专利名称：光学镜头与透镜组的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种镜头(lens)，且特别是有关于一种光学镜头(optical lens)与透镜组(lens system)。
背景技术：
现今的信息社会中，各种光学系统例如望远镜(telescope)、照相机(camera)、显微镜(microscope)与光学投影系统(optical projectionsystem)等均在日常生活中占有一席之地。此外，在上述的光学系统中，镜头(lens)往往决定影像的品质，因此对于公知的镜头结构做进一步说明。
请参照图1，其为公知镜头的剖面结构示意图。公知镜头100包括一套筒(barrel)110、一第一透镜(lens)120、一隔板(baffe)130、一第二透镜140、固定板150、滤光片(filter)160与电荷耦合元件传感器(Charge Coupled Device sensor，CCD sensor)170。其中，套筒110具有一光入射开口(opening)110a与一容置空间(receivingspace)110b，而第一透镜120、隔板130、第二透镜140与固定板150均依序配置于容置空间110b内，且隔板130配置于第一透镜120与第二透镜140之间。此外，光入射开口110a暴露出部分第一透镜120，而固定板150具有一光出射开口150a，暴露出部分第二透镜140。另外，电荷耦合元件传感器170配置于固定板150之后的光路径上，而滤光片160配置于固定板150与电荷耦合元件传感器170的光路径上。
承上所述，公知镜头100的关键在于第一透镜120与第二透镜140的对位精准度。在理想的状况下，第一透镜120的光轴与第二透镜140的光轴应为一致，但是实际上第一透镜120的光轴与第二透镜140的光轴并不一致，而且此对位误差的程度将决定公知镜头100的光学性质。请参照图中放大区域部分，在公知镜头100中，第一透镜120与第二透镜140通过承靠于套筒110的内侧壁，以进行第一透镜120与第二透镜140的对位，因此套筒110的内侧壁的加工精度将影响第一透镜120与第二透镜140的对位精度。虽然现阶段的套筒110通常采用计算机数值控制车床(computer numerical control lathe，CNClathe)或计算机数值控制镗床(computer numerical control boringmachine，CNC boring machine)进行加工，但是套筒110的内侧壁的加工精度最高只不过约为10微米(micron)左右。因此，第一透镜120与第二透镜140的对位误差将大于5微米以上，而采用套筒110定位方式的公知镜头100的应用领域便有所限制，特别是无法应用于高精密的光学仪器上。再者，通过光学仿真分析(optical simulationanalysis)对于公知镜头100的光学性质，做进一步说明。
请参照图2，其为公知镜头的光学仿真分析图。光线180依序经由套筒110的光入射开口110a、第一透镜120、隔板130的开口130a、第二透镜140、固定板150的光出射开口150a与滤光片160，入射至电荷耦合元件传感器170，其中部分光线180成为影像光源180a，而部分光线180则成为无用的杂光(useless light)180b，且杂光180b将影响影像的品质。值得注意的是，上述的杂光180b主要来自于部分光线180被滤光片160反射，并经由第一透镜120与第二透镜140的交界处再反射所形成，或者部分光线180被电荷耦合元件传感器170反射，并经由固定板150再反射所形成。虽然配置于第一透镜120与第二透镜140之间的隔板130为黑色的低反射率材料(lowreflectivity material)所构成，其主要功用为吸收杂光180b，但是隔板130所能改善的效果有限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种光学镜头(optical lens)，其透镜间具有较佳的对位精度(alignment precision)，并改善杂光的影响。
本发明的再一目的是提供一种透镜组(lens system)，以改善透镜间的对位误差。
基于上述目的或其它目的，本发明提出一种光学镜头，其例如包括一套筒、一第一透镜与一第二透镜。其中，套筒例如具有一光入射开口与一容置空间，其中容置空间与光入射开口连接。此外，第一透镜配置于容置空间内，而第一透镜例如具有一第一外环部(outer loop)与至少一凸部(protruding)，其中凸部配置于第一外环部上，且光入射开口暴露出部分第一透镜。另外，第二透镜配置于容置空间内，并嵌接至第一透镜，而第二透镜例如具有一第二外环部与至少一凹部(recess)，其中凹部配置于第二外环部上，而第一外环部承靠至第二外环部，且凸部与凹部嵌接。
依照本发明的较佳实施例所述的光学镜头，凸部例如包括一半球凸部(hemispheric protruding)，且凹部例如包括一半球凹部(hemispheric recess)，而半球凸部与半球凹部嵌接。
依照本发明的较佳实施例所述的光学镜头，凸部例如包括一环状凸部(annular protruding)，且凹部例如包括一环状凹部(annularrecess)，而环状凸部与环状凹部嵌接。
依照本发明的较佳实施例，光学镜头例如更包括一隔板，其配置于第一透镜与第二透镜之间。
依照本发明的较佳实施例，光学镜头例如更包括一固定板，其配置容置空间内，并承靠于第二透镜，而固定板具有一光出射开口，暴露出部分第二透镜。
依照本发明的较佳实施例，光学镜头例如更包括一影像撷取元件，其配置于固定板之后的光路径上。
依照本发明的较佳实施例，光学镜头例如更包括一滤光片，其配置于固定板与影像撷取元件之间的光路径上。
基于上述目的或其它目的，本发明提出一种透镜组，其例如包括一第一透镜与一第二透镜。其中，第一透镜例如具有一第一外环部与至少一凸部，而凸部配置于第一外环部上。此外，第二透镜嵌接至第一透镜，而第二透镜具有一第二外环部与至少一凹部，其中凹部配置于第二外环部上，而第一外环部承靠至第二外环部，且凸部与凹部嵌接。
依照本发明的较佳实施例所述的透镜组，凸部例如包括一半球凸部，且凹部例如包括一半球凹部，而半球凸部与半球凹部嵌接。
依照本发明的较佳实施例所述的透镜组，凸部例如包括一环状凸部，且凹部例如包括一环状凹部，而环状凸部与环状凹部嵌接。
基于上述，本发明的透镜组采用凸部与凹部嵌接的方式，进行第一透镜与第二透镜的组装，因此本发明的透镜组具有较佳的组装精度。此外，本发明的光学镜头采用凸部与凹部嵌接的方式进行透镜的组装，以降低透镜间的对位误差，故本发明的光学镜头具有较佳的光学性质。
图1为公知镜头的剖面结构示意图。
图2为公知镜头的光学仿真分析图。
图3A为依照本发明第一较佳实施例的透镜组的剖面结构示意图。
图3B为依照本发明第一较佳实施例的第一透镜的前视示意图。
图3C为依照本发明第一较佳实施例的另一凸部分布示意图。
图4A为依照本发明第二较佳实施例的第一透镜的前视示意图。
图4B为依照本发明第二较佳实施例的另一凸部分布示意图。
图5A为依照本发明较佳实施例的光学镜头的分解示意图。
图5B为依照本发明较佳实施例的光学镜头的组合示意图。
图6为依照本发明较佳实施例的光学镜头的光学仿真分析图。
100公知镜头110、310套筒110a、310a光入射开口110b、310b容置空间120、210第一透镜130、320隔板140、220第二透镜150、330固定板150a、330a光出射开口160、340滤光片170电荷耦合元件传感器180、360光线180a、360a影像光源180b、360b杂光200透镜组210a第一外环部212凸部220a第二外环部222凹部
300光学镜头312螺纹350影像撷取元件具体实施方式
第一实施例请参照图3A，其绘示依照本发明第一较佳实施例的透镜组的剖面结构示意图。透镜组200例如包括一第一透镜210与一第二透镜220。其中，第一透镜210例如具有一第一外环部210a与至少一凸部212，而凸部212配置于第一外环部210a上。此外，第二透镜220嵌接至第一透镜210，而第二透镜220具有一第二外环部220a与至少一凹部222，其中凹部222配置于第二外环部220a上，而第一外环部210a承靠至第二外环部220a，且凸部212与凹部222嵌接(如放大区域所示)。
图3B绘示依照本发明第一较佳实施例的第一透镜的前视示意图。请同时参照图3A与图3B，第一透镜210与第二透镜220的材质例如为透明玻璃、透明塑料或其它透明材质。此外，第一透镜210的凸部212例如为一半球凸部，而凸部212配置于第一外环部210a上，且凸部212的分布方式例如图3B所示。第二透镜220的凹部222例如为一半球凹部，且每一半球凸部与一半球凹部嵌接。另外，第一透镜210与第二透镜220例如采用钻石加工机(diamond grindingmachine)加工研磨而成，故第一透镜210的凸部212与第二透镜220的凹部222的形状精度(shape accuracy)能够控制在0.2微米以下。
请继续参照图3B，由于第一透镜210与第二透镜220的形状精度均能控制在0.2微米以下，所以组装后的第一透镜210与第二透镜220具有极小的对位误差，所以本发明的透镜组200能够有效地改善光轴偏心位移(eccentric shifting)的问题。再者，相较于公知技术的套筒的组装方式，本发明的透镜组200具有较小的光学误差(opticalerror)例如偏心误差(eccentric error)、倾斜误差(heeling error)，以及光轴与透镜垂直度(perpendicularity)等，所以透镜组200能够应用至各种精密光学仪器例如激光仪器(laser apparatus)、显微镜、望远镜与夜视镜(snooperscope)等。
请参照图3C，其为依照本发明第一较佳实施例的另一凸部分布示意图。值得一提的是，透镜组200的凸部212的分布位置并不限定于如图3B所示，而透镜组200的凸部212的分布位置更可采用三点配置的方式，以提高第一透镜210与第二透镜220的组装精度。此外，本发明的透镜组200的凸部212的分布位置与数量并不限定于图3B与图3C所示，而凸部212更可以其它方式与数量进行配置，以提高第一透镜210与第二透镜220的组装精度或组装便利性。
第二实施例图4A为依照本发明第二较佳实施例的第一透镜的前视示意图。请同时参照图3A与图4A，第二实施例与第一实施例相似，其不同之处在于第一实施例的凸部212与凹部222分别为半球凸部与半球凹部(如图3A、图3B与图3C所示)，而第二实施例的凸部212为一环状凸部，且凹部222为一环状凹部。
图4B为依照本发明第二较佳实施例的另一凸部分布示意图。请同时参照图4A与图4B，图4A所示的凸部212为单一环状凸部，而图4B所示的凸部212为多个环状凸部，其中环状凸部的分布密度、宽度与数量并不限定于图4B所绘示。
承上所述，本发明的透镜组200并不限定于使用半球凸部与半球凹部，及环状凸部与环状凹部作为嵌接的方式，而使用其它嵌接方式嵌接第一透镜210与第二透镜220者亦为本发明的透镜组200的内容。此外，本发明的透镜组200亦不限定用于第一透镜210与第二透镜220的组装，亦可用于多个透镜的组装，在此不再赘述。因此，本发明的透镜组200能够应用至各种光学仪器设备中，以提高光学仪器设备的光学性质。再者，以下仅以本发明的透镜组200应用于光学镜头进行说明，但非限定本发明的透镜组200的应用领域。
图5A为依照本发明较佳实施例的光学镜头的分解示意图。图5B为依照本发明较佳实施例的光学镜头的组合示意图。请同时参照图5A与图5B，光学镜头300例如包括一套筒310、一第一透镜210、一第二透镜220、一隔板320、固定板330、滤光片340与影像撷取元件350。其中，套筒310例如具有一光入射开口310a与一容置空间310b，其中容置空间310b与光入射开口310a连接。此外，第一透镜210配置于容置空间310b内，而光入射开口310a暴露出部分第一透镜210(如图5B所示)。另外，第二透镜220配置于容置空间310b内，并嵌接至第一透镜210，而第二透镜220的凹部222与第一透镜210的凸部212嵌接(如图5B的放大区域所示)。值得一提的是，图5A与图5B的凸部212与凹部222的外型、配置方式与数量如图4A所示，但凸部212与凹部222的外型、配置方式与数量亦可如图3B、图3C与图4B所示，或者以其它外型、配置方式或数量，在此不再赘述。
请参照图5B，隔板320配置于第一透镜210与第二透镜220之间。此外，固定板330配置容置空间310b内，并承靠于第二透镜220，而固定板330具有一光出射开口330a，暴露出部分第二透镜220。另外，影像撷取元件350配置于固定板330之后的光路径上。再者，滤光片340配置于固定板330与影像撷取元件350之间的光路径上。值得一提的是，隔板320、固定板330、滤光片340与影像撷取元件350均为选择性构件。
承上所述，隔板320例如为低反射率材料所制成，而低反射率材料例如黑色的聚合物(polymer)，以降低反射杂光的影响。此外，滤光片340例如为红外线滤光片(IR filter)或其它滤光片。另外，影像撷取元件350例如为电荷耦合元件传感器(CCD sensor)、互补金氧半导体影像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductorimage sensor，CMOS image sensor)或其它影像撷取元件。为了增加光学镜头300的组装便利性，套筒310例如更包括一螺纹(screw thread)312，其配置于套筒310的外表面上，然而套筒310的螺纹312依旧为选择性构件。再者，对于本发明的光学镜头300进行光学仿真分析，以说明本发明的光学镜头300的光学性质。
请参照图6，其为依照本发明较佳实施例的光学镜头的光学仿真分析图。光线360依序经由套筒310的光入射开口310a、第一透镜210、隔板320、第二透镜220、固定板330之光出射开口330a与滤光片340，入射至影像撷取元件350，其中部分光线360成为影像光源360a，而部分光线360b则成为无用的杂光360b。值得注意的是，当部分光线360从滤光片340表面出射，入射至第一透镜210与第二透镜220的交界处时，凸部212与凹部222所构成的曲面结构将可以散射部分反射的光线360，以降低杂光360b。请同时参照图2与图6，相较于公知镜头100，本发明的光学镜头300通过凸部212与凹部222的结构散射部分反射的光线360，以有效降低杂光360b量，进而提高影像的品质。值得一提的是，本实施例并不限定凸部212需配置第一透镜210上，且凹部222需配置于第二透镜220上的组合，亦可为凹部配置于第一透镜上(未绘示)，且凸部配置于第二透镜上(未绘示)，以达到提高第一透镜210与第二透镜220的对位精度。
承上所述，凸部212与凹部222不仅提高第一透镜210与第二透镜220的对位精度外，更可改善光学镜头300的杂光360b影响，以提高影像品质。此外，凸部212与凹部222的配置方式与曲率更可通过光学仿真分析得到一较佳的配置方式、数量与曲率，其结果更能提高第一透镜210与第二透镜220的对位精度与光学镜头300的影像品质。
综上所述，本发明的光学镜头与透镜组具有下列优点一、相较于公知使用套筒的组装方式，而套筒的内侧壁加工精度约为10微米左右，本发明的光学镜头与透镜组采用凸部与凹部嵌接的组装方式，且凸部与凹部的加工精度约为0.2微米，故本发明的光学镜头与透镜组具有较佳的对位精度，且误差在0.2微米左右。此外，随着第一透镜与第二透镜的加工精度增加，第一透镜与第二透镜的对位精度也随之增加。
二、本发明的透镜组采用嵌接的组装方式不仅适用于第一透镜与第二透镜的组装，更适用于多个透镜的组装，以提高多个透镜之间的对位精度。
三、相较于公知技术，本发明的光学镜头采用凸部与凹部嵌接的组装方式不仅具有较佳光学性质，更提高组装效率。
权利要求
1.一种光学镜头，其特征是，包括一套筒，具有一光入射开口与一容置空间，其中该容置空间与该光入射开口连接；一第一透镜，配置于该容置空间内，而该第一透镜具有一第一外环部与至少一凸部，其中该凸部配置于该第一外环部上，且该光入射开口暴露出部分该第一透镜；以及一第二透镜，配置于该容置空间内，并嵌接至该第一透镜，而该第二透镜具有一第二外环部与至少一凹部，其中该凹部配置于该第二外环部上，而该第一外环部承靠至该第二外环部，且该凸部与该凹部嵌接。
2.如权利要求1所述的光学镜头，其特征是，该凸部包括一半球凸部，且该凹部包括一半球凹部，而该半球凸部与该半球凹部嵌接。
3.如权利要求1所述的光学镜头，其特征是，该凸部包括一环状凸部，且该凹部包括一环状凹部，而该环状凸部与该环状凹部嵌接。
4.如权利要求1所述的光学镜头，其特征是，更包括一隔板，配置于该第一透镜与该第二透镜之间。
5.如权利要求1所述的光学镜头，其特征是，更包括一固定板，配置该容置空间内，并承靠该第二透镜，而该固定板具有一光出射开口，暴露出部分该第二透镜。
6.如权利要求5所述的光学镜头，其特征是，更包括一影像撷取元件，配置于该固定板之后的光路径上。
7.如权利要求6所述的光学镜头，其特征是，更包括一滤光片，配置于该固定板与该影像撷取元件之间的光路径上。
8.一种透镜组，其特征是，包括一第一透镜，具有一第一外环部与至少一凸部，其中该凸部配置于该第一外环部上；以及一第二透镜，嵌接至该第一透镜，而该第二透镜具有一第二外环部与至少一凹部，其中该凹部配置于该第二外环部上，而该第一外环部承靠至该第二外环部，且该凸部与该凹部嵌接。
9.如权利要求8所述的透镜组，其特征是，该凸部包括一半球凸部，且该凹部包括一半球凹部，而该半球凸部与该半球凹部嵌接。
10.如权利要求8所述的透镜组，其特征是，该凸部包括一环状凸部，且该凹部包括一环状凹部，而该环状凸部与该环状凹部嵌接。
全文摘要
一种透镜组，其例如包括一第一透镜与一第二透镜。其中，第一透镜例如具有一第一外环部与至少一凸部，而凸部配置于第一透镜的第一外环部上。此外，第二透镜嵌接至第一透镜，而第二透镜具有一第二外环部与至少一凹部，其中凹部配置于第二透镜的第二外环部上，而第一外环部承靠至第二外环部，且凸部与凹部嵌接。基于上述，第一透镜与第二透镜之间具有较佳的对位精度。
文档编号G02B7/02GK1696752SQ20041003817
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月11日 优先权日2004年5月11日
发明者黄新杰 申请人:嘉扬光学科技股份有限公司