JP2010008901A - 光学部品の接着面構造 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品の接着面構造を工夫して、接着時に気泡の発生し難い構造を提案する。
【解決手段】この提案に係る光学部品の接着面構造は、接着面１１の一点１４から放射方向へ直線状に延びた複数の山部１２と、該各山部１２の間の中心線１５が、一点１４から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部１３と、を含んで構成される。山部１２から中心線１５へ至る谷の斜面によって、内側から空気を押し出すようにして接着剤が内から外へ広がっていくので、気泡が生じ難い。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品（光学要素）を固定するための接着技術に関する。

近年の光通信の高速、大容量化に伴って、幹線系で使用される光クロスコネクト装置等における光スイッチのスイッチング規模も高速且つ膨大なものになってきている。このようにますます高速及び大規模化が要求される光スイッチのために、最近ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によるマイクロティルトミラーアレイを利用した光スイッチの開発が進められている（非特許文献１、特許文献１）。

このような光スイッチでは、レンズやプリズム、フィルタなど、各種類の光学部品が光スイッチ筐体内に配置される。これら光学部品は接着剤によって必要箇所に固定されるが、動作環境における接着の信頼性の高さが要求されるのはもちろんのこと、特に光路中に配置される光学部品の接着については、接着界面において低光損失であることが要求される。当該光学部品接着の信頼性及び低光損失に影響を与えるのが、接着剤中、すなわち光学部品の接着面と被接着面との間に残留する気泡である。これに対し、例えば特許文献２に記載されているような真空引の脱泡手法を利用することが考えられる。

また、特許文献２に記載された脱泡手法の他にも、特許文献３，４に記載の脱泡手法、あるいは予熱脱泡や回転脱泡といった手法があるが、いずれの脱泡手法も、脱泡用の装置が必要であり、その脱泡装置に光学部品をセットして行わなければならない。特に、ＭＥＭＳミラーアレイを利用した光スイッチに必要なコリメータアレイのマイクロレンズ接着を考えた場合、脱泡装置にセットするための治具設計が複雑になるし、そのセットに要する作業も手間のかかるものとなる。

"Fully Provisioned 112×112 Micro-Mechanical Optical Crossconnect With 35.8Tb/s Demonstrated Capasity", D.T.Neilson et al., Optical Fiber Communications Conference (OFC 2000), Postdeadline paper PD-12, March 2000. 国際公開ＷＯ００／０２０８９９号パンフレット 特開２００３−０２９０３５号公報 特開２００５−０９１５９５号公報 特開２００６−０７１７６６号公報

光学部品の接着面と被接着面との間に気泡が混じる原因を図７〜図１０に基づいて考察する。まず、図７に示しているのは、フレーム等の被接着面１にミラーやプリズムなどの光学部品２を押し付けて接着するときの様子である。（Ａ）被接着面１に脱泡済みの接着剤３を塗布し、その上部に光学部品２を位置決めする。（Ｂ）光学部品２に圧力をかけて接着面２ａを被接着面１へ押し付け、接着剤３を被接着面１と接着面２ａとの間で押し広げる。（Ｃ）被接着面１と接着面２ａとの間全体に接着剤３が行き渡ったら、該接着剤３を硬化させる。

このときの接着面２ａと接着剤３の様子を拡大して図８に示す。（Ａ）図７Ａで被接着面１に塗布された接着剤３の表面３ａを見てみると、実際には、微小に波打った状態となっている。（Ｂ）接着剤３の波打った表面３ａに上から光学部品２の接着面２ａを押し当てると、表面３ａのくぼみ部分（波の谷部分）に蓋をしてしまうことになり、雰囲気４が閉じこめられる。（Ｃ）その状態で光学部品２を押圧しても、閉じこめられた雰囲気４の逃げ場は無く、気泡となってしまう。

もう一つの気泡発生原因について、図９に示している。（Ａ）図７Ｂで接着剤３を押し広げるときに、その押し広げられる接着剤３の周縁を見てみると、実際にはたくさんの凸凹が不規則に存在している。そのくぼみ（凹）部分は、接着剤３の厚みがまわりより少ないため広がる力が弱く、反対に凸部分は、接着剤３の厚みがくぼみ部分より厚いため広がる力が強い。したがって、両者の広がり方にムラが生じ、図中矢示するように、くぼみ部分に比べて凸部分の方が広がり方が大きい（速い）。（Ｂ）その広がり方のムラを原因として、広がりの遅いくぼみ部分の先に、広がりの速い凸部分が回り込む。（Ｃ）先に回り込んだ凸部分が、くぼみ部分が広がってくる前に閉じると、雰囲気４が閉じこめられてしまって、気泡となってしまう。

上述のような脱泡装置を使用したとてもこのような気泡４は生じ得るため、当該気泡４が発生した場合、例えば図１０のように、光学部品２をスクラブして（しごく）、気泡４を外方へ追い出す脱泡作業が必要となる。しかし、接着剤３の外周近くに発生した気泡であればスクラブで追い出すことは容易にできるが、中心に近い内方で発生して取り残されている気泡をスクラブで追い出すのは容易ではなく、時間も手間もかかる。

本発明は、このような背景に鑑みたもので、光学部品の接着面構造を工夫して接着時に気泡の発生し難い構造を提案することにより、脱泡装置やスクラブを極力利用することなく接着できるようにするものである。

上記課題を解決するためにここで提案する光学部品の接着面構造は、接着面の一点から放射方向へ直線状に延びた複数の山部と、該各山部の間の中心線が、前記一点から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部と、を含んでいる。

この提案に係る光学部品の接着面構造によると、接着面において放射方向へ直線状に延びた山部の間に、外へ向かうにつれ被接着面から遠ざかるように谷底が傾斜した谷部が形成されている。この山部間に存在する傾斜谷部により、上述の接着剤表面における雰囲気の閉じ込みが防止される。すなわち、接着面を接着剤に押し当てたときに、従来技術のように接着面が平坦であると、接着剤表面のくぼみ部分に蓋をして雰囲気を閉じこめてしまうことになるが、上記提案の接着面構造では、傾斜した谷部があることにより蓋がされず、しかも、谷部の傾斜が雰囲気を外方へ逃がす抜け道となって、雰囲気を閉じこめることなく追い出すことができる。言い換えると、傾斜した谷部が接着剤表面上の雰囲気を外へ向け押し出すように作用するので、気泡の発生が抑止されることになる。

また、上記提案に係る光学部品の接着面構造によると、一点から放射方向へ直線状に延びた山部の間の中心線が谷底となって傾斜しており、接着剤は、隣り合った山部から中心線に至る谷の斜面、つまり両脇二つの斜面から同じように力を受けて外方へ押され、各山部の出発点である一点から周縁へ向かって谷部を通り押し出される。すなわち、内側から雰囲気を押し出すようにして接着剤が内から外へ広がっていく。従来技術の場合、平坦な接着面で接着剤を押し広げているだけであるために、接着剤を内から外へ押し広げる一定の力が無く、接着剤の広がり方向が定まらずにムラが生じて回り込みが起こると考えられるが、上記提案の接着面構造によればこれが解決され、接着剤の広がりムラによる雰囲気の囲い込みが起き難く、気泡の発生が抑止される。

このように、光学部品の接着面構造を工夫することによって気泡の発生を抑止することができるため、上述のような脱泡装置やスクラブを不要とすることが可能となる。

図１に、第１実施形態に係る光学部品の接着面構造を示している。この第１実施形態の光学部品は、ＭＥＭＳを採用した光スイッチに使用されるミラーやプリズムなどの直方体光学部品である。（Ａ）は接着面を正面にした斜視図、（Ｂ）は接着面からみた平面図及び側面図である。

光学部品１０の接着面１１は、山部１２及び該各山部１２の間の谷部１３を含んだ立体形状を呈している。山部１２は、接着面１１における一点１４から放射方向へ延びた直線状の尾根である。一方、谷部１３は、山部１２の間の中心線１５が、一点１４から離れるに従って、接着面１１と対向する被接着面（図示せず）から遠ざかるように傾斜して形成された凹みである。つまり中心線１５は、接着面１１の周縁に向かって坂になっている。

本実施形態の場合、接着面１１は正方形であり、該正方形の中心点が一点１４になっている。そして、該一点１４から放射方向へ延びる４本の山部１２は、正方形の対角線上を通っており、したがって本実施形態における各山部１２の長さ（一点１４から接着面１１の周縁までの長さ）は、互いに等しい。つまり、隣り合った山部１２どうしは、長さが等しくなっており、接着面１１の周縁を底辺とした二等辺三角形を呈している。この山部１２の間に形成される谷部１３は、中心線１５を谷底としたＶ字谷となる。

当該接着面構造をもつ光学部品１０を、フレーム等の被接着面１６に押し付けて接着するときの接着面１１と接着剤１７の様子を図２に示す。（Ａ）前述のように、被接着面１６に塗布された接着剤１７の表面１７ａは、微小に波打った状態となっている。（Ｂ）接着剤１７の波打った表面１７ａに上から光学部品１０の接着面１１を、その一点１４から押し当てる。すると、傾斜した谷部１３が存在しているので、くぼみ部分に蓋がされず、雰囲気１８を外方へ逃がす抜け道が形成される（矢示）。そして、光学部品１０の押圧に従って、傾斜した谷部１３が雰囲気１８を外へ追い出すように機能する。（Ｃ）接着剤１７が接着面１１と被接着面１６との間全体に行き渡るまで光学部品１０を押圧すれば、雰囲気１８は外へ追い出され、気泡の発生が抑止される。なお、このように雰囲気の逃げ道となる中心線１５の傾斜度は、接着剤１７の粘度に応じて適宜設計することができる。

さらに、上述のもう一つの気泡発生原因である接着剤の回り込みに関しては、二等辺をなす隣り合った山部１２により押されつつ谷部１３を通って接着剤１７が押し出されることにより、解決される。この様子について図３に示している。図３は、被接着面側から見た接着面１１における接着剤１７の広がり具合を説明した図である。

（Ａ）光学部品１０を押し付け始めると、接着剤１７は、まず最初に山部１２に付着し、そして谷部１３へ広がり始める。（Ｂ）谷部１３の谷底である中心線１５は外へ向かって傾斜しているので、接着剤１７は、一点１４から外へ向かって谷部１３を通り押し出されていく。このとき、接着剤１７は、隣り合った山部１２から中心線１５に至る谷の斜面に押されるが、これら山部１２は二等辺をなすので、その両斜面から接着剤１７にかかる押出力はほぼ等しい。したがって、接着剤１７は両斜面から略均等に押圧を受けることになる。このように、一点１４からＶ字形に延びた二辺の山部１２の斜面によって、傾斜した谷底をもつ谷部１３を通し接着剤１７が押されるので、内側から雰囲気を押し出すようにして接着剤１７が内から外へ広がっていく。すなわち、従来技術のような接着剤の広がりムラによる雰囲気の囲い込みが起き難く、気泡の発生が抑止される。（Ｃ）雰囲気が囲い込まれた気泡を生じることなく、接着面１１と被接着面との間全体に接着剤１７が行き渡る。

図４に、第２実施形態として、コリメータに使用されるマイクロレンズなどの円柱状光学部品を、接着面から見た平面図及び側面図で示す。

光学部品２０は、接着面２１の裏側の面がレンズ面となった円柱状で、光ファイバの出射光を平行光とするためなどに使用される。その接着面２１は、山部２２及び該各山部２２の間の谷部２３を含んだ立体形状を呈している。この実施形態の接着面２１は円形であり、その一点としての中心点２４から放射方向（半径方向）へ直線状に延びた尾根として山部２２が形成されている。すなわち、各山部２２は円の半径線に相当しているので、その長さは等しく、また、山部２２の円周方向間隔も均等にしてある。図示の例では、山部２２が４本形成されているので、その間隔は９０°である。

この山部２２の間に形成される谷部２３は扇形で、山部間の中心線２５を谷底としたＶ字谷となっている。当該谷部２３は、中心線２５が、中心点２４から離れるに従って、接着面２１と対向する被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された凹みである。つまり中心線２５は、谷部２３の谷底をなし、接着面２１の周縁に向かって坂になっている。

このように、円柱や円錐状の光学部品で接着面が円形（真円、楕円）であっても、第１実施形態と同様の接着面構造を形成することができ、同等の効果を得ることができる。また、図示のような接着面の裏側にレンズ面を備えた光学部品をマイクロレンズとして用い、このようなマイクロレンズを含んだコリメータのアレイをＭＥＭＳミラーと組み合わせて使用し、波長選択光スイッチのモジュールに適用することができる。

図５に、谷部形状を変形した第３実施形態を、接着面から見た平面図及び側面図で示す。第３実施形態は、第１実施形態と同様の直方体の光学部品に適用した例で示している。

光学部品３０の接着面３１において、山部３２は第１実施形態と同じものであるが、谷部３３は、その谷底部分の形状が異なっている。その他の一点３４及び中心線３５は、第１実施形態と同じである。この第３実施形態の谷部３３では、中心線３５が谷底を通ることに変わりはないが、該中心線３５の通る谷底にアールが付いている（側面図参照）。すなわち、第１実施形態の谷部１３の場合、中心線１５を折れ線とした角が谷底に形成されているが、第３実施形態の谷部３３の場合は、中心線３５の通る谷底にアールが付いていて、角が丸まっている。この第３実施形態の接着面構造は、第１の実施形態の接着面構造に比べて加工しやすい。

図６に、山部の出発点となる一点の部位に貫通孔を設けた第４実施形態を、接着面から見た平面図及び側面図で示す。この第４実施形態も、第１実施形態と同様の直方体の光学部品に適用した例で示している。

光学部品４０の接着面４１には、第１実施形態と同じ山部４２及び谷部４３が形成されているが、その山部４２の出発点となる一点の部位には、裏側へ貫通する貫通孔４４が穿孔されている。したがって各山部４２は、貫通孔４４から放射方向へ直線状に延びている。同様に、山部４２の間の中心線４５も、貫通孔４４から接着面４１の周縁まで延びている。

貫通孔４４は、接着面４１と被接着面との間に接着剤を送り込むために使用することができる。貫通孔４４から接着剤を送り込むことで、必ず山部４２及び谷部４３の出発点（基端）から接着剤を供給できることになり、より雰囲気が残り難くなる。

以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１） 接着面の一点から放射方向へ直線状に延びた複数の山部と、
該各山部の間の中心線が、前記一点から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部と、
を含んで構成される光学部品の接着面構造。

（付記２） 付記１記載の光学部品の接着面構造であって、
前記山部は、隣り合った山部どうしの長さが等しくなっている
光学部品の接着面構造。

（付記３） 付記２記載の光学部品の接着面構造であって、
前記接着面が長方形又は正方形であり、
前記一点が該接着面の中心点であると共に前記山部が該接着面の対角線に沿っている
光学部品の接着面構造。

（付記４） 付記１〜３のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造であって、
前記接着面における前記一点の部位に、裏側へ貫通する貫通孔が設けられている
光学部品の接着面構造。

（付記５） 付記１〜４のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造であって、
前記中心線が通る前記谷部の底に、アールが付いている
光学部品の接着面構造。

（付記６） 付記１〜５のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造が接着面に採用されているマイクロレンズを含んで構成されたコリメータ。

（付記７） 直方体の光学部品の接着面構造であって、
長方形又は正方形の接着面の中心点から対角線上に延びた山部と、
該各山部の間の中心線が、前記中心点から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部と、
を含んで構成される光学部品の接着面構造。

（付記８） 円柱状の光学部品の接着面構造であって、
円形の接着面の中心点から半径方向に延び且つ円周方向等間隔に形成された山部と、
該各山部の間の中心線が、前記中心点から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部と、
を含んで構成される光学部品の接着面構造。

（付記９） 付記８記載の光学部品の接着面構造が接着面に採用されている光学部品であって、
前記接着面の裏側の面にレンズ面が形成されている光学部品。

（付記１０） 付記９記載の光学部品をマイクロレンズとして使用したコリメータ。

第１実施形態に係る光学部品の接着面を示す斜視図、平面図及び側面図。 第１実施形態に係る光学部品を被接着面に接着するときの様子を横から見て示した説明図。 第１実施形態に係る光学部品を被接着面に接着するときの様子を被接着面側から見て示した説明図。 第２実施形態に係る光学部品の接着面を示す平面図及び側面図。 第３実施形態に係る光学部品の接着面を示す平面図及び側面図。 第４実施形態に係る光学部品の接着面を示す平面図及び側面図。 光学部品の接着工程を示した説明図。 従来の光学部品を被接着面に接着するときの様子を横から見て示した説明図。 従来の光学部品を被接着面に接着するときの様子を被接着面側から見て示した説明図。 気泡を追い出すためのスクラブについて示した説明図。

符号の説明

１０，２０，３０，４０ 光学部品
１１，２１，３１，４１ 接着面
１２，２２，３２，４２ 山部
１３，２３，３３，４３ 谷部
１４，２４，３４，４４ 一点（中心点）
１５，２５，３５，４５ 中心線
１６ 被接着面
１７ 接着剤

Claims (6)

1. 接着面の一点から放射方向へ直線状に延びた複数の山部と、
   該各山部の間の中心線が、前記一点から離れるに従い被接着面から遠ざかるように傾斜して形成された谷部と、
   を含んで構成される光学部品の接着面構造。
2. 請求項１記載の光学部品の接着面構造であって、
   前記山部は、隣り合った山部どうしの長さが等しくなっている
   光学部品の接着面構造。
3. 請求項２記載の光学部品の接着面構造であって、
   前記接着面が長方形又は正方形であり、
   前記一点が該接着面の中心点であると共に前記山部が該接着面の対角線に沿っている
   光学部品の接着面構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造であって、
   前記接着面における前記一点の部位に、裏側へ貫通する貫通孔が設けられている
   光学部品の接着面構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造であって、
   前記中心線が通る前記谷部の底に、アールが付いている
   光学部品の接着面構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の光学部品の接着面構造が接着面に採用されているマイクロレンズを含んで構成されたコリメータ。