JP2018021946A - 光学レンズ - Google Patents

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充 富田
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Abstract

【課題】実装時の位置確認を容易に行うことができ、かつ長期安定性に優れる、光学レンズを提供する。【解決手段】光軸方向yを有する光学レンズ1であって、第1のレンズ形成面2aと、第1のレンズ形成面2aに接続されている上面2d及び底面2cとを有し、かつ第1のレンズ形成面2aに形成された第1のレンズ部3を有する基材2と、基材2の底面2c上に形成されているメタライズ層5とを備え、基材2の底面2cが、光軸方向yに垂直な方向xにおいて対向する第1,第2の端縁部2c1,2c2を有し、底面2cにおいて、第1,第2の端縁部2c1,2c2の近傍にメタライズ層5が形成されていないことを特徴としている。【選択図】図2

Description

本発明は、光学レンズに関するものである。
近年、通信のさらなる高速化の需要に伴い、光通信デバイスが注目を集めている。このような光通信デバイス等に、光学レンズが用いられている。
例えば、下記の特許文献1には、レンズ部材が接着剤により実装基板上に固定された、光モジュールが開示されている。レンズ部材の実装に粘着性が高い接着剤を用いることにより、レンズ部材の光軸高さの調芯が可能となることが知られている。下記の特許文献2には、金属製の鏡筒にレンズが組み込まれたレンズ部材が開示されている。鏡筒の側面には、メタライズ層が形成されている。
特開2008−026462号公報 特開2008−203418号公報
特許文献1に記載の光モジュールでは、気密封止された光モジュールの筐体内において、有機物を含む接着剤が用いられている。そのため、接着剤に含まれた有機物の揮発によって発生したガスの影響により、長期安定性が損なわれるおそれがある。
光源から照射された光は、レンズ部材が透明であっても、レンズ部材にわずかに吸収される。それによって、レンズ部材は発熱する。照射される光のエネルギー密度が高い場合には、わずかな光吸収であってもレンズ部材が高温となる。特許文献1の光モジュールにおいては、高温となったレンズ部材に接着剤が加熱されて軟化し、レンズ部材に位置ずれが生じるおそれがある。さらに、レンズ部材が実装基板から剥離するおそれもある。
近年、レンズ部材のより一層の小型化が求められている。特許文献2に記載されたレンズ部材の鏡筒の場合には、例えば、1mm程度またはそれ以下のサイズとすることが求められる。このような小型の鏡筒に高精度にレンズを組み込むことは非常に困難である。
また、特許文献2のレンズ部材を、金属製の鏡筒を含まないガラスのみの成形体とした場合においても、レンズ部材の側面にはメタライズ層が形成されている。このレンズ部材の製造工程において、メタライズ層は、互いに密着するように並べられた複数のレンズ部材の側面に連続して形成される。各レンズ部材において、メタライズ層は、メタライズ層が形成された面の端縁部に至っている。そのため、レンズ部材を実装基板上に配置した後に、レンズ部材の位置をカメラにより確認する際、端縁部におけるメタライズ層からの反射光により、端縁部の位置を画像認識され難いことがある。このように、レンズ部材の位置確認が困難となることがある。
さらに、メタライズ層形成の際に、小型のレンズ部材を隙間なく並べる工程においては、レンズ部材同士の接触等により、レンズ部材に欠けやクラックが発生するおそれがある。クラックの成長等により、長期安定性が損なわれるおそれもある。
本発明の目的は、実装時の位置確認を容易に行うことができ、かつ長期安定性に優れる、光学レンズを提供することにある。
本発明に係る光学レンズは、光軸方向を有する光学レンズであって、レンズ形成面と、レンズ形成面に接続されている上面及び底面とを有し、かつレンズ形成面に形成されたレンズ部を有する基材と、基材の底面上に形成されているメタライズ層とを備え、基材の底面が、光軸方向に垂直な方向において対向する第1,第2の端縁部を有し、底面において、第1,第2の端縁部の近傍にメタライズ層が形成されていないことを特徴としている。
本発明において、光軸方向に垂直な方向におけるメタライズ層が形成されていない領域の長さが、底面の同方向における長さの5%以上、20%以下であることが好ましい。
本発明において、平面視において、少なくともメタライズ層の全面に重なるように、基材の上面上に遮光膜または光吸収膜が形成されていてもよい。この場合には、平面視において、遮光膜または光吸収膜が、メタライズ層の外周縁より外側にも形成されていることが好ましい。
本発明によれば、実装時の位置確認を容易に行うことができ、かつ長期安定性に優れる、光学レンズを提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る光学レンズを示す模式的底面図である。 本発明の第1の実施形態に係る光学レンズを示す模式的正面図である。 比較例の光学レンズを示す模式的底面図である。 本発明の第1の実施形態の第1の変形例に係る光学レンズを示す模式的正面図である。 本発明の第1の実施形態の第2の変形例に係る光学レンズを示す模式的底面図である。 (a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的側面図である。 本発明の第2の実施形態に係る光学レンズを示す模式的正面図である。 本発明の第2の実施形態に係る光学レンズを示す模式的平面図である。 本発明の第3の実施形態に係る光学レンズを示す模式的平面図である。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学レンズを示す模式的底面図である。図2は、第1の実施形態に係る光学レンズを示す模式的正面図である。なお、図1及び図2においては、後述するメタライズ層を斜線のハッチングにより示す。後に示す図3〜図5、図8、図9においても同様である。
図1に示すように、本実施形態に係る光学レンズ1は、光軸方向yを有する。光学レンズ1は、光軸方向yにおいて互いに対向し合う第1,第2のレンズ形成面2a,2bを有する、基材2を備える。第1のレンズ形成面2aには第1のレンズ部3が形成されており、第2のレンズ形成面2bには第2のレンズ部4が形成されている。本実施形態では、第1,第2のレンズ部3,4は凸レンズである。なお、光学レンズ1は、レンズ部を少なくとも1つ有していればよい。
基材2は、第1,第2のレンズ形成面2a,2bに接続されている底面2cを有する。底面2cは、光軸方向yに垂直な方向xにおいて互いに対向し合う第1,第2の端縁部2c1,2c2を有する。底面2cは、第1,第2の端縁部2c1,2c2を接続する第3,第4の端縁部2c3,2c4を有する。第3の端縁部2c3は第1のレンズ形成面2a側に位置しており、第4の端縁部2c4は第2のレンズ形成面2b側に位置している。なお、方向xは底面2cに平行な方向である。
図2に示すように、基材2は、底面2cに対向している上面2dを有する。上面2dは、方向xにおいて互いに対向し合う第1,第2の端縁部2d1,2d2を有する。本実施形態においては、平面視において、上面2d及び底面2cの第1の端縁部2d1,2c1は重なっている。上面2d及び底面2cの第2の端縁部2d2,2c2も重なっている。
ここで、光学レンズ1の、方向xに沿う寸法を幅とし、光軸方向y及び方向xに垂直な方向zに沿う寸法を高さとする。このとき、本実施形態では、光学レンズ1の幅は1mmであり、高さは1mmである。なお、光学レンズ1のサイズは、特に限定されない。
基材2は、例えば、ガラス、セラミックス、半導体または樹脂等により構成することができる。もっとも、基材2はガラスからなることが好ましい。基材2に用いられるガラスとしては、例えば、B−ZnO−La系ガラスやTeO−B−WO−La系ガラス等を挙げることができる。
基材2の、波長400nm〜1600nmの光の透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましく、99%以上が最も好ましい。透過率が70%未満である場合、光の散乱や吸収により、集光効率が低くなる傾向がある。
基材2の底面2c上には、メタライズ層5が形成されている。メタライズ層5は外周縁5gを有する。光学レンズ1は、メタライズ層5を介して、光学デバイス用の実装基板等に接合される。光学レンズ1は、例えば、レーザー光の照射によりメタライズ層5を溶融させ、実装基板等に接合することができる。本実施形態では、メタライズ層5は、複数の金属膜が積層された積層金属膜である。より具体的には、メタライズ層5は、底面2c側から、Cr層、Pd層及びAuSn合金層がこの順序で積層された積層金属膜である。上記Pd層の代わりに、または上記Pd層に加えて、Ni層、Ti層またはPt層が用いられてもよい。なお、メタライズ層5を構成する金属の種類は、上記に限定されない。
メタライズ層5の厚みは、0.2μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。それによって、十分な接合力を得ることができる。メタライズ層5の厚みは、2.0μm以下であることが好ましい。それによって、接合に際しての光学レンズ1の傾きを抑制することができる。
基材2の底面2cの算術平均粗さ(Ra)は、0.005μm以上であることが好ましく、0.007μm以上であることがより好ましく、0.010μm以上であることがさらに好ましい。それによって、底面2cとメタライズ層5との接触面積を大きくすることができ、接合力をより一層高めることができる。メタライズ層5の厚みを薄くしても接合力を十分とすることができるため、接合に際しての光学レンズ1の傾きを抑制することができる。
基材2の底面2cの算術平均粗さ(Ra)は、2.0μm以下であることが好ましく、1.5μm以下であることがより好ましく、1.0μm以下であることがさらに好ましい。それによって、第1,第2のレンズ部3,4のプレス成形が困難となる等の問題が生じ難い。
基材2の上面2dの算術平均粗さ(Ra)は、2.0μm以下であることが好ましく、1.5μm以下であることがより好ましく、1.0μm以下であることがさらに好ましい。この場合には、第1,第2のレンズ部3,4のプレス成形が困難となる等の問題が生じ難い。なお、本明細書では、算術平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601:2013において規定される算術平均粗さ(Ra)を示す。
底面2cは、第1の端縁部2c1の近傍に位置する第1のメタライズ層非形成領域A1と、第2の端縁部2c2の近傍に位置する第2のメタライズ層非形成領域A2とを有する。第1,第2のメタライズ層非形成領域A1,A2には、メタライズ層5は形成されていない。本実施形態では、メタライズ層5は第3,第4の端縁部2c3,2c4にも至っていない。
本実施形態の特徴は、底面2cにメタライズ層5が形成されており、かつ底面2cが第1,第2のメタライズ非形成領域A1,A2を有することにある。それによって、実装時の位置確認を容易に行うことができ、かつ長期安定性に優れる。この効果の詳細を、以下において説明する。
光学レンズ1は、光学デバイス用の実装基板への実装の際、例えば、搬送コレットにより実装基板上に配置される。実装基板上に配置された後、上面2d側から、カメラにより光学レンズ1の位置が確認される。一般的に、位置確認を行う対象と、その周囲との輝度差等に基づき、上記対象の位置が確認される。例えば、輝度差が一定の閾値を超えている部分が、上記対象の外周縁として画像認識される。なお、本明細書において、輝度とは、カメラが受光した光の強度をいう。以下において、カメラによる位置確認の行い易さについて、本実施形態と、下記の比較例とを比較する。
図3は、比較例の光学レンズを示す模式的底面図である。比較例の光学レンズ101においては、メタライズ層105が、基材2の底面2cの第1,第2の端縁部2c1,2c2に至っている。メタライズ層105は光を強く反射する。光学レンズ101を基材2の上面側からカメラにより撮像する場合、基材2を透過したメタライズ層105からの反射光もカメラに受光される。カメラには、メタライズ層105が形成されている部分及びその周囲は、一様に輝度が高い部分として画像認識される。この輝度が高い部分には、底面2cの第1,第2の端縁部2c1,2c2、上面の第1,第2の端縁部及びその周囲も含まれる。そのため、底面2cの第1,第2の端縁部2c1,2c2及び上面の第1,第2の端縁部と、その周囲との輝度差が大きくならず、光学レンズ101の位置確認を行い難い。
これに対して、図1及び図2に示す本実施形態においては、第1のメタライズ層非形成領域A1にはメタライズ層5が形成されていないため、第1の端縁部2c1近傍においては、メタライズ層5により光が反射されない。これにより、上面2d及び底面2cの第1の端縁部2d1,2c1と、その周囲との輝度差を大きくすることができる。よって、第1の端縁部2d1,2c1の位置は容易に画像認識され得る。同様に、第2のメタライズ層非形成領域A2にもメタライズ層5は形成されていないため、第2の端縁部2d2,2c2の位置も容易に画像認識され得る。従って、実装時の光学レンズ1の位置確認を容易に行うことができる。
第1のメタライズ層非形成領域A1の、第1の端縁部2c1からの方向xに沿う長さは、底面2cの方向xに沿う長さの5%以上であることが好ましい。第2のメタライズ層非形成領域A2の、第2の端縁部2c2からの方向xに沿う長さは、底面2cの方向xに沿う長さの5%以上であることが好ましい。それによって、実装時の光学レンズ1の位置確認をより確実に行うことができる。
第1のメタライズ層非形成領域A1の、第1の端縁部2c1からの方向xに沿う長さは、底面2cの方向xに沿う長さの20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。第2のメタライズ層非形成領域A2の、第2の端縁部2c2からの方向xに沿う長さは、底面2cの方向xに沿う長さの20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。それによって、光学レンズ1の実装基板等に対する接合力を高めることができる。
また、第1のメタライズ層非形成領域A1の第1の端縁部2c1からの方向xに沿う長さが最短の部分の長さは、10μm以上、200μm以下であることが好ましく、20μm以上、100μm以下であることがより好ましい。第2のメタライズ層非形成領域A2の第1の端縁部2c2からの方向xに沿う長さが最短の部分の長さは、10μm以上、200μm以下であることが好ましく、20μm以上、100μm以下であることがより好ましい。それによって、実装時の光学レンズ1の位置確認をより確実に行うことができ、かつ実装時の接合力を高めることができる。
光学レンズ1は、メタライズ層5を介して実装基板に接合することができるため、有機物を含む接着剤を用いずに、実装を行うことができる。よって、光学レンズ1は、実装された際の長期安定性に優れる。
基材2の底面2c側から見たときの、底面2cの面積に対するメタライズ層5の面積の割合は、36%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。それによって、光学レンズ1の実装基板等に対する接合力を高めることができる。底面2cの面積に対するメタライズ層5の面積の割合は、95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましい。それによって、実装時の光学レンズ1の位置確認を容易に行うことができる。なお、光学レンズ1の実装基板等に対する接合力を高めるためには、光学レンズ1に荷重をかけつつ接合することが好ましい。本発明のように、底面2cの面積に対するメタライズ層5の面積の割合を95%以下に制限することにより、光学レンズ1に荷重をかけつつ実装基板等に接合しても、メタライズ層5が光学レンズ1から漏れ出してしまうことを防ぐことが可能となる。
図4に示す第1の実施形態の第1の変形例のように、基材32は面取りされていてもよい。基材32は、底面32c及び第1のレンズ形成面32aに接続されており、かつ互いに対向し合う側面32e,32fを有する。第1の変形例においては、底面32cの面取りされた部分と、側面32e,32fとがそれぞれ接続された部分が、第1,第2の端縁部32c1,32c2である。第1の変形例においては、面取りされているため、基材32の欠け等が生じ難い。
図1に示す第1の実施形態では、メタライズ層5は底面2cの第3,第4の端縁部2c3,2c4に至っていないが、図5に示す第1の実施形態の第2の変形例のように、メタライズ層45は第3,第4の端縁部2c3,2c4に至っていてもよい。
以下において、第1の実施形態に係る光学レンズ1の製造方法の一例を説明する。
(製造方法)
図6(a)及び(b)は、第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。図7は、第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。図8は、第1の実施形態に係る光学レンズの製造方法の一例を説明するための模式的側面図である。なお、図8における側面とは、後述するメタライズ層形成面を示す。
図6(a)に示すように、第1,第2の主面2Aa,2Abを有するマザー基板2Aを用意する。次に、成形型7A,7Bを用いて、マザー基板2Aのプレス成形を行う。これにより、図6(b)に示すように、マザー基板2Aの第1の主面2Aaに複数の第1のレンズ部3を形成し、第2の主面2Abに複数の第2のレンズ部4を形成する。
第1,第2のレンズ部3,4は、図6(b)に示す断面以外の部分にも形成してもよく、例えば、図7に示すように、マトリクス状に形成してもよい。この場合には、次に、ダイシングラインI−Iに沿い、ダイシングを行う。ダイシングは、例えば、ダイシングソー等を用いて行ってもよく、あるいは、レーザースクライビングにより行ってもよい。これにより、メタライズ層形成面を形成する。
メタライズ層形成面は、図1に示した第1の実施形態の光学レンズ1の底面2cに相当する面である。メタライズ層形成面が、上述した範囲内の算術平均粗さ(Ra)となるように、メタライズ層形成面にブラスト加工等を行ってもよい。
次に、図8に示すように、メタライズ層形成面2Ac上に、複数のメタライズ層5を形成する。各メタライズ層5の外周縁5gが、ダイシングラインII−II及びマザー基板2Aの外周縁に至らないように、複数のメタライズ層5を形成する。メタライズ層5の形成は、例えば、スパッタリング法や蒸着法等により行うことができる。このとき、例えば、フォトリソグラフィ法によりメタライズ層形成面2Ac上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンを用いて複数のメタライズ層5を形成してもよい。
次に、ダイシングラインII−IIに沿い、ダイシングを行う。ダイシングは、例えば、ダイシングソー等を用いて行ってもよく、あるいは、レーザースクライビングにより行ってもよい。これにより、複数の光学レンズ1を得ることができる。
(第2の実施形態)
図9は、第2の実施形態に係る光学レンズを示す模式的正面図である。図10は、第2の実施形態に係る光学レンズを示す模式的平面図である。なお、図9及び図10においては、後述する遮光膜を破線のハッチングにより示す。
図9に示すように、光学レンズ11は、基材2の上面2d上に遮光膜16が形成されている点で、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、光学レンズ11は、第1の実施形態に係る光学レンズ1と同様の構成を有する。
遮光膜16には、例えば、適宜の金属や半導体を用いることができる。金属の例としては、Cr、Ti、Ni、Al等を挙げることができる。半導体の例としては、Ge、Si等を挙げることができる。
図10に示すように、平面視において、遮光膜16はメタライズ層5の全面に重なるように形成されている。それによって、上面2d側からカメラにより位置確認を行うときに、メタライズ層5からカメラ側に向かう反射光を、遮光膜16により遮光することができる。そのため、図9に示す上面2d及び底面2cの第1,第2の端縁部2d1,2c1,2d2,2c2と、その周囲との輝度差をより確実に大きくすることができる。従って、実装時の光学レンズ11の位置確認をより確実に行うことができる。
遮光膜16は、平面視において、第1,第2のメタライズ層非形成領域A1,A2の少なくとも一部に重なるように形成されていることが好ましい。より好ましくは、本実施形態のように、平面視において、遮光膜16がメタライズ層5の外周縁5gの外側にも形成されていることが望ましい。それによって、メタライズ層5からカメラ側に向かう反射光を、より一層確実に遮光することができる。
本実施形態においては、遮光膜16は、上面2dの第1,第2の端縁部2d1,2d2には至っていない。これにより、実装時の光学レンズ11の位置確認をより一層行い易い。
また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、有機物を含む接着剤を用いずに、光学レンズ11の実装を行うことができる。よって、光学レンズ11は、実装された際の長期安定性に優れる。
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る光学レンズを示す模式的平面図である。なお、図11においては、後述する光吸収膜を破線のハッチングにより示す。
図11に示すように、光学レンズ21は、基材2の上面2d上に光吸収膜26が形成されている点で、第2の実施形態と異なる。上記の点以外においては、光学レンズ21は、第2の実施形態に係る光学レンズ11と同様の構成を有する。
光吸収膜26には、例えば、適宜の半導体や窒化物を用いることができる。半導体の例としては、Ge、Si等を挙げることができる。窒化物の例としては、AlN、SiN、CrN等を挙げることができる。
本実施形態においては、光吸収膜26が、第2の実施形態における遮光膜16と同様の位置に配置されている。より具体的には、平面視において、光吸収膜26はメタライズ層5の全面に重なるように形成されている。それによって、上面2d側からカメラにより位置確認を行うときに、メタライズ層5からカメラ側に向かう反射光は光吸収膜26により吸光される。よって、カメラ側に向かう反射光を遮光することができる。従って、第2の実施形態と同様に、実装時の光学レンズ21の位置確認をより確実に行うことができる。
光吸収膜26は、平面視において、第1,第2のメタライズ層非形成領域A1,A2の少なくとも一部に重なるように形成されていることが好ましい。より好ましくは、本実施形態のように、平面視において、光吸収膜26がメタライズ層5の外周縁5gの外側にも形成されていることが望ましい。それによって、メタライズ層5からカメラ側に向かう反射光を、より一層確実に遮光することができる。
なお、本実施形態においては、光吸収膜26は、上面2dの第1,第2の端縁部2d1,2d2には至っていない。これにより、実装時の光学レンズ21の位置確認をより一層行い易い。
また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、有機物を含む接着剤を用いずに、光学レンズ21の実装を行うことができる。よって、光学レンズ21は、実装された際の長期安定性に優れる。
1…光学レンズ
2…基材
2a,2b…第1,第2のレンズ形成面
2c…底面
2c1〜2c4…第1〜第4の端縁部
2d…上面
2d1,2d2…第1,第2の端縁部
2A…マザー基板
2Aa,2Ab…第1,第2の主面
2Ac…メタライズ層形成面
3,4…第1,第2のレンズ部
5…メタライズ層
5g…外周縁
7A,7B…成形型
11…光学レンズ
16…遮光膜
21…光学レンズ
26…光吸収膜
32…基材
32a…第1のレンズ形成面
32c…底面
32c1,32c2…第1,第2の端縁部
32e,32f…側面
45…メタライズ層
101…光学レンズ
105…メタライズ層

Claims (4)

  1. 光軸方向を有する光学レンズであって、
    レンズ形成面と、前記レンズ形成面に接続されている上面及び底面とを有し、かつ前記レンズ形成面に形成されたレンズ部を有する基材と、
    前記基材の前記底面上に形成されているメタライズ層とを備え、
    前記基材の前記底面が、光軸方向に垂直な方向において対向する第1,第2の端縁部を有し、前記底面において、前記第1,第2の端縁部の近傍に前記メタライズ層が形成されていない、光学レンズ。
  2. 前記光軸方向に垂直な方向における前記メタライズ層が形成されていない領域の長さが、前記底面の同方向における長さの5%以上、20%以下である、請求項1に記載の光学レンズ。
  3. 平面視において、少なくとも前記メタライズ層の全面に重なるように、前記基材の前記上面上に遮光膜または光吸収膜が形成されている、請求項1または2に記載の光学レンズ。
  4. 平面視において、前記遮光膜または前記光吸収膜が、前記メタライズ層の外周縁より外側にも形成されている、請求項3に記載の光学レンズ。
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