JP2007193270A - レンズ付きキャップ及びその製造方法 - Google Patents

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

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。

本発明の実施の形態にかかるキャップ付きレンズを示す図である。 本発明のキャップ付きレンズの製造方法を説明する図であって、キャップとレンズとの接合工程を示す模式図である。 鍛造加工されたキャップの一例を示す図である。 プレス加工されたキャップの一例を示す図である。 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。

符号の説明

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
   

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