CN100406918C - 光学透镜部件及包括这种透镜部件的光学透镜设置结构 - Google Patents

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Abstract

一种光学透镜部件(1)包括具有光轴(5)并且位于周围安装部分(7)中央的中央透镜元件(3)，该周围安装部分具有垂直于所述光轴延伸的隔开的平行面(13A、13B)。至少一个所述隔开的平行面带有用于将进入所述安装部分的光引出的非随机性光散射结构(23A、23B)。非随机性光散射结构可包括具有相对于所述隔开的平行面的带有预定倾角的平行光散射面的缺口，例如一阵列以透镜元件的所述光轴为中心的同心圆形缺口。光学透镜部件优选地为模制整体式透镜部件。这样，光散射结构可通过与模制光学透镜部件一起模制而提供，优选地通过模制于模制光学透镜部件中而提供。而且，还提供了一种光学透镜设置结构，其包括根据本发明的光学透镜部件和提供于邻近至少一个非随机性光散射结构处的光吸收装置。

Description

光学透镜部件及包括这种透镜部件的光学透镜设置结构
技术领域
本发明涉及一种光学透镜部件，其包括具有光轴并且位于周围安装部分中央的中央透镜元件，该周围安装部分具有垂直于所述光轴延伸的隔开的平行面。
背景技术
上面所指种类的光学透镜部件见于例如由Thorlabs有限责任公司在互联网(www.thorlabs.com)上公布的小册子(第153-157页)，该公司在美国新泽西州的Newton设有办事处。该文献描述了各种整体式塑料非球面透镜部件，其利用先进模制技术制造从而产生用于高容量应用的全塑近衍射限制光学部件，例如双非球面透镜CAY033(f＝3.3mm，0.45NA)。这些光学器件将非球面透镜的性能与低价格相结合。为了能够将光学部件安装于光学组件中，提供了围绕着中央透镜元件的安装部分，其具有垂直于中央透镜元件的光轴延伸的隔开的平行面。
光学元件带有的常见问题是光散射。在整体式光学元件内随机散射的光可根据应用情况而引起不同的问题。在透镜元件中，漫散光可能在透镜元件作为其一部分的整个光学系统中造成重像、漏光或光损失。由于由具有非零反射与透射系数的光学元件表面所产生的光内反射，因而产生重像与漫散光。一些入射光通过元件表面透射，而一些入射光由同一表面反射。反射光传播回到另一部件表面，然后在那里受到反射，最后传播至成像面或检测器。这些多重反射造成重像与漫散光。
成像透镜设计用于在图像空间的特定预定位置处形成物体的图像。在设计良好的系统中，大部分光遵循预定设计的光路。如上所述，在一些情况下，光可以沿着除了预定设计光路之外的其它路径进入系统。这种光最终作为所谓的漫散光或重像到达图像传感器。在整体式光学透镜部件中，除中央透镜元件自身之外的透镜部件的任何附加部分光学上连接于透镜元件上，并且可以因此有助于在光进入和退出这些附加部分时解决任何漫散光问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在引言中所述类型的有用的光学透镜部件，其中至少在一定程度上防止了漫散光到达图像传感器以便使得整体式透镜部件可以提供更加无重像的图像。为了实现这个目的，根据本发明的光学透镜部件包括具有光轴并且位于周围安装部分中央的中央透镜元件，该周围安装部分具有垂直于所述光轴延伸的隔开的平行面，其中至少一个所述隔开的平行面带有用于将进入所述安装部分的光引出的非随机性光散射结构，因此通过在安装部分处引出漫散光而减轻现有技术设置结构的上述问题。
根据本发明的一个方面，所述非随机性光散射结构包括具有相对于所述隔开的平行面带有预定倾斜的平行光散射面的缺口。令人满意的解决方案可以通过选择适用于最佳性能的光散射面的倾角而设计。根据本发明的一种实际应用的实施例，该缺口至少包括一阵列以透镜元件的所述光轴为中心的同心圆形缺口。其中根据本发明的光学部件包括在大多数情况下为旋转体形状的透镜元件。
为了实现良好的结果，至少一阵列中的缺口在透镜元件的所述光轴所在的平面中具有三角形的截面，在至少一阵列缺口中所有缺口的截面形状可相同，三角形状可以关于局部垂线不对称。优选地，三角形包括直角三角形，该三角形的一条直角边位于所述安装部分的相应的隔开的平行面的平面中，而第二条直角边置于面向所述中心轴线的三角形的一边上。这样的设计在光学元件实用设计中显示出优良特性。
优选地，光散射结构通过与模制光学透镜部件一起模制而提供，进一步优选地，光散射结构通过模制于模制光学透镜部件中而提供。通过模制方法提供光散射结构在本发明的光学透镜部件中非常节省成本。由于这种模制整体式光学部件的安装部分的平行面没有任何突起，所以通过将光散射结构模制于光学部件中，就使得部件的总尺寸保持相同，同时将光学部件安装于光学系统中的方法也保持相同。
根据本发明的光学透镜部件可有利地应用于根据本发明的设置结构中，其中光吸收装置提供于邻近至少一个非随机性光散射结构处。因此，任何被引出光学透镜部件的光可以在其离开光学部件处被吸收，从而防止由光学透镜设置结构中其它地方的漫散光所引起的不当问题。
附图说明
通过参阅以下参看附图所给出的对优选实施例的非限制性描述，本发明的目的和特征将会变得更加清楚，其中：
图1为光学透镜组件的剖视侧视图，其包括本发明的光学透镜部件以及另一个光学透镜部件；
图2A-2C为图1的光学组件的视图，示意性地示出了光束的各种典型路径，若没有提供本发明的光散射结构，则这些光束将会被组件表面反射并会在组件的成像面中造成不合需要的漫散光图形；
图3为图1的放大剖视图，其示出了光透镜组件的详细情况；以及
图4为图1和3的进一步放大的详图，其示出了光如何被引出本发明的整体式光学透镜部件之外。
具体实施方式
参看附图，所示的第一光学透镜部件1由光度塑料模制而成，其包括具有光轴5且位于周围安装部分7中央的中央透镜元件3，该周围安装部分7具有垂直于所述光轴5延伸的隔开的平行面13A、B。安装部分7包括凸缘部分9和圆周环形向下裙部11。
该第一透镜部件1安装于第二整体式光学透镜部件15之上，第二整体式光学透镜部件15也由光度塑料制成并且包括以第一透镜部件1的光轴5为中心的中央透镜元件17。该第二透镜部件15带有用来安装于适用的安装件(未示出)上的裙部19。第一光学透镜部件1与第二光学透镜部件15共同形成了光学透镜组件21。这种光学透镜组件在实践中可以用于蜂窝式便携无线电话或个人数字助理(PDA)中的照相机模块。透镜组件21的另一种替代应用是用于在成像面24中聚焦从光盘播放器(未示出)的光盘反射的激光束。第一光学透镜部件1与第二光学透镜部件15形成为旋转主体，因此第一透镜部件1的裙部11与第二透镜部件15的顶部互相贴身配合成为以两个透镜部件1、15的光轴5为中心的大致圆柱部分。
除了透镜部件1、15之外，透镜组件21还包括下文中所进一步讨论的垫圈形光吸收装置25。
为了防止漫散光投射到成像面24上，第一透镜部件1的所述隔开的平行面13A、B中至少一个带有非随机性光散射结构，而在目前情况下所述的两个平行面13A、B分别都带有非随机性光散射结构23A和23B，以用于将进入所述安装部分7的光引出，在下文中将对于该结构进行进一步地讨论。
图2A、2B和2C示出了进入图1的透镜组件21的漫散光束的各种实例以及在假定透镜组件21中不存在光散射结构23A、B的情况下到达成像面24的漫散光所产生的效应。图2A示出了从上方和从左侧进入透镜部件1的透镜元件3的光束25和27。在进入透镜元件3之后，光束25、27在内部由凸缘部分9的下表面13B、上表面13A以及裙部11的侧面反射，并随后进入第二光学元件15。然后，光束出现于第二光学元件的透镜元件17的下表面并穿过空气行进至成像面24。不应当将图2A、B和C视作光束25、27的各种轨迹部分与角度等等的准确表示，而只应将它们视作说明性的指示。图2B和2C示出了进入第一光学元件1的透镜元件3的光束29和30以及这些光束在直到其射于成像面24上之前所遵循的路径。在详细解释了图2A之后，这些图可以自我说明从而无须给出进一步的解释。
参看图1，尤其是参看图3和4，图中示出了在本实施例中，两个所述隔开的平行面13A和13B均带有用于将进入所述安装部分7的光引出的相应非随机性光散射结构23A、23B。非随机性光散射结构23A、23B包括缺口33，缺口33具有相对于所述隔开的平行面13A、B分别带有预定倾角α和β的光散射表面35和36。在所示的实例中，角α可近似为40度而角β可近似为90度。缺口的准确方位、深度、间隔角等等可以通过试验与计算而确定。在所示的实例中，光学透镜部件1的总直径约为6mm，中央透镜元件3的凸出上透镜部分的最大外径约为2.9mm，凸缘部分9的厚度约为0.55mm，缺口33的深度约为100μm。
在所示的实施例中，缺口设置成以透镜元件3的光轴5为中心的阵列式同心圆形缺口33。阵列式缺口在包括所述透镜元件1的光轴5的平面中具有成三角形的截面。同样，所有的缺口具有相同形状的截面，三角形状关于局部垂线不对称。
在所示的实施例中，缺口33的三角形状包括直角三角形，该三角形的一条直角边位于所述安装部分7的相应的隔开的平行面13B的平面中，第二条直角边36置于面向光学透镜部件1的所述中心轴线5的三角形的一边上。通过将本领域内众所周知的光度塑料模制成模制光学透镜部件而提供光散射结构23A、23B。在目前情况下，光散射结构23A、23B整体模制于模制光学透镜部件1中。
图4示意性地示出了来自不同方向的虚线所指且无参考数字的光线可如何被缺口33的内部或外部表面反射以及可如何通过穿越由斜边35和直角边36定界的缺口的透光表面而被引出。垫圈形光吸收装置25被提供于邻近非随机性光散射结构23B处以便吸收被引出光学透镜部件1之外的光。
这样，上文中根据发明人在写本说明书时所预期的用于实现本发明的最佳模式对光学透镜部件进行了描述。本发明所属领域的普通技术人员应当理解，本发明并不限于以上所特别描述并示出的内容。在不背离此处的本发明理念的情况下，可以对本发明做出多种改动。例如，可以按照不同的图案在不同的位置处提供具有不同缺口形状的多个分离的光散射结构。可以提供突起来代替缺口或者除缺口之外再提供突起以便于引出光。光散射结构可以通过在透镜部件模制后采用机械方式将其材料去除而提供，也可以在模制之后利用其它诸如热冲压之类的方法提供。所有这些实施例以及附图中并未示出而独立权利要求1中所限定的更多实施例都视为落在本发明的范围内。
例如，在上述实施例中，图4中所示的缺口33具有相同形状的截面，因此三角形状关于局部垂线不对称。同样的有益效应可以通过具有不同截面形状的缺口的光学部件而得以实现。
而且，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚，可以利用图1和4中所示的垫圈形采光装置25之外的其它装置来吸收光。例如，光吸收装置可以位于光学部件或透镜组件的在光束进入光学部件或透镜组件的一侧。
而且，尽管上述实施例参照的是模制光学透镜部件，但是本发明所属领域的普通技术人员将会清楚，在替代的实施例中，光学透镜部件可以是例如压制玻璃光学部件或机制玻璃或塑料光学部件。

Claims (10)

1.一种光学透镜部件，包括具有光轴并且位于周围安装部分中央的中央透镜元件，该周围安装部分具有垂直于所述光轴延伸的隔开的平行面，至少一个所述隔开的平行面带有用于将进入所述安装部分的光引出的非随机性光散射结构。
2.根据权利要求1所述的光学透镜部件，其特征在于，所述非随机性光散射结构包括具有相对于所述隔开的平行面带有预定倾斜的平行光散射面的缺口。
3.根据权利要求2所述的光学透镜部件，其特征在于，缺口至少包括一阵列以透镜元件的所述光轴为中心的同心圆形缺口。
4.根据权利要求2所述的光学透镜部件，其特征在于，至少一阵列中的缺口在透镜元件的所述光轴所在的平面中具有三角形的截面。
5.根据权利要求4所述的光学透镜部件，其特征在于，在至少一阵列缺口中所有缺口的截面形状相同。
6.根据权利要求4所述的光学透镜部件，其特征在于，三角形状关于局部垂线不对称。
7.根据权利要求6所述的光学透镜部件，其特征在于，三角形包括直角三角形，该三角形的一条直角边位于所述安装部分的相应的隔开的平行面的平面中，而第二条直角边置于面向所述中心轴线的三角形的一边上。
8.根据权利要求1所述的光学透镜部件，其特征在于，光散射结构通过与模制光学透镜部件一起模制而提供。
9.根据权利要求8所述的光学透镜部件，其特征在于，光散射结构通过模制于模制光学透镜部件中而提供。
10.一种光学透镜设置结构，包括根据权利要求1至9中任一项所述的光学透镜部件，其特征在于，光吸收装置提供于邻近至少一个非随机性光散射结构处。
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