JP2005089217A - Method of manufacturing lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレンズの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a lens.
従来の製造方法としては、レンズホルダの内面にガラス球を固定しておき、レンズホルダを基準としてレンズ球を加熱加圧するプレス方法によってホルダとレンズとを一体成型しているものがあった(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional manufacturing method, there is a method in which a glass sphere is fixed to the inner surface of a lens holder, and the holder and the lens are integrally molded by a pressing method in which the lens sphere is heated and pressed with the lens holder as a reference (for example, , See Patent Document 1).
図3と図4は、特許文献1に記載された従来の製造方法を示しており、図3に示す製造方法において110は下型、120は上型である。下型110内には入子130が、上型120には入子140が摺動自在に設けられている。入子130の上面と入子140の下面とが凹球面または凹非球面の光学転写面130a,140aである。又、150はレンズホルダである。図4は成型後の光学部品を示す断面図である。
3 and 4 show a conventional manufacturing method described in Patent Document 1, in which 110 is a lower mold and 120 is an upper mold in the manufacturing method shown in FIG. An
次に、光学部品の製造方法としては、レンズホルダ150は、下型110の上面凹部110a内に位置決めされて嵌着される。又、球形状のガラス素材160は、レンズホルダ150の内周面150aに内接して置かれるがこの時、レンズホルダ150の内周面から突出する突部150bはレンズ素材160が抜け落ちるのを防止すると共に、プレス後のレンズをレンズホルダ150に保持するための機能を有していた。図3ではレンズホルダ150の外周には加熱部材(図示せず)が対向しており、この加熱部材(図示せず)によってレンズホルダ150が加熱され、さらにレンズ素材160が加熱される。そして入子130と140とが挟圧方向に駆動され、球形状のレンズ素材160が各光学転写面130aと140aとによって加圧成型され、図4に示すように、球面または非球面の光学面160bと160cとを有するレンズ160aがプレス成型される。また上記のプレス工程にて、レンズ素材160がレンズホルダ150の内面に圧着し製造している。
しかしながら、前記従来の製造方法では、ガラスホルダ内周面150aに入れられた球状レンズ素材160をプレスで成型する事を考えると、成型装置の金型入子130,140の光学転写面130a,140aの曲率は球状レンズ素材160の曲率よりも小さな値の曲率とならざるを得ない。
However, in the conventional manufacturing method, considering that the
又、上記プレス成型によりレンズ厚は球状レンズ素材160の直径よりも小さい値となる。
Further, the lens thickness becomes smaller than the diameter of the
即ち、従来製造方法に於いて大きな曲率のレンズ光学面160b,160cを得るとすれば球状レンズ素材160の直径を小さなものにせざるを得ずさらに、レンズ厚を厚くするとすれば大きな直径の球状レンズ素材160にせざるを得ない事になり、大きな曲率のレンズ光学面と大きなレンズ厚を同時に得る事は出来ない。
That is, if the lens
したがって、ガラスレンズ160aに於いて大きなレンズ光学面の曲率と大きなレンズ厚を必要とする短焦点レンズを製造することが困難であった。 Therefore, it is difficult to manufacture a short focus lens that requires a large lens optical surface curvature and a large lens thickness in the glass lens 160a.
又、球状レンズ素材160に対して光学転写面130a,140aによる成型をするに当たり、成型に適する温度であり、粘度不足とならない様なガラス軟化温度よりも低い比較的低温での成型となる為、ガラスホルダ内周面150aとガラスレンズ160a間は機械的には密着はしているが、分子構造的には連続していない為にガラスホルダ内面とガラス界面の気密性の信頼性が低い。さらに、ガラス成型時のプレス圧に耐え得る様な厚肉の切削レンズホルダが必要となる事や、低温での成型の為に成型後のレンズ表面をレンズ光学面に要求される鏡面状態にする為には球状レンズ素材160に対して事前に鏡面仕上げ が必要である等という課題を有していた。
In addition, when molding the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、焦点距離の設計上の制約を受ける事なく又、気密性が高くさらに、安価にレンズキャップを製造する方法を提供する事を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a method for manufacturing a lens cap that is not air-tight and has high airtightness and is inexpensive.
金属枠体とレンズ素材を融着すると共にレンズ素材の両端を鏡面状態に形成する一次成型工程と、レンズ素材の両端の鏡面部を成形型で挟圧しレンズ光学面を形成する二次成型工程とを備えたものである。 A primary molding process for fusing the metal frame and the lens material and forming both ends of the lens material in a mirror state; and a secondary molding process for forming a lens optical surface by clamping the mirror surface portions at both ends of the lens material with a mold. It is equipped with.
本構成によれば、レンズの焦点距離の設計自由度が高く又、レンズと金属枠体界面の気密性が高くさらに、安価なレンズの製造方法とする事が出来る。 According to this configuration, the lens has a high degree of freedom in designing the focal length, the airtightness between the lens and the metal frame body is high, and the lens can be manufactured at a low cost.
以上のように、本発明のレンズ製造方法によれば短焦点から長焦点まで焦点距離の設計自由度が高く又、気密性においては高気密かつ高信頼でありさらに、安価なレンズを製造することが出来る。 As described above, according to the lens manufacturing method of the present invention, there is a high degree of freedom in designing the focal length from the short focal point to the long focal point, and the airtightness is highly airtight and highly reliable. I can do it.
(実施の形態)
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a),(b)と図2(a),(b)は本発明の実施の形態による光半導体用レンズキャップの製造工程フローに沿った断面図である。 FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views along the manufacturing process flow of the optical semiconductor lens cap according to the embodiment of the present invention.
図1(a),(b)と図2(a),(b)に於いて1はカーボンやセラミックなどからなる組立治具、2は組立治具1の主面に開口部を有した座繰り孔、3は座繰り孔2から連続した底部で円錐形をなす凹部、4は枠体として例えばFe−Ni−Co合金(以下コバールと称す)からなる金属を切削加工により削り出したシェル、5はシェル頂部壁、5aは頂部壁の外面、5bは頂部壁の内面、6はシェル頂部の光透過用窓の外周端より垂直方向に延在する封着壁、6aは封着壁の外周面、6bは封着壁の内周面、7はシェル頂部壁外周端より垂直方向に延在する円筒壁、7aは円筒壁の外周面、7bは円筒壁の内周面、8はシェル円筒壁終端より水平方向に延在するフランジ、8aはフランジの上面、8bはフランジ下面の円周面に存在する熔接代の頂点、9は円柱状レンズ素材、10は図1(a)の状態に於いてガラス軟化点以上に加熱された円柱状レンズ素材9が熔融する事により、シェル封着壁内周面6bに融着すると共に円柱状レンズ素材9の上下両端が表面張力で球状に成型した中間加工物、11は下型、12は上型、13,14は入子、13a,14aは光学転写面、15はレンズ、15a,15bはレンズ光学面である。
In FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, reference numeral 1 denotes an assembly jig made of carbon or ceramic, and 2 denotes a seat having an opening on the main surface of the assembly jig 1. Recessed hole, 3 is a conical concave portion at the bottom continuous from
詳細な構成を下記に説明する。 A detailed configuration will be described below.
組立治具1にシェル4をシェル封着壁外周面6aとシェル円筒壁内周面7bとの間の空隙に組立治具1の主面部を挿入した後、円柱状レンズ素材9をシェル封着壁内周面6bに内接した状態で挿入し、組立治具1の凹部3に当接する(図1(a))。この時のシェル4は、酸化炉などによる従来より行われている方法にて事前に金属酸化膜を表面に形成する処理が行われたものである。
After the
組立治具1を窒素雰囲気中で850℃で10分間加熱する(図1(b))。この事によって円柱状レンズ素材9は例えば硼珪酸ガラスで出来ており軟化点は700℃の為軟化点以上に加熱されることになり、円柱状レンズ素材9とシェル封着壁内周面6bがシェル表面の金属酸化膜(図示せず)を介して結合して分子構造的に連続なハーメチックシールとなる。又、同時に円柱状レンズ素材9の上下両端はガラスの表面張力とガラスの金属酸化皮膜との濡れ性を利用して球面に成型されて中間加工物10になる。この時ガラス表面には何も接触していない為に鏡面となる。これにより円柱状レンズ素材9の一次成型が完了した事になる。
The assembly jig 1 is heated at 850 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere (FIG. 1B). As a result, the cylindrical lens material 9 is made of, for example, borosilicate glass, and since the softening point is 700 ° C., the cylindrical lens material 9 is heated to the softening point or higher, and the cylindrical lens material 9 and the inner peripheral surface 6b of the shell sealing wall are formed. Bonding via a metal oxide film (not shown) on the shell surface forms a hermetic seal that is continuous in molecular structure. At the same time, the upper and lower ends of the cylindrical lens material 9 are molded into a spherical surface using the wettability of the glass surface tension and the metal oxide film of the glass to form the
一次成型後一旦冷却したレンズキャップを組立治具1から取り出し、円柱状レンズ素材9の中間加工物10の二次成型を行う。
The lens cap once cooled after the primary molding is taken out from the assembly jig 1 and the
レンズキャップをシェル頂部内面5bとシェル円筒壁内周面7bとフランジ下面に存在する熔接代頂点8bに接する様に下型に嵌合させる。次に上型をシェル頂部壁の外面5aとシェル円筒壁外周面7aとシェルフランジの上面8aに外接させて型締めを行う。レンズキャップ外周には加熱部材(図示せず)が対向しており、この加熱部材(図示せず)によってシェルが加熱され、さらに中間加工物が成型可能な温度である例えば650℃に加熱される。そして入子13,14が挟圧方向に80Nの力で駆動されて行く事によって中間加工物10が光学転写面13a,14aによって成型されて行き、成型終了後に入子13,14はシェル4に対して間隙を保って停止する。この事によって、成型の際に加圧された中間加工物10は成型されると共に入子13,14とシェルとの間に保たれた間隙より水平方向へはみ出して逃げて行くことになり、シェル4に対して圧力が加わることを防止する(図2(a))。
The lens cap is fitted to the lower die so as to contact the welding top apex 8b existing on the shell top
これらの事によって球面または非球面のレンズ光学面15a,15bを有するレンズ15が形成されたレンズキャップである(図2(b))。 Thus, the lens cap is formed with the lens 15 having the spherical or aspherical lens optical surfaces 15a and 15b (FIG. 2B).
かかる構成によれば、シェルの封着壁6の距離Lを自由に設定出来る事及び入子の光学転写面13a,14aの曲率設計範囲とそれに伴う円柱状レンズ素材9の円柱径の設定も自由に出来る事から結果としてレンズ厚とレンズ光学面の曲率の自由度が高い為に短焦点から長焦点までのレンズ製造が可能である。 According to such a configuration, the distance L of the sealing wall 6 of the shell can be freely set, and the curvature design range of the optical transfer surfaces 13a and 14a of the nesting and the cylindrical diameter of the cylindrical lens material 9 associated therewith can be freely set. As a result, since the degree of freedom of the lens thickness and the curvature of the lens optical surface is high, it is possible to manufacture a lens from a short focal point to a long focal point.
又、図1(b)に示す一次成型時にガラスの軟化点以上の850℃に円柱状レンズ素材9を加熱する事によってシェル封着壁内周面6bと円柱状レンズ素材9の中間加工物10間でシェル表面の金属酸化膜(図示せず)を介して完全に結合されて分子構造的に連続なハーメチックシールとなる。
Further, by heating the cylindrical lens material 9 to 850 ° C. above the softening point of the glass during the primary molding shown in FIG. 1B, an
この事により気密性が高くかつ高信頼であり、光半導体素子等のレンズキャップとして用いられた場合に素子の動作安定性を高く保つ事が可能である。 As a result, the device is highly airtight and highly reliable, and when used as a lens cap of an optical semiconductor device or the like, it is possible to keep the operation stability of the device high.
又、同じく上記の一次成型時に円柱状レンズ素材9の上下両端がガラスの表面張力を利用して球状に成型されて中間加工物10の形状となるが、その表面はレンズ光学面に求められる様な鏡面である。よって、従来製造方法でいう所の球状レンズ素材160に対して事前に鏡面仕上げを行ったように、円柱状レンズ素材9に対しては事前に鏡面仕上げを行う事は必要としない。
Similarly, at the time of the primary molding, the upper and lower ends of the cylindrical lens material 9 are formed into a spherical shape by utilizing the surface tension of the glass to form the
さらに、図2(a)に示す二次成型時にかかる圧力は、シェル4と入子13,14の間に保たれた間隙よりガラスがはみ出して逃げていくことにより、シェル4に対しては直接の圧力がかからない。
Further, the pressure applied during the secondary molding shown in FIG. 2A is directly applied to the
上記によって、本実施の形態に於いて枠体をコバールからなる金属を切削加工したシェルを用いて説明したが、経済性と量産性を考慮して薄板の金属プレスシェルを用いる事も可能である。 As described above, in the present embodiment, the frame has been described using a shell obtained by cutting a metal made of Kovar. However, it is also possible to use a thin metal press shell in consideration of economy and mass productivity. .
尚、枠体の材質はコバールに限る事無く、Fe−Ni合金やSUS等他の金属を用いる事も可能である。 The material of the frame is not limited to Kovar, and other metals such as Fe-Ni alloy and SUS can be used.
さらに、レンズの素材としてガラスを用いて説明したが、例えばポリカーボネート,ポリメチルメタクリレート等の樹脂でも良い。 Furthermore, although glass was used as the lens material, a resin such as polycarbonate or polymethyl methacrylate may be used.
光部品分野の気密キャップ及びレンズとして有用であり、特に光半 導体の受発光素子に適している。 It is useful as an airtight cap and lens in the field of optical components, and is particularly suitable for light receiving and emitting elements of optical semiconductors.
1 組立治具
2 座繰り孔
3 凹部
4 シェル
5 シェル頂部壁
5a シェル頂部壁外面
5b シェル頂部壁内面
6 封着壁
6a 封着壁外周面
6b 封着壁内周面
7 円筒壁
7a 円筒壁外周面
7b 円筒壁内周面
8 フランジ
8a フランジ上面
8b フランジ頂点
9 円柱状レンズ素材
10 中間加工物
11 下型
12 上型
13 入子
14 入子
13a,14a 光学転写面
15 レンズ
15a,15b レンズ光学面
110 下型
110a 下型凹部
120 上型
130,140 入子
130a,140a 光学転写面
150 レンズホルダ
150a レンズホルダ内周面
150b レンズホルダ突部
160 球状レンズ素材
160a ガラスレンズ
160b,160c レンズ光学面
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