TWI525347B - 透鏡陣列 - Google Patents

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TWI525347B TW101107664A TW101107664A TWI525347B TW I525347 B TWI525347 B TW I525347B TW 101107664 A TW101107664 A TW 101107664A TW 101107664 A TW101107664 A TW 101107664A TW I525347 B TWI525347 B TW I525347B
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Description

透鏡陣列
本發明涉及一種透鏡陣列，特別是適合於使用模具的製造之透鏡陣列。
近年，反映通信的高速化及通信裝置的小型化的需要，做為以緊密的構成來實現多通道的光通信之有效的光學構件，並列配置著複數個透鏡的透鏡陣列的需要已日益增高。
此種透鏡陣列可製做成藉由光學地結合複數個發光元件(例如，垂直空腔表面發射雷射(VCSEL))和複數個光纖而達成多通道的光發送、或藉由光學地結合複數個光纖和複數個受光元件(例如，光偵測器)而達成多通道的光接收。又，不止這些利用形態，對光導波路的適用性等、透鏡陣列的光通信的領域的有用性在今後將更提高，於是，可預見設計的自由度亦會更廣。
此種透鏡陣列大多具備凸形狀的透鏡面，藉由應得到的光束形狀或應滿足的光束路徑、製品尺寸等，亦存在有必要做成凹形狀的透鏡面的情況(例如，請參閱專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-121615號公報
然而，在此種透鏡陣列的緊密的構成上，藉由使用模具的樹脂成形而有效率且低成本地製造已成為主流，可預見此種傾向今後亦將繼續。
然而，使用模具來製造具備凹形狀的透鏡面之透鏡陣 列時，會有起因於透鏡面的凹形狀而造成以下被指出的問題點。
即，在透鏡陣列的製品檢查時，通常基於透鏡面的攝像圖像並以目視來確認透鏡面的邊緣(外周端部)，藉以進行透鏡面的位置測定。此時，使用模具而成形為凹形狀的透鏡面的情況下，有時不能正確地確認邊緣。此處，為了對基於該邊緣的複數個代表點(座標)的透鏡面的中心點(座標)的算出而得到的透鏡面的位置進行測定，邊緣的確認是必要而不可少的。因此，不能正確地確認邊緣時，各別的透鏡面的位置的測定精度不只會惡化，各透鏡面彼此間亦會在測定精度上發生偏差，結果使得有效率製造透鏡陣列之使用模具所達成的優點顯著地減低。
如上所述，不能正確地確認凹形狀的透鏡面的邊緣的理由在於，凹形狀的透鏡面成形用的模具的加工精度不佳、邊緣的成形本身無法高精度地進行。
此種情況將與凸形狀的透鏡面的情況作比較而進行說明。首先，如圖10(a)所示，做為透鏡陣列1，為了在其預定的平面2上使整列形成有複數個凸形狀的透鏡面3的物件成形，如圖10(b)所示，須使用一種模具4，其具備對應於各透鏡面3的面形狀的(已反轉的)凹形狀的轉印面3’、及平面2的轉印面2’。此種模具4在使用刀刃(bite)藉由模具加工機來加工時，由於透鏡面3的轉印面3’係凹形狀，故透鏡面3的轉印面3’和平面2的轉印面2’的邊界線可藉由刀刃而高精度地加工。然後，該邊界線在成形品中會成為透鏡面3的邊緣而呈現出來圖10(c)是照片圖像，其顯示此種凸形狀的透鏡面3的位置測定時的CCD攝影機等所取得 的透鏡面3的攝像結果。如圖10(c)所示，可得知凸形狀的透鏡面3的邊緣鮮明，可正確地視認。
另一方面，如圖11(a)所示，做為透鏡陣列5，為了在其預定的平面2上使整列形成有複數個凸形狀的透鏡面7的物件成形，如圖11(b)所示，須使用一種模具8，其具備對應於各透鏡面7的面形狀的凸形狀的轉印面7’、及平面2的轉印面2’。此種模具8在加工時，透鏡面7的轉印面7’的凸形狀會造成防礙，使得透鏡面7的轉印面7’和平面2的轉印面2’的邊界部份不能高精度地加工，且會形成一種反映刀刃的尖端的形狀之R形狀。圖11(c)係照片圖像，其顯示此種凹形狀的透鏡面7的位置測定時的透鏡面7的攝影結果。如圖11(c)所示，可知凹形狀的透鏡面7的邊緣模糊不清，正確的視認有困難。
因此，本發明的目的在於提供一種透鏡陣列，其係鑑於上述各點而開發者，可高精度地形成凹形狀的透鏡面的邊緣，進而可使透鏡面的位置測定的精度提高。
為了達成上述目的，本發明的第1實施方式的透鏡陣列特徵在於：具備複數個透鏡面，該複數個透鏡面係使用模具而形成，且在透鏡陣列本體的預定的面以沿著預定的排列方向排列的方式形成；前述複數個透鏡面係以面頂部較外周端部更離開前述預定的面的方式對前述預定的面形成為凹入的凹形狀的透鏡面；前述複數個透鏡面的前述外周端部經由各透鏡面每一者的筒狀的段差面而形成在較預定的面更靠近前述面頂部側的位置，各透鏡面是以各外周端部為一端，並以分別與預定的面上所形成的各外周端部分別相對向的複 數個開口部為另一端。
然後依據第1實施方式的發明，凹形狀的透鏡面的外周端部經由段差面而在較預定的面更為面頂部側的位置，可藉以在模具加工時，使外周端部的轉印部在較預定的面的轉印面更突出的狀態下，使用刀刃而高精度地進行加工，所以可高精度地使外周端部成形。結果，在透鏡面的位置測定時，可正確地確認外周端部，因此可高精度地進行位置測定。
又，第2實施方式的透鏡陣列的特徵在於：第1實施方式中，前述複數個透鏡面的外周端部係自前述預定的面互相以相同的距離而形成在偏向前述面頂部側的位置處。
然後依據第2實施方式的發明，由於由透鏡面的外周端部距離預定的面的偏移量在各透鏡面彼此之間是一致的，所以可有效率地進行透鏡面的位置測定。
又，第3實施方式的透鏡陣列的特徵在於：第1或第2實施方式中，前述各透鏡面每一者的段差面之前述開口部中形成有R形狀，該R形狀反映出前述模具加工用之刀刃的尖端部的形狀。
然後依據第3實施方式的發明，由於可將模具加工上難以避免的R形狀活用成外周端部的確認時防止與開口部的混同的手段，所以更能有效率地進行透鏡面的位置測定。
依據本發明，可高精度地形成凹形狀的透鏡面的邊緣，進而使透鏡面的位置的測定精度提高。
以下，參照圖1至圖9，針對本發明之透鏡陣列之實 施形態進行說明。
又，基本的構成與先前相同或類似之處係使用相同的符號來說明。
本實施形態的透鏡陣列係藉由使用樹脂材料的射出成形法等的模具的製造方法來製成者。做為樹脂材料，可適宜地選取聚醚醯亞胺或環狀烯烴樹脂等。
如圖1(a)所示，本實施形態中的透鏡陣列11具備互相為相同尺寸的平面圓形狀的複數個透鏡面7，其在做為透鏡陣列11(透鏡陣列本體)之預定的面的平面2上沿著預定的整列方向(圖1中的橫方向)整列形成。各透鏡面7與圖11(a)所示的先前之物件一樣做成為凹形狀的透鏡面(凹透鏡面)，其以面頂部(與透鏡面7的光軸的交點)較外周端部7a(邊緣)更由平面2離開的方式而對平面2凹入至面法線方向(換言之，光軸OA方向)中。
然而，本實施形態中的透鏡面7與先前者不同，各透鏡面7的外周端部7a較平面2形成在更靠面頂部側的位置。更具體而言，如圖1(a)所示，各透鏡面7與平面2之間，光軸OA方向中具有預定的厚度之筒狀的段差面12係分別介於每一個透鏡面7之中。各段差面12以各透鏡面7的外周端部7a為一端，同時以平面2上與該外周端部7a對向的方式而形成的複數個圓形之開口部2a做為另一端。這樣，各透鏡面7的外周端部7a隔著段差面12而在較該平面2更位於面頂部側的位置。
為了形成上述之透鏡陣列11，如圖1(b)所示，除了對應於各透鏡面7的面形狀的(反轉的)凸形狀之轉印面7’、和平面2的轉印面2’以外，亦須使用具備段差面12的轉印面 12’之模具14。此種模具14藉由模具加工機而使用刀刃來加工之際，透鏡面7的轉印面7’雖為圖11(b)所示之如先前的模具8的凸形狀，但該轉印面7’的端部和平面2的轉印面2’的邊界部份不是像先前那樣與平面2的轉印面2’位於同一平面上，而是位於較平面2的轉印面2’更突出的位置處。此種模具14由於與鄰接的透鏡面7的轉印面7’彼此之間同樣都存在凹部，所以與如圖10(b)所示的形成凸形狀的透鏡面3的轉印面3’(凹部)的情況一樣，相當於凹部的端部之透鏡面7的轉印面7’、與段差面12的轉印面12’之邊界面可使用刀刃而高精度地進行加工。又，在此種模具14的加工中，較佳為使用模具加工機，其可利用一個夾頭(one chuck)來對透鏡面7的轉印面7’的加工、平面2的轉印面2’的加工、段差面12的轉印面12’的加工同時加工(同一過程加工)。例如，亦可使用旋盤加工機或磨切(fraise)加工機做為此種模具加工機。
於是，依據本實施形態，可高精度地對透鏡面7的轉印面7’與段差面12的轉印面12’的邊界線(即，透鏡面7的外周端部的轉印部)進行加工，所以可使用模具14來使凹形狀的透鏡面7的外周端部7a高精度地成形。因此，在透鏡面7的位置測定之際，可正確地確認透鏡面7的外周端部7a，所以可高精度地進行位置測定。
而且，除了上述構成以外，本實施形態中，各透鏡面7的外周端部7a係自平面2互相以相同的距離而形成在偏向面頂部側的位置處。換言之，每一個透鏡面7的段差面12的厚度形成為互相一致。
而且，依據上述構成，透鏡面7的外周端部7a距離平 面2的偏移量在各透鏡面7彼此之間為一致，所以可有效率地進行透鏡面7的位置測定。
又，每一個透鏡面7的段差面12之開口部2a中，如圖2所示亦可形成有R形狀(同圖中的符號R)，其反映了模具14的加工中所用的刀刃的尖端部的形狀。依據此種構成，不只可容許以模具加工上難以避免的形狀做為成形品的形狀，而且在與假設開口部2a形成為尖銳的邊緣的情況比較下，亦可確實地防止開口部2a與透鏡面7的外周端部7a的混同，所以更能有效率地進行透鏡面7的位置測定。
又，各透鏡面7亦可以為球面或是非球面。又，段差面12考慮設計的容易性亦可形成為圓筒形狀、或是考慮從模具的脫模性，則亦可形成為自外周端部7a側朝向開口部2a側內徑漸增的圓錐面(taper面)狀。
[實施例1]
其次，圖3係顯示本實施形態之透鏡陣列11之第1實施例的斜視圖，圖4係圖3的上下反轉後的斜視圖。如圖3所示，本實施形態的透鏡陣列11形成為全體形狀上下具有預定的厚度的平面長方形狀的板狀，形成有凹形狀的透鏡面7的平面2形成為與較透鏡陣列11的上端面11a更凹入的與上端面11a平行的凹入面。又，透鏡面7對平面2之整列方向的兩外側位置處穿設有一對的圓形的貫通孔15。例如在將光電轉換裝置(VCSEL或光偵測器等)或光傳送體(光纖或光導波路等)安裝在透鏡陣列11中之際，藉由將配設在光電轉換裝置/光傳送體中的銷(pin)***至上述貫通孔15中，可用來決定光電轉換裝置/光傳送體的位置。
另一方面，如圖4所示，透鏡陣列11的下端面11b中 整列形成有分別對應於各凹形狀的透鏡面7的同數目的凸形狀的透鏡面3。這些凸形狀的透鏡面3形成在較透鏡陣列11的下端面11b更凹入的平面16上。
上述之本實施例的透鏡陣列11例如像圖5之示意圖所示，為了在出射側獲得Φ0.25毫米之準直光而可用在以凹形狀的透鏡面(非球面)7做為光的入射側、以凸形狀的透鏡面(非球面)3做為光的出射側。具體而言，此種光束徑的準直光對凹形狀的透鏡面7而言將光軸OA上的0.15毫米的位置設定在朝向透鏡面7的光之出射位置處。又，凹形狀的透鏡面7的有效徑設定成0.06毫米，而且，凸形狀的透鏡面3的有效徑設定成0.25毫米。另外，透鏡陣列11內部的中心光的光路長(透鏡中心厚度)設定成0.4毫米，藉此可實現上述光束徑的準直光。又，光的出射位置例如亦可配置有VCSEL的發光點或光纖的端面等。而且，準直光例如亦可藉由光導波路來接受光的方式而形成。
另一方面，如圖6所示，欲藉由平凸的透鏡陣列17而得到與圖5的透鏡陣列11相同的光束徑的準直光的情況下，對入射側的平透鏡面18而言，朝向平透鏡面18的光的出射位置設定在光軸上的0.32毫米的位置處。又，透鏡陣列17內部的中心光的光路長有必要設定成0.5毫米。
綜上所述，使用凹形狀的透鏡面7的情況下，可說有利於欲獲得所需光束徑的準直光時之裝置的光路長的縮短化及透鏡厚度的薄型化。
[實施例2]
其次，圖7係顯示本實施形態之透鏡陣列11之第2實施例之剖面圖。如圖7所示，本實施例之透鏡陣列11中， 形成有凹形狀的透鏡面7的平面2形成為與較透鏡陣列11的前端面11A更凹入的前端面11A平行的凹入面。又，透鏡陣列11的下端面11B中整列形成有與第1實施例同樣的複數個凸形狀的透鏡面3。本實施例中，各凹形狀的透鏡面7與各凸形狀的透鏡面3之間形成有全反射面19，其用來形成連結各透鏡面之光路。該全反射面19對凹形狀的透鏡面7上的光軸OA及凸形狀的透鏡面3上的光軸OA兩者形成45度的角度。
上述之本實施例的透鏡陣列11例如圖8所示，為了在出射側獲得Φ0.25毫米之準直光而可用在以凹形狀的透鏡面(非球面)7做為光的入射側、以凸形狀的透鏡面(非球面)3做為光的出射側。具體而言，此種光束徑的準直光對凹形狀的透鏡面7而言將光軸OA上的0.1毫米的位置設定在朝向透鏡面7的光之出射位置處。又，凹形狀的透鏡面7的有效徑設定成0.04毫米，而且，凸形狀的透鏡面3的有效徑設定成0.25毫米。另外，透鏡陣列11內部的中心光的光路長設定成0.85毫米，藉此可實現上述光束徑的準直光。
另一方面，如圖9所示，欲藉由平凸的透鏡陣列20而得到與圖5的透鏡陣列11相同的光束徑的準直光的情況下，對入射側的平透鏡面18而言，光軸上的0.18毫米的位置有必要設定在朝向平透鏡面18的光的出射位置。
綜上所述，即使在本實施例中，在使用凹形狀的透鏡面7的情況下，可說有利於欲獲得所需光束徑的準直光時之裝置的光路長的縮短化。
又，本發明不限定於前述的實施形態，可在未損及本發明的特徵的限度中做種種的變更。例如，實施例中所說 明的具體的數值只不過是一例而已，除此以外，當然亦可選擇對應於概念的種種之適當的數值。
2‧‧‧平面
2’‧‧‧轉印面
2a‧‧‧開口部
3‧‧‧透鏡面
3’‧‧‧轉印面
7‧‧‧透鏡面
7’‧‧‧轉印面
7a‧‧‧外周端部
8‧‧‧模具
11‧‧‧透鏡陣列
11A‧‧‧前端面
11B‧‧‧下端面
11a‧‧‧上端面
11b‧‧‧下端面
12‧‧‧段差面
12’‧‧‧轉印面
14‧‧‧模具
15‧‧‧貫通孔
16‧‧‧平面
17‧‧‧透鏡陣列
18‧‧‧平透鏡面
19‧‧‧全反射面
OA‧‧‧光軸
圖1係本發明之透鏡陣列之實施形態，(a)係透鏡陣列的概略構成圖，(b)係對應於(a)之模具的概略構成圖。
圖2係本發明之透鏡陣列之實施形態中顯示變形例之要部擴大圖。
圖3係顯示本發明之透鏡陣列之第1實施例的上方側斜視圖。
圖4係圖3之下方側斜視圖。
圖5係顯示由圖3的透鏡陣列所實現的光路之一例的示意圖。
圖6係顯示第1實施例的比較例的示意圖。
圖7係顯示本發明之透鏡陣列之第2實施例之剖面圖。
圖8係顯示由圖7的透鏡陣列所實現的光路之一例的示意圖。
圖9係顯示第2實施例的比較例的示意圖。
圖10(a)係具備凸形狀的透鏡面之透鏡陣列的概略構成圖，(b)係對應於(a)之模具的概略構成圖，(c)係(a)的透鏡面的攝像圖像。
圖11(a)至(c)係用來說明具備先前之凹形狀的透鏡面之透鏡陣列的問題點之說明圖。
2‧‧‧平面
2’‧‧‧平面
2a‧‧‧開口部
7‧‧‧透鏡面
7’‧‧‧透鏡面
7a‧‧‧外周端部
11‧‧‧透鏡陣列
12‧‧‧段差面
12’‧‧‧段差面
14‧‧‧模具
OA‧‧‧光軸

Claims (3)

  1. 一種透鏡陣列，其特徵為：具備複數個透鏡面，該複數個透鏡面係使用模具而形成，且在透鏡陣列本體的預定的面以沿著預定的排列方向排列的方式形成；前述複數個透鏡面係以面頂部較外周端部更離開前述預定的面的方式對前述預定的面形成為凹入的凹形狀的透鏡面；前述複數個透鏡面的前述外周端部經由各透鏡面每一者的筒狀的段差面而邊緣狀地形成在較前述預定的面更靠近前述面頂部側的位置，各透鏡面是以各外周端部為一端，並以各開口部為另一端，各開口部以分別與各外周端部分別相對向的方式形成在前述預定的面上；前述筒狀的段差面的一端的內徑與另一端的內徑相同。
  2. 如申請專利範圍第1項之透鏡陣列，其中前述複數個透鏡面的外周端部係自前述預定的面互相以相同的距離而形成在偏向前述面頂部側的位置處。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之透鏡陣列，其中前述各透鏡面每一者的段差面之前述開口部中形成有R形狀，該R形狀反映出前述模具加工用之刀刃的尖端部的形狀。
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