TWI608267B - 光學裝置及其光學透鏡組 - Google Patents

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TWI608267B
TWI608267B TW105133259A TW105133259A TWI608267B TW I608267 B TWI608267 B TW I608267B TW 105133259 A TW105133259 A TW 105133259A TW 105133259 A TW105133259 A TW 105133259A TW I608267 B TWI608267 B TW I608267B
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陳志隆
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高準精密工業股份有限公司
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Description

光學裝置及其光學透鏡組
本發明係關於一種光學裝置，尤其關於一種具有平板式透鏡之光學裝置。
近年來，隨著電子工業的演進以及工業技術的蓬勃發展，各種電子裝置設計及開發的走向逐漸朝輕便、易於攜帶的方向開發，以利使用者隨時隨地應用於行動商務、娛樂或休閒等用途。舉例來說，各式各樣的影像擷取裝置正廣泛應用於各種領域，例如智慧型手機、穿戴式電子裝置等可攜式電子裝置，其具有體積小且方便攜帶的優點，人們得以於有使用需求時隨時取出進行影像擷取並儲存，或進一步透過行動網路上傳至網際網路之中，不僅具有重要的商業價值，更讓一般大眾的日常生活增添色彩。
請參閱圖1，其為習知影像擷取裝置的結構示意圖。習知的影像擷取裝置1包括光學透鏡組11、電路板(PCB)12、設置 於光學透鏡組11與電路板12之間的感測單元(sensor)13、設置於光學透鏡組11與感測單元13之間的濾光片(filter)14、用以固定光學透鏡組11的固定座(barrel)15以及用以承載並固定感測單元13、濾光片14及/或固定座15等各種被組裝之元件的殼體(housing)16；其中，光學透鏡組11沿著光軸17包括複數個光學透鏡(lens)111~114，且感測單元13係用來感測來自影像擷取裝置1外並依序通過光學透鏡組11與濾光片14的光束，而連接於感測單元13的電路板12則接收並處理來自感測單元13的感測訊號以進而獲得影像。
然而，習知影像擷取裝置1的缺點在於，基於以往光學技術上的侷限，光學透鏡組11中的每一光學透鏡111~114皆須採用球面透鏡(spherical lens)或非球面透鏡(aspheric lens)才得以使得通過其中的光束依著所需的光路行進，但這些非平板式透鏡(non-plate lens)會導致鏡頭總長(total track length,TTL)無法有效降低，因此影像擷取裝置1難以朝著輕、薄、短小的方向發展。
此外，光學透鏡組11埋入影像擷取裝置1後難免會有溫度變化，且基於應用的需求，光學透鏡組11旁亦可能存在會造成溫度變化的熱源，但由於非平板式透鏡會因其曲面的緣故而於溫度有變化時導致整個成像呈非線性的變化，因而不容易被補償修正。故能夠有效降低光學透鏡對溫度變化的敏感度亦是目前市場上的需求。
是以，習知的影像擷取裝置1具有改善的空間。
本發明之一目的在提供一種光學裝置，特別是一種因採用平板式透鏡而能夠有效縮短鏡頭總長(total track length,TTL)並利於組裝定位與降低對溫度變化之敏感度的光學裝置。
本發明之一另一目的在提供一種可應用於上述光學裝置的光學透鏡模組，特別是一種具有至少一平板式透鏡並透過平板式透鏡上之微結構對通過其中之光束進行光束整形的光學透鏡模組。
於一較佳實施例中，本發明提供一種光學裝置，包括：一光學透鏡組，至少包括一第一光學透鏡以及一第二光學透鏡，且該第一光學透鏡為一非球面透鏡(aspheric lens)或一球面透鏡(spherical lens)，而該第二光學透鏡為一平板式透鏡；其中，該平板式透鏡具有至少一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形；一感測單元，用以感應來自該光學裝置外並通過該光學透鏡組的光束；以及一殼體，用以承載或固定該光學透鏡組以及該感測單元。
於一較佳實施例中，該平板式透鏡還具有一基板(substrate)，且該至少一微結構係設置於該基板之至少一表面上。
於一較佳實施例中，該光學透鏡組更包括一第三光學透鏡，且該第三光學透鏡為一另一平板式透鏡，而該另一平板式透鏡具有至少一另一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形；其中，該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡位於該第一光 學透鏡以及該感測單元之間，抑或是該第一光學透鏡位於該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡之間，抑或是該第一光學透鏡位於該第三光學透鏡以及該感測單元之間。
於一較佳實施例中，該第一光學透鏡之屈折力、該第二光學透鏡之屈折力以及該第三光學透鏡之屈折力係分別為正正正、正正負、正負正、正負負、負正正、負正負或負負正。
於一較佳實施例中，來自該光學裝置外之光束係於依序通過該第一光學透鏡以及該第二光學透鏡後入射至該感測單元，抑或是來自該光學裝置外之光束係於依序通過該第二光學透鏡以及該第一光學透鏡後入射至該感測單元。
於一較佳實施例中，該光學透鏡組更包括相對應於該第一光學透鏡之一第四光學透鏡，其用以與該第一光學透鏡相替換而使該光學透鏡組變焦；抑或是 該光學透鏡組更包括相對應於該第二光學透鏡之一第四光學透鏡，其用以與該第二光學透鏡相替換而使該光學透鏡組變焦。
於一較佳實施例中，該第四光學透鏡係透過一手動方式、一機械驅動方式、一電力驅動方式、一磁力驅動方式以及一電磁驅動方式中之至少一者而與該第一光學透鏡或該第二光學透鏡相替換。
於一較佳實施例中，該光學透鏡組包括複數個平板式透鏡，且該些平板式透鏡之一總厚度不大於3公厘(mm)。
於一較佳實施例中，該平板式透鏡之一厚度係不大於0.21公厘(mm)。
於一較佳實施例中，光學裝置更包括一濾光片 (filter)，且該濾光片設置於該光學透鏡組以及該感測單元之間，用以分離具有不同波長頻帶之多個光束。
於一較佳實施例中，該濾光片上設置有至少一另一微結構。
於一較佳實施例中，光學裝置更包括一固定座，用以固定該光學透鏡組；其中，該固定座以及該殼體之間的一相對位置關係係供調整。
於一較佳實施例中，該固定座以及該殼體之間的該相對位置關係係透過一手動方式、一機械驅動方式、一電力驅動方式、一磁力驅動方式以及一電磁驅動方式中之至少一者而被調整。
於一較佳實施例中，該第一光學透鏡以及該第二光學透鏡中之至少一者係用以與一反射式光學元件、一折射式光學元件及/或一繞設式光學元件相組合而形成一透鏡群(lens group)。
於一較佳實施例中，該光學裝置之一光軸係呈歪斜或由複數線條(multiple segment line)所組成。
於一較佳實施例中，該微結構係以下列含有偶數階(even order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： r2=x2+y2；其中，Φ(r)為一相位函數，r為一徑向量，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一2階繞射係數、一4 階繞射係數、一6階繞射係數以及一8階繞射係數；抑或是該微結構係以下列含有全階(all order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： 其中，Φ(H)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一1階繞射係數、一2階繞射係數、一3階繞射係數以及一4階繞射係數；抑或是 該微結構係以下列一非對稱(asymmetrical)相位關係式表示：Φ(x,y)=ΣΦi，且i=1,2,…N；其中， j=o-k； 其中，Φ(x,y)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而dfi為一繞射係數。
於一較佳實施例中，本發明還提供一種光學透鏡組，應用於一光學裝置，該光學透鏡組沿著一光軸依序包括一第一光學透鏡、一第二光學透鏡以及一第三光學透鏡，抑或是沿著該光軸依序包括該第二光學透鏡、該第一光學透鏡以及該第三光學透鏡，抑或是沿著該光軸依序包括該第二光學透鏡、該第三光學透鏡以及該第一光學透鏡；其中，該第一光學透鏡為一非球面透鏡(aspheric lens)或一球面透鏡(spherical lens)，而該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡分別為一平板式透鏡以及一另一平板式透鏡，且該平板式透鏡以及該另一平板式透鏡分別具有至少一微結構以及至少一另一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形。
於一較佳實施例中，該平板式透鏡還具有一基板(substrate)，且該至少一微結構係設置於該基板之至少一表面上，而該另一平板式透鏡還具有一另一基板，且該至少一另一微結構係設置於該另一基板之至少一表面上。
於一較佳實施例中，該第一光學透鏡之屈折力、該第二光學透鏡之屈折力以及該第三光學透鏡之屈折力係分別為正正正、正正負、正負正、正負負、負正正、負正負或負負正。
於一較佳實施例中，該平板式透鏡之一厚度係不大於0.21公厘(mm)，抑或是該另一平板式透鏡之一厚度係不大於0.21公厘(mm)。
於一較佳實施例中，該第一光學透鏡、該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡組中之至少一者係用以與一反射式光學元件、一折射式光學元件及/或一繞設式光學元件相組合而形成一透鏡群(lens group)。
於一較佳實施例中，該光軸係呈歪斜或由複數線條(multiple segment line)所組成。
於一較佳實施例中，該微結構係以下列含有偶數階(even order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： r2=x2+y2；其中，Φ(r)為一相位函數，r為一徑向量，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一2階繞射係數、一4階繞射係數、一6階繞射係數以及一8階繞射係數；抑或是該微結構係以下列含有全階(all order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： 其中，Φ(H)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一1階繞射係數、一2階繞射係數、一3階繞射係數以及一4階繞射係數；抑或是該微結構係以下列一非對稱(asymmetrical)相位關係式表示：Φ(x,y)=ΣΦi，且i=1,2,…N；其中， j=o-k； 其中，Φ(x,y)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而dfi為一繞射係數。
1‧‧‧影像擷取裝置
2‧‧‧光學裝置
11‧‧‧光學透鏡組
12‧‧‧電路板
13‧‧‧感測單元
14‧‧‧濾光片
15‧‧‧固定座
16‧‧‧殼體
17‧‧‧光軸
21‧‧‧光學透鏡組
21A‧‧‧光學透鏡組
21B‧‧‧光學透鏡組
21C‧‧‧光學透鏡組
22‧‧‧電路板
23‧‧‧感測單元
24‧‧‧濾光片
25‧‧‧固定座
26‧‧‧殼體
27‧‧‧光軸
91‧‧‧平板式透鏡
92‧‧‧平板式透鏡
111‧‧‧光學透鏡
112‧‧‧光學透鏡
113‧‧‧光學透鏡
114‧‧‧光學透鏡
211a‧‧‧第一光學透鏡
211b‧‧‧第一光學透鏡
211c‧‧‧第一光學透鏡
212a‧‧‧第二光學透鏡
212b‧‧‧第二光學透鏡
212c‧‧‧第二光學透鏡
213b‧‧‧第三光學透鏡
213c‧‧‧第三光學透鏡
214c‧‧‧第四光學透鏡
911‧‧‧基板
912‧‧‧微結構
921‧‧‧基板
922‧‧‧微結構
L‧‧‧光束
圖1：係為習知影像擷取裝置的結構示意圖。
圖2：係為本案光學裝置於一較佳實施例的結構概念示意圖。
圖3：係為具有正屈折力的平板式透鏡於一較佳實施例的概念示意圖。
圖4：係為具有負屈折力的平板式透鏡於一較佳實施例的概念示意圖。
圖5：係為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第一較佳實施例的結構概念示意圖。
圖6：係為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第二較佳實施例之結構概念示意圖。
圖7：係為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第三較佳實施例之結構概念示意圖。
請參閱圖2，其為本案光學裝置於一較佳實施例的結構概念示意圖。光學裝置2可為一影像擷取裝置，並包括光學透鏡組(lens module)21、電路板22、設置於光學透鏡組21與電路板22之間的感測單元23、設置於光學透鏡組21與感測單元23之間的濾光片(filter)24、用以固定光學透鏡組21的固定座(barrel)25以及用以承載並固定感測單元23、濾光片24及/或固定座25等各種被組裝之元件的殼體(housing)26；較佳者，但不以此為限，固定座25與殼體26之間的相對位置關係可被調整，而調整的方式可透過手動方式調整、機械驅動方式調整、電力驅動方式調整、磁力驅動方式調整以及電磁驅動方式調整中的至少一者。
再者，濾光片24可用來分離通過光學透鏡組21並具有不同波長頻帶的光束，而濾光片24的頻帶通(band passed)範圍可依據感測單元23所需而被設計，例如僅讓特定波長的光束投射到感測單元23。較佳者，但不以此為限，濾光片24可為具有屈折力(optical power)的濾光片24，並可依據實際應用需求而在濾光片24上設置微結構。又，感測單元23是用來感測來自光學裝置2外並依序通過光學透鏡組21與濾光片24的光束，而連接於感測單元23的電路板22則接收並處理來自感測單元23的感測訊號以進而獲得影像。補充說明的是，雖然圖2所示光學裝置2的光軸 27呈垂直於感測單元23的直線形式，但不依此為限，其可依據實際應用需求而被設計成歪斜(skew)或由多段線條(multiple segment line)所組成。
接下來說明光學裝置2的光學透鏡組21，於本案發明中，光學透鏡組21中至少包括有一平板式透鏡(flat lens)，且平板式透鏡係為具有正屈折力(positive optical power)的平板式透鏡或具有負屈折力(negative optical power)的平板式透鏡。請參閱圖3，其為具有正屈折力的平板式透鏡於一較佳實施例的概念示意圖。具有正屈折力的平板式透鏡91係用以使通過其中的光束L聚集及/或聚焦，其包括基板(substrate)911以及設置於基板911之至少一表面的微結構(microstructure)912，且微結構912可為繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，用以對通過其中的光束L進行光束整形(beam shaping)，因此從平板式透鏡91輸出的光束L得以彈性變化。而如何透過設計微結構912使通過其中並輸出的光束符合使用者的需求，係為熟知本技藝人士所知悉，故在此即不再予以贅述。較佳者，但不以此為限，具有正屈折力的平板式透鏡91的厚度係在0.21公厘(mm)以下。
請參閱圖4，其為具有負屈折力的平板式透鏡於一較佳實施例的概念示意圖。具有負屈折力的平板式透鏡92係用以使通過其中的光束L發散，其包括基板921以及設置於基板921之至少一表面的微結構922，且微結構922可為繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，用以對通過其中的光束L進行光束整形(beam shaping)，因此從平板式透鏡92輸出的光束L得以彈性變化。而如何透過設計微結構使通過其中並輸出的光束符 合使用者的需求，係為熟知本技藝人士所知悉，故在此即不再予以贅述。較佳者，但不以此為限，具有負屈折力的平板式透鏡92的厚度係在0.21公厘(mm)以下。
較佳者，但不以此為限，無論是圖3所示之具有正屈折力之平板式透鏡91的微結構912或是圖4所示之具有負屈折力之平板式透鏡92的微結構922，皆能夠以一相位關係式來表示。以下介紹相位關係式的三種實施態樣。於第一種實施態樣中，微結構912、922可以下列含有偶數階(even order)的對稱(symmetrical)相位關係式表示： r2=x2+y2；其中，Φ(r)為相位函數，r為徑向量，dor為繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為0階繞射係數、2階繞射係數、4階繞射係數、6階繞射係數以及8階繞射係數。
於第二種實施態樣中，微結構912、922可以下列含有全階(all order)的對稱(symmetrical)相位關係式表示： 其中，Φ(H)為相位函數，dor為繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為0階繞射係數、1階繞射係數、2階繞射係數、3階繞射係數以及4階 繞射係數。
於第三種實施態樣中，微結構912、922可以下列非對稱(asymmetrical)相位關係式表示：Φ(x,y)=ΣΦi，且i=1,2,…N；其中， j=o-k； 其中，Φ(x,y)為相位函數，dor為繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的波長，而dfi為繞射係數。
請參閱圖5，其為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第一較佳實施例的結構概念示意圖。光學透鏡組21A係為二片式的光學透鏡組，其沿著光軸(圖未示)包括第一光學透鏡211a以及第二光學透鏡212a，且第一光學透鏡211a為球面透鏡或非球面透鏡，而第二光學透鏡212a可為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92。惟，圖5僅為一實施例，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計，舉例來說，可變更設計為，第一光學 透鏡211a為圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92，而第二光學透鏡212a則為球面透鏡(spherical lens)或非球面透鏡(aspheric lens)。
此外，為了更加提升光學透鏡組的光學成效(optical performance)，本案發明還提供三片式的光學透鏡組。請參閱圖6，其為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第二較佳實施例之結構概念示意圖。於本較佳實施例中，光學透鏡組21B係為三片式的光學透鏡組，其沿著光軸(圖未示)依序包括第一光學透鏡211b、第二光學透鏡212b以及第三光學透鏡213b，且第一光學透鏡211b為球面透鏡或非球面透鏡，而第二光學透鏡212b可為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92，第三光學透鏡213b亦可為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92。其中，第一光學透鏡211b的屈折力、第二光學透鏡212b的屈折力以及第三光學透鏡213b的屈折力可依據實際應用需求被分別設計為正正正、正正負、正負正、正負負、負正正、負正負或負負正。
惟，圖6所示僅為一實施例，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計，舉例來說，可變更設計為，第一光學透鏡211b為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92，第二光學透鏡212b為球面透鏡或非球面透鏡，而第三光學透鏡213b為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92。
再舉例來說，可變更設計為，第一光學透鏡211b為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92，且第二光學透鏡212b為如圖3所示之具有正屈折力的平板式透鏡91或是如圖4所示之具有負屈折力的平板式透鏡92，而第三光學透鏡213b則為球面透鏡或非球面透鏡。
再舉例來說，可變更設計為，依據實際應用需求而將反射式光學元件、折射式光學元件及/或繞射式光學元件與第一光學透鏡211b、第二光學透鏡212b或第三光學透鏡213b中的任一者相組合而形成一透鏡群(lens group)。
較佳者，但不以此為限，無論光學透鏡組所包括之平板式透鏡的數量為多少，該些平板式透鏡的總厚度係在3公厘(mm)以下。
請參閱圖7，其為圖2所示光學裝置之光學透鏡組於一第三較佳實施例之結構概念示意圖。本較佳實施例的光學透鏡組21C大致類似於第二較佳實施例的光學透鏡組21B，在此即不再予以贅述。而本較佳實施例的光學透鏡組21C與前述第二較佳實施例之光學透鏡組21B的不同處在於，光學透鏡組21C還包括相對應於第一光學透鏡211c的第四光學透鏡214c，其係用以與第一光學透鏡211c相替換，藉以使光學透鏡組21C提供變焦的功能，而第一光學透鏡211c與第四光學透鏡214c替換的方式可透過手動方式替換、機械驅動方式替換、電力驅動方式替換、磁力驅動方式替換以及電磁驅動方式替換中之至少一者，但不以上述為限。
惟，圖7所示僅為一實施例，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計，舉例來說，可變更設計為，第四透鏡214c是相對應於第二光學透鏡212c而設置，並用以與第二光學透鏡212c相替換，藉以使光學透鏡組21C提供變焦的功能。再舉例來說，可變更設計為，第四光學透鏡214c是相對應於第三光學透鏡213c而設置，並用以與第三光學透鏡213c相替換，藉以使光學透鏡組21C提供變焦的功能。
根據以上的說明，由於本案光學裝置之光學透鏡組中的至少一光學透鏡是具有微結構的平板式透鏡，故具有以下優點：第一、可有效降低光學裝置的鏡頭總長(total track length,TTL)，有助於光學裝置朝著輕、薄、短小的方向發展；第二、於生產線上，採用平板式透鏡更有助於光學透鏡組的組裝與定位；第三、平板式透鏡非為曲面，故於溫度有變化時較不容易導致整個成像呈非線性的變化而有利於被補償修正。是以，本案實具產業利用價值。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
21B‧‧‧光學透鏡組
23‧‧‧感測單元
24‧‧‧濾光片
211b‧‧‧第一光學透鏡
212b‧‧‧第二光學透鏡
213b‧‧‧第三光學透鏡

Claims (21)

  1. 一種光學裝置，包括：一光學透鏡組，至少包括一第一光學透鏡以及一第二光學透鏡，且該第一光學透鏡為一非球面透鏡(aspheric lens)或一球面透鏡(spherical lens)，而該第二光學透鏡為一平板式透鏡；其中，該平板式透鏡具有至少一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形，且該平板式透鏡之一厚度不大於0.21公厘(mm)；一感測單元，用以感應來自該光學裝置外並通過該光學透鏡組的光束；以及一殼體，用以承載或固定該光學透鏡組以及該感測單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該平板式透鏡還具有一基板(substrate)，且該至少一微結構係設置於該基板之至少一表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學透鏡組更包括一第三光學透鏡，且該第三光學透鏡為一另一平板式透鏡，而該另一平板式透鏡具有至少一另一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形；其中，該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡位於該第一光學透鏡以及該感測單元之間，抑或是該第一光學透鏡位於該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡之間，抑或是該第一光學透鏡位於該第三光學透鏡以及該感測單元之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該第一光學透鏡之屈折力、該第二光學透鏡之屈折力以及該第三光學透鏡之屈折力係分別為正正正、正正負、正負正、正負負、負正正、負正負或負負正。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中來自該光學裝置外之光束係於依序通過該第一光學透鏡以及該第二光學透鏡後入射至該感測單元，抑或是來自該光學裝置外之光束係於依序通過該第二光學透鏡以及該第一光學透鏡後入射至該感測單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學透鏡組更包括相對應於該第一光學透鏡之一第四光學透鏡，其用以與該第一光學透鏡相替換而使該光學透鏡組變焦；抑或是該光學透鏡組更包括相對應於該第二光學透鏡之一第四光學透鏡，其用以與該第二光學透鏡相替換而使該光學透鏡組變焦。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學裝置，其中該第四光學透鏡係透過一手動方式、一機械驅動方式、一電力驅動方式、一磁力驅動方式以及一電磁驅動方式中之至少一者而與該第一光學透鏡或該第二光學透鏡相替換。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學透鏡組包括複數個平板式透鏡，且該些平板式透鏡之一總厚度不大於3公厘(mm)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括一濾光片(filter)，且該濾光片設置於該光學透鏡組以及該感測單元之間，用以分離具有不同波長頻帶之多個光束。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學裝置，其中該濾光片上設置有至少一另一微結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括一固定座，用以固定該光學透鏡組；其中，該固定座以及該殼體之間的一相對位置關係係供調整。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學裝置，其中該固定座以及該殼體之間的該相對位置關係係透過一手動方式、一機械驅動方式、一電力驅動方式、一磁力驅動方式以及一電磁驅動方式中之至少一者而被調整。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第一光學透鏡以及該第二光學透鏡中之至少一者係用以與一反射式光學元件、一折射式光學元件及/或一繞設式光學元件相組合而形成一透鏡群(lens group)。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學裝置之一光軸係呈歪斜或由複數線條(multiple segment line)所組成。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該微結構係以下列含有偶數階(even order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： r2=x2+y2；其中，Φ(r)為一相位函數，r為一徑向量，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一2階繞射係數、一4階繞射係數、一6階繞射係數以及一8階繞射係數；抑或是該微結構係以下列含有全階(all order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： 其中，Φ(H)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一1階繞射係數、一2階繞射係數、一3階繞射係數以及一4階繞射係數；抑或是該微結構係以下列一非對稱(asymmetrical)相位關係式表示：Φ(x,y)=ΣΦi，且i=1,2,…N；其中， j=o-k； 其中，Φ(x,y)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而dfi為一繞射係數。
  16. 一種光學透鏡組，應用於一光學裝置，該光學透鏡組沿著一光軸依序包括一第一光學透鏡、一第二光學透鏡以及一第三光學透鏡，抑或是沿著該光軸依序包括該第二光學透鏡、該第一光學透鏡以及該第三光學透鏡，抑或是沿著該光軸依序包括該第二光學透鏡、該第三光學透鏡以及該第一光學透鏡；其中，該第一光學透鏡為一非球面透鏡(aspheric lens)或一球面透鏡(spherical lens)，而該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡分別為一平板式透鏡以及一另一平板式透鏡，且該平板式透鏡以及該另一平板式透鏡分別具有至少一微結構以及至少一另一微結構，用以對通過其中之光束進行光束整形；其中，該平板式透鏡之一厚度不大於0.21公厘(mm)，抑或是該另一平板式透鏡之一厚度不大於0.21公厘(mm)。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之光學透鏡組，其中該平板式透鏡還具有一基板(substrate)，且該至少一微結構係設置於該基板之至少一表面上，而該另一平板式透鏡還具有一另一基板，且該至少一另一微結構係設置於該另一基板之至少一表面上。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之光學透鏡組，其中該第一光學透鏡之屈折力、該第二光學透鏡之屈折力以及該第三光學透鏡之屈折力係分別為正正正、正正負、正負正、正負負、負正正、負正負或負負正。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之光學透鏡組，其中該第一光學透鏡、該第二光學透鏡以及該第三光學透鏡組中之至少一者係用以與一反射式光學元件、一折射式光學元件及/或一繞設式光學元件相組合而形成一透鏡群(lens group)。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之光學透鏡組，其中該光軸係呈歪斜或由複數線條(multiple segment line)所組成。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之光學透鏡組，其中該微結構係以下列含有偶數階(even order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： r2=x2+y2； 其中，Φ(r)為一相位函數，r為一徑向量，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一2階繞射係數、一4階繞射係數、一6階繞射係數以及一8階繞射係數；抑或是該微結構係以下列含有全階(all order)之一對稱(symmetrical)相位關係式表示： 其中，Φ(H)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而df0、df1、df2、df3以及df4分別為一0階繞射係數、一1階繞射係數、一2階繞射係數、一3階繞射係數以及一4階繞射係數；抑或是該微結構係以下列一非對稱(asymmetrical)相位關係式表示：Φ(x,y)=ΣΦi，且i=1,2,…N；其中， j=o-k； 其中，Φ(x,y)為一相位函數，dor為一繞射階次(diffraction order)，λ0為通過其中之光束的一波長，而dfi為一繞射係數。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI636316B (zh) * 2017-05-05 2018-09-21 致伸科技股份有限公司 通訊裝置及其光學裝置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1456916A (zh) * 2002-05-09 2003-11-19 大立光电股份有限公司 复合透镜系统
CN103026273A (zh) * 2010-12-10 2013-04-03 松下电器产业株式会社 衍射光栅透镜、使用它的摄像用光学系统和摄像装置
US8848289B2 (en) * 2012-03-15 2014-09-30 Google Inc. Near-to-eye display with diffractive lens
TWM505615U (zh) * 2014-12-08 2015-07-21 台睿精工股份有限公司 光學防震致動裝置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6157488A (en) * 1995-08-29 2000-12-05 Olympus Optical Company Ltd. Diffractive optical element
US5973827A (en) * 1997-03-27 1999-10-26 Raytheon Company Refractive/diffractive infrared imager and optics
JPH10333027A (ja) * 1997-05-30 1998-12-18 Asahi Optical Co Ltd 結像レンズ
JP2001174896A (ja) * 1999-12-13 2001-06-29 Sit:Kk 多焦点切り替え式カメラ
US20040263978A1 (en) * 2003-06-18 2004-12-30 Chipper Robert B. Method and apparatus for forming an image using only diffractive optics
JP2006047343A (ja) * 2004-07-30 2006-02-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 赤外線レンズ
US7453648B2 (en) * 2005-11-30 2008-11-18 Panasonic Corporation Zoom lens system, imaging device and camera
JP2008058907A (ja) * 2006-09-04 2008-03-13 Canon Inc 回折光学素子及びこれを有する光学系
JP2009063942A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 遠赤外線カメラ用レンズ、レンズユニット及び撮像装置
JP2011074896A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Yanmar Co Ltd エンジン
WO2011093893A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical devices based on non-periodic sub-wavelength gratings
US8786757B2 (en) * 2010-02-23 2014-07-22 Primesense Ltd. Wideband ambient light rejection
WO2011106553A2 (en) * 2010-02-24 2011-09-01 The Regents Of The University Of California Planar, low loss transmitting or reflecting lenses using sub-wavelength high contrast grating
JP2013038164A (ja) * 2011-08-05 2013-02-21 Sony Corp 固体撮像装置、電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1456916A (zh) * 2002-05-09 2003-11-19 大立光电股份有限公司 复合透镜系统
CN103026273A (zh) * 2010-12-10 2013-04-03 松下电器产业株式会社 衍射光栅透镜、使用它的摄像用光学系统和摄像装置
US8848289B2 (en) * 2012-03-15 2014-09-30 Google Inc. Near-to-eye display with diffractive lens
TWM505615U (zh) * 2014-12-08 2015-07-21 台睿精工股份有限公司 光學防震致動裝置

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