光學鏡頭及其設計方法與透鏡組的製作方法
2023-10-18 17:52:19
專利名稱：光學鏡頭及其設計方法與透鏡組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鏡頭(lens)，特別是涉及一種光學鏡頭(optical lens)及其設計方法與透鏡組(lens system)。
背景技術：
現今的信息社會中，各種光學系統例如望遠鏡(telescope)、照相機(camera)、顯微鏡(microscope)與光學投影系統(optical projectionsystem)等均在日常生活中佔有一席之地。此外在上述光學系統中，鏡頭(lens)往往決定影像的質量，因此對於現有習知的鏡頭結構做進一步說明。
請參閱圖1所示，是現有習知鏡頭的剖面結構示意圖。現有習知的鏡頭100，包括一套筒(barrel)110、一第一透鏡(lens)120、一隔板(baffle)130、一第二透鏡140、一固定板150、一濾光片(filter)160、一傳感器覆蓋板170以及一電荷耦合組件傳感器(Charge Coupled Devicesensor，CCD sensor)180。其中，套筒110具有一光入射開口(opening)110a與一容置空間(receiving space)110b，而光入射開口110a是與容置空間110b連接，且第一透鏡120、隔板130、第二透鏡140與固定板150依序配置於容置空間110b內。此外，光入射開口110a是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，電荷耦合組件傳感器180是配置在固定板150之後的光路徑上，而傳感器覆蓋板170是覆蓋在電荷耦合組件傳感器180上，並位於固定板150與電荷耦合組件傳感器170之間的光路徑上，且濾光片160是配置在固定板150與電荷耦合組件傳感器170之間的光路徑上。
值得注意的是，現有習知鏡頭100的關鍵在於第一透鏡120與第二透鏡140的對位精準度。在理想的狀況下，第一透鏡120的光軸與第二透鏡140的光軸應為一致，但是由於第一透鏡120與第二透鏡140之間具有組裝誤差，因此實際上第一透鏡120的光軸與第二透鏡140的光軸並不一致，而且第一透鏡120的光軸與第二透鏡140的光軸的偏心位移(eccentricshifting)的程度將決定現有習知鏡頭100的光學性質。請參照圖中放大區域部分，在現有習知鏡頭100中，第一透鏡120與第二透鏡140藉由承靠於套筒110的內側壁，以進行彼此的對位，因此套筒110內側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。現階段的套筒110通常採用計算機數值控制車床(computer numerical control lathe，CNC lathe)或計算機數值控制搪床(computer numerical control boring machine，CNCboring machine)進行加工，但是套筒110的內側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的對位誤差至少大於5微米以上，而採用套筒110定位的現有習知鏡頭100便無法應用於高精密的光學儀器上。再者，藉由光學仿真分析(optical simulationanalysis)對於現有習知的鏡頭100的光學性質，做進一步說明。
請參閱圖2所示，是現有習知的鏡頭的光學仿真分析圖。光線190依序經由套筒110的光入射開口110a、第一透鏡120、隔板130的開口、第二透鏡140、固定板150的光出射開口150a、濾光片160與傳感器覆蓋板170，入射至電荷耦合組件傳感器180，其中電荷耦合組件傳感器180所接收到的部分光線190成為影像光源190a，而部分光線190則成為無用的雜光(useless light)190b，且雜光190b將影響影像的質量。值得注意的是，雜光190b主要來自於部分光線190被濾光片160或傳感器覆蓋板170反射，並經由第一透鏡120與第二透鏡140的交界處或固定板150再反射而形成。雖然配置於第一透鏡120與第二透鏡140之間的隔板130為黑色的低反射率材料(low reflectivity material)所構成，其主要功用為吸收雜光190b，但是隔板130所能改善的效果有限。
由此可見，上述現有的光學鏡頭及其設計方法與透鏡組在結構、設計方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決光學鏡頭及其設計方法與透鏡組存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑑於上述現有的光學鏡頭及其設計方法與透鏡組存在的缺陷，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的光學鏡頭及其設計方法與透鏡組，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的目的在於，克服現有的光學鏡頭存在的缺陷，而提供一種新型結構的光學鏡頭，所要解決的技術問題是使其透鏡間具有較佳的對位精度，而可改善透鏡光軸的偏心位移的問題，從而更加適於實用。
本發明的另一目的在於，克服現有的透鏡組存在的缺陷，提供一種新型結構的透鏡組，所要解決的技術問題是使其具有較佳的對位精度，而可改善透鏡光軸的偏心位移的問題，從而更加適於實用。
本發明的再一目的在於，克服現有的光學鏡頭設計方法存在的缺陷，提供一種新的光學鏡頭的設計方法，所要解決的技術問題是使其可以提高光學鏡頭的光學性質，從而更加適於實用。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種光學鏡頭，其包括一套筒，具有一光入射開口與一容置空間，其中該容置空間是與該光入射開口連接；一第一透鏡，配置於該容置空間內，而該光入射開口是暴露出部分該第一透鏡，且該第一透鏡具有一第一環狀圓錐面(annular conical surface)，其是位於該第一透鏡外圍；以及一第二透鏡，配置於該容置空間內，並嵌接至該第一透鏡，而該第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其是位於該第二透鏡外圍，其中該第二環狀圓錐面是與該第一環狀圓錐面嵌接。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的光學鏡頭，其中所述的透鏡組中的第一透鏡的該第一環狀圓錐面包括一凹面(concave)，而該第二透鏡的該第二環狀圓錐面包括一凸面(convex)，且該凹面是與該凸面嵌接。
前述的光學鏡頭，其中所述的透鏡組中的第一透鏡的該第一環狀圓錐面包括一凸面，而該第二透鏡的該第二環狀圓錐面包括一凹面，且該凸面是與該凹嵌接。
前述的光學鏡頭，其更包括一固定板，配置該容置空間內，並承靠該第二透鏡，而該固定板具有一光出射開口，暴露出部分該第二透鏡。
前述的光學鏡頭，其更包括一影像擷取組件，配置在該固定板之後的光路徑上。
前述的光學鏡頭，其更包括一傳感器覆蓋板，覆蓋在該影像擷取組件上，並位在固定板與該影像擷取組件之間的光路徑上。
前述的光學鏡頭，其更包括一濾光片，配置在該固定板與該影像擷取組件之間的光路徑上。
前述的光學鏡頭，其中所述的透鏡組中的第一透鏡與該第二透鏡的材質包括玻璃與塑料其中之一。
本發明的目的及解決其技術問題還採用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種透鏡組，其包括一第一透鏡，具有一第一環狀圓錐面，其是位於該第一透鏡外圍；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環狀圓錐面，其是位於該第二透鏡外圍，其中該第二環狀圓錐面是與該第一環狀圓錐面嵌接。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的透鏡組，其中所述的第一透鏡與該第二透鏡的材質包括玻璃與塑料其中之一。
本發明的目的及解決其技術問題還採用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種光學鏡頭的設計方法，其包括以下步驟提供一光學鏡頭的計算機分析模型，而該光學鏡頭的計算機分析模型至少包括多數個透鏡與一影像擷取組件，其中該影像擷取組件是配置在該些透鏡之後的光路徑上；將一參考影像投射至該些透鏡，並在該影像擷取組件上形成一影像；分析該影像，以得到該影像的雜光分布，並由該影像的雜光分布反推出該些透鏡的雜光反射區域；以及修正該些透鏡的交界面與該些透鏡的光軸的夾角，以降低該影像的雜光的光強度。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的光學鏡頭的設計方法，其中所述的光學鏡頭的計算機分析模型的該些透鏡的交界面是與該些透鏡的光軸垂直。
前述的光學鏡頭的設計方法，其中所述的修正該些透鏡的交界面與該些透鏡的光軸的夾角包括將該些透鏡的交界面變更為環狀圓錐面。
前述的光學鏡頭的設計方法，其中所述的分析該影像包括比對該影像與該參考影像，以得到該影像的雜光分布。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述發明目的，本發明的主要技術內容如下本發明提出一種光學鏡頭，其例如包括一套筒、一第一透鏡與一第二透鏡。其中，套筒具有一光入射開口與一容置空間，其中容置空間是與光入射開口連接。此外，第一透鏡是配置於容置空間內，而光入射開口是暴露出部分第一透鏡，且第一透鏡具有一第一環狀圓錐面(annular conicalsurface)，其是位於第一透鏡外圍。另外，第二透鏡是配置於容置空間之內，並嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其是位於第二透鏡外圍，其中第二環狀圓錐面是與第一環狀圓錐面嵌接。
依照本發明的較佳實施例所述，第一透鏡的第一環狀圓錐面例如包括一凹面(concave)，而第二透鏡的第二環狀圓錐面例如包括一凸面(convex)，且凹面是與凸面嵌接。
依照本發明較佳實施例所述，第一透鏡的第一環狀圓錐面例如包括一凸面，而第二透鏡的第二環狀圓錐面例如包括一凹面，且凸面與凹面嵌接。
依照本發明的較佳實施例所述，光學鏡頭例如更包括一固定板，其是配置容置空間內，並承靠第二透鏡，而固定板具有一光出射開口，暴露出部分第二透鏡。
依照本發明較佳實施例所述，光學鏡頭例如更包括一影像擷取組件，其是配置在固定板之後的光路徑上。
依照本發明較佳實施例所述，光學鏡頭例如更包括一傳感器覆蓋板，其是覆蓋在影像擷取組件上，並位在固定板與影像擷取組件之間的光路徑上。
依照本發明的較佳實施例所述，光學鏡頭例如更包括一濾光片，其是配置在固定板與影像擷取組件之間的光路徑上。
依照本發明的較佳實施例所述，第一透鏡與第二透鏡的材質例如包括玻璃或塑料。
本發明提出一種光學鏡頭，其例如包括一第一透鏡與一第二透鏡。其中，第一透鏡具有一第一環狀圓錐面，其是位於第一透鏡外圍。此外，第二透鏡是嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其是位於第二透鏡外圍，其中第二環狀圓錐面是與第一環狀圓錐面嵌接。
依照本發明的較佳實施例所述，第一透鏡與第二透鏡的材質例如包括玻璃或塑料。
本發明提出一種光學鏡頭的設計方法，其例如包括幾個步驟。首先，提供一光學鏡頭的計算機分析模型，而光學鏡頭的計算機分析模型至少包括多個透鏡與一影像擷取組件，其中影像擷取組件是配置在這些透鏡之後的光路徑上。然後，將一參考影像投射至這些透鏡，並在影像擷取組件上形成一影像。之後，藉由分析影像得到影像的雜光分布，並藉由雜光分布反推出這些透鏡的雜光反射區域。接著，修正這些透鏡的交界面與這些透鏡的光軸的夾角，以降低影像的雜光的光強度。
依照本發明的較佳實施例所述，所提供的該光學鏡頭的計算機分析模型的透鏡間的交界面是與透鏡的光軸垂直。
依照本發明的較佳實施例所述，修正這些透鏡的交界面與這些透鏡的光軸的夾角例如包括將這些透鏡的交界面變更為環狀圓錐面。
依照本發明的較佳實施例所述，分析影像的方式例如包括比對影像與參考影像，以得到影像的雜光分布。
基於上述，本發明的透鏡組藉由第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面嵌接的方式進行第一透鏡與第二透鏡的組裝，因此本發明的透鏡組具有較佳的組裝精度。此外，藉由第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面嵌接的方式進行第一透鏡與第二透鏡的組裝，故本發明的光學鏡頭具有較高組裝效率與組裝精度。另外，本發明的光學鏡頭的設計方法藉由變更透鏡的交界面與透鏡的光軸的夾角，以設計出具有較佳光學性質的光學鏡頭。
經由上述可知，本發明是關於一種光學鏡頭，其例如包括一套筒、一第一透鏡與一第二透鏡。其中，套筒具有一光入射開口與一容置空間，其中容置空間是與光入射開口連接。此外，第一透鏡是配置於容置空間內，而光入射開口是暴露出部分第一透鏡，且第一透鏡具有一第一環狀圓錐面，其是位於第一透鏡外圍。另外，第二透鏡是配置於容置空間內，並嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其是位於第二透鏡外圍，其中第二環狀圓錐面是與第一環狀圓錐面嵌接。基於上述，光學鏡頭具有較佳的組裝精度與較佳的組裝效率。
藉由上述技術方案，本發明光學鏡頭及其設計方法與透鏡組至少具有下列優點1、相較於現有習知使用套筒的組裝方式，其套筒的內側壁加工精度約為10微米左右，本發明的光學鏡頭與透鏡組採用第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面嵌接的組裝方式，且第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面的加工精度約為0.2微米，故本發明的光學鏡頭與透鏡組具有較佳的對位精度，且誤差約為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。
2、本發明的透鏡組採用第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面的組裝方式不僅適用於第一透鏡與第二透鏡的組裝，更適用於多個透鏡的組裝，而可提高多個透鏡之間的對位精度。
3、對於本發明的透鏡組而言，量測人員可以藉由對應至第一環狀圓錐面或第二環狀圓錐面的輪廓線是否為直線，以量測出真實的透鏡輪廓。
4、相較於現有習知技術，採用第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面嵌接的組裝方式的本發明的光學鏡頭，不僅具有較佳的光學性質，更具有較高的組裝效率。
5、本發明的光學鏡頭的設計方法，藉由光學仿真分析與變更第一環狀圓錐面與第二環狀圓錐面所構成的斜面角度，因此研發人員將可設計出具有較佳光學性質的光學鏡頭。
綜上所述，本發明的光學鏡頭，使透鏡間具有較佳的對位精度，而可改善透鏡光軸的偏心位移問題。本發明的透鏡組，具有較佳的對位精度，而可改善透鏡光軸的偏心位移問題。本發明的光學鏡頭設計方法，可提高光學鏡頭的光學性質。其具有上述諸多優點及實用價值，並在同類產品及設計方法中未見有類似結構設計及方法公開發表或使用而確屬創新，其不論在產品結構、設計方法或功能上皆有較大改進，在技術上有較大進步，並產生了好用及實用的效果，從而更加適於實用，而具有產業廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
圖1是現有習知的鏡頭的剖面結構示意圖。
圖2是現有習知的鏡頭的光學仿真分析示意圖。
圖3是依照本發明較佳實施例的透鏡組的剖面結構示意圖。
圖4是依照本發明較佳實施例的光學鏡頭的組合結構示意圖。
圖5是依照本發明較佳實施例的光學鏡頭的光學仿真分析示意圖。
100現有習知的鏡頭 110、310套筒110a、310a光入射開口 110b、310b容置空間120、210第一透鏡 130隔板140、220第二透鏡 150、320固定板150a、320a光出射開口 160、330濾光片170、340傳感器覆蓋板 180電荷耦合組件傳感器190、360光線 190a、360a影像光源190b、360b雜光 200透鏡組212第一環狀圓錐面 222第二環狀圓錐面300光學鏡頭312螺紋350影像擷取組件具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的光學鏡頭及其設計方法與透鏡組其具體結構、設計方法、步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。
請參閱圖3所示，是依照本發明較佳實施例的透鏡組的剖面結構示意圖。該透鏡組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，具有一第一環狀圓錐面212，其是位於第一透鏡210外圍。此外，第二透鏡220是嵌接至第一透鏡210，而第二透鏡220具有一第二環狀圓錐面222，其是位於第二透鏡220外圍，其中第二環狀圓錐面222是與第一環狀圓錐面212嵌接。因此，第一透鏡210與第二透鏡220的組裝對位是藉由第二環狀圓錐面222與第一環狀圓錐面212嵌接而成，其結果不僅能夠增加第一透鏡210與第二透鏡220的組裝精度，更能夠增加第一透鏡210與第二透鏡220的的組裝便利性。
請繼續參閱圖3所示，第一透鏡210與第二透鏡220的材質例如為透明玻璃、透明塑料或其它透明材質。此外，第一透鏡210與第二透鏡220例如採用鑽石加工機(diamond grinding machine)加工研磨而成，故第一透鏡210的第一環狀圓錐面212與第二透鏡220的第二環狀圓錐面222的形狀精度(shape accuracy)能夠控制在0.2微米以下。由於第一透鏡210與第二透鏡220的形狀精度均能控制在0.2微米以下，所以組裝後的第一透鏡210與第二透鏡220具有極小的對位誤差。由於本發明的透鏡組200具有較佳的組裝精度，所以本發明的透鏡組200具有較小的光學誤差，而光學誤差例如包括偏心誤差(eccentric error)、傾斜誤差(heeling error)，以及光軸與透鏡垂直度(perpendicularity)等。
承上所述，由於本發明的透鏡組200具有優異的組裝精度，故本發明的透鏡組200能夠應用至各種精密光學儀器，其例如雷射儀器(laserapparatus)、顯微鏡、望遠鏡與夜視鏡(snooperscope)等。值得一提的是，本發明的第一透鏡210與第二透鏡220並不限定使用鑽石加工機，更可使用雷射加工機(laser machining center)或其它高精密度的加工機，以提高第一透鏡210與第二透鏡220形狀精度，進而提高透鏡間的對位精度。此外，如果第一透鏡210與第二透鏡220的材質為塑料，則第一透鏡210與第二透鏡220的製作方式也不限定使用加工機，亦可採用射出成型(injection molding)的方式製作。
請再繼續參閱圖3所示，目前業界經常用表面輪廓儀器(FormTalySurf，FTS)量測透鏡的表面輪廓(surface profile)，並將所量測到的透鏡的表面輪廓用於光學仿真分析(optical simulation analysis)。就量測第一透鏡210的輪廓而言，若量測線通過第一透鏡210的鏡心，則對應至第一環狀圓錐面212的輪廓線為直線。此外，由幾何學(geometry)可知，若量測線未通過第一透鏡210的鏡心，則對應至第一環狀圓錐面212的輪廓線為曲線。因此，量測人員可藉由對應至第一環狀圓錐面212的輪廓線是否為直線判斷量測線是否通過第一透鏡210的鏡心，以提高輪廓量測的準確性。另外，就量測現有習知鏡頭100的第一透鏡120的輪廓而言，無論量測線是否通過第一透鏡120的鏡心，量測人員均無法從量測數據上得知，然而量測線只要未通過鏡心，則儀器所量測出來的結果便具有一定的誤差。
承上所述，本發明的透鏡組200採用第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222嵌接的對位方式，不僅具有較高的對位精度，更可以提高透鏡組200的光學性質。此外，就量測透鏡表面輪廓而言，第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222能夠作為量測線是否通過第一透鏡210與第二透鏡220鏡心的判斷標準，況且設計人員能夠藉由量測結果了解透鏡組200的設計尺寸與真實尺寸之間的誤差，以改善透鏡組200的光學性質。另外，本發明的透鏡組200亦不限定用於第一透鏡210與第二透鏡220的組裝，亦可用於多個透鏡的組裝，在此不再贅述。因此，本發明的透鏡組200能夠應用至各種光學儀器設備中，以提高光學儀器設備的光學性質。再者，以下僅以本發明的透鏡組200應用於光學鏡頭進行說明，但非限定本發明的透鏡組200的應用領域。
請參閱圖4所示，是本發明較佳實施例的光學鏡頭的組合示意圖。該光學鏡頭300，例如包括一套筒310、一第一透鏡210、一第二透鏡220、一固定板320、一濾光片330、一傳感器覆蓋板340與一影像擷取組件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是與光入射開口310a連接。此外，第一透鏡210是配置於容置空間310b內，而光入射開口310a是暴露出部分第一透鏡210。另外，第二透鏡220是配置於容置空間310b內，並嵌接至第一透鏡210，而第二透鏡220的第二環狀圓錐面222是與第一透鏡210的第一環狀圓錐面212嵌接。承上所述，固定板320是配置容置空間310b內，並承靠於第二透鏡220，而固定板320具有一光出射開口320a，暴露出部分第二透鏡220。此外，影像擷取組件350是配置在固定板320之後的光路徑上。另外，濾光片330是配置在固定板320與影像擷取組件350之間的光路徑上。再者，傳感器覆蓋板340是覆蓋在影像擷取組件350上，並位於固定板320與影像擷取組件350之間的光路徑上。值得一提的是，固定板320、濾光片330、傳感器覆蓋板340與影像擷取組件350均為選擇性構件。
請繼續參閱圖4所示，套筒310與固定板320的材質例如包括塑料，而濾光片340例如為紅外線濾光片(IR filter)或其它濾光片。此外，影像擷取組件350例如為電荷耦合組件傳感器(CCD sensor)、互補金氧半導體影像傳感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor，CMOSimage sensor)或其它影像擷取組件。為了增加光學鏡頭300的組裝便利性，該套筒310例如更包括一螺紋(screw thread)312，其是配置在套筒310的外表面上，然而該套筒310的螺紋312依舊為選擇性構件。值得注意的是，第一透鏡210的第一環狀圓錐面212為凹面形式，而第二透鏡220的第二環狀圓錐面222凸面形式，但是本發明的光學鏡頭300亦可採用第一透鏡210的第一環狀圓錐面212為凸面形式，而第二透鏡220的第二環狀圓錐面222為凹面形式，在此不再贅述。再者，對於本發明的光學鏡頭300進行光學仿真分析，以說明本發明的光學鏡頭300的光學性質。
請參閱圖5所示，是依照本發明的較佳實施例的光學鏡頭的光學仿真分析示意圖。該光線360依序經由套筒310的光入射開口310a、第一透鏡210、第二透鏡220、固定板320的光出射開口320a、濾光片330與傳感器覆蓋板340，入射至影像擷取組件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，部分光線360被濾光片330或傳感器覆蓋板340反射，併入射至第一透鏡210與第二透鏡220的交界處，而第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222所構成的斜面結構能夠散射被濾光片330或傳感器覆蓋板所反射的光線360，以降低雜光360b的光強度。
請同時參閱圖2與圖5所示，相較於現有習知的鏡頭100，本發明的光學鏡頭300藉由第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222所構成的斜面結構散射被濾光片330或傳感器覆蓋板所反射的光線360，以有效降低雜光360b的光強度，進而提高影像的質量。此外，相較於現有習知鏡頭100採用第一透鏡120與第二透鏡140承靠於套筒110的內側壁的對位方式，本發明的光學鏡頭300採用第一透鏡210的第一環狀圓錐面212與第二透鏡220的第二環狀圓錐面222嵌接的對位方式不僅增加第一透鏡210與第二透鏡220的對位精度，更提高光學鏡頭300本身的光學性質。另外，相較於現有習知鏡頭100使用隔板130以降低雜光190b的光強度，本發明的光學鏡頭300無須使用隔板，便可藉由第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222所構成的斜面結構降低雜光360b的光強度，不僅具有較佳的效果，更可節省隔板的成本。值得一提的是，本發明的光學鏡頭300亦可使用隔板(如圖1所示)以降低雜光360b的光強度，在此不再贅述。
承上所述，由圖5可知，本發明的光學鏡頭300的第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222所構成的斜面結構具有降低雜光360b的功能，而且降低雜光360b的效果與斜面結構的角度有關。因此，光學鏡頭300的設計方法，例如包括幾個步驟。首先，建立現有習知鏡頭100的計算機分析模型(如圖2所示)。然後，將光線190投射至現有習知鏡頭100內，並在影像擷取組件180上形成影像光源190a與雜光190b。之後，藉由雜光190b分布反推出這些透鏡120與140的雜光反射區域，其中這些透鏡120與140的交界面與光軸垂直。
依據現有習知鏡頭100的計算機分析模型所分析的數據(雜光反射區域)，建立光學鏡頭300的計算機分析模型(如圖5所示)，而這些透鏡210與220的交界面(例如第一環狀圓錐面212與第二環狀圓錐面222)是與這些透鏡210與220的光軸成一夾角。然後，將光線360投射至這些透鏡210與220，並在影像擷取組件350上形成影像光源360a與雜光360b。接著，分析雜光360b的光強度與分布情形。之後，重複進行變更這些透鏡210與220的交界面與光軸的夾角，以及分析雜光360b的光強度與分布情形，以獲得較佳的透鏡210與220的交界面與光軸的夾角。
值得注意的是，第一透鏡210與第二透鏡220所形成的斜面結構，其傾斜方式並不限定於圖3、圖4與圖5所示，而第一環狀圓錐面212亦可變更為凸面形式，且第二環狀圓錐面222亦可變更為凹面形式。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種光學鏡頭，其特徵在於其包括一套筒，具有一光入射開口與一容置空間，其中該容置空間是與該光入射開口連接；一第一透鏡，配置於該容置空間內，而該光入射開口是暴露出部分該第一透鏡，且該第一透鏡具有一第一環狀圓錐面(annular conicalsurface)，其位於該第一透鏡外圍；以及一第二透鏡，配置於該容置空間內，並嵌接至該第一透鏡，而該第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其位於該第二透鏡外圍，其中該第二環狀圓錐面是與該第一環狀圓錐面嵌接。
2.根據權利要求1所述的光學鏡頭，其特徵在於其中所述的透鏡組中的第一透鏡的該第一環狀圓錐面包括一凹面(concave)，而該第二透鏡的該第二環狀圓錐面包括一凸面(convex)，且該凹面是與該凸面嵌接。
3.根據權利要求1所述的光學鏡頭，其特徵在於其中所述的透鏡組中的第一透鏡的該第一環狀圓錐面包括一凸面，而該第二透鏡的該第二環狀圓錐面包括一凹面，且該凸面是與該凹嵌接。
4.根據權利要求1所述的光學鏡頭，其特徵在於其更包括一固定板，配置該容置空間內，並承靠該第二透鏡，而該固定板具有一光出射開口，暴露出部分該第二透鏡。
5.根據權利要求4所述的光學鏡頭，其特徵在於其更包括一影像擷取組件，配置在該固定板之後的光路徑上。
6.根據權利要求5所述的光學鏡頭，其特徵在於其更包括一傳感器覆蓋板，覆蓋在該影像擷取組件上，並位在固定板與該影像擷取組件之間的光路徑上。
7.根據權利要求5所述的光學鏡頭，其特徵在於其更包括一濾光片，配置在該固定板與該影像擷取組件之間的光路徑上。
8.根據權利要求1所述的光學鏡頭，其特徵在於其中所述的透鏡組中的第一透鏡與該第二透鏡的材質包括玻璃與塑料其中之一。
9.一種透鏡組，其特徵在於其包括一第一透鏡，具有一第一環狀圓錐面，其是位於該第一透鏡外圍；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環狀圓錐面，其是位於該第二透鏡外圍，其中該第二環狀圓錐面是與該第一環狀圓錐面嵌接。
10.根據權利要求9所述的透鏡組，其特徵在於其中所述的第一透鏡與該第二透鏡的材質包括玻璃與塑料其中之一。
11.一種光學鏡頭的設計方法，其特徵在於其包括以下步驟提供一光學鏡頭的計算機分析模型，而該光學鏡頭的計算機分析模型至少包括多數個透鏡與一影像擷取組件，其中該影像擷取組件是配置在該些透鏡之後的光路徑上；將一參考影像投射至該些透鏡，並在該影像擷取組件上形成一影像；分析該影像，以得到該影像的雜光分布，並由該影像的雜光分布反推出該些透鏡的雜光反射區域；以及修正該些透鏡的交界面與該些透鏡的光軸的夾角，以降低該影像的雜光的光強度。
12.根據權利要求11所述的光學鏡頭的設計方法，其特徵在於其中所述的光學鏡頭的計算機分析模型的該些透鏡的交界面是與該些透鏡的光軸垂直。
13.根據權利要求11所述的光學鏡頭的設計方法，其特徵在於其中所述的修正該些透鏡的交界面與該些透鏡的光軸的夾角包括將該些透鏡的交界面變更為環狀圓錐面。
14.根據權利要求11所述的光學鏡頭的設計方法，其特徵在於其中所述的分析該影像包括比對該影像與該參考影像，以得到該影像的雜光分布。
全文摘要
本發明是關於一種光學鏡頭及其設計方法與透鏡組。該光學鏡頭，例如包括一套筒、一第一透鏡與一第二透鏡。其中，套筒具有一光入射開口與一容置空間，其中容置空間是與光入射開口連接。此外，第一透鏡是配置於容置空間內，而光入射開口是暴露出部分第一透鏡，且第一透鏡具有一第一環狀圓錐面，其位於第一透鏡外圍。另外，第二透鏡配置於容置空間內，並嵌接至第一透鏡，而第二透鏡具有一第二環狀圓錐面，其位於第二透鏡外圍，其中第二環狀圓錐面是與第一環狀圓錐面嵌接。基於上述，光學鏡頭具有較佳的組裝精度與較佳的組裝效率。
文檔編號G02B7/02GK1696751SQ20041003801
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月12日 優先權日2004年5月12日
發明者黃成宇, 王賢牧, 陳翹湘 申請人:嘉揚光學科技股份有限公司