本发明是有关于一种光学元件，且特别是有关于一种表面具有多个凹陷结构的透镜。
背景技术：
透镜在光学系统中为基本且不可或缺的光学元件，且其在光学成像镜头中更是扮演着极为关键且重要的角色。光学成像镜头的成像品质与其采用的透镜的品质直接相关，因此如何制造出品质良好的透镜便成为制造光学系统的其中一个重要的课题。
为了因应现今对光学成像镜头的性能需求不断地提升，便有需要在镜头中采用大厚薄比的透镜，可理解为透镜中与光轴平行的方向上的最大厚度与最小厚度的比值较大。然而，当采用射出成型的制程来制作大厚薄比的透镜，且当从透镜侧面的浇口注入流体至用以形成透镜的模穴中时，会容易因为模穴中各区域的流体流速不均而使流体的波前撞击而在透镜成品中产生结合线。这是因为模穴中对应透镜较厚处的流体流速大于模穴中对应透镜较薄处的流体流速，而使得流体的波前在抵达浇口对侧前互撞。当这种结合线延伸进透镜的有效屈光区之内时，便会对透镜的成像品质产生不良的影响。
技术实现要素：
本发明提供一种透镜，其具有良好的光学品质。
本发明的一实施例提出一种透镜，包括屈光部及边缘部。屈光部具有负屈光度，而边缘部环绕屈光部，且位于透镜的有效屈光区之外。边缘部具有多个凹陷，这些凹陷相对于包含透镜的光轴的对称面为镜像对称地设置。透镜在平行于光轴的方向上的最大厚度除以透镜在平行于光轴的方向上的最小厚度或是光轴处的厚度的比值得选择性地大于2.5。
在本发明的实施例的透镜中，屈光部具有负屈光度，透镜在平行于光轴的方向上的最大厚薄比的比值大于2.5，且透镜在环绕屈光部的边缘部具有多个凹陷。如此一来，当以射出成型制程制造透镜时，模具上与透镜的凹陷的形状互补的凸台便能够阻挡流体的流速，使得射入模穴的流体在模穴中对应于厚度较厚的边缘部的区域的流速不至于太过大于模穴中对应于厚度较薄的屈光部的区域的流速。据此，当流体从浇口射入模穴中时，流体的波前较能够均匀地抵达浇口的对侧，而较不会在抵达浇口对侧之前对撞，以减低镜片中的屈光部产生结合线的机会，借此透镜的光学品质得以被确保。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1a为本发明的一实施例的透镜的剖面示意图；
图1b为图1a的透镜的立体示意图；
图1c为图1a的透镜的上视示意图；
图2为用以制造图1a的透镜的模具的剖面示意图；
图3为一对照组的透镜在射出成型制程中不同时间点时材料的波前分布图；
图4示出图3的透镜形成时所产生的结合线；
图5为图1a的透镜在射出成型制程中不同时间点时材料的波前分布图。
附图标记说明：
100：透镜；
110、110’：屈光部；
112：第一表面；
114：第二表面；
200：边缘部；
210：凹陷；
211：倒角；
212：离心面；
213：平面；
214：近心面；
215：底部；
216：底面；
300：模具；
310：第一模；
320：第二模；
322：凸台；
330：模穴；
340：浇口；
a：光轴；
c：结合线；
f1、f2、f3、f4：波前；
f1’、f2’、f3’、f4’：波前；
h3：最小距离；
l：连线；
p：对称面；
r：距离；
t1：最大厚度；
t2：厚度；
t3：最小厚度；
w1、w2：宽度；
z：扇形区域；
θ1：第一倾斜角；
θ2：第二倾斜角；
φ：展开角度。
具体实施方式
图1a为本发明的一实施例的透镜的剖面示意图，图1b为图1a的透镜的立体示意图，而图1c为图1a的透镜的上视示意图，其中图1a的剖面为沿着图1b与图1c的i-i线的剖面。请参照图1a至图1c，本实施例的透镜100包括屈光部110及边缘部200。屈光部110具有负屈光度，致使光线穿透屈光部110后得较往发散方向偏折。而边缘部200环绕屈光部110，且位于透镜100的有效屈光区之外。有效屈光区是指当光线通过此区域时，能被透镜100的弯曲表面(例如屈光部110的第一表面112与第二表面114)有效地聚光或散光，例如是以透镜100的光轴a为对称中心地聚光或散光。此有效屈光区例如是图1a所示出的第一表面112、第二表面114及两条虚线所围起来的范围。此外，当将透镜100应用在成像镜头中时，第一表面112的通光孔径(clearaperture,ca)可以恰好是第一表面112与两虚线交会处所定义的范围，或是小于第一表面112与两虚线交会处所定义的范围；而第二表面114的通光孔径可以恰好是第二表面114与两虚线交会处所定义的范围，或是小于第二表面114与两虚线交会处所定义的范围。也就是说，只要通光孔径是在有效屈光区的范围内时，便可使成像镜头正常地发挥成像效果。此外，屈光部110即是透镜100的位于有效屈光区内的部分。
本例中，边缘部200包括了六枚形状大致相同且围绕光轴等距、同心设计的多个凹陷210，而多个凹陷210分别大致呈截头四角锥型。另外，如图1a与图1c所示出，这些凹陷210的分布方式是沿透镜100的光轴a的对称面p为镜像对称。前述所称对称，是尤指凹陷210于透镜表面的分布方式，而透镜的整体虽然可以为镜像对称，但其并非以镜像对称为限。由于为对称的关系，凹陷210的数量可为偶数。另外，如图所示，对称面p得同时灌穿入料口宽度方向的中线以及透镜的光轴；再者，对称面p也得沿透镜100的宽度方向将其分割成二等份，前述宽度方向与初始入料方向大致垂直。
在本实施例中，每一凹陷210为多面体凹陷，例如为截头角锥(frustumofpyramid)，更明确的说，截头角锥凹陷例如为截头四角锥凹陷。然而，在其他实施例中，每一凹陷210也可以是三角锥凹陷、多角锥凹陷、立方体凹陷、长方体凹陷或其他多面体凹陷。另外，凹陷210除为多面体凹陷外，其也得为半圆球型凹陷或是半椭圆体，但考量制程中材料的流动因素，其设计较为困难，而就其原理部分容后述叙之。
在本实施例中，如图1b所示出，此多面体凹陷的至少二相邻平面213之间具有倒角(chamfer)211。另外，在本实施例中，截头角锥凹陷的底部215大致上呈矩形。
再者，在本实施例中，透镜100的最大厚薄比大于2.5。而在本例中，最大厚薄比是指透镜100在平行于光轴a的方向上的最大厚度t1除以透镜100沿相同方向的最小厚度所得到的比值。另外，最大厚薄比也得指透镜100在平行于光轴a的方向上的最大厚度t1除以光轴a上的厚度t2所得到的比值。
在本实施例中，透镜100的材质为塑胶且以射出成型制程制作，但其材质及制程不以此为限。
图2为用以制造图1a的透镜的模具的一例的剖面示意图。请参照图1a至图1c与图2，当模具300合模时，模具300的第一模310与第二模320之间所产生的模穴330的形状便是透镜100的形状。在本实施例中，当在模具300中注入塑料，并使其固化后，这些塑料便会形成透镜100。第二模320上具有多个凸台322，凸台322的形状与透镜100的凹陷210的形状互补，如此在射出成型后，凸台322的位置处便会对应地形成凹陷210。
图3为一对照组的透镜在射出成型制程中不同时间点时材料的波前分布图。由图可见，其未具有如图1a的凹陷210(即其模具不具有如图2的凸台322)。在射出成型制程中射出材料后的0.781、0.794、0.802及0.810秒时，其材料的波前分布如波前f1、波前f2、波前f3及波前f4所示出。而图4示出了图3的透镜形成时所产生的结合线的示意图。图5为图1a的透镜100在射出成型制程中不同时间点时材料的波前分布图。在射出成型制程中射出材料后的0.02414、0.03152、0.03803及0.04116秒时材料的波前分布如波前f1’至f4’所示出的。而上开波前一词的其中一种解读方法为材料前进时其前沿的轮廓。
请先参照图3，当不具有如图1a的凹陷210的透镜在射出成型时，由于其边缘部的厚度大于屈光部的厚度，因此模穴中对应于边缘部的厚度大于模穴中对应于屈光部的厚度。如此一来，会使得射入模穴的材料在边缘处的流速比在中央处的流速高。其中，在波前f3与波前f4中可明显看出波前f3已分成左右两道子波前，且这两道子波前会互相撞击，而由波前f4也可看到两道互相撞击的子波前。如此互相撞击的两道子波前会使得透镜在制造完成后形成如图4所示出的结合线c。此结合线c已延伸入透镜的屈光部110’中，因此会对透镜的光学品质造成影响。
相较之下，如图5所示出，由于本实施例的透镜100(即图1a至图1c的透镜100)在边缘部200具有凹陷210，也就是模具300上具有凸台322，凸台322具有挡块效果，因此可以减缓在模穴330边缘的材料流动速度，而使得材料在模穴330中央的流速与在模穴330边缘的流速较为一致。由波前f1’至f4’可看出，由于材料在模穴330边缘与模穴330中央的流速较为一致，其两道子波前相撞的情形已改善，因此本实施例的透镜100在制造时，其产生结合线c的机会较低，借此以减少屈光部110处结合线c的产生机会，所以透镜100具有良好的光学品质。
承前所述，凸台322的功能在于用以减缓材料在模穴330边缘的流动速度，而凸台322的形状、数量及分布会影响减缓的效果。举例来说，由于多边型立体凸台322的各边之间具有转折的关系，其提供的减缓效果会佳于无转折的半圆球状或是椭圆球状凸台。
另外，通常射出成形的模具是具有可动侧以及固定侧，而用于协助脱模的顶针/顶出销(ejectorpin)或是模仁大多会设置于可动侧处。请再参照图1a至图1c与图2，在本实施例中，第一模310是位于可动侧，而第二模320是位于固定侧，也就是说，在脱模时，第一模310可通过其模仁(未示出于图)将透镜100顶出。但在模具打开时，镜片偶会固设于第二模320表面未能脱离，而通过在凸台322具有拔模斜度的设计，则可使其开模时的离型更为顺畅。
更明确的说，在本实施例中，每一凹陷210具有背向且较接近光轴a的近心面214、面向且较远离光轴a的离心面212及连接近心面214与离心面212的底面216，其中近心面214位于光轴a与离心面212之间，且近心面214与离心面212皆相对于底面216倾斜，而如此的设计有利于开模时的离型过程。
再者，为进一步提升透镜的离型能力，近心面214与离心面212相对于底面216的角度得选择性地非为相同。在本实施例中，如图1a所示出，离心面212相对于底面216在透镜100的材质中的第一倾斜角θ1大于近心面214相对于底面216在透镜100的材质中的第二倾斜角θ2。在设计时，在本实施例中，第一倾斜角θ1除以第二倾斜角θ2所得到的比值在1.01至2时已有基本正面效益，在1.05至1.3的范围时，其效益较佳。而在1.2～1.3时，其效益最佳。举例而言，在本例中，第一倾斜角θ1例如为65度，第二倾斜角θ2例如52度，故其比值约为1.25。而本例中，底面216的法向量方向与光轴a为大致水平。
另外，需要强调的是，前述提及的凹陷210倾角的比值不以大于1为限，其也得小于1并按上开的比例反向设置也可。此外，在其他实施例中，也可以是第一模310是位于固定侧，而第二模320是位于可动侧。
在本实施例中，如图1c所示出这些凹陷210至光轴a的距离r彼此实质上相同。例如是这些凹陷210的中心至光轴a的距离r彼此实质上相同。此外，在本实施例中，这些凹陷210与光轴a在垂直于光轴a的方向上的连线l及对称面p将透镜100等分成多个实质上等角度的扇形区域z，也就是这些扇形区域z的展开角度φ彼此实质上相等。
在本实施例中，边缘部200在每一凹陷210处之平行于光轴a的方向上的最小厚度t3小于屈光部110在光轴a上的厚度t2。换言之，就是凸台322的顶部至第一模310的最小距离h3(如图2所示出)略小于屈光部110在光轴a上的厚度t2，借此材料流动时的阻力得以被调整。而前述两者的大小差异部分，例如是介于光屈光部110于光轴a上厚度t2的百分之三十以内。而当其差异在百分之十时，其效果较佳；而当差异在百分之五时，效果最佳。
在本实施例中，每一凹陷210在垂直于光轴a的径向上的宽度w1除以边缘部200在此径向上的宽度w2所得到的比值是落在0.7至0.99的范围内。在一实施例中，此比值可落在0.85至0.9的范围内。如此一来，宽度w1的上述设计有助于模具300加工时不干涉刀具加工。
另外，在一射出成型模拟中，关于射出成型保压完成后的体积收缩分布，相较于图3的不具有如图1a的凹陷210的透镜，本实施例的透镜100在浇口侧与在浇口对侧的体积收缩差异较小。此外，相较于图3的不具有如图1a的凹陷210的透镜，本实施例的透镜100的各部分的体缩率差异较小。因此，本实施例的透镜100的表面形状的误差量及均匀性较佳。
综上所述，在本发明的实施例的透镜中，屈光部具有负屈光度，透镜在平行于光轴的方向上的最大厚薄比的比值大于2.5，且透镜在环绕屈光部的边缘部具有多个凹陷。如此一来，当以射出成型制程制造透镜时，模具上与透镜的凹陷的形状互补的凸台便能够阻挡流体的流速，使得射入模穴的流体在模穴中对应于厚度较厚的边缘部的区域的流速不至于太过大于模穴中对应于厚度较薄的屈光部的区域的流速。这样的话，当流体从浇口射入模穴中时，流体的波前较能够均匀地抵达浇口的对侧，而较不会在抵达浇口对侧之前对撞，借此，减少透镜的屈光部出现结合线的机会。由于本发明的实施例的透镜的屈光部中可以不具有结合线，因而此透镜具有良好的光学品质。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可针对透镜的设计，例如是凸台的形状及布局等，进行修改或变更，本发明的保护范围仍以权利要求书为准。