光學透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型揭露一種光學透鏡，特別是一種用于繞射成像的光學透鏡。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著具備不同應用面的電子產品快速增加，其中包含虛擬實境（Virtual Reality，VR)的應用，使得成像用繞射光學元件產生了更高解析度的市場需求。
[0003] 現有技術中的成像繞射透鏡一般采用單片菲涅爾透鏡（FresnelLens)，以便降低 整體光學裝置的大小，進而提高攜帶便利性。但因只使用單面現有的菲涅爾透鏡結構來成 像，而無法提供使用者良好的成像品質，特別在VR眼鏡的應用上，低畫質的影像也讓使用 者產生不舒適的穿戴感受。此外，現有的菲涅爾透鏡結構容易產生雜散光，造成最后的成像 具備明顯的環形光環，使得低畫質的問題顯得更為嚴重。 【實用新型內容】
[0004] 鑒于以上的問題，本實用新型揭露一種光學透鏡，有助于改善只使用單面現有的 菲涅爾透鏡結構而使得成像品質不良的問題。本實用新型的光學透鏡除了在其中一透鏡表 面使用類菲涅耳透鏡結構來成像之外，并在另一透鏡表面增設繞射光學結構，使得成像品 質得到顯著的提升。
[0005] 此外，在類菲涅耳透鏡結構面向光軸的一鏡面針對入射光進行了調整，使鏡面斜 率與入射光平行，而能明顯減少因通過不同介質介面而產生的雜散光，進一步有效提供良 好成像品質。
[0006] 本實用新型揭露的光學透鏡包含一本體、一繞射光學結構以及一類菲涅耳透鏡結 構。本體具有相對的一第一表面和一第二表面。繞射光學結構包含多個第一表面棱鏡體， 其依序排列地設置于第一表面。每一第一表面棱鏡體具有相對的一第一表面第一鏡面和一 第一表面第二鏡面。第一表面第一鏡面與第一表面第二鏡面皆背對光學透鏡的光軸。類菲 涅耳透鏡結構包含多個第二表面棱鏡體，其依序排列地設置于第二表面。每一第二表面棱 鏡體具有相對的一第二表面第一鏡面和一第二表面第二鏡面。第二表面第一鏡面面向光學 透鏡的光軸，且第二表面第二鏡面背對光學透鏡的光軸。
[0007] 本實用新型另揭露的光學透鏡包含一本體以及一類菲涅耳透鏡結構。本體具有相 對的一第一表面和一第二表面。類菲涅耳透鏡結構包含多個第二表面棱鏡體，其依序排列 地設置于第二表面。每一第二表面棱鏡體具有相對的一第二表面第一鏡面和一第二表面第 二鏡面。第二表面第一鏡面面向光學透鏡的光軸，且第二表面第二鏡面背對光學透鏡的光 軸。第二表面第一鏡面與光軸夾一第一角度，且這些第一角度彼此相異。定義自近光軸處 朝向離軸處計數第i個第二表面棱鏡體的第一角度為a(i)，第i+1個第二表面棱鏡體的第 一角度為a(i+1)，其滿足下列條件：
[0008] 0〈a(i+1)-a⑴芻 5.0 度。
[0009] 以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型 的限定。
【附圖說明】
[0010] 圖1為根據本實用新型第一實施例的光學透鏡示意圖。
[0011] 圖2為根據本實用新型第二實施例的光學透鏡示意圖。
[0012] 圖3為圖1中光學透鏡的類菲涅耳透鏡結構的放大示意圖。
[0013] 圖4為圖1中光學透鏡的繞射光學結構的放大示意圖。
[0014] 其中，附圖標記
[0015] 光學透鏡：1、2
[0016] 本體：10、20
[0017] 第一表面：110、210
[0018] 第二表面：120、220
[0019] 類菲涅耳透鏡結構：12、22
[0020] 第二表面棱鏡體：102、202
[0021] 第二表面第一鏡面：121、221
[0022] 第二表面第二鏡面：122、222
[0023] 繞射光學結構：11
[0024] 第一表面棱鏡體：101
[0025] 第一表面第一鏡面：111
[0026] 第一表面第二鏡面：112 [0027]L:光線
[0028] a(i):第i個第二表面棱鏡體的第一角度
[0029] a(i+1):第i+1個第二表面棱鏡體的第一角度 [0030]ea):第i個第二表面棱鏡體的第二角度
[0031] P(i+1):第i+1個第二表面棱鏡體的第二角度
[0032] CT:光學透鏡的中心厚度
[0033] hi:第i個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與第一表面第二鏡面交接處至第 i+1個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與第一表面第二鏡面交接處的徑向線方向的垂 直高度
[0034] h2 :第i個第二表面棱鏡體的第二表面第一鏡面與第二表面第二鏡面交接處至第 i+1個第二表面棱鏡體的第二表面第一鏡面與第二表面第二鏡面處的徑向線方向的垂直高 度
[0035] t:第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與光軸平行方向的長度
[0036] Y1 :第一表面的光學有效半徑
[0037] Y2 :第二表面的光學有效半徑
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案進行詳細的描述，以更進一步 了解本實用新型的目的、方案及功效，但并非作為本實用新型所附權利要求保護范圍的限 制。
[0039] 光學透鏡包含一本體以及一類菲涅耳透鏡結構，并且光學透鏡可具有正屈折力或 負屈折力。
[0040] 本體具有相對的一第一表面和一第二表面。第一表面可以是面對成像面或使用者 的透鏡表面，且第二表面可以是面對觀測物的透鏡表面。此外，第一表面可以為凸面，而有 助于匯聚光線以縮短光學透鏡的焦距。
[0041] 類菲涅耳透鏡結構包含多個第二表面棱鏡體，其依序排列地設置于第二表面。舉 例來說，這些第二表面棱鏡體可以是外徑大小相異的多個環狀棱鏡，其自第二表面的鏡面 中心朝向第二表面邊緣排列并且相互環繞。又或者，這些第二表面棱鏡體可以是相同的多 個柱狀棱鏡，其排列于第二表面并且相互平行。每一第二表面棱鏡體具有相對的一第二表 面第一鏡面和一第二表面第二鏡面。第二表面第一鏡面面向光學透鏡的一光軸，且第二表 面第二鏡面背對光學透鏡的光軸。光軸即為光學透鏡第一表面和第二表面的二表面中心的 連線。
[0042] 光學透鏡可進一步包含一繞射光學結構，其例如但不限于是呈固定周期性排列的 微結構陣列。繞射光學結構包含多個第一表面棱鏡體，依序排列地設置于第一表面。每一 第一表面棱鏡體具有相對的一第一表面第一鏡面和一第一表面第二鏡面。第一表面第一鏡 面與第一表面第二鏡面皆背對光學透鏡的光軸。藉此，繞射光學結構搭配類菲涅耳透鏡結 構有助于修正色差、像散和歪曲等各種像差以提升成像品質。
[0043] 每一第二表面棱鏡體的第二表面第一鏡面與第二表面第二鏡面交接處適于供一 入射光入射，且入射光可與第二表面第一鏡面平行。藉此，有助于避免入射光于第二表面第 一鏡面反射而產生雜散光，能提升光學透鏡的解析度。請參照圖3,為圖1中光學透鏡的類 菲涅耳透鏡結構的放大示意圖。圖3中的光線L即表示來自于觀測物的入射光。
[0044] 第二表面第一鏡面與光軸夾一第一角度，且這些第一角度可彼此相異。更進 一步來說，如圖3所示，定義自近光軸處朝向離軸處計數第i個第二表面棱鏡體的第 一角度為a(i)，第i+1個第二表面棱鏡體的第一角度為a(i+1)，其可滿足下列條 件：a(i)〈a(i+1)。藉此，有助于避免入射光于第二表面第一鏡面反射，進而有效減 少離軸處雜散光，以進一步提供良好成像品質。較佳地，其可進一步滿足下列條件： 〇〈a(i+l)-a⑴蘭5.0度。更佳地，其可進一步滿足下列條件：0〈a(i+l)-a⑴蘭2.0 度。
[0045] 如圖3所示，每一第二表面棱鏡體的第二表面第二鏡面與光學透鏡的一徑向 線夾一第二角度，且定義自近光軸處朝向離軸處計數第i個第二表面棱鏡體的第二 角度為0 (i)，第i+1個第二表面棱鏡體的第二角度為0 (i+1)，其可滿足下列條件： 0 (i)〈0 (i+1)。藉此，有助于提供光學透鏡足夠的屈折力，并有效控制整體光學系統的大 小。較佳地，其可進一步滿足下列條件(i+l)-0 (i)〈5.0度。徑向線即為光學透鏡垂直 于光軸的一參考線。
[0046] 如圖3所示，第i個第二表面棱鏡體的第二表面第一鏡面與第二表面第二鏡面交 接處至第i+1個第二表面棱鏡體的第二表面第一鏡面與第二表面第二鏡面交接處具有徑 向線方向的一垂直高度為h2,本體的第二表面具有一光學有效半徑為Y2,其可滿足下列條 件：0〈h2/Y2〈0. 06。藉此，第二表面棱鏡體的數量及大小配置較為適當，有助于令足夠入射 光以平行第二表面第一鏡面的方式入射至光學透鏡內。
[0047] 請參照圖4,為圖1中光學透鏡的繞射光學結構的放大示意圖。定義自近光軸處 朝向離軸處計數第i個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與第一表面第二鏡面交接處 至第i+1個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與第一表面第二鏡面交接處具有徑向線 方向的一垂直高度為hl，本體的第一表面具有一光學有效半徑為Y1，其可滿足下列條件： 0〈hl/Yl〈0. 02。藉此，第一表面棱鏡體的配置較為適當，有助于提升繞射光學結構的像差修 正效果，進一步提升成像品質。
[0048] 如圖4所示，第i個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與光軸平行方向的長度 與第i+1個第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與光軸平行方向的長度可以等長。藉此， 有助于降低光學透鏡的制作成本以及制作難度。
[0049] 第一表面棱鏡體的第一表面第一鏡面與光軸平行方向的長度為t，光學透鏡的中 心厚度為CT，其可滿足下列條件：0〈t/CT〈0. 003。藉此，有助于避免光學透鏡整體外觀過度 粗糙，而能提升使用時的舒適感。
[0050] 本實用新型所揭露的光學透鏡中，自近光軸處朝向離軸處計數棱鏡體系指將最靠 近光軸的棱鏡體定義為第一個棱鏡體，最靠近透鏡邊緣的棱鏡體定義為最后一個棱鏡體， 并且以升冪方式將所有的棱鏡體由第一個棱鏡體計數至最后一個棱鏡體。以外徑大小相異 的多個環狀第二表面棱鏡體為舉例，若這些第二表面棱鏡體的總數為30個，則最靠近光軸 且外徑最小的第二表面棱鏡體定義為第1個（i= 1)第二表面棱鏡體，相鄰第1個第二表 面棱鏡體且外徑較大的第二表面棱鏡體定義為第2個（i= 2)第二表面棱鏡體。以此類 推，最靠近透鏡邊緣且外徑最大的第二表面棱鏡體即定義為第30個（i= 30)第二表面棱 鏡體。
[0051] 本實用新型所揭露的光學透鏡的材質可為塑膠或玻璃。當光學透鏡的材質為玻璃 時，可以增加屈折力配置的自由度。另當光學透鏡材質為塑膠時，則可以有效降低生產成 本。此外，可將光學透鏡的本體的第一表面和第二表面設計為非球面（ASP)，非球面可以容 易制作成球面以外的形狀，而能獲得較多的控制變數。
[0052] 本實用新型所揭露的光學透鏡中，若本體的表面為凸面且未界定該凸面位置時， 則表示本體的表面于近光軸處可為凸面；若本體的表面為凹面且未界定該凹面位置時，則