JP2005512159A - マルチレンズ仕上げ方法 - Google Patents

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。

本発明のある実施の形態によるレンズ仕上げプロセスを示す流れ図 単独ユニットを形成するためにガラス管中に挿入されたガラスロッドを示す斜視図 離型剤が充填された図２Ａのガラス管を示す斜視図 スライス用固定具に取り付けられた図２Ｂのガラス管を示す斜視図 図３Ａに示された管保持具の平面図 多数のスライスに切断された図３Ｂのガラス管を示す平面図 図３Ｃのスライスの一つを示す正面図 両側ラップ仕上げプロセスを示す概略図 単独ユニットを形成するために一列のスペース・リング中に挿入されたガラスロッドを示す平面図 図５Ａに示したアセンブリの端部図 多数のスライスに切断された図５Ａのユニットを示す平面図 マットの間に一列に配列されたガラスロッドを示す概略図 図６Ａに示したガラスロッドのマットのためのスライス用固定具を示す概略図 図６Ｂのスライス用固定具内にクランプ留めされたガラスロッドのマットを示す概略図 クランプ留めバンド内に配列されたレンズ片を示す正面図 レンズを方向付けるための固定具を示す断面図 レンズのフェーセット固定具に配列されたレンズ片を示す概略図 ラップ仕上げおよび研磨後のレンズ片を示す概略図

符号の説明

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

Claims (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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
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、
    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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