CN109116510B - 二片式红外单波长投影镜片组 - Google Patents

二片式红外单波长投影镜片组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二片式红外单波长投影镜片组，由成像侧至像源侧依序包含：一第一透镜，具有屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面；一光圈；一第二透镜，具有正屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面。藉此，达到一种具有较佳影像感测功能的二片式红外单波长投影镜片组。

Description

二片式红外单波长投影镜片组
技术领域
本发明涉及投影镜片组，特别是指一种应用于电子产品上的小型化二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，特别是在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，多半以画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，唯目前游戏机是以更具立体、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的平面游戏侦测为要求，以致于无法满足3D游戏侧重的纵深感应功效。
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，乃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，遂为红外线波长接收的镜片组目前急欲克服的技术瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种二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二片式红外单波长投影镜片组。
为解决上述问题，本发明提供一种二片式红外单波长投影镜片组，由成像侧至像源侧依序包含：一第一透镜，具有屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面；一光圈；一第二透镜，具有正屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面。
较佳地，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：-5＜f1/f2＜13.5。藉此，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。
较佳地，其中该二片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜的焦距为f1，并满足下列条件：-0.9＜f/f1＜0.7。藉此，可有效控制第一透镜的屈折力强度，以避免屈折力太弱造成光线汇聚效果不佳，或屈折力太强导致球差过大。
较佳地，其中该二片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：0.1＜f/f2＜2.8。藉此，可有利于降低敏感度。
较佳地，其中该第一透镜的焦距为f1，该第一透镜的成像侧表面曲率半径为R1，并满足下列条件：-2.4＜f1/R1＜13.6。藉此，可有利于降低失真。
较佳地，其中该第一透镜的焦距为f1，该第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，并满足下列条件：-4.4＜f1/R2＜12.7。藉此，第一透镜像源侧表面的曲率较合适，有助于缩短二片式红外单波长投影镜片组的总长度。
较佳地，其中该第二透镜的焦距为f2，该第二透镜的成像侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：3.5＜f2/R3＜12.3。藉此，有助于降低二片式红外单波长投影镜片组敏感度，可有效地提高生产良率。
较佳地，其中该第二透镜的焦距为f2，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：4.4＜f2/R4＜20.2。藉此，有助于修正二片式红外单波长投影镜片组的像差及降低其敏感度，以提升成像质量。
较佳地，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：0.06＜R1/R2＜13。藉此，可有利于球差的补正。
较佳地，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：0.9＜R3/R4＜2.3。藉此，可避免第二透镜像源侧表面曲率过大，造成敏感度过高，而使造成良率下降。
较佳地，其中该第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：0.003＜R2/R4＜0.3。藉此，以修正像差。
较佳地，其中该第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的成像侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：R2/R3＝97.94、7.47、3.43、2.65或9.89。藉此，以修正像差。
较佳地，其中该第一透镜的成像侧表面曲率半径为R1，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：2＜R1/R4＜255。藉此，以修正像差。
较佳地，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＜1.3。藉此，使镜头与外在环境的接触更为坚固且易于保养，以提升产品的妥善率。
较佳地，其中该二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：0.8＜f/TL＜1.7。藉此，可有利于维持该二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。
较佳地，其中该第一透镜的折射率为n1，该第二透镜的折射率为n2，并满足下列条件：n1＞1.6且n2＞1.6。藉此，有利于整体二片式红外单波长投影镜片组的透镜匹配与调和，以提供较佳地像差平衡能力。
附图说明
图1A是本发明第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图。
图1B由左至右依序为第一实施例的二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二片式红外单波长投影镜片组的示意图。
图2B由左至右依序为第二实施例的二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二片式红外单波长投影镜片组的示意图。
图3B由左至右依序为第三实施例的二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二片式红外单波长投影镜片组的示意图。
图4B由左至右依序为第四实施例的二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0二片式红外单波长投影镜片组的示意图。
图5B由左至右依序为第四实施例的二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
180、280、380、480、580：像源面
190、290、390、490、590：光轴
f：二片式红外单波长投影镜片组的焦距
Fno：二片式红外单波长投影镜片组的光圈值
FOV：二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
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
CT1：第一透镜于光轴上的厚度
CT2：第二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
具体实施方式
＜第一实施例>
请参照图1A及图1B，其中图1A绘示依照本发明第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图，图1B由左至右依序为第一实施例的二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，二片式红外单波长投影镜片组包含有一光圈100和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依序包含第一透镜110、第二透镜120、以及像源面180，其中该二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100设置在该第一透镜110的成像侧表面111与该第二透镜120的像源侧表面122之间。
该第一透镜110具有正屈折力，且为塑料材质，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处为凹面，且该成像侧表面111及像源侧表面112皆为非球面。
该第二透镜120具有正屈折力，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。
上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：
Figure GDA0002585487350000051
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(conic constant)，而A、B、C、D、E、G、……为高阶非球面系数。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，二片式红外单波长投影镜片组的焦距为f，二片式红外单波长投影镜片组的光圈值(f-number)为Fno，二片式红外单波长投影镜片组中最大视场角(画角)为FOV，其数值如下：f＝4.40(公厘)；Fno＝1.8；以及FOV＝6.5(度)。
第一实施例的二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＝2.11。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该二片式红外单波长投影镜片组的焦距为f，该第一透镜110的焦距为f1，并满足下列条件：f/f1＝0.26
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该二片式红外单波长投影镜片组的焦距为f，该第二透镜120的焦距为f2，并满足下列条件：f/f2＝0.55。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第一透镜110的成像侧表面111曲率半径为R1，并满足下列条件：f1/R1＝1.85。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的焦距为f1，该第一透镜110的像源侧表面112曲率半径为R2，并满足下列条件：f1/R2＝0.26。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第二透镜120的焦距为f2，该第二透镜120的成像侧表面121曲率半径为R3，并满足下列条件：f2/R3＝11.89。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片中，该第二透镜120的焦距为f2，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：f2/R4＝19.86。
第一实施例的二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＝0.14。
第一实施例的二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＝1.67。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的像源侧表面112曲率半径为R2，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：R2/R4＝0.01。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的像源侧表面112曲率半径为R2，该第二透镜120的成像侧表面121曲率半径为R3，并满足下列条件：R2/R3＝97.94。
第一实施例的二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，该第二透镜120的像源侧表面122曲率半径为R4，并满足下列条件：R1/R4＝22.62。
第一实施例的二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＝0.64。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该二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＝1.25。
第一实施例的二片式红外单波长投影镜片组中，该第一透镜110的折射率为n1，该第二透镜120的折射率为n2，并满足下列条件：n1＝1.65且n2＝1.65。
再配合参照下列表1及表2。
Figure GDA0002585487350000071
Figure GDA0002585487350000072
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0-7依序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绘示依照本发明第二实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图，图2B由左至右依序为第二实施例的二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，二片式红外单波长投影镜片组包含有一光圈200和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依序包含第一透镜210、第二透镜220、以及像源面280，其中该二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200设置在该第一透镜210的成像侧表面211与该第二透镜220的像源侧表面222之间。
该第一透镜210具有正屈折力，且为塑料材质，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处为凹面，且该成像侧表面211及像源侧表面212皆为非球面。
该第二透镜220具有正屈折力，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。
再配合参照下列表3、以及表4。
Figure GDA0002585487350000081
Figure GDA0002585487350000082
Figure GDA0002585487350000091
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，在此不加以赘述。
配合表3、以及表4可推算出下列数据：
Figure GDA0002585487350000092
＜第三实施例>
请参照图3A及图3B，其中图3A绘示依照本发明第三实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图，图3B由左至右依序为第三实施例的二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，二片式红外单波长投影镜片组包含有一光圈300和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依序包含第一透镜310、第二透镜320、以及像源面380，其中该二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的成像侧表面311与该第二透镜320的像源侧表面322之间。
该第一透镜310具有负屈折力，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，且为塑料材质，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处为凹面，且该成像侧表面321及像源侧表面322皆为非球面。
再配合参照下列表5、以及表6。
Figure GDA0002585487350000101
Figure GDA0002585487350000102
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，在此不加以赘述。
配合表5、以及表6可推算出下列数据：
Figure GDA0002585487350000103
Figure GDA0002585487350000111
＜第四实施例>
请参照图4A及图4B，其中图4A绘示依照本发明第四实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图，图4B由左至右依序为第四实施例的二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，二片式红外单波长投影镜片组包含有一光圈400和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依序包含第一透镜410、第二透镜420、以及像源面480，其中该二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400设置在该第一透镜410的成像侧表面411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，且为塑料材质，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处为凹面，且该成像侧表面411及像源侧表面412皆为非球面。
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处为凹面，且该成像侧表面421及像源侧表面422皆为非球面。
再配合参照下列表7、以及表8。
Figure GDA0002585487350000112
Figure GDA0002585487350000113
Figure GDA0002585487350000121
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，在此不加以赘述。
配合表7、以及表8可推算出下列数据：
Figure GDA0002585487350000122
＜第五实施例>
请参照图5A及图5B，其中图5A绘示依照本发明第五实施例的二片式红外单波长投影镜片组的示意图，图5B由左至右依序为第五实施例的二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，二片式红外单波长投影镜片组包含有一光圈500和一光学组，该光学组由成像侧至像源侧依序包含第一透镜510、第二透镜520、以及像源面580，其中该二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500设置在该第一透镜510的成像侧表面511与该第二透镜520的像源侧表面522之间。
该第一透镜510具有负屈折力，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，且为塑料材质，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，且该成像侧表面521及像源侧表面522皆为非球面。
再配合参照下列表9、以及表10。
Figure GDA0002585487350000131
Figure GDA0002585487350000132
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，在此不加以赘述。
配合表9、以及表10可推算出下列数据：
Figure GDA0002585487350000133
Figure GDA0002585487350000141
本发明提供的二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，则可以增加二片式红外单波长投影镜片组屈折力配置的自由度。此外，二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二片式红外单波长投影镜片组的总长度。
本发明提供的二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。
综上所述，上述各实施例及图式仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (15)

1.一种二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：由成像侧至像源侧依序包含：
一第一透镜，具有屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面；
一光圈；
一第二透镜，具有正屈折力，其成像侧表面近光轴处为凸面，其像源侧表面近光轴处为凹面，其成像侧表面与像源侧表面至少一表面为非球面；
所述第一透镜的成像侧表面曲率半径为R1，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：2＜R1/R4＜255。
2.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：-5＜f1/f2＜13.5。
3.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述二片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第一透镜的焦距为f1，并满足下列条件：-0.9＜f/f1＜0.7。
4.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述二片式红外单波长投影镜片组的整体焦距为f，该第二透镜的焦距为f2，并满足下列条件：0.1＜f/f2＜2.8。
5.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的焦距为f1，该第一透镜的成像侧表面曲率半径为R1，并满足下列条件：-2.4＜f1/R1＜13.6。
6.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的焦距为f1，该第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，并满足下列条件：-4.4＜f1/R2＜12.7。
7.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第二透镜的焦距为f2，该第二透镜的成像侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：3.5＜f2/R3＜12.3。
8.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第二透镜的焦距为f2，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：4.4＜f2/R4＜20.2。
9.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述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：0.06＜R1/R2＜13。
10.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述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：0.9＜R3/R4＜2.3。
11.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的像源侧表面曲率半径为R4，并满足下列条件：0.003＜R2/R4＜0.3。
12.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的像源侧表面曲率半径为R2，该第二透镜的成像侧表面曲率半径为R3，并满足下列条件：R2/R3＝97.94、7.47、3.43、2.65或9.89。
13.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述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＜1.3。
14.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述二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：0.8＜f/TL＜1.7。
15.如权利要求1所述的二片式红外单波长投影镜片组，其特征在于：所述第一透镜的折射率为n1，该第二透镜的折射率为n2，并满足下列条件：n1＞1.6且n2＞1.6。
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