特許 7180898 光学レンズ、光学レンズ成形金型及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-21

(45)【発行日】2022-11-30

(54)【発明の名称】光学レンズ、光学レンズ成形金型及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/00 20060101AFI20221122BHJP

   B29C 33/38 20060101ALI20221122BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

G02B3/00

B29C33/38

B29C33/42

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020161972

(22)【出願日】2020-09-28

(65)【公開番号】P2022054773

(43)【公開日】2022-04-07

【審査請求日】2021-02-03

(73)【特許権者】

【識別番号】520375550

【氏名又は名称】禾橙科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】陳俊傑

(72)【発明者】

【氏名】張家榮

(72)【発明者】

【氏名】黄智義

(72)【発明者】

【氏名】葉俊毅

【審査官】中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】特表２００７－５２７５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６３９３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０５８８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５８１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３／００－ ３／１４

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０２Ｂ ６／００－ ６／５４

Ｂ２９Ｃ３３／００－３３／７６

Ｂ２９Ｃ３９／００－４５／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学レンズであって、
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。

【請求項2】

前記段差は、５ミクロン（μｍ）以上２０μｍ以下である請求項１に記載の光学レンズ。

【請求項3】

前記光学レンズの軸方向に垂直な参考平面を定義し、前記円弧案内面の外縁の接線方向は前記参考平面と第１夾角を画定し、前記螺旋面の外縁の接線方向は前記参考平面と第２夾角を画定し、前記第１夾角は前記第２夾角よりも大きい請求項１に記載の光学レンズ。

【請求項4】

前記第１夾角は１７．０度以上であり、前記第２夾角は０．７０度以上である請求項３に記載の光学レンズ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の光学レンズを製造するための成形金型であって、
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。

【請求項6】

前記成形金型の中間構造と前記成形金型の螺旋面との間に円弧案内面を有し、前記成形金型の前記中間構造から前記螺旋面までの円弧案内面の円弧半径は、０．００１ｍｍ以上０．０２ｍｍ以下である請求項５に記載の成形金型。

【請求項7】

前記成形金型の段差は、５μｍ以上２０μｍ以下である請求項５に記載の成形金型。

【請求項8】

前記成形金型の軸方向に垂直な基準平面を定義し、前記成形金型の円弧案内面の外縁の接線方向は前記基準平面と第１夾角を画定し、前記成形金型の螺旋面の外縁の接線方向は前記基準平面と第２夾角を画定し、前記成形金型の第１夾角は前記成形金型の第２夾角よりも大きい請求項６に記載の成形金型。

【請求項9】

前記成形金型の第１夾角は１７．０度以上であり、前記成形金型の第２夾角は０．７０度以上である請求項８に記載の成形金型。

【請求項10】

請求項５に記載の成形金型を製造するための製造方法であって、
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。

【請求項11】

前記基体における対向する切削経路が前記基体の軸方向周りに螺旋状に延びている請求項１０に記載の製造方法。

【請求項12】

前記カッターの各切削経路は、前記基体の軸方向の周りに外から内へ螺旋状に前記加工面を切削する請求項１１に記載の製造方法。

【請求項13】

前記カッターの各切削経路は、前記基体の相対的に高い位置から前記基体の軸方向に浅くから深くまで周回し、さらに前記基体の相対的に低い位置から前記基体の相対的に高い位置まで戻るように延びる請求項１１に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の好ましい実施例の成形金型の斜視図である。

【図2】本発明の好ましい実施例の成形金型の部分拡大図である。

【図3】本発明の好ましい実施例のカッターの模式図である。

【図4】本発明の好ましい実施例のカッターの部分拡大図である。

【図5】本発明の好ましい実施例による該成形金型を製造する模式図である。

【図6】本発明の好ましい実施例の光学レンズの模式図である。

【図7】本発明の好ましい実施例の光学レンズの部分拡大図である。

【図8】本発明の好ましい実施例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の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【符号の説明】

【0020】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】