JP2018025631A - 光学レンズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸の位置合わせを精度よく行うことを可能とする、光学レンズを提供する。
【解決手段】互いに対向し合っている第１及び第２の端面２ａ，２ｂを有し、第１の端面２ａに第１のレンズ面４が配置されており、第２の端面２ｂに第２のレンズ面が配置されている、レンズ本体２と、レンズ本体２の第１の端面２ａ上において、第１のレンズ面４が配置されていない部分にアライメントマークとして設けられている、突起部３又は溝部と、を備える、光学レンズ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信モジュールなどに用いられる光学レンズ及び該光学レンズの製造方法に関する。

従来、光通信モジュールにおける光コネクティング素子として、光学レンズが用いられている。このような光学レンズは、例えば、一の光ファイバーと、他の光ファイバーとの間に配置して用いることができ、一の光ファイバーの端面から出射した光を、他の光ファイバーの端面に集光させることができる。この場合、一の光ファイバーに対向するレンズ面と、他の光ファイバーに対向するレンズ面とを有する光学レンズを用いることができる。

下記の特許文献１には、このような光学レンズの一例として、互いに対向する一対の端面に、それぞれ、レンズ面が設けられた光学レンズが開示されている。上記光学レンズの上面には、レンズ部の光軸方向に線上に延びた外部から認識可能な目印が設けられている。また、特許文献１には、このような光学レンズの製造方法として、成形型を用いて、プリフォーム（加熱軟化された光学素子素材）を加圧する方法が記載されている。上記成形型は、上型及び下型と、側面周囲を構成する金型であるスリーブとを備えている。そして、このスリーブを構成する金型に、外部から認識可能な目印を形成するための溝部が形成されている。

特許第５２４７０６５号公報

しかしながら、特許文献１のような成形型を用いて成形することにより光学レンズを製造する場合、得られた光学レンズにおいて、目印の位置ずれが生じることがあった。そのため、例えば、得られた光学レンズを基板に実装する際に、光軸の位置合わせを精度よく行うことができない場合があった。

本発明の目的は、光軸の位置合わせを精度よく行うことを可能とする、光学レンズ及び該光学レンズの製造方法を提供することにある。

本発明に係る光学レンズは、互いに対向し合っている第１及び第２の端面を有し、前記第１の端面に第１のレンズ面が配置されており、前記第２の端面に第２のレンズ面が配置されている、レンズ本体と、前記レンズ本体の前記第１の端面上において、前記第１のレンズ面が配置されていない部分にアライメントマークとして設けられている、突起部又は溝部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る光学レンズは、前記第１のレンズ面が、前記第２のレンズ面よりも小さいことが好ましい。

本発明に係る光学レンズは、前記レンズ本体が、前記第１及び第２の端面を結ぶ上面を有し、前記突起部又は溝部が、前記上面まで延びていることが好ましい。

本発明に係る光学レンズの製造方法は、本発明に従って構成される光学レンズの製造方法であって、前記第１のレンズ面を形成するための第１の凹部が設けられている上部成形型と、前記第２のレンズ面を形成するための第２の凹部が設けられている下部成形型とを有し、前記上部成形型における前記第１の凹部が配置されていない部分に、前記突起部又は溝部を形成するための第３の凹部又は凸部がさらに設けられている、成形型を用意する工程と、前記成形型における前記上部成形型及び前記下部成形型の間にマザー基材を配置し、前記成形型により前記マザー基材をプレス成形する工程と、を備える。

本発明によれば、光軸の位置合わせを精度よく行うことを可能とする、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斜視図である。 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側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学レンズの製造方法において用いられる成形型を示す模式的正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学レンズの製造方法において、マザー基材の位置関係を説明するための模式的正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学レンズの製造方法において、マザー基材を分断する際におけるカットラインの位置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斜視図である。 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斜視図である。 比較例の光学レンズの製造方法で用いられる成形型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斜視図である。また、図２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側面図である。図１及び図２に示すように、光学レンズ１は、レンズ本体２と、突起部３とを有する。

レンズ本体２は、略直方体状である。レンズ本体２は、第１及び第２の端面２ａ，２ｂと、上面及び下面２ｃ，２ｄと、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆとを有する。第１及び第２の端面２ａ，２ｂは、互いに対向し合っている。上面及び下面２ｃ，２ｄ、並びに第１及び第２の側面２ｅ，２ｆは、それぞれ、第１及び第２の端面２ａ，２ｂを結んでいる。また、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆは、それぞれ、上面及び下面２ｃ，２ｄを結んでいる。レンズ本体２においては、第１の端面２ａと、第２の端面２ｂとを結ぶ方向が、光軸方向ｙである。なお、光軸方向ｙに直交する方向において、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆを結ぶ方向を幅方向ｘとする。また、上面及び下面２ｃ，２ｄを結ぶ方向を高さ方向ｚとする。

第１の端面２ａは、第１のレンズ面４を有する。第１のレンズ面４は、平面形状が円状である。また、第１の端面２ａにおいて、第１のレンズ面４は、凸状に湾曲されている。

他方、第２の端面２ｂは、第２のレンズ面５を有する。第２のレンズ面５も、平面形状が円状である。また、第２の端面２ｂにおいて、第２のレンズ面５は、凸状に湾曲されている。なお、図２に示すように、光学レンズ１では、第２のレンズ面５が、第１のレンズ面４より大きい。もっとも、本発明において、第１及び第２のレンズ面４，５は、同じ大きさであってもよい。また、本発明においては、第１及び第２のレンズ面４，５のうち少なくとも一方が設けられていればよい。

図１及び図２に示すように、レンズ本体２の第１の端面２ａ上には、突起部３が設けられている。突起部３は、光軸の位置合わせをする際のアライメントマークとして設けられている。なお、突起部３は、第１の端面２ａ上において、第１のレンズ面４が設けられている部分には配置されていない。なお、突起部３は、第２の端面２ｂ上に設けられていてもよいが、本実施形態のように第１のレンズ４の方が第２のレンズ５より小さい場合は、突起部３を形成するためのより一層広いスペースを確保する観点から、第１の端面２ａ上に設けることが好ましい。

本実施形態では、突起部３として、第１〜第４の突起部６〜９が設けられている。第１〜第４の突起部６〜９は、それぞれ、略三角柱状の形状を有しており、上面２ｃ側から視たときに、第１の端面２ａからＶ字状に突出している。

第１及び第２の突起部６，７は、幅方向ｘにおいて、第１のレンズ面４より第１の側面２ｅ側に設けられている。第１の突起部６は、高さ方向ｚにおいて、上面２ｃ側に設けられている。より具体的に、第１の突起部６は、高さ方向ｚに沿うように延びており、上面２ｃまで延びている。第１の突起部６の端面６ａは、上面２ｃと同一平面上に位置している。他方、第２の突起部７は、高さ方向ｚにおいて、下面２ｄ側に設けられている。より具体的に、第２の突起部７は、高さ方向ｚに沿うように延びており、下面２ｄまで延びている。第２の突起部７の端面７ａは、下面２ｄと同一平面上に位置している。なお、第１及び第２の突起部６，７は、幅方向ｘにおいて、同じ位置に配置されている。すなわち、第１及び第２の突起部６，７は、上面２ｃ側から視たときに重なるように設けられている。第１及び第２の突起部６，７は、本実施形態のように連なっていなくてもよいが、一体的に連なっていてもよい。すなわち、上面２ｃから下面２ｄに至るように連続的に延びている突起部３が設けられていてもよい。

また、第３及び第４の突起部８，９は、第１の端面２ａ上において、第１のレンズ面４より第２の側面２ｆ側に設けられている。第３の突起部８は、高さ方向ｚにおいて、上面２ｃ側に設けられている。より具体的に、第３の突起部８は、高さ方向ｚに沿うように延びており、上面２ｃまで延びている。第３の突起部８の端面８ａは、上面２ｃと同一平面上に位置している。他方、第４の突起部９は、高さ方向ｚにおいて、下面２ｄ側に設けられている。より具体的に、第４の突起部９は、高さ方向ｚに沿うように延びており、下面２ｄまで延びている。第４の突起部９の端面９ａは、下面２ｄと同一平面上に位置している。なお、第３及び第４の突起部８，９は、上記幅方向ｘにおいて、同じ位置に配置されている。すなわち、第３及び第４の突起部８，９は、上面２ｃ側から視たときに重なるように設けられている。第３及び第４の突起部８，９は、本実施形態のように連なっていなくてもよいが、一体的に連なっていてもよい。すなわち、上面２ｃから下面２ｄに至るように連続的に延びている突起部３が設けられていてもよい。

このように、本実施形態の光学レンズ１では、レンズ本体２の第１の端面２ａ上に、突起部３が設けられている。そのため、例えば、光学レンズ１を基板に実装する際に、突起部３をアライメントマークとして光軸の位置合わせを精度よく行うことができる。また、光学レンズ１は、光軸の位置合わせを精度よく行うことができるので、例えば光通信モジュールのコネクティング素子に用いたときに、光を精度よく結合させることができ、光の結合効率を高めることができる。そのため、光学レンズ１は、光通信モジュールの光コネクティング素子に好適に用いることができる。

また、本実施形態のように、第１及び第３の突起部６，８の端面６ａ，８ａが、上面２ｃと同一の平面上に設けられている場合、光軸の位置合わせの際に、より一層容易に突起部を確認することができる。従って、第１及び第３の突起部６，８の端面６ａ，８ａを、上面２ｃと同一の平面上に配置することで、光軸の位置合わせをより一層精度よく行うことができる。

以下、光学レンズ１の製造方法の一例について説明する。

製造方法；
まず、以下に示す成形型を用いて、レンズ本体２を形成する。

図３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において用いられる成形型を示す模式的正面図である。図３に示すように、成形型１０は、上部成形型１１（上部金型）、下部成形型１２（下部金型）及び側部成形型１３（側部金型）を有する。

上部成形型１１においては、複数の第１の凹部１１ａと、複数の第３の凹部１１ｂとが設けられている。第１の凹部１１ａは、凸状の第１のレンズ面４に対応する形状を有している。第３の凹部１１ｂは、突起部３に対応する形状を有している。本実施形態では、第３の凹部１１ｂは、第１〜第４の突起部６〜９に対応する形状を有している。

下部成形型１２においては、複数の第２の凹部１２ａが設けられている。第２の凹部１２ａは、凸状の第２のレンズ面５に対応する形状を有している。なお、第１及び第２の凹部１１ａ，１２ａは、互いに対向し合うように設けられている。

また、側部成形型１３は、枠状の形状を有している。本実施形態では、突起部３を形成するための凹部が側部成形型１３には設けられていない。

本実施形態の製造方法では、この成形型１０を用いて光学レンズ１を形成する。具体的には、まず、図４に示すように、複数の光学レンズ１の母材となるマザー基材１４を、上部成形型１１、下部成形型１２及び側部成形型１３の間に配置する。続いて、上部成形型１１及び下部成形型１２用いて、マザー基材１４をプレスすることにより、マザー基材の成型品１７を成形する。次に、得られたマザー基材の成型品１７を、図５に示すカットラインＬに沿って分断することにより、図１に示すレンズ本体２を得る。

マザー基材の成型品１７の分断方法については、特に限定されないが、例えば、レーザースクライブなどのスクライブや、折り割り、あるいはダイシングにより行うことができる。なかでも、分断面の平滑性をより一層高める観点から、レーザースクライブによりマザー基材１４を分断することが好ましい。

上記のように本実施形態の製造方法では、上部成形型１１に、第１〜第４の突起部６〜９を形成するための複数の第３の凹部１１ｂが設けられているので、製造時における第１〜第４の突起部６〜９の位置ずれが生じ難い。そのため、本実施形態の製造方法で得られた光学レンズ１は、光軸の位置合わせを精度よく行うことができる。これを、以下、より詳細に説明する。

図８は、比較例の光学レンズの製造方法で用いられる成形型を示す模式的平面図である。図８に示すように、比較例の光学レンズの製造方法で用いられる成形型１０１は、上部成形型１０２、図示しない下部成形型、及び枠状の側部成形型１０３を有する。成形型１０１において、上部成形型１０２及び下部成形型と、側部成形型１０３は別部材として設けられている。また、アライメントマークとしての突起部を形成するための凹部１０４が側部成形型１０３に設けられている。

図８に示すように、上部成形型１０２を側部成形型１０３の間に挿入する際には稼働に適した隙間が少なくとも数μｍ必要となる。ここで、レンズ面が設けられている上部成形型１０２（及び下部成形型）が、突起部が設けられている側部成形型１０３とは別部材であるため、プレスの際に上部成形型１０２と側部成形型１０３の上記隙間に応じた位置ずれが生じることとなる。そのため、このような成形型１０１を用いて得られた光学レンズでは、目標とする位置からの突起部の位置ずれが生じることがあった。そのため、光軸の位置合わせを精度よく行うことができなかった。

これに対して、本実施形態の製造方法では、第１〜第４の突起部６〜９を形成するための第３の凹部１１ｂが、第１のレンズ面４を形成するための第１の凹部１１ａと同じ上部成形型１１に設けられているので、プレスの際に上記のような位置ずれが生じ難い。そのため、本実施形態の製造方法で得られた光学レンズ１においては、アライメントマークとしての第１〜第４の突起部６〜９を目標とする位置に形成することができる。このように、第１〜第４の突起部６〜９を目標とする位置に形成することができるので、第１〜第４の突起部６〜９を用いて光軸の位置合わせを精度よく行うことができる。

ところで、本実施形態では、第１〜第４の突起部６〜９が第１のレンズ面４と同じ第１の端面２ａ上に設けられている。そのため、図５に示すように、マザー基材の成型品１７から複数の光学レンズ１を切断する際の目印として突起部３を用いることもできる。従って、本実施形態の製造方法では、ロット間における形状のバラツキが抑制された光学レンズ１を容易に形成することができる。また、第１〜第４の突起部６〜９が、第１のレンズ面４と同じ第１の端面２ａ上に設けられているので、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆが平滑である場合においても、第１及び第２の側面２ｅ，２ｆの位置検出を容易に行うことができる。

以下、光学レンズ１を構成する各材料の詳細を説明する。

レンズ本体；
レンズ本体を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、セラミックス、半導体、又は樹脂等により構成することができる。より一層高い光学特性を得る観点や、より一層高い耐久性を得る観点から、レンズ本体は、ガラスにより構成されていることが好ましい。

ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等を用いることができる。

突起部；
突起部は、レンズ本体と同じ材料により構成されていてもよいし、別の材料により構成されていてもよい。もっとも、上記のように突起部は、レンズ本体と一体成形することにより形成されることが望ましいため、レンズ本体と同じ材料により構成されていることが好ましい。

突起部を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、セラミックス、半導体、又は樹脂等により構成することができる。より一層高い光学特性を得る観点や、より一層高い耐久性を得る観点から、レンズ本体は、ガラスにより構成されていることが好ましい。

ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等を用いることができる。

（第２の実施形態）
図６は、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斜視図である。

図６に示すように、第２の実施形態の光学レンズ２１では、形状が略三角錐状である１つの突起部１５が設けられている。突起部１５は、第１の端面２ａにおいて、幅方向ｘの中心に設けられている。また、突起部１５の端面１５ａは、上面２ｃと同一平面上に設けられており、高さ方向ｚにおいて第１のレンズ面４の中心と重なるように設けられている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態の光学レンズ２１においては、レンズ本体２の第１の端面２ａ上に、突起部１５が設けられており、しかも高さ方向ｚにおいて第１のレンズ面４の中心と重なるように設けられている。そのため、突起部１５をアライメントマークとして用いることにより、光軸の位置合わせをより一層精度よく行うことができる。

また、第２の実施形態においても、第１のレンズ面４を形成するための凹部と突起部１５を形成するための凹部とが上部成形型に設けられた成形型を用いて、光学レンズ２１を製造することができるので、アライメントマークとしての突起部１５を目標とする位置に形成することができる。このように、突起部１５を目標とする位置に形成することができるので、突起部１５を用いて光軸の位置合わせを精度よく行うことができる。

なお、第２の実施形態で示したように、本発明においては、第１の端面２ａ上に少なくとも１つの突起部１５が設けられていればよく、突起部１５の数は限定されない。

また、突起部１５の形状についても特に限定されない。突起部１５の形状は、第２の実施形態のように略三角錐状であってもよく、円柱形状や、平面形状が台形状である形状であってもよい。

（第３の実施形態）
図７は、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斜視図である。図７に示すように、光学レンズ３１においては、突起部の代わりに第１及び第２の溝部１６ａ，１６ｂが設けられている。第１の溝部１６ａは、幅方向ｘにおいて、第１のレンズ面４より第１の側面２ｅ側に設けられている。他方、第２の溝部１６ｂは、幅方向ｘにおいて、第１のレンズ面４より第２の側面２ｆ側に設けられている。第１及び第２の溝部１６ａ，１６ｂは、それぞれ、高さ方向ｚにおいて、上面２ｃから下面２ｄに至るように連続的に延びている。また、第１及び第２の溝部１６ａ，１６ｂの端部は、上面２ｃと同一の平面上に設けられている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態の光学レンズ３１においては、レンズ本体２の第１の端面２ａに、第１及び第２の溝部１６ａ，１６ｂが設けられている。そのため、第１及び第２の溝部１６ａ，１６ｂをアライメントマークとして用いることにより、光軸の位置合わせをより一層精度よく行うことができる。

第３の実施形態で示したように、本発明において、アライメントマークは、突起部であっても、溝部であってもよい。溝部を形成する場合は、例えば、溝部に対応する凸部を有する上部成形型を用いて成形することにより、容易に光学レンズを得ることができる。その場合においても、第１のレンズ面を形成するための凹部を有する上部成形型に溝部に対応する凸部が設けられるので、目標とする位置に溝部が設けられた光学レンズを得ることができる。得られた光学レンズでは、目標とする位置に溝部が設けられているので、光軸の位置合わせをより一層精度よく行うことができる。

１，２１，３１…光学レンズ
２…レンズ本体
２ａ，２ｂ…第１，第２の端面
２ｃ，２ｄ…上面，下面
２ｅ，２ｆ…第１，第２の側面
３，１５…突起部
４，５…第１，第２のレンズ面
６〜９…第１〜第４の突起部
６ａ〜９ａ，１５ａ…端面
１０…成形型
１１…上部成形型
１２…下部成形型
１１ａ，１２ａ…第１，第２の凹部
１１ｂ…第３の凹部
１３…側部成形型
１４…マザー基材
１６ａ，１６ｂ…第１，第２の溝部
１７…マザー基材の成形品
Ｌ…カットライン

Claims (4)

1. 互いに対向し合っている第１及び第２の端面を有し、前記第１の端面に第１のレンズ面が配置されており、前記第２の端面に第２のレンズ面が配置されている、レンズ本体と、
   前記レンズ本体の前記第１の端面上において、前記第１のレンズ面が配置されていない部分にアライメントマークとして設けられている、突起部又は溝部と、
   を備える、光学レンズ。
2. 前記第１のレンズ面が、前記第２のレンズ面よりも小さい、請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記レンズ本体が、前記第１及び第２の端面を結ぶ上面を有し、
   前記突起部又は溝部が、前記上面まで延びている、請求項１又は２に記載の光学レンズ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学レンズの製造方法であって、
   前記第１のレンズ面を形成するための第１の凹部が設けられている上部成形型と、前記第２のレンズ面を形成するための第２の凹部が設けられている下部成形型とを有し、前記上部成形型における前記第１の凹部が配置されていない部分に、前記突起部又は溝部を形成するための第３の凹部又は凸部がさらに設けられている、成形型を用意する工程と、
   前記成形型における前記上部成形型及び前記下部成形型の間にマザー基材を配置し、前記成形型により前記マザー基材をプレス成形する工程と、
   を備える、光学レンズの製造方法。

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