TWI680322B - 鏡片系統、投射裝置、感測模組及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置，包含一鏡片系統。鏡片系統包含三片透鏡，且三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。第一透鏡具正屈折力，第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，且第二透鏡具負屈折力，第三透鏡具正屈折力。當滿足特定條件時，鏡片系統可達到兼具微型化、高解析度、高照度及良好投射品質的特性，以應用於更廣泛的產品中。

Description

鏡片系統、投射裝置、感測模組及電子裝置
本發明係關於一種鏡片系統及投射裝置，特別是關於一種可應用於電子裝置的鏡片系統、投射裝置和感測模組。
隨著攝影模組的應用愈來愈廣泛，因應市場需求之鏡頭規格也更趨多元，一可感測三維立體資訊的鏡頭可在二維圖像基礎上增添景深訊息，提供精確度、真實度更高的使用者體驗，搭配適當的光學元件及技術，可進一步提升三維感測的速度及解析度，其可應用於擴增實境、臉部辨識、虹膜辨識、手勢識別、三維建模等的三維影像擷取中。
從前市面上對於人機互動的發展或影像的存取多侷限於二維空間，然二維影像與雙眼所見的真實影像仍有一定的差距，為使電子裝置能夠更讓人身歷其境，或為了增進生活的便利性，擷取並應用立體資訊將成為未來科技發展的重要趨勢。其作動原理係將具特定特徵之光源投射至物體，光線經物體不同深度的位置反射後，由另一鏡頭接收反射的光線，透過對反射後光線特徵產生的變化進行運算，便可得到該物體各位置與鏡頭之間的距離，進而推斷出該物之立體結構，或可藉由判斷該物的動作所欲傳達的訊息，完成進一步特定動作或任務。目前市面上關於立體影像擷取與互動的應用十分多元，可包含：人臉辨識系統、體感遊戲機、擴增實境裝置、行車輔助系統、各種智慧型電子產品、多鏡頭裝置、穿戴式裝置、數位相機、辨識系統、娛樂裝置、運動裝置與家庭智能輔助等電子裝置中。
本發明提供一種電子裝置，其包含一鏡片系統，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡；其中該第一透鏡具正屈折力，且該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第二透鏡具負屈折力，該第三透鏡具正屈折力，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該鏡片系統的焦距為f，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，係滿足下列關係式： -2.80 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 7.50； 0 ＜ BL/TD ＜ 1.0； 5.0 ＜ Vdmin ＜ 25.0； 1.50 ＜ Nmax ＜ 1.73；及 4.50 ＜ |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| ＜ 12.0。
本發明另提供一種電子裝置，其包含一投射裝置，該投射裝置包含一鏡片系統以及至少一光源，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡，其中該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第二透鏡內側表面於近光軸處為凹面，相鄰透鏡間皆具有空氣間距，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該鏡片系統的焦距為f，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，係滿足下列關係式： -2.80 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 7.50； 0 ＜ BL/TD ＜ 1.0； 5.0 ＜ Vdmin ＜ 25.0； 1.50 ＜ Nmax ＜ 1.73； 2.50 ＜ |f/f2|+|f/f3| ＜ 10.0；及 -0.80 ＜ f/f3 ＜ 5.0。
本發明另提供一種電子裝置，其包含一投射裝置，該投射裝置包含一鏡片系統以及至少一光源，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡，其中第一透鏡具正屈折力，且該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第三透鏡具正屈折力，且該第三透鏡內側表面於近光軸處為凸面，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該第三透鏡外側面曲率半徑為R5，係滿足下列關係式： -1.0 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 1.0； 0 ＜ BL/TD ＜ 1.0； 5.0 ＜ Vdmin ＜ 25.0； 1.50 ＜ Nmax ＜ 1.73；及 0 ＜ (R5+R6)/(R5-R6) ＜ 5.0。 當 (R1+R6)/(R1-R6) 滿足所述條件時，可協調鏡片系統最外側表面與最內側表面間的面型，以優化聚光點的對稱性。 當 BL/TD 滿足所述條件時，控制鏡片系統後焦及鏡頭長度的比值，可利於形成微型化結構，同時具備充足照度。 當 Vdmin 滿足所述條件時，控制各透鏡的材質配置，可有效修正鏡片系統照度，增加能量穿透率，藉以提升聚光品質。 當 Nmax 滿足所述條件時，適當配置鏡片系統中各透鏡之材質，可有效降低成本，並有助於微型化。 當 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 滿足所述條件時，可利於提升透鏡屈折力強度，以控制鏡片系統總長，縮小裝置體積。 當 |f/f2|+|f/f3| 滿足所述條件時，可確保第二透鏡與第三透鏡具備足夠的屈折力強度，以平衡鏡片系統配置，使利於產品應用。 當 f/f3 滿足所述條件時，可控制第三透鏡屈折力強度，以平衡鏡片系統配置，使利於產品應用。 當 (R5+R6)/(R5-R6) 滿足所述條件時，使第三透鏡之內側表面具備較強的光線控制能力，以提升鏡片系統對稱性，降低敏感度。 藉由上述之鏡片系統，藉由其適當的光學元件配置，可達到兼具微型化、高解析度、高照度及良好投射品質的特性，以應用於更廣泛的產品。
本發明提供一種鏡片系統，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。
第一透鏡可具正屈折力，可強化鏡片系統光路控制能力，以利於達成鏡片系統微型化。第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，可強化第一透鏡屈折力，並維持適當之光路角度。
第二透鏡可具負屈折力，可平衡第一透鏡之正屈折力，藉以降低鏡片系統敏感度。第二透鏡內側表面於近光軸處可為凹面，使光線獲得緩衝，可助於壓制鏡片系統的主光線角度。第二透鏡外側表面於近光軸處可為凸面，可有效修正鏡片系統聚光能力，改善光路偏移量。
第三透鏡可具正屈折力，可助於鏡片系統內側的共軛表面上之光線呈現遠心(telecentric)，藉以提升鏡片系統整體照度。第三透鏡內側表面於近光軸處可為凸面，可提升鏡片系統對稱性，強化光線的匯聚品質，進而提升產品的感測精確度。
三片透鏡中至少一透鏡表面可包含至少一反曲點，藉由設置具有反曲點的透鏡表面，可修正離軸像差以減少鏡片系統中所需的透鏡數目，縮短系統總長，達到輕薄短小以應用於更多元的電子裝置中。
三片透鏡可皆各具有至少一非球面，且第二透鏡可包含至少一臨界點，藉由設置具有臨界點的透鏡表面，可強化鏡片系統周邊聚光能力，使周邊辨識度與中心辨識度相當。
相鄰透鏡間可皆具有空氣間距，可提升鏡片系統中的自由度，以滿足體積控制、聚焦能力提升等需求。
第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，當鏡片系統滿足下列關係式： -2.80 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 7.50 時，可協調系統最外側表面與最內側表面間的面型，以優化聚光點的對稱性。此外，亦可滿足： -1.0 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 1.0 ；亦可滿足： -0.20 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 0.20 ；亦可滿足： -0.10 ＜ (R1+R6)/(R1-R6) ＜ 0.10。
第三透鏡內側表面與鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，第一透鏡外側表面與第三透鏡內側表面之間於光軸上的距離為TD，當鏡片系統滿足下列關係式： 0 ＜ BL/TD ＜ 1.0 時，可控制鏡片系統後焦及長度的比值，可利於形成微型化結構，同時具備充足照度。此外，亦可滿足： 0 ＜ BL/TD ＜ 0.50 ；亦可滿足： 0 ＜ BL/TD ＜ 0.30。
三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，當鏡片系統滿足下列關係式： 5.0 ＜ Vdmin ＜ 25.0 時，可控制各透鏡的材質配置，可有效修正鏡片系統照度，增加能量穿透率，藉以提升聚光品質。此外，亦可滿足： 10.0 ＜ Vdmin ＜ 20.0。本發明中單一透鏡的阿貝數Vd之定義，係藉由下述公式算出： ，其中Nd係該單一透鏡於氦d線波長(587.6 nm)下所量測之折射率，NF係該單一透鏡於氫F線波長(486.1 nm)下所量測之折射率，NC係該單一透鏡於氫C線波長(656.3 nm)下所量測之折射率。
三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，當鏡片系統滿足下列關係式： 1.50 ＜ Nmax ＜ 1.73 時，可適當配置鏡片系統中各透鏡之材質，可有效降低成本，並有助於微型化。此外，亦可滿足： 1.50 ＜ Nmax ＜ 1.70。
鏡片系統的焦距為f，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，當鏡片系統滿足下列關係式： 4.50 ＜ |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| ＜ 12.0 時，可利於提升鏡片屈折力強度，以控制系統總長，縮小裝置體積。此外，亦可滿足：6.0 ＜ |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| ＜ 12.0。
鏡片系統的焦距為f，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，當鏡片系統滿足下列關係式： 2.50 ＜ |f/f2|+|f/f3| ＜ 10.0 時，可確保第二透鏡與第三透鏡具備足夠的屈折力強度，以平衡鏡片系統配置，使利於產品應用。此外，亦可滿足：4.0 ＜ |f/f2|+|f/f3| ＜ 9.0。
鏡片系統的焦距為f，第三透鏡的焦距為f3，當鏡片系統滿足下列關係式： -0.80 ＜ f/f3 ＜ 5.0 時，可控制第三透鏡屈折力強度，以平衡鏡片系統配置，使利於產品應用。此外，亦可滿足：-0.50 ＜ f/f3 ＜ 3.50。
第三透鏡外側表面曲率半徑為R5，第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，當鏡片系統滿足下列關係式： 0 ＜ (R5+R6)/(R5-R6) ＜ 5.0 時，可使第三透鏡之內側表面具備較強的光線控制能力，以提升鏡片系統對稱性，降低敏感度。此外，亦可滿足：0.30 ＜ (R5+R6)/(R5-R6) ＜ 3.0；亦可滿足：0.70 ＜ (R5+R6)/(R5-R6) ＜ 2.20；亦可滿足：1.0 ＜ (R5+R6)/(R5-R6) ＜ 1.80。
第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，當鏡片系統滿足下列關係式： |f2| ＜ |f1| 及 |f2| ＜ |f3| 時，可使第二透鏡具備較強的屈折能力，以提升鏡片系統對稱性，改善聚光品質。
第一透鏡外側表面的最大有效半徑為Y11，第三透鏡內側表面的最大有效半徑為Y32，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.85 ＜ Y11/Y32 ＜ 1.50 時，可調整鏡片系統中最內側之透鏡表面及最外側之透鏡表面的有效半徑大小比例，可有效提升鏡片系統組裝良率，同時維持光束強度。
第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，當鏡片系統滿足下列關係式： 1.0 mm ＜ CT1+CT2+CT3 ＜ 2.50 mm 時，可控制透鏡厚度，使同時滿足良好製造性與鏡片系統小型化，進而縮小裝置體積。
第二透鏡外側表面於離軸處之臨界點與光軸的垂直距離為Yc21，第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.10 ＜ Yc21/CT2 ＜ 2.50 時，第二透鏡之透鏡表面設置具有臨界點，可有效修正鏡片系統像差，維持良好的聚焦品質。請參照第七圖，係繪示以本發明第一實施例作為範例之參數Yc21示意圖。第二透鏡外側面121於離軸處具有一臨界點cp21，臨界點cp21與光軸的垂直距離為Yc21。
第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，第一透鏡內側表面曲率半徑為R2，當鏡片系統滿足下列關係式： -2.50 ＜ (R1+R2)/(R1-R2) ＜ -0.50 時，可使第一透鏡之外側方向具備較強之光路控制能力，以掌控外側光線的走向，優化聚光點的形狀。此外，亦可滿足：-2.0 ＜ (R1+R2)/(R1-R2) ＜ -1.0。
第二透鏡外側表面曲率半徑為R3，第二透鏡內側表面曲率半徑為R4，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.30 ＜ (R3+R4)/(R3-R4) ＜ 2.50 時，可平衡第二透鏡之內側表面與光線的夾角，進而平衡第三透鏡的有效半徑，以避免鏡片系統體積過大。此外，亦可滿足：1.0 ＜ (R3+R4)/(R3-R4) ＜ 2.30。
第一透鏡與第二透鏡之間於光軸上的距離為T12，第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.01 ＜ T12/CT1 ＜ 0.20 時，可平衡第一透鏡的厚度以及與第二透鏡間於光軸上的距離，可確保光線接近電子裝置外側時的控制能力，進而優化辨識能力。此外，亦可滿足：0.02 ＜ T12/CT1 ＜ 0.13。
第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，第二透鏡與第三透鏡之間於該光軸上的距離為T23，當鏡片系統滿足下列關係式： CT2 ＜ T23 時，可確保第二透鏡與第三透鏡間具備足夠空間，以緩和光路走向，提供較佳的視角範圍。
第一透鏡與第二透鏡之間於光軸上的距離為T12，第二透鏡與第三透鏡之間於光軸上的距離為T23，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.01 ＜ T12/T23 ＜ 0.70 時，可調整透鏡間的間隔距離，可緩衝光線與內側共軛表面間的角度，亦可提升鏡片系統組裝良率。此外，亦可滿足：0.01 ＜ T12/T23 ＜ 0.30。
第一透鏡外側表面與鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為TL，鏡片系統的焦距為f，當鏡片系統滿足下列關係式：0.70 ＜ TL/f ＜ 1.0 時，可強化小範圍的局部聚焦能力，以提供遠距的辨識能力。
三片透鏡外側表面及內側表面的最大有效半徑中最大者為Ymax，當鏡片系統滿足下列關係式： 0.1 mm ＜ Ymax ＜ 1.0 mm 時，控制所有透鏡有效半徑中的最大值，使助於維持小型化，縮小鏡頭體積。
第二透鏡內側表面曲率半徑之絕對值為三片透鏡之表面曲率半徑絕對值中最小者，藉此，可控制光路走向，使提供較佳地辨識範圍。
本發明揭露的鏡片系統中各透鏡間可至少包含一嵌合結構。本發明以第八圖做一範例說明，請參見第八圖右側圖示，第二透鏡L2與第三透鏡L3間包含一嵌合結構，係由該第二透鏡L2包含的一第一軸向組裝面S1(first axial assembling surface)及該第三透鏡L3包含的一第二軸向組裝面S2構成，其中，該第二軸向組裝面S2可供該第一軸向組裝面S1對應組裝，藉以對正該第二透鏡L2及該第三透鏡L3的中心，以維持良好的同軸性(concentricity)，改善因透鏡偏心所生成之像差，進一步優化畫面品質。
本發明鏡片系統可應用於波長750~1600nm之紅外線波段，藉由選用適當之波長範圍，使感測時可不受混亂的背景干擾，同時維持良好的感測效率。此外，本發明鏡片系統亦可應用於波長850~1600nm之紅外線波段。
本發明提供一種投射裝置，投射裝置包含前述鏡片系統以及至少一光源。光源可以是雷射、超輻射發光二極體(SLED)、微型LED、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)光源等類似光源，且光源可以是單一光源或多光源設置於鏡片系統內側之共軛表面上，可真實呈現良好的投射品質。當本發明投射裝置之光源為垂直腔表面發射雷射光源，並設置於鏡片系統內側之共軛表面時，可藉由配置適當光源，有助於提供投射裝置一高指向性、低發散性及高強度的光源，以提升鏡片系統外側之共軛表面的照度。
該光源經投射裝置之鏡片系統後形成一結構性光線(structured light)，並投射至一感測物。其中，結構性光線可採用點狀(dot)、斑狀(spot)或線狀(stripe)等結構，但不限於前述結構。
投射裝置可包含至少一繞射元件，繞射元件可設置於該第一透鏡之外側，藉由配置繞射元件，可幫助光線擴散衍射，以提供更規律的光線結構，以利於增加辨識能力。其中，本發明所揭露之繞射元件可為擴散片(diffuser)或光柵片(raster)或其組合，其表面可具有微型結構(如光柵，但不限於)，其可散射光束並對所產生之散斑圖案進行複製，藉以擴大投射裝置之投射角度。
投射裝置更可包含可調焦組件或鏡組。配置可調焦組件可針對不同環境因素調整系統焦距，使畫面清晰呈現；配置具反射功能之鏡組可縮小模組體積，增加空間配置的自由度。
本發明提供一種電子裝置包含一種鏡片系統，且提供一種電子裝置包含前述投射裝置。該電子裝置可為一智慧型手機，可將諸如手勢識別、臉部辨識、擴增實境等三維感測技術導入智慧型手機，提供使用者一全新的用戶體驗，使人機互動更為順暢便捷。
上述本發明鏡片系統中的各技術特徵皆可組合配置，而達到對應之功效。
本發明揭露的鏡片系統中，透鏡的材質可為玻璃或塑膠。若透鏡的材質為玻璃，則可增加鏡片系統屈折力配置的自由度，而玻璃透鏡可使用研磨或模造等技術製作而成。若透鏡材質為塑膠，則可以有效降低生產成本。此外，可於鏡面上設置非球面(ASP)，藉此獲得較多的控制變數，用以消減像差、縮減透鏡數目，並可有效降低本發明鏡片系統的總長，而非球面可以塑膠射出成型或模造玻璃鏡片等方式製作而。
本發明揭露的鏡片系統中，若透鏡表面為非球面，則表示該透鏡表面光學有效區整個或其中一部分為非球面。
若透鏡表面係為凸面且未界定凸面位置時，則表示透鏡表面可於近光軸處為凸面；若透鏡表面係為凹面且未界定凹面位置時，則表示透鏡表面可於近光軸處為凹面。若透鏡之屈折力或焦距未界定其區域位置時，則表示透鏡之屈折力或焦距可為透鏡於近光軸處之屈折力或焦距。
本發明所述鏡片系統、投射裝置、感測模組及電子裝置中各參數數值若無特別定義，則各參數數值可依據鏡片系統操作波長而定，若操作波長為可見光(例如:其主要波段為350~750nm)，則各參數數值依據587.6(d-line)波長為準計算；而若操作波長為近紅外光(例如:其主要波段為750~1500nm)，則各參數數值依據940nm波長為準計算。
本發明揭露的鏡片系統中，反曲點係指透鏡表面曲率正負變化的交界點。臨界點(Critical Point)係指垂直於光軸的平面與透鏡表面相切之切線上的切點，且臨界點並非位於光軸上。
本發明揭露的鏡片系統中，可設置有至少一光闌，其可位於第一透鏡之前、各透鏡之間或最後一透鏡之後，該光闌的種類如耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，可用以減少雜散光，有助於提昇影像品質。
本發明揭露的鏡片系統中，光圈之配置可為前置光圈或中置光圈。其中前置光圈意即光圈設置於感測物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與內側之共軛表面間。若光圈為前置光圈，可有效壓制鏡片系統之內側共軛表面上的主光線角度，使其具有遠心(Telecentric)效果，並可提升鏡片系統照度；若為中置光圈，係有助於擴大鏡片系統的視場角。
本發明所述之外側為機構外側，內側為機構內側。請參照第九A圖，係繪有例示性的一感測模組10，其包含接收裝置11的成像鏡頭系統11a與投射裝置12的鏡片系統12a。內側之共軛表面為位於機構內側之焦面，若是成像鏡頭系統11a之內側的共軛表面則是指成像面。對於成像鏡頭系統而言，成像鏡頭系統11a之外側係指物側，且成像鏡頭系統11a之內側係指像側。對於投射裝置12的鏡片系統12a而言，鏡片系統12a之外側係指較靠近感測物O之一側(放大側)，且外側為出光面；鏡片系統12a之內側係指較靠近光源145所在之一側(縮小側)，且內側為入光面。對於鏡片系統12a的單一透鏡而言，透鏡外側係指朝向感測物之一側，透鏡外側表面係指朝向感測物的透鏡表面，透鏡內側係指朝向光源145(或共軛表面140)之一側，且透鏡內側表面則是指朝向光源的透鏡表面。
本發明揭露的鏡片系統、投射裝置、感測模組及電子裝置將藉由以下具體實施例配合所附圖式予以詳細說明。
《第一實施例》 本發明第一實施例請參閱第一A圖，第一實施例的像差曲線請參閱第一B圖。第一實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源145，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈100、第一透鏡110、第二透鏡120及第三透鏡130，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡110具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面111於近光軸處為凸面，其內側表面112於近光軸處為凹面，其外側表面111及內側表面112皆為非球面，其內側表面112具有一個反曲點。 第二透鏡120具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面121於近光軸處為凸面，其內側表面122於近光軸處為凹面，其外側表面121及內側表面122皆為非球面，其外側表面121具有一個反曲點及一個臨界點。 第三透鏡130具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面131於近光軸處為凸面，其內側表面132於近光軸處為凸面，其外側表面131及內側表面132皆為非球面，其外側表面131具有一個反曲點。 投射裝置所包含之光源145設置於鏡片系統內側共軛表面140上。
第一實施例詳細的光學數據如表一所示，曲率半徑、厚度及焦距的單位為毫米，f表示焦距，Fno表示光圈值，HFOV表示最大視角的一半，且表面0-8依序表示由外側至內側的表面。其非球面數據如表二所示，k表示非球面曲線方程式中的錐面係數，A4-A8則表示各表面第4-8階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表一及表二的定義相同，下文不加贅述。
表一
(第一實施例)
f = 3.50 mm, Fno = 2.87, HFOV = 7.7 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.221
2 第一透鏡 0.815 ASP 1.100 塑膠 1.536 56.1 1.83
3 2.518 ASP 0.123
4 第二透鏡 1.726 ASP 0.244 塑膠 1.641 19.4 -0.97
5 0.433 ASP 0.776
6 第三透鏡 230.881 ASP 0.518 塑膠 1.535 56.0 1.50
7 -0.805 ASP 0.529
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表二
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -1.6101E-01 -6.8815E-01 1.0396E+00 -1.1134E+00 9.0000E+01 -1.5422E-01
A4 = 1.0747E-03 -5.0294E-01 -3.1909E+00 -1.8950E+00 -6.0769E-02 3.3320E-02
A6 = 8.8577E-03 1.4628E+00 2.0252E+00 7.1493E+00 -8.7992E-02 1.4314E-02
A8 = -9.8129E+00 -1.3298E+01 -3.6556E-03
上述的非球面曲線的方程式表示如下： 其中， X：非球面上距離光軸為Y的點，其與相切於非球面光軸上頂點之切面的相對距離； Y：非球面曲線上的點與光軸的垂直距離； R：曲率半徑； k：錐面係數； Ai：第i階非球面係數。
第一實施例中，鏡片系統的焦距為f，鏡片系統的光圈值為Fno，鏡片系統中最大視角的一半為HFOV，其數值為：f = 3.50 (毫米)，Fno = 2.87，HFOV = 7.7 (度)。 第一實施例中，三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，其數值為： Vdmin = 19.4 (阿貝數最小者為第二透鏡120)。 第一實施例中，三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，其數值為： Nmax = 1.641 (折射率最大者為第二透鏡120)。 第一實施例中，第一透鏡110與第二透鏡120之間於光軸上的距離為T12，第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，其滿足關係式： T12/CT1 = 0.11。 第一實施例中，第一透鏡110與第二透鏡120之間於光軸上的距離為T12，第二透鏡120與第三透鏡130之間於光軸上的距離為T23，其滿足關係式： T12/T23 = 0.16。 第一實施例中，第一透鏡外側表面111曲率半徑為R1，第一透鏡內側表面112曲率半徑為R2，其滿足關係式： (R1+R2)/(R1-R2) = -1.96。 第一實施例中，第二透鏡外側表面121曲率半徑為R3，第二透鏡內側表面122曲率半徑為R4，其滿足關係式： (R3+R4)/(R3-R4) = 1.67。 第一實施例中，第三透鏡外側表面131曲率半徑為R5，第三透鏡內側表面132曲率半徑為R6，其滿足關係式： (R5+R6)/(R5-R6) = 0.99。 第一實施例中，第一透鏡外側表面111曲率半徑為R1，第三透鏡內側表面132曲率半徑為R6，其滿足關係式： (R1+R6)/(R1-R6) = 0.01。 第一實施例中，鏡片系統的焦距為f，第三透鏡130的焦距為f3，其滿足關係式： f/f3 = 2.33。 第一實施例中，鏡片系統的焦距為f，第二透鏡120的焦距為f2，第三透鏡130的焦距為f3，其滿足關係式： |f/f2|+|f/f3| = 5.93。 第一實施例中，鏡片系統的焦距為f，第一透鏡110的焦距為f1，第二透鏡120的焦距為f2，第三透鏡130的焦距為f3，其滿足關係式： |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| = 7.84。 第一實施例中，第一透鏡110於光軸上的厚度為CT1，第二透鏡120於光軸上的厚度為CT2，第三透鏡130於光軸上的厚度為CT3，其滿足關係式： CT1+CT2+CT3 = 1.86 (毫米)。 第一實施例中，三片透鏡外側表面及內側表面的最大有效半徑中最大者為Ymax，其數值為： Ymax = 0.62 (毫米) (最大有效半徑中最大者為第一透鏡外側表面111)。 第一實施例中，第二透鏡外側表面121於離軸處之臨界點cp21與光軸的垂直距離為Yc21，第二透鏡120於光軸上的厚度為CT2，其滿足關係式： Yc21/CT2 = 0.90。 第一實施例中，第一透鏡外側表面111的最大有效半徑為Y11，第三透鏡內側表面132的最大有效半徑為Y32，其滿足關係式： Y11/Y32 = 1.01。 第一實施例中，第一透鏡外側表面111與鏡片系統內側共軛表面140之間於光軸上的距離為TL，鏡片系統的焦距為f，其滿足關係式： TL/f = 0.94。 第一實施例中，第三透鏡內側表面132與鏡片系統內側共軛表面140之間於光軸上的距離為BL，第一透鏡外側表面111與第三透鏡內側表面132之間於光軸上的距離為TD，其滿足關係式：BL/TD = 0.19。
《第二實施例》 本發明第二實施例請參閱第二A圖，第二實施例的像差曲線請參閱第二B圖。第二實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源245，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈200、第一透鏡210、第二透鏡220及第三透鏡230，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡210具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面211於近光軸處為凸面，其內側表面212於近光軸處為凸面，其外側表面211及內側表面212皆為非球面，其內側表面212具有二個反曲點。 第二透鏡220具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面221於近光軸處為凸面，其內側表面222於近光軸處為凹面，其外側表面221及內側表面222皆為非球面，其外側表面221具有一個反曲點及一個臨界點。 第三透鏡230具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面231於近光軸處為凹面，其內側表面232於近光軸處為凸面，其外側表面231及內側表面232皆為非球面。 投射裝置所包含之光源245設置於鏡片系統內側共軛表面240上。 第二實施例詳細的光學數據如表三所示，其非球面數據如表四所示。
表三
(第二實施例)
f = 3.50 mm, Fno = 2.87, HFOV = 7.7 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.213
2 第一透鏡 0.835 ASP 1.100 塑膠 1.536 56.1 1.55
3 -191.902 ASP 0.099
4 第二透鏡 2.233 ASP 0.235 塑膠 1.641 19.4 -0.82
5 0.410 ASP 0.728
6 第三透鏡 -70.929 ASP 0.682 塑膠 1.535 56.0 1.55
7 -0.824 ASP 0.446
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表四
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -1.6115E-01 -4.4051E+01 1.7967E+01 -9.5644E-01 -7.9201E+01 -2.1030E-01
A4 = 4.3466E-03 1.1178E-01 -2.3657E+00 -1.6325E+00 -7.9869E-02 1.4107E-02
A6 = 1.2356E-02 -2.4026E-01 7.8056E-01 5.1250E+00 -7.2810E-02 1.0737E-02
A8 = -4.6191E+00 -1.2957E+01 　 　 -1.9248E-02
第二實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。此外，各個關係式的參數係如同第一實施例所闡釋，惟各個關係式的數值係如下表中所列。
第二實施例
f [mm] 3.50 (R1+R6)/(R1-R6) 0.01
Fno. 2.87 f/f3 2.25
HFOV [deg.] 7.7 |f/f2|+|f/f3| 6.50
Vdmin 19.4 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 8.75
Nmax 1.641 CT1+CT2+CT3 [mm] 2.02
T12/CT1 0.09 Ymax [mm] 0.62
T12/T23 0.14 Yc21/CT2 0.98
(R1+R2)/(R1-R2) -0.99 Y11/Y32 1.04
(R3+R4)/(R3-R4) 1.45 TL/f 0.94
(R5+R6)/(R5-R6) 1.02 BL/TD 0.16
《第三實施例》 本發明第三實施例請參閱第三A圖，第三實施例的像差曲線請參閱第三B圖。第三實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源345，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈300、第一透鏡310、第二透鏡320及第三透鏡330，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡310具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面311於近光軸處為凸面，其內側表面312於近光軸處為凹面，其外側表面311及內側表面312皆為非球面，其內側表面312具有一個反曲點。 第二透鏡320具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面321於近光軸處為凸面，其內側表面322於近光軸處為凹面，其外側表面321及內側表面322皆為非球面，其外側表面321具有一個反曲點及一個臨界點。 第三透鏡330具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面331於近光軸處為凹面，其內側表面332於近光軸處為凸面，其外側表面331及內側表面332皆為非球面。 投射裝置所包含之光源345設置於鏡片系統內側共軛表面340上。 第三實施例詳細的光學數據如表五所示，其非球面數據如表六所示。
表五
(第三實施例)
f = 3.49 mm, Fno = 2.91, HFOV = 8.1 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.219
2 第一透鏡 0.832 ASP 1.100 塑膠 1.536 56.1 1.61
3 12.122 ASP 0.078
4 第二透鏡 1.826 ASP 0.235 塑膠 1.634 20.4 -0.93
5 0.425 ASP 0.803
6 第三透鏡 -8.118 ASP 0.650 塑膠 1.634 20.4 1.62
7 -0.940 ASP 0.405
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表六
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -1.4363E-01 -9.9000E+01 1.1524E+01 -8.4375E-01 -9.9000E+01 -2.3646E-01
A4 = 1.6236E-03 -1.0885E-03 -2.2956E+00 -1.5125E+00 -5.9733E-02 -5.0579E-03
A6 = 1.0931E-02 2.5879E-01 2.3824E-01 3.2494E+00 7.0589E-02 2.2086E-02
A8 = -8.1284E+00 -1.6394E+01 -9.4838E-03
第三實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。此外，各個關係式的參數係如同第一實施例所闡釋，惟各個關係式的數值係如下表中所列。
第三實施例
f [mm] 3.49 (R1+R6)/(R1-R6) -0.06
Fno. 2.91 f/f3 2.15
HFOV [deg.] 8.1 |f/f2|+|f/f3| 5.89
Vdmin 20.4 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 8.05
Nmax 1.634 CT1+CT2+CT3 [mm] 1.99
T12/CT1 0.07 Ymax [mm] 0.62
T12/T23 0.10 Yc21/CT2 1.09
(R1+R2)/(R1-R2) -1.15 Y11/Y32 1.02
(R3+R4)/(R3-R4) 1.61 TL/f 0.94
(R5+R6)/(R5-R6) 1.26 BL/TD 0.14
《第四實施例》 本發明第四實施例請參閱第四A圖，第四實施例的像差曲線請參閱第四B圖。第四實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源445，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈400、第一透鏡410、第二透鏡420及第三透鏡430，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡410具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面411於近光軸處為凸面，其內側表面412於近光軸處為凹面，其外側表面411及內側表面412皆為非球面，其內側表面412具有一個反曲點。 第二透鏡420具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面421於近光軸處為凸面，其內側表面422於近光軸處為凹面，其外側表面421及內側表面422皆為非球面，其外側表面421具有一個反曲點及一個臨界點。 第三透鏡430具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面431於近光軸處為凹面，其內側表面432於近光軸處為凸面，其外側表面431及內側表面432皆為非球面。 投射裝置所包含之光源445設置於鏡片系統內側共軛表面440上。 第四實施例詳細的光學數據如表七所示，其非球面數據如表八所示。
表七
(第四實施例)
f = 3.49 mm, Fno = 2.91, HFOV = 7.7 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.198
2 第一透鏡 0.980 ASP 1.100 塑膠 1.641 19.4 1.73
3 4.747 ASP 0.049
4 第二透鏡 1.143 ASP 0.249 塑膠 1.641 19.4 -1.19
5 0.418 ASP 0.927
6 第三透鏡 -7.042 ASP 0.646 塑膠 1.641 19.4 1.74
7 -0.998 ASP 0.229
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表八
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -1.9305E-01 -9.8972E+01 4.1263E+00 -5.7793E-01 -9.9000E+01 -1.0783E-01
A4 = 1.2530E-02 -4.0462E-02 -1.6636E+00 -9.4061E-01 -7.4709E-02 8.3248E-03
A6 = 1.5918E-02 -4.3006E-02 -1.8618E+00 -1.4384E+00 1.4448E-01 4.1756E-02
A8 = -6.5113E+00 -9.1243E+00 4.9643E+00 2.4996E-02
A10 = 8.8257E+00 -6.6654E+00
第四實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。此外，各個關係式的參數係如同第一實施例所闡釋，惟各個關係式的數值係如下表中所列。
第四實施例
f [mm] 3.49 (R1+R6)/(R1-R6) -0.01
Fno. 2.91 f/f3 2.00
HFOV [deg.] 7.7 |f/f2|+|f/f3| 4.94
Vdmin 19.4 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 6.96
Nmax 1.641 CT1+CT2+CT3 [mm] 1.99
T12/CT1 0.04 Ymax [mm] 0.60
T12/T23 0.05 Yc21/CT2 1.44
(R1+R2)/(R1-R2) -1.52 Y11/Y32 1.12
(R3+R4)/(R3-R4) 2.15 TL/f 0.92
(R5+R6)/(R5-R6) 1.33 BL/TD 0.08
《第五實施例》 本發明第五實施例請參閱第五A圖，第五實施例的像差曲線請參閱第五B圖。第五實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源545，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈500、第一透鏡510、第二透鏡520及第三透鏡530，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡510具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面511於近光軸處為凸面，其內側表面512於近光軸處為凸面，其外側表面511及內側表面512皆為非球面，其內側表面512具有兩個反曲點。 第二透鏡520具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面521於近光軸處為凸面，其內側表面522於近光軸處為凹面，其外側表面521及內側表面522皆為非球面，其外側表面521具有一個反曲點。 第三透鏡530具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面531於近光軸處為凹面，其內側表面532於近光軸處為凸面，其外側表面531及內側表面532皆為非球面。 投射裝置所包含之光源545設置於鏡片系統內側共軛表面540上。 第五實施例詳細的光學數據如表九所示，其非球面數據如表十所示。
表九
(第五實施例)
f = 3.49 mm, Fno = 2.63, HFOV = 8.1 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.226
2 第一透鏡 1.052 ASP 1.100 塑膠 1.641 19.4 1.62
3 -45.249 ASP 0.030
4 第二透鏡 1.052 ASP 0.255 塑膠 1.641 19.4 -1.18
5 0.398 ASP 0.949
6 第三透鏡 -2.826 ASP 0.666 塑膠 1.641 19.4 1.84
7 -0.909 ASP 0.200
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表十
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -5.1710E-01 -9.9000E+01 2.6576E+00 -2.5492E-01 7.8147E+00 -5.2560E-01
A4 = 4.0589E-02 1.7467E-01 -1.1084E+00 -1.6941E+00 -1.5488E-01 -8.4249E-02
A6 = 3.1040E-02 -5.9680E-01 -8.1632E-01 -1.2505E+00 -3.3582E-01 -1.3833E-01
A8 = -2.4896E+00 -9.8414E+00 -2.1087E+01 -8.5337E-02
A10 = 7.0244E+00 1.4417E+01
第五實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。此外，各個關係式的參數係如同第一實施例所闡釋，惟各個關係式的數值係如下表中所列。
第五實施例
f [mm] 3.49 (R1+R6)/(R1-R6) 0.07
Fno. 2.63 f/f3 1.90
HFOV [deg.] 8.1 |f/f2|+|f/f3| 4.85
Vdmin 19.4 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 7.01
Nmax 1.641 CT1+CT2+CT3 [mm] 2.02
T12/CT1 0.03 Ymax [mm] 0.66
T12/T23 0.03 Yc21/CT2 -
(R1+R2)/(R1-R2) -0.95 Y11/Y32 1.16
(R3+R4)/(R3-R4) 2.22 TL/f 0.92
(R5+R6)/(R5-R6) 1.95 BL/TD 0.07
《第六實施例》 本發明第六實施例請參閱第六A圖，第六實施例的像差曲線請參閱第六B圖。第六實施例的投射裝置包含鏡片系統(未另標號)與光源645，鏡片系統由外側至內側依序包含光圈600、第一透鏡610、第二透鏡620及第三透鏡630，其中相鄰透鏡間皆具有空氣間隙。 第一透鏡610具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面611於近光軸處為凸面，其內側表面612於近光軸處為凹面，其外側表面611及內側表面612皆為非球面，其內側表面612具有一個反曲點。 第二透鏡620具負屈折力，其材質為塑膠，其外側表面621於近光軸處為凸面，其內側表面622於近光軸處為凹面，其外側表面621及內側表面622皆為非球面，其外側表面621具有一個反曲點及一個臨界點。 第三透鏡630具正屈折力，其材質為塑膠，其外側表面631於近光軸處為凹面，其內側表面632於近光軸處為凸面，其外側表面631及內側表面632皆為非球面。 投射裝置所包含之光源645設置於鏡片系統內側共軛表面640上。 第六實施例詳細的光學數據如表十一所示，其非球面數據如表十二所示。
表十一
(第六實施例)
f = 3.50 mm, Fno = 2.87, HFOV = 8.1 deg.
表面 # 曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 感測物 平面 400.000
1 光圈 平面 -0.221
2 第一透鏡 0.815 ASP 1.092 塑膠 1.536 56.1 1.84
3 2.516 ASP 0.124
4 第二透鏡 1.682 ASP 0.235 塑膠 1.617 23.5 -1.00
5 0.428 ASP 0.798
6 第三透鏡 -42.822 ASP 0.514 塑膠 1.535 56.0 1.53
7 -0.807 ASP 0.527
8 光源 平面 -
* 參考波長為 940.0 nm。
表十二
非球面係數
表面 # 2 3 4 5 6 7
k = -1.6648E-01 0.0000E+00 0.0000E+00 -1.0793E+00 0.0000E+00 -1.6340E-01
A4 = 1.7586E-03 -4.9728E-01 -3.2199E+00 -1.9043E+00 -5.0898E-02 3.1770E-02
A6 = 1.0849E-02 1.3688E+00 2.1591E+00 7.2378E+00 -5.7403E-02 1.9628E-02
A8 = -1.0073E+01 -1.4118E+01 　 　 1.8346E-02
第六實施例非球面曲線方程式的表示如同第一實施例的形式。此外，各個關係式的參數係如同第一實施例所闡釋，惟各個關係式的數值係如下表中所列。
第六實施例
f [mm] 3.50 (R1+R6)/(R1-R6) 0.01
Fno. 2.87 f/f3 2.29
HFOV [deg.] 8.1 |f/f2|+|f/f3| 5.78
Vdmin 23.5 |f/f1|+|f/f2|+|f/f3| 7.68
Nmax 1.617 CT1+CT2+CT3 [mm] 1.84
T12/CT1 0.11 Ymax [mm] 0.64
T12/T23 0.16 Yc21/CT2 0.94
(R1+R2)/(R1-R2) -1.96 Y11/Y32 0.96
(R3+R4)/(R3-R4) 1.68 TL/f 0.94
(R5+R6)/(R5-R6) 1.04 BL/TD 0.19
《第七實施例》
請參照第九A圖，係繪示依照本發明第七實施例的感測模組示意圖。在本實施例中，感測模組10包含一接收裝置11以及上述第一實施例揭露的一投射裝置12。接收裝置11包含一成像鏡頭系統11a以及一電子感光元件11b。
投射裝置12包含一鏡片系統12a以及高指向性(低發散性)及高強度的光源145。光源145可以是雷射、超輻射發光二極體(SLED)、微型LED、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔表面發射雷射(VCSEL)光源等類似光源，且光源145可以是單一光源或多光源設置於鏡片系統12a內側之共軛表面140上，可真實呈現良好的投射品質。當投射裝置12之光源145為垂直腔表面發射雷射光源，並設置於鏡片系統12a內側之共軛表面140時，可藉由配置適當光源，有助於提供投射裝置12一高指向性、低發散性及高強度的光源，以提升鏡片系統12a外側之共軛表面的照度。投射裝置12之光源145可投射光線至感測物O上。光線經感測物O反射後入射至接收裝置11，並且經過成像鏡頭系統11a後成像於電子感光元件11b上。
第九B圖係本發明第七實施例的感測模組中的投射裝置的另一實施態樣，係於光圈100前依序包含繞射元件150及保護玻璃160，其中繞射元件150設置於靠近感測物的一側。繞射元件170的材質可為二氧化矽，其與保護玻璃160並不影響鏡片系統的焦距。本發明感測模組配置繞射元件可幫助光線均勻投射於感測物O上，或可幫助光線衍射以擴大投射角度，增加光線投射面積。繞射元件可為擴散片(diffuser)、光柵片(raster)或其組合(但不限於)，其表面可具有微型結構(如光柵)，其可散射光束並對所產生之散斑圖案進行複製，藉以擴大投射裝置12之投射角度。
本發明之感測模組並不以第九A圖的態樣為限。視使用需求 還可包含可調焦組件或鏡組。配置可調焦組件可針對不同環境因素調整投射裝置12之鏡片系統12a或接收裝置11之成像鏡頭系統11a的焦距，使畫面清晰呈現。配置具反射功能之鏡組可縮小感測模組之體積，增加空間配置的自由度。
本發明第二實施例至第六實施例的任一鏡片系統皆可做為本發明感測模組的投射裝置。另一方面，本發明第一實施例至第六實施例的鏡片系統也可應用於成像系統，當本發明鏡片系統應用於成像系統，本領域技術人士應可理解本發明鏡片系統的內側共軛表面即為成像系統的成像面，並且電子感光元件設置於該成像面。
《第八實施例》
請參照第十A圖及第十B圖，第十A圖係本發明第八實施例的電子裝置前視圖，第十B圖係繪示利用第十A圖之電子裝置感測人臉表面之立體形狀變化的示意圖。在本實施例中，電子裝置20為一智慧型手機，其包含一取像裝置21、一影像訊號處理器22、第七實施例之感測模組10及顯示裝置23。取像裝置21可包含現有的光學鏡頭，用於攝影或拍照。
採用雷射陣列12b1作為感測模組10之投射裝置12的光源145，以便能打出特定的光線圖形。光線經過投射裝置12之鏡片系統12a後形成一結構性光線(structured light)，並且此結構性光線投射至人臉表面(即感測物O)。結構性光線可採用點狀(dot)、斑狀(spot)或線狀(stripe)等結構，但本發明並不以此為限。結構性光線投射至人臉表面而產生一對應人臉表面之人臉立體結構O”。
感測模組10之接收裝置11的成像鏡頭系統11a可接收由人臉表面反射的光線(人臉立體結構O”)並被電子感光元件11b接收而擷取到影像，所接收資訊經影像訊號處理器22分析運算後可得知人臉表面各部位的相對距離，進而可得到人臉表面的立體形狀變化。更進一步地，所接收資訊經影像訊號處理器22分析運算後，可於電子裝置20的一顯示裝置上23呈現分析運算後之人臉表面影像。
第十A圖中電子裝置20的感測模組10、取像裝置21與顯示裝置23皆配置於同一側，但本發明並不以此為限。第十一A圖與第十一B圖繪示另一實施例中可感測人臉表面之立體形狀變化之電子裝置的前視圖與後視圖。視使用需求，可將接收裝置11、投射裝置12與取像裝置21配置於電子裝置20的其中一側，顯示裝置23則配置於電子裝置20相對另一側。
本發明的投射裝置並不以應用於智慧型手機為限。投射裝置更可視需求應用於移動對焦的系統，並兼具優良像差修正與良好投射品質的特色。舉例來說，投射裝置可多方面應用於三維(3D)影像擷取、數位相機、行動裝置、數位平板、智慧型電視、網路監控設備、行車記錄器、倒車顯影裝置、多鏡頭裝置、辨識系統、體感遊戲機與穿戴式裝置等電子裝置中。前揭電子裝置僅是示範性地說明本發明的實際運用例子，並非限制本發明之投射裝置的運用範圍。
以上各表所示為本發明揭露的實施例中，鏡片系統的不同數值變化表，然本發明各個實施例的數值變化皆屬實驗所得，即使使用不同數值，相同結構的產品仍應屬於本發明揭露的保護範疇，故以上的說明所描述的及圖式僅做為例示性，非用以限制本發明揭露的申請專利範圍。
100、200、300、400、500、600‧‧‧光圈
110、210、310、410、510、610‧‧‧第一透鏡
111、211、311、411、511、611‧‧‧外側表面
112、212、312、412、512、612‧‧‧內側表面
120、220、320、420、520、620‧‧‧第二透鏡
121、221、321、421、521、621‧‧‧外側表面
122、222、322、422、522、622‧‧‧內側表面
130、230、330、430、530、630‧‧‧第三透鏡
131、231、331、431、531、631‧‧‧外側表面
132、232、332、432、532、632‧‧‧內側表面
140、240、340、440、540、640‧‧‧鏡片系統內側共軛表面
145、245、345、445、545、645‧‧‧光源
150‧‧‧繞射元件
160‧‧‧保護玻璃
cp21‧‧‧臨界點
S1‧‧‧第一軸向組裝面
S2‧‧‧第二軸向組裝面
10‧‧‧感測模組
11‧‧‧接收裝置
12‧‧‧投射裝置
11a‧‧‧成像鏡頭系統
11b‧‧‧電子感光元件
12a‧‧‧鏡片系統
O‧‧‧感測物
20‧‧‧電子裝置
21‧‧‧取像裝置
22‧‧‧影像訊號處理器
23‧‧‧顯示裝置
12b1‧‧‧雷射陣列
O”‧‧‧人臉立體結構
f‧‧‧鏡片系統的焦距
Fno‧‧‧鏡片系統的光圈值
HFOV‧‧‧鏡片系統中最大視角的一半
Vdmin‧‧‧三片透鏡的阿貝數中最小者
Nmax‧‧‧三片透鏡的折射率中最大者
CT1‧‧‧第一透鏡於光軸上的厚度
CT2‧‧‧第二透鏡於光軸上的厚度
CT3‧‧‧第三透鏡於光軸上的厚度
T12‧‧‧第一透鏡與第二透鏡之間於光軸上的距離
T23‧‧‧第二透鏡與第三透鏡之間於光軸上的距離
R1‧‧‧第一透鏡外側面曲率半徑
R2‧‧‧第一透鏡內側面曲率半徑
R3‧‧‧第二透鏡外側面曲率半徑
R4‧‧‧第二透鏡內側面曲率半徑
R5‧‧‧第三透鏡外側面曲率半徑
R6‧‧‧第三透鏡內側面曲率半徑
f1‧‧‧第一透鏡的焦距
f2‧‧‧第二透鏡的焦距
f3‧‧‧第三透鏡的焦距
Ymax‧‧‧三片透鏡外側表面及內側表面的最大有效半徑中最大者
Yc21‧‧‧第二透鏡外側表面於離軸處之臨界點與光軸的垂直距離
Y11‧‧‧第一透鏡外側表面的最大有效半徑
Y32‧‧‧第三透鏡內側表面的最大有效半徑
TL‧‧‧第一透鏡外側表面與鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離
BL‧‧‧第三透鏡內側表面與鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離
TD‧‧‧第一透鏡外側表面與第三透鏡內側表面之間於光軸上的距離
第一A圖係本發明第一實施例的投射裝置示意圖。 第一B圖係本發明第一實施例的像差曲線圖。 第二A圖係本發明第二實施例的投射裝置示意圖。 第二B圖係本發明第二實施例的像差曲線圖。 第三A圖係本發明第三實施例的投射裝置示意圖。 第三B圖係本發明第三實施例的像差曲線圖。 第四A圖係本發明第四實施例的投射裝置示意圖。 第四B圖係本發明第四實施例的像差曲線圖。 第五A圖係本發明第五實施例的投射裝置示意圖。 第五B圖係本發明第五實施例的像差曲線圖。 第六A圖係本發明第六實施例的投射裝置示意圖。 第六B圖係本發明第六實施例的像差曲線圖。 第七圖係以本發明第一實施例的第二透鏡為範例之參數Yc21示意圖。 第八圖係顯示本發明鏡片系統可採用之嵌合結構示意圖範例。 第九A圖係本發明第七實施例的感測模組的示意圖。 第九B圖係本發明第七實施例感測模組的投射裝置的另一實施態樣。 第十A圖係本發明第八實施例的電子裝置前視示意圖。 第十B圖係本發明第八實施例的電子裝置感測人臉表面之立體形狀變化的示意圖。 第十一A圖係本發明另一實施例的電子裝置前視示意圖。 第十一B圖係本發明另一實施例的電子裝置後視示意圖。

Claims (25)

  1. 一種電子裝置，其包含一鏡片系統，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡；一第二透鏡及一第三透鏡；其中，該第一透鏡具正屈折力，且該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第二透鏡具負屈折力，該第三透鏡具正屈折力，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該鏡片系統的焦距為f，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，該第一透鏡外側表面的最大有效半徑為Y11，該第三透鏡內側表面的最大有效半徑為Y32，係滿足下列關係式：-2.80<(R1+R6)/(R1-R6)<7.50；0<BL/TD<1.0；5.0<Vdmin<25.0；1.50<Nmax<1.73；0.85<Y11/Y32<1.50；及4.50<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<12.0。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，係滿足下列關係式：10.0<Vdmin<20.0。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，係滿足下列關係式：|f2|<|f1|；及|f2.|<|f3|。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該鏡片系統的焦距為f，該第一透鏡的焦距為f1，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，係滿足下列關係式：6.0<|f/f1|+|f/f2|+|f/f3|<12.0。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，係滿足下列關係式：-1.0<(R1+R6)/(R1-R6)<1.0。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該第一透鏡於該光軸上的厚度為CT1，該第二透鏡於該光軸上的厚度為CT2，該第三透鏡於該光軸上的厚度為CT3，係滿足下列關係式：1.0mm<CT1+CT2+CT3<2.50mm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該第二透鏡外側表面於離軸處之臨界點與該光軸的垂直距離為Yc21，該第二透鏡於該光軸上的厚度為CT2，係滿足下列關係式：0.10<Yc21/CT2<2.50。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該鏡片系統係應用於波長750~1600nm之紅外線波段。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該鏡片系統中至少包含一嵌合結構。
  10. 一種電子裝置，其包含一投射裝置，該投射裝置包含一種鏡片系統以及至少一光源，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡；一第二透鏡及一第三透鏡；其中該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第二透鏡內側表面於近光軸處為凹面，相鄰透鏡間皆具有空氣間距，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第一透鏡內側表面曲率半徑為R2，該第二透鏡外側表面曲率半徑為R3，該第二透鏡內側表面曲率半徑為R4，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該鏡片系統的焦距為f，該第二透鏡的焦距為f2，該第三透鏡的焦距為f3，係滿足下列關係式：-2.80<(R1+R6)/(R1-R6)<7.50；-2.50<(R1+R2)/(R1-R2)<-0.50；0.30<(R3+R4)/(R3-R4)<2.50；0<BL/TD<1.0；5.0<Vdmin<25.0；1.50<Nmax<1.73；2.50<|f/f2|+|f/f3|<10.0；及-0.80<f/f3<5.0。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第二透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該三片透鏡中至少一透鏡表面包含至少一反曲點。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該三片透鏡皆各包含至少一非球面，且該第二透鏡包含至少一臨界點，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，係滿足下列關係式：10.0<Vdmin<22.0；及1.50<Nmax<1.70。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第三透鏡外側表面曲率半徑為R5，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，係滿足下列關係式：0<(R5+R6)/(R5-R6)<5.0。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間於該光軸上的距離為T12，該第一透鏡於該光軸上的厚度為CT1，係滿足下列關係式：0.01<T12/CT1<0.20。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該鏡片系統應用於波長750~1600nm之紅外線波段，該第二透鏡於該光軸上的厚度為CT2，該第二透鏡與該第三透鏡之間於該光軸上的距離為T23，係滿足下列關係式：CT2<T23。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中該第二透鏡內側表面曲率半徑之絕對值為該三片透鏡之表面曲率半徑絕對值中最小者。
  17. 一種電子裝置，其包含一投射裝置，該投射裝置包含一鏡片系統以及至少一光源，該鏡片系統包含三片透鏡，該三片透鏡由外側至內側依序為：一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡；其中第一透鏡具正屈折力，且該第一透鏡外側表面於近光軸處為凸面，該第三透鏡具正屈折力，且該第三透鏡內側表面於近光軸處為凸面，該第一透鏡外側表面曲率半徑為R1，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，該第三透鏡內側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於光軸上的距離為BL，該第一透鏡外側表面與該第三透鏡內側表面之間於該光軸上的距離為TD，該三片透鏡的阿貝數中最小者為Vdmin，該三片透鏡的折射率中最大者為Nmax，該第三透鏡外側表面曲率半徑為R5，係滿足下列關係式：-1.0<(R1+R6)/(R1-R6)<1.0；0<BL/TD<1.0；10.0<Vdmin<20.0；1.50<Nmax<1.73；及0<(R5+R6)/(R5-R6)<5.0。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第三透鏡外側表面曲率半徑為R5，該第三透鏡內側表面曲率半徑為R6，係滿足下列關係式：0.70<(R5+R6)/(R5-R6)<2.20。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第一透鏡與該第二透鏡之間於該光軸上的距離為T12，該第二透鏡與該第三透鏡之間於該光軸上的距離為T23，係滿足下列關係式：0.01<T12/T23<0.70。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第二透鏡外側表面於離軸處之臨界點與該光軸的垂直距離為Yc21，該第二透鏡於該光軸上的厚度為CT2，係滿足下列關係式：0.10<Yc21/CT2<2.50。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第一透鏡外側表面與該鏡片系統內側共軛表面之間於該光軸上的距離為TL，該鏡片系統的焦距為f，係滿足下列關係式：0.70<TL/f<1.0。
  22. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該第二透鏡內側表面曲率半徑之絕對值為該三片透鏡之表面曲率半徑絕對值中最小者。
  23. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該投射裝置包含至少一繞射元件，該繞射元件係設置於該第一透鏡之外側。
  24. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該鏡片系統係包含至少一嵌合結構，該三片透鏡外側表面及內側表面的最大有效半徑中最大者為Ymax，係滿足下列關係式：0.1mm<Ymax<1.0mm。
  25. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中該至少一光源為垂直腔表面發射雷射(VCSEL)光源。
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