JP2005512159A - マルチレンズ仕上げ方法 - Google Patents
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Abstract
レンズの製造方法は、所望の長さを持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断する各工程を有してなる。この方法はさらに、スライスを所望の厚さおよび表面仕上げ状態に仕上げ、スライスから個々のレンズを取り出す各工程も含む。
Description
本発明は、レンズ、特に、屈折率分布レンズなどの非常に小さなレンズの仕上げ方法に関する。
屈折率分布(GRIN)レンズは、連続的に変化する屈折率を有する。GRINレンズには、スイッチ、アイソレータ、カプラ、波長分割マルチプレクサ、およびサーキュレータなどの光学素子に多くの用途がある。GRINレンズは、屈折率分布を持つガラスロッドから製造される。そのようなガラスロッドを製造する方法は当該技術分野においてよく知られている。一般に、屈折率分布は、ガラス材料の異なる層中にドーパントを導入することにより形成される。
GRINレンズを製造する方法は、屈折率分布を持つ所望の長さのガラスロッドを切断し、このガラスロッドを、所望の寸法と光学的特徴を持つレンズに仕上げる各工程を有してなる。仕上げプロセスは一般に、いくつかの工程を含む。レンズを仕上げる工程の一般的な順序は以下の通りである:レンズ表面を研削し、レンズ表面をラップ仕上げし、レンズ表面を研磨し、レンズを洗浄し、レンズを反射防止材料でコーティングし、レンズを洗浄し、レンズを検査し、レンズを包装する。
GRINレンズは非常に小さなレンズである。例えば、GRINレンズは、直径が1.8mm、長さが4.82mm、またはそれより小さくてもよい。現在、GRINレンズは、上述した仕上げプロセス工程の多くまたは全てに亘り、一度に一つが処理されており、これは、そのような小さなレンズを仕上げるのに非常に費用がかかる様式である。さらに、仕上げプロセス工程の多くまたは全てに亘るガラスの取扱いにより、レンズが損傷を受けることがある。
本発明は、ある態様において、レンズを製造する方法であって、所望の長さを持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、これらスライスを所望の厚さおよび表面仕上げ状態に仕上げ、スライスから個々のレンズを取り出す各工程を有してなる方法に関する。
本発明は、別の態様において、屈折率分布レンズを製造する方法であって、屈折率分布を持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、これらスライスを仕上げ、スライスから個々のレンズを取り出す各工程を有してなる方法に関する。
本発明は、別の態様において、レンズを製造する方法であって、所望の長さを持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、これらスライスを所望の厚さおよび表面仕上げ状態に仕上げ、スライスを反射防止材料でコーティングし、スライスを洗浄し、スライスから個々のレンズを取り出す各工程を有してなる方法に関する。
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかになろう。
本発明の原理に合致したレンズの製造方法では、一つのレンズを仕上げるのと同じ様式で仕上げられる単独ユニットに多数のレンズを組み立てることによって、個々のレンズの取扱いが最小限となる。例として、単独ユニットは、2から20,000個のレンズを直ちに一つにまとめることができる。単独ユニットは、個々のレンズよりも取扱いと方向付けが容易であり、レンズの仕上げ費用を著しく減少させることができる。本発明の特定の実施の形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1は、本発明のある実施の形態によるレンズ製造プロセスを示す流れ図である。このプロセスは、一つ以上のガラスロッドを所望の長さに切断することから始まる(ST100)。GRINレンズについては、ガラスロッドは屈折率分布を有する。次いで、ガラスロッドを単独ユニットに組み立てる(ST102)。次の工程は、ガラスロッドの単独ユニットを多数のスライスに切断することである(ST104)。各スライスは、単独ユニットとして一緒に固定された多数のレンズを含む。各スライスは、一つのレンズが仕上げられるのと同じ様式で仕上げることができる。仕上げプロセスは、各スライスを所望の厚さとなるまでラップ仕上げすることから始まる(ST106)。ラップ仕上げは、各スライスの表面の遊離砥粒による研削を含む。ラップ仕上げプロセスにより得られた表面仕上げ状態は、典型的に、約125から625nmRa(算術平均粗さ)ほどの粗いものである。ラップ仕上げは、片面でも両面であってもよい。片面ラップ仕上げにおいて、各スライスの表面は、一つずつラップ仕上げされる。両面ラップ仕上げにおいて、各スライスの表面は同時にラップ仕上げされる。
ラップ仕上げ後、ウェハーを洗浄装置内に配置して、遊離材料を除去する(ST108)。次いで、スライスを、所望の表面仕上げ状態および厚さとなるまで研磨する(ST110)。研磨も遊離砥粒プロセスである。この表面仕上げの粗さは、典型的に、0.1から1nmRaの範囲にあり、ラップ仕上げプロセスよりも一般に良好である。研磨プロセスは片面でも両面であってもよい。片面研磨において、各スライスの表面は一つずつ研磨される。両面研磨において、各スライスの表面は同時に研磨される。研磨後、スライスを再度洗浄装置内に配置して、遊離材料を除去する(ST112)。次いで、洗浄したスライスを反射防止材料でコーティングする(ST114)。コーティングプロセス後、スライスを洗浄装置内に配置する(ST116)。洗浄したスライスを検査装置内に配置して、レンズの寸法および光学的特徴を測定する(ST118)。検査後、個々のレンズをスライスから取り出す(ST120)。個々のレンズを洗浄装置内に配置して、レンズから全ての異物を除去する(ST122)。次いで、レンズを個々のパッケージ内に配置する(ST124)。
工程ST102に戻ると、ガラスロッドを単独ユニットに組み立てる方法には様々なものがある。図2Aは、ガラスロッド126をガラス管(またはハウジング)128中に挿入する一方法を示している。図2Bは、エポキシ、蜜蝋、またはウレタンブロック剤などの適切なブロック剤または離型剤130が充填されたガラス管128を示している。ブロック剤または離型剤130は、ガラスロッドおよびガラス管128が単独ユニットを形成するようにガラス管128の内部にガラスロッド126を一緒に保持する。ガラス管128は、ワイヤーソー装置(図示せず)または他の適切な切断装置を用いて、上述したように多数のスライスに切断できる。ワイヤーソーは、あるタイプのラップ仕上げプロセスであり、ガラスに損傷を与えずに、ガラス管128およびガラスロッド126を効率的に切断できる。
図3Aは、ワイヤーソー装置(図示せず)に使用するのに適したスライス用固定具132を示している。スライス用固定具132は、ガラス管128を受容するための空洞136を持つ管保持具134を含む。管保持具134はプレート138上に取り付けられている。プレート138はワイヤーソーテーブル(図示せず)上に取り付けられていても差し支えない。管保持具134は、切断作業中にプレート138に対して静止しているようにどのような適切な手段によりプレート138に固定されていてもよい。図3Bは管保持具134の平面図を示している。図示したように、保持具134には、切断用ワイヤ(図示せず)を受容するための多数の溝140がある。溝140は、ガラス管128がスライスされる位置を画定する。図3Aに戻ると、スライス用固定具132は、管保持具134上に取り付けられたクランプ用プレート142も備えている。クランプ用プレート142は、ボルト143または他の適切な留め具によりプレート138に固定されたときに、ガラス管128を保持具134に対して挟み込む。このようにして、ガラス管128は切断作業中に動かない。
クランプ用プレート142は、管保持具134の溝140(図3Bに示されている)に整合された多数の溝144を有している。動作において、スライス用固定具132は、ガラス管128がクランプ用プレート142と管保持具134との間に挟まれた状態で、ワイヤーソーテーブル(図示せず)上に取り付けられる。切断用ワイヤ(図示せず)は、溝(図3Bの140)を通るときに、ガラス管128とガラス管128の内部にあるガラスロッド126を切断する。図3Cは、多数のスライス146に切断されたガラス管128を示している。一般に、切断プロセスは、滑らかな切断面を提供するために、グリコール中のSiCなどの研磨スラリーの使用を含む。図3Dは、離型剤130およびガラス管128のセグメントにより一緒に保持された多数のレンズ148(すなわち、図2Aのガラスロッド126のセグメント)を持つスライス146の内の一つを示している。スライス146は、個々のレンズが仕上げられるのと同じように仕上げることができ、レンズを仕上げるのに要する時間を実質的に節約し、ガラスへの損傷が減ることになる。
図4は、スライス146の両面ラップ仕上げプロセスを示している。スライス146はラップ仕上げ用保持具149内に取り付けられており、この保持具は二つのラップ仕上げ用プレート150の間に取り付けられている。研磨層152がラップ仕上げ用プレート150上に形成されている。一般に、研磨層152は酸化アルミニウムなどの遊離砥粒を含む。ラップ仕上げ用プレート150とスライス146との間の相対運動により、スライス146を所望の厚さにラップ仕上げまたは研削する。研磨設備もラップ仕上げ設備に似ている。一般に、研磨剤は酸化セリウムである。ラップ仕上げおよび研磨後、スライス146を反射防止材料でコーティングする。次いで、個々のレンズ148をスライス146から取り出す。個々のレンズ148を取り出すプロセスは、スライス146を溶剤溶液中に配置して、離型剤130を溶解させる工程を含む。
図5Aは、単独ユニット中にガラスロッドを組み立てる別の方法を示している。図示されているように、ガラスロッド126は多数の分割リング154内に挿入されており、これらのリングは一列に間隔が置かれて整合されている。図5Bに示されているように、ガラスロッド126は分割リング154内に孔155を通して挿入されている。孔は、正方形、円形、多角形等の様々な形状を有していてもよい。図5Aに戻ると、分割リング154をガラスロッド126の周りに締め付けて、密なアセンブリ156を形成する。アセンブリ156は、ワイヤーソー装置(図示せず)または他の適切な切断装置を用いて多数のスライスに切断することができる。アセンブリ156は、図5Cに示すように、分割リング154の間で切断されるであろう。スライス157は、上述したように、ラップ仕上げし、研磨し、反射防止材料をコーティングし、洗浄することができる。スライスから個々のレンズを取り出すプロセスは、分割リング154を弛めるだけの簡単なものである。
図6Aは、ガラスロッドを単独ユニットに組み立てる別の方法を示している。図示されているように、ガラスロッド126は、マット158の間に一列に配列されている。マット158は、二枚の薄いプラスチックフイルムシートまたは二枚のガラスシートまたはプラスチックフイルムとガラスシートから製造されていてもよい。ガラスロッド126は、エポキシまたは蜜蝋またはウレタンブロック剤などの適切なブロック剤または離型剤により、マット158の間の適所に保持されてよい。図6Bは、マット(図6Aの158)のためのスライス用固定具162を示している。スライス用固定具162は空洞164を有する。空洞164の内部には溝付き棒材166がある。溝付き棒材166の溝168は、マット(図6Aの158)が切断される位置を画定する。図6Cは、溝付き棒材(図6Bの166)の頂面にあるスライス用固定具162内に取り付けられたマット158を示している。頂部の棒材170は、マット158を溝付き棒材(図6Bの166)に留めるために支持固定具162上に取り付けられていてもよい。
マット158は、スライス用の刃(図示せず)を頂部の棒材170の間に通し、マット158を通過させ、溝付き棒材(図6Bの166)の溝(図6Bの168)中に通すことにより、多数のスライスまたは細長片に切断される。細長片は、前述したように、個々に仕上げても差し支えない。あるいは、図6Dに示したように、細長片172をクランプ用バンド174内に配列しても差し支えない。次いで、クランプ用バンド174を細長片172の周りに締め付けて、単独のレンズを仕上げるのと同じ様式で仕上げられる大きな単独ユニットを形成しても差し支えない。仕上げプロセスの各工程は、図1を参照して先に論じられている。個々のレンズ176は、レンズを一緒に保持しているマットの細長片を単に除去することにより、細長片172から取り出される。
本発明は、平面を持つレンズについて記載してきた。フェーセット付きレンズ、すなわち、角度の付いた面を持つレンズについては、追加の工程が必要である。図1の工程ST110およびST112で示したようにスライスを研磨し、洗浄した後、スライス内のレンズを、一般に4から12度の範囲にある角度だけ傾ける。一般に、このプロセスは、スライス内にあるレンズを、方向付けられた表面を持つレンズフェーセット固定具内に移送する工程を含む。この回転された位置において、角度を付けるべきレンズ面は、水平に対して傾けられている。レンズ上に角度の付けられた面を形成する追加の工程は、レンズの傾けられた面を、水平になるまでラップ仕上げする工程を含む。次いで、レンズを洗浄し、ラップ仕上げされた面を研磨し、レンズを再度洗浄する。レンズが通常の位置に戻されたときに、ラップ仕上げされ、研磨された面には角度が付いている。フェーセット付きレンズを、図1の工程ST114およびST124に示したようにさらに加工する。
スライス内のレンズをある角度だけ傾ける方法には様々なものがある。一般に、使用する方法はスライスの形状による。例えば、分割リング154(図5Cに示されている)により保持されたスライス157(図5Cに示されている)について、角度の付いたリングを持つ固定具を使用しても差し支えない。図7Aは、角度の付いたリング179を有する固定具178を示している。スライス157(図5Cに示されている)を、角度の付いたリング179上に配置しても差し支えなく、分割リング154(図5Cに示されている)を、スライス157(図5Cに示されている)内のレンズが角度の付いた管179中に入るように開放しても差し支えない。レンズ126は、角度の付いたリング179を締め付ける際に、ある角度だけ回転せしめられる。方向付けられたレンズ126を上述したように処理して、フェーセットの角度を形成しても差し支えない。図6Dの細長片172などのレンズ片を、角度の付いた表面を持つ固定具、例えば、角度の付いた表面182を持つ図7Bの固定具180内に配置しても差し支えない。細長片172のレンズは、角度の付いた表面182の間に配置されたときに回転せしめられる。図7Cは、ラップ仕上げおよび研磨後の細長片172を示している。
本発明には一つ以上の利点がある。特に、多数のレンズを、単独ユニットに一緒に集めることにより、同時に仕上げることができる。このことは、プロセスの生産高を実質的に改善し、ガラス材料への損傷を最小にする。
本発明を限定数の実施の形態に関して説明してきたが、この開示の恩恵を受けた当業者には、ここに開示した本発明の範囲から逸脱しない他の実施の形態を考え出せることが明らかであろう。したがって、本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。
126 ガラスロッド
128 ガラス管
130,160 離型剤
132,162 スライス用固定具
134 管保持具
146,157 スライス
148 レンズ
154 分割リング
158 マット
128 ガラス管
130,160 離型剤
132,162 スライス用固定具
134 管保持具
146,157 スライス
148 レンズ
154 分割リング
158 マット
Claims (11)
- レンズを製造する方法であって、
所望の長さを持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、
該単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、
該スライスを所望の厚さおよび表面仕上げ状態に仕上げ、
該スライスから前記個々のレンズを取り出す、
各工程を有してなることを特徴とする方法。 - 複数のガラスロッドを組み立てる工程が、該ガラスロッドをハウジング中に挿入し、該ハウジングをブロック剤で満たす各工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- スライスから個々のレンズを取り出す工程が、スライスからブロック剤を除去する工程を含むことを特徴とする請求項2記載の方法。
- 複数のガラスロッドを組み立てる工程が、前記ガラスロッドを一列に間隔の置かれた複数の分割リング中に挿入し、該分割リングを前記ガラスロッドの周りに締め付ける各工程を含み、スライスから個々のレンズを取り出す工程が、前記分割リングを弛める工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 複数のガラスロッドを組み立てる工程が、マットの間に前記ガラスロッドを一列に配列する工程を含み、スライスから個々のレンズを取り出す工程が、前記マットから前記レンズを分離する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- スライスを仕上げる工程が、前記スライスのラップ仕上げ、前記スライスの研磨、前記スライスの反射防止剤によるコーティング、および前記スライスの少なくとも一つへのフェーセット角度の形成からなる群より選択される工程を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- スライスの少なくとも一つへのフェーセット角度の形成工程が、前記スライス内の各レンズの面をある角度に方向付ける固定具内に該スライスを配置する工程を含むことを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記レンズの方向付けられた面のラップ仕上げまたは前記レンズの方向付けられた面の研磨のいずれかの工程をさらに含むことを特徴とする請求項7記載の方法。
- 前記ガラスロッドが屈折率分布を有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 屈折率分布レンズを製造する方法であって、
屈折率分布を持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、
該単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、
該スライスを仕上げ、
該スライスから前記個々のレンズを取り出す、
各工程を有してなることを特徴とする方法 - レンズを製造する方法であって、
所望の長さを持つ複数のガラスロッドを単独ユニットに組み立て、
単独ユニットを、それぞれが複数の個々のレンズを持つ多数のスライスに切断し、
該スライスを所望の厚さおよび表面仕上げ状態に仕上げ、
該スライスを反射防止材料でコーティングし、
該スライスを洗浄し、
該スライスから個々のレンズを取り出す、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
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