CN110873928A - 耦合镜片 - Google Patents

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庄文豪
王一帆
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Abstract

本发明公开一种耦合镜片，其包含一镜片本体、一入光透镜部及一出光透镜部，入光面及出光面之间环绕设有四侧面，至少一安装面设置于其中一侧面上，并安装面朝向相邻的两侧面延伸之长度定义为安装面长度；入光透镜部及出光透镜部分别突出于入光面及出光面上，入光透镜部具有一入光圆弧面，其径向长度定义为入光光学径，出光透镜部具有一出光圆弧面，其径向长度定义为出光光学径，本发明因入光光学径的长度大于出光光学径，同时安装面长度亦大于出光光学径，使本发明在装设上能够较为稳固，使提高本发明使用上的稳定性。

Description

耦合镜片
技术领域
本发明涉及一种玻璃制的耦合镜片，尤指一种用在制作光传输模块的耦合镜片。
背景技术
光传输模块在制作的过程中，需要使用发光二极管或是激光二极管将光能量导入玻璃纤维当中，此一制作的详细过程请参阅日本专利JP2018-66771以及JP2018-72499；简言之，此一工艺是将一光纤以及发光源(激光或发光二极管)分别放置于两加工基座上，并在两者之间进一步放置有一镜片，该镜片面对该发光源以及光纤的两面为曲率不同的两凸弧面，因此当脉冲光由发光源射出并经过该镜片后，原本较为发散的光线路径会因折射的关系向内收缩，而当光线由镜片的另一面射出时，该侧面的弧面可进一步将光线汇聚至光纤内部，完成此一导入光能量的过程。
另一方面，此种制作光纤用的镜片的制作方式简述如下：
首先，将一玻璃预形体放置于一上模仁及一下模仁之间，上模仁及下模仁的成形面分别具有两凹弧面，该两凹弧面的曲率即为该镜片成形后的相对两侧面的凸弧面的镜射；
将玻璃预形体放入上模仁及下模仁之间后，在上下模仁的外侧套设一套筒，接着将上模仁及下模仁压合，受挤压的玻璃预形体因此产生变形而逐渐朝向上下模仁的外侧延伸；
请参阅图9及图10所示，当玻璃预形体延伸至套筒的内壁面后，因为抵靠在套筒内壁面的缘故，会逐渐形成一平坦的安装面；但由于玻璃预形体的延伸极限，在上模仁及下模仁挤压完成后，玻璃预形体并不会完全贴合于该套筒的壁面上，例如从上视视之时，由于玻璃本身的厚度以及受挤压的力道，其由上模仁及下模仁的中间朝向套筒的内壁面延伸的程度不会完全延伸至套筒内壁面上的四个角落，因此最后加工完成后的一玻璃镜片90，其贴合到套筒内壁面的部分会形成一平坦的安装面93，但两相邻的安装面93之间会因玻璃预形体延伸性的局限而形成圆弧形或其它形状的倒角；换言之，套筒的内径尺寸、也就是最终成形后的玻璃镜片90中，两相对的安装面93之间的间隔距离(W)会大于安装面93本身沿相同方向所具有的安装面长度(W1)。
请参阅图10及图11所示，更精确地说，加工完成的镜片90，其相对两面分别为一入光面91(俗称为「A面」)以及一出光面92(俗称为「B面」)，入光面91及出光面92上分别突出成形有圆弧形的入光透镜部94及出光透镜部95，入光透镜部94具有一入光圆弧面，该入光圆弧面具有一入光光学径D1(即其径向长度)，出光透镜部95具有一出光圆弧面，该出光圆弧面具有一出光光学径D2(即其径向长度)，而现有技术中，入光光学径D1小于出光光学径D2，同时安装面93的安装面长度(W1)也小于出光光学径D2。
然而现有技术的此种制作光纤的镜片在其制作及使用时有以下几点缺点。
第一，请参阅图10及图11所示，由于镜片90在使用时是通过平坦的安装面93放置于位于发光源82及光纤83之间的平台81上，因此安装面93的面积大小决定了镜片90放置在该平台81上的稳定程度，然而，现有技术因为加工机台以及参数的限制，使安装面93的安装面长度(W1)比上两相对的安装面93之间的间隔距离的比值(W1/W)仅能维持在0.5至0.8之间，换言之，安装面93的安装面长度(W1)无法有效提高即代表了安装面93本身的面积也无法有效提升，因此现有技术的镜片90在放置于平台81上时，其稳定性较为不足；
第二，现有技术的加工结果使入光面91的入光光学径D1小于出光面92的出光光学径D2，此一特征预设的条件为入光面91与发光源82之间的距离很近，然而，小面积的入光面91在不同状况下还是有可能未能有效地将光线吸收进来，同时小面积使得使用者在装设镜片90时，装设位置上的容错率低，换言之，使用者若不慎将镜片90的位置产生装设上的偏差，则镜片90便容易因此无法导入大部分的光线而无法正确使用，亦即，现有技术的镜片90在架设时需非常小心避免其位置放错，进而提高整体安装上的时间。
第三，现有技术的镜片90在使用时，除了前述比值(W1/W)会影响到装设以及使用时的稳定度之外，安装面长度(W1)小于出光面92的出光光学径D2同样也会影响到其整体上的稳定性。
综上所述，由于光纤的制作是一种精准度要求极高的流程，因此现有技术此种容易晃动、产生安装偏差的设计有其缺陷存在。
发明内容
有鉴于现有技术的缺点及不足，本发明的目的在于提供一种耦合镜片，其重新改良玻璃镜片的结构设计，使其在提高稳定性的同时也降低安装上可能产生的误差。
为达到上述的目的，本发明所采用的技术手段为提供一种耦合镜片，其包含：
一镜片本体，该镜片本体上成形有一入光面、一出光面、四侧面及至少一安装面，该入光面及该出光面分别为该镜片本体的相对两面，该四侧面环绕设置，且任两相邻的该侧面相互垂直，各该侧面连接该入光面及该出光面的周缘，各该至少一安装面设置于其中一该侧面上，并朝向相邻的两该侧面延伸，各该至少一安装面朝向相邻的两该侧面延伸的长度定义为一安装面长度；
一入光透镜部，其突出于该镜片本体的该入光面上，并该入光透镜部具有一入光圆弧面，且该入光圆弧面的径向长度定义为一入光光学径；
一出光透镜部，其突出于该镜片本体的该出光面上，并该出光透镜部具有一出光圆弧面，且该出光圆弧面的径向长度定义为一出光光学径；
其中，该入光光学径大于该出光光学径，并且各该至少一安装面的该安装面长度亦大于该出光光学径。
本发明的优点在于，由于入光光学径大于出光光学径(且出光光学径的大小维持现有技术的尺寸)，因此当本发明在装设使用时，面对发光源的入光透镜部具有较大的收光面积，也因此当使用者在装设本发明时，较不容易发生因为装设位置不对，而使大部分的光线无法导入光纤内的状况；相反地，较大面积的入光透镜部让使用者得以较为迅速而不必担心装设误差地将本发明装设完成，因此可提高本发明在装设上的效率；另一方面，本发明设计使安装面长度大于出光光学径的长度，借此扩大了安装面的整体面积，进一步提高本发明安装完成后的稳定度。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中各该至少一安装面的该安装面长度与相对的两该侧面的间距的比值为80％以上。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中各该至少一安装面的该安装面长度与相对的两该侧面的间距的比值为85％至95％之间。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；其中，该入光间距大于该出光间距。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；其中，该入光间距等于该出光间距。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；其中，该入光间距小于该出光间距。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中任两相邻的该侧面之间进一步成形有一圆弧倒角。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中该入光光学径与该出光光学径的比值为1.0至1.6之间。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中该安装面长度与该出光光学径的比值为1.1至2.0之间。
进一步而言，前述的耦合镜片，其中各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边至该安装面相邻于该出光面的一侧边的长度定义为一安装面宽度；该镜片本体的该入光面及该出光面之间的间距定义为一本体宽度；其中该安装面宽度与该本体宽度的比值为0.85至1.0之间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是本发明的立体外观图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明装设于一基座上后的平面正视图。
图4是本发明与一发光源及一光纤的使用状态图。
图5是图4的俯视图。
图6至图8是本发明的制造流程图。
图9是现有技术的耦合镜片后视图。
图10是图9的仰视图。
图11是现有技术的耦合镜片的使用状态俯视图。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段。
请参阅图1及图2所示，本发明的耦合镜片，其包含一镜片本体10、一入光透镜部20及一出光透镜部30。
请参阅图1、图2及图3所示，镜片本体10上成形有一入光面11、一出光面12、四侧面13及至少一安装面14，入光面11及出光面12分别为镜片本体10的相对两面，该四个侧面13彼此环绕设置，且任两相邻的侧面13相互垂直，并各侧面13连接入光面11及出光面12的周缘，更精确地说，本实施例中，镜片本体10为一矩形体，并入光面11及出光面12分别为表面积较大的相对两面，而该四个侧面13则系环绕该两面11、12设置，但其形状不以此为限，镜片本体10亦可为矩形体以外的形状，例如于其它实施例中，镜片本体10可为一八角柱。
请参阅图1及图2所示，进一步而言，本实施例中，任两相邻的侧面13之间进一步成形有一圆弧倒角131，但不以此为限，两相邻的侧面13之间亦可成形有非圆弧的倒角，例如，当任两相邻的侧面13之间为直线连接时，本发明的镜片本体10即为一八角柱。
请参阅图2及图3所示，本实施例中，该至少一安装面14的数量为四个，即安装面14的数量与侧面13的数量相对应，但不以此为限，其亦可为其它数量；该四个安装面14分别设置于该四个侧面13上，并各该安装面14分别朝向相邻的两侧面13延伸，且其朝向相邻的两侧面13延伸的长度定义为一安装面长度W1，另外，两相对的侧面13之间的间隔距离定义为间隔距离W，并本实施例中，安装面长度W1与间隔距离W的比值(W1/W)为80％以上(包含80％)，并于较佳的实施例中，该比值(W1/W)为85％至95％之间，举例而言，于本发明的较佳实施例中，间隔距离W为1mm，而安装面长度W1可为0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1.0mm。
入光透镜部20突出于镜片本体10的入光面11上，并入光透镜部20具有一入光圆弧面21，该入光圆弧面21的径向长度定义为一入光光学径D1。
出光透镜部30突出于镜片本体10的出光面12上，并出光透镜部30具有一出光圆弧面31，该出光圆弧面31的径向长度定义为一出光光学径D2。
请参阅图2及图3所示，本实施例中，入光光学径D1大于出光光学径D2，并各安装面14的安装面长度W1也大于出光光学径D2，更精确地说，于较佳的实施例中，入光光学径D1与出光光学径D2的比值(D1/D2)为1.0至1.6之间，举例而言，于本发明的较佳实施例中，入光光学径D1可为0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm，而相对应的出光光学径D2则为0.5mm、0.55mm、0.6mm或0.65mm。
另一方面，本实施例中，各安装面14的安装面长度W1也大于出光光学径D2的长度，更精确地说，本发明的各安装面14的安装面长度W1与出光光学径D2的比值(W1/D2)为1.1至2.0之间，举例而言，于本发明的较佳实施例中，安装面长度W1可为0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1mm，而相对应的出光光学径D2则为0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm或0.7mm。
于其它实施例中，入光透镜部20及出光透镜部30可分别为一凸面、一平面或一凹面，其可根据使用者的需求进行调整，入光透镜部20及出光透镜部30的形状不以上述为限。
请进一步参阅图4及图5所示，本发明中，入光面11及出光面12之间的连线定义为一光轴L，而各安装面14相邻于入光面11的一侧边与入光面11之间沿光轴L的距离定义为一入光间距W3，而各安装面14相邻于出光面12的一侧边与出光面12之间沿光轴L的距离定义为一出光间距W4，于本实施例中，该入光间距W3大于该出光间距W4，但其不以此为限，于其它实施例中，入光间距W3亦可等于或小于出光间距W4，因为此一调整入光间距W3与出光间距W4的大小关系牵涉到使用者对于本发明的重力平衡、入光面11与出光面12辨识上的不同功能。
请进一步参阅图2所示，更精确地说，本发明进一步包含有一安装面宽度W2及一本体宽度W5，安装面宽度W2的定义为各安装面14相邻于入光面11的一侧边至相邻于出光面12的一侧边的长度，更精确地说，本实施例中该长度即为光轴L的延伸方向上，安装面14的宽度；另一方面，本体宽度W5的定义为镜片本体10上，入光面11及出光面12之间的间距，更精确地说，即为入光面11及出光面12沿光轴L的延伸方向上的间距；于较佳实施例中，安装面宽度W2与本体宽度W5的比值(W2/W5)为0.85至1.0之间，举例而言，安装面宽度W2可为0.39mm、0.42mm或0.46mm，而本体宽度则为0.46mm。
以下为本发明的制作流程、使用状态及其优点。
请参阅图3及图6所示，本发明的制作流程如下：首先，使用者将一玻璃预形体70放置于一上模仁84及一下模仁85之间，上模仁84及下模仁85的内侧分别具有一凹弧面86，该两凹弧面86的曲率即为镜片本体10成形后的入光面11及出光面12上突出的入光透镜部20及出光透镜部30的该两圆弧面21、31，换言之，上模仁84及下模仁85的凹弧面86的轮廓分别与入光圆弧面21及出光圆弧面31的轮廓相对应。
请参阅图6及图7所示，将玻璃预形体70放入上模仁84及下模仁85之间后，在上下模仁84、85的外侧套设一套筒87，接着将上模仁84及下模仁85压合，受挤压的玻璃预形体70便会因此产生变形而逐渐朝向上下模仁84、85的外侧延伸。
请参阅图6及图8所示，当玻璃预形体70延伸至套筒87的内壁面后，因为抵靠在套筒87内壁面的缘故，会逐渐形成平坦的安装面14，而受上下模仁84、85压合的该两面便形成入光面11及出光面12，而成形有安装面14、与套筒87的内壁面相对的该些面则成为镜片本体10的该四个侧面13。
以下为本发明的使用状态：请参阅图2、图3及图4所示，本发明在使用时，是将本发明以其中一安装面14为底面，放置于平台81上，平台81的相对两端分别设有发光源82(本实施例中为激光)以及光纤83，并放置在平台81上后，使用者可在圆弧倒角131处与平台81之间的间隙填充有黏合物88，该黏合物88可进一步强化镜片本体10装设上的稳固性，但其非必要的元件。
请进一步参阅图4及图5所示，装设完成后，使用者开启发光源82，光线由发光源82中朝向镜片本体10射出，并在通过入光面11时，因为入光透镜部20的入光圆弧面21而进行第一次折射，并在通过至出光面12时，通过出光透镜部30的出光圆弧面31而进行第二次折射，光线通过此二次折射后，便能够收合并被导入至放置于出光面12处的光纤83内，完成光纤在此一部分的加工。
以下为本发明的优点。
第一，请参阅图2及图5所示，本发明通过将入光光学径D1设计为大于出光光学径D2，因此当本发明被摆设在平台81上时，大面积的入光透镜部20可汇聚较大范围的光线，换言之，使用者在摆设本发明的位置时，即便摆设位置略为左右偏移一些，入光透镜部20还是可汇聚到较多的光线，因此提高了本发明在装设上的容错率。
第二，请参阅图2及图3所示，本发明将安装面14的安装面长度W1延长，使其大于出光圆弧面31的出光光学径D2，此一比例能够使镜片本体10放置在平台81上时较稳固地站立，达到提高放置时稳固性的优点。
第三，请参阅图4及图5所示，于本实施例中，入光间距W3大于出光间距W4，此一设计使安装面14较为靠近面积小的出光圆弧面31，更精确地说，沿光轴L方向上，安装面14的中心离出光透镜部30的距离小于安装面14的中心离入光透镜部20的距离，此一设计使重量较轻的出光透镜部30与重量较重的入光透镜部20之间达到杠杆的平衡，进而提高本发明装设上的稳固性。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。当然，本发明还可有其它多种实施例，任何熟悉本专业领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案精神及其实质的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案精神及其实质的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案和权利要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种耦合镜片，其特征在于，其包含：
一镜片本体，该镜片本体上成形有一入光面、一出光面、四侧面及至少一安装面，该入光面及该出光面分别为该镜片本体的相对两面，该四侧面环绕设置，且任两相邻的该侧面相互垂直，各该侧面连接该入光面及该出光面的周缘，各该至少一安装面设置于其中一该侧面上，并朝向相邻的两该侧面延伸，各该至少一安装面朝向相邻的两该侧面延伸的长度定义为一安装面长度；
一入光透镜部，其突出于该镜片本体的该入光面上，并该入光透镜部具有一入光圆弧面，且该入光圆弧面的径向长度定义为一入光光学径；
一出光透镜部，其突出于该镜片本体的该出光面上，并该出光透镜部具有一出光圆弧面，该出光圆弧面的径向长度定义为一出光光学径；
其中，该入光光学径大于该出光光学径，并且各该至少一安装面的该安装面长度亦大于该出光光学径。
2.根据权利要求1所述的耦合镜片，其特征在于，各该至少一安装面的该安装面长度与相对的两该侧面的间距的比值为80％以上。
3.根据权利要求2所述的耦合镜片，其特征在于，各该至少一安装面的该安装面长度与相对的两该侧面的间距的比值为85％至95％之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，
该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；
各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；
各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；
其中，该入光间距大于该出光间距。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，
该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；
各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；
各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；
其中，该入光间距等于该出光间距。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，
该入光面与该出光面的连线定义为一光轴；
各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边与该入光面之间沿该光轴的距离定义为一入光间距；
各该至少一安装面相邻于该出光面的一侧边与该出光面之间沿该光轴的距离定义为一出光间距；
其中，该入光间距小于该出光间距。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，任两相邻的该侧面之间进一步成形有一圆弧倒角。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，该入光光学径与该出光光学径的比值为1.0至1.6之间。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，该安装面长度与该出光光学径的比值为1.1至2.0之间。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合镜片，其特征在于，
各该至少一安装面相邻于该入光面的一侧边至该安装面相邻于该出光面的一侧边的长度定义为一安装面宽度；
该镜片本体的该入光面及该出光面之间的间距定义为一本体宽度；
其中该安装面宽度与该本体宽度的比值为0.85至1.0之间。
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