目鏡光學系統的制作方法

文檔序號：11690594閱讀：273來源：國知局

本發明涉及目鏡光學系統，尤指一種四片式的目鏡光學系統。。

背景技術：

由于科技的日益進步，讓消費者對于小型電子產品的需求不斷地增加。應用于目鏡光學系統的特征，結合于消費型電子產品內的目鏡光學系統的關鍵組件應隨者科技的進行齊步并進以滿足消費者的期望。目鏡光學系統的一些重要特征包含有成像質量與尺寸。在小型化產品的條件下，要同時維持(或改善)消費者對于成像質量的期待，影像傳感器技術的改良扮演了重要的角色。然而，當前的目鏡光學系統具有一些缺點，例如視場角太小且/或像差太大。再者，在維持良好光學特性的條件下，同時要縮小成像鏡頭的尺寸，將遭遇很大的挑戰。

有鑒于此，目前有需要一種改良的目鏡光學系統，其具有較大的視場角，同時也兼顧良好的成像質量。

技術實現要素：

提供一種目鏡光學系統。透過控制四片透鏡表面的凹凸配置，使得目鏡光學系統的長度被縮短之同時，也兼顧良好的光學特性以及成像質量。

在說明書揭示內容中，使用以下表格列出的參數，但不局限于只使用這些參數，見表1所示。

表1參數表

在本發明的一實施例中，該目鏡光學系統從目側至顯示側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。此外，每一透鏡具有一朝向目側的目側面、一朝向顯示側的顯示側面、以及一沿著光軸的中心厚度。該第二透鏡之顯示側面包括一位于光軸附近區域的凸面部；該第三透鏡之顯示側面包括一位于光軸附近區域的凹面部；該第四透鏡之目側面包括一位于光軸附近區域的凹面部。

在上述實施例中，可選擇地控制一些光學參數滿足下列至少一個條件式：

0≦tl/er≦8條件式(1)；

t1/(g23+g34)≦2.5條件式(2)；

(t1+t3)/t4≦4.5條件式(3)；

alt/aag≦10條件式(4)；

efl/g4d≧2.4條件式(5)；

在本發明的一實施例中，該目鏡光學系統從目側至顯示側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。此外，每一透鏡具有一朝向目側的目側面、一朝向顯示側的顯示側面、以及一沿著光軸的中心厚度。該第二透鏡的屈光率為正值；該第三透鏡之顯示側面包括一位于光軸附近區域的凹面部；該第四透鏡之目側面包括一位于光軸附近區域的凹面部。

在上述實施例中，可選擇地控制一些光學參數滿足下列至少一個條件式：

0≦ttl/er≦10條件式(6)；

alt/aag≦10條件式(4)；

(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4)≦2.5條件式(7)；

(t3+t4)/g34≦3.0條件式(8)；

在本發明的一實施例中，該目鏡光學系統從目側至顯示側沿一光軸依序包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡及一第四透鏡。此外，每一透鏡具有一朝向目側的目側面、一朝向顯示側的顯示側面、以及一沿著光軸的中心厚度。該第一透鏡的顯示側面包括一位于光軸附近區域的凸面部；該第三透鏡之顯示側面包括一位于光軸附近區域的凹面部；該第四透鏡之目側面包括一位于光軸附近區域的凹面部。

在上述實施例中，可選擇地控制一些光學參數滿足下列至少一個條件式：

t2/t1≧0.9條件式(9)；

0≦tl/er≦8條件式(1)；

t2/(g23+g34)≦4.0條件式(10)；

t1/g34≦3.0條件式(11)；

efl/aag≧4.9條件式(12)。

其中tl代表該第一透鏡之目側面至該第四透鏡的顯示側面在該光軸上的距離，er代表該觀察者的瞳孔到該第一透鏡之目側面在該光軸上的距離；t1代表該第一透鏡在該光軸上的中心厚度，t2代表該第二透鏡在該光軸上的中心厚度，g12代表該第一透鏡與該第二透鏡之間在該光軸上的空氣間隙寬度，g23代表該第二透鏡與該第三透鏡之間在該光軸上的空氣間隙寬度，g34代表該第三透鏡與該第四透鏡之間在該光軸上的空氣間隙寬度；t3代表該第三透鏡在該光軸上的中心厚度，t4代表該第四透鏡在該光軸上的中心厚度；alt代表該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的四個透鏡的中心厚度的總和，aag代表該第一透鏡至該第四透鏡在該光軸上的三個空氣間隙寬度的總和；efl代表該目鏡光學系統的有效焦距，g4d代表該第四透鏡之顯示側面到該顯示畫面在該光軸上的距離，其中ttl代表該第一透鏡之目側面至該顯示畫面在該光軸上的距離。

在實施本發明時，除了上述條件式之外，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/或分辨率的控制。須注意的是，此些細節需在無沖突之情況之下，選擇性地合并施用于本發明之其他實施例當中，并不限于此。

附圖說明

圖1為本發明之目鏡光學系統的示意圖。

圖2為本發明之一實施例之透鏡剖面結構示意圖。

圖3為透鏡面形與光線焦點的關系示意圖。

圖4為范例一的透鏡面形與有效半徑的關系圖。

圖5為范例二的透鏡面形與有效半徑的關系圖。

圖6為范例三的透鏡面形與有效半徑的關系圖。

圖7為本發明之第一實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖8為本發明之第一實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖9為本發明之第一實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖10為本發明之第一實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖11為本發明之第二實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖12為本發明之第二實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖13為本發明之第二實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖14為本發明之第二實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖15為本發明之第三實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖16為本發明之第三實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖17為本發明之第三實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖18為本發明之第三實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖19為本發明之第四實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖20為本發明之第四實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖21為本發明之第四實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖22為本發明之第四實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖23為本發明之第五實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖24為本發明之第五實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖25為本發明之第五實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖26為本發明之第五實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖27為本發明之第六實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖28為本發明之第六實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖29為本發明之第六實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖30為本發明之第六實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖31為本發明之第七實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖32為本發明之第七實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖33為本發明之第七實施例目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖34為本發明之第七實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖35為本發明之第八實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖36為本發明之第八實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖37為本發明之第八實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖38為本發明之第八實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖39為本發明之第九實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖40為本發明之第九實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖41為本發明之第九實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖42為本發明之第九實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖43為本發明之第十實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖44為本發明之第十實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖45為本發明之第十實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖46為本發明之第十實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖47為本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖。

圖48為本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖。

圖49為本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之各透鏡之詳細光學數據表格圖。

圖50為本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之非球面數據表格圖。

圖51為本發明實施例1-6的t1,g12,t2,g23,t3,g34,t4,g4d,efl,ttl,tl,aag,alt,epd,er,dld,tl/er,t1/(g23+g34),(t1+t3)/t4,alt/aag,efl/g4d,ttl/er,(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4),(t3+t4)/g34,t2/t1,t2/(g23+g34),t1/g34及efl/aag之值的比較表格圖。

圖52為本發明實施例7-11的t1,g12,t2,g23,t3,g34,t4,g4d,efl,ttl,tl,aag,alt,epd,er,dld,tl/er,t1/(g23+g34),(t1+t3)/t4,alt/aag,efl/g4d,ttl/er,(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4),(t3+t4)/g34,t2/t1,t2/(g23+g34),t1/g34及efl/aag之值的比較表格圖。

具體實施方式

為了更完整地理解說明書內容及其優點，本發明乃提供有圖式。此些圖式乃為本發明揭露內容之一部分，其主要系用以說明實施例，并可配合說明書之相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域具有通常知識者應能理解其他可能的實施方式以及本發明之優點。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。

附圖的符號說明：

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10',11',v100目鏡光學系統；110,210,310,410,510,610,710,810,910,10'10,11'10第一透鏡；111,121,131,141,211,221,231,241,311,321,331,341,411,421,431,441,511,521,531,541,611,621,631,641,711,721,731,741,811,821,831,841,911,921,931,941,10'11,10'21,10'31,10'41,11'11,11'21,11'31,11'41目側面；112,122,132,142,212,222,232,242,312,322,332,342,412,422,432,442,512,522,532,542,612,622,632,642,712,722,732,742,812,822,832,842,912,922,932,942,10'12,10'22,10'32,10'42,11'12,11'22,11'32,11'42顯示側面；120,220,320,420,520,620,720,820,920,10'20,11'20第二透鏡；130,230,330,430,530,630,730,830,930,10'30,11'30第三透鏡；140,240,340,440,540,640,740,840,940,10'40,11'40第四透鏡；150,250,350,450,550,650,750,850,950,10'50,11'50顯示畫面；1121,1211,1221光軸附近區域的凸面部；1122,1212,1222,1422,2322,3322,4412,6322,7322,8322,9412,10'412圓周附近區域的凸面部；1111,1311,1321,1411,1421光軸附近區域的凹面部；1112,1312,1322,1412,7422圓周附近區域的凹面部；d1,d2,d3,d4空氣間隙；vi成像光線；v50顯示畫面；v60眼睛；vd明視距離；vv放大虛像；a1目側；a2顯示側；i光軸；a光軸附近區域；c圓周附近區域；e延伸部；lc主光線；lm邊緣光線。

一般而言，目鏡光學系統v100的光線方向為一成像光線vi由顯示畫面v50射出，經由目鏡光學系統v100進入眼睛v60，于眼睛v60的視網膜聚焦成像并且于明視距離vd產生一放大虛像vv，如圖1所示。在以下說明本案之光學規格的判斷準則是假設光線方向逆追跡(reverselytracking)為一平行成像光線由目側經過目鏡光學系統到顯示畫面聚焦成像。

本篇說明書所言之「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光軸上的屈光率為正(或為負)。該目側面、顯示側面定義為成像光線通過的范圍，其中成像光線包括了主光線(chiefray)lc及邊緣光線(marginalray)lm，如圖2所示，i為光軸且此一透鏡是以該光軸i為對稱軸徑向地相互對稱，光線通過光軸上的區域為光軸附近區域a，邊緣光線通過的區域為圓周附近區域c，此外，該透鏡還包含一延伸部e(即圓周附近區域c徑向上向外的區域)，用以供該透鏡組裝于一光學成像鏡頭內，理想的成像光線并不會通過該延伸部e，但該延伸部e之結構與形狀并不限于此，以下之實施例為求圖式簡潔均省略了部分的延伸部。更詳細的說，判定面形或光軸附近區域、圓周附近區域、或多個區域的范圍的方法如下：

1.請參照圖2，其系一透鏡徑向上的剖視圖。以該剖視圖觀之，在判斷前述區域的范圍時，定義一中心點為該透鏡表面上與光軸的一交點，而一轉換點是位于該透鏡表面上的一點，且通過該點的一切線與光軸垂直。如果徑向上向外有復數個轉換點，則依序為第一轉換點，第二轉換點，而有效半徑上距光軸徑向上最遠的轉換點為第n轉換點。中心點和第一轉換點之間的范圍為光軸附近區域，第n轉換點徑向上向外的區域為圓周附近區域，中間可依各轉換點區分不同的區域。此外，有效半徑為邊緣光線lm與透鏡表面交點到光軸i上的垂直距離。

2.如圖3所示，該區域的形狀凹凸系以平行通過該區域的光線(或光線延伸線)與光軸的交點在目側或顯示側來決定(光線焦點判定方式)。舉例言之，當光線通過該區域后，光線會朝顯示側聚焦，與光軸的焦點會位在顯示側，例如圖3中r點，則該區域為凸面部。反之，若光線通過該某區域后，光線會發散，其延伸線與光軸的焦點在目側，例如圖3中m點，則該區域為凹面部，所以中心點到第一轉換點間為凸面部，第一轉換點徑向上向外的區域為凹面部；由圖3可知，該轉換點即是凸面部轉凹面部的分界點，因此可定義該區域與徑向上相鄰該區域的內側的區域，系以該轉換點為分界具有不同的面形。另外，若是光軸附近區域的面形判斷可依該領域中通常知識者的判斷方式，以r值(指近軸的曲率半徑，通常指光學軟件中的透鏡數據庫(lensdata)上的r值)正負判斷凹凸。以目側面來說，當r值為正時，判定為凸面部，當r值為負時，判定為凹面部；以顯示側面來說，當r值為正時，判定為凹面部，當r值為負時，判定為凸面部，此方法判定出的凹凸和光線焦點判定方式相同。

3.若該透鏡表面上無轉換點，該光軸附近區域定義為有效半徑的0～50％，圓周附近區域定義為有效半徑的50～100％。

圖4范例一的透鏡顯示側表面在有效半徑上僅具有第一轉換點，則第一區為光軸附近區域，第二區為圓周附近區域。此透鏡目側面的r值為正，故判斷光軸附近區域具有一凹面部；圓周附近區域的面形和徑向上緊鄰該區域的內側區域不同。即，圓周附近區域和光軸附近區域的面形不同；該圓周附近區域系具有一凸面部。

圖5范例二的透鏡目側表面在有效半徑上具有第一及第二轉換點，則第一區為光軸附近區域，第三區為圓周附近區域。此透鏡目側面的r值為正，故判斷光軸附近區域為凸面部；第一轉換點與第二轉換點間的區域(第二區)具有一凹面部，圓周附近區域(第三區)具有一凸面部。

圖6范例三的透鏡目側表面在有效半徑上無轉換點，此時以有效半徑0％～50％為光軸附近區域，50％～100％為圓周附近區域。由于光軸附近區域的r值為正，故此目側面在光軸附近區域具有一凸面部；而圓周附近區域與光軸附近區域間無轉換點，故圓周附近區域具有一凸面部。

為了說明本發明的目鏡光學系統確實可在整體長度縮短的前提下，兼顧良好的光學性能，以下提供多個實施例以及其詳細的光學數據。首先請一并參考圖7至圖10，其中圖7繪示依據本發明之第一實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖8繪示依據本發明之第一實施例之目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖9繪示依據本發明之第一實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖10繪示依據本發明之第一實施例目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。本發明第一實施例的目鏡光學系統適用于讓一顯示畫面的一成像光線經由該目鏡光學系統進入一觀察者的眼睛p而成像。

如圖7所示，本實施例之目鏡光學系統1從目側a1至顯示側a2沿著一光軸依序包括一第一透鏡110、一第二透鏡120、一第三透鏡130及一第四透鏡140。一顯示畫面150設置于目鏡光學系統1的顯示側a2。第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130及第四透鏡140分別包含朝向目側a1的目側面111/121/131/141以及朝向顯示側a2的顯示側面112/122/132/142。。

在本實施例中，目鏡光學系統1的每個透鏡的細部結構可參照圖式。第一透鏡110、第二透鏡120、第三透鏡130及第四透鏡140可例如為塑料材質。

在第一實施例中，第一透鏡110具有正屈光率。目側面111包括一位于光軸附近區域的凹面部1111及一位于第一透鏡110之圓周附近區域的凹面部1112。顯示側面112包括一位于光軸附近區域的凸面部1121及一位于第一透鏡110之圓周附近區域的凸面部1122。目側面111與顯示側面112皆為非球面。

第二透鏡120具有正屈光率。目側面121包括一位于光軸附近區域的凸面部1211及一位于第二透鏡120之圓周附近區域的凸面部1212。顯示側面122包括一位于光軸附近區域的凸面部1221及一位于第二透鏡120之圓周附近區域的凸面部1222。目側面121與顯示側面122皆為非球面。

第三透鏡130具有負屈光率。目側面131包括一位于光軸附近區域的凹面部1311以及一位于第三透鏡130之圓周附近區域的凹面部1312。顯示側面132包括一位于光軸附近區域的凹面部1321及一位于第三透鏡130之圓周附近區域的凹面部1322。目側面131與顯示側面132皆為非球面。

第四透鏡140具有負屈光率。目側面141包括一位于光軸附近區域的凹面部1411及一位于第四透鏡140之圓周附近區域的凹面部1412。顯示側面142包括一位于光軸附近區域的凹面部1421及一位于第四透鏡140之圓周附近區域的凸面部1422。目側面141與顯示側面142皆為非球面。

在本實施例中，系設計第一至第四透鏡110、120、130、140之間皆存在空氣間隙，如：第一透鏡110與第二透鏡120之間存在空氣間隙d1、第二透鏡120與第三透鏡130之間存在空氣間隙d2、第三透鏡130與第四透鏡140之間存在空氣間隙d3、以及第四透鏡140與顯示畫面150之間存在空氣間隙d4，然而在其他實施例中，亦可不具有前述其中任一空氣間隙，如：將兩相對透鏡的表面輪廓設計為彼此相應，而可彼此貼合，以消除其間之空氣間隙。由此可知，空氣間隙d1即為g12、空氣間隙d2即為g23、空氣間隙d3即為g34、空氣間隙d4即為g4d，而空氣間隙d1、d2、d3的總和即為aag。關于本實施例之目鏡光學系統1中的各透鏡之各光學特性，請參考圖9。

第一透鏡110的目側面111及顯示側面112、第二透鏡120的目側面121及顯示側面122、第三透鏡130的目側面131及顯示側面132、第四透鏡140的目側面141及顯示側面142共計八個非球面皆是依下列非球面曲線公式定義：

z表示非球面之深度(非球面上距離光軸為y的點，其與相切于非球面光軸上頂點之切面，兩者間的垂直距離)；

r表示透鏡表面之曲率半徑；

y表示非球面曲面上的點與光軸的垂直距離；

k為錐面系數(conicconstant)；

a2i為第2i階非球面系數。

各個非球面之參數詳細數據請一并參考圖10。

圖8(a)繪示本實施例的三種代表波長(486nm,587nm,656nm)的縱向球差的示意圖，其中橫軸定義為焦距，縱軸定義為視場。圖8(b)繪示本實施例的三種代表波長(486nm,587nm,656nm)的弧矢方向的像散像差的示意圖，橫軸定義為焦距，縱軸定義為半眼視視角。圖8(c)繪示本實施例的三種代表波長(486nm,587nm,656nm)的子午方向的像散像差的示意圖，其中橫軸定義為焦距，而縱軸定義為半眼視視角。圖8(d)繪示本實施例的畸變像差，其中橫軸定義為百分比，而縱軸定義為半眼視視角。每一種波長所成的曲線皆很靠近，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。從圖8(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.9mm。因此，本實施例確實明顯改善不同波長的縱向球差，此外，參閱圖8(b)，三種代表波長在整個視場范圍內的焦距落在±0.9mm的范圍。參閱圖8(c)，三種代表波長在整個視場范圍內的焦距落在±0.9mm的范圍內。參閱圖8(d)的橫軸，畸變像差維持在±35％的范圍內。

關于t1,g12,t2,g23,t3,g34,t4,g4d,efl,ttl,tl,aag,alt,epd,er,dld,tl/er,t1/(g23+g34),(t1+t3)/t4,alt/aag,efl/g4d,ttl/er,(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4),(t3+t4)/g34,t2/t1,t2/(g23+g34),t1/g34,以及efl/aag之值，請參考圖51及圖52。

ω大約45度，fno大約21.494，而sl大約101.852mm。fno在本實施例中是基于光可逆性的原理計算的，其中目側作為一物體側，顯示側作為一像側，且觀察者的眼睛的瞳孔p作為一入射光的光瞳(pupil),當然其他實施例在計算fno也是用這個基礎而得。

另請一并參考圖11至圖14，其中圖11繪示依據本發明之第二實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖12繪示依據本發明之第二實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖13繪示依據本發明之第二實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖14繪示依據本發明之第二實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為2，例如第三透鏡目側面為231，第三透鏡顯示側面為232，其它組件標號在此不再贅述。

如圖11所示，本實施例之目鏡光學系統2從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡210、一第二透鏡220、一第三透鏡230及一第四透鏡240。

目側面211、221、231、241及顯示側面212、222、242之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯顯示側面232的表面凹凸配置與第一實施例不同。此外，第二實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，差異在于：第三透鏡230之顯示側面232包括一位于第三透鏡230之圓周附近區域的凸面部2322。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統2的各透鏡之光學特性，請參考圖13。

從圖12(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.6mm。參閱圖12(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.6mm的范圍。參閱圖12(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.8mm的范圍內。參閱圖12(d)的橫軸，目鏡光學系統2的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約21.890，而sl大約132.258mm。相較于第一實施例，本實施例之像差較小且制造良率較高。

另請一并參考圖15至圖18，其中圖15繪示依據本發明之第三實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖16繪示依據本發明之第三實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖17繪示依據本發明之第三實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖18繪示依據本發明之第三實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為3，例如第三透鏡目側面為331，第三透鏡顯示側面為332，其它組件標號在此不再贅述。

如圖15所示，本實施例之目鏡光學系統3從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡310、一第二透鏡320、一第三透鏡330及一第四透鏡340。

目側面311、321、331、341及顯示側面312、322、342之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似。唯顯示側面332之表面的凹凸配置不同。此外，第三實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，差異在于：第三透鏡30的顯示側面332包括一位于第三透鏡330的圓周附近區域的凸面部3322。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統3的各透鏡之光學特性，請參考圖17。

從圖16(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.5mm。參閱圖16(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.8mm的范圍。參閱圖16(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.6mm的范圍內。參閱圖16(d)的橫軸，目鏡光學系統3的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約17.054，而sl大約98.782mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值以及sl值較小。

另請一并參考圖19至圖22，其中圖19繪示依據本發明之第四實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖20繪示依據本發明之第四實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖21繪示依據本發明之第四實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖22繪示依據本發明之第四實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為4，例如第三透鏡目側面為431，第三透鏡顯示側面為432，其它組件標號在此不再贅述。

如圖18所示，本實施例之目鏡光學系統4從目側a1至顯示側a2依序包括一光圈400、一第一透鏡410、一第二透鏡420、一第三透鏡430以及一第四透鏡440。

目側面411、421、431及顯示側面412、422、432、442之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯目側面441之表面的凹凸配置不同。此外，第四實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第四透鏡440的目側面441包含一位于第四透鏡440之圓周附近區域的凸面部4412。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統4的各透鏡之光學特性，請參考圖21。

從圖20(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.6mm。參閱圖20(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.7mm的范圍。參閱圖20(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.6mm的范圍內。參閱圖20(d)的橫軸，目鏡光學系統4的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約16.698，而sl大約93.387mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值及sl值較小。

另請一并參考圖23至圖26，其中圖23繪示依據本發明之第五實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖24繪示依據本發明之第五實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖25繪示依據本發明之第五實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖26繪示依據本發明之第五實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為5，例如第三透鏡目側面為531，第三透鏡顯示側面為532，其它組件標號在此不再贅述。

如圖23所示，本實施例之目鏡光學系統5從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡510、一第二透鏡520、一第三透鏡530以及一第四透鏡540。

目側面511、521、531、541及顯示側面512、522、532、542之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯第五實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統5的各透鏡之光學特性，請參考圖25。

從圖24(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.9mm。參閱圖24(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.9mm的范圍。參閱圖24(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.9mm的范圍內。參閱圖24(d)的橫軸，目鏡光學系統5的畸變像差維持在±30％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約22.505，而sl大約104.980mm。相較于第一實施例，本實施例之制造良率較高。

另請一并參考圖27至圖30，其中圖27繪示依據本發明之第六實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖28繪示依據本發明之第六實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖29繪示依據本發明之第六實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖30繪示依據本發明之第六實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為6，例如第三透鏡目側面為631，第三透鏡顯示側面為632，其它組件標號在此不再贅述。

如圖27所示，本實施例之目鏡光學系統6從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡610、一第二透鏡620、一第三透鏡630及一第四透鏡640。

目側面611、621、631、641及顯示側面612、622、642之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯顯示側面632之表面的凹凸配置不同。此外，第六實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第三透鏡630的顯示側面632包含一位于第三透鏡630的圓周附近區域的凸面部6322。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統6的各透鏡之光學特性，請參考圖29。

從圖28(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.5mm。參閱圖28(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.8mm的范圍。參閱圖28(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.7mm的范圍內。參閱圖28(d)的橫軸，目鏡光學系統6的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約20.156，而sl大約120.340mm。相較于第一實施例，本實施例之像差以及fno值較小。

另請一并參考圖31至圖34，其中圖31繪示依據本發明之第七實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖32繪示依據本發明之第七實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖33繪示依據本發明之第七實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖34繪示依據本發明之第七實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為7，例如第三透鏡目側面為731，第三透鏡顯示側面為732，其它組件標號在此不再贅述。

如圖30所示，本實施例之目鏡光學系統7從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡710、一第二透鏡720、一第三透鏡730及一第四透鏡740。

目側面711、721、731、741及顯示側面712、722之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯顯示側面732、742之表面的凹凸配置不同。此外，第七實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第三透鏡730的顯示側面732包含一位于第三透鏡730之圓周附近區域的凸面部7322，第四透鏡740的顯示側面742包含一位于第四透鏡740的圓周附近區域的凹面部7422。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統7的各透鏡之光學特性，請參考圖33。

從圖32(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.6mm。參閱圖32(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.7mm的范圍。參閱圖32(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.7mm的范圍內。參閱圖32(d)的橫軸，目鏡光學系統7的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約19.419，而sl大約103.787mm。相較于第一實施例，本實施例之像差以及fno值較小。

另請一并參考圖35至圖38，其中圖35繪示依據本發明之第八實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖36繪示依據本發明之第八實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖37繪示依據本發明之第八實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖38繪示依據本發明之第八實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為8，例如第三透鏡目側面為831，第三透鏡顯示側面為832，其它組件標號在此不再贅述。

如圖35所示，本實施例之目鏡光學系統8從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡810、一第二透鏡820、一第三透鏡830及一第四透鏡840。

目側面811、821、831、841及顯示側面812、822、842之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯顯示側面832之表面的凹凸配置不同。再者，第八實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第三透鏡830的顯示側面832包含一位于第三透鏡830的圓周附近區域的凸面部8322。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統8的各透鏡之光學特性，請參考圖37。

從圖36(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.6mm。參閱圖36(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.9mm的范圍。參閱圖36(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.7mm的范圍內。參閱圖36(d)的橫軸，目鏡光學系統8的畸變像差維持在±35％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約17.921，而sl大約98.837mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值以及sl值較小。

另請一并參考圖39至圖42，其中圖39繪示依據本發明之第九實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖40繪示依據本發明之第九實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖41繪示依據本發明之第九實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖42繪示依據本發明之第九實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為9，例如第三透鏡目側面為931，第三透鏡顯示側面為932，其它組件標號在此不再贅述。

如圖39所示，本實施例之目鏡光學系統9從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡910、一第二透鏡920、一第三透鏡930及一第四透鏡940。

目側面911、921、931及顯示側面912、922、932、942之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯目側面941之表面的凹凸配置不同。此外，第九實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第四透鏡940的目側面941包含一位于第四透鏡940的圓周附近區域的凸面部9412。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統9的各透鏡之光學特性，請參考圖41。

從圖40(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.45mm。參閱圖40(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.6mm的范圍。參閱圖40(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.5mm的范圍內。參閱圖36(d)的橫軸，目鏡光學系統9的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約14.698，而sl大約94.413mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值以及sl值較小。

另請一并參考圖43至圖46，其中圖43繪示依據本發明之第十實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖44繪示依據本發明之第十實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖45繪示依據本發明之第十實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖46繪示依據本發明之第十實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為10'，例如第三透鏡目側面為10'31，第三透鏡顯示側面為10'32，其它組件標號在此不再贅述。

如圖43所示，本實施例之目鏡光學系統10'從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡10'10、一第二透鏡10'20、一第三透鏡10'30及一第四透鏡10'40。

目側面10'11、10'21、10'31及顯示側面10'12、10'22、10'32、10'42之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯目側面10'41之表面的凹凸配置不同。此外，第十實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。詳細地說，第四透鏡10'40的目側面10'41包含一位于第四透鏡10'40的圓周附近區域的凸面部10'412。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統10'的各透鏡之光學特性，請參考圖45。

從圖44(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.45mm。參閱圖44(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.5mm的范圍。參閱圖44(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.5mm的范圍內。參閱圖44(d)的橫軸，目鏡光學系統10'的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約14.729，而sl大約95.983mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值以及sl值較小。

另請一并參考圖47至圖50，其中圖47繪示依據本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之透鏡剖面結構示意圖，圖48繪示依據本發明之第十一實施例目鏡光學系統之縱向球差與各項像差圖示意圖，圖49繪示依據本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之詳細光學數據，圖50繪示依據本發明之第十一實施例之目鏡光學系統之各透鏡之非球面數據。在本實施例中使用與第一實施例類似的標號標示出相似的組件，唯在此使用的標號開頭改為11'，例如第三透鏡目側面為11'31，第三透鏡顯示側面為11'32，其它組件標號在此不再贅述。

如圖47所示，本實施例之目鏡光學系統11'從目側a1至顯示側a2依序包括一第一透鏡11'10、一第二透鏡11'20、一第三透鏡11'30及一第四透鏡11'40。

目側面11'11、11'21、11'31、11'41及顯示側面11'12、11'22、11'32、11'42之表面的凹凸配置大致上與第一實施例類似，唯第十一實施例的各透鏡表面的曲率半徑、透鏡厚度、非球面系數、及有效焦距的光學參數也與第一實施例不同。

在此為了更清楚繪示本實施例之圖面，透鏡表面凹凸配置的特征僅標示與第一實施例不同之處，而省略相同之處的標號。關于本實施例之目鏡光學系統11'的各透鏡之光學特性，請參考圖49。

從圖48(a)中每一曲線的縱向偏差，可看出不同高度的離軸光線的成像點之偏差控制在±0.25mm。參閱圖48(b)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.3mm的范圍。參閱圖48(c)，三種代表波長(486nm,587nm,656nm)在整個視場范圍內的焦距落在±0.5mm的范圍內。參閱圖48(d)的橫軸，目鏡光學系統11'的畸變像差維持在±40％的范圍內。

在本實施例中，ω大約45度，fno大約14.700，而sl大約91.151mm。相較于第一實施例，本實施例之像差、fno值以及sl值較小。

圖51及圖52列出以上十一個實施例的t1,g12,t2,g23,t3,g34,t4,g4d,efl,ttl,tl,aag,alt,epd,er,dld,tl/er,t1/(g23+g34),(t1+t3)/t4,alt/aag,efl/g4d,ttl/er,(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4),(t3+t4)/g34,t2/t1,t2/(g23+g34),t1/g34,以及efl/aag之值，可看出本發明之目鏡光學系統確實可滿足前述條件式(1)至(14)。

關于本發明的目鏡光學系統，透過面型設計第三透鏡之顯示側面在光軸附近區域具有凹面部以及第四透鏡之目側面在光軸附近區域具有凹面部，可有利于改善視場角度小和色差及畸變大的問題，其中若再選擇性搭配將第一透鏡之顯示側在光軸附近區域設計為具有凸面部，或者第二透鏡之屈光率為正值，或者第二透鏡之顯示側面在光軸附近區域設計為具有凸面部，更可使光線聚焦以提升整體的成像質量。

為了縮短目鏡光學系統之整體長度，將適當地縮短每一透鏡之厚度以及各透鏡間的空氣間隙，但考慮到透鏡組裝過程的難易度以及必須兼顧成像質量的前提下，透鏡厚度及透鏡間的空氣間隙彼此需互相調配，故在滿足以下條件式的數值限定之下，能達到較佳配置的目鏡光學系統：

0≦tl/er≦8；

t1/(g23+g34)≦2.5，較佳的范圍為0.4≦t1/(g23+g34)≦2.5；

(t1+t3)/t4≦4.5，較佳的范圍為1.5≦(t1+t3)/t4≦4.5；

alt/aag≦10，較佳的范圍為2.0≦alt/aag≦10；

2.4≦efl/g4d，較佳的范圍為2.4≦efl/g4d≦9.0；

0≦ttl/er≦10；

(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4)≦2.5，較佳的范圍為0.5≦(t1+g12+t2)/(t3+g34+t4)≦2.5；

(t3+t4)/g34≦3.0，較佳的范圍為0.8≦(t3+t4)/g34≦3.0；

0.9≦t2/t1，較佳的范圍為0.9≦t2/t1≦6.0；

t2/(g23+g34)≦4.0，較佳的范圍為0.5≦t2/(g23+g34)≦4.0；

t1/g34≦3.0，較佳的范圍為0.4≦t1/g34≦3.0；