光学镜头、光学指纹模组和电子设备的制作方法

1.本技术涉及光学领域，尤其是涉及一种光学镜头、光学指纹模组和电子设备。


背景技术：

2.近年来，随着全面屏技术飞速发展，在电子设备上搭载屏幕指纹识别装置成为一种技术趋势，尤其是光学式指纹识别，但目前的用于光学指纹解锁的光学镜头难以兼顾成本和性能。
3.在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强本公开的背景的理解，因此上述信息可包含既没有形成现有技术的任何部分且也没有形成可能教示给本领域普通技术人员的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.提供本发明内容以通过简化形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的选择的构思。本发明内容既不意在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
5.本发明提供一种光学镜头、光学指纹模组和电子设备，其能够在保证成像性能的情况，简化光学镜头的结构，并降低成本。
6.本发明的第一方面提供了一种光学镜头，包括透镜组，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜；
7.所述第一透镜和所述第二透镜沿着所述光学镜头的光轴由所述光学镜头的物方至所述光学镜头的成像面的方向顺序设置；
8.所述第一透镜具有负光焦度，所述第一透镜的物方表面沿着所述光轴是凹入的；
9.所述第二透镜具有正光焦度，所述第二透镜的物方表面和像方表面沿着所述光轴均是凸出的。
10.进一步地，所述的光学镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜和所述第二透镜之间。
11.进一步地，所述透镜组由所述第一透镜和所述第二透镜组成。
12.进一步地，所述光学镜头满足：4≤ttl/f≤6；
13.其中，ttl为所述第一透镜的物方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离，f为所述光学镜头的有效焦距。
14.进一步地，所述光学镜头满足：ttl≤3.3，ttl为所述第一透镜的物方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离。
15.进一步地，所述光学镜头满足：fov≥100
°
；其中，fov为所述光学镜头的视场角。
16.进一步地，所述光学镜头满足：1≤imgh/f≤2；
17.其中，imgh为所述光学镜头的最大视场角的一半所对应的像高，f为所述光学镜头的有效焦距。
18.进一步地，所述光学镜头满足：(|f1|+|f2|)/f≤9；
19.其中，f1为所述第一透镜的有效焦距，f2为所述第二透镜的有效焦距，f为所述光学镜头的有效焦距。
20.进一步地，所述光学镜头满足：f/epd≤1.5；
21.其中，f为所述光学镜头的有效焦距，epd为所述光学镜头的入瞳直径。
22.进一步地，所述光学镜头满足：bfl/ttl≤0.4；
23.其中，bfl为所述第二透镜的像方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离；
24.ttl为所述第一透镜的物方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离。
25.进一步地，所述光学镜头满足：1.5≤nd1≤1.7，20≤vd1≤70；
26.其中，nd1为所述第一透镜的折射率，vd1为所述第一透镜的阿贝数。
27.进一步地，所述光学镜头满足：1.5≤nd2≤1.7，20≤vd2≤70；
28.其中，nd2为所述第二透镜的折射率，vd2为所述第二透镜的阿贝数。
29.本发明的第二方面提供了一种光学指纹模组，包括图像传感器和如上所述的光学镜头，所述图像传感器设置于所述光学镜头的像方侧。
30.本发明的第三方面提供了一种电子设备，包括显示屏和如上所述的光学指纹模组，所述显示屏设置于所述光学指纹模组的物方侧。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明提供的光学镜头包括沿光学镜头的光轴由物方至成像面的方向顺序设置的第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负光焦度，且第一透镜的物方表面沿着光轴是凹入的。第二透镜具有正光焦度，且第二透镜的物方表面和像方表面沿着光轴均是凸出的。根据本技术的光学镜头，能够在保证成像性能的情况下降低成本。
33.本发明还提供了一种光学指纹模组，所述光学指纹模组包括图像传感器和如上所述的光学镜头，所述图像传感器设置于所述光学镜头的像方侧；所述光学指纹模组包括所述的光学镜头，因而所述的光学指纹模组也具有光学镜头的有益效果，可以适配更小型的电子设备。
34.本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括显示屏和如上所述的光学指纹模组，所述显示屏设置于所述光学镜头的物方侧；所述电子设备包括设置有上述光学镜头的光学指纹模组，因而也具有光学镜头的有益效果。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
36.图1是示出具有光学镜头的电子设备的第一示例的示图。
37.图2呈现图1所示的光学镜头的mtf曲线。
38.图3呈现图1所示的光学镜头的像散曲线。
39.图4呈现图1所示的光学镜头的畸变曲线。
40.图5是示出具有光学镜头的电子设备的第二示例的示图。
41.图6呈现图5所示的光学镜头的mtf曲线。
42.图7呈现图5所示的光学镜头的像散曲线。
43.图8呈现图5所示的光学镜头的畸变曲线。
44.附图标记：
45.在图1中：100-显示屏，110-第一透镜，sto-光阑，120-第二透镜，130-滤光器，140-图像传感器；
46.在图5中：200-示屏，210-第一透镜，sto-光阑，220-第二透镜，230-滤光器，240-图像传感器。
具体实施方式
47.提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
48.这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例，仅用于说明在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的实现在此所述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。
49.本技术的第一方面提供了一种光学镜头，以能够在保证成像性能的情况下降低成本。
50.在本技术的实施例中，第一透镜是最接近物(或被摄体)的透镜，而第二透镜是最接近成像面(或图像传感器)的透镜。此外，在本技术中，均以毫米(mm)为单位表示透镜的曲率半径、有效半径与厚度、从第一透镜的物方表面至成像面的距离(ttl)、光学镜头的最大视场角的一半所对应的像高(imgh)、光学镜头的入瞳直径(epd)、第二透镜的像方表面至成像面的距离(bfl)以及焦距。
51.此外，透镜的厚度、透镜之间的距离以及ttl是基于透镜的光轴测量的距离。此外，在透镜的形状的描述中，透镜的一个表面沿着光轴凸出的表述意味着对应表面的近轴区域凸出，透镜的一个表面沿着光轴凹入的表述意味着对应表面的近轴区域凹入。因此，即使当透镜的一个表面被描述凸出，透镜的所述一个表面的边缘部分可凹入。同样地，即使当透镜的一个表面被描述为凹入，透镜的所述一个表面的边缘部分可凸出。
52.本技术提供的光学镜头包括透镜组，所述透镜组包括两个透镜；例如，所述光学镜头包括沿所述光学镜头的光轴由所述光学镜头的物方至成像面的方向顺序设置的第一透镜和第二透镜。
53.第一透镜具有光焦度，例如，第一透镜具有负光焦度。第一透镜的物方表面沿着光轴是凹入的，第一透镜的像方表面沿着光轴可以是凸出的或凹入的。第二透镜具有光焦度，例如，第二透镜具有正光焦度，且第二透镜的物方表面和像方表面沿着光轴均是凸出的。
54.第一透镜为非球面镜，例如，第一透镜的物方表面和像方表面均为非球面表面。第二透镜为非球面镜，例如，第二透镜的物方表面和像方表面均为非球面表面。
55.第一透镜和第二透镜的任意非球面表面可通过表达式1来表述：
[0056][0057]
其中，r为曲率半径，k为圆锥系数，a1-a20为非球面表面的高阶项系数，x为透镜的对应表面的有效半径值，z为非球面表面的矢高。
[0058]
在一些实施例中，光学镜头还可以包括光阑和/或滤光器。
[0059]
光阑设置于第一透镜和第二透镜之间，在该位置设置光阑可以更好地控制进光量，以利于提高成像效果，并可以达到广角的效果。
[0060]
滤光器可设置在第二透镜的像方侧，滤光器可设置在第二透镜和如下所述的图像传感器之间。滤光器用于阻截部分波长的光，以利于实现清晰成像。例如，滤光器为红外滤光片，用于阻截红外波长的光。
[0061]
本技术的第二方面涉及一种光学指纹模组，其中光学指纹模组包括图像传感器和前述第一方面所述的光学镜头，图像传感器设置于光学镜头的像方侧。
[0062]
图像传感器可以形成成像面；例如，图像传感器的感光像素阵列的表面可以形成成像面。
[0063]
本技术的第三方面涉及一种电子设备，其中电子设备包括显示屏和如上所述的光学指纹模组，显示屏设置在光学镜头的物方侧。这里，电子设备可以是手机、平板电脑、游戏设备等便携式或移动终端。在电子设备中，光学指纹模组设置在显示屏的下方，用于接收携带指纹信息的光束，光学指纹模组中的光学镜头用于将入射的光束引导至图像传感器，所述图像传感器将光束转换为指纹信号并且基于所述指纹信号获得指纹图像。在实施例中，显示屏可以为手指提供光源，光源照亮该手指并反射携带光信号的光束。
[0064]
本公开所涉及的光学镜头、光学指纹模组、电子设备中，可满足以下条件表达式：
[0065]
在一些实施例中，满足4≤ttl/f≤6。
[0066]
在一些实施例中，满足ttl≤3.3。
[0067]
在一些实施例中，满足fov≥100
°
。
[0068]
在一些实施例中，满足1≤imgh/f≤2。
[0069]
在一些实施例中，满足(|f1|+|f2|)/f≤9。
[0070]
在一些实施例中，满足f/epd≤1.5。
[0071]
在一些实施例中，满足bfl/ttl≤0.4。
[0072]
在一些实施例中，满足1.5≤nd1≤1.7。
[0073]
在一些实施例中，满足1.5≤nd2≤1.7。
[0074]
在一些实施例中，满足20≤vd1≤70。
[0075]
在一些实施例中，满足20≤vd2≤70。
[0076]
在以上表达式中：
[0077]
ttl为所述第一透镜的物方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离，f为所述光学镜头的有效焦距，fov为所述光学镜头的视场角，imgh为所述光学镜头的最大视
场角的一半所对应的像高，f1为所述第一透镜的有效焦距，f2为所述第二透镜的有效焦距，epd为所述光学镜头的入瞳直径，bfl为所述第二透镜的像方表面到所述光学镜头的成像面于所述光轴上的距离，nd1为所述第一透镜的折射率，vd1为所述第一透镜的阿贝数，nd2为所述第二透镜的折射率，vd2为所述第二透镜的阿贝数。
[0078]
这里，根据4≤ttl/f≤6和ttl≤3.3，能够在保证成像性能的情况实现光学镜头的小型化。此外，根据fov≥100
°
，能够进一步保证光学镜头的广角特性，提高光学镜头的成像范围，提高指纹识别能力。此外，根据1≤imgh/f≤2，可以保证光学镜头的广角特性，减小图像传感器的尺寸以减小成本。此外，根据(|f1|+|f2|)/f≤9，可以保证第一透镜具有合理的光焦度，以利于提高光学镜头的成像质量，并降低敏感度。此外，根据f/epd≤1.5，能够有利于提高光学镜头的中心进光量，减少指纹光学镜头的解锁时间，提高解锁能力。此外，根据bfl/ttl≤0.4，能够有利于实现光学镜头的小型化，并使光学镜头具有较大的成像范围。此外，根据1.5≤nd1≤1.7、1.5≤nd2≤1.7、20≤vd1≤70以及20≤vd2≤70，能够有效控制光学镜头的中心厚度，降低各个透镜的加工难度，并有利于消除光学镜头的色差，提高光学镜头的成像质量。
[0079]
接下来，将描述根据若干示例的电子设备。
[0080]
首先，将参照图1描述根据第一示例的电子设备。电子设备包括显示屏100和光学指纹模组，显示屏100设置在光学指纹模块的物方侧。其中光学指纹模组包括光学镜头和图像传感器140，图像传感器140设置在光学镜头的像方侧。
[0081]
根据第一示例的光学镜头包括第一透镜110和第二透镜120，第一透镜110具有负光焦度，第一透镜110的物方表面沿着光轴是凹入的，第一透镜110的像方表面沿着光轴是凸出的；第二透镜120具有正光焦度，第二透镜120的物方表面和像方表面沿着光轴均是凸出的。光学镜头还包括光阑sto和滤光器130，光阑sto设置于第一透镜110和第二透镜120之间，滤光器130设置在第二透镜120和图像传感器140之间。
[0082]
在根据第一示例的光学镜头中，第一透镜的焦距f1为-1.617mm，第二透镜的焦距f2为0.556mm，光学镜头的总焦距(有效焦距)f为0.457mm，光学镜头的ttl为2.009mm，光学镜头的总长度(显示屏的下表面到成像面于光轴上的距离)ttl’为3.6mm，光学镜头的视场角fov为115
°
，光学镜头的最大视场角的一半所对应的像高imgh为0.663mm，光学镜头的入瞳直径epd为0.32mm，第二透镜的像方表面到成像面于光轴上的距离bfl为0.73mm，第一透镜的折射率nd1为1.54，第一透镜的阿贝数vd1为55.8，第二透镜的折射率nd2为1.54，第二透镜的阿贝数vd2为55.8。
[0083]
表1
[0084]
序号面型类曲率半径厚度ndvd圆锥系数obj标准面无限0
ꢀꢀ
0.00s01标准面无限1.201.5264.170.00s02标准面无限1.59
ꢀꢀ
0.00s1非球面-0.830.481.5455.8-12.62s2非球面-16.250.28
ꢀꢀ
0.00sto标准面无限0.02
ꢀꢀ
0.00s3非球面1.140.491.5455.80.00
s4非球面-0.350.15
ꢀꢀ‑
3.95s5标准面无限0.211.5264.170.00s6标准面无限0.37
ꢀꢀ
0.00s7标准面无限0.00
ꢀꢀ
0.00
[0085]
这里，圆锥系数为上述公式的高阶项系数。
[0086]
其中，obj代表物方或者被摄体，s01和s02分别代表例如显示屏的上表面和下表面，s1和s2分别代表第一透镜的物方表面和像方表面，sto代表光阑，s3和s4分别代表第二透镜的物方表面和像方表面，s5和s6分别代表滤光器的物方表面和像方表面，s7代表成像面。
[0087]
图2呈现了第一示例的光学镜头的像散曲线，其表示在0.537nm、0.55nm与0.49nm处的子午像面弯曲与弧矢像面弯曲在不同像高下的曲线；图3呈现了第一示例的光学镜头的畸变曲线，其表示在0.537nm、0.55nm与0.449nm处不同像高下的畸变曲线；图4呈现了第一示例的光学镜头的不同像高在不同空间频率下的mtf曲线。表1呈现根据第一示例的光学镜头的透镜的特性。
[0088]
将参照图5描述根据第二示例的电子设备。电子设备包括显示屏200和光学指纹模组，显示屏200设置在光学指纹模块的物方侧。其中光学指纹模组包括光学镜头和图像传感器240，图像传感器240设置在光学镜头的像方侧。
[0089]
根据第二示例的光学镜头包括第一透镜210和第二透镜220，第一透镜210具有负光焦度，第一透镜210的物方表面沿着光轴是凹入的，第一透镜210的像方表面沿着光轴是凸出的；第二透镜220具有正光焦度，第二透镜220的物方表面和像方表面沿着光轴均是凸出的。光学镜头还包括光阑sto和滤光器230，光阑sto设置于第一透镜210和第二透镜220之间，滤光器230设置在第二透镜220和图像传感器240之间。
[0090]
在根据第二示例的光学镜头中，第一透镜的焦距f1为-2.615mm，第二透镜的焦距f2为0.459mm，光学镜头的总焦距(有效焦距)f为0.359mm，光学镜头的ttl为1.899mm，光学镜头的总长度(显示屏的下表面到成像面于光轴上的距离)ttl’为2.75mm，光学镜头的视场角fov为115
°
，光学镜头的最大视场角的一半所对应的像高imgh为0.663mm，光学镜头的入瞳直径epd为0.25mm，第二透镜的像方表面到成像面于光轴上的距离bfl为0.7mm，第一透镜的折射率nd1为1.661，第一透镜的阿贝数vd1为20.53，第二透镜的折射率nd2为1.661，第二透镜的阿贝数vd2为20.53。
[0091]
表2
[0092]
序号面型类曲率半径厚度ndvd圆锥系数obj标准面无限0
ꢀꢀ
0.00s01标准面无限1.201.5264.170.00s02标准面无限0.85
ꢀꢀ
0.00s1非球面-0.80.481.6620.53-11.67s2非球面-1.820.33
ꢀꢀ
3.92sto标准面无限0.02
ꢀꢀ
0.00s3非球面2.590.381.6620.530.00s4非球面-0.330.01
ꢀꢀ‑
3.64
s5标准面无限0.211.5264.170.00s6标准面无限0.48
ꢀꢀ
0.00s7标准面无限0.00
ꢀꢀ
0.00
[0093]
这里，圆锥系数为上述公式的高阶项系数。
[0094]
其中，obj代表物方或者被摄体，s01和s02分别代表例如显示屏的上表面和下表面，s1和s2分别代表第一透镜的物方表面和像方表面，sto代表光阑，s3和s4分别代表第二透镜的物方表面和像方表面，s5和s6分别代表滤光器的物方表面和像方表面，s7代表成像面。
[0095]
图6呈现了第一示例的光学镜头的像散曲线，其表示在0.537nm、0.55nm与0.49nm处的子午像面弯曲与弧矢像面弯曲在不同像高下的曲线；图7呈现了第一示例的光学镜头的畸变曲线，其表示在0.537nm、0.55nm与0.49nm处不同像高下的畸变曲线；图8呈现了第一示例的光学镜头的不同像高在不同空间频率下的mtf曲线。表2呈现根据第一示例的光学镜头的透镜的特性。
[0096]
表3呈现根据第一示例和第二示例的光学镜头的条件表达式的值。
[0097]
表3
[0098]
条件式/实施式实施例1实施例2ttl/f4.3965.2896936ttl2.0091.899fov115115imgh/f1.451.8467967|f1|+|f2|/f4.75498.5627f/epd1.431.436bfl/ttl0.3660.3675619nd11.541.661vd155.820.53nd21.541.661vd255.820.53
[0099]
根据以上示例，能够在保证成像性能的情况下，降低成本。
[0100]
虽然本公开包括特定的示例，但是理解本技术的公开内容之后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此所描述的示例将仅被视为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、构架、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、构架、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。