JP2006178388A - Optical element fixing method and optical element fixing structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子を固定部材に接着剤で接着し固定する光学素子固定方法及び光学素子固定構造に関するものである。 The present invention relates to an optical element fixing method and an optical element fixing structure in which an optical element is bonded and fixed to a fixing member with an adhesive.
従来、レンズ等の光学素子を鏡筒等に固定する場合、研削を施した鏡筒等の基材または基材表面にメッキを施したものに直接、接着剤で固定を行うことがあった。この場合、接着剤は環境温度で軟化または膨張し、接着剤による固定位置がずれ易く、固定のときに調芯されたレンズがその後、光軸ずれを起こし易かった。例えば、ピックアップレンズや光通信モジュールに使われるマイクロレンズ等のプラスチックレンズを接着し固定した場合、温度・湿度環境の変動下において、焦点位置変動が小さいことが必要とされる。 そのため、接着固定後に、温度・湿度環境の変動下にあっても接着剥がれがなく良好な接着状態を維持でき、光軸ずれが起き難いことが必要とされている。 Conventionally, when an optical element such as a lens is fixed to a lens barrel or the like, a base material such as a lens barrel that has been ground or a surface of the base material that has been plated is directly fixed with an adhesive. In this case, the adhesive softens or expands at ambient temperature, and the fixing position by the adhesive tends to shift, and the lens aligned during fixing is likely to cause an optical axis shift thereafter. For example, when a plastic lens such as a microlens used in a pickup lens or an optical communication module is bonded and fixed, the focal position variation is required to be small under variations in temperature and humidity environment. For this reason, it is necessary that, after bonding and fixing, even if the temperature / humidity environment fluctuates, the adhesive is not peeled off and a good bonding state can be maintained, and the optical axis shift is difficult to occur.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、レンズ等の光学素子を鏡筒等の固定部材に固定した場合、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できかつ光学素子の光軸ずれを低減できる光学素子固定方法及び光学素子固定構造を提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems of the prior art, when an optical element such as a lens is fixed to a fixing member such as a lens barrel, a good adhesion state can be maintained even under a change in temperature and humidity environment. And it aims at providing the optical element fixing method and optical element fixing structure which can reduce the optical axis offset of an optical element.
上記目的を達成するために、本発明による光学素子固定方法は、光学素子を固定部材に接着剤で接着し固定する際に、前記光学素子の接着面及び前記固定部材の接着面の少なくとも一方を粗くすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the optical element fixing method according to the present invention is configured to fix at least one of the adhesive surface of the optical element and the adhesive surface of the fixing member when the optical element is bonded to the fixing member with an adhesive. It is characterized by roughening.
この光学素子固定方法によれば、レンズや回折格子等の光学素子の接着面及び固定部材の接着面の少なくとも一方を粗くすることで、接着剤が接着面に広がり易くなり、均一に塗布でき、接着剤の厚さを均一にできる。このため、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できるので、光学素子の光軸ずれを低減できる。また、接着せん断強度が増すので、光学素子の光軸ずれを一層低減できる。なお、粗くする前の接着面は研削表面またはめっき表面等であってよい。 According to this optical element fixing method, by roughening at least one of the adhesive surface of the optical element such as a lens or a diffraction grating and the adhesive surface of the fixing member, the adhesive can easily spread on the adhesive surface, and can be applied uniformly. The thickness of the adhesive can be made uniform. For this reason, it is possible to maintain a good adhesion state even under a change in temperature and humidity environment, so that the optical axis shift of the optical element can be reduced. Moreover, since the adhesive shear strength increases, the optical axis shift of the optical element can be further reduced. In addition, the adhesion surface before roughening may be a grinding surface or a plating surface.
上記光学素子固定方法において前記接着剤が紫外線硬化性樹脂であることが好ましい。また、前記接着剤の厚さ方向に荷重を加えながら前記接着剤に紫外線照射を行うことが好ましく、接着剤の厚さを更に均一にできる。 In the optical element fixing method, the adhesive is preferably an ultraviolet curable resin. Moreover, it is preferable to irradiate the adhesive with ultraviolet rays while applying a load in the thickness direction of the adhesive, and the thickness of the adhesive can be made more uniform.
また、前記粗くした接着面の平均表面粗さRaが前記接着剤による厚さの5乃至60%の範囲内であることが好ましい。接着面の平均表面粗さRaが接着剤による厚さの5%以上であると、充分な接着強度を得ることができ、60%以下であると、表面粗さの影響による接着剤の厚さばらつきを抑えることができ、厚さの精度がよく、光学素子の固定が安定する。 The average surface roughness Ra of the roughened adhesive surface is preferably in the range of 5 to 60% of the thickness of the adhesive. When the average surface roughness Ra of the adhesive surface is 5% or more of the thickness by the adhesive, sufficient adhesive strength can be obtained, and when it is 60% or less, the thickness of the adhesive due to the influence of the surface roughness. Variations can be suppressed, thickness accuracy is high, and optical elements are stably fixed.
また、前記接着剤の粘度は5Pa・s以下であることで、接着剤が凸状となって広がり難くなることはなく、厚さを均一化できる。 Moreover, when the viscosity of the adhesive is 5 Pa · s or less, the adhesive does not become convex and does not easily spread, and the thickness can be made uniform.
また、前記光学素子はプラスチック樹脂またはガラスからなり、前記固定部材の接着面の基材は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、または鉄・ニッケル・コバルト系の合金(例えば、商品名「コバール」)等の金属材料からなることが好ましい。この場合、金属材料からなる前記固定部材の少なくとも接着面をめっき処理することが好ましい。 The optical element is made of plastic resin or glass, and the base material of the bonding surface of the fixing member is steel, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, or an iron / nickel / cobalt alloy (for example, the trade name “KOVAL” It is preferable that it consists of metal materials, such as "). In this case, it is preferable that at least the adhesion surface of the fixing member made of a metal material is plated.
また、上記光学素子固定方法において前記光学素子の接着面及び前記固定部材の接着面の少なくとも一方をブラスト処理、切削、レーザ光照射、プラズマ加工または化学処理により粗くすることができる。 In the optical element fixing method, at least one of the adhesive surface of the optical element and the adhesive surface of the fixing member can be roughened by blasting, cutting, laser light irradiation, plasma processing, or chemical processing.
この場合、前記固定部材の接着面を前記光学素子の接着面に対応して粗くするようにできる。また、前記固定部材の接着面を前記光学素子の中心に対し略放射状に粗くするようにしてもよい。 In this case, the adhesive surface of the fixing member can be roughened corresponding to the adhesive surface of the optical element. Further, the adhesive surface of the fixing member may be roughened radially about the center of the optical element.
また、前記接着面を部分的に粗くすることができ、例えば、光学素子の中心に対し点対称に部分的に矩形状や円弧状に粗くするようにしてもよい。または、前記接着面全体をランダムに粗くするようにしてもよい。 Further, the adhesive surface can be partially roughened. For example, the adhesive surface may be partially roughened to have a rectangular shape or a circular arc shape with point symmetry with respect to the center of the optical element. Alternatively, the entire bonding surface may be randomly roughened.
本発明による光学素子固定構造は、接着面を有する光学素子が接着面を有する固定部材に対し前記各接着面の少なくとも一方を粗くして接着されて固定されていることを特徴とする。 The optical element fixing structure according to the present invention is characterized in that an optical element having an adhesive surface is fixed to a fixing member having an adhesive surface by roughening at least one of the adhesive surfaces.
この光学素子固定構造によれば、光学素子の接着面及び固定部材の接着面の少なくとも一方を粗くすることで、接着剤が接着面に広がり易くなり、均一に塗布でき、接着剤の厚さを均一にできる。このため、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できるので、光学素子の光軸ずれを低減できる。また、接着せん断強度が増すので、光学素子の光軸ずれを一層低減できる。なお、粗くする前の接着面は研削表面またはめっき表面等であってよい。 According to this optical element fixing structure, by roughening at least one of the adhesive surface of the optical element and the adhesive surface of the fixing member, the adhesive can easily spread on the adhesive surface and can be uniformly applied, and the thickness of the adhesive can be reduced. Can be uniform. For this reason, it is possible to maintain a good adhesion state even under a change in temperature and humidity environment, so that the optical axis shift of the optical element can be reduced. Moreover, since the adhesive shear strength increases, the optical axis shift of the optical element can be further reduced. In addition, the adhesion surface before roughening may be a grinding surface or a plating surface.
上記光学素子固定構造において前記光学素子と前記固定部材とが紫外線硬化性樹脂からなる接着剤で固定されていることが好ましい。 In the optical element fixing structure, it is preferable that the optical element and the fixing member are fixed with an adhesive made of an ultraviolet curable resin.
また、前記光学素子はプラスチック樹脂またはガラスからなり、前記固定部材の接着面の基材は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、または鉄・ニッケル・コバルト系の合金(例えば、商品名「コバール」)等の金属材料からなることが好ましい。この場合、金属材料からなる前記固定部材の接着面がめっき処理されていることが好ましい。 The optical element is made of plastic resin or glass, and the base material of the bonding surface of the fixing member is steel, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, or an iron / nickel / cobalt alloy (for example, the trade name “KOVAL” It is preferable that it consists of metal materials, such as "). In this case, it is preferable that the bonding surface of the fixing member made of a metal material is plated.
また、前記粗くした接着面の平均表面粗さRaが前記接着剤による厚さの5乃至60%の範囲内であることが好ましい。接着面の平均表面粗さRaが接着剤による厚さの5%以上であると、充分な接着強度を得ることができ、60%以下であると、表面粗さの影響による接着剤の厚さばらつきを抑えることができ、厚さの精度がよく、光学素子の固定が安定する。 The average surface roughness Ra of the roughened adhesive surface is preferably in the range of 5 to 60% of the thickness of the adhesive. When the average surface roughness Ra of the adhesive surface is 5% or more of the thickness by the adhesive, sufficient adhesive strength can be obtained, and when it is 60% or less, the thickness of the adhesive due to the influence of the surface roughness. Variations can be suppressed, thickness accuracy is high, and optical elements are stably fixed.
また、前記光学素子の接着面及び前記固定部材の接着面の少なくとも一方がブラスト処理、切削、レーザ光照射、プラズマ加工または化学処理により粗くされていることが好ましい。この場合、前記固定部材の接着面が前記光学素子の接着面に対応して粗くされていることが好ましい。また、前記固定部材の接着面が前記光学素子の中心に対し略放射状に粗くされていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one of the adhesive surface of the optical element and the adhesive surface of the fixing member is roughened by blasting, cutting, laser light irradiation, plasma processing, or chemical treatment. In this case, it is preferable that the bonding surface of the fixing member is roughened corresponding to the bonding surface of the optical element. Moreover, it is preferable that the bonding surface of the fixing member is roughened in a substantially radial manner with respect to the center of the optical element.
また、前記接着面が部分的に粗くされていてもよく、例えば、光学素子の中心に対し点対称に部分的に矩形状や円弧状に粗くするようにしてもよい。または、前記接着面全体がランダムに粗くされていてもよい。 The adhesive surface may be partially roughened. For example, the adhesive surface may be partially roughened in a rectangular shape or an arc shape symmetrically with respect to the center of the optical element. Alternatively, the entire bonding surface may be randomly roughened.
また、前記光学素子が、光学機能を有する光学部と、前記光学部の外周側に位置する外周部と、前記外周部から光軸と略平行な方向に突き出た取付部と、を有し、前記取付部の接着面が前記固定部材の接着面に固定されている構造とすることができる。 Further, the optical element has an optical part having an optical function, an outer peripheral part located on the outer peripheral side of the optical part, and an attachment part protruding from the outer peripheral part in a direction substantially parallel to the optical axis, It can be set as the structure where the adhesive surface of the said attachment part is being fixed to the adhesive surface of the said fixing member.
また、上記光学素子固定構造により光通信モジュールにおいて光学素子を固定するように構成できる。これにより、光通信モジュールを温度変化のある環境で使用しても光通信モジュールの送信性能及び受信性能の低下を抑えることができる。 Moreover, it can comprise so that an optical element may be fixed in an optical communication module by the said optical element fixing structure. Thereby, even if the optical communication module is used in an environment with a temperature change, it is possible to suppress a decrease in transmission performance and reception performance of the optical communication module.
本発明の光学素子固定方法及び光学素子固定構造によれば、レンズ等の光学素子を鏡筒等の固定部材に固定した場合、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持でき、光学素子の光軸ずれを低減できる。 According to the optical element fixing method and the optical element fixing structure of the present invention, when an optical element such as a lens is fixed to a fixing member such as a lens barrel, a good adhesion state is maintained even under a change in temperature and humidity environment. It is possible to reduce the optical axis deviation of the optical element.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〈第1の実施の形態〉 <First Embodiment>
図1は第1の実施の形態によるレンズ固定構造を示す要部縦断面図である。図2は図1のレンズを取り付ける前のレンズ鏡筒の平面図である。図1に示すレンズ固定構造は、円筒状のレンズ鏡筒20の内面20aにレンズ10を接着剤で接着し固定するものである。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a lens fixing structure according to a first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the lens barrel before the lens of FIG. 1 is attached. The lens fixing structure shown in FIG. 1 is one in which the
レンズ10は、レンズ機能を有するレンズ部11と、レンズ部11の外周側に位置しレンズ10の最外周14まで延びる外周部13と、外周部13から光軸pと略平行な方向に突き出た取付部12と、を有し、光学素子用の樹脂から構成されたプラスチックレンズである。レンズ部11は光軸pを中心とする凸部11aを有し、凸部11aの反対側の平坦面11bはレンズ部11から外周部13の一部まで延びている。外周部13と取付部12から応力緩和部を構成できる。
The
取付部12は、外周部13から凸部11aの反対側に略短筒状に脚部を構成するように延びており、レンズ鏡筒20の内面20aに対向する外周がレンズ10の最外周14を構成し、最外周14の反対面(内面)側では平坦面11bの最外周から光軸pに対し傾斜して延びている。取付部12の先端部が光軸pに対し直交する方向に取付面15に形成されている。
The
外周部13は、レンズ部11の凸部11a側において凸部11aに接する内周側が凹んだ凹部13aに形成され、凹部13aの外周側が突き出た凸部13bに形成されている。凸部13bの最外周14側は隅部が面取りされて面取部16が形成されている。面取部16は曲面状に形成されてもよい。
The outer
レンズ鏡筒20は、その内面20aから光軸pに対し直交する方向(鏡筒20の半径方向内側)にカラー状に突き出て形成された保持部21を有し、保持部21のカラー状の保持面22にレンズ10の取付部12の取付面15が対向するようになっている。
The
レンズ鏡筒20は鉄・ニッケル・コバルト系の合金(例えば、商品名「コバール」)からなり、NiまたはCrのめっき処理が施されている。レンズ鏡筒20は鉄鋼・ステンレス鋼・アルミニウム・アルミニウム合金等の他の金属材料から構成されてもよい。図1,図2のレンズ鏡筒20の保持部21のめっき処理されたカラー状の保持面22の全面がサンドブラスト処理により粗くされている。
The
サンドブラスト処理で粗くされた保持面22は、平均表面粗さRaが図1に示す接着剤層29の厚さtの5乃至60%の範囲内であることが好ましい。保持面22の平均表面粗さRaが接着剤層29の厚さtの5%未満であると、充分な接着強度を得ることができず、60%を越えると、表面粗さの影響による接着剤層29の厚さtがばらつき易くなり、厚さの精度が低下し、光学素子の固定が不安定化し易くなる。
The holding
レンズ鏡筒20にレンズ10を取り付けて固定する場合、図1の上方からレンズ10を取付部12を下側にしてレンズ鏡筒20内に挿入する。このとき、液状の接着剤を予め保持面22に適用しておくことで、取付面15と保持面22との間に接着剤層29を形成する。接着剤としてエポキシ系またはアクリル系の紫外線硬化型のものを使用し、レンズ10をレンズ鏡筒20内に挿入しレンズ10を図1の下側方向に押し付けて荷重を加えながら、紫外線を照射することで接着剤層29を硬化させる。
When the
上述のように、接着剤をレンズ鏡筒20の保持面22に適用するとき、接着面である保持面22が粗くされているので、接着剤の広がりが粗くする前のめっき表面よりもよくなり、接着剤層29の厚さtを均等に制御し易くなる。また、レンズ10に対し接着剤の厚さ方向に荷重を加えながら紫外線を照射するので、接着剤層29の厚さtを一定にでき、また接着強度や接着特性も安定する。また、接着剤の粘度は5Pa・s以下であることが好ましい。
As described above, when the adhesive is applied to the holding
以上のようにして、レンズ鏡筒20内の保持部21にレンズ10を取付部12で接着剤層29により固定し保持することができるが、かかる図1のレンズ固定構造によれば、レンズ鏡筒20の使用環境により温度変化が生じても、温度変化に起因する変形が主に接着剤層29や取付部12で生じ、温度変化により発生する応力を緩和でき、レンズ部11は取付部12が介在して接着剤層29から離れているため温度変化に起因する変形が殆ど生じない。このように、レンズ部11においては内部応力の発生を抑えることができ、内部屈折率変化を抑制することができる。
As described above, the
また、レンズ10を取付部12でレンズ鏡筒20内の保持面22に接着剤で固定する際に、保持面22をめっき表面よりも粗くしているので、接着剤が保持面22において広がり易くなり、均一に塗布でき、更に接着剤層29の厚さ方向に荷重を加えながら紫外線照射し硬化するので、接着剤層29の厚さを均一にできる。このため、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できるので、レンズ10の光軸ずれを低減できる。また、接着剤層29の接着せん断強度(保持面22と平行方向におけるずれに対する強度)が増すので、レンズ10の光軸ずれを一層低減できる。
Further, when the
なお、レンズ10の最外周14とレンズ鏡筒20の内面20aとの間には接着剤は適用しない。また、レンズ10の最外周14の外径は、レンズ10を緩やかに鏡筒20内に嵌め込むことができるようにレンズ鏡筒20の内径よりも小さく構成してもよい。
Note that no adhesive is applied between the
〈第2の実施の形態〉 <Second Embodiment>
図3は第2の実施の形態における接着固定対象のレンズを示す側面図である。図4は図3のレンズを固定する固定部材の平面図(a)及び側面図(b)である。図5は第2の実施の形態によるレンズ固定構造を示すとともに図3のレンズを図4の固定部材に固定する工程(a)、(b)を示す側面図である。 FIG. 3 is a side view showing a lens to be bonded and fixed in the second embodiment. FIG. 4 is a plan view (a) and a side view (b) of a fixing member for fixing the lens of FIG. FIG. 5 is a side view showing a lens fixing structure according to the second embodiment and steps (a) and (b) for fixing the lens of FIG. 3 to the fixing member of FIG.
第2の実施の形態における接着対象のレンズ55は、図3のように、図1とほぼ同様の形状のプラスチックレンズである。なお、図3にはレンズ55の各寸法を例示している。レンズ55は、光軸方向に短円筒状に突き出た取付部57の先端にリング状の接着面56が形成され、中心部(φ1.5)にレンズ部が形成されている。
As shown in FIG. 3, the
図3のレンズ55が接着固定される固定部材50は、図4(a)、(b)のようなほぼ正方形状の板材であり、中心に光束が通過するための円孔51が形成されており、鉄・ニッケル・コバルト系の合金(「コバール」(商品名))からなり、Niめっき処理されている。
The fixing
固定部材50のめっき表面は、図3のレンズ55のリング状の接着面56と対応して円孔51と同心円状にサンドブラスト処理により粗くされることで、リング状の接着面52が形成されている。固定部材50のリング状の接着面52は、レンズ55の接着面56よりもリング幅が大きくなっている。固定部材50のめっき表面は、例えば、平均表面粗さRaが0.15μm程度であり、サンドブラスト処理によりRaが更に0.5μm程度粗くされており、接着面52のRaが例えば0.6〜0.7μmとされている。
The plating surface of the fixing
図4(a)の固定部材50のリング状の接着面52及び図3のレンズ55の接着面56にエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を塗布してから、図5(a)のようにレンズ55を接着面56で固定部材50の接着面52の接着剤上に置き、例えば1kg/cm2程度となる荷重Pを加え、接着剤の厚さを例えば5μm前後に一定にする。
An epoxy-based ultraviolet curable adhesive is applied to the ring-shaped
次に、図5(b)のように、レンズ55に荷重Pを加えて接着剤の厚さを一定にしながら紫外線ランプ58,59から紫外線58a,59aを固定部材50の接着面52上の接着剤に向けて照射し接着剤を硬化させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the load P is applied to the
本実施の形態によれば、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤をレンズ55の接着面56及び固定部材50の接着面52に塗布し、紫外線を照射して接着剤を硬化することで、接着剤を均一に塗布でき、更に接着剤の厚さ方向に荷重を加えながら紫外線硬化するので、接着剤層29の厚さを均一にできる。このため、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できるので、レンズ55の光軸ずれを低減できる。更に、接着強度や接着特性も安定する。
According to the present embodiment, an epoxy-based ultraviolet curable adhesive is applied to the
なお、固定部材50のめっき表面を粗くする接着面形状は、図4(a)の接着面52のようなリング状に限定されず他の形状であってもよいことは勿論であり、例えば、図6(a)のように、固定部材50のほぼ正方形状のめっき表面全体を粗くした接着面52aとしてもよい。また、図6(b)のように、円孔51の中心から放射状に延びた略直線状の多数本を粗くした接着面52bとしてもよい。更に、レンズ55のリング状の接着面56が係るように固定部材50のめっき表面を部分的に粗くしてもよく、例えば、図6(c)のように、円孔51を中心にして点対称に粗くして設けた複数の小接着面52cとしてもよい。小接着面52cの形状は、特に限定がなく、矩形状や円弧状等であってよい。
Of course, the shape of the bonding surface for roughening the plating surface of the fixing
また、図4(a)、図6(b)、(c)のように、固定部材50のほぼ正方形状のめっき表面を部分的に粗くする場合には、円孔を中心として点対称の複数領域を粗くした接着面とすることが望ましく、かかる接着面形成のために、例えば、各形状のマスクを固定部材50に貼り付けてからサンドブラスト処理を行うようにできる。
In addition, as shown in FIGS. 4A, 6B, and 6C, when the substantially square plating surface of the fixing
〈第3の実施の形態〉 <Third Embodiment>
次に、図1のレンズ固定構造でレンズを固定した双方向用の光通信モジュールについて図7を参照して説明する。図7は第3の実施の形態による双方向用の光通信モジュールの内部を側面からみた模式図である。 Next, a bidirectional optical communication module in which a lens is fixed with the lens fixing structure of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view of the inside of a bidirectional optical communication module according to the third embodiment as seen from the side.
図7に示すように、双方向用の光通信モジュール70は、鉄鋼やコバール(商品名)等の金属からなる円筒状のケース71内に、プラスチック製のレンズ74が配置され、ケース71の図の左端には、中空円筒状の保持体72が取り付けられ、その内部に光ファイバ73が挿通されている。光ファイバ73は光通信システムに接続されることによって、別の端末との間で送受する光信号を伝播可能であり、その端面73aにおいて受信光b1を出射しかつ発信光b0を入射する構成となっている。
As shown in FIG. 7, the bidirectional
更に、ケース71の図の右端には、基板77が取り付けられ、基板77の内側面には、フォトダイオードからなる受光素子78と、発光素子ユニット79とが取り付けられている。発光素子ユニット7は、半導体レーザである発光素子79aと、ガラス製のレンズ79bとを一体的に組み付けてなる。受光素子78と発光素子79aとは、基板77に植設されたコネクタピン77aを介して、電気信号を伝達可能に外部の端末機器(図示省略)に接続される。
Further, a substrate 77 is attached to the right end of the
レンズ74は、図1とほぼ同様に構成され、レンズ機能と回折機能を有する光学部75と、光学部75の外周側に位置しレンズ74の最外周まで延びる外周部76aと、外周部76aから図の横方向に延びて突き出た取付部76と、を有し、取付部76でケース71の内面から突き出た保持部71aに接着固定されており、図1と同様のレンズ固定構造により保持固定されている。即ち、保持部71aの接着面71bはめっき表面がサンドブラスト処理により粗くされており、接着面71bに紫外線硬化型の接着剤を塗布し、レンズ74を保持部71a側に押し付けて荷重を加えながら紫外線を照射し接着剤を硬化させている。また、光学部75の一方の面には、図7に誇張して示すように、例えば4段の階段状の回折格子75aが周期的に繰り返して形成されている。
The
受信光b1は回折格子75aで1次回折光(図の破線で示す)となって受光素子78の受光面に結像し電気信号に変換される。また、発光素子ユニット79からの送信光b0は回折格子75aで0次回折透過光(図の実線で示す)として直進し、光ファイバ73の端面73aに入射して光ファイバ73を通して外部へと送信される。例えば、受信光b1の波長は1.49μmであり、送信光b0の波長は1.31μmである。上述のように、波長が互いに異なる1次回折光の受信光b1と0次回折透過光の送信光b0とが回折格子75aで分離される。
The received light b1 is converted into an electric signal by forming an image on the light receiving surface of the
図7の双方向用の光通信モジュール70によれば、使用温度が常温〜85℃程度の範囲内で変化したとき、プラスチックからなるレンズ74と金属からなるケース71の膨張・収縮の差により発生する応力を光学部75以外の取付部76にとどめることができ、光学部75には発生し難くなる。このため、光学部75の変形が抑制され、光学部75の光学性能の低下を抑制できる。また、レンズ74を取付部76でケース71内の保持部71aの接着面71bに接着剤で固定する際に、接着面71bをめっき表面よりも粗くしているので、接着剤が接着面71bにおいて広がり易くなり、均一に塗布でき、更に接着剤層の厚さ方向に荷重を加えながら紫外線照射し硬化するので、接着剤層の厚さを均一にできる。このため、温度・湿度環境の変動下にあっても良好な接着状態を維持できるので、レンズ74の光軸ずれを低減できる。また、接着剤層29の接着せん断強度が増すので、レンズ74の光軸ずれを一層低減できる。
According to the bidirectional
以上のことから、光通信モジュール70を温度変化のある環境で使用しても光通信モジュールの送信性能及び受信性能の低下を抑えることができる。
From the above, even if the
なお、図7の光通信モジュール70において図3〜図5のようなレンズ固定構造を適用してもよく、この場合、固定部材50をケース71の形状に適合させる構成とする。
7 may be applied to the
〈予備実験〉 <Preliminary experiment>
予備実験として、コバール(商品名)の板材のNiめっき表面をサンドブラスト処理により平均表面粗さRa0.61μmとし、この粗さ面上に接着剤を滴下して塗布し、その塗布後経過時間による接着剤の広がり径を測定した。その結果を図8に示す。図8には、Niめっき表面(Ra0.15μm)で同様の条件で接着剤の広がりを調べた比較例1の結果を併せて示す。なお、接着剤は、エポキシ系の紫外線硬化型であり、粘性が1.4Pa・sのものである。図8から分かるように、表面が粗くなると、接着剤が広がり易くなり、その結果、接着剤厚さを薄く制御し易くなる。表面粗さは、Mitutoyo SURFTEST SV-400 触針式表面粗さ計を用いてスキャン距離5mmで測定した。 As a preliminary experiment, the Ni plating surface of the Kovar (trade name) plate material is sandblasted to an average surface roughness Ra of 0.61 μm, and an adhesive is dropped onto the rough surface to apply, and the adhesion is based on the elapsed time after the application. The spread diameter of the agent was measured. The result is shown in FIG. FIG. 8 also shows the results of Comparative Example 1 in which the spread of the adhesive was examined on the Ni plating surface (Ra 0.15 μm) under the same conditions. The adhesive is an epoxy ultraviolet curing type and has a viscosity of 1.4 Pa · s. As can be seen from FIG. 8, when the surface becomes rough, the adhesive easily spreads, and as a result, the adhesive thickness can be controlled thinly. The surface roughness was measured at a scanning distance of 5 mm using a Mitutoyo SURFTEST SV-400 stylus type surface roughness meter.
〈実施例1〉 <Example 1>
図3〜図5と同様にしてレンズをコバール(商品名)の板材である固定部材に接着し固定した。固定部材のNiめっき表面(接着面)をサンドブラスト処理により粗くした。使用した接着剤及び硬化条件は以下のとおりである。
・エポキシ系紫外線硬化型接着剤:粘性0.5Pa・s
・エポキシ系紫外線硬化型接着剤:粘性1.4Pa・s
・紫外線強度450mW/cm2、 紫外線照射時間19.6秒
・紫外線強度380mW/cm2、 紫外線照射時間9.6秒
In the same manner as in FIGS. 3 to 5, the lens was bonded and fixed to a fixing member that is a plate material of Kovar (trade name). The Ni plating surface (adhesion surface) of the fixing member was roughened by sandblasting. The used adhesive and curing conditions are as follows.
・ Epoxy UV curable adhesive: Viscosity 0.5Pa ・ s
・ Epoxy UV curable adhesive: Viscosity 1.4Pa ・ s
・ UV intensity 450 mW / cm 2 , UV irradiation time 19.6 seconds ・ UV intensity 380 mW / cm 2 , UV irradiation time 9.6 seconds
レンズに加える荷重Pを本実施例では1〜3kg/cm2程度となるようにし、接着剤厚さ2.5〜10μmを得ることができた。このときの固定部材の接着面の平均表面粗さRaは、0.61μmであり、接着剤厚さに対して6〜24%の粗さであった。 In this embodiment, the load P applied to the lens was set to about 1 to 3 kg / cm 2 , and an adhesive thickness of 2.5 to 10 μm could be obtained. The average surface roughness Ra of the bonding surface of the fixing member at this time was 0.61 μm, and the roughness was 6 to 24% with respect to the adhesive thickness.
〈実施例2〉 <Example 2>
実施例2は図5のレンズを図7のレンズとして用い、図1,図2と同様のレンズ固定構造で固定した図7と同様の光通信モジュールである。また、図7のレンズ鏡筒の保持面(接着面)を粗くせずにめっき面のままとした光通信モジュールを比較例2とした。 The second embodiment is an optical communication module similar to that shown in FIG. 7 in which the lens shown in FIG. 5 is used as the lens shown in FIG. 7 and is fixed with a lens fixing structure similar to that shown in FIGS. In addition, an optical communication module in which the holding surface (adhesion surface) of the lens barrel in FIG.
実施例2では、図7のレンズ鏡筒の保持面(接着面)の平均表面粗さRaが0.4〜0.6μmであり、接着剤の厚さが5μm程度に制御され、比較例2では、平均表面粗さRaが0.15μm程度であり、接着剤の厚さは制御なしで、10μm以上であった。 In Example 2, the average surface roughness Ra of the holding surface (adhesion surface) of the lens barrel in FIG. 7 is 0.4 to 0.6 μm, and the thickness of the adhesive is controlled to about 5 μm. Then, the average surface roughness Ra was about 0.15 μm, and the thickness of the adhesive was 10 μm or more without control.
図9は、環境温度を0〜70℃まで変化させたときに測定した実施例2及び比較例2の光通信モジュールにおけるレンズ結合効率及び計算によって求めたレンズ結合効率の温度による変化の様子を示すグラフである。 FIG. 9 shows how the lens coupling efficiency and the lens coupling efficiency obtained by calculation in the optical communication modules of Example 2 and Comparative Example 2 measured when the environmental temperature is changed from 0 to 70 ° C. vary with temperature. It is a graph.
なお、図9の計算値はレンズ材料単体が温度変化した場合の屈折率差のみを考慮して結合効率を評価したものであり、接着後の温度変化による、光軸のずれ及び熱膨張ひずみ等による屈折率変化は加味していない。 Note that the calculated values in FIG. 9 are obtained by evaluating the coupling efficiency considering only the refractive index difference when the lens material alone changes in temperature, such as optical axis deviation and thermal expansion strain due to temperature change after bonding. The refractive index change due to is not taken into account.
図9のように、各光通信モジュールにおけるレンズ結合効率を測定した結果、実施例2の光通信モジュールの場合、計算値とほぼ一致した結果を示した。これに対し、比較例2の場合、温度変化によるレンズ結合効率の低下が著しく、最低温度(0℃)及び最高温度(70℃)に近いほど、結合効率が大きく低下した。図9の計算結果には接着個所による光軸ずれや内部応力屈折率変化は含まれていないため、計算結果にほぼ一致した実施例2では、光軸のずれや内部応力屈折率変化の影響はほとんど無いと考えられる。 As shown in FIG. 9, as a result of measuring the lens coupling efficiency in each optical communication module, in the case of the optical communication module of Example 2, a result almost coincident with the calculated value was shown. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the lens coupling efficiency was significantly decreased due to the temperature change, and the coupling efficiency was greatly decreased as the temperature was closer to the lowest temperature (0 ° C.) and the highest temperature (70 ° C.). Since the calculation result in FIG. 9 does not include the optical axis deviation or the internal stress refractive index change due to the bonding portion, in Example 2 that almost matches the calculation result, the influence of the optical axis deviation or the internal stress refractive index change is There seems to be almost no.
〈実施例3〉 <Example 3>
実施例3は接着面の粗さによる接着せん断強度を評価したものである。実施例3として、図3〜図5のようにNiめっき処理したコバール板材をサンドブラストによりランダムに粗くし、表面粗さRaが0.53μm〜0.7μm(平均で0.61μm)の範囲内の接着面にレンズを接着し、せん断強度を測定した。比較例3として、同じくRaが0.09μm〜0.19μm(平均で0.15μm)のめっき表面の接着面に同様の条件でレンズを接着し、せん断強度を測定した。実施例3及び比較例3で測定したせん断強度の平均を図10に示す。表面粗さが粗い実施例3が比較例3に対し1.3〜1.7倍のせん断強度を得ることができた(図10参照)。 Example 3 evaluates the adhesive shear strength depending on the roughness of the adhesive surface. As Example 3, Kovar plate material subjected to Ni plating treatment was randomly roughened by sandblasting as shown in FIGS. 3 to 5, and the surface roughness Ra was in the range of 0.53 μm to 0.7 μm (0.61 μm on average). A lens was bonded to the bonding surface, and the shear strength was measured. As Comparative Example 3, a lens was adhered to the adhesion surface of the plating surface having the same Ra of 0.09 μm to 0.19 μm (average 0.15 μm) under the same conditions, and the shear strength was measured. The average shear strength measured in Example 3 and Comparative Example 3 is shown in FIG. Example 3 with a rough surface roughness was able to obtain a shear strength 1.3 to 1.7 times that of Comparative Example 3 (see FIG. 10).
以上のように本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、各実施の形態では接着剤としてエポキシ系の紫外線硬化型のものを用いたが、アクリル系の紫外線硬化型接着剤であってもよい。 As described above, the best modes and examples for carrying out the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. is there. For example, in each embodiment, an epoxy ultraviolet curable adhesive is used as an adhesive, but an acrylic ultraviolet curable adhesive may be used.
また、粗さ処理はブラスト処理以外であってもよく、例えば、研削、レーザ光照射、プラズマ加工、薬品・溶剤による化学処理、やすり等による各種方法がある。 The roughness treatment may be other than the blast treatment, and examples thereof include various methods such as grinding, laser beam irradiation, plasma processing, chemical treatment with chemicals and solvents, and files.
また、図1,図2では、レンズ鏡筒20内の保持面22を粗くしたが、レンズ10の取付部12の接着面(保持面22と対向する)を粗くしてもよく、また保持面22と取付部12の接着面の両面を粗くしてもよい。レンズ10の取付部12の接着面を粗くするには、上記各種方法以外に、レンズ10の成形金型においてレンズ10の取付部12の接着面に対応する面を粗く仕上げる等の方法がある。
1 and 2, the holding
また、本発明による光学素子固定構造は、光通信モジュールのみでなく、他の装置に適用してもよく、例えば、レンズや回折格子等の光学素子を光ピックアップモジュールにおいて固定する場合に適用してもよい。 In addition, the optical element fixing structure according to the present invention may be applied not only to the optical communication module but also to other devices, for example, when fixing an optical element such as a lens or a diffraction grating in an optical pickup module. Also good.
10 レンズ
11 レンズ部
12 取付部
13 外周部
15 取付面
20 レンズ鏡筒
21 保持部
22 保持面(接着面)
29 接着剤層
50 固定部材
51 円孔
52 接着面
52a 接着面
52b 接着面
52c 小接着面
55 レンズ
56 レンズ55の接着面
57 取付部
58,59 紫外線ランプ
58a,59a 紫外線
70 光通信モジュール
71 ケース
71a 保持部
71b 接着面
74 レンズ
P 荷重
p 光軸
t 接着剤層29の厚さ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (24)
前記取付部の接着面が前記固定部材の接着面に固定されている請求項13乃至22のいずれか1項に記載の光学素子固定構造。 The optical element has an optical part having an optical function, an outer peripheral part located on the outer peripheral side of the optical part, and an attachment part protruding from the outer peripheral part in a direction substantially parallel to the optical axis,
The optical element fixing structure according to any one of claims 13 to 22, wherein an adhesive surface of the attachment portion is fixed to an adhesive surface of the fixing member.
The optical element fixing structure according to any one of claims 13 to 23, wherein the optical element is fixed in the optical communication module.
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