TWI718448B - 光學透鏡組 - Google Patents

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Abstract

一種光學透鏡組，用於由一多光源之結構光產生單元所發出之多個近紅外光經光學透鏡組產生多個光束。朝向多光源之結構光產生單元的方向為一入光側，且另一側的方向為一出光側。光學透鏡組從出光側至入光側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。光學透鏡組滿足條件式：SL / AAG≦6.500，其中，SL為光學透鏡組中最靠近出光側的光學元件之一光學面到多光源之結構光產生單元在光軸上的距離，且AAG為光學透鏡組所有具有屈光率的透鏡間在光軸上的空氣間隙總和。

Description

光學透鏡組
本發明是有關於一種光學裝置，特別是有關於一種光學透鏡組。
近年來，可攜式電子裝置的應用越來越多元，除了可攝像與錄影以外，還有3D結構光投影技術適用於人臉或物體辨識。3D結構光投影是藉由複數個點光源發射通過光學鏡片組於景物形成特定形式的圖像，例如：點、線或網格等。然而為了讓投影的成像能清楚受到辨識，解析度尤為重要。除此之外，為了滿足可攜式電子裝置輕薄的需求，如何設計出體積小且有良好成像品質的光學透鏡組是研發努力的重點。
此外，現有3D感測技術為多組近紅外光發射單元經由多組準直透鏡產生複數平行光用以偵測鏡頭前方的環境，換句話說為一近紅外光經由一組準直透鏡產生一平行光，藉由多組設計用以偵測範圍較大的環境。然而，此種多組準直透鏡搭配多組近紅外光發射單元之製程費用高昂，且良率不佳。因此，如何降低成本也是需要解決的問題。
本發明提供一種光學透鏡組，具有體積小、低成本且有良好成像品質。
本發明的一實施例提出一種光學透鏡組，用於由一多光源之結構光產生單元所發出之多個近紅外光經光學透鏡組產生多個光束。朝向多光源之結構光產生單元的方向為一入光側，且另一側的方向為一出光側。光學透鏡組從出光側至入光側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡各自包括朝向出光側的一出光面及朝向入光側的一入光面。第一透鏡是從出光側至入光側算起具有屈光率的第一個透鏡。第二透鏡是從入光側至出光側算起具有屈光率的第二個透鏡。第三透鏡是從入光側至出光側算起具有屈光率的第一個透鏡。第一透鏡之入光面及出光面、第二透鏡之入光面及出光面及第三透鏡之入光面及出光面在包含光軸且平行一XZ平面的一平面上的截線的曲率分別不同於第一透鏡之入光面及出光面、第二透鏡之入光面及出光面及第三透鏡之入光面及出光面在包含光軸且平行一YZ平面的一平面上的截線的曲率，其中一X方向及一Y方向相互垂直且垂直於光軸方向，一Z方向平行於光軸方向，XZ平面為X方向與Y方向所定義出的平面，YZ平面為Y方向與Z方向所定義出的平面。光學透鏡組滿足條件式：SL / AAG≦6.500，其中，SL為光學透鏡組中最靠近出光側的光學元件之一光學面到多光源之結構光產生單元在光軸上的距離，且AAG為光學透鏡組所有具有屈光率的透鏡間在光軸上的空氣間隙總和。
基於上述，本發明的實施例的光學透鏡組的有益效果在於：本發明實施例利用一排多個平行排列的點光源投射通過至少三個透鏡的光學透鏡組可產生複數個解析度良好且相互平行的線形光斑，其中一排多個平行排列點光源的設計可順利達到降低成本的目標，並且因該光學透鏡組具有輕薄的優點，能滿足可攜式電子裝置輕薄短小的需求。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參照圖1A、圖1B及圖1C，三維（Three-dimensional，3D）感測發射端鏡頭20的光線方向為多個近紅外光由多光源之結構光（Structured Light）產生單元15所發出，經由本發明的實施例的光學透鏡組10產生多個光束（以光束a示意），用以偵測鏡頭前方的環境。在一實施例中，多光源之結構光產生單元15包括多個以直線方式排列的近紅外光光源15a，如圖1B所繪示。於其他的實施態樣中，這些近紅外光光源15a的排列方式也可以是陣列排列、環形排列或者是其他排列方式，本發明並不以此為限制。近紅外光光源15a可為紅外雷射光源。包含這些近紅外光光源15a的發光所在位置的一參考平面形成了多光源之結構光產生單元15的一發光參考平面100a。在一實施例中，此發光參考平面100a垂直於光軸I，如圖1A所繪示。此外，由包括有上述一排多個呈直線排列的近紅外光光源15a的多光源之結構光產生單元15所投射出的多個光束，可藉由通過光學透鏡組10在物體9產生複數個解析度良好且相互平行的線形光斑b，如圖1C所繪示。在圖1B及圖1C的實施例中，多個近紅外光光源15a沿X方向排列，可在物體9產生多條沿著Y方向延伸，且沿著X方向排列的多個線形光斑b，但本發明並不限於此。
在以下說明本發明之實施例之光學規格的判斷準則是假設光線方向逆追跡（Reversely Tracking）為一平行成像光線由出光側經過光學透鏡組10到多光源之結構光產生單元15的發光參考平面100a聚焦成像。
本說明書之光學系統包含至少一透鏡，接收入射光學系統之平行於光軸至相對光軸呈半視角（Half Field of View，HFOV）角度內的成像光線。成像光線通過光學系統於成像面上成像。所言之「一透鏡具有正屈光率（或負屈光率）」，是指所述透鏡以高斯光學理論計算出來之近軸屈光率為正（或為負）。所言之「透鏡之出光面（或入光面）」定義為成像光線通過透鏡表面的特定範圍。成像光線包括至少兩類光線：主光線（chief ray）Lc及邊緣光線（marginal ray）Lm（如圖2所示）。透鏡之出光面（或入光面）可依不同位置區分為不同區域，包含光軸區域、圓周區域、或在部分實施例中的一個或多個中繼區域，該些區域的說明將於下方詳細闡述。
圖2為透鏡100的徑向剖視圖。定義透鏡100表面上的二參考點：中心點及轉換點。透鏡表面的中心點為該表面與光軸I的一交點。如圖2所例示，第一中心點CP1位於透鏡100的出光面110，第二中心點CP2位於透鏡100的入光面120。轉換點是位於透鏡表面上的一點，且該點的切線與光軸I垂直。定義透鏡表面之光學邊界OB為通過該透鏡表面徑向最外側的邊緣光線Lm與該透鏡表面相交的一點。所有的轉換點皆位於光軸I與透鏡表面之光學邊界OB之間。除此之外，若單一透鏡表面有複數個轉換點，則該些轉換點由徑向向外的方向依序自第一轉換點開始命名。例如，第一轉換點TP1（最靠近光軸I）、第二轉換點TP2（如圖5所示）及第N轉換點（距離光軸I最遠）。
定義從中心點至第一轉換點TP1的範圍為光軸區域，其中，該光軸區域包含中心點。定義距離光軸I最遠的第N轉換點徑向向外至光學邊界OB的區域為圓周區域。在部分實施例中，可另包含介於光軸區域與圓周區域之間的中繼區域，中繼區域的數量取決於轉換點的數量。
當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線朝光軸I偏折且與光軸I的交點位在透鏡入光側A2，則該區域為凸面。當平行光軸I之光線通過一區域後，若光線的延伸線與光軸I的交點位在透鏡出光側A1，則該區域為凹面。
除此之外，參見圖2，透鏡100還可包含一由光學邊界OB徑向向外延伸的組裝部130。組裝部130一般來說用以供該透鏡100組裝於光學系統之一相對應元件（圖未示）。成像光線並不會到達該組裝部130。組裝部130之結構與形狀僅為說明本發明之示例，不以此限制本發明的範圍。下列討論之透鏡的組裝部130可能會在圖式中被部分或全部省略。
參見圖3，定義中心點CP與第一轉換點TP1之間為光軸區域Z1。定義第一轉換點TP1與透鏡表面的光學邊界OB之間為圓周區域Z2。如圖3所示，平行光線211在通過光軸區域Z1後與光軸I在透鏡200的入光側A2相交，即平行光線211通過光軸區域Z1的焦點位於透鏡200入光側A2的R點。由於光線與光軸I相交於透鏡200入光側A2，故光軸區域Z1為凸面。反之，平行光線212在通過圓周區域Z2後發散。如圖3所示，平行光線212通過圓周區域Z2後的延伸線EL與光軸I在透鏡200的出光側A1相交，即平行光線212通過圓周區域Z2的焦點位於透鏡200出光側A1的M點。由於光線的延伸線EL與光軸I相交於透鏡200出光側A1，故圓周區域Z2為凹面。於圖3所示的透鏡200中，第一轉換點TP1是光軸區域與圓周區域的分界，即第一轉換點TP1為凸面轉凹面的分界點。
另一方面，光軸區域的面形凹凸判斷還可依該領域中通常知識者的判斷方式，即藉由近軸的曲率半徑（簡寫為R值）的正負號來判斷透鏡之光軸區域面形的凹凸。R值可常見被使用於光學設計軟體中，例如Zemax或CodeV。R值亦常見於光學設計軟體的透鏡資料表（lens data sheet）中。以出光面來說，當R值為正時，判定為出光面的光軸區域為凸面；當R值為負時，判定出光面的光軸區域為凹面。反之，以入光面來說，當R值為正時，判定入光面的光軸區域為凹面；當R值為負時，判定入光面的光軸區域為凸面。此方法判定的結果與前述藉由光線／光線延伸線與光軸的交點判定方式的結果一致，光線／光線延伸線與光軸交點的判定方式即為以一平行光軸之光線的焦點位於透鏡之出光側或入光側來判斷面形凹凸。本說明書所描述之「一區域為凸面（或凹面）」、「一區域為凸（或凹）」或「一凸面（或凹面）區域」可被替換使用。
圖4至圖6提供了在各個情況下判斷透鏡區域的面形及區域分界的範例，包含前述之光軸區域、圓周區域及中繼區域。
圖4為透鏡300的徑向剖視圖。參見圖4，透鏡300的入光面320在光學邊界OB內僅存在一個轉換點TP1。透鏡300的入光面320的光軸區域Z1及圓周區域Z2如圖4所示。此入光面320的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凹面。
一般來說，以轉換點為界的各個區域面形會與相鄰的區域面形相反，因此，可用轉換點來界定面形的轉變，即自轉換點由凹面轉凸面或由凸面轉凹面。於圖4中，由於光軸區域Z1為凹面，面形於轉換點TP1轉變，故圓周區域Z2為凸面。
圖5為透鏡400的徑向剖視圖。參見圖5，透鏡400的出光面410存在一第一轉換點TP1及一第二轉換點TP2。定義光軸I與第一轉換點TP1之間為出光面410的光軸區域Z1。此出光面410的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。
定義第二轉換點TP2與透鏡400的出光面410的光學邊界OB之間為圓周區域Z2，該出光面410的該圓周區域Z2亦為凸面。除此之外，定義第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間為中繼區域Z3，該出光面410的該中繼區域Z3為凹面。再次參見圖5，出光面410由光軸I徑向向外依序包含光軸I與第一轉換點TP1之間的光軸區域Z1、位於第一轉換點TP1與第二轉換點TP2之間的中繼區域Z3，及第二轉換點TP2與透鏡400的出光面410的光學邊界OB之間的圓周區域Z2。由於光軸區域Z1為凸面，面形自第一轉換點TP1轉變為凹，故中繼區域Z3為凹面，又面形自第二轉換點TP2再轉變為凸，故圓周區域Z2為凸面。
圖6為透鏡500的徑向剖視圖。透鏡500的出光面510無轉換點。對於無轉換點的透鏡表面，例如透鏡500的出光面510，定義自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的0~50%為光軸區域，自光軸I起算至透鏡表面光學邊界OB之間距離的50~100%為圓周區域。參見圖6所示之透鏡500，定義光軸I至自光軸I起算到透鏡500表面光學邊界OB之間距離的50%為出光面510的光軸區域Z1。此出光面510的R值為正（即R＞0），因此，光軸區域Z1為凸面。由於透鏡500的出光面510無轉換點，因此出光面510的圓周區域Z2亦為凸面。透鏡500更可具有組裝部（圖未示）自圓周區域Z2徑向向外延伸。
圖7A為本發明之第一實施例之光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，7B為本發明之第一實施例之光學透鏡組在平行YZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖8A至圖8D為第一實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖7A及圖7B，本發明的第一實施例之光學透鏡組10主要由三片透鏡構成，在本實施例中，光學透鏡組10從出光側A1至入光側A2沿光學透鏡組10的一光軸I依序包括一濾光片2（Filter）、一光圈1、一第一透鏡4、一第二透鏡5、一第三透鏡6，且第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6皆為柱狀透鏡且都各自具有一朝向出光側A1且使多個近紅外光通過之出光面45、55、65及一朝向入光側A2且使多個近紅外光通過之入光面46、56、66。補充說明的是，入光側A2是朝向多光源之結構光產生單元15的一側，而相對的另一側則為出光側A1。
詳細而言，在本實施例中，第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、56、66及出光面45、55、65在包含光軸I且平行一XZ平面的一平面上的截線的曲率分別不同於第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、56、66及出光面45、55、65在包含光軸I且平行一YZ平面的一平面上的截線的曲率。更詳細而言，在本實施例中，第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、56、66及出光面45、55、65在包含光軸I且平行YZ平面的一平面上的截線均為直線，如圖7A與圖7B的繪示，但本發明並不限於此。補充說明的是，上述的XZ平面為一X方向與一Z方向所定義出的平面，上述的YZ平面為Y方向與一Z方向所定義出的平面，其中一X方向及一Y方向相互垂直且垂直於光軸I方向，其中一Z方向平行於光軸I方向。
另補充說明的是，光學透鏡組10中透鏡的面形式為自定義的一種曲面。具體而言，透鏡的表面為在X方向和Y方向上具有不同的非球面係數的曲面，其中非球面係數包含曲率半徑、錐面係數以及高階非球面係數。而本發明利用光學軟體Code V或光學軟體Zemax將這些透鏡表面在X方向和Y方向上具有不同定義，以調制這些表面對光束不同方向上不同的光學表現，進而使一排多個直線方式排列的光源通過該光學透鏡組10得以成像出複數互相平行之線形光斑的效果，其中柱面鏡定義及光學軟體Code V或光學軟體Zemax中的柱體定義是這些自定義曲面的子集。
在本實施例中，濾光片2設於光圈1與出光側A1之間，濾光片2可濾除雜散光且有助於近紅外光通過。當一排多個沿著X方向平行排列的近紅外光光源15a由多光源之結構光產生單元15的發光參考平面100a發出而進入光學透鏡組10，並依序經由第三透鏡6、第二透鏡5、第一透鏡4、光圈1以及濾光片2後產生多個光束，並射出光學透鏡組10。當這些光束照射於出光側A1的一與光軸I垂直的平面上時，會產生多條沿著Y方向延伸的線形光斑，且這些線形光斑沿著X方向排列。
第一透鏡4是從出光側A1至入光側A2算起具有屈光率的第一個透鏡。第一透鏡4具有正屈光率。第一透鏡4的出光面45的一光軸區域451為凸面，以及一圓周區域453為凸面。第一透鏡4的入光面46的一光軸區域462為凹面，以及一圓周區域463為凸面。在本實施例中，第一透鏡4的出光面45以及入光面46皆為非球面（aspheric surface）。
第二透鏡5是從入光側A2至出光側A1算起具有屈光率的第二個透鏡。第二透鏡5具有正屈光率。第二透鏡5的出光面55的一光軸區域552為凹面，以及一圓周區域554為凹面。第二透鏡5的入光面56的一光軸區域561為凸面，以及一圓周區域563為凸面。在本實施例中，第二透鏡5的出光面55以及入光面56皆為非球面。
第三透鏡6是從入光側A2至出光側A1算起具有屈光率的第一個透鏡。第三透鏡6具有正屈光率。第三透鏡6的出光面65的一光軸區域652為凹面，以及一圓周區域654為凹面。第三透鏡6的入光面66的一光軸區域661為凸面，以及一圓周區域663為凸面。在本實施例中，第三透鏡6的出光面65以及入光面66皆為非球面。
第一實施例的其他詳細光學數據如圖9所示，且第一實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.729毫米，SL參數為4.205豪米，TTL參數為3.605毫米，像高為0.450毫米，半視場角為9.371∘，光圈值（f-number，Fno）則為2.155。其中，SL為光學透鏡組10中最靠近出光側A1的光學元件之一光學面（在本實施例中即為濾光片2的出光面25）到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離，且TTL為第一透鏡4的出光面45到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離。其中，圖9中第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
此外，在本實施例中，第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66共計六個面在平行XZ平面的一平面上均是一般的偶次非球面（even asphere surface）。而這些非球面是依下列公式定義：
Figure 02_image001
---------(1)               其中：               Z表示非球面之深度（非球面上距離光軸為X的點，其與相切於非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離）；               X表示非球面曲面上的點與光軸的垂直距離；               R表示透鏡表面之曲率半徑；               K為錐面係數（Conic Constant）；               a2i 為第2i階非球面係數。
第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在公式(1)中的各項非球面係數如圖10所示。其中，圖10中欄位編號45表示其為第一透鏡4的出光面45的非球面係數，其它欄位依此類推。
另外，第一實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖47、48所示。在圖47中，T1至AAG的參數的單位為毫米。               其中，               T1為第一透鏡4在光軸I上的厚度；               G12為第一透鏡4的入光面46到第二透鏡5的出光面55在光軸I上的距離；               T2為第二透鏡5在光軸I上的厚度；               G23為第二透鏡5的入光面56到第三透鏡6的出光面65在光軸I上的距離；               T3為第三透鏡6在光軸I上的厚度；               TTL為第一透鏡4的出光面到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離；               SL為光學透鏡組10中最靠近出光側A1的光學元件之一光學面到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離，即光學透鏡組的系統長度；               BFL為第三透鏡6的入光面66到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離；               EFL為光學透鏡組10的系統焦距；               TL為第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在光軸I上的距離；               ALT為光學透鏡組10所有具有屈光率的透鏡在光軸I上的透鏡厚度總和；               AAG為光學透鏡組10所有具有屈光率的透鏡間在光軸I上的空氣間隙總和。補充說明的是，在本實施例中，最靠近出光側A1的光學元件之光學面為濾光片2的出光面25。因此，SL即為濾光片2的出光面25到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離，然而本發明並不限於此。舉例而言，在一些實施例中，當最靠近出光側A1的光學元件為光圈1時，則SL即為光圈1到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離。
再配合參閱圖8A至圖8D，圖8A的圖式說明第一實施例當其光瞳半徑（Pupil Radius）為0.6332毫米時的縱向球差（Longitudinal Spherical Aberration），圖8B與圖8C的圖式則分別說明第一實施例當其波長為950奈米、940奈米及930奈米時在發光參考平面100a上有關弧矢（Sagittal）方向的場曲（Field Curvature）像差及子午（Tangential）方向的場曲像差，圖8D的圖式則說明第一實施例當其波長為950奈米、940奈米及930奈米時在發光參考平面100a上的畸變（Distortion Aberration）。本第一實施例的縱向球差圖8A中，每一種波長所成的曲線皆很靠近並向中間靠近，說明每一種波長不同高度的離軸光線皆集中在成像點附近，由每一波長的曲線的偏斜幅度可看出，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±12微米的範圍內，故本第一實施例確實明顯改善相同波長的球差，此外，三種代表波長彼此間的距離也相當接近，代表不同波長光線的成像位置已相當集中，因而使色像差也獲得明顯改善。
在圖8B與圖8C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±12微米內，說明本第一實施例的光學系統能有效消除像差。而圖8D的畸變圖式則顯示本第一實施例的畸變率維持在±0.12%的範圍內，說明本第一實施例的畸變已符合光學系統的成像品質要求，據此說明本第一實施例相較於現有光學透鏡組，在系統長度已縮短至4.205毫米左右的條件下，仍能提供良好的成像品質。
本第一實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量（Focal shift）為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0111毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0251毫米。因此，本第一實施例相較於現有光學透鏡組，在系統長度已縮短至4.205毫米左右的條件下，仍有良好的熱穩定性。
圖11為本發明的第二實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖12A至圖12D為第二實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖11，本發明光學透鏡組10的一第二實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第二實施例中第一透鏡4的入光面46的一光軸區域461為凸面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5及6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖11中省略部分與第一實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第二實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖13所示，且第二實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.729毫米，SL參數為4.092豪米，TTL參數為3.492毫米，像高為0.500毫米，半視場角為10.387∘，光圈值則為2.155。其中，圖13中第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖14所示，則為第二實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第二實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖47、48所示。
本第二實施例在其光瞳半徑為0.6330毫米時的縱向球差圖12A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±14微米的範圍內。在圖12B與圖12C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±18微米內。而圖12D的畸變圖式則顯示本第二實施例的畸變率維持在±0.12%的範圍內。
本第二實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0112毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0243毫米。
經由上述說明可得知：第二實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第二實施例的半視場角大於第一實施例的半視場角，第二實施例的場曲像差優於第一實施例的場曲像差，且第二實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖15為本發明的第三實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖16A至圖16D為第三實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖15，本發明光學透鏡組10的一第三實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第三實施例中第一透鏡4的入光面46的一光軸區域461為凸面，而第三透鏡6的入光面66為球面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5及6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖15中省略部分與第一實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第三實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖17所示，且第三實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.729毫米，SL參數為4.729豪米，TTL參數為3.621毫米，像高為0.430毫米，半視場角為8.961∘，光圈值則為2.155。其中，圖17中第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖18所示，則為第三實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的出光面65在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第三實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖47、48所示。
本第三實施例在其光瞳半徑為0.6332毫米時的縱向球差圖16A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±16微米的範圍內。在圖16B與圖16C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±20微米內。而圖16D的畸變圖式則顯示本第三實施例的畸變率維持在±0.12%的範圍內。
本第三實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0127毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0284毫米。
圖19為本發明的第四實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖20A至圖20D為第四實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖19，本發明光學透鏡組10的一第四實施例，其與第一實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第三透鏡6的入光面66為球面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5及6間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖19中省略部分與第一實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第四實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖21所示，且第四實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.729毫米，SL參數為4.199豪米，TTL參數為3.599毫米，像高為0.380毫米，半視場角為7.934∘，光圈值則為2.155。其中，圖21中第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5及第三透鏡6的出光面45、55、65及入光面46、56、66在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖22所示，則為第四實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的出光面65在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第四實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖47、48所示。
本第四實施例在其光瞳半徑為0.6332毫米時的縱向球差圖20A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±16微米的範圍內。在圖20B與圖20C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±10微米內。而圖20D的畸變圖式則顯示本第四實施例的畸變率維持在±0.14%的範圍內。
本第四實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0123毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0247毫米。
經由上述說明可得知：第四實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第四實施例的場曲像差優於第一實施例的場曲像差，且第四實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖23為本發明之第五實施例之光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖24A至圖24D為第五實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖23，本發明的第五實施例之光學透鏡組10主要由四片透鏡構成，在本實施例中，光學透鏡組10從出光側A1至入光側A2沿光學透鏡組10的一光軸I依序包括一光圈1、一第一透鏡4、一第四透鏡7、一第二透鏡5及一第三透鏡6，且第一透鏡4、一第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6皆為柱狀透鏡且都各自具有一朝向出光側A1且使多個近紅外光通過之出光面45、75、55、65及一朝向入光側A2且使多個近紅外光通過之入光面46、76、56、66。補充說明的是，入光側A2是朝向多光源之結構光產生單元15的一側，而相對的另一側則為出光側A1。
詳細而言，在本實施例中，第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、76、56、26及出光面45、75、55、65分別在包含光軸I且平行一XZ平面的一平面上的截線與第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、76、56、66及出光面45、75、55、65分別在包含光軸I且平行一YZ平面的一平面上的截線的曲率不同。更詳細而言，在本實施例中，第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6之入光面46、76、56、66及出光面45、75、55、65分別在包含光軸I且平行YZ平面的一平面上的截線為直線，但本發明並不限於此。補充說明的是，上述的XZ平面為一X方向與一Y方向所定義出的平面，上述的YZ平面為Y方向與一Z方向所定義出的平面，其中一X方向及一Y方向相互垂直且垂直於光軸I方向，其中一Z方向平行於光軸I方向。
當一排多個沿著平行X方向排列的近紅外光光源15a由多光源之結構光產生單元15發出而進入光學透鏡組10，並依序經由第三透鏡6、第二透鏡5、第四透鏡7、第一透鏡4以及光圈1後產生多個光束，並射出光學透鏡組10。當這些光束照射於出光側A1的一與光軸I垂直的平面上時，會產生多條沿著Y方向延伸的線形光斑，且這些線形光斑沿著X方向排列。
第一透鏡4是從出光側A1至入光側A2算起具有屈光率的第一個透鏡。第一透鏡4具有正屈光率。第一透鏡4的出光面45的一光軸區域451為凸面，以及一圓周區域453為凸面。第一透鏡4的入光面46的一光軸區域462為凹面，以及一圓周區域464為凹面。在本實施例中，第一透鏡4的出光面45以及入光面46皆為非球面。
第二透鏡5是從入光側A2至出光側A1算起具有屈光率的第二個透鏡。第二透鏡5具有負屈光率。第二透鏡5的出光面55的一光軸區域552為凹面，以及一圓周區域554為凹面。第二透鏡5的入光面56的一光軸區域561為凸面，以及一圓周區域563為凸面。在本實施例中，第二透鏡5的出光面55以及入光面56皆為非球面。
第三透鏡6是從入光側A2至出光側A1算起具有屈光率的第一個透鏡。第三透鏡6具有正屈光率。第三透鏡6的出光面65的一光軸區域652為凹面，以及一圓周區域654為凹面。第三透鏡6的入光面66的一光軸區域661為凸面，以及一圓周區域663為凸面。在本實施例中，第三透鏡6的出光面65以及入光面66皆為球面。
第四透鏡7具有正屈光率。第四透鏡7的出光面75的一光軸區域752為凹面，以及一圓周區域754為凹面。第四透鏡7的入光面76的一光軸區域761為凸面，以及一圓周區域763為凸面。在本實施例中，第四透鏡7的出光面75以及入光面76皆為非球面。因此，可由上述公式(1)所定義出。
第五實施例的其他詳細光學數據如圖25所示，且第五實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.899毫米，SL參數為3.659豪米，TTL參數為3.358毫米，像高為0.250毫米，半視場角為4.930∘，光圈值則為2.096。在本實施例中，SL為光學透鏡組10中光圈1到多光源之結構光產生單元15在光軸I上的距離。其中，圖25中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
第一透鏡4的出光面45到第二透鏡5的入光面56在公式(1)中的各項非球面係數如圖26所示。其中，圖26中欄位編號45表示其為第一透鏡4的出光面45的非球面係數，其它欄位依此類推。
另外，第五實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。在圖49中，T1至AAG的參數的單位為毫米。               其中，部分參數定義相同於圖47的說明，並且，               G14為第一透鏡4的入光面46到第四透鏡7的出光面75在光軸I上的距離；               T4為第四透鏡7在光軸I上的厚度；               G42為第四透鏡7的入光面76到第二透鏡5的出光面55在光軸I上的距離。
再配合參閱圖24A至圖24D，本第五實施例在其光瞳半徑為0.6913毫米時的縱向球差圖24A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±16微米的範圍內。在圖24B與圖24C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±25微米內。而圖24D的畸變圖式則顯示本第五實施例的畸變率維持在±0.4%的範圍內。
本第五實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0139毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0282毫米。
經由上述說明可得知：第五實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，且第五實施例的光圈值比第一實施例的光圈值小。
圖27為本發明的第六實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖28A至圖28D為第六實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖27，本發明光學透鏡組10的一第六實施例，其與第五實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第六實施例中第一透鏡4的入光面46的一光軸區域461為凸面，一圓周區域463為凸面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5、6及7間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖27中省略部分與第五實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
此外，本第六實施例中第一透鏡4為玻璃材質。因此，可提高熱穩定性以減少焦點偏移量，滿足光學透鏡組10在不同溫度的環境中維持一定的光學品質。
第六實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖29所示，且第六實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.899毫米，SL參數為4.111豪米，TTL參數為3.757毫米，像高為0.260毫米，半視場角為5.130∘，光圈值則為2.096。其中，圖29中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖30所示，則為第六實施例的第一透鏡4的出光面45到第二透鏡5的入光面56在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第六實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。
本第六實施例在其光瞳半徑為0.6915毫米時的縱向球差圖28A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±25微米的範圍內。在圖28B與圖28C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±18微米內。而圖28D的畸變圖式則顯示本第六實施例的畸變率維持在±0.12%的範圍內。
本第六實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0038毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0077毫米。
經由上述說明可得知：第六實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第六實施例的光圈值比第一實施例的光圈值小，且第六實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖31為本發明的第七實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖32A至圖32D為第七實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖31，本發明光學透鏡組10的一第七實施例，其與第五實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第七實施例的光學透鏡組10還包括兩濾光片2、3，且從出光側A1至入光側A2沿光軸I依序為光圈1、兩濾光片2、3、第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6，第七實施例中第一透鏡4的入光面46為球面，第四透鏡7的出光面75的一光軸區域751為凸面，一圓周區域753為凸面，而入光面76的一光軸區域762為凹面，一圓周區域764為凹面，第三透鏡6的出光面65及入光面66為非球面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5、6及7間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖31中省略部分與第五實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第七實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖33所示，且第七實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.686毫米，SL參數為3.568豪米，TTL參數為2.868毫米，像高為0.380毫米，半視場角為8.050∘，光圈值則為2.155。其中，圖33中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖34所示，則為第七實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第七實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。
本第七實施例在其光瞳半徑為0.6230毫米時的縱向球差圖32A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±2.5微米的範圍內。在圖32B與圖32C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±14微米內。而圖32D的畸變圖式則顯示本第七實施例的畸變率維持在±0.014%的範圍內。
本第七實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0106毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0220毫米。
經由上述說明可得知：第七實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第七實施例的縱向球差優於第一實施例的縱向球差，第七實施例的畸變優於第一實施例的畸變，且第七實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖35為本發明的第八實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖36A至圖36D為第八實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖35，本發明光學透鏡組10的一第八實施例，其與第五實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第八實施例的光學透鏡組10還包括兩濾光片2、3，且從出光側A1至入光側A2沿光軸I依序為光圈1、兩濾光片2、3、第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6，第八實施例中第一透鏡4的入光面46為球面，第四透鏡7具有負屈光率，且第四透鏡7出光面75的一光軸區域751為凸面，一圓周區域753為凸面，而入光面76的一光軸區域762為凹面，一圓周區域764為凹面，第三透鏡6的出光面65及入光面66為非球面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5、6及7間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖35中省略部分與第五實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
此外，本第八實施例中第一透鏡4為玻璃材質。因此，可提高熱穩定性以減少焦點偏移量，滿足光學透鏡組10在不同溫度的環境中維持一定的光學品質。
第八實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖37所示，且第八實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.684毫米，SL參數為3.394豪米，TTL參數為2.694毫米，像高為0.400毫米，半視場角為8.480∘，光圈值則為2.155。其中，圖37中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖38所示，則為第八實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第八實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。
本第八實施例在其光瞳半徑為0.6226毫米時的縱向球差圖36A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±2.5微米的範圍內。在圖36B與圖36C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±12微米內。而圖36D的畸變圖式則顯示本第八實施例的畸變率維持在±0.014%的範圍內。
本第八實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0019毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0033毫米。
經由上述說明可得知：第八實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第八實施例的縱向球差優於第一實施例的縱向球差，第八實施例的畸變優於第一實施例的畸變，且第八實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖39為本發明的第九實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖40A至圖40D為第九實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖39，本發明光學透鏡組10的一第九實施例，其與第五實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第九實施例的光學透鏡組10還包括一濾光片2，且從出光側A1至入光側A2沿光軸I依序為光圈1、濾光片2、第一透鏡4、第四透鏡7、第二透鏡5及第三透鏡6，第九實施例中第四透鏡7具有負屈光率而第二透鏡5具有正屈光率，且第四透鏡7的出光面75的一光軸區域751為凸面，一圓周區域753為凸面，而入光面76的一光軸區域762為凹面，一圓周區域764為凹面，第三透鏡6的出光面65及入光面66為非球面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5、6及7間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖39中省略部分與第五實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第九實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖41所示，且第九實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.731毫米，SL參數為3.445豪米，TTL參數為2.855毫米，像高為0.430毫米，半視場角為8.942∘，光圈值則為2.155。其中，圖41中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖42所示，則為第九實施例的第一透鏡4的出光面45到第三透鏡6的入光面66在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第九實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。
本第九實施例在其光瞳半徑為0.6335毫米時的縱向球差圖40A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±30微米的範圍內。在圖40B與圖40C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±25微米內。而圖40D的畸變圖式則顯示本第九實施例的畸變率維持在±0.05%的範圍內。
本第九實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0110毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0181毫米。
經由上述說明可得知：第九實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第九實施例的畸變優於第一實施例的畸變，且第九實施例的熱穩定性優於第一實施例的熱穩定性。
圖43為本發明的第十實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖，而圖44A至圖44D為第十實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。請先參照圖43，本發明光學透鏡組10的一第十實施例，其與第五實施例大致相似，而兩者的差異如下所述：第十實施例中第一透鏡4的入光面46的一圓周區域463為凸面，第二透鏡5的出光面55的一光軸區域551為凸面，而入光面56的一光軸區域562為凹面，一圓周區域564為凹面，且各光學數據、非球面係數及這些透鏡4、5、6及7間的參數或多或少有些不同。在此需注意的是，為了清楚地顯示圖面，圖43中省略部分與第五實施例相同的光軸區域與圓周區域的標號。
第十實施例的光學透鏡組10詳細的光學數據如圖45所示，且第十實施例的光學透鏡組10整體的系統焦距為2.900毫米，SL參數為3.529豪米，TTL參數為3.245毫米，像高為0.250毫米，半視場角為4.966∘，光圈值則為2.096。其中，圖45中第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76的曲率半徑是指在平行XZ平面的一平面上的曲率半徑，而第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6及第四透鏡7的出光面45、55、65、75及入光面46、56、66、76在平行YZ平面的一平面上的曲率半徑均為無限大。
如圖46所示，則為第十實施例的第一透鏡4的出光面45到第二透鏡5的入光面56在公式(1)中的各項非球面係數。
另外，第十實施例之光學透鏡組10中各重要參數間的關係如圖49、50所示。
本第十實施例在其光瞳半徑為0.6916毫米時的縱向球差圖44A中，不同高度的離軸光線的成像點偏差控制在±3微米的範圍內。在圖44B與圖44C的二個場曲像差圖式中，三種代表波長在整個視場範圍內的焦距變化量落在±25微米內。而圖44D的畸變圖式則顯示本第十實施例的畸變率維持在±0.12%的範圍內。
本第十實施例光學透鏡組10有良好的熱穩定性，設定常溫20℃為一基準，在此溫度下光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0000毫米，降溫至0℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為-0.0156毫米，而升溫至60℃時，光學透鏡組10的焦點偏移量為0.0314毫米。
經由上述說明可得知：第十實施例的系統長度比第一實施例的系統長度小，第十實施例的光圈值比第一實施例的光圈值小，且第十實施例的縱向球差優於第一實施例的縱向球差。
為了使光學透鏡組10的設計能因應輕薄短小的可攜式電子裝置的需求，光學透鏡組10符合SL / AAG≦6.500也有助於縮短系統長度同時維持良好的成像品質，而較佳的範圍為2.200≦SL / AAG≦6.500。
此外，考量製作的難易的前提下，適當地調整透鏡間的空氣間隙或是透鏡厚度，若滿足以下條件式之數值限定，可以兼具縮短透鏡系統長度、維持良好的解析度及維持高的製造良率。 其中， 光學透鏡組10可符合ALT / T1≦5.200，較佳的範圍為2.500≦ALT / T1≦5.200； 光學透鏡組10可符合TL / (T3+BFL)≦6.500，較佳的範圍為1.700≦TL / (T3+BFL)≦6.500； 光學透鏡組10可符合SL / EFL≦2.500，較佳的範圍為0.800≦SL / EFL≦2.500； 光學透鏡組10可符合EFL / (T1+T2)≦4.500，較佳的範圍為2.100≦EFL / (T1+T2)≦4.500； 光學透鏡組10可符合ALT / (G12+T2)≦2.500，較佳的範圍為0.600≦ALT / (G12+T2)≦2.500； 光學透鏡組10可符合TL / (G23+T3)≦12.000，較佳的範圍為2.000≦TL / (G23+T3)≦12.000； 光學透鏡組10可符合ALT / AAG≦3.500，較佳的範圍為1.100≦ALT / AAG≦3.500； 光學透鏡組10可符合(T1+T3) / T2≦5.200，較佳的範圍為1.700≦(T1+T3) / T2≦5.200； 光學透鏡組10可符合TTL / ALT≦2.800  ，較佳的範圍為1.400≦TTL / ALT≦2.800； 光學透鏡組10可符合SL / (T2+G23+T3)≦5.000，較佳的範圍為1.700≦SL / (T2+G23+T3)≦5.000； 光學透鏡組10可符合TL / (T1+G23)≦7.500，較佳的範圍為2.600≦TL / (T1+G23)≦7.500； 光學透鏡組10可符合(T1+G12+T2) / T3≦12.000，較佳的範圍為1.600≦(T1+G12+T2) / T3≦12.000； 光學透鏡組10可符合(G23+T3) / T1≦3.300，較佳的範圍為0.600≦(G23+T3) / T1≦3.300； 光學透鏡組10可符合ALT / (T2+T3)≦3.600，較佳的範圍為1.200≦ALT / (T2+T3)≦3.600； 光學透鏡組10可符合(T1+BFL) / T2≦4.100，較佳的範圍為1.100≦(T1+BFL) / T2≦4.100； 光學透鏡組10可符合AAG / T2≦6.000，較佳的範圍為1.300≦AAG / T2≦6.000； 光學透鏡組10可符合EFL / AAG≦4.300，較佳的範圍為1.700≦EFL / AAG≦4.300。
此外另可選擇實施例參數之任意組合關係增加透鏡組限制，以利於本發明相同架構的透鏡組設計。有鑑於光學系統設計的不可預測性，在本發明的架構之下，符合上述條件式能較佳地使本發明透鏡組長度縮短、可用光圈增大、成像品質提升，或組裝良率提升而改善先前技術的缺點。
前述所列之示例性限定關係式，亦可任意選擇性地合併不等數量施用於本發明之實施態樣中，並不限於此。在實施本發明時，除了前述關係式之外，亦可針對單一透鏡或廣泛性地針對多個透鏡額外設計出其他更多的透鏡的凹凸曲面排列等細部結構，以加強對系統性能及／或解析度的控制，舉例來說，第一透鏡的物側面上可選擇性地額外形成有一位於光軸區域的凸面。須注意的是，此些細節需在無衝突之情況之下，選擇性地合併施用於本發明之其他實施例當中。
綜上所述，本發明的實施例的光學透鏡組可獲致下述的功效及優點：
一、本發明各實施例的一排多個沿著X軸排列的近紅外光光源所發出的光線通過本發明實施例的光學透鏡組，其中，第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡之入光面及出光面在包含光軸且平行XZ平面的一平面上的截線的曲率分別不同於第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡之入光面及出光面在包含光軸且平行YZ平面的一平面上的截線的曲率，可使光束照射於出光側與光軸垂直的一平面上時，產生多條沿著Y方向延伸的線形光斑，這些線形光斑沿著X方向排列，且具有良好的解析度。
二、本發明各實施例的第一透鏡之入光面及出光面、第二透鏡之入光面及出光面及第三透鏡之入光面及出光面在包含光軸且平行YZ平面的一平面上的截線均為直線的設計，在良率上有較優的表現。
三、本發明各實施例的第三透鏡具有正屈光率及第三透鏡的入光面的光軸區域為凸面能有效聚集光線，搭配第三透鏡的出光面圓周附近區域為凹面、第二透鏡的出光面圓周區域為凹面以及第一透鏡的出光面光軸區域為凸面有利修正像差。
四、本發明各實施例的透鏡採用非球面的設計更有利於優化成像品質。
五、本發明各實施例的透鏡選擇塑膠材質有助於輕量化，其中選擇一片或一片以上的透鏡使用玻璃材質有助於提高熱穩定性，減少焦點偏移量。
本發明之各個實施例所揭露之光學參數的組合比例關係所得的包含最大最小值以內的數值範圍皆可據以實施。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:光學透鏡組100、200、300、400、500:透鏡15:多光源之結構光產生單元15a:近紅外光光源20:鏡頭100a:發光參考平面130:組裝部211、212:平行光線1:光圈2、3:濾光片4:第一透鏡5:第二透鏡6:第三透鏡7:第四透鏡9:物體25、35、45、55、65、75:出光面26、36、46、56、66、76:入光面451、461、462、551、552、561、562、652、661、751、752、761、762、Z1:光軸區域453、463、464、554、563、564、654、663、753、754、763、764、Z2:圓周區域a:光束b:線形光斑A1:出光側A2:入光側CP1:第一中心點CP2:第二中心點EL:延伸線I:光軸Lm:邊緣光線OB:光學邊界R:點TP1:第一轉換點TP2:第二轉換點Z3:中繼區域
圖1A是一示意圖，說明本發明的光學透鏡組應用於3D感測發射端鏡頭的示意圖。 圖1B是圖1A中的多光源結構光產生單元的一實施例朝正Z方向的前視圖。 圖1C是圖1B中的多光源結構光產生單元在一物體上成像朝負Z方向的前視圖。 圖2是一示意圖，說明一透鏡的面型結構。 圖3是一示意圖，說明一透鏡的面型凹凸結構及光線焦點。 圖4是一示意圖，說明一範例一的透鏡的面型結構。 圖5是一示意圖，說明一範例二的透鏡的面型結構。 圖6是一示意圖，說明一範例三的透鏡的面型結構。 圖7A為本發明之第一實施例之光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖7B為本發明之第一實施例之光學透鏡組在平行YZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖8A至圖8D為第一實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖9示出本發明之第一實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖10示出本發明之第一實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖11為本發明的第二實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖12A至圖12D為第二實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖13示出本發明之第二實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖14示出本發明之第二實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖15為本發明的第三實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖16A至圖16D為第三實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖17示出本發明之第三實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖18示出本發明之第三實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖19為本發明的第四實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖20A至圖20D為第四實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖21示出本發明之第四實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖22示出本發明之第四實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖23為本發明的第五實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖24A至圖24D為第五實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖25示出本發明之第五實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖26示出本發明之第五實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖27為本發明的第六實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖28A至圖28D為第六實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖29示出本發明之第六實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖30示出本發明之第六實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖31為本發明的第七實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖32A至圖32D為第七實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖33示出本發明之第七實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖34示出本發明之第七實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖35為本發明的第八實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖36A至圖36D為第八實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖37示出本發明之第八實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖38示出本發明之第八實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖39為本發明的第九實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖40A至圖40D為第九實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖41示出本發明之第九實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖42示出本發明之第九實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖43為本發明的第十實施例的光學透鏡組在平行XZ平面的一平面上的截面示意圖。 圖44A至圖44D為第十實施例之光學透鏡組的縱向球差與各項像差圖。 圖45示出本發明之第十實施例之光學透鏡組的詳細光學數據。 圖46示出本發明之第十實施例之光學透鏡組的非球面參數。 圖47以及圖48示出本發明之第一至第四實施例之光學透鏡組的各重要參數及其關係式的數值。 圖49以及圖50示出本發明之第五至第十實施例之光學透鏡組的各重要參數及其關係式的數值。
10:光學透鏡組
15:多光源之結構光產生單元
100a:發光參考平面
1:光圈
2:濾光片
4:第一透鏡
5:第二透鏡
6:第三透鏡
25、45、55、65:出光面
26、46、56、66:入光面
451、462、552、561、652、661:光軸區域
453、463、554、563、654、663:圓周區域
A1:出光側
A2:入光側
I:光軸

Claims (20)

  1. 一種光學透鏡組，用於由一多光源之結構光產生單元所發出之多個近紅外光經該光學透鏡組產生多個光束，朝向該多光源之結構光產生單元的方向為一入光側，且另一側的方向為一出光側，該光學透鏡組從該出光側至該入光側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡各自包括朝向該出光側的一出光面及朝向該入光側的一入光面；其中，該第一透鏡是從該出光側至該入光側算起具有屈光率的第一個透鏡；該第二透鏡是從該入光側至該出光側算起具有屈光率的第二個透鏡；該第三透鏡是從該入光側至該出光側算起具有屈光率的第一個透鏡；該第一透鏡之該入光面及該出光面、該第二透鏡之該入光面及該出光面及該第三透鏡之該入光面及該出光面在包含該光軸且平行一XZ平面的一平面上的截線的曲率分別不同於該第一透鏡之該入光面及該出光面、該第二透鏡之該入光面及該出光面及該第三透鏡之該入光面及該出光面在包含該光軸且平行一YZ平面的一平面上的截線的曲率，其中一X方向及一Y方向相互垂直且垂直於該光軸方向，一Z方向平行於該光軸方向，該XZ平面為 該X方向與該Y方向所定義出的平面，該YZ平面為該Y方向與該Z方向所定義出的平面；以及該光學透鏡組滿足條件式：SL/AAG≦6.500，其中，SL為該光學透鏡組中最靠近該出光側的光學元件之一光學面到該多光源之結構光產生單元在該光軸上的距離，且AAG為該光學透鏡組所有具有屈光率的透鏡間在該光軸上的空氣間隙總和；其中該光學透鏡組具有屈光率的透鏡的數量小於等於四。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡之該入光面及該出光面、該第二透鏡之該入光面及該出光面及該第三透鏡之該入光面及該出光面在包含該光軸且平行該YZ平面的一平面上的截線均為直線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡的至少其中一者為玻璃材質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：ALT/T1≦5.200，其中，ALT為該光學透鏡組中所有具有屈光率的透鏡在該光軸上的透鏡厚度總和，且T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：TL/(T3+BFL)≦6.500，其中，TL為該第一透鏡的該出光面到該第三透鏡的該入光面在該光軸上的距離，T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度，且BFL為該第三透鏡的該入光面到該多光源之結構光產生單元在該光軸上的距離。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：SL/EFL≦2.500，其中，EFL為該光學透鏡組的系統焦距。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：EFL/(T1+T2)≦4.500，其中，EFL為該光學透鏡組的系統焦距，T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，且T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：ALT/(G12+T2)≦2.500，其中，ALT為該光學透鏡組中所有具有屈光率的透鏡在該光軸上的透鏡厚度總和，G12為該第一透鏡的該入光面到該第二透鏡的該出光面在該光軸上的距離，且T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：TL/(G23+T3)≦12.000，其中，TL為該第一透鏡的該出光面到該第三透鏡的該入光面在該光軸上的距離，G23為該第二透鏡的該入光面到該第三透鏡的該出光面在該光軸上的距離，且T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：ALT/AAG≦3.500，其中，ALT為該光學透鏡組中所有具有屈光率的透鏡在該光軸上的透鏡厚度總和。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：(T1+T3)/T2≦5.200，其中，T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度，且T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：TTL/ALT≦2.800，其中，TTL為該第一透鏡的該出光面到該多光源之結構光產生單元在該光軸上的距離，且ALT為該光學透鏡組中所有具有屈光率的透鏡在該光軸上的透鏡厚度總和。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：SL/(T2+G23+T3)≦5.000，其中，T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度，G23為該第二透鏡的該入光面到該第三透鏡的該出光面在該光軸上的距離，且T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：TL/(T1+G23)≦7.500，其中，TL為該第一透鏡的該出光面到該第三透鏡的該入光面在該光軸上的距離，T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，且G23為該第二透鏡的該入光面到該第三透鏡的該出光面在該光軸上的距離。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：(T1+G12+T2)/T3≦12.000，其中，T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，G12為該第一透鏡的該入光面 到該第二透鏡的該出光面在該光軸上的距離，T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度，且T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：(G23+T3)/T1≦3.300，其中，G23為該第二透鏡的該入光面到該第三透鏡的該出光面在該光軸上的距離，T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度，且T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：ALT/(T2+T3)≦3.600，其中，ALT為該光學透鏡組中所有具有屈光率的透鏡在該光軸上的透鏡厚度總和，T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度，且T3為該第三透鏡在該光軸上的厚度。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：(T1+BFL)/T2≦4.100，其中，T1為該第一透鏡在該光軸上的厚度，BFL為該第三透鏡的該入光面到該多光源之結構光產生單元在該光軸上的距離，且T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：AAG/T2≦6.000，其中，T2為該第二透鏡在該光軸上的厚度。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡組，其中該光學透鏡組更符合以下的條件式：EFL/AAG≦4.300，其中，EFL為該光學透鏡組的系統焦距。
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