一种光学成像系统及摄像装置的制作方法

本发明涉及光学成像器件技术领域，特别是涉及一种光学成像系统。本发明还涉及一种摄像装置。

背景技术：

为满足用户更高的使用体验要求，智能手机、便携电脑或者平板设备等消费电子产品不断向全面屏幕方向发展，这就要求装载于屏幕上的各种模组的结构更加趋于小型化，比如装载于光学屏下的指纹识别系统，要求指纹识别系统能够在获得清晰图像的同时，体积更小。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种光学成像系统，应用于装载于电子设备屏幕下方的指纹识别系统，能够协助指纹识别系统摄取到清晰图像，提供优良的成像品质，并且系统体积小。本发明还提供一种摄像装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光学成像系统，由物侧至像侧依序包含第一透镜、光圈、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，其中：所述第一透镜具有负屈折力，其像侧面于近光轴处为凹面，所述第二透镜具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面，所述第三透镜具有负屈折力；

并满足以下条件式：2<ttl/f<9，其中ttl表示所述第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离，f表示所述光学成像系统的焦距。

优选的，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面。

优选的，还满足以下条件式：0.4<l1/l2<0.8，其中l1表示所述光圈至所述第二透镜像侧面在光轴上的距离，l2表示所述光圈至所述第三透镜像侧面在光轴上的距离。

优选的，还满足以下条件式：f/imgh<0.50，其中f表示所述光学成像系统的焦距，imgh表示所述光学成像系统的最大成像高度。

优选的，还满足以下条件式：0.5<ct1/ct2≤1.2，其中ct1表示所述第一透镜在光轴上的厚度，ct2表示所述第二透镜在光轴上的厚度。

优选的，还满足以下条件式：0.2<yc32/f<0.7,其中yc32表示所述第三透镜像侧面上距离成像面水平距离最近的反曲点到光轴的垂直距离，f表示所述光学成像系统的焦距。

优选的，还满足以下条件式：ttl<3毫米，其中ttl表示所述第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离。

优选的，还满足以下条件式：-1<sag32/ct3<0.5，其中sag32表示所述第三透镜像侧面与光轴的交点至所述第三透镜像侧面的最大有效半径位置于光轴的水平位移距离，ct3表示所述第三透镜在光轴上的厚度。

优选的，还包括设置于所述第一透镜朝向物方一侧的平板元件。

一种摄像装置，包括电子感光元件和以上所述的光学成像系统，所述电子感光元件设置于所述光学成像系统的成像面。

由上述技术方案可知，本发明所提供的光学成像系统包括由物侧至像侧依次设置的第一透镜、光圈、第二透镜和第三透镜，物方光线依次经过各透镜，成像到位于第三透镜像侧的成像面上。本光学成像系统为三片式透镜结构，通过合理地约束光学系统的光学总长和其焦距的比值，能够在减小光学系统体积的同时，提高光学系统的成像清晰度，使其能够摄取到细节清晰的图像。因此，本发明光学成像系统应用于装载在电子设备屏幕下方的指纹识别系统，能够协助指纹识别系统摄取到清晰图像，提供优良的成像品质，并且系统体积小，能够符合电子设备全面屏幕的发展趋势。

本发明提供的一种摄像装置，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种光学成像系统的示意图；

图2(a)和图2(b)分别为本发明实施例1中光学成像系统的像散曲线图、畸变曲线图；

图3为本发明实施例1中光学成像系统的球差曲线图；

图4为本发明实施例2提供的一种光学成像系统的示意图；

图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例2中光学成像系统的像散曲线图、畸变曲线图；

图6为本发明实施例2中光学成像系统的球差曲线图；

图7为本发明实施例3提供的一种光学成像系统的示意图；

图8(a)和图8(b)分别为本发明实施例3中光学成像系统的像散曲线图、畸变曲线图；

图9为本发明实施例3中光学成像系统的球差曲线图；

图10为本发明实施例4提供的一种光学成像系统的示意图；

图11(a)和图11(b)分别为本发明实施例4中光学成像系统的像散曲线图、畸变曲线图；

图12为本发明实施例4中光学成像系统的球差曲线图；

图13绘示依照本发明实施例1的光学成像系统中yc32和sag32的示意图。

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中的技术方案，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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光学成像系统，由物侧至像侧依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面。还包括一位于第三透镜朝向像方一侧的成像面，以及一设置于第三透镜和成像面之间的滤光片，该滤光片不影响光学成像系统的焦距。本光学成像系统还包括设置于第一透镜和第二透镜之间的光圈。

所述第一透镜具有负屈折力，其像侧面于近光轴处为凹面，有助于扩大光学成像系统的视场角，以获得更大的影像范围。第一透镜的物侧面于近光轴处可为凹面，第一透镜的物侧面远离光轴处可为凸面，能够有效地压制离轴视场的光线入射影像感测元件的角度，并且可进一步修正像差。

所述第二透镜具有正屈折力，可修正镜头前端具有负屈折力的透镜产生的像差，能够有效加强第二透镜的屈折力配置，进而缩短成像系统的光学总长度。第二透镜的物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。

所述第三透镜具有负屈折力，这样与第二透镜形成“一正一负”的望远结构，进而可有效地缩短成像系统的光学总长度。

本光学成像系统合理地约束光学系统的光学总长和其焦距的比值，满足条件2<ttl/f<9，其中ttl表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离，f表示光学成像系统的焦距，能够在减小光学系统体积的同时，提高光学系统的成像清晰度，使能够摄取到细节清晰的图像。因此，本发明光学成像系统应用于指纹识别系统，能够协助指纹识别系统摄取到清晰图像，提供优良的成像品质，并且系统体积小，能够符合全面屏幕发展趋势。

优选的，所述第三透镜的物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面，可修正光学成像系统的像散及高阶像差。第三透镜的物侧面和像侧面至少有一面设置有至少一个反曲点。在第三透镜的物侧面或者像侧面设置反曲点，可压制离轴视场的光线入射于影像感测元件的角度，并可进一步修正离轴视场的像差。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：0.4<l1/l2<0.8，其中l1表示所述光圈至所述第二透镜像侧面在光轴上的距离，l2表示所述光圈至所述第三透镜像侧面在光轴上的距离。满足此条件可使光圈的位置较为适当，有助于扩大光学成像系统的视场角。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：f/imgh<0.50，其中f表示所述光学成像系统的焦距，imgh表示所述光学成像系统的最大成像高度。这样可有效收集大角度的光线，而令光学成像系统在极短物距内接收更大范围的影像以达成辨识功效。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：0.5<ct1/ct2≤1.2，其中ct1表示所述第一透镜在光轴上的厚度，ct2表示所述第二透镜在光轴上的厚度。通过调配光学成像系统第一透镜厚度与第二透镜厚度的比值，有利于镜片成型以及确保产品良率稳定。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：0.2<yc32/f<0.7,其中yc32表示所述第三透镜像侧面上距离成像面水平距离最近的反曲点到光轴的垂直距离，f表示所述光学成像系统的焦距。当yc32/f满足上述条件时，可压制离轴视场光线入射于电子感光元件上的角度，以增加电子感光元件的接收效率。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：ttl<3毫米。通过控制光学成像系统的光学总长，有助于保证镜头的小型化，使其适用于电子设备屏幕下方的指纹识别系统。

优选的，本光学成像系统还满足以下条件式：-1<sag32/ct3<0.5，其中sag32表示所述第三透镜像侧面与光轴的交点至所述第三透镜像侧面的最大有效半径位置于光轴的水平位移距离(若水平位移朝向像侧，则sag32为正值；若水平位移朝向物侧，sag32为负值)，ct3表示所述第三透镜在光轴上的厚度。通过控制第三透镜中心与周边的形状变化，以利于光学成像系统的微型化，同时缩短光学成像系统的后焦距。

需要说明的是，屈折力是指平行光经过光学系统，光线的传播方向会发生偏折，用于表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。光学系统具有正屈折力，表明对光线的屈折是汇聚性的；光学系统具有负屈折力，表明对光线的屈折是发散性的。在本发明光学成像系统中，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可为透镜于近光轴处的屈折力或焦距。

对于光学成像系统中各透镜排布，在从物侧到像侧为从左到右的情况下，透镜物侧面为凸面是指透镜物侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的右边，其曲率半径为正，反之物侧面则为凹面，其曲率半径为负。透镜像侧面为凸面是指透镜像侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的左边，其曲率半径为负，反之像侧面为凹面，其曲率半径为正。若过透镜物侧面或者像侧面上任意一点做切面，表面既有在切面左边的部分，又有在切面右边的部分，则该表面存在反曲点。在透镜物侧面、像侧面的近光轴处的凹凸判断仍适用上述。此外，近光轴处是指光轴附近的区域。在本发明光学成像系统中，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近光轴处；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近光轴处。

本发明公开的光学成像系统中，透镜均选用具有高透光率和优良可加工性的材料制作，例如，选用塑料制作透镜，有利于透镜的制作成型，以提升制造良率，且满足该条件的材料成本低廉容易获取，有利于降低生产成本。另外，各透镜的物侧面及像侧面可为非球面(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，进而缩减透镜使用的数目，因此可以有效降低本摄像镜头的总长度。另外，本光学成像系统任意的两个相邻透镜之间可均具有间隔，有利于透镜的组装，以提升制造良率。本光学成像系统还可包括设置于第一透镜朝向物方一侧的平板元件。

下面以具体实施例对本发明摄像镜头进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

【实施例1】

请参考图1，图1示出了实施例1的光学成像系统的结构示意图。由图可知，本实施例光学成像系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的平板元件、第一透镜11、光圈10、第二透镜12和第三透镜13，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。所述第一透镜11具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜12具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。所述第三透镜13具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面。此外，本光学成像系统另包含滤光片14置于第三透镜13与成像面15之间，可选的滤光片14的材质为玻璃且不影响焦距。

本实施例光学成像系统满足条件式的值如表5所示。另外，请参考图13所示，第三透镜13像侧面上距离成像面水平距离最近的反曲点1321到光轴的垂直距离yc32如图所示，第三透镜13像侧面与光轴的交点至第三透镜像侧面的最大有效半径位置于光轴的水平位移距离sag32如图所示。

实施例1详细的光学数据如表1-1所示，曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为光学成像系统的焦距，fno为光圈值，hfov为半视场角，且表面0-12依序表示由物侧至像侧的各表面。其中表面3-9依次表示第一透镜物侧面、第一透镜像侧面、光圈、第二透镜物侧面、第二透镜像侧面、第三透镜物侧面和第三透镜像侧面。

表1-1

本光学成像系统中各透镜采用非球面设计，非球面的曲线方程式表示如下：

其中，x表示非球面上距离光轴为y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对距离；r表示曲率半径；y表示非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；k表示圆锥系数；ai表示第i阶非球面系数。

本实施例各透镜的非球面系数如表1-2所示，k表示非球面曲线方程式中的圆锥系数，a2-a16分别表示透镜表面第2-16阶非球面系数。本实施例光学成像系统的像散曲线图、畸变曲线图以及球差曲线图分别如图2(a)、图2(b)和图3所示，其中像散曲线图和畸变曲线图中波长为0.580μm，球差曲线图中波长为0.430μm、0.505μm和0.580μm。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的光学成像系统示意图、像散曲线图、畸变曲线图与球差曲线图，表格中数据的定义皆与实施例1的表1-1及表1-2的定义相同，以下不加赘述。

表1-2

【实施例2】

请参考图4，图4示出了实施例2的光学成像系统的结构示意图。由图可知，本实施例光学成像系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的平板元件、第一透镜21、光圈20、第二透镜22和第三透镜23，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。所述第一透镜21具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜22具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。所述第三透镜23具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面。此外，本光学成像系统还包含有滤光片24置于第三透镜23与成像面25之间，可选的滤光片24的材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表2-1、表2-2以及表5。对应的像散曲线图、畸变曲线图以及球差曲线图分别如图5(a)、图5(b)和图6所示。

表2-1

表2-2

【实施例3】

请参考图7，图7示出了实施例3的光学成像系统的结构示意图。由图可知，本实施例光学成像系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的平板元件、第一透镜31、光圈30、第二透镜32和第三透镜33，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。所述第一透镜31具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜32具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。所述第三透镜33具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面。此外，本光学成像系统还包含有滤光片34置于第三透镜33与成像面35之间，可选的滤光片34的材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表3-1、表3-2以及表5。对应的像散曲线图、畸变曲线图以及球差曲线图分别如图8(a)、图8(b)和图9所示。

表3-1

表3-2

【实施例4】

请参考图10，图10示出了实施例4的光学成像系统的结构示意图。由图可知，本实施例光学成像系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的平板元件、第一透镜41、光圈40、第二透镜42和第三透镜43，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。所述第一透镜41具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜42具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。所述第三透镜43具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面。此外，本光学成像系统还包含有滤光片44置于第三透镜43与成像面45之间，可选的滤光片44的材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表4-1、表4-2以及表5。对应的像散曲线图、畸变曲线图以及球差曲线图分别如图11(a)、图11(b)和图12所示。

表4-1

表4-2

综上，实施例1至实施例4分别满足表5所示的条件式。

表5

相应的，本发明实施例还提供一种摄像装置，所述摄像装置包括电子感光元件和以上所述的光学成像系统，所述电子感光元件设置于所述光学成像系统的成像面。

本实施例提供的摄像装置采用的光学成像系统为三片式透镜结构，通过合理地约束光学系统的光学总长和其焦距的比值，能够在减小光学系统体积的同时，提高光学系统的成像清晰度，使能够摄取到细节清晰的图像。本摄像装置应用于装载在电子设备屏幕下方的指纹识别系统，能够摄取到清晰图像，提供优良的成像品质，并且系统体积小，能够符合电子设备全面屏幕的发展趋势。

以上对本发明所提供的一种光学成像系统及摄像装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。