JP7180898B2 - Optical lens, optical lens mold and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、光学レンズ、光学レンズ成形金型及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical lens, an optical lens molding die, and a manufacturing method thereof.
光ファイバ通信は、伝送効率がよく、電磁干渉に強く、かつ安定性が高い等の利点を有する。光ファイバは、伝送方式によりシングルモード光ファイバとマルチモード光ファイに分けることができる。ここで、マルチモード光ファイの直径は、光束の波長よりもはるかに大きいため、異なる波長と位相の光束を光ファイバの周壁に沿って連続的に反射して伝送することができる。長距離で伝送されると、異なるモードの間の伝送速度の差が発生し、モード分散及び光ファイバ中心の光束が高すぎるという問題を引き起こし、伝送距離が制限される。 Optical fiber communication has advantages such as good transmission efficiency, resistance to electromagnetic interference, and high stability. Optical fibers can be divided into single-mode optical fibers and multi-mode optical fibers according to transmission methods. Here, since the diameter of the multimode optical fiber is much larger than the wavelength of the luminous flux, luminous fluxes of different wavelengths and phases can be continuously reflected and transmitted along the peripheral wall of the optical fiber. When transmitted over a long distance, there will be a difference in transmission speed between different modes, causing the problems of modal dispersion and too high luminous flux in the center of the optical fiber, limiting the transmission distance.
上記の問題を解決するために、一般的に螺旋位相板を用いて通過する光束を渦巻き光束に変換し、光強度が光ファイバの中央部分に集中することを避ける。しかしながら、螺旋位相板が製造しにくく、かつ従来の光通信モジュールが複数の光学素子を組み立てて光路の配置を完成させる必要があり、各該光学素子の設置位置のわずかなずれがいずれも光路の伝送経路に大きく影響し、正確な位置合わせが困難であり、加工しにくくかつ品質が均一ではなく、さらに伝送効果がよくない。 To solve the above problems, a helical phase plate is generally used to transform the passing light beam into a spiral light beam, avoiding the light intensity being concentrated in the central portion of the optical fiber. However, the spiral phase plate is difficult to manufacture, and the conventional optical communication module requires assembling a plurality of optical elements to complete the arrangement of the optical path. It greatly affects the transmission path, is difficult to align accurately, is difficult to process, has uneven quality, and has poor transmission effect.
そこで、上記の問題を解決するために、新規かつ進歩性を有する光学レンズ、光学レンズ成形金型及びその製造方法を提供する必要がある。 Therefore, in order to solve the above problems, it is necessary to provide a novel and inventive optical lens, an optical lens molding die and a manufacturing method thereof.
本発明の主な目的は、構造が簡単で、製造プロセスが簡単で、光束が均一に分散され、加工精度が高くかつ微細化に役立つ光学レンズ、光学レンズ成形金型及びその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to provide an optical lens, an optical lens molding die, and a method for manufacturing the same, which has a simple structure, a simple manufacturing process, a uniform distribution of light flux, high processing accuracy, and is useful for miniaturization. That is.
上記の目的を達成するために、本発明は、光学レンズを提供し、軸方向の周りに螺旋状に延びる螺旋面及び前記螺旋面によって周回された中間構造を含み、前記中間構造は、前記螺旋面に対して一方の側に軸方向に延伸し、前記螺旋面は周回して段差が形成される。 To achieve the above objects, the present invention provides an optical lens, comprising a helical surface extending helically around an axial direction and an intermediate structure encircled by the helical surface, the intermediate structure comprising the helical Extending axially to one side with respect to the plane, the helical plane is wound to form a step.
上記の目的を達成するために、本発明は、上記のような光学レンズを製造するための成形金型をさらに提供し、軸方向の周りに螺旋状に延びる螺旋面及び前記螺旋面によって周回された中間構造を含み、前記成形金型の中間構造は、前記成形金型の螺旋面に対して一方の側に軸方向に延伸し、前記成形金型の螺旋面は周回して段差が形成され、前記成形金型の螺旋面、中間構造及び段差は、それぞれ前記光学レンズの螺旋面、中間構造及び段差と相対的に相補的である。 In order to achieve the above objects, the present invention further provides a molding die for manufacturing the above optical lens, comprising a helical surface extending helically around an axial direction and a mold encircled by the helical surface. The intermediate structure of the molding die extends axially to one side with respect to the helical surface of the molding die, and the helical surface of the molding die goes around to form a step. , the helical surface, the intermediate structure and the step of the mold are relatively complementary to the helical surface, the intermediate structure and the step of the optical lens respectively.
上記の目的を達成するために、本発明は、上記のような成形金型を製造するための製造方法をさらに提供し、加工面を含む基体を提供するステップと、前記加工面に前記成形金型の螺旋面、中間構造及び段差を加工形成するステップと、を含む。 In order to achieve the above objects, the present invention further provides a manufacturing method for manufacturing the molding die as described above, comprising the steps of providing a substrate including a working surface; forming the helical surface of the mold, the intermediate structure and the steps.
以下、本発明の可能な実施形態を実施例を用いて説明するが、本発明の保護範囲を制限するものではないことを事前に説明する。 In the following, possible embodiments of the present invention will be described with the help of examples, which are not intended to limit the scope of protection of the present invention in advance.
図1~図5は、本発明の好ましい実施例において以下のような光学レンズを製造するための成形金型2を示す。成形金型2は、軸方向21の周りに螺旋状に延びる螺旋面22及び該螺旋面22によって周回された中間構造23を含み、該成形金型2の中間構造23は、該成形金型2の螺旋面22対して一方の側に軸方向に延伸し、該成形金型2の螺旋面22は周回して段差24が形成される。
1 to 5 show a
本実施例では、該成形金型2の中間構造23はボスである、該ボスの端面の直径は0.001mm以上0.02mm以下である。該成形金型2の中間構造23と該成形金型2の螺旋面22との間に円弧案内面25を有し、該成形金型2の円弧案内面25の円弧半径は、0.001mm以上0.02mm以下である。該成形金型2の段差24は5μm以上20μm以下である。
該成形金型2の中間構造23は周壁231を含み、該成形金型2の周壁231は、該成形金型2の軸方向21に対して1度以上20度以下の傾斜角θ4を有する。該成形金型2の軸方向21に垂直な基準平面P2を定義し、該成形金型2の円弧案内面25の外縁の接線方向T3は該基準平面P2と第1夾角θ5を画定し、該成形金型2の螺旋面22の外縁の接線方向T4は該基準平面P2と第2夾角θ6を画定する。該成形金型2の第1夾角θ5は、該成形金型2の第2夾角θ6よりも大きく、該成形金型2の第1夾角θ5は17.0度以上であり、該成形金型2の第2夾角θ6は0.70度以上であり、好ましくは、該第1夾角θ5は約17.2度であり、該第2夾角θ6は約0.72度である。
In this embodiment, the
The
図6~図7は、本発明の好ましい実施例の光学レンズ1を示す。光学レンズ1は、軸方向11の周りに螺旋状に延びる螺旋面12及び該螺旋面12によって周回された中間構造13を含み、該中間構造13は、該螺旋面12に対して一方の側に軸方向に延伸し、該螺旋面12は周回して段差14が形成される。ここで、該成形金型2の螺旋面22、中間構造23及び段差24は、それぞれ該光学レンズ1の螺旋面12、中間構造13及び段差14と相対的に相補的である。
6-7 show the
本実施例では、該中間構造13は穴(止まり穴又は貫通穴)であり、該穴の穴底縁の直径は、0.001mm以上0.02mm以下である。該中間構造13と該螺旋面12との間に円弧案内面15を有し、該円弧案内面15の円弧半径は、0.001mm以上0.02mm以下である。該段差14は、5ミクロン(μm)以上20μm以下である。該中間構造13は周壁131を含み、該周壁131は、該光学レンズ1の軸方向11に対して1度以上20度以下の傾斜角θ1を形成する。
該光学レンズ1の軸方向11に垂直な参考平面P1を定義し、該円弧案内面15の外縁の接線方向T1は該参考平面P1と第1夾角θ2を画定し、該螺旋面12の外縁の接線方向T2は該参考平面P1と第2夾角θ3を画定し、該第1夾角θ2は該第2夾角θ3よりも大きく、該第1夾角θ2は17.0度以上であり、該第2夾角θ3は0.70度以上であり、好ましくは、該第1夾角θ2は約17.2度であり、該第2夾角θ3は約0.72度である。
In this embodiment, the
A reference plane P1 perpendicular to the
該光学レンズ1は該成形金型2と構造的に相補的である。例えば、該光学レンズ1の中間構造13は穴であり、該成形金型2の中間構造23はボスであり、理解されるように、該光学レンズ1の中間構造13がボスである場合、該成形金型2の中間構造23は穴である。
The
図1~図5を参照する。本発明は上記のような成形金型2を製造するための製造方法をさらに提供し、加工面31を含む基体3を提供するステップと、該加工面31に該成形金型2の螺旋面22、中間構造23及び段差24を加工形成するステップと、を含む。必要に応じて、一度に複数の光学レンズを製造するために、該基体3に複数の成形キャビティを形成することができる。好ましくは、いずれかの隣接する2つの成形キャビティの間の隙間は、0.01mm以下であり、それにより、製造された各光学レンズの渦巻き光束が干渉しない。
Please refer to FIGS. The present invention further provides a manufacturing method for manufacturing the
本実施例では、カッター4で該加工面31を切削して該成形金型2の螺旋面22、中間構造23及び段差24を形成し、該カッター4は、該基体3における対向する切削経路Sが該基体3の軸方向32の周りに螺旋状に延びている。切削時、該カッター4が固定で該基体3を回転させてもよく、又は該基体3が固定で該カッター4を回転させてもよく、又は該カッター4及び該基体3を同時に回転させてもよい。要は予め設定された切削経路Sに沿って該加工面31を切削することができればよい。詳しくは、該カッター4の各切削経路Sは、該基体3の相対的に高い位置から該基体3の軸方向に浅くから深くまで周回し、さらに該基体3の相対的に低い位置から該基体3の相対的に高い位置まで戻るように延びる。
該カッター4は、該基体3の軸方向の周りに外から内へ(又は内から外へ)螺旋状に該加工面31を切削する。ここで、カッター刃の対向する両側に異なる円弧角41、42を有するカッター4を選択し、且つ該カッター4のカッター刃が相対的に小さい円弧角41を有する一方の側を内側に向けた配置方式で該加工面31を切削する。好ましくは、選択された該カッター4のカッター刃の両側の円弧角41、42は、それぞれ1μm以下の円弧角半径と1μmよりも大きく5μm以下の円弧角半径とを有する。
In this embodiment, the
The
なお、上記の各構成の寸法条件は、該光束の渦巻きの均一分散に有利であり、また、該光学レンズを成形するための金型を最適な精度で加工すること(例えば、ダイヤモンドカッターを用いること)を可能にし、該金型の加工製造が容易であり、型抜きが滑らかになる(該傾斜角による)。上記した該光学レンズを成形するための金型をダイヤモンドカッターで加工する実施例では、金型の中心に近い位置まで加工すると加工限界があることを考えて、該ダイヤモンドカッターの該金型の中心に近い側は、その反対側よりも小さい半径のカッター刃の円弧角半径を有するように構成されており、加工による自然な円弧角半径を1μm以下に低減でき、加工精度及び製品の微小化に有利である。該金型の穴は、例えばレーザー加工によって形成されているが、他の加工方式で形成されていてもよい。 It should be noted that the dimensional conditions for each of the above structures are advantageous for uniform dispersion of the vortex of the luminous flux, and the mold for molding the optical lens must be processed with optimum precision (for example, using a diamond cutter). ), the mold is easy to process and manufacture, and the die-cutting is smooth (due to the tilt angle). In the embodiment in which the mold for molding the optical lens is processed by a diamond cutter, considering that there is a processing limit when processing to a position close to the center of the mold, the center of the mold of the diamond cutter is The side closer to the edge is configured to have a smaller arc angle radius of the cutter blade than the opposite side, so that the natural arc angle radius due to machining can be reduced to 1 μm or less, which contributes to machining accuracy and miniaturization of products. Advantageous. The holes in the mold are formed by, for example, laser processing, but may be formed by other processing methods.
図8は、本発明の光学レンズによって生成される光束の均一分散の渦巻き効果を示す。図8から明らかなように、該光学レンズの螺旋面の作用により、光線が螺旋状に均一に分散され、且つ該光学レンズの中間構造(例えば穴又はボス)の作用により、光線が均一に分散されて該中間構造の周辺を取り囲み、光束が中央部分に集中し過ぎることを回避でき、モード分散及び光ファイバ中心の光束が高すぎて伝送距離を制限するという問題を効果的に解決する。ここで、該渦巻きレンズの直径、螺旋面の角度、中間構造の寸法、段差の寸法等の条件の異なる数値を組み合わせることにより、異なる光学的効果を得ることができる。 FIG. 8 shows the swirl effect of uniform dispersion of the light flux produced by the optical lens of the present invention. As can be seen from FIG. 8, the action of the spiral surface of the optical lens causes the rays to be helically and uniformly dispersed, and the action of the intermediate structures (such as holes or bosses) of the optical lens causes the rays to be evenly dispersed. It surrounds the intermediate structure to avoid the luminous flux from being too concentrated in the central part, effectively solving the problem of modal dispersion and the luminous flux in the center of the optical fiber being too high to limit the transmission distance. Here, different optical effects can be obtained by combining different numerical values of conditions such as the diameter of the spiral lens, the angle of the spiral surface, the size of the intermediate structure, the size of the step, and the like.
1 光学レンズ
2 成形金型
3 基体
4 カッター
11、21 軸方向
12、22 螺旋面
13、23 中間構造
131、231 周壁
14、24 段差
15、25 円弧案内面
31 加工面
32 軸方向
41、42 円弧角
P1 参考平面
P2 基準平面
S 切削経路
T1、T2、T3、T4 接線方向
θ1、θ4 傾斜角
θ2、θ5 第1夾角
θ3、θ6 第2夾角
Claims (13)
軸方向の周りに螺旋状に延びる螺旋面及び前記螺旋面によって周回された中間構造を含み、
前記中間構造は、前記螺旋面に対して一方の側に軸方向に延伸し、
前記螺旋面は周回して段差が形成され、
前記中間構造と前記螺旋面との間に円弧案内面を有し、前記中間構造から前記螺旋面までの前記円弧案内面の円弧半径は、0.001mm以上0.02mm以下であり、
前記中間構造は周壁を含み、前記周壁は、前記光学レンズの軸方向に対して1度以上20度以下の傾斜角を有し、
前記中間構造は穴であり、
前記穴の穴底縁の直径は、0.001mm以上0.02mm以下である、
光学レンズ。 an optical lens,
a helical surface extending helically around an axial direction and an intermediate structure encircled by the helical surface;
the intermediate structure extends axially to one side with respect to the helical plane;
A step is formed around the spiral surface,
A circular arc guide surface is provided between the intermediate structure and the spiral surface, and the arc radius of the arc guide surface from the intermediate structure to the spiral surface is 0.001 mm or more and 0.02 mm or less,
the intermediate structure includes a peripheral wall, the peripheral wall having an inclination angle of 1 degree or more and 20 degrees or less with respect to the axial direction of the optical lens;
said intermediate structure is a hole;
The diameter of the hole bottom edge of the hole is 0.001 mm or more and 0.02 mm or less .
optical lens.
軸方向の周りに螺旋状に延びる螺旋面及び前記螺旋面によって周回された中間構造を含み、
前記成形金型の中間構造は、前記成形金型の螺旋面に対して一方の側に軸方向に延伸し、
前記成形金型の螺旋面は周回して段差が形成され、
前記成形金型の螺旋面、中間構造及び段差は、それぞれ前記光学レンズの螺旋面、中間構造及び段差と相対的に相補的であり、
前記成形金型の中間構造は周壁を含み、前記成形金型の周壁は、前記成形金型の軸方向に対して1度以上20度以下の傾斜角を有し、
前記成形金型の中間構造はボスであり、
前記ボスの端面の直径は、0.001mm以上0.02mm以下である、
成形金型。 A molding die for manufacturing the optical lens according to any one of claims 1 to 4 ,
a helical surface extending helically around an axial direction and an intermediate structure encircled by the helical surface;
the intermediate structure of the mold extends axially to one side with respect to the helical surface of the mold;
The helical surface of the molding die is circulated to form a step,
the helical surface, intermediate structure and steps of the mold are relatively complementary to the helical surface, intermediate structure and steps of the optical lens, respectively;
The intermediate structure of the molding die includes a peripheral wall, and the peripheral wall of the molding die has an inclination angle of 1 degree or more and 20 degrees or less with respect to the axial direction of the molding die,
the intermediate structure of the molding die is a boss,
The diameter of the end surface of the boss is 0.001 mm or more and 0.02 mm or less .
molding die.
加工面を含む基体を提供するステップと、
前記加工面に前記成形金型の螺旋面、中間構造及び段差を加工形成するステップと、を含み、
カッターで前記加工面を切削して前記成形金型の螺旋面、中間構造及び段差を形成し、
選択された前記カッターのカッター刃の両側の円弧角は、それぞれ1μm以下の円弧角半径と1μmよりも大きく5μm以下の円弧角半径とを有し、
カッター刃の対向する両側に異なる円弧角を有するカッターを選択し、
前記カッターのカッター刃が相対的に小さい円弧角を有する一方の側を内側に向けた配置方式で前記加工面を切削する、
製造方法。 A manufacturing method for manufacturing the molding die according to claim 5 ,
providing a substrate including a working surface;
forming a spiral surface, an intermediate structure and a step of the mold on the working surface;
cutting the processing surface with a cutter to form a spiral surface, an intermediate structure and a step of the molding die;
the arc angles on both sides of the cutter blade of the selected cutter each have an arc angle radius of 1 μm or less and an arc angle radius of greater than 1 μm and less than or equal to 5 μm;
selecting a cutter with different arc angles on opposite sides of the cutter blade;
The cutter blade of the cutter cuts the machining surface with one side facing inward with a relatively small arc angle.
Production method.
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