TWI823809B - 光學透鏡組和頭戴式電子裝置 - Google Patents
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Abstract
一種光學透鏡組，包含：一光學元件組；以及由目側至像源側依序包含的一具有正屈折力的第一透鏡、一具有屈折力的第二透鏡、一具有屈折力且像源側面為凸面的第三透鏡、以及一部分反射部分透射元件；其中，該光學元件組設於該第一透鏡與第三透鏡之間，且該光學元件組由目側至像源側依序包含的一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件、以及一相位延遲元件；當滿足特定條件時，可減輕重量及確保成像品質。
Description
本發明涉及一種光學透鏡組及頭戴式電子裝置，尤其是一種可應用於頭戴式電子裝置的光學透鏡組。
隨著半導體產業的發展，各項消費性電子產品的功能日益強大，再加上軟體應用端各式服務的出現，使得消費者有更多的選擇。當市場不再滿足於掌上型的電子產品，虛擬實境(Virtual Reality，簡稱VR)技術、擴增實境(Augmented Reality，簡稱AR)技術、混合實境(Mixed Reality，簡稱MR)技術即應運而生。現今虛擬實境的應用為消費性電子產品的市場打開新的藍海，而虛擬實境應用場景中，率先實現商業化的項目為頭戴式顯示器。
然而，目前頭戴式顯示器有重量重及成像品質不佳的問題。
為此，本發明的目的是提供一種光學透鏡組及頭戴式電子裝置，可透過將光路折疊來減少透鏡數量，進而減輕裝置的重量，並提供較佳的成像品質。
本發明根據一實施例所提供的一種光學透鏡組，包含：一光學元件組；以及由目側至像源側依序包含的一具有正屈折力的第一透鏡、一具有屈折力的第二透鏡、一具有屈折力且像源側面為凸面的第三透鏡、以及一部分反射部
分透射元件；其中，該光學元件組設於該第一透鏡與第三透鏡之間，且該光學元件組由目側至像源側依序包含的一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件、以及一相位延遲元件，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第一透鏡的焦距為f1，該光學透鏡組的整體焦距為f，其滿足下列條件：-5.88<(R2/CT1)*(f1/f)<110.22。
當滿足-5.88<(R2/CT1)*(f1/f)<110.22時，將有效改善光學透鏡組畸變，減少像差同時進一步縮小透鏡尺寸。
可選擇地，該第三透鏡的焦距為f3，該光學透鏡組的整體焦距為f，並滿足下列條件：-6.92<f3/f<23.80。藉此，該第三透鏡焦距與光學透鏡組焦距比例可加強其廣角特性、提供較大的視角並維持光學透鏡組的照度。
可選擇地，該第三透鏡的焦距為f3，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，並滿足下列條件：-5.58<f3/R1<27.18。藉此，將有效改善光學透鏡組像差，進一步提升成像質量。
可選擇地，該第一透鏡目側表面的最大有效半徑為CA1，該第一透鏡的目側表面於光軸上的交點至該第一透鏡的目側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值為TDP1，並滿足下列條件：1.76<CA1/TDP1<137.17。藉此，可達到大視角目標並減小透鏡尺寸。
可選擇地，該第一透鏡像源側表面的最大有效半徑為CA2，該第一透鏡的像源側表面於光軸上的交點至該第一透鏡的像源側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值為TDP2，並滿足下列條件：1.43<CA2/TDP2<56.16。藉此，可達到大視角目標並減小透鏡尺寸。
可選擇地，該第三透鏡的像源側表面的曲率半徑R6，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：-58.44<R6/CT3<-5.15。藉此，有助於第三透鏡的曲率半徑與厚度間取得適當的平衡。
可選擇地，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，該第一透鏡的焦距為f1，並滿足下列條件：-32.71公釐<(R1*R2)/f1<60.84公釐。藉此，使該第一透鏡的曲率半徑分配較為合適，可減少色像差。
可選擇地，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，並滿足下列條件：-3.55<R1/R2<6.52。藉此，使該第一透鏡的兩曲率半徑相互制約，防止曲率半徑過小，降低組裝公差敏感度。
可選擇地，該第三透鏡的像源側表面的曲率半徑R6，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，並滿足下列條件：-4.59<R6/R2<6.08。藉此，使兩曲率半徑相互制約，防止曲率半徑過小，降低組裝公差敏感度。
可選擇地，該第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：0.22<CT3/CT2<7.58。藉此，滿足成像質量前提下，確保光學透鏡組厚度滿足鏡頭製造工藝的加工要求。
可選擇地，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：0.62<(CT1+CT2)/CT3<8.67。藉此，滿足成像質量前提下，提升各透鏡間的厚度搭配，確保組裝穩定性。
可選擇地，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，並滿足下列條件：-13.48<R1/CT1<9.76。藉此，將有效改善光學透鏡組畸變，減少像差同時進一步縮小透鏡尺寸。
可選擇地，該第一透鏡的焦距為f1，該光學透鏡組的整體焦距為f，並滿足下列條件：1.42<f1/f<16.1。藉此，該第一透鏡焦距與光學透鏡組焦距比例可加強其廣角特性、提供較大的視角並維持光學透鏡組的照度。
可選擇地，該第一透鏡像源側表面的最大有效半徑為CA2，該第一透鏡的目側表面至一像源面於光軸上的距離為TL，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，並滿足下列條件：-49.53公釐<(CA2/TL)*R1<43.8公釐。藉此，有助於第一透鏡的曲率半徑、透鏡尺寸與光學透鏡組長度間取得適當的平衡。
可選擇地，該第一透鏡的焦距為f1，該第三透鏡的焦距為f3，並滿足下列條件：-1.10<f1/f3<3.53。藉此，該光學透鏡組的屈折力分配較為合適，可減少像差。
可選擇地，該第二透鏡的焦距為f2，該光學透鏡組的整體焦距為f，並滿足下列條件：-5.80<f2/f<13.35。藉此，使該第二透鏡焦距與光學透鏡組焦距比例可加強其廣角特性、提供較大的視角並維持光學透鏡組的照度。
可選擇地，該第三透鏡的像源側表面的曲率半徑R6，該第三透鏡的目側表面的曲率半徑R5，並滿足下列條件：-1.37<R6/R5<3.67。藉此，使該第三透鏡的兩曲率半徑相互制約，防止曲率半徑過小，降低組裝公差敏感度。
此外，本發明還根據一實施例提供一種頭戴式電子裝置，包含：一外殼；上述的光學透鏡組，設置於該外殼內；一影像源，設置於該外殼內，且配置於該光學透鏡組的像源面上；以及一控制器，設置於該外殼內，且電性連接該影像源。
100,200,300,400,500,600,700,800:光欄
110,210,310,410,510,610,710,810:第一透鏡
111,211,311,411,511,611,711,811:目側表面
112,212,312,412,512,612,712,812:像源側表面
120,220,320,420,520,620,720,820:第二透鏡
121,221,321,421,521,621,721,821:目側表面
122,222,322,422,522,622,722,822:像源側表面
130,230,330,430,530,630,730,830:第三透鏡
131,231,331,431,531,631,731,831:目側表面
132,232,332,432,532,632,732,832:像源側表面
140,240,340,440,540,640,740,840:第一光學元件組
141:第一吸收式偏光元件
142:反射式偏光元件
143:第一相位延遲元件
150,250,350,450,550,650,750,850:部分反射部分透射元件
160,260,360,460,560,660,760,860:第二光學元件組
161:第二相位延遲元件
162:第二吸收式偏光元件
181,281,381,481,581,681,781,881:影源面
183,283,383,483,583,683,783,883:影像源
190,290,390,490,590,690,790,890:光軸
9:頭戴式電子裝置
910:外殼
920:光機模組
930:影像源
940:控制器
L:光路
TDP1:該第一透鏡目側表面的最大有效半徑為CA1，該第一透鏡的目側表面於光軸上的交點至該第一透鏡的目側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值
TDP2:第一透鏡的像源側表面於光軸上的交點至第一透鏡的像源側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值
在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：
圖1A為本發明第一實施例的光學透鏡組的示意圖；圖1B為主光線在圖1A的光學透鏡組中的光路的示意圖；圖1C為圖1A的局部放大圖；圖2為本發明第二實施例的光學透鏡組的示意圖；圖3為本發明第三實施例的光學透鏡組的示意圖；圖4為本發明第四實施例的光學透鏡組的示意圖；圖5為本發明第五實施例的光學透鏡組的示意圖；圖6為本發明第六實施例的光學透鏡組的示意圖；圖7為本發明第七實施例的光學透鏡組的示意圖；圖8為本發明第八實施例的光學透鏡組的示意圖；及圖9是本發明一實施例的頭戴式電子裝置的示意圖。
<第一實施例>
請參考圖1A、圖1B及圖1C所示，第一實施例的光學透鏡組沿光軸190由目側至像源側依序包含一光欄100、一第一透鏡110、一第一光學元件組140、一第二透鏡120、一第三透鏡130、一部分反射部分透射元件150、一第二光學元件組160、及一像源面181。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄100的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡110具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面111於近光軸190處為凸面，其像源側表面112於近光軸190處為凹面，且該第一透鏡110的目側表面111與像源側表面112皆為非球面。
該第二透鏡120具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面121於近光軸190處為平面，其像源側表面122於近光軸190處為凸面，且該第二透鏡120的像源側表面122為球面。
該第三透鏡130具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面131於近光軸190處為凹面，其像源側表面132於近光軸190處為凸面，且第三透鏡130的目側表面131與像源側表面132皆為非球面。
該第一光學元件組140，設置在該第二透鏡120的目側表面121，並沿光軸190由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件141、一反射式偏光元件142和一第一相位延遲元件143。該第一相位延遲元件143設置在第二透鏡120的目側表面121上，且該第一相位延遲元件143例如但不限於是四分之一波片。該反射式偏光元件142設置在第一相位延遲元件143上。該第一吸收式偏光元件141設置在反射式偏光元件142。使該第一光學元件組140位於該第一透鏡110與第三透鏡130之間。
該部分反射部分透射元件150設置在第三透鏡130的像源側表面132上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件150對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組160，設置在像源面181，並沿光軸190由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件161和一第二吸收式偏光元件162。該第二吸收式偏光元件162設置在像源面181上。該第二相位延遲元件161設置在該第二吸收式偏光元件162上，且例如但不限於是四分之一波片。
該光學透鏡組可搭配一影像源183使用，該影像源183可設置在像
源面181上。在本實施例中，該影像源183的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下：
其中z為沿光軸190方向在高度為h的位置以表面頂點作參考的位置值；c為透鏡表面於近光軸處的曲率，並為曲率半徑(R)的倒數(c=1/R)，R為透鏡表面於近光軸處的曲率半徑；h為透鏡表面距離光軸190的垂直距離；k為圓錐係數(conic constant)；Ai為第i階非球面係數。
在第一實施例中，光學透鏡組可藉由吸收式偏光元件、反射式偏光元件、相位延遲元件、部分反射部分透射元件和透鏡的組合配置，在不影響影像的品質的前提下，利用光的穿透與反射，將光路折疊，以壓縮形成影像所需的鏡組長度。請參考圖1B所示的光路L，影像源183發出之無偏振態光束在穿過第二吸收式偏光元件162後會形成線偏振態光束，該線偏振態光束在穿過第二相位延遲元件161後會形成圓偏振態光束，該圓偏振態光束行進至該部分反射部分透射元件150，此時會有部分的圓偏振態光束穿透該部分反射部分透射元件150，並依序穿過第三透鏡130、第二透鏡120、和第一相位延遲元件143，而被第一相位延遲元件143轉成線偏振態光束；接著，該線偏振態光束行進至反射式偏光元件142，由於該線偏振態光束的偏振方向與反射式偏光元件142的反射軸平行，因此此線偏振態光束被反射式偏光元件142反射，並再次穿透第一相位延遲元件143而轉成圓偏振態光束，並接續穿過第二透鏡120及第三透鏡130，以行進至該部分反射部分透射元件150，此時會有部分的圓偏振態光束經由該部分反射部分透射元件150
反射，並依序穿透第三透鏡130、第二透鏡120和第一相位延遲元件143，而被第一相位延遲元件143轉成線偏振態光束，此線偏振態光束的偏振方向與該反射式偏光元件142的反射軸垂直，因此依序穿透該反射式偏光元件142、第一吸收式偏光元件141和第一透鏡110，以進入使用者的眼睛。
請參考表1至表4，表1為第一實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表2為第一實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表3為第一實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，且表1和表3的參數的數值滿足表4的條件式。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。第一透鏡110於光軸190上的厚度為CT1。第二透鏡120於光軸190上的厚度為CT2。第三透鏡130於光軸190上的厚度為CT3。第一透鏡110的目側表面111的最大有效半徑為CA1。第二透鏡120的目側表面121的最大有效半徑為CA2。該第一透鏡110的目側表面111於光軸190上的交點至該第一透鏡110的目側表面111的最大有效半徑位置平行於光軸190的位移量的絕對值為TDP1。第一透鏡110的像源側表面112於光軸190上的交點至第一透鏡110的像源側表面112的最大有效半徑位置平行於光軸190的位移量的絕對值為TDP2。該第一透鏡110的目側表面111的曲率半徑R1。該第一透鏡110的像源側表面112的曲率半徑R2。該第三透鏡130的目側表面131的曲率半徑R5。該第三透鏡130的像源側表面132的曲率半徑R6。該第一透鏡110的目側表面111至像源面181於光軸190上的距離為TL。
在表1中，曲率半徑、厚度、間隙及焦距的單位為mm，表面22~0分別表示光線沿光路L從像源面181至光欄100所依序經過的表面。其中：表面0對應光欄100(或使用者眼睛)與第一透鏡110的目側表面111在光軸190上的間隙。表面1對應第一透鏡110在光軸190上的厚度。表面2對應第一透鏡110的像源側表面112與第一吸收式偏光元件141在光軸190上的間隙。表面3對應第一吸收式偏光元件141在光軸190上的厚度。表面4、13、14對應反射式偏光元件142在光軸190上的厚度。表面5、12、15對應第一相位延遲元件143在光軸190上的厚度。表面6、16對應第二透鏡120在光軸190上的厚度。表面11對應第二透鏡120的像源側表面122
與第二透鏡120的目側表面121在光軸190上的間隙，此間隙相當於第二透鏡120在光軸190上的厚度。表面7、10、17對應第二透鏡120的像源側表面122與第三透鏡130的目側表面131在光軸190上的間隙。表面8、18對應第三透鏡130在光軸190上的厚度。表面9對應第三透鏡130的像源側表面132與第三透鏡130的目側表面131在光軸190上的間隙，此間隙相當於第三透鏡130在光軸190上的厚度。表面19對應第三透鏡130的像源側表面132與第二相位延遲元件161在光軸190上的間隙。表面20對應第二相位延遲元件161在光軸190上的厚度。表面21對應第二吸收式偏光元件162在光軸190上的厚度。表面22為像源面181。表1中以正值表示的各間隙和厚度是對應光線方向朝向光欄100的數值，而以負值表示的各間隙和厚度是對應光線方向朝向像源面181的數值。
表2中，k為非球面曲線方程式中的錐面係數，A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20為高階非球面係數。
此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖，表格中數據的定義皆與第一實施例的表1~表4的定義相同，惟表1中各表面編號的定義在各實施例中將隨透鏡片數以及光學元件位置改變，而各實施例的相關說明可參考表1的各表面編號的定義方式，將不再贅述。
<第二實施例>
請參考圖2所示，第二實施例的光學透鏡組沿光軸290由目側至像源側依序包含一光欄200、一第一透鏡210、一第一光學元件組240、一第二透鏡220、一第三透鏡230、一部分反射部分透射元件250、一第二光學元件組260、及一像源面281。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄200的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡210具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面211於近光軸290處為凸面，其像源側表面212於近光軸290處為凹面，且該第一透鏡210的目側表面211與像源側表面212皆為非球面。
該第二透鏡220具有負屈折力且為塑膠材質，其目側表面221於近光軸290處為平面，其像源側表面222於近光軸290處為凹面，且該第二透鏡220的像源側表面222為球面。
該第三透鏡230具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面231於近光軸290處為凸面，其像源側表面232於近光軸290處為凸面，該第三透鏡230的目側表面231為球面，該第三透鏡230的像源側表面232為非球面。該第三透鏡230和第二透鏡220為相互膠合的透鏡。
該第一光學元件組240，設置在該第二透鏡220的目側表面221，並沿光軸290由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件250設置在第三透鏡230的像源側表面232上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件250對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組260，設置在像源面281，並沿光軸290由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和
第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源283使用，該影像源283可設置在像源面281上。在本實施例中，該影像源283的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表5至表8，表5為第二實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表6為第二實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表7為第二實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表5和表7中各參數的數值符合表8中的各條件式。第二實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表5中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第三實施例>
請參考圖3所示，第三實施例的光學透鏡組沿光軸390由目側至像源側依序包含一光欄300、一第一透鏡310、一第一光學元件組340、一第二透鏡320、一第三透鏡330、一部分反射部分透射元件350、一第二光學元件組360、及一像源面381。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄300的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡310具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面311於近光軸390處為凸面，其像源側表面312於近光軸390處為凹面，且該第一透鏡310的目側表面311與像源側表面312皆為非球面。
該第二透鏡320具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面321於近光軸390處為平面，其像源側表面322於近光軸390處為凸面，且該第二透鏡320的像源側表面322為球面。
該第三透鏡330具有負屈折力且為塑膠材質，其目側表面331於近光軸390處為凹面，其像源側表面332於近光軸390處為凸面，該第三透鏡330的目側表面331為球面，該第三透鏡330的像源側表面332為非球面。該第三透鏡330和第二透鏡320為相互膠合的透鏡。
該第一光學元件組340，設置在該第二透鏡320的目側表面321，並沿光軸390由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延
遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件350設置在第三透鏡330的像源側表面332上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件350對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組360，設置在像源面381，並沿光軸390由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源383使用，該影像源383可設置在像源面381上。在本實施例中，該影像源383的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表9至表12，表9為第三實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表10為第三實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表11為第三實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表9和表11中各參數的數值符合表12中的各條件式。第三實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表9中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第四實施例>
請參考圖4所示，第四實施例的光學透鏡組沿光軸490由目側至像源側依序包含一光欄400、一第一透鏡410、一第一光學元件組440、一第二透鏡420、一第三透鏡430、一部分反射部分透射元件450、一第二光學元件組460、及一像源面481。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄400的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡410具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面411於近光軸490處為凸面，其像源側表面412於近光軸490處為凹面，且該第一透鏡410的目側表面411與像源側表面412皆為非球面。
該第二透鏡420具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面421於近光軸490處為平面，其像源側表面422於近光軸490處為凸面，且該第二透鏡420的像源側表面422為非球面。
該第三透鏡430具有負屈折力且為塑膠材質，其目側表面431於近光軸490處為凹面，其像源側表面432於近光軸490處為凸面，該第三透鏡430的目側表面431與像源側表面432皆為非球面。
該第一光學元件組440，設置在該第二透鏡420的目側表面421，並沿光軸490由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件450設置在第三透鏡430的像源側表面432上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件450對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組460，設置在像源面481，並沿光軸490由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源483使用，該影像源483可設置在像源面481上。在本實施例中，該影像源483的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表13至表16，表13為第四實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表14為第四實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表15為第四實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表13和表15中各參數的數值符合表16中的各條件式。第四實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表13中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第五實施例>
請參考圖5所示，第五實施例的光學透鏡組沿光軸590由目側至像源側依序包含一光欄500、一第一透鏡510、一第二透鏡520、一第一光學元件組540、一第三透鏡530、一部分反射部分透射元件550、一第二光學元件組560、及一像源面581。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄500的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡510具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面511於近光軸590處為凸面，其像源側表面512於近光軸590處為凹面，且該第一透鏡510的目側表面511與像源側表面512皆為非球面。
該第二透鏡520具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面521於近光軸590處為凸面，其像源側表面522於近光軸590處為凹面，且該第二透鏡520的目側表面521與像源側表面522皆為非球面。
該第三透鏡530具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面531於近光軸590處為平面，其像源側表面532於近光軸590處為凸面，該第三透鏡530的像源側表面532為非球面。
該第一光學元件組540，設置在該第三透鏡520的目側表面521，並沿光軸590由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件550設置在第三透鏡530的像源側表面532上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件550對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組560，設置在像源面581，並沿光軸590由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源583使用，該影像源583可設置在像源面581上。在本實施例中，該影像源583的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表17至表20，表17為第五實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表18為第五實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表19為第五實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表17和表19中各參數的數值符合表20中的各條件式。第五實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表17中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第六實施例>
請參考圖6所示，第六實施例的光學透鏡組沿光軸690由目側至像源側依序包含一光欄600、一第一透鏡610、一第二透鏡620、一第一光學元件組640、一第三透鏡630、一部分反射部分透射元件650、一第二光學元件組660、及一像源面681。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄600的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡610具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面611於近光軸690處為凸面，其像源側表面612於近光軸690處為凸面，且該第一透鏡610的目側表面611與像源側表面612皆為非球面。
該第二透鏡620具有負屈折力且為塑膠材質，其目側表面621於近光軸690處為凹面，其像源側表面622於近光軸690處為凸面，且該第二透鏡620的目側表面621與像源側表面622皆為非球面。
該第三透鏡630具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面631於近光軸690處為平面，其像源側表面632於近光軸690處為凸面，該第三透鏡630的像源側表面632為球面。
該第一光學元件組640，設置在該第三透鏡630的目側表面631，並沿光軸690由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件650設置在第三透鏡630的像源側表面632上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件650對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組660，設置在像源面681，並沿光軸690由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源683使用，該影像源683可設置在像源面681上。在本實施例中，該影像源683的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表21至表24，表21為第六實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表22為第六實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表23為第六實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表21和表23中各參數的數值符
合表24中的各條件式。第六實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表21中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第七實施例>
請參考圖7所示，第七實施例的光學透鏡組沿光軸790由目側至像源側依序包含一光欄700、一第一透鏡710、一第二透鏡720、一第一光學元件組740、一第三透鏡730、一部分反射部分透射元件750、一第二光學元件組760、及
一像源面781。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄700的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡710具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面711於近光軸790處為凹面，其像源側表面712於近光軸790處為凸面，且該第一透鏡710的目側表面711與像源側表面712皆為非球面。
該第二透鏡720具有負屈折力且為塑膠材質，其目側表面721於近光軸790處為凹面，其像源側表面722於近光軸790處為凸面，且該第二透鏡720的目側表面721與像源側表面722皆為非球面。該第二透鏡720和第一透鏡710為相互膠合的透鏡。
該第三透鏡730具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面731於近光軸790處為平面，其像源側表面732於近光軸790處為凸面，該第三透鏡730的像源側表面732為球面。
該第一光學元件組740，設置在該第三透鏡730的目側表面731，並沿光軸790由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件750設置在第三透鏡730的像源側表面732上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件750對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組760，設置在像源面781，並沿光軸790由目側至
像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源783使用，該影像源783可設置在像源面781上。在本實施例中，該影像源783的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表25至表28，表25為第七實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表26為第七實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表27為第七實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表25和表27中各參數的數值符合表28中的各條件式。第七實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表25中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
<第八實施例>
請參考圖8所示，第八實施例的光學透鏡組沿光軸890由目側至像源側依序包含一光欄800、一第一透鏡810、一第二透鏡820、一第一光學元件組840、一第三透鏡830、一部分反射部分透射元件850、一第二光學元件組860、及一像源面881。該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數例如但不限於是3片。
該光欄800的位置可為使用者眼睛觀看影像的位置。
該第一透鏡810具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面811於近光軸890處為凸面，其像源側表面812於近光軸890處為凹面，且該第一透鏡810的目側表面811與像源側表面812皆為非球面。
該第二透鏡820具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面821於近光軸890處為凸面，其像源側表面822於近光軸890處為平面，且該第二透鏡820的目側表面821為非球面。
該第三透鏡830具有正屈折力且為塑膠材質，其目側表面831於近光軸890處為凸面，其像源側表面832於近光軸890處為凸面，且該第三透鏡830的目側表面831與像源側表面832皆為非球面。
該第一光學元件組840，設置在該第二透鏡820的像源側表面821，並沿光軸890由目側至像源側依序包含一第一吸收式偏光元件、一反射式偏光元
件和一第一相位延遲元件。該第一吸收式偏光元件、反射式偏光元件和第一相位延遲元件的配置相同於第一實施例的第一吸收式偏光元件141、反射式偏光元件142和第一相位延遲元件143的配置，於此不再贅述。
該部分反射部分透射元件850設置在第三透鏡830的像源側表面832上，且在可見光範圍內具有至少30%的平均光反射率，較佳為50%的平均光反射率。這裡的平均光反射率是指部分反射部分透射元件850對於不同波長光線的反射率的平均值。
該第二光學元件組860，設置在像源面881，並沿光軸890由目側至像源側依序包含一第二相位延遲元件和一第二吸收式偏光元件。第二相位延遲元件和第二吸收式偏光元件的配置相同於第一實施例的第二相位延遲元件161和第二吸收式偏光元件162的配置，於此不再贅述。
該光學透鏡組可搭配一影像源883使用，該影像源883可設置在像源面881上。在本實施例中，該影像源883的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
請參照下列表29至表32，表29為第八實施例的光學透鏡組中各元件的詳細光學資料，表30為第八實施例的光學透鏡組的透鏡的非球面係數，表31為第八實施例的光學透鏡組的其餘參數及其數值，表29和表31中各參數的數值符合表32中的各條件式。第八實施例的非球面的曲線方程式與第一實施例的非球面的曲線方程式相同，表29中各表面的定義方式可參考表1的相關說明，於此不再贅述。
在本發明提供的光學透鏡組中，透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當透鏡材質為塑膠，可以有效降低生產成本；當透鏡的材質為玻璃，則可以增加光學透鏡組屈折力配置的自由度。
在本發明提供的光學透鏡組中，非球面的透鏡表面可製作成球面以外的形狀，以獲得較多的控制變數，並用以消減像差，進而縮減透鏡使用的數目，因此可以有效降低本發明光學透鏡組的總長度。
本發明提供的光學透鏡組中，就以具有屈折力的透鏡而言，若透鏡表面係為凸面且未界定該凸面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凸面；
若透鏡表面係為凹面且未界定該凹面位置時，則表示該透鏡表面於近光軸處為凹面。
本發明提供的光學透鏡組中，透鏡表面的最大有效半徑通常是指該透鏡表面的有效光學區域(也就是透鏡未經過表面處理、艷消處理或是未施以遮光層的區域)的半徑。
此外，本發明提供的光學透鏡組可應用於頭戴式電子裝置。請參考圖9所示之根據本發明一實施例的頭戴式電子裝置的示意圖。此頭戴式電子裝置9例如但不限於是應用虛擬實境技術的頭戴式顯示器，包含一外殼910以及設置於外殼910內的一光機模組920、一影像源930和一控制器940。
光機模組920分別對應使用者的左眼和右眼。光機模組920包含一光學透鏡組，且此光學透鏡組可為第一實施例至第八實施例中的任一者的光學透鏡組。
影像源930可為第一實施例至第八實施例的任一者的影像源。影像源930可對應左眼和右眼，影像源930的種類例如但不限於是OLED顯示器、LED顯示器、液晶顯示器或其他顯示器。
控制器940電性連接影像源930，以控制影像源930顯示影像，藉此頭戴式電子裝置9便可投射影像至使用者的眼睛。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100:光欄
110:第一透鏡
111:目側表面
112:像源側表面
120:第二透鏡
121:目側表面
122:像源側表面
130:第三透鏡
131:目側表面
132:像源側表面
140:第一光學元件組
150:部分反射部分透射元件
160:第二光學元件組
181:影源面
183:影像源
190:光軸
Claims (15)
- 一種光學透鏡組，包含：一光學元件組；以及由目側至像源側依序包含的一具有正屈折力的第一透鏡、一具有屈折力的第二透鏡、一具有屈折力且像源側面為凸面的第三透鏡、以及一部分反射部分透射元件；其中，該光學透鏡組中具屈折力的透鏡總數為三片，該光學元件組設於該第一透鏡與第三透鏡之間，且該光學元件組由目側至像源側依序包含的一吸收式偏光元件、一反射式偏光元件、以及一相位延遲元件，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第一透鏡的焦距為f1，該光學透鏡組的整體焦距為f，其滿足下列條件：-5.88<(R2/CT1)*(f1/f)<110.22。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第三透鏡的焦距為f3,該光學透鏡組的整體焦距為f，並滿足下列條件：-6.92<f3/f<23.80。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第三透鏡的焦距為f3，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，並滿足下列條件：-5.58<f3/R1<27.18。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡目側表面的最大有效半徑為CA1，該第一透鏡的目側表面於光軸上的交點至該第一透鏡的目側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值為TDP1，並滿足下列條件：1.76<CA1/TDP1<137.17。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡像源側表面的最大有效半徑為CA2，該第一透鏡的像源側表面於光軸上的交點至該第一透鏡的像源側表面的最大有效半徑位置平行於光軸的位移量的絕對值為TDP2，並滿足下列條件：1.43<CA2/TDP2<56.16。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第三透鏡的像源側表面的曲率半徑R6，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：-58.44<R6/CT3<-5.15。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，該第一透鏡的焦距為f1，並滿足下列條件：-32.71公釐<(R1*R2)/f1<60.84公釐。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，並滿足下列條件：-3.55<R1/R2<6.52。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第三透鏡的像源側表面的曲率半徑R6，該第一透鏡的像源側表面的曲率半徑R2，並滿足下列條件：-4.59<R6/R2<6.08。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：0.22<CT3/CT2<7.58。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，該第二透鏡於光軸上的厚度為CT2，該第三透鏡於光軸上的厚度為CT3，並滿足下列條件：0.62<(CT1+CT2)/CT3<8.67。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，該第一透鏡於光軸上的厚度為CT1，並滿足下列條件：-13.48<R1/CT1<9.76。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡的焦距為f1，該光學透鏡組的整體焦距為f，並滿足下列條件：1.42<f1/f<16.1。
- 如請求項1所述的光學透鏡組，其中該第一透鏡像源側表面的最大有效半徑為CA2，該第一透鏡的目側表面至一像源面於光軸上的距離為TL，該第一透鏡的目側表面的曲率半徑R1，並滿足下列條件：-49.53公釐<(CA2/TL)*R1<43.8公釐。
- 一種頭戴式電子裝置，包含：一外殼；如請求項1至14的任一項所述的光學透鏡組，設置於該外殼內；一影像源，設置在該外殼內，且位於該光學透鏡組的像源面上；以及一控制器，設置在該外殼內，且電性連接該影像源。
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