JP2007193270A - レンズ付きキャップ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化、特に径方向を小型化することができるキャップ付きレンズ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】キャップ付きレンズ1は、円筒状の金属製キャップ2と、キャップ2の内部に保持されるレンズ部材3とを有し、レンズ部材3とキャップ2とが熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着されてなる。レンズ部材3は、光を集光するレンズ部材31とこのレンズ部の周縁を形成し、円柱部分32aを有するコバ部32とから構成され、キャップ2は、その内面に中心方向へ突出した第1の段差部2aを有し、第1の段差部2aにより、その上側面とコバ部32との間に間隙が形成され接着剤が充填される。また第2の段差部2bを有し、この段差部2bがレンズ部材3の底面縁部に契合することでレンズ部材3が支持されると共に鉛直方向に規制される。
【選択図】 図1
【解決手段】キャップ付きレンズ1は、円筒状の金属製キャップ2と、キャップ2の内部に保持されるレンズ部材3とを有し、レンズ部材3とキャップ2とが熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着されてなる。レンズ部材3は、光を集光するレンズ部材31とこのレンズ部の周縁を形成し、円柱部分32aを有するコバ部32とから構成され、キャップ2は、その内面に中心方向へ突出した第1の段差部2aを有し、第1の段差部2aにより、その上側面とコバ部32との間に間隙が形成され接着剤が充填される。また第2の段差部2bを有し、この段差部2bがレンズ部材3の底面縁部に契合することでレンズ部材3が支持されると共に鉛直方向に規制される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光通信用モジュール、又は発光素子若しくは光ファイバなどと結合して使用される結合モジュールとして好適なレンズ付きキャップ及びその製造方法に関する。
従来、レーザダイオード(LD)から発せられる光を光ファイバへ効率よく結合させるために、LDと光ファイバとを光学的に結合したレーザダイオードモジュールがある。例えばLDをガラス窓付きの金属キャップで覆った上で、この金属キャップに対し、別にキャップに保持したレンズを取り付ける構成を有するレーザダイオードモジュールがある(例えば特許文献1参照)。
図5は、特許文献1に記載のレーザダイオードモジュールである。図5に示すように、101は電気配線のための端子を有したステム、102はステム101のブロックに固定されたLD、103はLD102を気密封止するための金属キャップ、121はLD102から発せられた光の光路を確保するための貫通された窓、104はLD102と対向して設けられLD102から発せられた光を透過する窓ガラス、105は窓ガラス104とキャップ103とを固定するため及びLD102を気密封止するための低融点ガラス、106はステム101に固定された円筒型のマウント、107はLD102から発せられた光を光ファイバへ集光させるための非球面レンズ、108は非球面レンズ107を保持、固定するための円筒型のレンズキャップ、109は非球面レンズ107で集光された光が結合される光ファイバ、110は光ファイバ109を保持、固定するための円筒型の光ファイバキャップである。
レーザダイオードモジュールの光学系にはLD102から発せられた光が光ファイバ109へ効率良く結合されるように非球面レンズ107が使用されている。LDと非球面レンズ間の距離が最も結合効率が高くなるよう設計することで、最大結合効率を得ることができる。
しかしながらこのようにガラス窓付き金属キャップに別途キャップに保持したレンズを取り付ける構造であると、金属キャップやキャップの形状は多種多様であり、これらに応じて形状を変え、且つLDと非球面レンズ間の距離を精度よく保つことはコストが高くなってしまう。
これに対し、従来、精密旋盤を使用した棒材を削り出したカンにレンズを取り付ける構成としたカン付きレンズがある。なお、カンは、キャップ、バレル、又はスリーブなどとも言われるが、以下、本明細書においては、キャップと総称することとする。キャップは、その外形に対してレンズ中心、LDからの距離が精度よく保たれる必要があり、キャップ内部に段差を設けてレンズを保持する構造とされる。このようなキャップを使用したキャップ付きレンズは、所望の形状に削り出した金属キャップに対し、予め成型されたレンズを低融点ガラスにより融着して固定することで製造される。精密旋盤加工によりキャップを加工することで、容易にその形状を変更することができ、同一光学特性のレンズを幅広く適用することができるというメリットもある。
上記の旋盤加工によるキャップにレンズを保持させたキャップ付きレンズにおいては、金属キャップとガラスからなるレンズとを強固に接着することができる低融点ガラスを用いて融着している。低融点ガラスを用いた融着として代表的な方法として次の方法がある(例えば特許文献2参照)。先ず、低融点ガラスの粉末を予備焼成してリング状のタブレットを形成する。そして、内部に段差を設けた金属キャップにレンズをはめ込み、その上に上記タブレットを入れる。レンズにはその外周部にフランジ部(コバ部)が形成されており、このフランジ部にタブレットがおかれる。これを低融点ガラスの融点以上の例えば400度程度に加熱することでタブレットを溶融させ、レンズとキャップを融着する。
特開平8−107250号公報
特開2002−270943号公報
しかしながら、低融点ガラスの粉末を予備焼成して作製するタブレットの寸法精度には限界があること、タブレットの強度が低いことなどから、タブレットの占める大きさを小さくすることができない。すなわち、作業性、加工上の強度を保つためには、タブレットの径方向の幅(リングの幅)を狭くしたり、その厚みを薄くすることには限界があり、小型化が困難であった。よって、タブレットを置くためのスペースを確保する必要があり、キャップ全体を小型化することが困難であるという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型化、特に径方向を小型化することができるキャップ付きレンズ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明に係るキャップ付きレンズは、円筒状の金属製のキャップと、前記キャップの内部に保持されるレンズ部材とを有し、前記レンズ部材と前記キャップとが熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着されてなるものである。
本発明においては、従来の低融点ガラスからなるタブレットを使用することなく、金属キャップとレンズ部材とが熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着されているため直径方向に小型化が可能となる。
また、前記レンズ部材は、光を集光するレンズ部とこのレンズ部の周縁を形成し、円柱部分を有するコバ部とから構成され、当該コバ部の円柱部分の外周面の少なくとも一部と前記金属製キャップの内面とが前記接着剤により接着されるものとすることができる。コバ部の円柱部分外周面とキャップとを接合することでキャップにレンズ部材を固定することができる。
更に、前記キャップは、その内周面に中心方向へ突出した第1の段差部を有し、前記第1の段差部により、その上側内面と前記コバ部との間に間隙が形成され前記接着剤が充填されるものとすることができる。第1の段差部を設けることで、接着剤を充填する間隙を確保し安定して接着させることができる。
更にまた、前記第1の段差部における前記キャップの半径方向の幅をtとしたとき、tは100乃至200μmであることが好ましい。第1の段差部の幅tが100μm未満であるとレンズ部材の側面に接着剤を塗布してキャップに挿入する際の作業性が悪化し、200μmより大きいとキャップ付きレンズが大型化するため、100乃至200μmであることが好ましい。
また、前記第1の段差部の高さ面は前記円柱部分に位置することが好ましい。さらに、第1の段差部の幅によってその上方のキャップ側面とレンズ部材との間に形成される間隙に接着剤を充填するため、第1の段差部の高さは円柱部分のできるだけ低い位置であることが更に好ましい。
また、前記キャップはその内周面に中心方向へ突出した第2の段差部を有し、前記第2の段差部にて前記レンズ部材の底部を支持すると共に前記レンズ部材の鉛直方向の位置決めをすることが好ましい。第2の段差部によりレンズ部材を支持すると共に鉛直方向に規制することができる。
更に、前記接着剤は、ガラスからなる粉末を含むものとしてもよい。すなわち、ガラスビーズをフィラーとして含むものとすることができる。この場合、当該ガラスビーズをレンズ部材の融点より低いガラスとしてもよい。
本発明にかかるキャップ付きレンズの製造方法は、レンズ部とこのレンズ部の周縁を形成し円柱部分を有するコバ部とから構成されるレンズ部材を収納する円筒状の金属製キャップの当該レンズ部材の円柱部分と対応する部位に熱硬化性樹脂からなる接着剤を塗布し、前記金属製キャップに前記レンズ部材を装着し、加熱し前記接着剤を硬化させることで前記レンズ部材と前記キャップとを接合するものである。
本発明においては、金属製キャップの、レンズ部材の円柱部分が装着される部位に熱硬化性樹脂を塗布し、これを硬化又は溶融凝固させてレンズ部材とキャップとを接合することで、従来の接着用タブレットを使用するに比してキャップの内径を小さくすることができ、キャップ付きレンズの小型化を図ることができる。
本発明によれば、金属製キャップにレンズを接着してなるキャップ付きレンズを小型化することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかるキャップ付きレンズを示す図である。図1に示すように、キャップ付きレンズ1は、円筒状であって内面に段差部2a、2bを有するキャップ2と、その内部に接合され支持されるレンズ部材3とを有する。このキャップ付きレンズ1は、例えば、その下面側に配置されるレーザダイオード等の光源から照射された光を集光したり、平行光にしたり、又は光ファイバなどに接続されその光を集光する。
レンズ部材3は、ガラス製の透明材料からなり、光を屈折するレンズ31とこのレンズ31の周縁を形成し、円柱部分R1、R2を有するコバ部32とから構成される。コバ部32は、キャップ2にレンズ31を固定するための部位であり、本実施の形態においては、その外側面は円柱部分32aと、その端部に形成される曲面部分R1、R2を有する。なお、コバ部32には、曲面部分R1、R2を形成せず略円筒形状としてもよい。
キャップ2は、筒状体であって、内部にレンズ部材3を収納し、支持する。このため、その内部には、第1の段差部2aと、レンズ部材3の底面縁部を支える第2の段差部2bとを有している。
レンズ部材3は、キャップ2の第2の段差部2bにその底面が接するよう配置され、レンズ部材3のコバ部32の円柱部分32aとキャップ2の第1の段差部2a上の内周面とが熱硬化性樹脂4により接着されている。ここで、キャップ2が第1の段差部2aを有することで、段差部2a上に段差部2aの段差の幅tだけ、レンズ部材3の円柱部分32aとの間に間隙が形成される。この間隙部分に熱硬化性樹脂4が充填されキャップ2とレンズ部材3とが接着される。
次に、本実施の形態にかかるキャップ付きレンズの製造方法について説明する。図2は、キャップとレンズとの接合工程を説明するための図である。図2に示すように、レンズ部材3のコバ部32の円柱部分32aの外周面に対応する部位であって、キャップ2の第1の段差部2a上の内周面に、熱硬化性樹脂4を例えば70μmの厚さで塗布する。そして、この熱硬化性樹脂4を塗布したキャップ2の内部に、レンズ部材3を装着する。本実施の形態においては、キャップ2の底部には第2の段差部2bが形成されているため、この段差部2bにレンズ部材3の底部が接触するよう収納される。レンズ部材3を収納したキャップ2を加熱し、熱硬化性樹脂4を硬化させることで、レンズ部材3とキャップ2とを接着させる。
このように、本実施の形態は、金属キャップ2にレンズ部材3を接着する際に、従来使用していた低融点ガラス粉末からなるタブレットを使用せず、熱硬化性樹脂により接着するものとなっている。タブレットは、加工性等を保つためある程度の大きさ、厚みを必要としたのに対し、タブレットを不要とすることで、キャップにこのタブレットをおくためのスペースが不要となり、金属キャップ2とレンズ部材3との接合部を小さくすることができる。よって、キャップ付きレンズ1の全体、とくにその内径を小さくすることができる。また、金属キャップ2に熱硬化性樹脂4を塗布するため、レンズ部材3を傷つけることなく、作業性がよい。なお、本実施の形態においては、金属キャップ2に熱硬化性樹脂を塗布してレンズ部材3を装着するものとして説明するが、レンズ部材3の外周面に接着剤を塗布し、これを金属キャップ2に装着し、固着するようにしてもよい。
例えば、キャップ付きレンズ1により光源からの光を集光して光ファイバに導く部材として使用する場合、キャップ付きレンズ1を、装置を構成する他の部材に、例えばレーザ溶接などにより溶着する場合がある。この溶着の際に、キャップ2外側部分が若干溶解する程度の熱が加えられる。この溶解及び加熱の影響を避けるために、キャップ2の板厚はある程度の厚さが必要となる。このため、本実施の形態におけるキャップ2においても、従来の低融点ガラス使用のキャップと同様の板厚が必要となる。しかしながら上記タブレットを使用せず熱硬化性樹脂を使用してキャップ2とレンズ部材3とを接着することで、キャップ2の内側表面とレンズ部材3外周部との隙間を狭くすることができ、キャップ2の内径を小さくすることができる。
すなわち、上述した従来技術のように、低融点ガラスからなるタブレットを使用してレンズとキャップとを接着するためには、第1の段差部の幅が最低タブレットの幅以上必要となる。実際には、キャップの内径は、タブレットの精度等の関係からタブレットの外径より若干マージンをもたせ大きくする必要がある。また、タブレットは作業性の観点からその幅を狭くするには限界がある。例えば、図1に示すような形状のキャップ2にレンズ部材3を接着する場合、キャップ2にレンズ部材3を挿入し、段差部2bにドーナツ状の低融点ガラス製タブレットを載置し、加熱してタブレットを溶融することで、キャップ2とレンズ部材3とを溶着していた。このため、段差部2aの幅(タブレットの外形とコバ部32の円柱部分32aの外面との間隙)が半径方向で0.4mm程度必要となり、キャップ2の内径寸法を小さくすることに限界があった。
これに対し、本実施の形態のように、熱硬化性樹脂からなる接着剤を使用する場合は、接着剤をレンズ部材3の外周面に塗布すればよく、タブレットの幅に比してその接着剤の厚みは極めて薄くできる。したがって、レンズ部材3とキャップ内表面との上記マージンが不要となり、キャップ2の内径を小さくすることができる。
ここで、接着剤は、有機材料であっても、無機材料であってもよいが、製造後の工程として上記溶着工程を有する場合があるため、熱硬化性樹脂とする必要がある。すなわち、熱可塑性樹脂を使用すると、上記溶着工程の際に接着剤が溶けて、レンズが外れる可能性があるためである。熱硬化性樹脂としては、400℃以下で硬化するものであればよい。
また、本実施の形態においては、熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着するものとして説明したが、この熱硬化性樹脂にガラスビーズを混合してもよい。
また、上記第1の段差部2aの幅tは、100乃至200μmであることが好ましい。上述のように、上記幅tによりレンズ部材3とキャップ2との間に形成される間隙部分に熱硬化性樹脂4が充填されることとなる。よって、段差部2aの幅tが100μmより小さいと熱硬化性樹脂4を塗布したレンズ部材3をキャップ2に挿入することが困難になり、作業性が低下する。一方、段差部2aの幅tが200μmより大きいと、キャップ付きレンズ1の内径を小さくし、小型化することが困難となる。よって、第1の段差部2aの幅t、すなわち熱硬化性樹脂4を塗布するために設ける間隙は100乃至200μmであることが好ましい。
さらに、第1の段差部2aの段差面がレンズ部材3の円柱部分32aに位置するよう形成する。すなわち、第2の段差部2bからの第1の段差部2aの高さをhとしたとき、高さhは、レンズ部材3の底面側曲面部分R2より上方であって、レンズ31側の曲面部分R1より下方となるよう形成する。ここで、第1の段差部2aの上方に形成されるレンズ部材3とキャップ2との間隙に熱硬化性樹脂4が充填される。このため、接着強度を向上するには、この間隙を形成する第1の段差部2a上の円柱部分32aと対面する高さ方向の距離が大きい方が好ましい。すなわち、第1の段差部2aの高さはある程度低い方が好ましい。
ところで、このようなキャップ付きレンズは、光通信用モジュール、光通信系の発光素子と光ファイバ、受光素子と光ファイバ、又は光ファイバ同士を結合するための光学レンズ(結合モジュール)、アクセス系光通信光源の集光用レンズなどとして使用されるが、その用途に応じてキャップの形状は種々異なる。また、キャップは、旋盤加工の他、鍛造又はプレス加工等により成型することも可能である。鍛造又はプレス加工により成型することで、旋盤加工に比してコストを低く抑えることができる。
図3及び図4は、それぞれ鍛造加工及びプレス加工されたキャップの一例を示す図である。キャップ12は、レンズ部材の支持部21とは別に、光の入射側に伸びた脚部22を有す点が上述のキャップ2とは異なる。その他の点はキャップ2と同様である。すなわち、内面に第1の段差部12a、第2の段差部12bを有し、第1の段差部12a上の内周面とレンズ部材との間の感激に熱硬化樹脂を充填すると共に、第2の段差部12bがレンズ部材の底面と契合することでレンズ部材を内部に支持する。また、図4に示すよいに、プレス加工であっても、レンズ部材を支持する第1の段差部42a及び第2の段差部42bを形成すれば、同様のキャップ42を得ることができる。
これらのいずれの形状においても、レンズ部材とキャップとを熱硬化性樹脂で接合するために設けられる第1の段差部の幅tは上述したように、レンズ部材のキャップへの挿入性、キャップ付きレンズの小型化の観点から100乃至200μmであることが好ましく、また接着強度の観点から第2の段差の高さがレンズ部材の円柱部分のできるだけ下方に位置するよう形成することが好ましい。
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述の図1に示すような金属キャップを鍛造又はプレス加工により形成してもよい。
2,12,42 キャップ
2a,12a,42a 第1の段差部
2b,12b,42b 第2の段差部
3 レンズ部材
4 熱硬化性樹脂
21 支持部
22 脚部
31 レンズ
32 コバ部
32a 円柱部分
R1、R2 曲面部分
2a,12a,42a 第1の段差部
2b,12b,42b 第2の段差部
3 レンズ部材
4 熱硬化性樹脂
21 支持部
22 脚部
31 レンズ
32 コバ部
32a 円柱部分
R1、R2 曲面部分
Claims (8)
- 円筒状の金属製のキャップと、
前記キャップの内部に保持されるレンズ部材とを有し、
前記レンズ部材と前記キャップとが熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着されてなるキャップ付きレンズ。 - 前記レンズ部材は、光を集光するレンズ部とこのレンズ部の周縁を形成し、円柱部分を有するコバ部とから構成され、当該コバ部の円柱部分の外周面の少なくとも一部と前記金属製キャップの内面とが前記接着剤により接着されている
ことを特徴とする請求項1記載のキャップ付きレンズ。 - 前記キャップは、その内周面に中心方向へ突出した第1の段差部を有し、前記第1の段差部により、その上側内面と前記コバ部との間に間隙が形成され前記接着剤が充填される
ことを特徴とする請求項2記載のキャップ付きレンズ。 - 前記第1の段差部における前記キャップの半径方向の幅をtとしたとき、tは100乃至200μmである
ことを特徴とする請求項3記載のキャップ付きレンズ。 - 前記第1の段差部の高さ面は前記円柱部分に位置する
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項記載のキャップ付きレンズ。 - 前記キャップはその内周面に中心方向へ突出した第2の段差部を有し、前記第2の段差部にて前記レンズ部材の底部を支持すると共に前記レンズ部材の鉛直方向の位置決めをする
ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項記載のキャップ付きレンズ。 - 前記接着剤は、ガラスからなる粉末を含む
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項記載のキャップ付きレンズ。 - レンズ部とこのレンズ部の周縁を形成し、円柱部分を有するコバ部とから構成されるレンズ部材を収納する円筒状の金属製キャップの当該円柱部分と対応する部位に熱硬化性樹脂からなる接着剤を塗布し、
前記金属製キャップに前記レンズ部材を装着し、
加熱し前記接着剤を硬化させることで前記レンズ部材と前記キャップとを接合するキャップ付きレンズの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006013765A JP2007193270A (ja) | 2006-01-23 | 2006-01-23 | レンズ付きキャップ及びその製造方法 |
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2006
- 2006-01-23 JP JP2006013765A patent/JP2007193270A/ja not_active Withdrawn
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