本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)直透鏡(collimating lens)，特別涉及一種具繞射透鏡的準(zhǔn)直透鏡。

背景技術(shù)：

準(zhǔn)直透鏡為一種光學(xué)裝置，用以將光束對(duì)準(zhǔn)于特定方向，以形成準(zhǔn)直光線或平行光線。藉此，光線不會(huì)隨著距離而散開，或者至少使得散開程度達(dá)到最小。準(zhǔn)直透鏡可搭配光源(例如激光二極管)使用。

傳統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡通常使用模造玻璃透鏡，使得成本偏高且尺寸較大。此外，傳統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡具有至少一個(gè)凸表面，使得準(zhǔn)直透鏡的裝配變得困難。

因此，亟需提出一種新穎的準(zhǔn)直透鏡，以改善傳統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明實(shí)施例的目的之一在于提出一種準(zhǔn)直透鏡，其具有小型化尺寸及較低成本，且利于準(zhǔn)直透鏡的裝配。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，準(zhǔn)直透鏡包含至少二個(gè)透鏡群，每一透鏡群包含一非球面表面。準(zhǔn)直透鏡還包含平面繞射透鏡，設(shè)于最接近影像平面。在一實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡不具有凸面外表面。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種準(zhǔn)直透鏡包含：第一透鏡群、第二透鏡群及第三透鏡群，從物側(cè)至像側(cè)依序設(shè)置，該第一透鏡群及該第三透鏡群分別包含一非球面表面；及一平面繞射透鏡，設(shè)于該第三透鏡群且最接近影像平面。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種準(zhǔn)直透鏡包含：第一透鏡群及第二透鏡群，從物側(cè)至像側(cè)依序設(shè)置，該第一透鏡群及該第二透鏡群分別包含一非球面表面；一平面繞射透鏡，設(shè)于該第二透鏡群且最接近影像平面；及一環(huán)狀間隔件，設(shè)于該第一透鏡群與該第二透鏡群之間，并與它們的邊緣接觸。

附圖說明

圖1A顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡的透鏡排列。圖1B示意性地示出圖1A的光線行進(jìn)圖。

圖2A顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡的透鏡排列。圖2B示意性地示出圖2A的光線行進(jìn)圖。

圖3A顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡的透鏡排列。圖3B示意性地示出圖3A的光線行進(jìn)圖。

【主要元件符號(hào)說明】

100 準(zhǔn)直透鏡

200 準(zhǔn)直透鏡

300 準(zhǔn)直透鏡

1 第一透鏡群

2 第二透鏡群

3 第三透鏡群

4 第一透鏡群

5 第二透鏡群

6 第一透鏡群

7 第二透鏡群

11 負(fù)屈折率第一透鏡

12 平面第二透鏡

13 正屈折率第三透鏡

14 負(fù)屈折率第四透鏡

15 平面第五透鏡

16 正屈折率第六透鏡

17 正屈折率第七透鏡

18 平面第八透鏡

19 平面繞射第九透鏡

21 平面第一透鏡

22 負(fù)屈折率第二透鏡

23 正屈折率第三透鏡

24 平面第四透鏡

25 平面繞射第五透鏡

26 環(huán)狀間隔件

31 平面第一透鏡

32 正屈折率第二透鏡

33 正屈折率第三透鏡

34 平面第四透鏡

35 平面繞射第五透鏡

36 環(huán)狀間隔件

s1 非球面凹面物側(cè)表面

s2 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s3 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s4 非球面凸面像側(cè)表面

s5 非球面凹面物側(cè)表面

s6 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s7 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s8 非球面凸面像側(cè)表面

s9 非球面凸面物側(cè)表面

s10 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s11 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

s12 平面像側(cè)表面

t1 平面物側(cè)表面

t2 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

t3 非球面凹面像側(cè)表面

t4 非球面凸面物側(cè)表面

t5 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

t6 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

t7 平面像側(cè)表面

m1 平面物側(cè)表面

m2 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

m3 非球面凸面像側(cè)表面

m4 非球面凸面物側(cè)表面

m5 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

m6 平面像側(cè)表面/平面物側(cè)表面

m7 平面像側(cè)表面

具體實(shí)施方式

圖1A顯示了本發(fā)明第一實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡100的透鏡排列，圖1B則示意性地示出圖1A的光線行進(jìn)圖。第一實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡100及本說明書當(dāng)中其他實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡可使用晶圓級(jí)光學(xué)(WLO)技術(shù)來制造。第一實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡100及本說明書當(dāng)中其他實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡的材質(zhì)可為透明材質(zhì)，例如玻璃或塑膠。于附圖中，準(zhǔn)直透鏡100的左側(cè)面向物件(object)，而準(zhǔn)直透鏡100的右側(cè)面向像面(image plane)。

在第一實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡100從物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡群1、第二透鏡群2及第三透鏡群3。第一透鏡群1從物側(cè)至像側(cè)依序包含負(fù)屈折率(refractive power)第一透鏡11、平面第二透鏡12及正屈折率第三透鏡13。詳而言之，負(fù)屈折率第一透鏡11具非球面(aspherical)凹面物側(cè)表面s1(其具負(fù)曲率半徑)及平面像側(cè)表面s2。平面第二透鏡12具平面物側(cè)表面s2及平面像側(cè)表面s3。正屈折率第三透鏡13具平面物側(cè)表面s3及非球面凸面像側(cè)表面s4。在本實(shí)施例中，負(fù)屈折率第一透鏡11實(shí)質(zhì)接觸于平面第二透鏡12，且平面第二透鏡12實(shí)質(zhì)接觸于正屈折率第三透鏡13。

第二透鏡群2從物側(cè)至像側(cè)依序包含負(fù)屈折率第四透鏡14、平面第五透鏡15及正屈折率第六透鏡16。詳而言之，負(fù)屈折率第四透鏡14具非球面凹面物側(cè)表面s5(其具負(fù)曲率半徑)及平面像側(cè)表面s6。平面第五透鏡15具平面物側(cè)表面s6及平面像側(cè)表面s7。正屈折率第六透鏡16具平面物側(cè)表面s7及非球面凸面像側(cè)表面s8。在本實(shí)施例中，負(fù)屈折率第四透鏡14實(shí)質(zhì)接觸于平面第五透鏡15，且平面第五透鏡15實(shí)質(zhì)接觸于正屈折率第六透鏡16。

第三透鏡群3從物側(cè)至像側(cè)依序包含正屈折率第七透鏡17、平面第八透鏡18及平面繞射第九透鏡19。詳而言之，正屈折率第七透鏡17具非球面凸 面物側(cè)表面s9(其具正曲率半徑)及平面像側(cè)表面s10。平面第八透鏡18具平面物側(cè)表面s10及平面像側(cè)表面s11。平面繞射第九透鏡19具平面物側(cè)表面s11及平面像側(cè)表面s12。在本實(shí)施例中，正屈折率第七透鏡17實(shí)質(zhì)接觸于平面第八透鏡18，且平面第八透鏡18實(shí)質(zhì)接觸于平面繞射第九透鏡19。

一般來說，本實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡100包含至少二個(gè)非球面表面，其中之一具正曲率半徑，而另一具負(fù)曲率半徑。例如，準(zhǔn)直透鏡100包含負(fù)曲率半徑的非球面凹面物側(cè)表面s1及正曲率半徑的非球面凸面物側(cè)表面s9。

根據(jù)本實(shí)施例的特征之一，負(fù)屈折率第一透鏡11、正屈折率第三透鏡13、負(fù)屈折率第四透鏡14、正屈折率第六透鏡16、正屈折率第七透鏡17及平面繞射第九透鏡19的折射率(refractive index)介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)(Abbe number)介于31與48之間。

根據(jù)本實(shí)施例的另一特征，平面第二透鏡12、平面第五透鏡15及平面第八透鏡18的折射率介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)介于45與65之間。

圖2A顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡200的透鏡排列，圖2B則示意性地示出圖2A的光線行進(jìn)圖。

在第二實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡200從物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡群4及第二透鏡群5。第一透鏡群4從物側(cè)至像側(cè)依序包含平面第一透鏡21及負(fù)屈折率第二透鏡22。詳而言之，平面第一透鏡21具平面物側(cè)表面t1及平面像側(cè)表面t2。負(fù)屈折率第二透鏡22具平面物側(cè)表面t2及非球面凹面像側(cè)表面t3(其具負(fù)曲率半徑)。在本實(shí)施例中，平面第一透鏡21實(shí)質(zhì)接觸于負(fù)屈折率第二透鏡22。

第二透鏡群5從物側(cè)至像側(cè)依序包含正屈折率第三透鏡23、平面第四透鏡24及平面繞射第五透鏡25。詳而言之，正屈折率第三透鏡23具非球面凸面物側(cè)表面t4(其具正曲率半徑)及平面像側(cè)表面t5。平面第四透鏡24具平面物側(cè)表面t5及平面像側(cè)表面t6。平面繞射第五透鏡25具平面物側(cè)表面t6及平面像側(cè)表面t7。在本實(shí)施例中，正屈折率第三透鏡23實(shí)質(zhì)接觸于平面第四透鏡24，且平面第四透鏡24實(shí)質(zhì)接觸于平面繞射第五透鏡25。

第二實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡200還包含環(huán)狀間隔件(ring spacer)26，設(shè)于第一透鏡群4與第二透鏡群5之間，并與其邊緣接觸，用以耦接第一透鏡群4與第二透鏡群5。

一般來說，本實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡200包含至少二個(gè)非球面表面，其中之一具正曲率半徑，而另一具負(fù)曲率半徑。例如，準(zhǔn)直透鏡200包含負(fù)曲率半徑的非球面凹面像側(cè)表面t3及正曲率半徑的非球面凸面物側(cè)表面t4。

根據(jù)本實(shí)施例的特征之一，負(fù)屈折率第二透鏡22、正屈折率第三透鏡23及平面繞射第五透鏡25的折射率介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)介于31與48之間。

根據(jù)本實(shí)施例的另一特征，平面第一透鏡21及平面第四透鏡24的折射率介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)介于45與65之間。

圖3A顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡300的透鏡排列，圖3B則示意性地示出圖3A的光線行進(jìn)圖。

在第三實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡300從物側(cè)至像側(cè)依序包含第一透鏡群6及第二透鏡群7。第一透鏡群6從物側(cè)至像側(cè)依序包含平面第一透鏡31及正屈折率第二透鏡32。詳而言之，平面第一透鏡31具平面物側(cè)表面m1及平面像側(cè)表面m2。正屈折率第二透鏡32具平面物側(cè)表面m2及非球面凸面像側(cè)表面m3(其具正曲率半徑)。在本實(shí)施例中，平面第一透鏡31實(shí)質(zhì)接觸于正屈折率第二透鏡32。

第二透鏡群7從物側(cè)至像側(cè)依序包含正屈折率第三透鏡33、平面第四透鏡34及平面繞射第五透鏡35。詳而言之，正屈折率第三透鏡33具非球面凸面物側(cè)表面m4(其具正曲率半徑)及平面像側(cè)表面m5。平面第四透鏡34具平面物側(cè)表面m5及平面像側(cè)表面m6。平面繞射第五透鏡35具平面物側(cè)表面m6及平面像側(cè)表面m7。在本實(shí)施例中，正屈折率第三透鏡33實(shí)質(zhì)接觸于平面第四透鏡34，且平面第四透鏡34實(shí)質(zhì)接觸于平面繞射第五透鏡35。

第三實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡300還包含環(huán)狀間隔件36，該環(huán)狀間隔件36設(shè)于第一透鏡群6與第二透鏡群7之間，并與它們接觸，用以耦接第一透鏡群6與第二透鏡群7。

一般來說，本實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡300包含至少二個(gè)非球面表面。例如，準(zhǔn)直透鏡300包含非球面凸面像側(cè)表面m3及非球面凸面物側(cè)表面m4。

根據(jù)本實(shí)施例的特征之一，正屈折率第二透鏡32、正屈折率第三透鏡33及平面繞射第五透鏡35的折射率介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)介于31與48之間。

根據(jù)本實(shí)施例的另一特征，平面第一透鏡31及平面第四透鏡34的折射率介于1.5與1.6之間，阿貝數(shù)介于45與65之間。

根據(jù)上述實(shí)施例，使用晶圓級(jí)光學(xué)技術(shù)以制造準(zhǔn)直透鏡，不但可降低成本且能降低尺寸。此外，上述實(shí)施例的準(zhǔn)直透鏡不具有凸面外表面，有利于準(zhǔn)直透鏡的裝配。

再者，由于平面繞射透鏡(19、25或35)具有平面像側(cè)表面(s12、t7或m7)，因此可于該表面直接形成繞射光學(xué)元件(diffraction optical elements,DOEs)圖樣，得以減少傳統(tǒng)方法所需的額外玻璃，因而降低準(zhǔn)直透鏡的尺寸。

非球面(例如s1、s4、s5、s8、s9、t3、t4、m3或m4)可由以下方程式定義：

其中，z為光軸方向上自鏡頭頂點(diǎn)的距離，r為垂直于光軸方向的距離，c為透鏡頂點(diǎn)的曲率半徑的倒數(shù)，k為二次曲線常數(shù)(conic constant)，α1至α8為非球面系數(shù)(aspheric coefficient)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的范圍；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修改，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求內(nèi)。