CN112292621A - 光学部件和光学部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
光学部件(10)具有透镜(20),该透镜(20)具有透镜面(24)和锥形形状的侧面(22),该侧面(22)从透镜面(24)的外周沿与透镜面(24)交叉的轴向延伸,其外径随着离开透镜面(24)而变大。透镜面(24)的外周的中心相对于侧面(22)的从透镜面(24)沿轴向离开的位置处的外周的中心在与轴向交叉的方向上偏移。光学部件(10)也可以还具有供透镜(20)嵌合的框体(30)。框体(30)也可以具有与透镜(20)的侧面(22)对应的锥形形状的卡合面(32)。透镜(20)也可以与框体(30)嵌合而在绕轴向的周向上被定位。
Description
技术领域
本发明涉及光学部件和光学部件的制造方法。
背景技术
提出了使用基于喷墨方式的三维印刷技术来制造透镜等光学部件的方法(例如,参照专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2015-515937号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将制造的光学部件组装于产品的光学系统时,优选能够相对于光学系统容易地对准。
本发明是在这样的状况下完成的,提供容易对准的光学部件。
用于解决课题的手段
本发明的某一方式为光学部件,其具有透镜,该透镜具有透镜面和锥形形状的侧面,该侧面从透镜面的外周沿与透镜面交叉的轴向延伸并且外径随着离开透镜面而变大。透镜面的外周的中心相对于侧面的从透镜面沿轴向离开的位置处的外周的中心在与轴向交叉的方向上偏移。
本发明的另一方式也是光学部件。该光学部件具有透镜,该透镜具有透镜面和锥形形状的侧面,该侧面从透镜面的外周沿与透镜面交叉的轴向延伸并且外径随着离开透镜面而变大。侧面在绕轴向的周向上不同的位置处,相对于与轴向垂直的平面的倾斜角不同。
本发明的又一方式为光学部件的制造方法。
该方法进行如下步骤:使固化层层叠在基准平面上而形成透镜,该固化层通过向从造型头排出的光固化性材料的光照射而形成,该透镜包含外径随着从基准平面沿轴向离开而变小的锥形形状的侧面、和外周由侧面的边缘限定的透镜面,透镜面的外周的中心相对于基准平面上的侧面的外周的中心在沿着基准平面的方向上偏移。
另外,以上构成要素的任意组合、以及在方法、装置、系统等之间转换本发明的表现而得到的方式作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明的某一方式,能够提供容易对准的光学部件。
附图说明
图1是概略性地示出某个实施例的光学部件的结构的剖视图。
图2是示出图1的透镜的构造的立体图。
图3是示出图1的透镜的构造的俯视图。
图4是示意性地示出图1的透镜的制造工序的图。
图5是示出图1的光学部件的组装工序的图。
图6是概略性地示出比较例中的光学部件的结构的剖视图。
图7是概略性地示出另一实施例的光学部件的结构的剖视图。
图8是示出图7的透镜的制造工序的图。
图9是示出图7的透镜的制造工序的图。
图10是示出图7的透镜的制造工序的图。
具体实施方式
以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行详细的说明。另外,在附图的说明中,对相同的要素标注相同的标号,适当省略重复的说明。另外,以下所述的结构是例示的,对本发明的范围没有任何限定。
图1是概略性地示出某个实施例的光学部件10的结构的剖视图。光学部件10具有透镜20和框体30。光学部件10可以组装在包含透镜等折射型光学元件或反射镜等反射型光学元件的任意光学系统中来使用。
光学部件10为了在光学系统内实现所期望的光学特性,需要相对于光学系统的光轴A正确地对准。具体而言,需要在沿着光轴A的轴向、与光轴A垂直的径向以及绕光轴A的周向上进行定位。在本实施例中,使透镜20的侧面22为关于光轴A旋转非对称的形状,并且使框体30的卡合面32为与透镜20的侧面22对应的旋转非对称的形状。其结果为,如果将框体30相对于光轴A正确地定位,则只要使透镜20嵌合于框体30,就能完成透镜20的对准。根据本实施例,能够简化透镜20的对准工序。
在附图中,将沿着光轴A的方向设为z方向,将与z方向垂直的方向设为x方向和y方向。图1示出了光学部件10沿yz平面的剖面。
透镜20具有侧面22、透镜面24以及端面26。侧面22具有外径随着从端面26沿轴向离开而变小的锥形形状。反言之,侧面22具有外径随着离开透镜面24而变大的锥形形状。侧面22为关于光轴A旋转非对称的形状,相对于端面26的倾斜角(例如角度θ1、θ2)根据周向的位置而不同。在图1的剖面中,侧面22在点P处相对于端面26的第一倾斜角θ1大于侧面22在点Q处相对于端面26的第二倾斜角θ2。
侧面22相对于端面26的倾斜角没有特别限定,例如可以为65度以上且80度以下。另外,侧面22相对于端面26的倾斜角的最大值与最小值之差也没有特别限定,例如可以为1度以上且15度以下。在一例中,侧面22相对于端面26的倾斜角的最大值(例如θ1)为80度,侧面22相对于端面26的倾斜角的最小值(例如θ2)为65度。
透镜面24位于锥形形状的侧面22的一端,其外周由侧面22的边缘23限定。透镜面24由凸曲面或凹曲面等任意的曲面形状构成。透镜面24可以为关于光轴A旋转对称的形状,也可以为关于光轴A旋转非对称的形状。透镜面24也可以是x方向和y方向的曲率不同的曲面,例如,也可以是双锥面等自由曲面。在图示的例子中,透镜面24的中心25位于光轴A上。在变形例中,透镜面24的中心25也可以偏离光轴A。即,透镜面24也可以相对于光轴A偏心。另外,在透镜面24与光轴A的交点处,透镜面24可以与光轴A垂直,也可以不垂直。
端面26位于锥形形状的侧面22的另一端,在轴向上与透镜面24对置。端面26与透镜面24不同,是平坦面。端面26与光轴A垂直,也可以称为基准平面。端面26的中心27偏离光轴A,在沿着端面26的方向(例如y方向)上与光轴A相距距离d。因此,端面26的中心27从透镜面24的中心25在沿着端面26的方向上偏移。另外,在从透镜面24沿轴向离开的任意的位置处,侧面22的外周的中心相对于透镜面24的外周的中心在径向上偏移。
图2是示出图1的透镜20的构造的立体图,图3是示出图1的透镜20的构造的俯视图。如图示那样,透镜面24的外周的边缘23呈圆形状,端面26的外周也呈圆形状。侧面22将透镜面24的外周与端面26的外周之间连接。侧面22从透镜面24的外周的边缘23朝向端面26的外周延伸,具有接近圆锥的侧面的形状。透镜面24的中心25偏离端面26的中心27。透镜面24的中心25与端面26的中心27之间的距离d例如为侧面22的外径D的1%以上且30%以下。
返回到图1,框体30具有卡合面32、第一开口34以及第二开口36。卡合面32是与透镜20的侧面22直接接触来支承透镜20的支承面,具有与透镜20的侧面22对应的锥形形状。因此,框体30的卡合面32与透镜20的侧面22同样地呈关于光轴A旋转非对称的形状。卡合面32从第一开口34朝向第二开口36沿轴向延伸。
第一开口34位于锥形形状的卡合面32的一端。第一开口34是为了使向固定于框体30的透镜20的透镜面24入射的入射光或来自透镜面24的出射光通过而设置的。第一开口34的形状没有特别限制,例如可以为圆形状。第一开口34的开口直径小于透镜20的透镜面24的外周的边缘23的开口直径。通过使第一开口34的开口直径比透镜面24的外径小,能够在将透镜20收纳在第一开口34的内侧的状态下固定透镜20。另外,在变形例中,也可以是第一开口34的开口直径比透镜面24的外径大。在该情况下,能够在透镜20从第一开口34沿轴向突出的状态下固定透镜20。
第二开口36位于锥形形状的卡合面32的另一端。第二开口36是为了使来自固定在框体30上的透镜20的端面26的出射光或向端面26入射的入射光通过而设置的。第二开口36的形状没有特别限制,例如可以为圆形状。第二开口36比透镜面24的外径大且比透镜20的外径D小。通过使第二开口36的开口直径比透镜20的端面26的外径D小,能够在透镜20从框体30沿轴向突出的状态下固定透镜20。其结果为,在使透镜20嵌合于框体30时,能够持续保持透镜20的侧面22,能够不接触透镜面24或端面26地将透镜20固定于框体30。
接着,对光学部件10的制造方法进行说明。图4是示意性地示出图1的透镜20的制造工序的图。透镜20可以使用喷墨方式的三维印刷(所谓的3D打印)技术来制造。透镜20是通过在具有基准平面16的基材14上层叠多个固化层52而形成的。
固化层52是通过向从造型头40排出的光固化性材料50照射紫外光等固化光46而形成的。造型头40具有排出光固化性材料50的排出部42和对排出的光固化性材料50照射固化光46的照射部44。通过使造型头40在基准平面16上沿箭头S的方向进行扫描,将光固化性材料50排出至应形成透镜20的部位,并照射固化光46使光固化性材料50固化,从而形成固化层52。此时,通过使透镜20的侧面22相对于基准平面16的倾斜角(例如θ1、θ2)为65度以上且80度以下,能够高精度地层叠固化层52。通过层叠这样形成的多个固化层52而形成透镜20。
透镜20的层叠方向(高度方向)与透镜20的轴向对应。另外,层叠透镜20的基准平面16也可以说是由与透镜20的轴向垂直的径向和周向定义的平面。
接下来,形成框体30,该框体30具有与透镜20的侧面22对应的锥形形状的卡合面32。框体30与透镜20同样地可以使用喷墨方式的三维印刷技术来制造。框体30也可以用与3D打印不同的方法制造。
图5是示意性地示出图1的光学部件10的组装工序的图。首先,将框体30相对于组装有透镜20的光学系统的光轴A定位并固定。接着,如箭头B所示,将透镜20插入框体30。由于透镜20的侧面22和框体30的卡合面32分别呈旋转非对称的形状,因此如果不使透镜20和框体30绕光轴A的周向的朝向一致,则无法将透镜20牢固地固定在框体30中。反言之,若使透镜20相对于框体30正好嵌合,则透镜20的周向的朝向和轴向的位置被确定,透镜20的对准完成。
图6是示意性地示出比较例中的光学部件90的结构的剖视图。在比较例中,透镜92的侧面和框体94的卡合面成为关于光轴A旋转对称的形状。即,无论绕光轴A的周向的位置如何,透镜92的侧面的倾斜角θ均相同。因此,即使使透镜92嵌合于框体94,透镜92也能够相对于框体94沿周向(R方向)旋转。因此,透镜92的周向的朝向未被确定,需要另外设置用于进行周向的定位的调整工序。另外,在确定透镜92的位置后,为了固定透镜92而需要使用粘接剂、或者另外安装固定用部件。
另一方面,根据图1所示的本实施例,仅通过使透镜20嵌合于框体30,就能够将透镜20在轴向和周向上定位。另外,由于透镜20沿绕光轴A的周向的旋转被框体30限制,因此不需要在使透镜20与框体30嵌合之后使用粘接剂或固定用部件来固定透镜20。因此,根据本实施例,能够简化透镜20的对准工序。
在本实施例中,着眼于在使用3D打印技术制造透镜20时必然产生的侧面22的锥形形状。在使用3D打印技术的情况下,难以将透镜20的侧面22相对于基准平面16高精度地垂直形成,从而侧面22会倾斜。本发明人着眼于这样的倾斜的侧面22,使侧面22成为旋转非对称的形状,形成在框体30嵌合时无法旋转的形状的透镜20。根据本实施例,仅通过使透镜面24的中心25的位置与端面26的中心27的位置相互错开,就能够形成这样的旋转非对称的形状的侧面22。因此,能够在使对一般的旋转对称形状的透镜的设计变更为最小限度的同时,实现旋转非对称的形状的透镜20。另外,由于不需要用于形成为旋转非对称的形状的突起形状或切口形状,因此能够防止透镜20的形状的复杂化。由此,能够放宽透镜20的制造条件,能够更简单地制造透镜20。
根据本实施例,通过使透镜面24的中心25与端面26的中心27之间的距离d为透镜20的外径D的1%以上,能够适当地防止与框体30嵌合的透镜20的旋转。另外,通过使透镜面24的中心25与端面26的中心27之间的距离d为透镜20的外径D的30%以下,能够防止端面26的外径相对于透镜面24的外径变得过大。即,能够防止透镜20过度大型化。
图7是概略性地示出另一实施例的光学部件110的结构的剖视图。光学部件110具有透镜120和框体130。在本实施例中,在透镜120具有第一透镜部分121a和第二透镜部分121b,且具有两个透镜面(第一透镜面124a和第二透镜面124b)这一点上与上述的实施方式不同。以下,以与上述实施例的不同点为中心进行说明。
透镜120具有锥形形状的侧面122、第一透镜面124a以及第二透镜面124b。侧面122包含第一锥形部122a和第二锥形部122b。第一锥形部122a的外径随着从基准平面126向沿着光轴A的第一方向(+z方向)离开而变小。第二锥形部122b的外径随着从基准平面126向沿着光轴A的与第一方向相反的第二方向(-z方向)离开而变小。基准平面126是第一锥形部122a与第二锥形部122b之间的边界面,位于透镜120的外径为最大值D的部位。基准平面126也可以说是第一透镜部分121a与第二透镜部分121b的接合面。基准平面126是与光轴A垂直的平面。
第一透镜面124a的外周由第一锥形部122a的边缘123a(也称为第一边缘)限定。第一透镜面124a由凸曲面构成。第一透镜面124a的中心125a位于光轴A上。第二透镜面124b的外周由第二锥形部122b的边缘(也称为第二边缘)123b限定。第二透镜面124b由凹曲面构成。第二透镜面124b的中心125b位于光轴A上。因此,第一透镜面124a和第二透镜面124b的中心125a、125b在沿着基准平面126的方向上的位置一致。
透镜120具有成为第一锥形部122a与第二锥形部122b的边界的边缘(也称为第三边缘)123c。第三边缘123c位于透镜120的外径为最大的部位。由该第3边缘123c限定的外周的中心127偏离光轴A。因此,透镜120的外周的中心127从第一透镜面124a和第二透镜面124b的中心125a、125b在沿着基准平面126的方向上偏移距离d。透镜120的外周的中心127的偏移量d例如能够为透镜120的外径D的1%以上且30%以下。
第一锥形部122a具有关于光轴A旋转非对称的形状。即,第一锥形部122a相对于基准平面126的倾斜角(例如θ1、θ2)根据周向的位置而不同。另一方面,第二锥形部122b具有关于光轴A旋转对称的形状。即,无论周向的位置如何,第二锥形部122b相对于基准平面126的倾斜角(例如θ3)均相同。另外,在变形例中,第二锥形部122b也可以具有关于光轴A旋转非对称的形状。即,第二锥形部122b相对于基准平面126的倾斜角可以根据周向的位置而不同。
框体130具有卡合面132、第一开口134以及第二开口136。卡合面132具有与透镜120的第一锥形部122a对应的锥形形状。卡合面132与第一锥形部122a直接接触而支承透镜120。第一开口134是为了使向固定于框体130的透镜120的第一透镜面124a入射的入射光或来自第一透镜面124a的出射光通过而设置的。第一开口134的开口直径小于第一透镜面124a的外周的第一边缘123a的开口直径。第二开口136是为了使来自固定于框体130的透镜120的第二透镜面124b的出射光或向第二透镜面124b入射的入射光通过而设置的。第二开口136的开口直径比透镜120的外径D大。另外,在变形例中,第一开口134也可以比第一透镜面124a的外径大。另外,第二开口136的开口直径也可以比透镜120的外径D小。
透镜120以透镜120的一部分从框体130沿光轴A的方向突出的状态与框体130嵌合。另外,在变形例中,透镜120也可以以不从框体130沿光轴A的方向突出的状态与框体130嵌合。即,也可以是,第二透镜面124b位于比框体130的第二开口136靠内侧的位置。
接着,对光学部件110的制造方法进行说明。图8~图10是示出图7的透镜120的制造工序的图。首先,如图8所示,形成具有第一锥形部122a和第一透镜面124a的第一透镜部分121a。第一透镜部分121a与上述实施例同样地能够使用喷墨方式的三维印刷技术来制造,是通过在基材14的基准平面16上层叠多个固化层151而形成的。
接下来,准备图9所示的固定工具160。固定工具160是用于将图8的工序中形成的第一透镜部分121a暂时固定的部件,具有与第一锥形部122a的形状对应的支承面162。固定工具160与第一透镜部分121a同样地能够使用3D打印技术来制造。固定工具160可以具有与上述框体130相同的形状,也可以将框体130用作固定工具160。
接着,使第一透镜部分121a与固定工具160嵌合来固定第一透镜部分121a。此时,在第一透镜部分121a的底面(基准平面126)为水平的状态下固定第一透镜部分121a。
接下来,如图10所示,在第一透镜部分121a的底面(基准平面126)上层叠固化层152而形成透镜120的第二透镜部分121b。第二透镜部分121b是具有第二锥形部122b和第二透镜面124b的部分。这样,通过将第一透镜部分121a和第二透镜部分121b一体地形成,完成图7所示的透镜120。然后,通过使透镜120嵌合于框体130,完成图7所示的光学部件110。
根据本实施例,与上述实施例同样地能够相对于光轴A容易地对准透镜120。另外,通过一方面将与框体130嵌合的第一锥形部122a形成为旋转非对称的形状,另一方面将不与框体130嵌合的第二锥形部122b形成为旋转对称的形状,能够降低制造透镜120所花费的材料和成本。即,通过将第二锥形部122b形成为旋转非对称的形状,能够节约额外需要的部分。
另外,在本实施例中,两个透镜面124a、124b的形状不限于凸曲面与凹曲面的组合。两个透镜面124a、124b各自的形状是任意的,可以使双方为凸曲面,也可以使双方为凹曲面。此外,也可以使两个透镜面124a、124b的至少一方为平面。在使两个透镜面124a、124b的至少一方为平面的情况下,可以是与光轴A垂直的平面,也可以是相对于光轴A倾斜地交叉的倾斜面。在两个透镜面124a、124b双方为倾斜面的情况下,透镜120也可以不是所谓的透镜,而作为平行平板发挥作用。因此,上述透镜也可以替换为光学元件。
以上,参照上述的各实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不限于上述的各实施方式,将各实施方式的结构适当组合或置换后的结构也包含在本发明中。另外,也可以基于本领域技术人员的知识对各实施方式中的组合或处理的顺序进行适当的重组或对实施方式施加各种设计变更等变形,施加了那样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
在上述的实施例中,示出了透镜面24、端面26、第一透镜面124a、第二透镜面124b的外周为圆形的情况。在变形例中,它们的外周可以不为圆形,可以为椭圆形或多边形,可以为三角形、长方形、正方形、平行四边形、六边形、八边形等,也可以是不限于这些的任意形状。例如,也可以是透镜面24和端面26的外周的一方为圆形,透镜面24和端面26的外周的另一方为圆形以外的形状,例如为椭圆形或多边形。另外,作为透镜面或端面的外周的中心位置,可以使用由透镜面或端面的外周包围的任意形状的几何中心或重心的位置。另外,透镜面或端面的外周的中心位置也可以是沿与轴向垂直的径向延伸的直线与外周的两个交点的中间点。
在上述实施例中,示出了使透镜20、120的轴向(高度方向)与组装有透镜20、120的光学系统的光轴A一致地使用的情况。在变形例中,组装有透镜20、120的光学系统的光轴A与透镜20、120的轴向也可以不一致。例如,也可以以透镜20、120的轴向相对于组装有透镜20、120的光学系统的光轴A倾斜地交叉的方式使用透镜20、120。另外,也可以以使透镜面24、124a、124b的中心与光学系统的光轴A一致的方式对中地使用透镜20、120,也可以以使透镜面24、124a、124b的中心从光学系统的光轴A沿径向偏移的方式偏心地使用透镜20、120。
标号说明
10:光学部件;20:透镜;22:侧面;23:边缘;24:透镜面;26:端面;30:框体;32:卡合面;110:光学部件;120:透镜;121a:第一透镜部分;121b:第二透镜部分;122:侧面;122a:第一锥形部;122b:第二锥形部;124a:第一透镜面;124b:第二透镜面;126:基准平面;130:框体;132:卡合面。
产业上的可利用性
本发明能够用作透镜等光学部件。
Claims (11)
1.一种光学部件,其特征在于,
该光学部件具有透镜,该透镜具有透镜面和锥形形状的侧面,该侧面从所述透镜面的外周沿与所述透镜面交叉的轴向延伸并且外径随着离开所述透镜面而变大,
所述透镜面的外周的中心相对于所述侧面的从所述透镜面沿所述轴向离开的位置处的外周的中心在与所述轴向交叉的方向上偏移。
2.根据权利要求1所述的光学部件,其特征在于,
所述透镜面的外周的中心相对于所述侧面的从所述透镜面沿所述轴向离开的位置处的外周的中心,在与所述轴向交叉的方向上偏移所述侧面的从所述透镜面沿所述轴向离开的所述位置处的外径的1%以上且30%以下的距离。
3.一种光学部件,其特征在于,
该光学部件具有透镜,该透镜具有透镜面和锥形形状的侧面,该侧面从所述透镜面的外周沿与所述透镜面交叉的轴向延伸并且外径随着离开所述透镜面而变大,
所述侧面在绕所述轴向的周向上不同的位置处,相对于与所述轴向垂直的平面的倾斜角不同。
4.根据权利要求3所述的光学部件,其特征在于,
所述透镜的侧面相对于与所述轴向垂直的平面的倾斜角为65度以上且80度以下,所述倾斜角的最大值与最小值之差为1度以上且15度以下。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光学部件,其特征在于,
该光学部件还具有框体,该框体具有与所述透镜的侧面对应的锥形形状的卡合面并供所述透镜嵌合,
所述透镜与所述框体嵌合而在绕所述轴向的周向上被定位。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的光学部件,其特征在于,
所述透镜具有与所述轴向垂直的端面,所述侧面将所述端面的外周与所述透镜面的外周之间连接。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的光学部件,其特征在于,
所述透镜的侧面包含:第一锥形部,其外径随着从与所述轴向垂直的基准平面向沿着所述轴向的第一方向离开而变小;以及第二锥形部,其外径随着从所述基准平面沿与所述第一方向相反的第二方向离开而变小,
所述透镜面包含:第一透镜面,其外周由所述第一锥形部的位于从所述基准平面沿所述第一方向离开的位置的第一边缘限定;以及第二透镜面,其外周由所述第二锥形部的位于从所述基准平面沿所述第二方向离开的位置的第二边缘限定。
8.一种光学部件的制造方法,其特征在于,
该光学部件的制造方法进行如下步骤:
使固化层层叠在基准平面上而形成透镜,该固化层通过向从造型头排出的光固化性材料照射光而形成,该透镜包含外径随着从所述基准平面沿轴向离开而变小的锥形形状的侧面、和外周由所述侧面的边缘限定的透镜面,所述透镜面的外周的中心相对于所述侧面在所述基准平面上的外周的中心在沿着所述基准平面的方向上偏移。
9.根据权利要求8所述的光学部件的制造方法,其特征在于,
该光学部件的制造方法具有如下步骤:
使所述固化层层叠在所述基准平面上而形成第一透镜部分,该第一透镜部分包含外径随着从所述基准平面沿轴向离开而变小的第一锥形部、和外周由所述第一锥形部的边缘限定的第一透镜面;
使所述第一透镜部分上下翻转并固定;以及
使所述固化层层叠在所述第一锥形部的底面上而形成第二透镜部分,该第二透镜部分包含外径随着从所述底面沿轴向离开而变小的第二锥形部、和外周由所述第二锥形部的边缘限定的第二透镜面。
10.根据权利要求9所述的光学部件的制造方法,其特征在于,
将所述第一透镜部分固定的步骤包含如下步骤:使所述第一透镜部分嵌合于具有与所述第一锥形部对应的形状的卡合面的固定工具。
11.根据权利要求10所述的光学部件的制造方法,其特征在于,
该光学部件的制造方法还具有如下步骤:
层叠所述固化层而形成所述固定工具。
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