三片式红外单波长投影镜片组的制作方法

本发明是与投影镜片组有关，特别是指一种应用于电子产品上的小型化三片式红外单波长投影镜片组。

背景技术：

现今数字影像技术不断创新、变化，特别是数字相机与移动电话等的数字载体皆朝小型化发展，而使感光组件如ccd或cmos亦被要求更小型化，在红外线聚焦镜片应用，除了运用于摄影领域中，近年来亦大量转用于游戏机的红外线接收与感应领域，且为使其游戏机感应使用者的范围更宽广，目前接收红外线波长的镜片组，多半以视场角较大的广角镜片组为主流。

其中，申请人先前亦提出多件有关红外线波长接收的镜片组，但目前游戏机以更具立体、真实及临场感的3d游戏为主，故就目前或申请人先前的镜片组，皆以2d的平面游戏侦测为诉求，以致于无法满足3d游戏侧重纵深感应的功效。

再者，有关游戏机专用的红外线接收、感应镜片组，为追求低廉而采用塑料镜片，一来材质透光性较差是影响游戏机纵深侦测精度不足关键要素之一，二来塑料镜片容易于环境温度过热或过冷，以致镜片组的焦距改变而无法精确对焦侦测，如上所述，是目前红外线波长接收的镜片组无法满足3d游戏纵深距离精确感应的两大技术课题。

有鉴于此，如何提供一种精确纵深距离侦测、接收，以及防止镜片组焦距改变影响纵深侦测效果，是红外线波长接收的镜片组目前急需克服的技术瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种三片式红外单波长投影镜片组，尤指一种具有较佳影像感测功能的三片式红外单波长投影镜片组。

为了达成前述目的，本发明所提供了一种三片式红外单波长投影镜片组，由成像侧至像源侧依次包含：一第一透镜，具有正屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面；一第二透镜，具有屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面；一第三透镜，具有正屈折力，其成像侧表面近光轴处为凹面，其像源侧表面近光轴处为凸面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面；一光圈，设置在该第一透镜的像源侧表面之前或该第一透镜的像源侧表面与第二透镜的像源侧表面之间；其中该第一透镜或第二透镜其中之一透镜为玻璃材质。

优选地，其中该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，并满足下列条件：0.8<f/f12<1.5。由此，透过第一透镜与第二透镜屈折力的适当配置，有效兼具大视角与小型化的特色。

优选地，其中该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，并满足下列条件：0.1<f/f23<1.3。由此，该三片式红外单波长投影镜片组可于缩短光学总长与修正像差之间取得平衡。

优选地，其中该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：-0.5<f1/f2<0.7。由此，使该第一透镜与该第二透镜的屈折力配置较为合适，可有利于减少系统像差的过度增大。

优选地，其中该第二透镜的焦距为f2，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：-2.6<f2/f3<18.2。由此，使该第二透镜与该第三透镜的屈折力配置较为平衡，有助于像差的修正与敏感度的降低。

优选地，其中该第一透镜的焦距为f1，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.1<f1/f3<1.8。由此，有效分配第一透镜的正屈折力，降低该三片式红外单波长投影镜片组的敏感度。

优选地，其中该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜与第三透镜的合成焦距为f23，并满足下列条件：0.1<f1/f23<1.3。由此，该三片式红外单波长投影镜片组的解像能力显著提升。

优选地，其中该第一透镜与第二透镜的合成焦距为f12，该第三透镜的焦距为f3，并满足下列条件：0.2<f12/f3<1.4。由此，该三片式红外单波长投影镜片组的解像能力显著提升。

优选地，其中该第一透镜的成像侧表面曲率半径为r1，该第一透镜的像源侧表面曲率半径为r2，并满足下列条件：-0.8<r1/r2<1.1。由此，有效降低该三片式红外单波长投影镜片组的球差与像散。

优选地，其中该第二透镜的成像侧表面曲率半径为r3，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为r4，并满足下列条件：-1.7<r3/r4<1.9。由此，有效降低该三片式红外单波长投影镜片组的球差与像散。

优选地，其中该第三透镜的成像侧表面曲率半径为r5，该第三透镜的像源侧表面曲率半径为r6，并满足下列条件：0.4<r5/r6<1.2。由此，有效降低该三片式红外单波长投影镜片组的球差与像散。

优选地，其中该第一透镜于光轴上的厚度为ct1，该第二透镜于光轴上的厚度为ct2，并满足下列条件：0.3<ct1/ct2<1.8。由此，可有助于透镜的成型性及均质性。

优选地，其中该第二透镜于光轴上的厚度为ct2，该第三透镜于光轴上的厚度为ct3，并满足下列条件：0.2<ct2/ct3<1.0。由此，让成像质量与敏感度之间获得适当的平衡。

优选地，其中该第一透镜于光轴上的厚度为ct1，该第三透镜于光轴上的厚度为ct3，并满足下列条件：0.1<ct1/ct3<1.1。由此，可有助于透镜的成型性及均质性。

优选地，其中该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜的成像侧表面至像源面于光轴上的距离为tl，并满足下列条件：0.7<f/tl<1.2。由此，可有利于维持该三片式红外单波长投影镜片组的小型化，以搭载于轻薄的电子产品上。

优选地，其中该第一透镜与第二透镜两者中为玻璃材质透镜的折射率为n玻璃、为塑料材质透镜的折射率为n塑料，并满足下列条件：n玻璃>1.7且n塑料>1.6。据此，由于玻璃材质的透镜提供了较大的折射率，玻璃材质透镜的屈折力得以增强。

优选地，其中该第一透镜与第二透镜两者中为玻璃材质透镜的色散系数为v玻璃、为塑料材质透镜的色散系数为v塑料，并满足下列条件：23<v玻璃-v塑料<43。由此，有利于整体三片式红外单波长投影镜片组的透镜匹配与调和，可有效修正色差，以提供较佳的像差平衡能力。

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术、手段及其他的功效，兹举五较佳可行实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1a是本发明第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图。

图1b由左至右依次为第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。

图2a是本发明第二实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图。

图2b由左至右依次为第二实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。

图3a是本发明第三实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图。

图3b由左至右依次为第三实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。

图4a是本发明第四实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图。

图4b由左至右依次为第四实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。

图5a是本发明第五实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图。

图5b由左至右依次为第四实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。

附图标记说明。

100、200、300、400、500：光圈

110、210、310、410、510：第一透镜

111、211、311、411、511：成像侧表面

112、212、312、412、512：像源侧表面

120、220、320、420、520：第二透镜

121、221、321、421、521：成像侧表面

122、222、322、422、522：像源侧表面

130、230、330、430、530：第三透镜

131、231、331、431、531：成像侧表面

132、232、332、432、532：像源侧表面

180、280、380、480、580：像源面

190、290、390、490、590：光轴

f：三片式红外单波长投影镜片组的焦距

fno：三片式红外单波长投影镜片组的光圈值

fov：三片式红外单波长投影镜片组中最大视场角

f1：第一透镜的焦距

f2：第二透镜的焦距

f3：第三透镜的焦距

f12：第一透镜与第二透镜的合成焦距

f23：第二透镜与第三透镜的合成焦距

r1：第一透镜的成像侧表面曲率半径

r2：第一透镜的像源侧表面曲率半径

r3：第二透镜的成像侧表面曲率半径

r4：第二透镜的像源侧表面曲率半径

r5：第三透镜的成像侧表面曲率半径

r6：第三透镜的像源侧表面曲率半径

ct1：第一透镜于光轴上的厚度

ct2：第二透镜于光轴上的厚度

ct3：第三透镜于光轴上的厚度

tl：第一透镜的成像侧表面至像源面于光轴上的距离

n玻璃：为玻璃材质透镜的折射率

n塑料：为塑料材质透镜的折射率

v玻璃：为玻璃材质透镜的色散系数

v塑料：为塑料材质透镜的色散系数

具体实施方式

<第一实施例>

请参照图1a及图1b，其中图1a绘示了依照本发明第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图，图1b由左至右依次为第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。由图1a可知，三片式红外单波长投影镜片组系包含有一光圈100和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依次包含第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、以及像源面180，其中该三片式红外单波长投影镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈100设置在该第一透镜110的像源侧表面112之前。

该第一透镜110具有正屈折力，且为玻璃材质，其成像侧表面111近光轴190处为凸面，其像源侧表面112近光轴190处为凸面。

该第二透镜120具有负屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面121近光轴190处为凸面，其像源侧表面122近光轴190处为凹面，且该成像侧表面121及像源侧表面122皆为非球面。

该第三透镜130具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面131近光轴190处为凹面，其像源侧表面132近光轴190处为凸面，且该成像侧表面131及像源侧表面132皆为非球面。

上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：

其中z为沿光轴190方向在高度为h的位置以表面顶点作参考的位置值；c是透镜表面靠近光轴190的曲率，并为曲率半径(r)的倒数(c＝1/r)，r为透镜表面靠近光轴190的曲率半径，h是透镜表面距离光轴190的垂直距离，k为圆锥系数(conicconstant)，而a、b、c、d、e、g、……为高阶非球面系数。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，三片式红外单波长投影镜片组的焦距为f，三片式红外单波长投影镜片组的光圈值(f-number)为fno，三片式红外单波长投影镜片组中最大视场角为fov，其数值如下：f＝3.33(毫米)；fno＝2.4；以及fov＝15.05(度)。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜110与第二透镜120的合成焦距为f12，并满足下列条件：f/f12＝1.117。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第二透镜120与第三透镜130的合成焦距为f23，并满足下列条件：f/f23＝0.451。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第二透镜120的焦距为f2，并满足下列条件：f1/f2＝-0.378。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第二透镜120的焦距为f2，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f2/f3＝-1.528。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f1/f3＝0.578。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第二透镜120与第三透镜130的合成焦距为f23，并满足下列条件：f1/f23＝0.343。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110与第二透镜120的合成焦距为f12，该第三透镜130的焦距为f3，并满足下列条件：f12/f3＝0.681。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的成像侧表面111曲率半径为r1，该第一透镜110的像源侧表面112曲率半径为r2，并满足下列条件：r1/r2＝-0.415。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第二透镜120的成像侧表面121曲率半径为r3，该第二透镜120的像源侧表面122曲率半径为r4，并满足下列条件：r3/r4＝1.482。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第三透镜130的成像侧表面131曲率半径为r5，该第三透镜130的像源侧表面132曲率半径为r6，并满足下列条件：r5/r6＝1.098。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110于光轴190上的厚度为ct1，该第二透镜120于光轴190上的厚度为ct2，并满足下列条件：ct1/ct2＝1.400。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第二透镜120于光轴190上的厚度为ct2，该第三透镜130于光轴190上的厚度为ct3，并满足下列条件：ct2/ct3＝0.548。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110于光轴190上的厚度为ct1，该第三透镜130于光轴190上的厚度为ct3，并满足下列条件：ct1/ct3＝0.768。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该三片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜110的成像侧表面111至像源面180于光轴190上的距离为tl，并满足下列条件：f/tl＝0.936。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110为玻璃材质透镜，且其折射率为n玻璃，该第二透镜120及第三透镜130皆为塑料材质透镜，且其折射率为n塑料，并满足下列条件：n玻璃＝1.73且n塑料＝1.65。

第一实施例的三片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110为玻璃材质透镜，且其色散系数为v玻璃，该第二透镜120及第三透镜130皆为塑料材质透镜，且其色散系数为v塑料，并满足下列条件：v玻璃-v塑料＝33.2。但不以此为限，只要是该v玻璃-v塑料的值大于23、小于43皆可。

再配合参照下列表1及表2。

表1为图1a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mm，且表面0-9依次表示由成像侧至像源侧的表面。表2为第一实施例中的非球面数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，a、b、c、d、e、f、……为高阶非球面系数。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1、及表2的定义相同，在此不加赘述。

<第二实施例>

请参照图2a及图2b，其中图2a绘示了依照本发明第二实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图，图2b由左至右依次为第二实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。由图2a可知，三片式红外单波长投影镜片组系包含有一光圈200和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依次包含第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、以及像源面280，其中该三片式红外单波长投影镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈200设置在该第一透镜210的像源侧表面212之前。

该第一透镜210具有正屈折力，且为玻璃材质，其成像侧表面211近光轴290处为凸面，其像源侧表面212近光轴290处为凸面。

该第二透镜220具有负屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面221近光轴290处为凸面，其像源侧表面222近光轴290处为凹面，且该成像侧表面221及像源侧表面222皆为非球面。

该第三透镜230具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面231近光轴290处为凹面，其像源侧表面232近光轴290处为凸面，且该成像侧表面231及像源侧表面232皆为非球面。

再配合参照下列表3、以及表4。

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，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不再赘述。

配合表3、以及表4可推算出下列数据：

<第三实施例>

请参照图3a及图3b，其中图3a绘示了依照本发明第三实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图，图3b由左至右依次为第三实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。由图3a可知，三片式红外单波长投影镜片组系包含有一光圈300和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依次包含第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、以及像源面380，其中该三片式红外单波长投影镜片组中具屈折力的透镜为二片。该光圈300设置在该第一透镜310的像源侧表面312之前。

该第一透镜310具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面311近光轴390处为凸面，其像源侧表面312近光轴390处为凹面，且该成像侧表面311及像源侧表面312皆为非球面。

该第二透镜320具有正屈折力，且为玻璃材质，其成像侧表面321近光轴390处为凸面，其像源侧表面322近光轴390处为凸面。

该第三透镜330具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面331近光轴390处为凹面，其像源侧表面332近光轴390处为凸面，且该成像侧表面331及像源侧表面332皆为非球面。

再配合参照下列表5、以及表6。

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，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不再赘述。

配合表5、以及表6可推算出下列数据：

<第四实施例>

请参照图4a及图4b，其中图4a绘示了依照本发明第四实施例之三片式红外单波长投影镜片组的示意图，图4b由左至右依次为第四实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。由图4a可知，三片式红外单波长投影镜片组系包含有一光圈400和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依次包含第一透镜410、第二透镜420、第三透镜430、以及像源面480，其中该三片式红外单波长投影镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈400设置在该第一透镜410的像源侧表面412与该第二透镜420的像源侧表面422之间。

该第一透镜410具有正屈折力，且为玻璃材质，其成像侧表面411近光轴490处为凸面，其像源侧表面412近光轴490处为凸面。

该第二透镜420具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面421近光轴490处为凸面，其像源侧表面422近光轴490处为凸面，且该成像侧表面421及像源侧表面422皆为非球面。

该第三透镜430具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面431近光轴490处为凹面，其像源侧表面432近光轴490处为凸面，且该成像侧表面431及像源侧表面432皆为非球面。

再配合参照下列表7、以及表8。

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，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不再赘述。

配合表7、以及表8可推算出下列数据：

<第五实施例>

请参照图5a及图5b，其中图5a绘示了依照本发明第五实施例的三片式红外单波长投影镜片组的示意图，图5b由左至右依次为第五实施例的三片式红外单波长投影镜片组的非点收差、歪曲收差曲线图。由图5a可知，三片式红外单波长投影镜片组系包含有一光圈500和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依次包含第一透镜510、第二透镜520、第三透镜530、以及像源面580，其中该三片式红外单波长投影镜片组中具屈折力的透镜为三片。该光圈500设置在该第一透镜510的像源侧表面512之前。

该第一透镜510具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面511近光轴590处为凸面，其像源侧表面512近光轴590处为凹面，且该成像侧表面511及像源侧表面512皆为非球面。

该第二透镜520具有正屈折力，且为玻璃材质，其成像侧表面521近光轴590处为凸面，其像源侧表面522近光轴590处为凹面。

该第三透镜530具有正屈折力，且为塑料材质，其成像侧表面531近光轴590处为凹面，其像源侧表面532近光轴590处为凸面，且该成像侧表面531及像源侧表面532皆为非球面。

再配合参照下列表9、以及表10。

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，下表参数的定义皆与第一实施例相同，在此不再赘述。

配合表9、以及表10可推算出下列数据：

本发明提供的三片式红外单波长投影镜片组，透镜的材质可为塑料或玻璃，当透镜材质为塑料，可以有效降低生产成本，另当透镜的材质为玻璃，则可以增加三片式红外单波长投影镜片组屈折力配置的自由度。此外，三片式红外单波长投影镜片组中透镜的成像侧表面及像源侧表面可为非球面，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变量，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发明三片式红外单波长投影镜片组的总长度。

本发明提供的三片式红外单波长投影镜片组中，就以具有屈折力的透镜而言，若透镜表面系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；若透镜表面系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。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施范围，凡依本发明专利的技术方案所作的等同变化与修饰，都属于本发明专利所保护的范围。