CN112099192A - 光学透镜组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学透镜组，通过透镜的凹凸曲面排列设计、屈光率的条件以及满足一定条件式的设计，光学透镜组可在缩短整体的长度的情况下，仍可提供轻薄短小、成本低且光学质量优良的镜头。

Description

光学透镜组
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光学透镜组。
背景技术
近年来，便携式电子产品的应用越趋多元，除摄像与录像外，利用3D感测技术来辨识人脸或物体的应用也逐渐增加。
3D感测技术主要有二，一是光源发射出红外光，通过光学透镜组照射到物体表面反射回来，利用不同深度位置反射回来的时间，计算出不同位置的距离(深度)；另一种是光源通过光学透镜组形成特定形式的图形，经由不同物体深度的位置反射后会造成光线图形扭曲，借以反推该立体结构。而为使投影的光线能被清楚辨识，分辨率尤为重要，且还须能满足便携式电子装置轻薄的需求，因此，如何设计出体积小且有良好光学质量的光学透镜组是值得研究探讨的问题。
发明内容
本发明提供一种轻薄短小、成本低且光学质量优良的光学透镜组。
本发明的一实施例提供一种光学透镜组，其从出光侧至入光侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中第一透镜至第三透镜各自包括朝向该出光侧的出光面以及朝向入光侧的入光面。第一透镜的入光面的圆周区域为凹面。第二透镜具有正屈光率，且第二透镜的入光面的光轴区域为凹面。第三透镜的出光面的圆周区域为凹面，且第三透镜的入光面的光轴区域为凸面。光学透镜组的透镜只有上述第一透镜至第三透镜，且第一透镜在光轴上的厚度大于或等于第一透镜到第三透镜在光轴上的两个空气间隙总和。
本发明的一实施例提供一种光学透镜组，其从出光侧至入光侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中第一透镜至第三透镜各自包括朝向该出光侧的出光面以及朝向入光侧的入光面。第一透镜的入光面的圆周区域为凹面。第二透镜具有正屈光率，第二透镜的出光面的圆周区域为凸面，且第二透镜的入光面的光轴区域为凹面。第三透镜的出光面的圆周区域为凹面。光学透镜组的透镜只有上述第一透镜至第三透镜，且第一透镜在光轴上的厚度大于或等于第一透镜到第三透镜在光轴上的两个空气间隙总和。
本发明的一实施例提供一种光学透镜组，其从出光侧至入光侧沿光轴依序包括第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中第一透镜至第三透镜各自包括朝向该出光侧的出光面以及朝向入光侧的入光面。第一透镜具有正屈光率，且第一透镜的入光面的圆周区域为凹面。第二透镜的出光面的圆周区域为凸面。第三透镜的出光面的光轴区域为凸面，且第三透镜的入光面的光轴区域为凸面。光学透镜组的透镜只有上述第一透镜至第三透镜，并且满足以下条件式：EFL/BFL≧3.500。
上述光学透镜组中，实施例还可以进一步选择性地满足以下任一条件：
TL/EFL≧0.800，
AAG/BFL≧0.700，
(AAG+EFL)/ALT≦2.500，
TL/BFL≧3.200，
(AAG+BFL)/Tavg≦1.900，
(G23+BFL)/T1≦2.100，
(G12+EFL)/T3≦3.500，
TTL/AAG≦7.300，
TTL/T1≦6.500；
(T2+T3)/G23≦6.300，
TL/T3≦3.300，
ALT/T2≧3.500，
(T1+G12+T2)/T3≦1.700，
(T1+T2)/G23≦6.000，
(G12+T3)/G23≧3.100，
ALT/Gavg≧6.500，
TL/(T1+G12)≧2.750。
TL为第一透镜的出光面到第三透镜的入光面在光轴上的距离，EFL为光学透镜组的有效焦距，AAG为第一透镜至第三透镜在光轴上的两个空气间隙的总和，BFL为第三透镜的入光面到发光面在光轴上的距离，ALT为第一透镜至第三透镜在光轴上的三个透镜厚度的总和，Tavg为光轴上所有透镜的透镜厚度的平均值，TTL为第一透镜的出光面到发光面在光轴上的距离,Gavg为第一透镜到第三透镜在光轴上空气间隙的平均值；
G12为第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隙，G23为第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隙；
T1为第一透镜在光轴上的厚度，T2为第二透镜在光轴上的厚度，T3为第三透镜在光轴上的厚度。
基于上述，本发明的实施例的光学透镜组的有益效果在于：藉由满足上述透镜的凹凸曲面排列设计、屈光率的条件以及满足上述条件式的设计，光学透镜组可在缩短整体的长度的情况下，仍可提供轻薄短小、成本低且光学质量优良的镜头。
附图说明
图1的A是一示意图，说明本发明的光学透镜组应用于3D感测发射端镜头的示意图。
图1的B是图1的A中的多光源结构光产生单元的一实施例的前视图。
图2是一示意图，说明一透镜的面形结构。
图3是一示意图，说明一透镜的面形凹凸结构及光线焦点。
图4是一示意图，说明一范例一的透镜的面形结构。
图5是一示意图，说明一范例二的透镜的面形结构。
图6是一示意图，说明一范例三的透镜的面形结构。
图7为本发明之第一实施例之光学透镜组的示意图。
图8为第一实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。
图9为本发明第一实施例之光学透镜组的详细光学数据表格图。
图10为本发明第一实施例之光学透镜组的非球面参数表格图。
图11为本发明第二实施例的光学透镜组的示意图。
图12为第二实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。
图13为本发明第二实施例之光学透镜组的详细光学数据表格图。
图14为本发明第二实施例之光学透镜组的非球面参数表格图。
图15为本发明第三实施例的光学透镜组的示意图。
图16为第三实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。
图17为本发明第三实施例之光学透镜组的详细光学数据表格图。
图18为本发明第三实施例之光学透镜组的非球面参数表格图。
图19为本发明第四实施例的光学透镜组的示意图。
图20为第四实施例光学透镜组的纵向球差与各项像差图。
图21为本发明第四实施例之光学透镜组的详细光学数据表格图。
图22为本发明第四实施例之光学透镜组的非球面参数表格图。
图23为本发明第五实施例的光学透镜组的示意图。
图24为第五实施例光学透镜组的纵向球差与各项像差图。
图25为本发明第五实施例之光学透镜组的详细光学数据表格图。
图26为本发明第五实施例之光学透镜组的非球面参数表格图。
图27以及图28为本发明第一至第五实施例之光学透镜组的各重要参数及其关系式的数值表格图。
具体实施方式
在开始详细描述本发明之前，首先清楚表示附图中的符号说明：0:光圈；1:第一透镜；2:第二透镜；3:第三透镜；8:第一保护玻璃；9:第二保护玻璃；10:光学透镜组；11、21、31、81、91、110、410、510:出光面；12、22、32、82、92、120、320:入光面；20:三维感测发射端镜头；100、200、300、400、500:透镜；100a:发光面；111、121、211、221、311、321、Z1:光轴区域；112、122、212、222、312、322、Z2:圆周区域；130:组装部；211、212:平行光线；a、b、c:光束；A1:出光侧；A2:入光侧；CP:中心点；CP1:第一中心点；CP2:第二中心点；EL:延伸线；I:光轴；Lc:主光线；LCR:发光圆半径；Lm:边缘光线；M、R:点；OB:光学边界；P、Pa、Pb、Pc：光源；PM:多光源产生单元；TP1:第一转换点；TP2:第二转换点；Z3:中继区域；ω:最大半出光角度。
请参照图1的A，三维(Three-dimensional,3D)感测发射端镜头20的光线方向为多个近红外光由多光源产生单元PM所发出，该多光源产生单元PM可以为结构光(StructuredLight)，经由本发明的实施例的光学透镜组10产生多个光束a、b、c，用以侦测镜头前方的物体或人脸，其中出射角的范围例如是落在-ω度至ω度的范围内，而ω为光学透镜组10最大半出光角度；光束a、b、c不限于是何种形式的光束，在此以虚线的形式描述光束行进的方向，且光束a、b、c的数量也不限于3个，其数量可以是不等于3及1的其他数量，而图1的A中以绘示光束a、b、c来作代表，其中光束a、b、c分别具有主光线(chief ray)及边缘光线(marginal ray)(图未示)，光束a的主光线及边缘光线彼此互相近似平行；同样地，光束b的主光线及边缘光线也彼此互相近似平行，光束c的主光线及边缘光线也彼此互相近似平行。详细来说，图1的A的光束a、b、c分别由图1的B中不同位置的光源Pa、Pb、Pc所发出，从图1的A可知，在不同位置的光源P发出的光经过光学透镜组10后皆会以平行的方式出射于光学透镜组10，但出射的方向会依据位置而不同。以图1的A来说，光源Pa经过光学透镜组10后以斜向左下且平行地出射于光学透镜组10(如光束a所示)，另一位置的光源Pb经过光学透镜组10后以正左方且平行地出射于光学透镜组10(如光束b所示)，又一位置的光源Pc经过光学透镜组10后以斜向左上且平行地出射于光学透镜组10(如光束c所示)。
请参照图1的B，在一实施例中，多光源产生单元PM包括多个以阵列方式排列的近红外光光源P。于其他的实施态样中，这些近红外光光源P的排列方式也可以是环形排列或者是其他排列方式，本发明并不以此为限制。近红外光光源P可为红外雷射光源。这些近红外光光源P的发光面形成了多光源产生单元PM的发光面100a。
在以下说明本发明之实施例之光学规格的判断准则是假设光线方向逆追迹(Reversely Tracking)为一平行成像光线由出光侧经过光学透镜组10到多光源产生单元PM的发光面100a聚焦成像。
本说明书和申请专利范围中使用的用语「光轴区域」、「圆周区域」、「凹面」和「凸面」应基于本说明书中列出的定义来解释。
本说明书之光学系统包含至少一透镜，接收入射光学系统之平行于光轴至相对光轴呈半视角(HFOV)角度内的成像光线。成像光线通过光学系统于成像面上成像。所言之「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来之近轴屈光率为正(或为负)。所言之「透镜之出光面(或入光面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。成像光线包括至少两类光线：主光线(chief ray)Lc及边缘光线(marginal ray)Lm(如图2所示)。透镜之出光面(或入光面)可依不同位置区分为不同区域，包含光轴区域、圆周区域、或在部分实施例中的一个或多个中继区域，该些区域的说明将于下方详细阐述。
图2为透镜100的径向剖视图。定义透镜100表面上的二参考点：中心点及转换点。透镜表面的中心点为该表面与光轴I的一交点。如图2所例示，第一中心点CP1位于透镜100的出光面110，第二中心点CP2位于透镜100的入光面120。转换点是位于透镜表面上的一点，且该点的切线与光轴I垂直。定义透镜表面之光学边界OB为通过该透镜表面径向最外侧的边缘光线Lm与该透镜表面相交的一点。所有的转换点皆位于光轴I与透镜表面之光学边界OB之间。除此之外，若单一透镜表面有复数个转换点，则该些转换点由径向向外的方向依序自第一转换点开始命名。例如，第一转换点TP1(最靠近光轴I)、第二转换点TP2(如图5所示)及第N转换点(距离光轴I最远)。
定义从中心点至第一转换点TP1的范围为光轴区域，其中，该光轴区域包含中心点。定义距离光轴I最远的第N转换点径向向外至光学边界OB的区域为圆周区域。在部分实施例中，可另包含介于光轴区域与圆周区域之间的中继区域，中继区域的数量取决于转换点的数量。
当平行光轴I之光线通过一区域后，若光线朝光轴I偏折且与光轴I的交点位在透镜入光侧A2，则该区域为凸面。当平行光轴I之光线通过一区域后，若光线的延伸线与光轴I的交点位在透镜出光侧A1，则该区域为凹面。
除此之外，参见图2，透镜100还可包含一由光学边界OB径向向外延伸的组装部130。组装部130一般来说用以供该透镜100组装于光学系统之一相对应元件(图未示)。成像光线并不会到达该组装部130。组装部130之结构与形状仅为说明本发明之示例，不以此限制本发明的范围。下列讨论之透镜的组装部130可能会在图式中被部分或全部省略。
参见图3，定义中心点CP与第一转换点TP1之间为光轴区域Z1。定义第一转换点TP1与透镜表面的光学边界OB之间为圆周区域Z2。如图3所示，平行光线211在通过光轴区域Z1后与光轴I在透镜200的入光侧A2相交，即平行光线211通过光轴区域Z1的焦点位于透镜200入光侧A2的R点。由于光线与光轴I相交于透镜200入光侧A2，故光轴区域Z1为凸面。反之，平行光线212在通过圆周区域Z2后发散。如图3所示，平行光线212通过圆周区域Z2后的延伸线EL与光轴I在透镜200的出光侧A1相交，即平行光线212通过圆周区域Z2的焦点位于透镜200出光侧A1的M点。由于光线的延伸线EL与光轴I相交于透镜200出光侧A1，故圆周区域Z2为凹面。于图3所示的透镜200中，第一转换点TP1是光轴区域与圆周区域的分界，即第一转换点TP1为凸面转凹面的分界点。
另一方面，光轴区域的面形凹凸判断还可依该领域中通常知识者的判断方式，即藉由近轴的曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜之光轴区域面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以出光面来说，当R值为正时，判定为出光面的光轴区域为凸面；当R值为负时，判定出光面的光轴区域为凹面。反之，以入光面来说，当R值为正时，判定入光面的光轴区域为凹面；当R值为负时，判定入光面的光轴区域为凸面。此方法判定的结果与前述藉由光线/光线延伸线与光轴的交点判定方式的结果一致，光线/光线延伸线与光轴交点的判定方式即为以一平行光轴之光线的焦点位于透镜之出光侧或入光侧来判断面形凹凸。本说明书所描述之「一区域为凸面(或凹面)」、「一区域为凸(或凹)」或「一凸面(或凹面)区域」可被替换使用。
图4至图6提供了在各个情况下判断透镜区域的面形及区域分界的范例，包含前述之光轴区域、圆周区域及中继区域。
图4为透镜300的径向剖视图。参见图4，透镜300的入光面320在光学边界OB内仅存在一个转换点TP1。透镜300的入光面320的光轴区域Z1及圆周区域Z2如图4所示。此入光面320的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凹面。
一般来说，以转换点为界的各个区域面形会与相邻的区域面形相反，因此，可用转换点来界定面形的转变，即自转换点由凹面转凸面或由凸面转凹面。于图4中，由于光轴区域Z1为凹面，面形于转换点TP1转变，故圆周区域Z2为凸面。
图5为透镜400的径向剖视图。参见图5，透镜400的出光面410存在一第一转换点TP1及一第二转换点TP2。定义光轴I与第一转换点TP1之间为出光面410的光轴区域Z1。此出光面410的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凸面。
定义第二转换点TP2与透镜400的出光面410的光学边界OB之间为圆周区域Z2，该出光面410的该圆周区域Z2亦为凸面。除此之外，定义第一转换点TP1与第二转换点TP2之间为中继区域Z3，该出光面410的该中继区域Z3为凹面。再次参见图5，出光面410由光轴I径向向外依序包含光轴I与第一转换点TP1之间的光轴区域Z1、位于第一转换点TP1与第二转换点TP2之间的中继区域Z3，及第二转换点TP2与透镜400的出光面410的光学边界OB之间的圆周区域Z2。由于光轴区域Z1为凸面，面形自第一转换点TP1转变为凹，故中继区域Z3为凹面，又面形自第二转换点TP2再转变为凸，故圆周区域Z2为凸面。
图6为透镜500的径向剖视图。透镜500的出光面510无转换点。对于无转换点的透镜表面，例如透镜500的出光面510，定义自光轴I起算至透镜表面光学边界OB之间距离的0～50％为光轴区域，自光轴I起算至透镜表面光学边界OB之间距离的50～100％为圆周区域。参见图6所示之透镜500，定义光轴I至自光轴I起算到透镜500表面光学边界OB之间距离的50％为出光面510的光轴区域Z1。此出光面510的R值为正(即R>0)，因此，光轴区域Z1为凸面。由于透镜500的出光面510无转换点，因此出光面510的圆周区域Z2亦为凸面。透镜500更可具有组装部(图未示)自圆周区域Z2径向向外延伸。
图7为本发明之第一实施例之光学透镜组的示意图，而图8的A至图8的D为第一实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。请先参照图7，本发明的第一实施例之光学透镜组10从出光侧A1至入光侧A2沿光学透镜组10的一光轴I依序包括一第一保护玻璃8、一光圈0、一第二保护玻璃9、一第一透镜1、一第二透镜2及一第三透镜3。当多个近红外光由多光源产生单元PM的发光面100a发出而进入光学透镜组10，并依序经由第三透镜5、第二透镜4、第一透镜3、第二保护玻璃9、光圈0以及第一保护玻璃8后产生多个光束，并射出光学透镜组10。补充说明的是，入光侧A2是朝向多光源产生单元PM的一侧，而相对的另一侧则为出光侧A1。
在本实施例中，为了满足本发明的实施例的光学透镜组10在不同的环境下维持一定的光学质量，从出光侧A1往入光侧A2依序设有第一保护玻璃8及第二保护玻璃9。再者，为了提升光学透镜组10的光学质量，第一保护玻璃8及第二保护玻璃9之间设有与第一保护玻璃8及第二保护玻璃9相同折射率的胶合物。此外，第一透镜1至第三透镜3都是塑胶材质所制成，但第一透镜1至第三透镜3的材质仍不以此为限制。
在本实施例中，光学透镜组10的第一保护玻璃8、第二保护玻璃9、第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3都各自具有一朝向出光侧A1且使多个近红外光通过之出光面81、91、11、21、31及一朝向入光侧A2且使多个近红外光通过之入光面82、92、12、22、32。
第一透镜1具有正屈光率。第一透镜1的出光面11的光轴区域111为凸面，且其圆周区域112为凸面。第一透镜1的入光面12的光轴区域121为凹面，且其圆周区域122为凹面。在本实施例中，第一透镜1的出光面11与入光面12皆为非球面(aspheric surface)，但本发明并不以此为限。
第二透镜2具有正屈光率。第二透镜2的出光面21的光轴区域211为凸面，且其圆周区域212为凸面。第二透镜2的入光面22的光轴区域221为凹面，且其圆周区域222为凹面。在本实施例中，第二透镜2的出光面21与入光面22皆为非球面，但本发明并不以此为限。
第三透镜3具有正屈光率。第三透镜3的出光面31的光轴区域311为凸面，且其圆周区域312为凹面。第三透镜3的入光面32的光轴区域321为凸面，且其圆周区域322为凸面。在本实施例中，第三透镜3的出光面31与入光面32皆为非球面，但本发明并不以此为限。
第一实施例的其他详细光学数据如图9所示，且第一实施例的光学透镜组10的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)为2.787毫米(Millimiter,mm)，半视角(HalfField of View,HFOV)为9.837度，距离DL为3.295毫米，光圈值(F-number,Fno)为2.342，以及发光圆半径(Light Circle Radius,LCR)为0.500毫米，其中距离DL是指由第一保护玻璃8的出光面81到发光面100a在光轴I上的距离。本说明书中的「光圈值」是根据光的可逆性原理，将光圈0视为入射光瞳所计算而得的光圈值。
在本实施例中，光学透镜组10的透镜只有上述第一透镜1至第三透镜3。
此外，在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2及第三透镜3的出光面11、21、31及入光面12、22、32共计六个面均是非球面，其中出光面11、21、31与入光面12、22、32为一般的偶次非球面(even asphere surface)。而这些非球面是依下列公式定义：
Figure BDA0002698360420000081
其中：
Y：非球面曲线上的点与光轴I的距离；
Z：非球面之深度(非球面上距离光轴I为Y的点，与相切于非球面光轴I上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
R：透镜表面近光轴I处的曲率半径；
K：圆锥系数(conic constant)；
ai：第i阶非球面系数。
第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在公式(1)中的各项非球面系数如图10所示。其中，图10中栏位编号11表示其为第一透镜1的出光面11的非球面系数，其它栏位依此类推。在本实施例及以下各实施例中，圆锥系数K皆为0，且第2阶非球面系数a2皆为0。
另外，第一实施例之光学透镜组10中各重要参数间的关系如图27所示。
其中，
CG1为第一保护玻璃8在光轴I上的厚度；CG2为第二保护玻璃9在光轴I上的厚度；T1为第一透镜1在光轴I上的厚度；T2为第二透镜2在光轴I上的厚度；T3为第三透镜3在光轴I上的厚度；
CG12为第一保护玻璃8的入光面82到第二保护玻璃9的出光面91在光轴I上的距离；CG21为第二保护玻璃9的入光面92到第一透镜1的出光面11在光轴I上的距离；
G12为第一透镜1与第二透镜2在光轴I上的空气间隙；G23为第二透镜2与第三透镜3在光轴I上的空气间隙；
AAG为第一透镜1至第三透镜3在光轴I上的两个空气间隙的总和，即G12、G23的总和；ALT为第一透镜1至第三透镜3在光轴I上的三个透镜厚度的总和，即T1、T2、T3的总和；TL为第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在光轴I上的距离；TTL为第一透镜1的出光面11到发光面100a在光轴I上的距离；DL为最靠近出光侧A1的光学元件到发光面100a在光轴I上的距离；BFL为第三透镜3的入光面32到发光面100a在光轴I上的距离；HFOV为光学透镜组10的半视角，根据光的可逆性原理为光学透镜组10最大半出光角度ω；EFL为光学透镜组10的有效焦距；LCR(Light circle radius)为发光圆半径(标记为LCR，如图1的B所绘示)，为多光源产生单元PM的发光面100a之最小外接圆之半径；Fno为光学透镜组10的光圈值，根据光的可逆性原理为光学透镜组10发出光束的有效孔径计算而得的光圈值，在本发明的实施例中也就是将光圈0视为入射光瞳所计算而得的光圈值。
Tavg为光轴I上所有透镜的透镜厚度的平均值；Gavg为第一透镜1到第三透镜3在光轴I上空气间隙的平均值。
另外，再定义：
f1为第一透镜1的焦距；f2为第二透镜2的焦距；f3为第三透镜3的焦距；n1为第一透镜1的折射率；n2为第二透镜2的折射率；n3为第三透镜3的折射率；V1为第一透镜1的阿贝数(Abbe number)，阿贝数也可被称为色散系数；V2为第二透镜2的阿贝数；V3为第三透镜3的阿贝数。
图27中，各参数的数值的单位均为毫米(mm)。
再配合参阅图8的A至图8的D，图8的A的图式说明第一实施例当波长为934nm、940nm及946nm时在发光面100a的纵向球差(longitudinal spherical aberration)，图8的B与图8的C的图式则分别说明第一实施例在多光源产生单元PM当波长为934nm、940nm及946nm时在发光面100a上有关弧矢(sagittal)方向的场曲(field curvature)像差及子午(tangential)方向的场曲像差，图8的D的图式则说明第一实施例在多光源产生单元PM当波长为934nm、940nm及946nm时在发光面100a上的畸变像差(distortion aberration)。如图8的A所示，每一种波长所成的曲线皆很靠近并向中间靠近，说明每一种波长不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一波长的曲线的偏斜幅度可看出，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在-5μm至25μm的范围，故本实施例确实明显改善相同波长的球差，此外，三种代表波长彼此间的距离也相当接近，代表不同波长光线的成像位置已相当集中，因而使色像差也获得明显改善。
在图8的B与图8的C的二个场曲像差图式中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在-5μm到25μm内，说明本第一实施例的光学系统能有效消除像差。而图8的D的畸变像差图式则显示本第一实施例的畸变像差维持在0％至3.5％的范围内，说明本第一实施例的畸变像差已符合光学系统的光学质量要求，据此说明本第一实施例相较于现有光学透镜组，在距离DL已缩短至3.295毫米左右的条件下，仍能提供较佳的光学质量。
图11为本发明的第二实施例的光学透镜组的示意图，而图12的A至图12的D为第二实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。请先参照图11，本发明光学透镜组10的一第二实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜1、2、3间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图11中省略与第一实施例面形相似的光轴区域与圆周区域的标号。
第二实施例的光学透镜组10的详细的光学数据如图13所示，且第二实施例的光学透镜组10的有效焦距为3.099毫米，半视场角(HFOV)为9.192度，距离DL为4.306毫米，光圈值(Fno)为2.605，以及发光圆半径LCR则为0.500毫米。
如图14所示，则为第二实施例的第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第二实施例之光学透镜组10中各重要参数间的关系如图27所示。
如图12的A所示，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在-1μm至1.6μm的范围。在图12的B与图12的C的二个场曲像差图式中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在-3μm至3μm的范围。而图12的D的畸变像差图式则显示本第二实施例的畸变像差维持在-0.7％至0％的范围。据此说明本第二实施例相较于现有光学透镜组，在距离DL已缩短至4.306毫米的条件下，仍能提供较佳的光学质量。
经由上述说明可得知，第二实施例相较于第一实施例的优点在于：第二实施例的纵向球差、场曲像差或畸变像差优于第一实施例。
图15为本发明的第三实施例的光学透镜组的示意图，而图16的A至图16的D为第三实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。请先参照图15，本发明光学透镜组10的第三实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜1、2、3间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图15中省略与第一实施例面形相似的光轴区域与圆周区域的标号。
第三实施例的光学透镜组10的详细的光学数据如图17所示，且第三实施例的光学透镜组10的有效焦距为2.391毫米，半视场角(HFOV)为12.158度，距离DL为3.224毫米，光圈值(Fno)为2.009，以及发光圆半径LCR则为0.500毫米。
如图18所示，则为第三实施例的第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第三实施例之光学透镜组10中各重要参数间的关系如图27所示。
如图16的A所示，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在-1μm至1.2μm的范围。在图16的B与图16的C的二个场曲像差图式中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在-4.5μm至1.5μm的范围。而图16的D的畸变像差图式则显示本第三实施例的畸变像差维持在-3.5％至0％的范围。据此说明本第三实施例相较于现有光学透镜组，在距离DL已缩短至3.224毫米左右的条件下，仍能提供较佳的光学质量。
经由上述说明可得知，第三实施例相较于第一实施例的优点在于：第三实施例的距离DL比第一实施例短，第三实施例的纵向球差或场曲像差优于第一实施例。
图19为本发明的第四实施例的光学透镜组的示意图，而图20的A至图20的D为第四实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。请先参照图19，本发明光学透镜组10的第四实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜1、2、3间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图19中省略与第一实施例面形相似的光轴区域与圆周区域的标号。
第四实施例的光学透镜组10的详细的光学数据如图21所示，且第四实施例的光学透镜组10的有效焦距为3.239毫米，半视场角(HFOV)为8.609度，距离DL为3.769毫米，光圈值(Fno)为2.700，以及发光圆半径LCR则为0.500毫米。
如图22所示，则为第四实施例的第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第四实施例之光学透镜组10中各重要参数间的关系如图27所示。
如图20的A所示，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在-4μm至18μm的范围。在图20的B与图20的C的二个场曲像差图式中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在-10μm至18μm的范围。而图20的D的畸变像差图式则显示本第四实施例的畸变像差维持在-0.2％至2.0％的范围。据此说明本第四实施例相较于现有光学透镜组，在距离DL已缩短至3.769毫米左右的条件下，仍能提供较佳的光学质量。
经由上述说明可得知，第四实施例相较于第一实施例的优点在于：第四实施例的纵向球差、场曲像差或畸变像差优于第一实施例，且第四实施例镜片光轴与圆周区域厚薄差异比第一实施例小，易于制造因此良率较高。
图23为本发明的第五实施例的光学透镜组的示意图，而图24的A至图24的D为第五实施例之光学透镜组的纵向球差与各项像差图。请先参照图23，本发明光学透镜组10的第五实施例，其与第一实施例大致相似，仅各光学数据、非球面系数及这些透镜1、2、3间的参数或多或少有些不同。在此需注意的是，为了清楚地显示图面，图23中省略与第一实施例面形相似的光轴区域与圆周区域的标号。
第五实施例的光学透镜组10的详细的光学数据如图25所示，且第五实施例的光学透镜组10的有效焦距为1.752毫米，半视场角(HFOV)为15.363度，距离DL为2.748毫米，光圈值(Fno)为2.200，以及发光圆半径LCR则为0.500毫米。
如图26所示，则为第五实施例的第一透镜1的出光面11到第三透镜3的入光面32在公式(1)中的各项非球面系数。
另外，第五实施例之光学透镜组10中各重要参数间的关系如图27所示。
如图24的A所示，不同高度的离轴光线的成像点偏差控制在-0.4μm至1.2μm的范围。在图24的B与图24的C的二个场曲像差图式中，三种代表波长在整个视场范围内的焦距变化量落在-7μm至3μm的范围。而图24的D的畸变像差图式则显示本第五实施例的畸变像差维持在0％至4％的范围。据此说明本第五实施例相较于现有光学透镜组，在距离DL已缩短至2.748毫米左右的条件下，仍能提供较佳的光学质量。
经由上述说明可得知，第五实施例相较于第一实施例的优点在于：第五实施例的距离DL比第一实施例短，第五实施例的纵向球差或场曲像差优于第一实施例。
再配合参阅图27及图28，图27及图28为上述第一实施例至第五实施例的各项光学参数的表格图。
为了达成缩短本发明的实施例的光学透镜组10的整体长度及确保光学质量，同时考量制作的难易程度，将透镜间的空气间隙缩小或是透镜厚度适度的缩短作为手段，若满足以下条件式之数值限定，能使本发明的实施例有较佳的配置。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TL/EFL≧0.800，其中，较佳的范围为0.800≦TL/EFL≦1.400。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：AAG/BFL≧0.700，其中，较佳的范围为0.700≦AAG/BFL≦3.200。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(AAG+EFL)/ALT≦2.500，其中，较佳的范围为1.000≦(AAG+EFL)/ALT≦2.500。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TL/BFL≧3.200，其中，较佳的范围为3.200≦TL/BFL≦22.000。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(AAG+BFL)/Tavg≦1.900，其中，较佳的范围为0.600≦(AAG+BFL)/Tavg≦1.900。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(G23+BFL)/T1≦2.100，其中，较佳的范围为0.400≦(G23+BFL)/T1≦2.100。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(G12+EFL)/T3≦3.500，其中，较佳的范围为2.300≦(G12+EFL)/T3≦3.500。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(T2+T3)/G23≦6.300，其中，较佳的范围为3.300≦(T2+T3)/G23≦6.300。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TTL/AAG≦7.300，其中，较佳的范围为4.500≦TTL/AAG≦7.300。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TL/T3≦3.300，其中，较佳的范围为2.400≦TL/T3≦3.300。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：ALT/T2≧3.500，其中，较佳的范围为3.500≦ALT/T2≦6.000。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(T1+G12+T2)/T3≦1.700，其中，较佳的范围为1.200≦(T1+G12+T2)/T3≦1.700。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(T1+T2)/G23≦6.000，其中，较佳的范围为2.900≦(T1+T2)/G23≦6.000。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：(G12+T3)/G23≧3.100，其中，较佳的范围为3.100≦(G12+T3)/G23≦5.700。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TTL/T1≦6.500，其中，较佳的范围为3.100≦TTL/T1≦6.500。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：ALT/Gavg≧6.500，其中，较佳的范围为6.500≦ALT/Gavg≦13.000。
在本发明的实施例的光学透镜组10中，符合以下的条件式：TL/(T1+G12)≧2.750，其中，较佳的范围为2.750≦TL/(T1+G12)≦4.200。
此外，另可选择实施例参数之任意组合关系增加镜头限制，以利于本发明相同架构的镜头设计。有鉴于光学系统设计的不可预测性，在本发明的实施例的架构之下，符合上述条件式能较佳地使本发明的实施例的光学透镜组10体积缩小、维持良好光学质量，或组装良率提升而改善先前技术的缺点。
前述所列之示例性限定关系式，亦可选择性地合并不等数量施用于本发明之实施态样中，并不限于此。在实施本发明时，除了前述关系式之外，亦可针对单一透镜或广泛性地针对多个透镜额外设计出其他更多的透镜的凹凸曲面排列等细部结构，以加强对系统性能及/或分辨率的控制。须注意的是，此些细节需在无冲突之情况之下，选择性地合并施用于本发明之其他实施例当中。
综上所述，本发明的实施例的光学透镜组10可获致下述的功效及优点：
一、本发明各实施例的纵向球差、像散像差、畸变皆符合使用规范。另外，934nm、940nm及946nm三种代表波长在不同高度的离轴光线皆集中在成像点附近，由每一曲线的偏斜幅度可看出不同高度的离轴光线的成像点偏差皆获得控制而具有良好的球差、像差、畸变抑制能力。进一步参阅光学质量数据，934nm、940nm及946nm三种代表波长彼此间的距离亦相当接近，显示本发明在各种状态下对不同波长光线的集中性佳而具有优良的色散抑制能力。综上所述，本发明藉由所述透镜的设计与相互搭配，而能产生优异的光学质量。
二、本发明各实施例透过镜片参数的设计，例如：当第一透镜的入光面的圆周区域为凹面，第二透镜具有正屈光率，第二透镜的入光面的光轴区域为凹面，第三透镜的出光面的圆周区域为凹面，光学透镜组符合：第一透镜在光轴上的厚度大于或等于第一透镜到第三透镜在光轴上的两个空气间隙总和，并搭配第二透镜的出光面的圆周区域为凸面，或第三透镜的入光面的光轴区域为凸面时，能有效改善光学透镜组的像差、降低畸变并缩减光学透镜组整体的长度。
三、本发明各实施例透过镜片参数的设计，例如：当第一透镜具有正屈光率，第一透镜的入光面的圆周区域为凹面，第二透镜的出光面的圆周区域为凸面，第三透镜的出光面的光轴区域为凸面，且第三透镜的入光面的光轴区域为凸面时，除了能有效改善光学透镜组的像差与降低畸变外，进一步满足：EFL/BFL≧3.500时还可缩减光学透镜组的整体长度，其中EFL/BFL较佳的范围为3.500≦EFL/BFL≦17.500。
四、光学透镜组的各透镜选用塑胶材质有助于镜头轻量化并降低生产成本。
本发明之各个实施例所揭露之光学参数的组合比例关系所得的包含最大最小值以内的数值范围皆可据以实施。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种光学透镜组，从一出光侧至一入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，其中该第一透镜至该第三透镜各自包括朝向该出光侧的一出光面以及朝向该入光侧的一入光面，其中
该第一透镜的该入光面的一圆周区域为凹面；
该第二透镜具有正屈光率，且该第二透镜的该入光面的一光轴区域为凹面；以及
该第三透镜的该出光面的一圆周区域为凹面，且该第三透镜的该入光面的一光轴区域为凸面；
该光学透镜组的透镜只有上述该第一透镜至该第三透镜，且该第一透镜在该光轴上的厚度大于或等于该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙总和。
2.一种光学透镜组，从一出光侧至一入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，其中该第一透镜至该第三透镜各自包括朝向该出光侧的一出光面以及朝向该入光侧的一入光面，其中
该第一透镜的该入光面的一圆周区域为凹面；
该第二透镜具有正屈光率，该第二透镜的该出光面的一圆周区域为凸面，且该第二透镜的该入光面的一光轴区域为凹面；以及
该第三透镜的该出光面的一圆周区域为凹面；
该光学透镜组的透镜只有上述该第一透镜至该第三透镜，且该第一透镜在该光轴上的厚度大于或等于该第一透镜到该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙总和。
3.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TL/EFL≧0.800，其中TL为该第一透镜的该出光面到该第三透镜的该入光面在该光轴上的距离，且EFL为该光学透镜组的有效焦距。
4.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：AAG/BFL≧0.700，其中AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，且BFL为第三透镜的该入光面到一发光面在该光轴上的距离。
5.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(AAG+EFL)/ALT≦2.500，其中AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，EFL为该光学透镜组的有效焦距，且ALT为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的总和。
6.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TL/BFL≧3.200，其中TL为该第一透镜的该出光面到该第三透镜的该入光面在该光轴上的距离，且BFL为第三透镜的该入光面到一发光面在该光轴上的距离。
7.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(AAG+BFL)/Tavg≦1.900，其中AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和，BFL为第三透镜的该入光面到一发光面在该光轴上的距离，且Tavg为该光轴上所有透镜的透镜厚度的平均值。
8.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(G23+BFL)/T1≦2.100，其中G23为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，BFL为第三透镜的该入光面到一发光面在该光轴上的距离，且T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
9.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(G12+EFL)/T3≦3.500，其中G12为该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙，EFL为该光学透镜组的有效焦距，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。
10.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TTL/AAG≦7.300，其中TTL为该第一透镜的该出光面到一发光面在该光轴上的距离，且AAG为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的两个空气间隙的总和。
11.如权利要求1或2所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TTL/T1≦6.500，其中TTL为该第一透镜的该出光面到一发光面在该光轴上的距离，且T1为该第一透镜在该光轴上的厚度。
12.一种光学透镜组，从一出光侧至一入光侧沿一光轴依序包括一第一透镜、一第二透镜以及一第三透镜，其中该第一透镜至该第三透镜各自包括朝向该出光侧的一出光面以及朝向该入光侧的一入光面，其中
该第一透镜具有正屈光率，且该第一透镜的该入光面的一圆周区域为凹面；
该第二透镜的该出光面的一圆周区域为凸面；以及
该第三透镜的该出光面的一光轴区域为凸面，且该第三透镜的该入光面的一光轴区域为凸面；
该光学透镜组的透镜只有上述该第一透镜至该第三透镜，并且满足以下条件式：EFL/BFL≧3.500，其中EFL为该光学透镜组的有效焦距，且BFL为该第三透镜的该入光面到一发光面在该光轴上的距离。
13.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(T2+T3)/G23≦6.300，其中T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，T3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且G23为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
14.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TL/T3≦3.300，其中TL为该第一透镜的该出光面到该第三透镜的该入光面在该光轴上的距离，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。
15.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：ALT/T2≧3.500，其中ALT为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的总和，且T2为该第二透镜在该光轴上的厚度。
16.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(T1+G12+T2)/T3≦1.700，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，T3为该第三透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙。
17.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(T1+T2)/G23≦6.000，其中T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，T2为该第二透镜在该光轴上的厚度，且G23为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙。
18.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：(G12+T3)/G23≧3.100，其中G12为该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙，G23为该第二透镜与该第三透镜在该光轴上的空气间隙，且T3为该第三透镜在该光轴上的厚度。
19.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：ALT/Gavg≧6.500，其中ALT为该第一透镜至该第三透镜在该光轴上的三个透镜厚度的总和，且Gavg为该第一透镜到该第三透镜在该光轴上空气间隙的平均值。
20.如权利要求1或2或12所述光学透镜组，其中该光学透镜组更满足以下的条件式：TL/(T1+G12)≧2.750，其中TL为该第一透镜的该出光面到该第三透镜的该入光面在该光轴上的距离，T1为该第一透镜在该光轴上的厚度，且G12为该第一透镜与该第二透镜在该光轴上的空气间隙。
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