專利名稱：光學(xué)鏡頭與透鏡組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種鏡頭(lens)，且特別是有關(guān)于一種光學(xué)鏡頭(optical lens)與透鏡組(lens system)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的信息社會中，各種光學(xué)系統(tǒng)例如望遠(yuǎn)鏡(telescope)、照相機(jī)(camera)、顯微鏡(microscope)與光學(xué)投影系統(tǒng)(optical projectionsystem)等均在日常生活中占有一席之地。此外，在上述的光學(xué)系統(tǒng)中，鏡頭(lens)往往決定影像的品質(zhì)，因此對于公知的鏡頭結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明。
請參照圖1，其為公知鏡頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。公知鏡頭100包括一套筒(barrel)110、一第一透鏡(lens)120、一隔板(baffe)130、一第二透鏡140、固定板150、濾光片(filter)160與電荷耦合元件傳感器(Charge Coupled Device sensor，CCD sensor)170。其中，套筒110具有一光入射開口(opening)110a與一容置空間(receivingspace)110b，而第一透鏡120、隔板130、第二透鏡140與固定板150均依序配置于容置空間110b內(nèi)，且隔板130配置于第一透鏡120與第二透鏡140之間。此外，光入射開口110a暴露出部分第一透鏡120，而固定板150具有一光出射開口150a，暴露出部分第二透鏡140。另外，電荷耦合元件傳感器170配置于固定板150之后的光路徑上，而濾光片160配置于固定板150與電荷耦合元件傳感器170的光路徑上。
承上所述，公知鏡頭100的關(guān)鍵在于第一透鏡120與第二透鏡140的對位精準(zhǔn)度。在理想的狀況下，第一透鏡120的光軸與第二透鏡140的光軸應(yīng)為一致，但是實際上第一透鏡120的光軸與第二透鏡140的光軸并不一致，而且此對位誤差的程度將決定公知鏡頭100的光學(xué)性質(zhì)。請參照圖中放大區(qū)域部分，在公知鏡頭100中，第一透鏡120與第二透鏡140通過承靠于套筒110的內(nèi)側(cè)壁，以進(jìn)行第一透鏡120與第二透鏡140的對位，因此套筒110的內(nèi)側(cè)壁的加工精度將影響第一透鏡120與第二透鏡140的對位精度。雖然現(xiàn)階段的套筒110通常采用計算機(jī)數(shù)值控制車床(computer numerical control lathe，CNClathe)或計算機(jī)數(shù)值控制鏜床(computer numerical control boringmachine，CNC boring machine)進(jìn)行加工，但是套筒110的內(nèi)側(cè)壁的加工精度最高只不過約為10微米(micron)左右。因此，第一透鏡120與第二透鏡140的對位誤差將大于5微米以上，而采用套筒110定位方式的公知鏡頭100的應(yīng)用領(lǐng)域便有所限制，特別是無法應(yīng)用于高精密的光學(xué)儀器上。再者，通過光學(xué)仿真分析(optical simulationanalysis)對于公知鏡頭100的光學(xué)性質(zhì)，做進(jìn)一步說明。
請參照圖2，其為公知鏡頭的光學(xué)仿真分析圖。光線180依序經(jīng)由套筒110的光入射開口110a、第一透鏡120、隔板130的開口130a、第二透鏡140、固定板150的光出射開口150a與濾光片160，入射至電荷耦合元件傳感器170，其中部分光線180成為影像光源180a，而部分光線180則成為無用的雜光(useless light)180b，且雜光180b將影響影像的品質(zhì)。值得注意的是，上述的雜光180b主要來自于部分光線180被濾光片160反射，并經(jīng)由第一透鏡120與第二透鏡140的交界處再反射所形成，或者部分光線180被電荷耦合元件傳感器170反射，并經(jīng)由固定板150再反射所形成。雖然配置于第一透鏡120與第二透鏡140之間的隔板130為黑色的低反射率材料(lowreflectivity material)所構(gòu)成，其主要功用為吸收雜光180b，但是隔板130所能改善的效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種光學(xué)鏡頭(optical lens)，其透鏡間具有較佳的對位精度(alignment precision)，并改善雜光的影響。
本發(fā)明的再一目的是提供一種透鏡組(lens system)，以改善透鏡間的對位誤差。
基于上述目的或其它目的，本發(fā)明提出一種光學(xué)鏡頭，其例如包括一套筒、一第一透鏡與一第二透鏡。其中，套筒例如具有一光入射開口與一容置空間，其中容置空間與光入射開口連接。此外，第一透鏡配置于容置空間內(nèi)，而第一透鏡例如具有一第一外環(huán)部(outer loop)與至少一凸部(protruding)，其中凸部配置于第一外環(huán)部上，且光入射開口暴露出部分第一透鏡。另外，第二透鏡配置于容置空間內(nèi)，并嵌接至第一透鏡，而第二透鏡例如具有一第二外環(huán)部與至少一凹部(recess)，其中凹部配置于第二外環(huán)部上，而第一外環(huán)部承靠至第二外環(huán)部，且凸部與凹部嵌接。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的光學(xué)鏡頭，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)，而半球凸部與半球凹部嵌接。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的光學(xué)鏡頭，凸部例如包括一環(huán)狀凸部(annular protruding)，且凹部例如包括一環(huán)狀凹部(annularrecess)，而環(huán)狀凸部與環(huán)狀凹部嵌接。
依照本發(fā)明的較佳實施例，光學(xué)鏡頭例如更包括一隔板，其配置于第一透鏡與第二透鏡之間。
依照本發(fā)明的較佳實施例，光學(xué)鏡頭例如更包括一固定板，其配置容置空間內(nèi)，并承靠于第二透鏡，而固定板具有一光出射開口，暴露出部分第二透鏡。
依照本發(fā)明的較佳實施例，光學(xué)鏡頭例如更包括一影像擷取元件，其配置于固定板之后的光路徑上。
依照本發(fā)明的較佳實施例，光學(xué)鏡頭例如更包括一濾光片，其配置于固定板與影像擷取元件之間的光路徑上。
基于上述目的或其它目的，本發(fā)明提出一種透鏡組，其例如包括一第一透鏡與一第二透鏡。其中，第一透鏡例如具有一第一外環(huán)部與至少一凸部，而凸部配置于第一外環(huán)部上。此外，第二透鏡嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二外環(huán)部與至少一凹部，其中凹部配置于第二外環(huán)部上，而第一外環(huán)部承靠至第二外環(huán)部，且凸部與凹部嵌接。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的透鏡組，凸部例如包括一半球凸部，且凹部例如包括一半球凹部，而半球凸部與半球凹部嵌接。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的透鏡組，凸部例如包括一環(huán)狀凸部，且凹部例如包括一環(huán)狀凹部，而環(huán)狀凸部與環(huán)狀凹部嵌接。
基于上述，本發(fā)明的透鏡組采用凸部與凹部嵌接的方式，進(jìn)行第一透鏡與第二透鏡的組裝，因此本發(fā)明的透鏡組具有較佳的組裝精度。此外，本發(fā)明的光學(xué)鏡頭采用凸部與凹部嵌接的方式進(jìn)行透鏡的組裝，以降低透鏡間的對位誤差，故本發(fā)明的光學(xué)鏡頭具有較佳的光學(xué)性質(zhì)。


圖1為公知鏡頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為公知鏡頭的光學(xué)仿真分析圖。
圖3A為依照本發(fā)明第一較佳實施例的透鏡組的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3B為依照本發(fā)明第一較佳實施例的第一透鏡的前視示意圖。
圖3C為依照本發(fā)明第一較佳實施例的另一凸部分布示意圖。
圖4A為依照本發(fā)明第二較佳實施例的第一透鏡的前視示意圖。
圖4B為依照本發(fā)明第二較佳實施例的另一凸部分布示意圖。
圖5A為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的分解示意圖。
圖5B為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的組合示意圖。
圖6為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的光學(xué)仿真分析圖。
100公知鏡頭110、310套筒110a、310a光入射開口110b、310b容置空間120、210第一透鏡130、320隔板140、220第二透鏡150、330固定板150a、330a光出射開口160、340濾光片170電荷耦合元件傳感器180、360光線180a、360a影像光源180b、360b雜光200透鏡組210a第一外環(huán)部212凸部220a第二外環(huán)部222凹部
300光學(xué)鏡頭312螺紋350影像擷取元件具體實施方式
第一實施例請參照圖3A，其繪示依照本發(fā)明第一較佳實施例的透鏡組的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。透鏡組200例如包括一第一透鏡210與一第二透鏡220。其中，第一透鏡210例如具有一第一外環(huán)部210a與至少一凸部212，而凸部212配置于第一外環(huán)部210a上。此外，第二透鏡220嵌接至第一透鏡210，而第二透鏡220具有一第二外環(huán)部220a與至少一凹部222，其中凹部222配置于第二外環(huán)部220a上，而第一外環(huán)部210a承靠至第二外環(huán)部220a，且凸部212與凹部222嵌接(如放大區(qū)域所示)。
圖3B繪示依照本發(fā)明第一較佳實施例的第一透鏡的前視示意圖。請同時參照圖3A與圖3B，第一透鏡210與第二透鏡220的材質(zhì)例如為透明玻璃、透明塑料或其它透明材質(zhì)。此外，第一透鏡210的凸部212例如為一半球凸部，而凸部212配置于第一外環(huán)部210a上，且凸部212的分布方式例如圖3B所示。第二透鏡220的凹部222例如為一半球凹部，且每一半球凸部與一半球凹部嵌接。另外，第一透鏡210與第二透鏡220例如采用鉆石加工機(jī)(diamond grindingmachine)加工研磨而成，故第一透鏡210的凸部212與第二透鏡220的凹部222的形狀精度(shape accuracy)能夠控制在0.2微米以下。
請繼續(xù)參照圖3B，由于第一透鏡210與第二透鏡220的形狀精度均能控制在0.2微米以下，所以組裝后的第一透鏡210與第二透鏡220具有極小的對位誤差，所以本發(fā)明的透鏡組200能夠有效地改善光軸偏心位移(eccentric shifting)的問題。再者，相較于公知技術(shù)的套筒的組裝方式，本發(fā)明的透鏡組200具有較小的光學(xué)誤差(opticalerror)例如偏心誤差(eccentric error)、傾斜誤差(heeling error)，以及光軸與透鏡垂直度(perpendicularity)等，所以透鏡組200能夠應(yīng)用至各種精密光學(xué)儀器例如激光儀器(laser apparatus)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡與夜視鏡(snooperscope)等。
請參照圖3C，其為依照本發(fā)明第一較佳實施例的另一凸部分布示意圖。值得一提的是，透鏡組200的凸部212的分布位置并不限定于如圖3B所示，而透鏡組200的凸部212的分布位置更可采用三點配置的方式，以提高第一透鏡210與第二透鏡220的組裝精度。此外，本發(fā)明的透鏡組200的凸部212的分布位置與數(shù)量并不限定于圖3B與圖3C所示，而凸部212更可以其它方式與數(shù)量進(jìn)行配置，以提高第一透鏡210與第二透鏡220的組裝精度或組裝便利性。
第二實施例圖4A為依照本發(fā)明第二較佳實施例的第一透鏡的前視示意圖。請同時參照圖3A與圖4A，第二實施例與第一實施例相似，其不同之處在于第一實施例的凸部212與凹部222分別為半球凸部與半球凹部(如圖3A、圖3B與圖3C所示)，而第二實施例的凸部212為一環(huán)狀凸部，且凹部222為一環(huán)狀凹部。
圖4B為依照本發(fā)明第二較佳實施例的另一凸部分布示意圖。請同時參照圖4A與圖4B，圖4A所示的凸部212為單一環(huán)狀凸部，而圖4B所示的凸部212為多個環(huán)狀凸部，其中環(huán)狀凸部的分布密度、寬度與數(shù)量并不限定于圖4B所繪示。
承上所述，本發(fā)明的透鏡組200并不限定于使用半球凸部與半球凹部，及環(huán)狀凸部與環(huán)狀凹部作為嵌接的方式，而使用其它嵌接方式嵌接第一透鏡210與第二透鏡220者亦為本發(fā)明的透鏡組200的內(nèi)容。此外，本發(fā)明的透鏡組200亦不限定用于第一透鏡210與第二透鏡220的組裝，亦可用于多個透鏡的組裝，在此不再贅述。因此，本發(fā)明的透鏡組200能夠應(yīng)用至各種光學(xué)儀器設(shè)備中，以提高光學(xué)儀器設(shè)備的光學(xué)性質(zhì)。再者，以下僅以本發(fā)明的透鏡組200應(yīng)用于光學(xué)鏡頭進(jìn)行說明，但非限定本發(fā)明的透鏡組200的應(yīng)用領(lǐng)域。
圖5A為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的分解示意圖。圖5B為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的組合示意圖。請同時參照圖5A與圖5B，光學(xué)鏡頭300例如包括一套筒310、一第一透鏡210、一第二透鏡220、一隔板320、固定板330、濾光片340與影像擷取元件350。其中，套筒310例如具有一光入射開口310a與一容置空間310b，其中容置空間310b與光入射開口310a連接。此外，第一透鏡210配置于容置空間310b內(nèi)，而光入射開口310a暴露出部分第一透鏡210(如圖5B所示)。另外，第二透鏡220配置于容置空間310b內(nèi)，并嵌接至第一透鏡210，而第二透鏡220的凹部222與第一透鏡210的凸部212嵌接(如圖5B的放大區(qū)域所示)。值得一提的是，圖5A與圖5B的凸部212與凹部222的外型、配置方式與數(shù)量如圖4A所示，但凸部212與凹部222的外型、配置方式與數(shù)量亦可如圖3B、圖3C與圖4B所示，或者以其它外型、配置方式或數(shù)量，在此不再贅述。
請參照圖5B，隔板320配置于第一透鏡210與第二透鏡220之間。此外，固定板330配置容置空間310b內(nèi)，并承靠于第二透鏡220，而固定板330具有一光出射開口330a，暴露出部分第二透鏡220。另外，影像擷取元件350配置于固定板330之后的光路徑上。再者，濾光片340配置于固定板330與影像擷取元件350之間的光路徑上。值得一提的是，隔板320、固定板330、濾光片340與影像擷取元件350均為選擇性構(gòu)件。
承上所述，隔板320例如為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)，以降低反射雜光的影響。此外，濾光片340例如為紅外線濾光片(IR filter)或其它濾光片。另外，影像擷取元件350例如為電荷耦合元件傳感器(CCD sensor)、互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體影像傳感器(Complementary Metal Oxide Semiconductorimage sensor，CMOS image sensor)或其它影像擷取元件。為了增加光學(xué)鏡頭300的組裝便利性，套筒310例如更包括一螺紋(screw thread)312，其配置于套筒310的外表面上，然而套筒310的螺紋312依舊為選擇性構(gòu)件。再者，對于本發(fā)明的光學(xué)鏡頭300進(jìn)行光學(xué)仿真分析，以說明本發(fā)明的光學(xué)鏡頭300的光學(xué)性質(zhì)。
請參照圖6，其為依照本發(fā)明較佳實施例的光學(xué)鏡頭的光學(xué)仿真分析圖。光線360依序經(jīng)由套筒310的光入射開口310a、第一透鏡210、隔板320、第二透鏡220、固定板330之光出射開口330a與濾光片340，入射至影像擷取元件350，其中部分光線360成為影像光源360a，而部分光線360b則成為無用的雜光360b。值得注意的是，當(dāng)部分光線360從濾光片340表面出射，入射至第一透鏡210與第二透鏡220的交界處時，凸部212與凹部222所構(gòu)成的曲面結(jié)構(gòu)將可以散射部分反射的光線360，以降低雜光360b。請同時參照圖2與圖6，相較于公知鏡頭100，本發(fā)明的光學(xué)鏡頭300通過凸部212與凹部222的結(jié)構(gòu)散射部分反射的光線360，以有效降低雜光360b量，進(jìn)而提高影像的品質(zhì)。值得一提的是，本實施例并不限定凸部212需配置第一透鏡210上，且凹部222需配置于第二透鏡220上的組合，亦可為凹部配置于第一透鏡上(未繪示)，且凸部配置于第二透鏡上(未繪示)，以達(dá)到提高第一透鏡210與第二透鏡220的對位精度。
承上所述，凸部212與凹部222不僅提高第一透鏡210與第二透鏡220的對位精度外，更可改善光學(xué)鏡頭300的雜光360b影響，以提高影像品質(zhì)。此外，凸部212與凹部222的配置方式與曲率更可通過光學(xué)仿真分析得到一較佳的配置方式、數(shù)量與曲率，其結(jié)果更能提高第一透鏡210與第二透鏡220的對位精度與光學(xué)鏡頭300的影像品質(zhì)。
綜上所述，本發(fā)明的光學(xué)鏡頭與透鏡組具有下列優(yōu)點一、相較于公知使用套筒的組裝方式，而套筒的內(nèi)側(cè)壁加工精度約為10微米左右，本發(fā)明的光學(xué)鏡頭與透鏡組采用凸部與凹部嵌接的組裝方式，且凸部與凹部的加工精度約為0.2微米，故本發(fā)明的光學(xué)鏡頭與透鏡組具有較佳的對位精度，且誤差在0.2微米左右。此外，隨著第一透鏡與第二透鏡的加工精度增加，第一透鏡與第二透鏡的對位精度也隨之增加。
二、本發(fā)明的透鏡組采用嵌接的組裝方式不僅適用于第一透鏡與第二透鏡的組裝，更適用于多個透鏡的組裝，以提高多個透鏡之間的對位精度。
三、相較于公知技術(shù)，本發(fā)明的光學(xué)鏡頭采用凸部與凹部嵌接的組裝方式不僅具有較佳光學(xué)性質(zhì)，更提高組裝效率。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)鏡頭，其特征是，包括一套筒，具有一光入射開口與一容置空間，其中該容置空間與該光入射開口連接；一第一透鏡，配置于該容置空間內(nèi)，而該第一透鏡具有一第一外環(huán)部與至少一凸部，其中該凸部配置于該第一外環(huán)部上，且該光入射開口暴露出部分該第一透鏡；以及一第二透鏡，配置于該容置空間內(nèi)，并嵌接至該第一透鏡，而該第二透鏡具有一第二外環(huán)部與至少一凹部，其中該凹部配置于該第二外環(huán)部上，而該第一外環(huán)部承靠至該第二外環(huán)部，且該凸部與該凹部嵌接。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，該凸部包括一半球凸部，且該凹部包括一半球凹部，而該半球凸部與該半球凹部嵌接。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，該凸部包括一環(huán)狀凸部，且該凹部包括一環(huán)狀凹部，而該環(huán)狀凸部與該環(huán)狀凹部嵌接。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，更包括一隔板，配置于該第一透鏡與該第二透鏡之間。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，更包括一固定板，配置該容置空間內(nèi)，并承靠該第二透鏡，而該固定板具有一光出射開口，暴露出部分該第二透鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，更包括一影像擷取元件，配置于該固定板之后的光路徑上。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)鏡頭，其特征是，更包括一濾光片，配置于該固定板與該影像擷取元件之間的光路徑上。
8.一種透鏡組，其特征是，包括一第一透鏡，具有一第一外環(huán)部與至少一凸部，其中該凸部配置于該第一外環(huán)部上；以及一第二透鏡，嵌接至該第一透鏡，而該第二透鏡具有一第二外環(huán)部與至少一凹部，其中該凹部配置于該第二外環(huán)部上，而該第一外環(huán)部承靠至該第二外環(huán)部，且該凸部與該凹部嵌接。
9.如權(quán)利要求8所述的透鏡組，其特征是，該凸部包括一半球凸部，且該凹部包括一半球凹部，而該半球凸部與該半球凹部嵌接。
10.如權(quán)利要求8所述的透鏡組，其特征是，該凸部包括一環(huán)狀凸部，且該凹部包括一環(huán)狀凹部，而該環(huán)狀凸部與該環(huán)狀凹部嵌接。
全文摘要
一種透鏡組，其例如包括一第一透鏡與一第二透鏡。其中，第一透鏡例如具有一第一外環(huán)部與至少一凸部，而凸部配置于第一透鏡的第一外環(huán)部上。此外，第二透鏡嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二外環(huán)部與至少一凹部，其中凹部配置于第二透鏡的第二外環(huán)部上，而第一外環(huán)部承靠至第二外環(huán)部，且凸部與凹部嵌接。基于上述，第一透鏡與第二透鏡之間具有較佳的對位精度。
文檔編號G02B7/02GK1696752SQ20041003817
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者黃新杰 申請人:嘉揚光學(xué)科技股份有限公司