TWI615636B

TWI615636B - 透鏡

Info

Publication number: TWI615636B
Application number: TW105123996A
Authority: TW
Inventors: 顏振宇; 施耀竣; 蔡明昌
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-21
Also published as: TW201804174A

Abstract

一種透鏡，包括一屈光部及一邊緣部。屈光部具有負屈光度，而邊緣部環繞屈光部，且位於透鏡的有效屈光區之外。邊緣部具有多個凹陷，這些凹陷相對於包含透鏡的一光軸的一對稱面為鏡像對稱地設置。透鏡在平行於光軸的方向上的最大厚度除以最小厚度所得到的比值大於2.5。

Description

透鏡

本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種表面具有多個凹陷結構的透鏡。

透鏡在光學系統中為基本且不可或缺的光學元件，且其在光學成像鏡頭中更是扮演著極為關鍵且重要的角色。光學成像鏡頭的成像品質與其採用的透鏡的品質直接相關，因此如何製造出品質良好的透鏡便成為製造光學系統的其中一個重要的課題。

為了因應現今對光學成像鏡頭的性能需求不斷地提升，便有需要在鏡頭中採用大厚薄比的透鏡，亦即透鏡中與光軸平行的方向上的最大厚度與最小厚度的比值較大。然而，當採用射出成型的製程來製作大厚薄比的透鏡，且當從透鏡側面的澆口注入流體至用以形成透鏡的模穴中時，會容易因為模穴中各區域的流體流速不均而使流體的波前撞擊而在透鏡成品中產生結合線。這是因為模穴中對應透鏡較厚處的流體流速大於模穴中對應透鏡較薄處的流體流速，而使得流體的波前在抵達澆口對側前互撞。當這種結合線延伸進透鏡的有效屈光區之內時，便會對透鏡的成像品質產生不良的影響。

本發明提供一種透鏡，其具有良好的光學品質。

本發明的一實施例提出一種透鏡，包括一屈光部及一邊緣部。屈光部具有負屈光度，而邊緣部環繞屈光部，且位於透鏡的有效屈光區之外。邊緣部具有多個凹陷，這些凹陷相對於包含透鏡的一光軸的一對稱面為鏡像對稱地設置。透鏡在平行於光軸的方向上的最大厚度除以透鏡在平行於光軸的方向上的最小厚度或是光軸處之厚度的比值得選擇性地大於2.5。

在本發明的實施例的透鏡中，屈光部具有負屈光度，透鏡在平行於光軸的方向上的最大厚度除以最小厚度所得到的比值大於2.5，且透鏡在環繞屈光部的邊緣部具有多個凹陷。如此一來，當以射出成型製程製造透鏡時，模具上與透鏡的凹陷的形狀互補的凸台便能夠阻擋流體的流速，使得射入模穴的流體在模穴中對應於厚度較厚的邊緣部的區域的流速不至於太過大於模穴中對應於厚度較薄的屈光部的區域的流速。據此，當流體從澆口射入模穴中時，流體的波前較能夠均勻地抵達澆口的對側，而較不會在抵達澆口對側之前對撞，以減低鏡片中的屈光部產生結合線的機會，藉此透鏡的光學品質得以被確保。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本發明之一實施例之透鏡的剖面示意圖，圖1B為圖1A的透鏡的立體示意圖，而圖1C為圖1A之透鏡的上視示意圖，其中圖1A的剖面為沿著圖1B與圖1C的I-I線的剖面。請參照圖1A至圖1C，本實施例之透鏡100包括一屈光部110及一邊緣部200。屈光部110具有負屈光度，致使光線穿透屈光部110後得較往發散方向偏折。而邊緣部200環繞屈光部110，且位於透鏡100的有效屈光區之外。有效屈光區是指當光線通過此區域時，能被透鏡100的彎曲表面（例如屈光部110的第一表面112與第二表面114）有效地聚光或散光，例如是以透鏡100的光軸A為對稱中心地聚光或散光。此有效屈光區例如是圖1A所繪示的第一表面112、第二表面114及兩條虛線所圍起來的範圍。此外，當將透鏡100應用在成像鏡頭中時，第一表面112的通光孔徑（clear aperture, CA）可以恰好是第一表面112與兩虛線交會處所定義的範圍，或是小於第一表面112與兩虛線交會處所定義的範圍；而第二表面114的通光孔徑可以恰好是第二表面114與兩虛線交會處所定義的範圍，或是小於第二表面114與兩虛線交會處所定義的範圍。也就是說，只要通光孔徑是在有效屈光區的範圍內時，便可使成像鏡頭正常地發揮成像效果。此外，屈光部110即是透鏡100之位於有效屈光區內的部分。

本例中，邊緣部200包括了六枚形狀大致相同且圍繞光軸等距、同心設計的多個凹陷210，而多個凹陷210係分別大致呈一截頭四角錐型。另外，如圖1A與圖1C所繪示，這些凹陷210的分佈方式係沿透鏡110之光軸A的一對稱面P為鏡像對稱。前述所稱對稱，是尢指凹陷210於透鏡表面之分佈方式，而透鏡之整體雖然可以為鏡像對稱，但其並非以鏡像對稱為限。由於為對稱的關係，凹陷210的數量可為偶數。另外，如圖所示，對稱面P得同時灌穿入料口寬度方向的中線以及透鏡之光軸；再者，對稱面P亦得沿透鏡100之寬度方向將其分割成二等份，前述寬度方向與初始入料方向大致垂直。

在本實施例中，每一凹陷210為一多面體凹陷，例如為一截頭角錐（frustum of pyramid），更明確的說，截頭角錐凹陷例如為一截頭四角錐凹陷。然而，在其他實施例中，每一凹陷210亦可以是三角錐凹陷、多角錐凹陷、立方體凹陷、長方體凹陷或其他多面體凹陷。另外，凹陷210除為一多面體凹陷外，其亦得為半圓球型凹陷或是半橢圓體，惟考量製程中材料的流動因素，故其設計較為困難，而就其原理部份容後述敘之。

在本實施例中，如圖1B所繪示，此多面體凹陷的至少二相鄰平面213之間具有倒角(chamfer) 211。另外，在本實施例中，截頭角錐凹陷的底部215大致上呈矩形。

再者，在本實施例中，透鏡100之最大厚薄比係大於2.5。而於本例中，最大厚薄比係指透鏡100在平行於光軸A的方向上的最大厚度T1除以透鏡100沿相同方向的最小厚度所得到的比值。另外，最大厚薄比亦得指透鏡100在平行於光軸A的方向上的最大厚度T1除以光軸A上的厚度T2所得到的比值。

在本實施例中，透鏡100的材質為塑膠且以射出成型製程製作，惟其材質及製程不以此為限。

圖2為用以製造圖1A之透鏡的模具的一例之剖面示意圖。請參照圖1A至圖1C與圖2，當模具300合模時，模具300的第一模310與第二模320之間所產生的模穴330的形狀便是透鏡100的形狀。在本實施例中，當在模具300中注入塑料，並使其固化後，這些塑料便會形成透鏡100。第二模320上具有多個凸台322，凸台322的形狀與透鏡100的凹陷210的形狀互補，如此在射出成型後，凸台322的位置處便會對應地形成凹陷210。

圖3為一對照組的透鏡在射出成型製程中不同時間點時材料的波前分佈圖。由圖可見，其未具有如圖1A之凹陷210（即其模具不具有如圖2之凸台322）。在射出成型製程中射出材料後的0.781、0.794、0.802及0.810秒時，其材料的波前分佈如波前F1、波前F2、波前F3及波前F4所繪述。而圖4繪示了圖3之透鏡形成時所產生的結合線之示意圖。圖5為圖1A之透鏡100在射出成型製程中不同時間點時材料的波前分佈圖。在射出成型製程中射出材料後的0.02414、0.03152、0.03803及0.04116秒時材料的波前分佈如波前F1’至F4’所繪述者。而上開波前一詞的其中一種解讀方法為材料前進時其前沿的輪廓。

請先參照圖3，當不具有如圖1A之凹陷210的透鏡在射出成型時，由於其邊緣部的厚度大於屈光部的厚度，因此模穴中對應於邊緣部的厚度大於模穴中對應於屈光部的厚度。如此一來，會使得射入模穴的材料在邊緣處的流速比在中央處的流速高。其中，在波前F3與波前F4中可明顯看出波前F3已分成左右兩道子波前，且這兩道子波前會互相撞擊，而由波前F4也可看到兩道互相撞擊的子波前。如此互相撞擊的兩道子波前會使得透鏡在製造完成後形成如圖4所繪示的結合線C。此結合線C已延伸入透鏡的屈光部110’中，因此會對透鏡的光學品質造成影響。

相較之下，如圖5所繪示，由於本實施例之透鏡100（即圖1A至圖1C的透鏡100）在邊緣部200具有凹陷210，也就是模具300上具有凸台322，凸台322具有擋塊效果，因此可以減緩在模穴330邊緣的材料流動速度，而使得材料在模穴330中央的流速與在模穴330邊緣的流速較為一致。由波前F1’至F4’可看出，由於材料在模穴330邊緣與模穴330中央的流速較為一致，其兩道子波前相撞的情形已改善，因此本實施例之透鏡100在製造時，其產生結合線C的機會較低，藉此以減少屈光部110處結合線C的產生機會，所以透鏡100具有良好的光學品質。

承前所述，凸台322之功能在於用以減緩材料在模穴330邊緣的流動速度，而凸台322的形狀、數量及分佈會影響減緩的效果。舉例來說，由於多邊型立體凸台322的各邊之間具有轉折的關係，其提供的減緩效果會佳於無轉折的半圓球狀或是橢圓球狀凸台。

另外，通常射出成形的模具是具有一可動側以及一固定側，而用於協助脫模的頂針/頂出銷（ejector pin）或是模仁大多會設置於可動側處。請再參照圖1A至圖1C與圖2，在本實施例中，第一模310是位於可動側，而第二模320是位於固定側，也就是說，在脫模時，第一模310可藉由其模仁(未繪示於圖)將透鏡100頂出。惟在模具打開時，鏡片偶會固設於第二模320表面未能脫離，而藉由於凸台322具有拔模斜度的設計，則可使其開模時的離型更為順暢。

更明確的說，在本實施例中，每一凹陷210具有一背向且較接近光軸A的近心面214、一面向且較遠離光軸A的離心面212及一連接近心面214與離心面212的底面216，其中近心面214位於光軸A與離心面212之間，且近心面214與離心面212皆相對於底面216傾斜，而如此之設計有利於開模時的離型過程。

再者，為進一步提升透鏡的離型能力，近心面214與離心面212相對於底面216之角度得選擇性地非為相同。在本實施例中，如圖1A所繪示，離心面212相對於底面216在透鏡100的材質中的一第一傾斜角θ1大於近心面214相對於底面216在透鏡100的材質中的一第二傾斜角θ2。在設計時，在本實施例中，第一傾斜角θ1除以第二傾斜角θ2所得到的比值在1.01至2時已有基本正面效益，在1.05至1.3的範圍時，其效益較佳。而在1.2~1.3時，其效益最佳。舉例而言，於本例中，第一傾斜角θ1例如為65度，第二傾斜角θ2例如52度，故其比值約為1.25。而本例中，底面216之法向量方向與光軸A為大致水平。

另外，需要強調的是，前述提及的凹陷210傾角的比值不以大於1為限，其亦得小於1並按上開之比例反向設置亦可。此外，在其他實施例中，亦可以是第一模310是位於固定側，而第二模320是位於可動側。

在本實施例中，如圖1C所繪示這些凹陷210至光軸A的距離R彼此實質上相同。例如是這些凹陷210的中心至光軸A的距離R彼此實質上相同。此外，在本實施例中，這些凹陷210與光軸A在垂直於光軸A的方向上的連線L及對稱面P將透鏡100等分成多個實質上等角度的扇形區域Z，亦即這些扇形區域Z的展開角度φ彼此實質上相等。

在本實施例中，邊緣部200在每一凹陷210處之平行於光軸A的方向上的最小厚度T3小於屈光部110在光軸A上的厚度T2。換言之，就是凸台322的頂部至第一模310的最小距離H3(如圖2所繪示)略小於屈光部110在光軸A上的厚度T2，藉此材料流動時的阻力得以被調整。而前述兩者之大小差異部份，建議介於光屈光部110於光軸A上厚度T2的百分之三十以內。而當其差異於百分之十時，其效果較佳；而當差異於百分之五時，效果最佳。

在本實施例中，每一凹陷210在垂直於光軸A的徑向上的寬度W1除以邊緣部200在此徑向上的寬度W2所得到的比值是落在0.7至0.99的範圍內。在一實施例中，此比值可落在0.85至0.9的範圍內。如此一來，寬度W1的上述設計有助於模具300加工時不干涉刀具加工。

另外，在一射出成型模擬中，關於射出成型保壓完成後的體積收縮分佈，相較於圖3之不具有如圖1A之凹陷210的透鏡，本實施例之透鏡100在澆口側與在澆口對側的體積收縮差異較小。此外，相較於圖3之不具有如圖1A之凹陷210的透鏡，本實施例的透鏡100的各部分的體縮率差異較小。因此，本實施例的透鏡100的表面形狀的誤差量及均勻性較佳。

綜上所述，在本發明的實施例的透鏡中，屈光部具有負屈光度，透鏡在平行於光軸的方向上的最大厚度除以最小厚度所得到的比值大於2.5，且透鏡在環繞屈光部的邊緣部具有多個凹陷。如此一來，當以射出成型製程製造透鏡時，模具上與透鏡的凹陷的形狀互補的凸台便能夠阻擋流體的流速，使得射入模穴的流體在模穴中對應於厚度較厚的邊緣部的區域的流速不至於太過大於模穴中對應於厚度較薄的屈光部的區域的流速。這樣的話，當流體從澆口射入模穴中時，流體的波前較能夠均勻地抵達澆口的對側，而較不會在抵達澆口對側之前對撞，藉此，減少透鏡的屈光部出現結合線的機會。由於本發明的實施例的透鏡的屈光部中可以不具有結合線，因而此透鏡具有良好的光學品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，仍可針對透鏡的設計，例如是凸台的形狀及佈局等，進行修改或變更，本發明的保護範圍仍以申請專利範圍為準。

100‧‧‧透鏡

110、110’‧‧‧屈光部

112‧‧‧第一表面

114‧‧‧第二表面

200‧‧‧邊緣部

210‧‧‧凹陷

211‧‧‧倒角

212‧‧‧離心面

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‧‧‧澆口

A‧‧‧光軸

C‧‧‧結合線

F1、F2、F3、F4‧‧‧波前

F1’、F2’、F3’、F4’‧‧‧波前

H3‧‧‧最小距離

L‧‧‧連線

P‧‧‧對稱面

R‧‧‧距離

T1‧‧‧最大厚度

T2‧‧‧厚度

T3‧‧‧最小厚度

W1、W2‧‧‧寬度

Z‧‧‧扇形區域

θ1‧‧‧第一傾斜角

θ2‧‧‧第二傾斜角

φ‧‧‧展開角度

圖1A為本發明之一實施例之透鏡的剖面示意圖。圖1B為圖1A的透鏡的立體示意圖。圖1C為圖1A之透鏡的上視示意圖。圖2為用以製造圖1A之透鏡的模具的剖面示意圖。圖3為一對照組的透鏡在射出成型製程中不同時間點時材料的波前分佈圖。圖4繪示圖3之透鏡形成時所產生的結合線。圖5為圖1A之透鏡在射出成型製程中不同時間點時材料的波前分佈圖。

100：透鏡 110：屈光部 112：第一表面 114：第二表面 200：邊緣部 210：凹陷 211：倒角 212：離心面 214：近心面 216：底面 A：光軸 P：對稱面 T1：最大厚度 T2：厚度 T3：最小厚度 W1、W2：寬度 θ1：第一傾斜角 θ2：第二傾斜角

Claims

一種透鏡，包括：一屈光部，具有負屈光度；以及一邊緣部，環繞該屈光部，且位於該透鏡的有效屈光區之外，該邊緣部具有多個凹陷，該些凹陷相對於一對稱面為鏡像對稱地設置，該對稱面包含該透鏡的一光軸，其中該透鏡在平行於該光軸的方向上的最大厚薄比之比值係大於2.5。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中每一凹陷為一多面體凹陷，該多面體凹陷的至少二相鄰平面之間具有倒角。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中，該最大厚薄比為該透鏡在平行於該光軸的方向上的最大厚度除以該透鏡該光軸上的厚度之比值。
如申請專利範圍第2項所述的透鏡，其中每一凹陷具有一接近該光軸的近心面、一遠離該光軸的方向的離心面及一連接該近心面與該離心面的底面，該近心面位於該光軸與該離心面之間，且該離心面與該近心面皆相對於該底面傾斜。
如申請專利範圍第4項所述的透鏡，其中該離心面相對於該底面在該透鏡的材質中的一第一傾斜角大於該近心面相對於該底面在該透鏡的材質中的一第二傾斜角。
如申請專利範圍第5項所述的透鏡，其中該第一傾斜角除以該第二傾斜角所得到的比值是落在1.05至1.3的範圍內。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中該些凹陷至該光軸的距離彼此實質上相同。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中該些凹陷與該光軸在垂直於該光軸的方向上的連線及該對稱面將該透鏡等分成多個實質上等角度的扇形區域。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中該邊緣部在每一凹陷處之平行於該光軸的方向上的最小厚度小於該屈光部在該光軸上的厚度。
如申請專利範圍第1項所述的透鏡，其中每一凹陷在垂直於該光軸的徑向上的寬度除以該邊緣部在該徑向上的寬度所得到的比值是落在0.7至0.99的範圍內。
一種透鏡，包括：一屈光部，具有負屈光度；以及一邊緣部，環繞該屈光部，且位於該透鏡的有效屈光區之外，該邊緣部具有多個凹陷以及一平台部，該些凹陷相對於一對稱面為鏡像對稱地設置，該對稱面包含該透鏡的一光軸，該平台部設置於該邊緣部中靠近該透鏡的有效屈光區之一側並環繞該屈光部，其中該透鏡在平行於該光軸的方向上的最大厚薄比之比值係大於2.5。
一種透鏡，包括：一屈光部，具有負屈光度；以及一邊緣部，環繞該屈光部，且位於該透鏡的有效屈光區之外，該邊緣部具有多個凹陷，該些凹陷相對於一對稱面為鏡像對稱地設置，該對稱面包含該透鏡的一光軸，其中該透鏡在平行於該光軸的方向上的最大厚薄比之比值係大於2.5，且每一凹陷具有一接近該光軸的近心面、一遠離該光軸的方向的離心面及一連接該近心面與該離心面的底面，該離心面相對於該底面在該透鏡的材質中的一第一傾斜角與該近心面相對於該底面在該透鏡的材質中的一第二傾斜角為相異。