JP2018151428A - 光学用キャップ部品 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズがシェルに対して高い位置精度で取り付けられた光学用キャップ部品を提供する。
【解決手段】本発明に係る光学用キャップ部品１は、開口３２ａを有するシェル３０と、シェル３０の開口３２ａに挿入されて固定されたレンズ２０と、レンズ２０とシェル３０とを固定する固定部材４０とを備え、開口３２ａの内径が、レンズ２０の直径よりも大きく、固定部材４０が、無機フィラー４１を含むガラスにより構成されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学用キャップ部品に関する。

一般に、光学用キャップ部品は、光通信や光センサ等に用いられる発光素子或いは受光素子等の光素子を覆うもので、その内部を例えば気密状態に保持することにより、光素子に対する光の入出力を適正に行わせ得る構成とされている。この種の光学用キャップ部品としては、特許文献１等に示すように、種々のものが提案され或いは実用化されており、一般的に、筒状のシェルと、シェルに取り付けられたレンズとを有する。

優れた光学特性を得るためには、レンズと光素子との間の位置精度が高いことが求められる。通常、光素子は、シェルに対して位置決めされているため、レンズと光素子との間の位置精度を高める観点からは、レンズがシェルに対して高い位置精度で取り付けられていることが重要となる。

特開２００６−１２６２７２号公報

レンズのシェルに対する位置精度を高める方法として、レンズの直径をシェルに設けられた開口の内径より大きくして、レンズとシェルの間にガラス粉末等の固定部材を介在させて、レンズとシェルを固定することが一般的に行われている。

しかしながら、レンズの直径をシェルの開口の内径よりも大きくした場合、固定部材上にレンズが載ることになるため、ガラス粉末が軟化流動する際に、ガラス粉末の隙間より発生する泡や、泡の消失、また、軟化したガラスが固化する際のガラスの体積変化によりレンズが移動する場合があり、レンズのシェルに対する位置精度が低くなることがあった。

本発明の目的は、レンズがシェルに対して高い位置精度で取り付けられた光学用キャップ部品を提供することである。

本発明に係る光学用キャップ部品は、開口を有するシェルと、シェルの開口に挿入されて固定されたレンズと、レンズとシェルとを固定する固定部材とを備え、開口の内径が、レンズの直径よりも大きく、固定部材が、無機フィラーを含むガラスにより構成されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、シェルとレンズとの間に無機フィラーが介在していることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、無機フィラーの平均粒子径が、開口の内径とレンズの直径との差の０．４倍〜０．７倍であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、無機フィラーが、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種により構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、固定部材における無機フィラーの含有量が、２０体積％〜６０体積％であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、開口の内径とレンズの直径との差が３０μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る光学用キャップ部品は、レンズの光軸と開口の中心軸との間の距離が２０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、レンズがシェルに対して高い位置精度で取り付けられた光学用キャップ部品を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る光学用キャップ部品の略図的断面図である。 図１のＢ部分の略図的断面図である。

本発明に係る光学用キャップ部品は、シェルの開口の内径が、レンズの直径よりも大きく、しかも、レンズとシェルとを固定する固定部材として無機フィラーを含む。このため、ガラス粉末が軟化流動する際に、ガラス粉末の隙間より発生する泡や、泡の消失や、固化する際のガラスの体積変化により、レンズがシェルに対して変位しようとしても、シェルの開口とレンズとの間に無機フィラーが喰い込むように介在することになり、レンズが固定されて移動し難くなり、レンズのシェルに対する変位を抑えることができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、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こととする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係る光学用キャップ部品１の略図的断面図である。

光学用キャップ部品１は、光通信や光センサ等に用いられる発光素子や受光素子などの光素子１１を有する光学装置１０に取り付けられる。光学用キャップ部品１は、光素子１１への集光や光素子１１からの光の拡散またはコリメートなどを行う光学的な機能に加え、光素子１１を気密状態に保持するキャップとしての機能を有している。そのため、光学用キャップ部品１を設けることにより、光素子１１と酸素や水分との接触が抑制され、光素子１１の劣化を抑制することができる。

光学用キャップ部品１は、レンズ２０と、シェル３０と固定部材４０とを備えている。

レンズ２０は、本実施形態では、両レンズ面がそれぞれ凸レンズ面であるレンズである。具体的には、レンズ２０は、球状のボールレンズである。

シェル３０は、金属製である。シェル３０は、鉄合金により構成されていることが好ましく、クロム及びニッケルの少なくとも一方を含む鉄合金により構成されていることがより好ましい。クロム及びニッケルの少なくとも一方を含む鉄合金の具体例としては、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）、鉄−クロム−ニッケル合金（ステンレス鋼）などが挙げられる。

シェル３０は、シェル本体３１を有する。シェル本体３１は、筒状である。具体的には、本実施形態では、シェル本体３１は、円筒状である。シェル本体３１は、レンズ２０の光軸Ａの延びる方向と平行な方向に沿って延びている。

シェル本体３１の一方側端部には、シェル本体３１から内側に向かって延びる第１のフランジ部３２が接続されている。

第１のフランジ部３２は、開口３２ａを有する。この開口３２ａにレンズ２０が挿入されて固定されている。なお、開口３２ａの形状寸法は、レンズ２０の形状寸法に応じて適宜設定することができる。一般的には、開口３２ａは、円形に設けられており、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の大きさの内径を有する。

開口３２ａの内径は、レンズ２０の直径よりも大きく設定している。そのため、開口３２ａとレンズ２０との間には隙間が設けられている。開口３２ａの内径とレンズの直径との差は、３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。

また、レンズ２０の光軸Ａと開口３２ａの中心軸との間の距離は、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。

シェル本体３１の他方側端部には、シェル本体３１から外側に向かって延びる第２のフランジ部３３が接続されている。第２のフランジ部３３と光学装置１０を溶接することにより、光学用キャップ部品１が光学装置１０に取り付けられる。なお、第２のフランジ部３３と光学装置１０との溶接は、プロジェクション溶接などの抵抗溶接や、レーザー溶接などによって行うことができる。

レンズ２０とシェル３０とは、固定部材４０によって固定されている。図２に示すように、固定部材４０は、無機フィラー４１を含むガラスにより構成されている。固定部材４０を構成するガラスは、低融点ガラスであることが好ましい。なお、本発明でいう「低融点ガラス」とは、ガラス転移温度が３５０℃以下であるガラスをいう。

また、無機フィラー４１は、例えばシリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種により構成されていることが好ましい。特に、レンズ２０とシェル３０との間に介在した際に、潰れない程度の適度な固さと強度を有する酸化亜鉛や酸化スズにより構成されることがより好ましい。

一般的に、レンズのシェルに対する位置精度を高めるためには、レンズの直径をシェルに設けられた開口の内径より大きくし、レンズとシェルとの間に固定部材を介在させて、レンズとシェルを固定することが好ましいように考えられる。しかし、レンズの直径をシェルの開口の内径よりも大きくした場合、固定部材上にレンズが載ることになり、ガラス粉末が軟化流動する際に、ガラス粉末の隙間より発生する泡や、泡の消失、また、軟化したガラスが固化する際のガラスの体積変化によりレンズが移動し、レンズのシェルに対する位置精度が低くなる。

一方、本実施形態では、シェル３０の開口３２ａの内径が、レンズ２０の直径よりも大きく、しかも、レンズ２０とシェルを固定する固定部材４０が、無機フィラー４１を含むガラスにより構成されてなる。このため、ガラス粉末が軟化流動する際に、ガラス粉末の隙間より発生する泡や、泡の消失や、固化する際のガラスの体積変化により、レンズ２０がシェル３０に対して変位しようとしても、シェル３０の開口３２ａとレンズ２０との間に無機フィラー４１が喰い込むように介在することになり、レンズ２０が固定されて移動し難くなり、レンズ２０のシェル３０に対する変位を抑えることができる。すなわち、固定部材４０が無機フィラー４１を含む場合、レンズ２０がシェル３０に対して高い位置精度で配置された光学用キャップ部品１を容易に製造できる。

なお、レンズ２０の光軸Ａと、開口３２ａの中心軸との間の距離は、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。

また、無機フィラー４１の平均粒子径は、開口３２ａの内径とレンズ２０の外径との差の０．４倍〜０．７倍であることが好ましく、０．４５倍〜０．６倍であることがより好ましい。また、無機フィラー４１の平均粒子径をこのような範囲にすることにより、ガラスが軟化した際にレンズ２０が開口３２ａから脱落しにくくなる。無機フィラー４１の平均粒子径が、開口３２ａの内径とレンズ３０の外径との差に対して小さすぎると、シェル３０とレンズ２０との間に無機フィラー４１が介在できたとしても、レンズ２０が移動するのを抑える効果が十分に発現しない場合がある。無機フィラー４１の平均粒子径が、開口３２ａの内径とレンズ２０の外径との差に対して大きすぎると、シェル３０とレンズ２０との間に無機フィラー４１が介在しにくくなる。

また、固定部材４０における無機フィラー４１の含有量は、２０体積％〜６０体積％であることが好ましく、３０体積％〜５０体積％であることがより好ましく、３５体積％〜４５体積％であることがさらに好ましい。固定部材４０における無機フィラー４１の含有量が少なすぎると、レンズ２０が移動するのを抑える効果が十分に発現しない場合がある。一方、固定部材４０における無機フィラー４１の含有量が多すぎると、固定部材４０の封止能力が低くなる場合がある。

また、開口３２ａの内径とレンズ２０の直径との差が、３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好まく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。但し、開口３２ａの内径とレンズ２０の直径との差が小さすぎると、レンズ２０をシェル３０の開口３２ａに挿入できない場合がある。従って、開口３２ａの内径とレンズ２０の直径との差は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。

上記の光学用キャップ部品については、例えば、以下の方法での製造することができる。

シェル本体３１の第１のフランジ部３２の外表面上に、ペースト状、或いは、レンズ２０の直径よりも小さい内径を有する環状のタブレットやグリーンシート状の固定部材４０を配置し、固定部材４０上にレンズ２０を載置する。その後、レンズ２０をシェル本体３１側に押し込み、加熱して固定部材を融解させた後、冷却する。これにより、固定部材４０によってレンズ２０とシェル３０とが強固に固定された本発明の光学用キャップ部品１が得られる。

なお、レンズ２０をシェル本体３１側に押し込む際に、第１のフランジ部３２の外表面上に位置する固定部材４０の一部が、レンズ２０とシェル３０の開口３２ａとの隙間から第１のフランジ部３２の裏面側に回り込む。つまり、この工程において、固定部材４０に含まれる無機フィラー４１がレンズ２０と第１のフランジ部３２との間に喰い込む。従って、レンズ２０がシェル３０に対して強固に固定された状態となる。そのため、加熱工程においても、レンズ３０がシェル２０に対して相対的に変位しにくくなり、レンズ２０がシェル３０に対して高い位置精度で配された光学用キャップ部品１とすることができる。

１…光学用キャップ部品
１０…光学装置
１１…光素子
２０…レンズ
３０…シェル
３１…シェル本体
３２…第１のフランジ部
３２ａ…開口
３３…第２のフランジ部
４０…固定部材
４１…無機フィラー

Claims (7)

1. 開口を有するシェルと、
   前記シェルの開口に挿入されて固定されたレンズと、
   前記レンズと前記シェルとを固定する固定部材とを備え、
   前記開口の内径が、前記レンズの直径よりも大きく、
   前記固定部材が、無機フィラーを含むガラスにより構成されてなることを特徴とする光学用キャップ部品。
2. 前記シェルと前記レンズとの間に前記無機フィラーが介在してなることを特徴とする請求項１に記載の光学用キャップ部品。
3. 前記無機フィラーの平均粒子径が、前記開口の内径と前記レンズの直径との差の０．４倍〜０．７倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学用キャップ部品。
4. 前記無機フィラーが、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化ジルコニウムの少なくとも一種により構成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学用キャップ部品。
5. 前記固定部材における前記無機フィラーの含有量が２０体積％〜６０体積％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学用キャップ部品。
6. 前記開口の内径と前記レンズの直径との差が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学用キャップ部品。
7. 前記レンズの光軸と前記開口の中心軸との間の距離が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学用キャップ部品。