CN112394427B - 光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法，其中该光学透镜包括一绕一轴向螺旋的螺旋面及一被该螺旋面旋绕的中间结构，该中间结构相对于该螺旋面朝其中一侧轴向延伸，该螺旋面绕行而形成一阶差。该成型模具与该光学透镜的结构相应互补。该成型模具的制造方法包括以下步骤：提供一基体，该基体包括一加工面；于该加工面加工形成该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差。本发明提供的光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法，其结构简单、制程简单、光束均匀分散、加工精密度佳且利于微小化。

Description

光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法。
背景技术
光纤通讯具有传输效率佳、可抵抗电磁干扰及稳定性高等优点。光纤根据传输方式可分为单模光纤及多模光纤，其中多模光纤的直径远大于光束的波长，因而允许不同波长和相位的光束沿光纤的周壁不停地反射传输，于长距离传输后会产生不同模式之间的传播速度差，造成模态色散及光纤中心的光通量过高的问题，进而限制了传输距离。
为解决前述的问题，一般会利用涡旋相位板使通过的光束转换为涡旋光束，避免光强度集中于光纤的中央部分。然而，涡旋相位板不易于制造，且习知的光通讯模组需要组装多个光学元件以完成光路的布置，各该光学元件的设置位置些微的偏差都大幅影响光路的传输路径，难以准确对位、加工不易且品质不一，进而导致传输效果不佳。
因此，有必要提供一种新颖且具有进步性的光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法，其结构简单、制程简单、光束均匀分散、加工精密度佳且利于微小化。
为达成上述目的，本发明提供一种光学透镜，包括一绕一轴向螺旋的螺旋面及一被该螺旋面旋绕的中间结构，该中间结构相对于该螺旋面朝其中一侧轴向延伸，该螺旋面绕行而形成一阶差。
优选地，该中间结构为一凹孔，该凹孔的孔底缘的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
优选地，该中间结构与该螺旋面之间具有一弧导面，该弧导面的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
优选地，该阶差为大于等于5μm且小于等于20μm。
优选地，该中间结构包括一周壁，该周壁相对于该光学透镜的轴向成一倾斜角，该倾斜角为大于等于1度且小于等于20度。
优选地，定义一垂直于该光学透镜的轴向的参考平面，该弧导面的一外缘的切线方向与该参考平面界定一第一夹角，该螺旋面的一外缘的切线方向与该参考平面界定一第二夹角，该第一夹角大于该第二夹角。
优选地，该第一夹角不小于17.0度，该第二夹角不小于0.70度。
为达成上述目的，本发明另提供一种用于制造如上所述的光学透镜的成型模具，包括一绕一轴向螺旋的螺旋面及一被该螺旋面旋绕的中间结构，该成型模具的中间结构相对于该成型模具的螺旋面朝其中一侧轴向延伸，该成型模具的螺旋面绕行而形成一阶差，该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差分别与该光学透镜的螺旋面、中间结构及阶差为相对互补。
优选地，该成型模具的中间结构为一凸柱，该凸柱的端面的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
优选地，该成型模具的中间结构与该成型模具的螺旋面之间具有一弧导面，该成型模具的弧导面的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
优选地，该成型模具的阶差为大于等于5μm且小于等于20μm。
优选地，该成型模具的中间结构包括一周壁，该成型模具的周壁相对于该成型模具的轴向成一大于等于1度且小于等于20度的倾斜角。
优选地，定义一垂直于该成型模具的轴向的基准平面，该成型模具的弧导面的一外缘的切线方向与该基准平面界定一第一夹角，该成型模具的螺旋面的一外缘的切线方向与该基准平面界定一第二夹角，该成型模具的第一夹角大于该成型模具的第二夹角。
优选地，该成型模具的第一夹角不小于17.0度，该成型模具的第二夹角不小于0.70度。
为达成上述目的，本发明另提供一种用于制造如上所述的成型模具的制造方法，包括以下步骤：提供一基体，该基体包括一加工面；于该加工面加工形成该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差。
优选地，是以一刀具切削该加工面而形成该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差，该刀具于该基体上相对的切削路径为螺旋地绕该基体的一轴向。
优选地，该刀具的各切削路径是由外而内螺旋地绕该基体的轴向切削该加工面。
优选地，是选用刀刃相对二侧具有相异弧角的刀具，且以该刀具的刀刃具有相对较小弧角的一侧朝内的配置方式切削该加工面。
优选地，所选用的该刀具的刀刃二侧的弧角分别具有小于等于1μm的弧角半径及大于1μm且小于等于5μm的弧角半径。
优选地，该刀具的各切削路径为自该基体的一相对高位由浅而深地旋绕该基体的轴向，再自该基体的一相对低位延伸回该基体的相对高位。
本发明的优点在于：
本发明提供的光学透镜、光学透镜成型模具及其制造方法，其结构简单、制程简单、光束均匀分散、加工精密度佳且利于微小化。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的成型模具的立体图。
图2为本发明一较佳实施例的成型模具的局部放大图。
图3为本发明一较佳实施例的刀具的示意图。
图4为本发明一较佳实施例的刀具的局部放大图。
图5为本发明一较佳实施例制造该成型模具的示意图。
图6为本发明一较佳实施例的光学透镜的示意图。
图7为本发明一较佳实施例的光学透镜的局部放大图。
图8为本发明一较佳实施例的光学透镜所产生的光束均匀分散涡旋效果的示意图。
具体实施方式
以下仅以实施例说明本发明可能的实施态样，然并非用以限制本发明所欲保护的范畴，合先叙明。
请参考图1至5，其显示本发明的一较佳实施例的用于制造如下所述的光学透镜的成型模具2，其包括一绕一轴向21螺旋的螺旋面22及一被该螺旋面22旋绕的中间结构23，该成型模具2的中间结构23相对于该成型模具2的螺旋面22朝其中一侧轴向延伸，该成型模具2的螺旋面22绕行而形成一阶差24。
在本实施例中，该成型模具2的中间结构23为一凸柱，该凸柱的端面的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm；该成型模具2的中间结构23与该成型模具2的螺旋面22之间具有一弧导面25，该成型模具2的弧导面25的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm；该成型模具2的阶差24为大于等于5μm且小于等于20μm；该成型模具2的中间结构23包括一周壁231，该成型模具2的周壁231相对于该成型模具2的轴向21成一大于等于1度且小于等于20度的倾斜角θ4；定义一垂直于该成型模具2的轴向21的基准平面P2，该成型模具2的弧导面25的一外缘的切线方向T3与该基准平面P2界定一第一夹角θ5，该成型模具2的螺旋面22的一外缘的切线方向T4与该基准平面P2界定一第二夹角θ6，该成型模具2的第一夹角θ5大于该成型模具2的第二夹角θ6，该成型模具2的第一夹角θ5不小于17.0度，该成型模具2的第二夹角θ6不小于0.70度，较佳地，该第一夹角θ5约为17.2度，该第二夹角θ6约为0.72度。
请参考图6至7，其显示本发明的一较佳实施例的光学透镜1，其包括一绕一轴向11螺旋的螺旋面12及一被该螺旋面12旋绕的中间结构13，该中间结构13相对于该螺旋面12朝其中一侧轴向延伸，该螺旋面12绕行而形成一阶差14。其中，该成型模具2的螺旋面22、中间结构23及阶差24分别与该光学透镜1的螺旋面12、中间结构13及阶差14为相对互补。
在本实施例中，该中间结构13为一凹孔(盲孔或穿孔)，该凹孔的孔底缘的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm；该中间结构13与该螺旋面12之间具有一弧导面15，该弧导面15的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm；该阶差14为大于等于5微米(μm)且小于等于20μm；该中间结构13包括一周壁131，该周壁131相对于该光学透镜1的轴向11成一倾斜角θ1，该倾斜角θ1为大于等于1度且小于等于20度；定义一垂直于该光学透镜1的轴向11的参考平面P1，该弧导面15的一外缘的切线方向T1与该参考平面P1界定一第一夹角θ2，该螺旋面12的一外缘的切线方向T2与该参考平面P1界定一第二夹角θ3，该第一夹角θ2大于该第二夹角θ3，该第一夹角θ2不小于17.0度，该第二夹角θ3不小于0.70度，较佳地，该第一夹角θ2约为17.2度，该第二夹角θ3约为0.72度。
该光学透镜1与该成型模具2在结构上为互补。例如，该光学透镜1的中间结构13为一凹孔，该成型模具2的中间结构23为一凸柱，可理解的是，该光学透镜1的中间结构13若为一凸柱，则该成型模具2的中间结构23为一凹孔。
请再参考图1至5，本发明另提供一种用于制造如上所述的成型模具2的制造方法，包括以下步骤：提供一基体3，该基体3包括一加工面31；于该加工面31加工形成该成型模具2的螺旋面22、中间结构23及阶差24。依据不同需求，可于该基体3上形成复数成型模穴，可供一次制造多个光学透镜。较佳地，任相邻二该成型模穴之间的一间隙为小于等于0.01mm，借此，所制得的各光学透镜的涡旋光束不相干涉。
在本实施例中，是以一刀具4切削该加工面31而形成该成型模具2的螺旋面22、中间结构23及阶差24，该刀具4于该基体3上相对的切削路径S为螺旋地绕该基体3的一轴向32。切削时，该刀具4可为固定而旋转该基体3，或该基体3可为固定而旋转该刀具4，或该刀具4及该基体3同时配合转动亦可，只要可沿预设切削路径S切削该加工面31即可。详细说，该刀具4的各切削路径S为自该基体3的一相对高位由浅而深地旋绕该基体3的轴向，再自该基体3的一相对低位延伸回该基体3的相对高位。该刀具4是由外而内(亦可由内而外)螺旋地绕该基体3的轴向切削该加工面31。其中，选用刀刃相对二侧具有相异弧角41,42的刀具4，且以该刀具4的刀刃具有相对较小弧角41的一侧朝内的配置方式切削该加工面31。较佳地，所选用的该刀具4的刀刃二侧的弧角41,42分别具有小于等于1μm的弧角半径及大于1μm且小于等于5μm的弧角半径。
另外说明的是，上述各结构的尺度条件，有利于该光束均匀分散涡旋，另允许在最佳精密度条件下加工(例如使用钻石刀具)用于成型该光学透镜的模具，使该模具易于被加工制造、拔模顺畅(因该倾斜角)。在以钻石刀具加工该用于成型该光学透镜的模具的一实施例中，考量到加工至靠近模具中心时会有加工极限，该钻石刀具靠近该模具中心的一侧被建构成具有较其相对侧还小的刀刃弧角半径，能将加工产生的自然弧角半径降低至1μm以下，有利加工精密度及产品微小化。该模具的凹孔例如是以雷射加工而成，然亦可以其他加工方式制成。
请参考图8，其显示本发明的光学透镜所产生的光束均匀分散涡旋效果。图8清楚显示出，由于该光学透镜的螺旋面的作用，光线被螺旋地均匀分散，且由于该光学透镜的中间结构(例如凹孔或凸柱)的作用，光线被均匀分散环绕于该中间结构的外围，可避免光束过度集中于中央部分，有效解决模态色散及光纤中心的光通量过高而限制了传输距离的问题。其中，通过该涡旋透镜的直径、螺旋面的角度、中间结构的尺寸、阶差的尺寸等条件的各种不同数值组合，可获得不同的光学效果。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围的内。

Claims (17)

1.一种光学透镜，其特征在于，包括一绕一轴向螺旋的螺旋面及一被该螺旋面旋绕的中间结构，该中间结构相对于该螺旋面朝其中一侧轴向延伸，该螺旋面绕行而形成一阶差，该中间结构包括一周壁，该周壁相对于该光学透镜的轴向成一倾斜角，该倾斜角为大于等于1度且小于等于20度。
2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，该中间结构为一凹孔，该凹孔的孔底缘的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
3.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，该中间结构与该螺旋面之间具有一弧导面，该弧导面的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
4.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，该阶差为大于等于5μm且小于等于20μm。
5.如权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，定义一垂直于该光学透镜的轴向的参考平面，该弧导面的一外缘的切线方向与该参考平面界定一第一夹角，该螺旋面的一外缘的切线方向与该参考平面界定一第二夹角，该第一夹角大于该第二夹角。
6.如权利要求5所述的光学透镜，其特征在于，该第一夹角不小于17.0度，该第二夹角不小于0.70度。
7.一种用于制造如权利要求1至6任一项所述的光学透镜的成型模具，其特征在于，包括一绕一轴向螺旋的螺旋面及一被该螺旋面旋绕的中间结构，该成型模具的中间结构相对于该成型模具的螺旋面朝其中一侧轴向延伸，该成型模具的螺旋面绕行而形成一阶差，该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差分别与该光学透镜的螺旋面、中间结构及阶差为相对互补，该成型模具的中间结构包括一周壁，该成型模具的周壁相对于该成型模具的轴向成一大于等于1度且小于等于20度的倾斜角。
8.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，该成型模具的中间结构为一凸柱，该凸柱的端面的直径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
9.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，该成型模具的中间结构与该成型模具的螺旋面之间具有一弧导面，该成型模具的弧导面的弧半径为大于等于0.001mm且小于等于0.02mm。
10.如权利要求7所述的成型模具，其特征在于，该成型模具的阶差为大于等于5μm且小于等于20μm。
11.如权利要求9所述的成型模具，其特征在于，定义一垂直于该成型模具的轴向的基准平面，该成型模具的弧导面的一外缘的切线方向与该基准平面界定一第一夹角，该成型模具的螺旋面的一外缘的切线方向与该基准平面界定一第二夹角，该成型模具的第一夹角大于该成型模具的第二夹角。
12.如权利要求11所述的成型模具，其特征在于，该成型模具的第一夹角不小于17.0度，该成型模具的第二夹角不小于0.70度。
13.一种用于制造如权利要求7所述的成型模具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一基体，该基体包括一加工面；
于该加工面加工形成该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差，其中是以一刀具切削该加工面而形成该成型模具的螺旋面、中间结构及阶差，其中是选用刀刃相对二侧具有相异弧角的刀具，且以该刀具的刀刃具有相对较小弧角的一侧朝内的配置方式切削该加工面。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，该刀具于该基体上相对的切削路径为螺旋地绕该基体的一轴向。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，该刀具的各切削路径是由外而内螺旋地绕该基体的轴向切削该加工面。
16.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所选用的该刀具的刀刃二侧的弧角分别具有小于等于1μm的弧角半径及大于1μm且小于等于5μm的弧角半径。
17.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，该刀具的各切削路径为自该基体的一相对高位由浅而深地旋绕该基体的轴向，再自该基体的一相对低位延伸回该基体的相对高位。
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