TW202011065A - 耦合鏡片 - Google Patents

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Abstract

本創作係一種耦合鏡片，其包含一鏡片本體、一入光透鏡部及一出光透鏡部，入光面及出光面之間環繞設有四側面，至少一安裝面設置於其中一側面上，並安裝面朝向相鄰的兩側面延伸之長度定義為安裝面長度；入光透鏡部及出光透鏡部分別突出於入光面及出光面上，入光透鏡部具有一入光圓弧面，其徑向長度定義為入光光學徑，出光透鏡部具有一出光圓弧面，其徑向長度定義為出光光學徑，本創作因入光光學徑的長度大於出光光學徑，同時安裝面長度亦大於出光光學徑，使本創作在裝設上能夠較為穩固，使提高本創作使用上的穩定性。

Description

耦合鏡片
本創作係涉及一種玻璃製的耦合鏡片，尤指一種用在製作光傳輸模組的耦合鏡片。
光傳輸模組在製作的過程中，需要使用發光二極體或是雷射二極體將光能量導入玻璃纖維當中，此一製作的詳細過程請參閱日本專利JP2018-66771以及JP2018-72499；簡言之，此一製程係將一光纖以及發光源(雷射光或發光二極體)分別放置於兩加工基座上，並在兩者之間進一步放置有一鏡片，該鏡片面對該發光源以及光纖的兩面為曲率不同的兩凸弧面，因此當脈衝光由發光源射出並經過該鏡片後，原本較為發散的光線路徑會因折射的關係向內收縮，而當光線由鏡片的另一面射出時，該側面的弧面可進一步將光線匯聚至光纖內部，完成此一導入光能量的過程。
另一方面，此種製作光纖用之鏡片的製作方式簡述如下：
首先，將一玻璃預形體放置於一上模仁及一下模仁之間，上模仁及下模仁的成形面分別具有兩凹弧面，該兩凹弧面的曲率即為該鏡片成形後的相對兩側面之凸弧面的鏡射；
將玻璃預形體放入上模仁及下模仁之間後，在上下模仁的外側套設一套筒，接著將上模仁及下模仁壓合，受擠壓的玻璃預形體因此產生變形而逐漸朝向上下模仁的外側延伸；
請參閱圖9及圖10所示，當玻璃預形體延伸至套筒的內壁面後，因為抵靠在套筒內壁面的緣故，會逐漸形成一平坦的安裝面；但由於玻璃預形體的延伸極限，在上模仁及下模仁擠壓完成後，玻璃預形體並不會完全貼合於該套筒的壁面上，例如從上視視之時，由於玻璃本身的厚度以及受擠壓的力道，其由上模仁及下模仁的中間朝向套筒的內壁面延伸的程度不會完全延伸至套筒內壁面上的四個角落，因此最後加工完成後的一玻璃鏡片90，其貼合到套筒內壁面的部分會形成一平坦的安裝面93，但兩相鄰的安裝面93之間會因玻璃預形體延伸性的侷限而形成圓弧形或其他形狀之倒角；換言之，套筒的內徑尺寸、也就是最終成形後的玻璃鏡片90中，兩相對的安裝面93之間的間隔距離(W)會大於安裝面93本身沿相同方向所具有的安裝面長度(W1)。
請參閱圖10及圖11所示，更精確地說，加工完成的鏡片90，其相對兩面分別為一入光面91(俗稱為「A面」)以及一出光面92(俗稱為「B面」)，入光面91及出光面92上分別突出成形有圓弧形的入光透鏡部94及出光透鏡部95，入光透鏡部94具有一入光圓弧面，該入光圓弧面具有一入光光學徑D1(即其徑向長度)，出光透鏡部95具有一出光圓弧面，該出光圓弧面具有一出光光學徑D2(即其徑向長度)，而現有技術中，入光光學徑D1係小於出光光學徑D2，同時安裝面93的安裝面長度(W1)也小於出光光學徑D2。
然而現有技術的此種製作光纖的鏡片在其製作及使用時有以下幾點缺點。
第一，請參閱圖10及圖11所示，由於鏡片90在使用時是透過平坦的安裝面93放置於位於發光源82及光纖83之間的平台81上，因此安裝面93的面積大小決定了鏡片90放置在該平台81上的穩定程度，然而，現有技術因為加工機台以及參數的限制，使安裝面93的安裝面長度(W1)比上兩相對的安裝面93之間的間隔距離的比值(W1/W)僅能維持在0.5至0.8之間，換言之，安裝面93的安裝面長度(W1)無法有效提高即代表了安裝面93本身的面積也無法有效提升，因此現有技術的鏡片90在放置於平台81上時，其穩定性較為不足；
第二，現有技術的加工結果使入光面91的入光光學徑D1小於出光面92的出光光學徑D2，此一特徵預設的條件為入光面91與發光源82之間的距離很近，然而，小面積的入光面91在不同狀況下還是有可能未能有效地將光線吸收進來，同時小面積使得使用者在裝設鏡片90時，裝設位置上的容錯率低，換言之，使用者若不慎將鏡片90的位置產生裝設上的偏差，則鏡片90便容易因此無法導入大部分的光線而無法正確使用，亦即，現有技術的鏡片90在架設時需非常小心避免其位置放錯，進而提高整體安裝上的時間。
第三，現有技術的鏡片90在使用時，除了前述比值(W1/W)會影響到裝設以及使用時的穩定度之外，安裝面長度(W1)小於出光面92的出光光學徑D2同樣也會影響到其整體上的穩定性。
綜上所述，由於光纖的製作係一種精準度要求極高的流程，因此現有技術此種容易晃動、產生安裝偏差的設計係有其缺陷存在。
有鑒於現有技術的缺點及不足，本創作提供一種耦合鏡片，其重新改良玻璃鏡片的結構設計，使其在提高穩定性的同時也降低安裝上可能產生的誤差。
為達上述之創作目的，本創作所採用的技術手段為一種耦合鏡片，其包含 一鏡片本體，該鏡片本體上成形有一入光面、一出光面、四側面及至少一安裝面，該入光面及該出光面分別為該鏡片本體的相對兩面，該四側面環繞設置，且任兩相鄰的該側面相互垂直，各該側面連接該入光面及該出光面的周緣，各該至少一安裝面設置於其中一該側面上，並朝向相鄰的兩該側面延伸，各該至少一安裝面朝向相鄰的兩該側面延伸的長度定義為一安裝面長度； 一入光透鏡部，其突出於該鏡片本體的該入光面上，並該入光透鏡部具有一入光圓弧面，且該入光圓弧面的徑向長度定義為一入光光學徑； 一出光透鏡部，其突出於該鏡片本體的該出光面上，並該出光透鏡部具有一出光圓弧面，且該出光圓弧面的徑向長度定義為一出光光學徑； 其中，該入光光學徑大於該出光光學徑，並且各該至少一安裝面的該安裝面長度亦大於該出光光學徑。
本創作的優點在於，由於入光光學徑大於出光光學徑(且出光光學徑的大小維持現有技術之尺寸)，因此當本創作在裝設使用時，面對發光源的入光透鏡部具有較大的收光面積，也因此當使用者在裝設本創作時，較不容易發生因為裝設位置不對，而使大部分的光線無法導入光纖內的狀況；相反地，較大面積的入光透鏡部讓使用者得以較為迅速而不必擔心裝設誤差地將本創作裝設完成，因此可提高本創作在裝設上的效率；另一方面，本創作設計使安裝面長度大於出光光學徑的長度，藉此擴大了安裝面的整體面積，進一步提高本創作安裝完成後的穩定度。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中各該至少一安裝面的該安裝面長度與相對的兩該側面的間距的比值為80%以上。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中各該至少一安裝面的該安裝面長度與相對的兩該側面的間距的比值為85%至95%之間。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中該入光面與該出光面的連線定義為一光軸；各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距；各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距；其中，該入光間距大於該出光間距。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中該入光面與該出光面的連線定義為一光軸；各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距；各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距；其中，該入光間距等於該出光間距。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中該入光面與該出光面的連線定義為一光軸；各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距；各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距；其中，該入光間距小於該出光間距。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中任兩相鄰的該側面之間進一步成形有一圓弧倒角。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中該入光光學徑與該出光光學徑的比值為1.0至1.6之間。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中該安裝面長度與該出光光學徑的比值為1.1至2.0之間。
進一步而言，前述之耦合鏡片，其中各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊至該安裝面相鄰於該出光面的一側邊的長度定義為一安裝面寬度；該鏡片本體的該入光面及該出光面之間的間距定義為一本體寬度；其中該安裝面寬度與該本體寬度的比值為0.85至1.0之間。
以下配合圖式以及本創作之較佳實施例，進一步闡述本創作為達成預定創作目的所採取的技術手段。
請參閱圖1及圖2所示，本創作之耦合鏡片，其包含一鏡片本體10、一入光透鏡部20及一出光透鏡部30。
請參閱圖1、圖2及圖3所示，鏡片本體10上成形有一入光面11、一出光面12、四側面13及至少一安裝面14，入光面11及出光面12分別為鏡片本體10的相對兩面，該四個側面13彼此環繞設置，且任兩相鄰的側面13相互垂直，並各側面13連接入光面11及出光面12的周緣，更精確地說，本實施例中，鏡片本體10為一矩形體，並入光面11及出光面12分別為表面積較大的相對兩面，而該四個側面13則係環繞該兩面11、12設置，但其形狀不以此為限，鏡片本體10亦可為矩形體以外之形狀，例如於其他實施例中，鏡片本體10可為一八角柱。
請參閱圖1及圖2所示，進一步而言，本實施例中，任兩相鄰的側面13之間進一步成形有一圓弧倒角131，但不以此為限，兩相鄰的側面13之間亦可成形有非圓弧之倒角，例如，當任兩相鄰的側面13之間為直線連接時，本創作之鏡片本體10即為一八角柱。
請參閱圖2及圖3所示，本實施例中，該至少一安裝面14的數量為四個，即安裝面14的數量與側面13的數量相對應，但不以此為限，其亦可為其他數量；該四個安裝面14分別設置於該四個側面13上，並各該安裝面14分別朝向相鄰的兩側面13延伸，且其朝向相鄰的兩側面13延伸的長度定義為一安裝面長度W1，另外，兩相對的側面13之間的間隔距離定義為間隔距離W，並本實施例中，安裝面長度W1與間隔距離W的比值(W1/W)為80%以上(包含80%)，並於較佳的實施例中，該比值(W1/W)為85%至95%之間，舉例而言，於本創作的較佳實施例中，間隔距離W為1 mm，而安裝面長度W1可為0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1.0mm。
入光透鏡部20突出於鏡片本體10的入光面11上，並入光透鏡部20具有一入光圓弧面21，該入光圓弧面21的徑向長度定義為一入光光學徑D1。
出光透鏡部30突出於鏡片本體10的出光面12上，並出光透鏡部30具有一出光圓弧面31，該出光圓弧面31的徑向長度定義為一出光光學徑D2。
請參閱圖2及圖3所示，本實施例中，入光光學徑D1大於出光光學徑D2，並各安裝面14的安裝面長度W1也大於出光光學徑D2，更精確地說，於較佳的實施例中，入光光學徑D1與出光光學徑D2的比值(D1/D2)為1.0至1.6之間，舉例而言，於本創作的較佳實施例中，入光光學徑D1可為0.65mm、0.7mm、0.75mm或0.8mm，而相對應的出光光學徑D2則為0.5mm、0.55mm、0.6mm或0.65mm。
另一方面，本實施例中，各安裝面14的安裝面長度W1也大於出光光學徑D2的長度，更精確地說，本創作之各安裝面14的安裝面長度W1與出光光學徑D2的比值(W1/D2)為1.1至2.0之間，舉例而言，於本創作的較佳實施例中，安裝面長度W1可為0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1 mm，而相對應的出光光學徑D2則為0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm或0.7mm。
於其他實施例中，入光透鏡部20及出光透鏡部30可分別為一凸面、一平面或一凹面，其可根據使用者的需求進行調整，入光透鏡部20及出光透鏡部30的形狀不以上述為限。
請進一步參閱圖4及圖5所示，本創作中，入光面11及出光面12之間的連線定義為一光軸L，而各安裝面14相鄰於入光面11的一側邊與入光面11之間沿光軸L的距離定義為一入光間距W3，而各安裝面14相鄰於出光面12的一側邊與出光面12之間沿光軸L的距離定義為一出光間距W4，於本實施例中，該入光間距W3大於該出光間距W4，但其不以此為限，於其他實施例中，入光間距W3亦可等於或小於出光間距W4，因為此一調整入光間距W3與出光間距W4的大小關係牽涉到使用者對於本創作之重力平衡、入光面11與出光面12辨識上的不同功能。
請進一步參閱圖2所示，更精確地說，本創作進一步包含有一安裝面寬度W2及一本體寬度W5，安裝面寬度W2的定義為各安裝面14相鄰於入光面11的一側邊至相鄰於出光面12的一側邊的長度，更精確地說，本實施例中該長度即為光軸L的延伸方向上，安裝面14的寬度；另一方面，本體寬度W5的定義為鏡片本體10上，入光面11及出光面12之間的間距，更精確地說，即為入光面11及出光面12沿光軸L的延伸方向上的間距；於較佳實施例中，安裝面寬度W2與本體寬度W5的比值(W2/W5)為0.85至1.0之間，舉例而言，安裝面寬度W2可為0.39mm、0.42mm或0.46mm，而本體寬度則為0.46mm。
以下為本創作之製作流程、使用狀態及其優點。
請參閱圖3及圖6所示，本創作的製作流程如下：首先，使用者將一玻璃預形體70放置於一上模仁84及一下模仁85之間，上模仁84及下模仁85的內側分別具有一凹弧面86，該兩凹弧面86的曲率即為鏡片本體10成形後的入光面11及出光面12上突出之入光透鏡部20及出光透鏡部30的該兩圓弧面21、31，換言之，上模仁84及下模仁85的凹弧面86之輪廓分別與入光圓弧面21及出光圓弧面31的輪廓相對應。
請參閱圖6及圖7所示，將玻璃預形體70放入上模仁84及下模仁85之間後，在上下模仁84、85的外側套設一套筒87，接著將上模仁84及下模仁85壓合，受擠壓的玻璃預形體70便會因此產生變形而逐漸朝向上下模仁84、85的外側延伸。
請參閱圖6及圖8所示，當玻璃預形體70延伸至套筒87的內壁面後，因為抵靠在套筒87內壁面的緣故，會逐漸形成平坦的安裝面14，而受上下模仁84、85壓合的該兩面便形成入光面11及出光面12，而成形有安裝面14、與套筒87的內壁面相對的該些面則成為鏡片本體10的該四個側面13。
以下為本創作之使用狀態：請參閱圖2、圖3及圖4所示，本創作在使用時，係將本創作以其中一安裝面14為底面，放置於平台81上，平台81的相對兩端分別設有發光源82(本實施例中為雷射光)以及光纖83，並放置在平台81上後，使用者可在圓弧倒角131處與平台81之間的間隙填充有黏合物88，該黏合物88可進一步強化鏡片本體10裝設上的穩固性，但其非必要之元件。
請進一步參閱圖4及圖5所示，裝設完成後，使用者開啟發光源82，光線由發光源82中朝向鏡片本體10射出，並在通過入光面11時，因為入光透鏡部20的入光圓弧面21而進行第一次折射，並在通過至出光面12時，透過出光透鏡部30的出光圓弧面31而進行第二次折射，光線透過此二次折射後，便能夠收合並被導入至放置於出光面12處的光纖83內，完成光纖在此一部分的加工。
以下為本創作之優點。
第一，請參閱圖2及圖5所示，本創作透過將入光光學徑D1設計為大於出光光學徑D2，因此當本創作被擺設在平台81上時，大面積的入光透鏡部20可匯聚較大範圍的光線，換言之，使用者在擺設本創作的位置時，即便擺設位置略為左右偏移一些，入光透鏡部20還是可匯聚到較多的光線，因此提高了本創作在裝設上的容錯率。
第二，請參閱圖2及圖3所示，本創作將安裝面14的安裝面長度W1延長，使其大於出光圓弧面31的出光光學徑D2，此一比例能夠使鏡片本體10放置在平台81上時較穩固地站立，達到提高放置時穩固性的優點。
第三，請參閱圖4及圖5所示，於本實施例中，入光間距W3大於出光間距W4，此一設計使安裝面14較為靠近面積小的出光圓弧面31，更精確地說，沿光軸L方向上，安裝面14的中心離出光透鏡部30的距離小於安裝面14的中心離入光透鏡部20的距離，此一設計使重量較輕的出光透鏡部30與重量較重的入光透鏡部20之間達到槓桿的平衡，進而提高本創作裝設上的穩固性。
以上所述僅是本創作之較佳實施例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾作為等同變化的等效時施例，但凡是未脫離本創作技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。
10:鏡片本體11:入光面12:出光面13:側面131:圓弧倒角14:安裝面20:入光透鏡部21:入光圓弧面30:出光透鏡部31:出光圓弧面70:玻璃預形體81:平台82:發光源83:光纖84:上模仁85:下模仁86:凹弧面87:套筒88:黏合物90:鏡片91:入光面92:出光面93:安裝面94:入光透鏡部95:出光透鏡部D1:入光光學徑D2:出光光學徑L:光軸W:間隔距離W1:安裝面長度W2:安裝面寬度W3:入光間距W4:出光間距W5:本體寬度
圖1係本創作之立體外觀圖。 圖2係本創作之俯視圖。 圖3係本創作裝設於一基座上後之平面正視圖。 圖4係本創作與一發光源及一光纖之使用狀態圖。 圖5係圖4之俯視圖。 圖6至圖8係本創作之製造流程圖。 圖9係現有技術之耦合鏡片後視圖。 圖10係圖9之仰視圖。 圖11係現有技術之耦合鏡片的使用狀態俯視圖。
10:鏡片本體
11:入光面
13:側面
131:圓弧倒角
14:安裝面
21:入光圓弧面

Claims (10)

  1. 一種耦合鏡片，其包含 一鏡片本體，該鏡片本體上成形有一入光面、一出光面、四側面及至少一安裝面，該入光面及該出光面分別為該鏡片本體的相對兩面，該四側面環繞設置，且任兩相鄰的該側面相互垂直，各該側面連接該入光面及該出光面的周緣，各該至少一安裝面設置於其中一該側面上，並朝向相鄰的兩該側面延伸，各該至少一安裝面朝向相鄰的兩該側面延伸的長度定義為一安裝面長度； 一入光透鏡部，其突出於該鏡片本體的該入光面上，並該入光透鏡部具有一入光圓弧面，且該入光圓弧面的徑向長度定義為一入光光學徑； 一出光透鏡部，其突出於該鏡片本體的該出光面上，並該出光透鏡部具有一出光圓弧面，該出光圓弧面的徑向長度定義為一出光光學徑； 其中，該入光光學徑大於該出光光學徑，並且各該至少一安裝面的該安裝面長度亦大於該出光光學徑。
  2. 如請求項1所述之耦合鏡片，其中各該至少一安裝面的該安裝面長度與相對的兩該側面的間距的比值為80%以上。
  3. 如請求項2所述之耦合鏡片，其中各該至少一安裝面的該安裝面長度與相對的兩該側面的間距的比值為85%至95%之間。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中 該入光面與該出光面的連線定義為一光軸； 各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距； 各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距； 其中，該入光間距大於該出光間距。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中 該入光面與該出光面的連線定義為一光軸； 各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距； 各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距； 其中，該入光間距等於該出光間距。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中 該入光面與該出光面的連線定義為一光軸； 各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊與該入光面之間沿該光軸的距離定義為一入光間距； 各該至少一安裝面相鄰於該出光面的一側邊與該出光面之間沿該光軸的距離定義為一出光間距； 其中，該入光間距小於該出光間距。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中任兩相鄰的該側面之間進一步成形有一圓弧倒角。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中該入光光學徑與該出光光學徑的比值為1.0至1.6之間。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中該安裝面長度與該出光光學徑的比值為1.1至2.0之間。
  10. 如請求項1至3中任一項所述之耦合鏡片，其中 各該至少一安裝面相鄰於該入光面的一側邊至該安裝面相鄰於該出光面的一側邊的長度定義為一安裝面寬度； 該鏡片本體的該入光面及該出光面之間的間距定義為一本體寬度； 其中該安裝面寬度與該本體寬度的比值為0.85至1.0之間。
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