JP2005115148A - Optical element and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、光通信などに用いられる光学レンズなどの光学素子とその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element such as an optical lens used for optical communication and a method for manufacturing the same.
近年、光ファイバを用いた光通信が広く普及されてきている。かかる光通信には、光源としてレーザダイオードなどが用いられてきており、かかる光源からの出射光を光ファイバに入射させるために、光学レンズが使用されている。この光学レンズは、光源からの光を光ファイバの入射面に集光させるためのものである(例えば、非特許文献1参照)。 In recent years, optical communication using optical fibers has become widespread. In such optical communication, a laser diode or the like has been used as a light source, and an optical lens is used to make light emitted from the light source incident on an optical fiber. This optical lens is for condensing the light from the light source on the incident surface of the optical fiber (see, for example, Non-Patent Document 1).
その記載によると、図3に示すように、レーザダイオード21と光ファイバ22の先端部と光学レンズ23とが組み込まれて光通信用モジュール20が形成され、この光学レンズ23はレーザダイオード21と光ファイバ22の先端部との間に設けられたレンズ支持部24によって支持されている。レーザダイオード21から拡散して出射されるレーザ光は、光学レンズ23により、光ファイバ22の先端部の入射口に集光される。
According to the description, as shown in FIG. 3, an
かかる光学レンズ23は、レーザダイオード21と光ファイバ22との結合効率を高めるために、即ち、レーザダイオード21からの出射光が効率良く光ファイバ22に入射されるようにするために、非球面レンズを用いている。
The
このような光通信に用いられる光学レンズとしては、ガラスレンズが用いられるが、その製造方法としては、一例として、熱間プレス加工法が用いられる。これは、金型に光学レンズの素材(ガラスのブランク)をセットし、かかる素材を加熱して軟化させた状態で金型を加圧し、型締め(プレス加工)することにより、金型の面形状をガラス素材に転写するものであり、金型の面形状が転写されてレンズ形状ができ上がると、それを冷却して金型から取り外し、プレス加工が終了する。 As an optical lens used for such optical communication, a glass lens is used. As an example of a manufacturing method thereof, a hot press working method is used. This is done by setting the optical lens material (glass blank) in the mold, pressing the mold in a state where the material is heated and softened, and clamping (pressing) the mold surface. The shape is transferred to a glass material. When the surface shape of the mold is transferred and the lens shape is completed, it is cooled and removed from the mold, and the press process is completed.
ところで、光学レンズのプレス加工による製造方法としては、従来、種々の方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, as a manufacturing method by press working of an optical lens, various methods have been conventionally proposed (for example, see Patent Document 1).
この特許文献1に記載の方法では、図4(a)に示すように、光学レンズの一方の面形状をなす型面30aを有する上型30と光学レンズの他方の面形状をなす型面31aを有する下型31とを用い、これら型面30a,31a間にレンズ素材であるガラス素材32を配置し、また、下型31の型面31aの周りに環状のホルダ素材33を配置する。
In the method described in
かかる状態でガラス素材32を加熱することによって軟化させ、しかる後、上型30を加圧して下型31に押し付けることにより、図4(b)に示す状態にする。この状態では、ガラス素材32が上型30の型面30a,下型31の型面31a及びホルダ素材33によってプレス(型締め)されることになり、これら型面30a,31aがガラス素材32に転写され、かつガラス素材32がホルダ素材33の内面に接着する。
In this state, the
このようにしてプレス加工が終了すると、ガラス素材32などが冷却され、上型30を上昇させることにより、このガラス素材32を下型31から取り外すことができる。この場合、このガラス素材32にはホルダ素材33が固着された状態にあり、従って、図4(c)に示すように、ガラス素材32からなるレンズ部35にホルダ素材33からなるホルダ36が取り付けられた金属ホルダ付きの光学レンズ34が得られることになる。このホルダ36の1側面は、光通信での半導体レーザユニットへの搭載時、光軸方向の位置決め基準面として利用できるとしている。
When the press working is thus completed, the
ところで、かかる製造方法によって得られた光学レンズ34では、衝撃や振動などにより、レンズ部35からホルダ36が外れてしまう場合もあり、不安定である。そこで、レンズ部35とホルダ36との結合をより安定化するために、ホルダ36の内面に凸部を設けるようにしたものも提案されている(例えば、特許文2,特許文献3参照)。
By the way, the
しかしながら、このような光学レンズでは、これを製造するに際し、ホルダ素材の内面に凸部を形成しなければならず、非常な手間がかかるものとなる。これを回避する1つの方法として、ホルダ36を設ける代わりに、図5に示すように、光学レンズ37として、レンズ部38の外周にこれと同じ素材のツバ部39を設けるものである。かかる構成の光学レンズ34の製造方法としては、例えば、図4に示した製造方法において、ホルダ素材33を設けないようにすればよい。
図7はプレス加工による光学レンズ製造プロセスの一例を示す。 FIG. 7 shows an example of an optical lens manufacturing process by press working.
同図において、プリフォーム(ガラス素材)の供給後、加熱を行なう前に、系の真空引き(1回目)、N2置換を行なう。これは、加熱時の型の酸化などを防ぐためである。次に、加熱,均熱後、再び真空引きし(2回目)、その後、プレスを行なう。プレス後、除令、急冷し、光学レンズが完成する。 In the figure, after supplying the preform (glass material), before heating, the system is evacuated (first time) and N 2 substitution is performed. This is to prevent oxidation of the mold during heating. Next, after heating and soaking, vacuuming is again performed (second time), and then pressing is performed. After pressing, the decree and rapid cooling complete the optical lens.
ところで、光学レンズには、用途や目的に合わせて様々な形状のレンズが用いられている。例えば、光学ベンチのV溝にレンズを設置する場合、レンズのV溝へのすわりをよくする目的で、非常に肉厚のレンズが要求される場合もある。上記プレス加工による製造方法では、このような厚肉の光学レンズを作製する場合、下記の問題が生じる。 By the way, various shapes of lenses are used as optical lenses in accordance with applications and purposes. For example, when a lens is installed in the V-groove of the optical bench, a very thick lens may be required for the purpose of improving the sitting of the lens in the V-groove. In the manufacturing method by press working, the following problems occur when producing such a thick optical lens.
即ち、このような厚肉の光学レンズを作成する場合には、当然のことながら、必要とするガラス素材の量も多くなる。このため、かかる光学レンズを図4に示すような方法で製造する場合には、図6(a)に示すように、ガラス素材32を下型31上に置いたとき、このガラス素材32が下型31の内部、即ち、型面31aを塞いでしまう。このような状態で、図6(b)に示すように、上型30によってガラス素材32のプレス加工が行なわれると、下型31の内部に2回目の真空引きで抜け切れなかったガス(N2など)があるので、最終的には、下型31の型面31aがガラス素材32に精度良く転写できなくなる。
That is, when producing such a thick optical lens, the amount of glass material required is naturally increased. For this reason, when such an optical lens is manufactured by the method shown in FIG. 4, when the
この問題を解決する方法としては、例えば、多段階プレス法を用いることも可能である。即ち、プレス工程で加圧、減圧を繰り返し、多段階に分けて徐々にプレスしていくことにより、下型31の内部のガスを抜きながら、型の転写を行なう方法である。
As a method for solving this problem, for example, a multi-stage press method can be used. That is, in this method, the mold is transferred while the gas inside the
しかし、上記方法では、成形1サイクル当たりの時間が非常に長くなり、結果としてコスト高になるため、有用な方法とは言えない。 However, the above method is not a useful method because the time per one molding cycle becomes very long, resulting in high cost.
本発明の目的は、かかる問題を解消し、表面形状が精度良く形成された光学素子とその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve such problems and provide an optical element having a surface shape formed with high accuracy and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明は、所望形状の面とその周りのランド部とからなる光学素子であって、ランド部に、このランド部の内径側の端から外径側の端まで横切る帯状の凸部を1以上設けたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an optical element comprising a surface having a desired shape and a land portion around the surface, and the land portion has a land portion extending from an inner diameter side end to an outer diameter side end. One or more strip-shaped convex portions are provided.
また、本発明は、下型と上型との2つの型で素子材料を型締めして上記の光学素子を成形する光学素子の製造方法であって、下型の型面から外部に連通する溝部により、型締め時に型内のガスを外部に放出するものである。 The present invention is also a method of manufacturing an optical element in which the optical element is molded by clamping an element material with two molds, a lower mold and an upper mold, and communicates from the mold surface of the lower mold to the outside. The groove part releases the gas in the mold to the outside when the mold is clamped.
本発明による光学素子によれば、高精度の面形状とすることができるし、ランド部に形成された凸部を、装置への取り付けの際の取付向きの目印とすることができ、装置への取付作業を簡略化する。 According to the optical element of the present invention, a highly accurate surface shape can be obtained, and the convex portion formed on the land portion can be used as a mark of the mounting direction at the time of mounting on the device. Simplify the installation work.
また、本発明による光学素子の製造方法によると、型による素材の型締め時に発生するガスを外部に放出することを可能にするものであるから、かかるガスに影響されることなく、光学素子の成形が可能となり、高精度の面形状を有する光学素子を得ることができる。 Further, according to the method for manufacturing an optical element according to the present invention, it is possible to release the gas generated when the material is clamped by the mold to the outside. Molding is possible, and an optical element having a highly accurate surface shape can be obtained.
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明による光学素子の一実施形態を示す図であって、同図(a)はその斜視図、同図(b)は同図(a)を矢印A方向から見た側面図であり、1はこの実施形態の光学素子(ここでは、光学レンズとする)、2はレンズ部、3はコバ部、4はコバ部3の端面であるランド部、5a,5bは凸部である。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of an optical element according to the present invention, in which FIG. 1 (a) is a perspective view thereof, and FIG. 1 (b) is a side view of FIG. Yes, 1 is an optical element of this embodiment (here, an optical lens), 2 is a lens portion, 3 is an edge portion, 4 is a land portion which is an end surface of the
同図(a),(b)において、光学素子、即ち、光学レンズ1は、レンズ部2と、その周りにレンズ部2と一体に形成されたコバ部3とから構成されており、このコバ部3の端面であるランド部4の少なくとも一方に、レンズ部2側である内径側から外径側までのこのランド部4全体を横切るようにして、帯状の凸部5a,5bが形成されている。これら凸部5a,5bは、ここでは、レンズ部2の中心軸に向かい、従って、かかる中心軸を横切る同一の直線上にあるものとするが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ランド部4全体を横切るものであれば、1個であってもよいし、また、2個以上がランド部4の適宜の位置に設けられていてもよい。
In FIGS. 2A and 2B, an optical element, that is, an
このように、コバ部3の一方のランド部4に凸部5a,5bを設けることにより、これに凸部5a,5bを光学レンズ1のレンズ面の向きの目印として用いることができる。例えば、図3に示したような光通信用のモジュール20に使用されるレンズ23としては、レーザダイオード21から出射されるレーザビームの断面形状(スポット形状)が楕円形状をなしているため、これを断面が円形状のレーザビームに変換して光ファイバ22に供給することも必要となり、このため、レンズ面の半径方向のx,y軸において、夫々の曲率が異なる、もしくは夫々の曲率方向も異なるようなトーリックレンズが用いられる。このような非軸対称レンズは、それをモジュール20に設置する場合には、このレンズ23のレンズ面の向きを正しく設定することが必要となる。図1に示した光学レンズ1をこのモジュール20のレンズ23として用いる場合には、かかる凸部5a,5bをそのレンズ面の向きを決める目印として利用することができるものであり、モジュール20などの光学レンズのレンズ面の向きを考慮することが必要な装置への光学レンズの取付作業がより簡単になる。
Thus, by providing the
図2は本発明による光学素子の製造方法の一実施形態の説明のための図であって、同図(a)は製造装置の要部の断面図、同図(b)は同図(a)での下型の上面図であり、10は上型、10aはその型面、11は下型、11aはその型面、11bは案内部、11cは平面部、12a,12bは溝部、13はガラス素材である。 2A and 2B are views for explaining an embodiment of the method of manufacturing an optical element according to the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view of the main part of the manufacturing apparatus, and FIG. 10 is an upper mold, 10a is its mold surface, 11 is a lower mold, 11a is its mold surface, 11b is a guide part, 11c is a flat part, 12a and 12b are groove parts, Is a glass material.
同図(a),(b)において、下型11の上面には、その外径部に円筒状の案内部11bが設けられており、加熱されたガラス素材13をプレス加工(型締め)するときには、上型10が、加圧されることにより、この案内部11bで案内されて下型11側に移動する。これにより、ガラス素材13が上型10と下型11とで型締めされ、ガラス素材13の一方側に上型10の型面10aとその周りの平坦面とが転写され、また、ガラス素材13の他方側に下型11の型面11aとその周りの平面部11cの面とが転写される。
In FIGS. 4A and 4B, a
ここで、下型11には、型面11aの縁から平坦部11cを通り、案内部11bを貫いて下型11の側面に連通する2つの帯状の溝部12a,12bが形成されており、下型11の上面にガラス素材13が載置され、上型10による型締めが行なわれても、型面11aがこれら溝部12a,12bを通して下型11の外側と連通するようにしている。これにより、上記2回目の真空引き工程後において、このガラス素材13と型面11aとで形成される空間内にガス(N2など)が残されてしまった場合に、これら溝部12a,12bがこのガスの通路となる。
Here, the
そこで、上型10によるガラス素材13のプレス加工が開始すると、ガラス素材13が下型11の型面11a側に押されることにより、このガラス素材13と型面11aとの間の空間に存在するガスはこの溝部12a,12bを通って外部に放出されることになる。これにより、ガラス素材13の型締めが精度良く行なわれることになり、型面10a,11aが高精度で転写された光学レンズが得られることになる。
Therefore, when the press working of the
図1に示す光学レンズ1は、このようにして形成されたものであって、そのレンズ部2のレンズ面が上型10の型面10a,下型11の型面11aの転写によって形成されたものであり、コバ部3は上型10での型面10aの周囲の平坦部と下型11での平面部11c,案内部11bとで形成されたものであって、このコバ部3の両端部のランド部4は上型10での平坦部と下型11での平面部11cが転写されたものである。
The
そして、ガラス素材13の型締め(プレス加工)の終わりでは、下型11の溝部12a,12bにもガラス素材13が進入するから、これにより、光学レンズ1のコバ部3での一方のランド部4には、上記の凸部5a,5bが形成されることになる。
At the end of mold clamping (pressing) of the
このようにして、この製造方法の実施形態では、下型11に設けた溝部12a,12bにより、ガスを外部に排出することができるから、かかるガスに影響されることなく、光学レンズ1の成形が可能となり、高精度の面形状を有する光学レンズを得ることができる。
Thus, in this embodiment of the manufacturing method, since the gas can be discharged to the outside by the
なお、成形された光学レンズ1(図1)のレンズ部2のレンズ面は、上型10の型面10aや下型11の型面11aの形状が転写されたものであるから、これら型面10a,11aの形状を適宜設定することにより、光学レンズ1としては、軸対称レンズとすることもできるし、非軸対称レンズとすることもでき、また、両側のレンズ面の形状を同じにすることもできるし、異なるようにすることもできる。
Since the lens surface of the
ここで、この製造方法の実施形態では、図1に示す光学レンズ1を製造するものとして説明したが、この光学レンズのランド部4での上記のような凸部の形成の仕方によっては、下型11での溝部も、これに応じて1個または2個以上設けることになることはいうまでもない。
Here, in the embodiment of the manufacturing method, the
また、下型11に上型10を案内する案内部11bを設けたが、かかる案内部11bの代わりに、下型11,上型10の外側に筒状の案内部を設けるなど、他の手段でもって移動する上型を(下型11が移動する場合には、この下型11を、あるいはまた、両型10,11が移動する場合には、これらを)案内するようにしてもよい。
Further, the
なお、以上の実施形態では、光学素子を光学レンズとしたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、高精度の面形状を必要とする他の光学素子にも適用可能であることはいうまでもない。 In the above embodiment, the optical element is an optical lens. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other optical elements that require a highly accurate surface shape. Needless to say.
また、本発明は、光通信用の光学素子ばかりでなく、光学記録再生装置の対物レンズなどの他の装置の光学素子にも適用可能であることはいうまでもない。 Further, it goes without saying that the present invention is applicable not only to optical elements for optical communication but also to optical elements of other devices such as an objective lens of an optical recording / reproducing apparatus.
1 光学素子
2 レンズ部
3 コバ部
4 ランド部
5a,5b 凸部
10 上型
10a 型面
11 下型
11a 型面
11b 案内部
11c 平面部
12a,12b 溝部
13 ガラス素材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該ランド部に、該ランド部の内径側の端から外径側の端まで横切る帯状の凸部を1以上設けたことを特徴とする光学素子。 In an optical element composed of a surface of a desired shape and a land portion around it,
An optical element, wherein the land portion is provided with one or more belt-like convex portions that cross from the inner diameter side end to the outer diameter side end of the land portion.
該下型の型面から外部に連通する溝部により、該型締め時に型内のガスを外部に放出することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the method of manufacturing an optical element according to claim 1, the element material is clamped by two molds, a lower mold and an upper mold.
A method of manufacturing an optical element, characterized in that a gas in the mold is released to the outside when the mold is clamped by a groove portion communicating from the mold surface of the lower mold to the outside.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003351002A JP2005115148A (en) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Optical element and method for manufacturing same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8300327B2 (en) | 2006-12-20 | 2012-10-30 | Hitachi Maxell, Ltd | Production method of optical element, optical element forming mold and optical element |
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2003
- 2003-10-09 JP JP2003351002A patent/JP2005115148A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8300327B2 (en) | 2006-12-20 | 2012-10-30 | Hitachi Maxell, Ltd | Production method of optical element, optical element forming mold and optical element |
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