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TWI733585B - 光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法 - Google Patents

光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法 Download PDF

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TWI733585B
TWI733585B TW109130829A TW109130829A TWI733585B TW I733585 B TWI733585 B TW I733585B TW 109130829 A TW109130829 A TW 109130829A TW 109130829 A TW109130829 A TW 109130829A TW I733585 B TWI733585 B TW I733585B
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Taiwan
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optical lens
intermediate structure
forming mold
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less
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TW109130829A
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陳俊傑
張家榮
黃智義
葉俊毅
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禾橙科技股份有限公司
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Abstract

本發明關於一種光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法，其中該光學透鏡包括一繞一軸向螺旋之螺旋面及一被該螺旋面旋繞之中間結構，該中間結構相對於該螺旋面朝其中一側軸向延伸，該螺旋面繞行而形成一階差。該成型模具與該光學透鏡之結構相應互補。該成型模具之製造方法包括以下步驟：提供一基體，該基體包括一加工面；於該加工面加工形成該成型模具之螺旋面、中間結構及階差。

Description

光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法
本發明是有關於一種光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法。
光纖通訊具有傳輸效率佳、可抵抗電磁干擾及穩定性高等優點。光纖依傳輸方式可分為單模光纖及多模光纖，其中多模光纖的直徑遠大於光束之波長，因而允許不同波長和相位之光束沿光纖之周壁不停地反射傳輸，於長距離傳輸後會產生不同模式之間的傳播速度差，造成模態色散及光纖中心之光通量過高之問題，進而限制了傳輸距離。
為解決前述之問題，一般會利用渦旋相位板使通過之光束轉換為渦旋光束，避免光強度集中於光纖之中央部分。然，渦旋相位板不易於製造，且習知之光通訊模組需要組裝多個光學元件以完成光路之布置，各該光學元件之設置位置些微的偏差都大幅影響光路之傳輸路徑，難以準確對位、加工不易且品質不一，進而導致傳輸效果不佳。
因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種光學透鏡、光學透鏡成型模具及其製造方法，其結構簡單、製程簡單、光束均勻分散、加工精密度佳且利於微小化。
為達成上述目的，本發明提供一種光學透鏡，包括一繞一軸向螺旋之螺旋面及一被該螺旋面旋繞之中間結構，該中間結構相對於該螺旋面朝其中一側軸向延伸，該螺旋面繞行而形成一階差。
為達成上述目的，本發明另提供一種用於製造如上所述的光學透鏡之成型模具，包括一繞一軸向螺旋之螺旋面及一被該螺旋面旋繞之中間結構，該成型模具之中間結構相對於該成型模具之螺旋面朝其中一側軸向延伸，該成型模具之螺旋面繞行而形成一階差，該成型模具之螺旋面、中間結構及階差分別與該光學透鏡之螺旋面、中間結構及階差為相對互補。
為達成上述目的，本發明另提供一種用於製造如上所述的成型模具之製造方法，包括以下步驟：提供一基體，該基體包括一加工面；於該加工面加工形成該成型模具之螺旋面、中間結構及階差。
1:光學透鏡
2:成型模具
3:基體
4:刀具
11,21:軸向
12,22:螺旋面
13,23:中間結構
131，231:周壁
14,24:階差
15,25:弧導面
31:加工面
32:軸向
41,42:弧角
P1:參考平面
P2:基準平面
S:切削路徑
T1,T2,T3,T4:切線方向
θ 1,θ 4:傾斜角
θ 2,θ 5:第一夾角
θ 3,θ 6:第二夾角
圖1為本發明一較佳實施例之成型模具之立體圖。
圖2為本發明一較佳實施例之成型模具之局部放大圖。
圖3為本發明一較佳實施例之刀具之示意圖。
圖4為本發明一較佳實施例之刀具之局部放大圖。
圖5為本發明一較佳實施例製造該成型模具之示意圖。
圖6為本發明一較佳實施例之光學透鏡之示意圖。
圖7為本發明一較佳實施例之光學透鏡之局部放大圖。
圖8為本發明一較佳實施例之光學透鏡所產生之光束均勻分散渦旋效果之示意圖。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
請參考圖1至5，其顯示本發明之一較佳實施例之用於製造如下所述的光學透鏡之成型模具2，其包括一繞一軸向21螺旋之螺旋面22及一被該螺旋面22旋繞之中間結構23，該成型模具2之中間結構23相對於該成型模具2之螺旋面22朝其中一側軸向延伸，該成型模具2之螺旋面22繞行而形成一階差24。
在本實施例中，該成型模具2之中間結構23為一凸柱，該凸柱之端面的直徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm；該成型模具2之中間結構23與該成型模具2之螺旋面22之間具有一弧導面25，該成型模具2之弧導面25之弧半徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm；該成型模具2之階差24為大於等於5μm且小於等於20μm；該成型模具2之中間結構23包括一周壁231，該成型模具2之周壁231相對於該成型模具2之軸向21成一大於等於1度且小於等於20度之傾斜角θ 4；定義一垂直於該成型模具2之軸向21之基準平面P2，該成型模具2之弧導面25之一外緣之切線方向T3與該基準平面P2界定一第一夾角θ 5，該成型模具2之螺旋面22之一外緣之切線方向T4與該基準平面P2界定一第二夾角θ 6，該成型模具 2之第一夾角θ 5大於該成型模具2之第二夾角θ 6，該成型模具2之第一夾角θ 5不小於17.0度，該成型模具2之第二夾角θ 6不小於0.70度，較佳地，該第一夾角θ 5約為17.2度，該第二夾角θ 6約為0.72度。
請參考圖6至7，其顯示本發明之一較佳實施例之光學透鏡1，其包括一繞一軸向11螺旋之螺旋面12及一被該螺旋面12旋繞之中間結構13，該中間結構13相對於該螺旋面12朝其中一側軸向延伸，該螺旋面12繞行而形成一階差14。其中，該成型模具2之螺旋面22、中間結構23及階差24分別與該光學透鏡1之螺旋面12、中間結構13及階差14為相對互補。
在本實施例中，該中間結構13為一凹孔(盲孔或穿孔)，該凹孔之孔底緣的直徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm；該中間結構13與該螺旋面12之間具有一弧導面15，該弧導面15之弧半徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm；該階差14為大於等於5微米(μm)且小於等於20μm；該中間結構13包括一周壁131，該周壁131相對於該光學透鏡1之軸向11成一傾斜角θ 1，該周壁131軸向地超出該階差14，該傾斜角θ 1為大於等於1度且小於等於20度；定義一垂直於該光學透鏡1之軸向11之參考平面P1，該弧導面15之一外緣之切線方向T1與該參考平面P1界定一第一夾角θ 2，該螺旋面12之一外緣之切線方向T2與該參考平面P1界定一第二夾角θ 3，該第一夾角θ 2大於該第二夾角θ 3，該第一夾角θ 2不小於17.0度，該第二夾角θ 3不小於0.70度，較佳地，該第一夾角θ 2約為17.2度，該第二夾角θ 3約為0.72度。
該光學透鏡1與該成型模具2在結構上為互補。例如，該光學透鏡1之中間結構13為一凹孔，該成型模具2之中間結構23為一凸柱，可理解的是，該光學透鏡1之中間結構13若為一凸柱，則該成型模具2之中間結構23為一凹孔。
請再參考圖1至5，本發明另提供一種用於製造如上所述的成型模具2之製造方法，包括以下步驟：提供一基體3，該基體3包括一加工面31；於該加工面31加工形成該成型模具2之螺旋面22、中間結構23及階差24。依據不同需求，可於該基體3上形成複數成型模穴，可供一次製造多個光學透鏡。較佳地，任相鄰二該成型模穴之間的一間隙為小於等於0.01mm，藉此，所製得之各光學透鏡之渦旋光束不相干涉。
在本實施例中，係以一刀具4切削該加工面31而形成該成型模具2之螺旋面22、中間結構23及階差24，該刀具4於該基體3上相對之切削路徑S為螺旋地繞該基體3之一軸向32。切削時，該刀具4可為固定而旋轉該基體3，或該基體3可為固定而旋轉該刀具4，或該刀具4及該基體3同時配合轉動亦可，只要可沿預設切削路徑S切削該加工面31即可。詳細說，該刀具4之各切削路徑S為自該基體3之一相對高位由淺而深地旋繞該基體3之軸向，再自該基體3之一相對低位延伸回該基體3之相對高位。該刀具4係由外而內(亦可由內而外)螺旋地繞該基體3之軸向切削該加工面31。其中，係選用刀刃相對二側具有相異弧角41,42之刀具4，且以該刀具4之刀刃具有相對較小弧角41之一側朝內的配置方式切削該加工面31。較佳地，所選用之該刀具4之刀刃二側的弧角41,42分別具有小於等於1μm之弧角半徑及大於1μm且小於等於5μm之弧角半徑。
另外說明的是，上述各結構之尺度條件，有利於該光束均勻分散渦旋，另允許在最佳精密度條件下加工(例如使用鑽石刀具)用於成型該光學透鏡之模具，使該模具易於被加工製造、拔模順暢(因該傾斜角)。在以鑽石刀具加工該用於成型該光學透鏡之模具的一實施例中，考量到加工至靠近模具中心時會有加工極限，該鑽石刀具靠近該模具中心之一側被建構成具有較其相 對側還小之刀刃弧角半徑，能將加工產生之自然弧角半徑降低至1μm以下，有利加工精密度及產品微小化。該模具之凹孔例如係以雷射加工而成，然亦可以其他加工方式製成。
請參考圖8，其顯示本發明之光學透鏡所產生之光束均勻分散渦旋效果。圖8清楚顯示出，由於該光學透鏡之螺旋面的作用，光線被螺旋地均勻分散，且由於該光學透鏡之中間結構(例如凹孔或凸柱)的作用，光線被均勻分散環繞於該中間結構之外圍，可避免光束過度集中於中央部分，有效解決模態色散及光纖中心之光通量過高而限制了傳輸距離之問題。其中，透過該渦旋透鏡之直徑、螺旋面之角度、中間結構之尺寸、階差之尺寸等條件之各種不同數值組合，可獲得不同之光學效果。
1:光學透鏡
11:軸向
12:螺旋面
13:中間結構
131:周壁
14:階差
15:弧導面
P1:參考平面
T1,T2:切線方向
θ 1:傾斜角
θ 2:第一夾角
θ 3:第二夾角

Claims (20)

  1. 一種光學透鏡，包括一繞一軸向螺旋之螺旋面及一被該螺旋面旋繞之中間結構，該中間結構相對於該螺旋面朝其中一側軸向延伸，該螺旋面繞行而形成一階差，該中間結構包括一周壁，該周壁相對於該光學透鏡之軸向成一傾斜角，該周壁軸向地超出該階差。
  2. 如請求項1所述的光學透鏡，其中該中間結構為一凹孔，該凹孔之孔底緣的直徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm。
  3. 如請求項1所述的光學透鏡，其中該中間結構與該螺旋面之間具有一弧導面，該弧導面之弧半徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm。
  4. 如請求項1所述的光學透鏡，其中該階差為大於等於5微米(μm)且小於等於20μm。
  5. 如請求項1所述的光學透鏡，其中該傾斜角為大於等於1度且小於等於20度。
  6. 如請求項3所述的光學透鏡，其中定義一垂直於該光學透鏡之軸向之參考平面，該弧導面之一外緣之切線方向與該參考平面界定一第一夾角，該螺旋面之一外緣之切線方向與該參考平面界定一第二夾角，該第一夾角大於該第二夾角。
  7. 如請求項6所述的光學透鏡，其中該第一夾角不小於17.0度，該第二夾角不小於0.70度。
  8. 一種用於製造如請求項1至7任一項所述的光學透鏡之成型模具，包括一繞一軸向螺旋之螺旋面及一被該螺旋面旋繞之中間結構，該成型模具之中間結構相對於該成型模具之螺旋面朝其中一側軸向延伸，該成型模具之 螺旋面繞行而形成一階差，該成型模具之螺旋面、中間結構及階差分別與該光學透鏡之螺旋面、中間結構及階差為相對互補。
  9. 如請求項8所述的成型模具，其中該成型模具之中間結構為一凸柱，該凸柱之端面的直徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm。
  10. 如請求項8所述的成型模具，其中該成型模具之中間結構與該成型模具之螺旋面之間具有一弧導面，該成型模具之弧導面之弧半徑為大於等於0.001mm且小於等於0.02mm。
  11. 如請求項8所述的成型模具，其中該成型模具之階差為大於等於5μm且小於等於20μm。
  12. 如請求項8所述的成型模具，其中該成型模具之中間結構包括一周壁，該成型模具之周壁相對於該成型模具之軸向成一大於等於1度且小於等於20度之傾斜角。
  13. 如請求項10所述的成型模具，其中定義一垂直於該成型模具之軸向之基準平面，該成型模具之弧導面之一外緣之切線方向與該基準平面界定一第一夾角，該成型模具之螺旋面之一外緣之切線方向與該基準平面界定一第二夾角，該成型模具之第一夾角大於該成型模具之第二夾角。
  14. 如請求項13所述的成型模具，其中該成型模具之第一夾角不小於17.0度，該成型模具之第二夾角不小於0.70度。
  15. 一種用於製造如請求項8所述的成型模具之製造方法，包括以下步驟：提供一基體，該基體包括一加工面；於該加工面加工形成該成型模具之螺旋面、中間結構及階差。
  16. 如請求項15所述的製造方法，其中係以一刀具切削該加工面而形成該成型模具之螺旋面、中間結構及階差，該刀具於該基體上相對之切削路徑為螺旋地繞該基體之一軸向。
  17. 如請求項16所述的製造方法，其中該刀具之各切削路徑係由外而內螺旋地繞該基體之軸向切削該加工面。
  18. 如請求項16所述的製造方法，其中係選用刀刃相對二側具有相異弧角之刀具，且以該刀具之刀刃具有相對較小弧角之一側朝內的配置方式切削該加工面。
  19. 如請求項18所述的製造方法，其中所選用之該刀具之刀刃二側的弧角分別具有小於等於1μm之弧角半徑及大於1μm且小於等於5μm之弧角半徑。
  20. 如請求項16所述的製造方法，其中該刀具之各切削路徑為自該基體之一相對高位由淺而深地旋繞該基體之軸向，再自該基體之一相對低位延伸回該基體之相對高位。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018135136A1 (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 日本板硝子株式会社 光学部品および光学部品の製造方法
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