面1213之间的一第二连接部1217’，该第二连接部1217’的一表面1218’为一凸面1219’，且该凸面1219’绕该轴向T2呈环状并围绕该斜面1215。该第二连接部1217’的凸面1219’曲率半径介于1.2mm至3.0mm之间。在应用上，除了以斜面方式反折光线，使杂散光无法通过多次反射穿过该遮光组件124进入该影像感测组件13，也通过以大曲率半径方式形成弧形凸面(该第二连接部1217’的表面1218’)，借由弧形凸面反折光线，使杂散光无法通过多次反射进入该影像感测组件13，进而避免产生鬼影。

图7为本发明的第三实施例的光学透镜的剖面示意图。请参阅图7及图3，第三实施例的第一光学透镜121’’大体上类似于第一实施例的第一光学透镜121，类似的组件标示类似的标号。第二实施例的第一光学透镜121’’与第一实施例的第一光学透镜121的差异在于：该光学区像侧表面1214近光轴处为凹面，该第一连接部1215’’为第一凹槽(例如V形凹槽)，且该第一连接部1215’’的该表面1216’’为该第一凹槽的一第一斜面12191，该第一斜面12191绕该轴向T2呈环状并围绕该光学区像侧表面1214。该第一光学透镜121’’更包括设置在该第一连接部1215’’及该非光学区像侧表面1213之间的第二连接部1217’’，该第二连接部为第二凹槽(例如V形凹槽)，且该第二连接部1217’’的一表面1218’’为该第二凹槽的一第二斜面12192，该第二斜面12192绕该轴向呈环状并围绕该第一斜面12191。举例，该第一连接部1215’’及第二连接部1217’’以2个V形凹槽为说明，该些V形凹槽内的该第一斜面12191(该第一连接部1215’’的表面1216’’)及该第二斜面12192(该第二连接部1217’’的表面1218’’)的切线方向与该径向的第一及第二夹角介于15度至50度之间。该第一及第二夹角的定义类似于图4所显示的夹角θ的定义。在实施例的应用上，以波浪状凹槽及斜面方式反折光线，使杂散光无法通过多次反射进入该影像感测组件13，进而避免产生鬼影。

根据本发明的光学式辨识系统，该光学透镜的光学区像侧表面及非光学区像侧表面之间设计连接部，该连接部以例如斜面、圆角、凸面或多个斜面的方式消除该盖板与该光学透镜之间的杂散光，以避免杂散光在成像时造成不必要的鬼影，进而改善影像质量，并增加光学式辨识系统的辨识度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种成像透镜组，其特征在于，具有一视场角大于120度，并定义有相互垂直的一径向及一轴向，该成像透镜组由物侧至像侧包括多个光学透镜，其中该些光学透镜中最邻近物侧的一光学透镜包括：

一光学区物侧表面及一光学区像侧表面；

一非光学区物侧表面，环绕该光学区物侧表面；

一非光学区像侧表面，环绕该光学区像侧表面；以及

一第一连接部，设置在该光学区像侧表面及该非光学区像侧表面之间；

其中该第一连接部的一表面的一切线方向与该径向之间具有一第一夹角，该第一夹角介于15度至50度之间；

该第一连接部及该光学区像侧表面的连接处形成一第一圆角，该第一圆角的曲率半径介于0.03mm至0.15mm之间；

该第一连接部的该表面为一第一斜面，且该第一斜面绕该轴向呈环状并围绕该光学区像侧表面；

一第二连接部，设置在该第一连接部及该非光学区像侧表面之间，其中该第二连接部的一表面为一凸面，且该凸面绕该轴向呈环状并围绕该第一斜面；以及

该第二连接部的凸面曲率半径介于1.2mm至3.0mm之间。

2.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该第一夹角介于25度至40度之间。

3.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该视场角大于130度。

4.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该第一圆角的曲率半径介于0.055mm至0.1mm之间。

5.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该第一连接部沿该轴向的厚度占该光学透镜沿该轴向的厚度的5%至20%。

6.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该光学区物侧表面与所述具有该第一圆角的该连接处，两者之间沿该轴向的距离介于0.4mm至1.0mm之间。

7.如权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，该第一连接部及该非光学区像侧表面的连接处形成一第二圆角，该第二圆角的曲率半径介于0.03mm至0.15mm之间。

8.一种光学式辨识系统，其特征在于，由物侧至像侧依序包括：

一盖板；

如权利要求1至7任一项所述的成像透镜组，以及

一影像感测组件。