JP2878372B2 - Optical device manufacturing method - Google Patents

Optical device manufacturing method

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体レーザなどを備えた発光光学装置ま
たはピンホトダイオードなどを備えた受光光学装置に係
り、特に発光または受光機能を有するチップが装着され
ている基板を覆うカバーにレンズを簡単に且つ高精度に
取付けることができる光学装置の製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting optical device having a semiconductor laser or the like or a light receiving optical device having a pin photodiode or the like. The present invention relates to a method of manufacturing an optical device that can easily and accurately attach a lens to a cover that covers a substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は従来のレーザダイオードを使用した発光光学
装置を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional light emitting optical device using a laser diode.

この装置では、基板31に半導体チップ32が絶縁性の接
合剤33により固定されている。基板31には導電性の端子
34aと34bが挿通され、これが絶縁性の接合剤35により固
定されている。符号36はカバーである。このカバー36の
穴の内面にはカバーガラス37が低融点ガラス38により固
定されている。そしてカバー36は基板31に溶接により固
定されており、カバー内部にヘリウムなどの不活性ガス
が充填されている。カバーガラス37が低融点ガラス38に
よりカバー36に固定されていることによって、内部の不
活性ガスの外部への洩れが防止されている。
In this device, a semiconductor chip 32 is fixed to a substrate 31 by an insulating bonding agent 33. Conductive terminals on board 31
34a and 34b are inserted, and are fixed by the insulating bonding agent 35. Reference numeral 36 denotes a cover. A cover glass 37 is fixed to the inner surface of the hole of the cover 36 with a low-melting glass 38. The cover 36 is fixed to the substrate 31 by welding, and the inside of the cover is filled with an inert gas such as helium. Since the cover glass 37 is fixed to the cover 36 with the low-melting glass 38, leakage of the internal inert gas to the outside is prevented.

第4図は、第3図に示すカバーガラス37の代わりに凸
レンズ40を装着したものである。この凸レンズ40も低融
点ガラス38によりカバー36の内面に固定されている。そ
して第4図に示す光学装置においてもカバー36内に不活
性ガスが充填されている。
FIG. 4 shows a case where a convex lens 40 is mounted in place of the cover glass 37 shown in FIG. The convex lens 40 is also fixed to the inner surface of the cover 36 by the low melting point glass 38. In the optical device shown in FIG. 4, the cover 36 is filled with an inert gas.

このようにレンズが一体化された発光光学装置は、光
通信装置において、アイソレータにコリメータ光を送り
または、ファイバ端面にレーザ光を集光させるものとし
て使用することができる。
The light emitting optical device having the lens integrated in this manner can be used in an optical communication device as a device for sending collimator light to an isolator or condensing laser light on a fiber end face.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

第4図に示す従来の光学装置では、プレス工程により
加工された単体の凸レンズ40をカバー36の内面に固定し
ている。しかしながらこのレンズ40をカバー36に取付け
る際には、内部の不活性ガスが洩れないように非常に熟
練を要する作業を行なわなければならない。またこのと
きレンズ40の光軸0がカバー36に対して垂直となるよう
に取付けることが必要であるが、低融点ガラス38を使用
した接着作業の際に、レンズ40の光軸がずれる恐れがあ
り、よって位置決め用の治具を別個に用意する必要もあ
った。
In the conventional optical device shown in FIG. 4, a single convex lens 40 processed by a pressing process is fixed to the inner surface of the cover 36. However, when attaching the lens 40 to the cover 36, it is necessary to perform an operation that requires extremely skill so that the inert gas inside does not leak. At this time, it is necessary to mount the lens 40 so that the optical axis 0 is perpendicular to the cover 36. However, during the bonding operation using the low-melting glass 38, the optical axis of the lens 40 may be shifted. Therefore, it was necessary to separately prepare a positioning jig.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、レン
ズが取付けられている光学装置において、このレンズの
成形作業の際に、このレンズをカバーと一体にでき、作
業工程を最小にできる光学装置の製造方法を提供するこ
とを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems. In an optical device having a lens attached thereto, the lens can be integrated with a cover during the molding operation of the lens, thereby minimizing the number of working steps. The purpose of the present invention is to provide a manufacturing method.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の光学装置の製造方法は、金属製のカバーに内
面が円筒状に開口部および開口部から内側に向く係止部
を一体に成形し、前記開口部内にレンズ素材を挿入して
前記開口部の内面と係止部の内面との段差部にレンズ素
材を当接させ、加熱された前記レンズ素材を型により加
圧して、カバーの開口部内で且つ前記段差部に圧着する
レンズをカバーと一体に成形し、さらに発光または受光
機能を有するチップが取付けられた基板に前記カバーを
溶接固定し、チップ周囲の不活性ガスを密封した状態で
前記レンズをチップに対向させることを特徴とする。
In the method of manufacturing an optical device according to the present invention, the metal cover preferably has a cylindrical inner surface integrally formed with an opening and a locking portion facing inward from the opening, and a lens material is inserted into the opening to form the opening. The lens material is brought into contact with the stepped portion between the inner surface of the portion and the inner surface of the locking portion, the heated lens material is pressed by a mold, and the lens pressed into the opening of the cover and to the stepped portion is covered with the cover. The cover is welded and fixed to a substrate on which a chip having a light emitting or receiving function is mounted, and the lens is opposed to the chip in a state where an inert gas around the chip is sealed.

〔作用〕[Action]

上記手段によれば、レンズをプレス成形する際に、レ
ンズとカバーとを一体化できるため、部品を最少にで
き、また低融点ガラスによる接着作業も不要になる。
According to the above means, when the lens is press-molded, the lens and the cover can be integrated, so that the number of parts can be minimized, and the bonding operation using low melting point glass is not required.

また、カバーは基板に溶接固定され、不活性ガスを確
実に密封することができる。
Further, the cover is welded and fixed to the substrate, so that the inert gas can be securely sealed.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

第1図は、本発明によって製造される発光光学装置の
断面図、第2図は第1図のレンズの成形工程を示す断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting optical device manufactured by the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a molding process of the lens of FIG.

第1図において、符号31は基板であり、この基板31に
は半導体レーザチップ32が絶縁性の接合剤33により固定
されている。そしてチップ32に導通される導電性端子34
aと34bが絶縁性の接合剤35により基板31に固定されてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a substrate on which a semiconductor laser chip 32 is fixed with an insulating bonding agent 33. Then, conductive terminals 34 electrically connected to the chip 32
a and 34b are fixed to the substrate 31 by an insulating bonding agent 35.

基板31はカバー25に覆われ、このカバー25にはレンズ
26が保持されている。またカバー25の内部にはヘリウム
などの不活性ガスが充填されている。
The substrate 31 is covered by a cover 25, and the cover 25 has a lens
26 are held. The inside of the cover 25 is filled with an inert gas such as helium.

カバー25の上部に小径の開口部25aが絞り成形されて
おり、さらにこの開口部25aの開口部に係止部25bが内側
に向けて突出して形成されている。
An opening 25a having a small diameter is formed in the upper part of the cover 25 by drawing, and a locking portion 25b is formed in the opening of the opening 25a so as to protrude inward.

次に、光学装置の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the optical device will be described.

第2図に示す成形装置において、符号1は下型、2は
上型である。下型1内には入子3が、上型2には入子4
が摺動自在に設けられている。入子3の上面と入子4の
下面とが凹球面または凹非球面の光学転写面3a,4aであ
る。
In the molding apparatus shown in FIG. 2, reference numeral 1 denotes a lower die, and 2 denotes an upper die. Nesting 3 in lower mold 1 and nesting 4 in upper mold 2
Are slidably provided. The upper surface of the insert 3 and the lower surface of the insert 4 are concave or aspherical optical transfer surfaces 3a and 4a.

カバー25はフェライト系のステンレス鋼により形成さ
れている。具体的にはCrが約17%のSUS430、またはステ
ンレス快削鋼のSUS430F、あるいはCrが約18%でMoが2
%のSUS444まはたステンレス快削鋼のSUS444Fなどであ
る。このステンレス鋼は耐食性と耐酸化性に優れてい
る。また当然のことながら快削鋼は切削加工性に優れて
いるため、カバー25を切削加工で製作するのに適してい
る。またSUS444などの場合には、メタルモールドにより
カバー25を製作するのに適している。これらフェライト
系のステンレス鋼の線膨張係数は100〜125×10-7程度で
ある。
The cover 25 is made of ferritic stainless steel. Specifically, SUS430 of about 17% Cr or SUS430F of stainless steel free cutting steel, or about 18% of Cr and 2% of Mo
% SUS444 or SUS444F of stainless steel free-cutting steel. This stainless steel has excellent corrosion resistance and oxidation resistance. Naturally, free-cutting steel is excellent in cutting workability, and thus is suitable for manufacturing the cover 25 by cutting. In the case of SUS444 or the like, it is suitable for manufacturing the cover 25 by a metal mold. The linear expansion coefficient of these ferritic stainless steels is about 100 to 125 × 10 −7 .

第2図において符号6aは円板状のレンズ素材である。
このレンズ素材6aは、光学ガラス材料により形成されて
いる。一般に光学ガラス材料の線膨張係数は70〜120×1
0-7程度であり、フェライト系ステンレス鋼の方が平均
値としてやや大きくなっている。この光学ガラス材料の
うち酸化鉛系ガラスのSFS01を使用した場合、線膨張係
数は100×10-7である。このSFS01を使用した場合、線膨
張係数では、フェライト系ステンレス鋼の方がレンズ素
材よりもわずかに大きい組み合わせになる。
In FIG. 2, reference numeral 6a is a disk-shaped lens material.
This lens material 6a is formed of an optical glass material. Generally, the linear expansion coefficient of optical glass material is 70 to 120 × 1
It is about 0-7 , and the average value of ferritic stainless steel is slightly larger. When lead oxide-based glass SFS01 is used among these optical glass materials, the linear expansion coefficient is 100 × 10 −7 . When this SFS01 is used, the ferrite-based stainless steel has a slightly larger coefficient of linear expansion than the lens material.

カバー25は、下型1の上面凹部内に位置決めされて嵌
着される。この時カバー25は第1図と上下逆の姿勢で保
持される。また円板状のガラス素材6aは、前記カバー25
の開口部25aの内周面から突出する係止部25b上に設置さ
れる。この係止部25bはレンズ素材6aが抜け落ちるのを
防止するとともに、プレス後のレンズをカバー25に保持
するための機能を発揮する。
The cover 25 is positioned and fitted in the upper surface recess of the lower mold 1. At this time, the cover 25 is held upside down as shown in FIG. The disk-shaped glass material 6a is
It is installed on the locking portion 25b protruding from the inner peripheral surface of the opening 25a. The locking portion 25b functions to prevent the lens material 6a from falling off and to hold the pressed lens on the cover 25.

第2図では省略されているが、カバー25の外周には加
熱部材が対向しており、この加熱部材によってカバー25
が加熱され、さらにレンズ素材6aが軟化点以上の温度に
加熱される。またレンズ素材6aが予熱された状態でカバ
ー25に供給されてもよい。そして入子3と4とが挟圧方
向に駆動され、円板状のレンズ素材6aが各光学転写面3a
と4aとによって加圧成形され、第1図に示すように、球
面または非球面の光学面を有するレンズがプレス成形さ
れる。また上記のプレス工程にて、レンズ素材6aがカバ
ー25の開口部25aの内面に圧着される。このときカバー2
5の開口部25aの内面に設けられた係止部25bによってレ
ンズ素材6aが保持され、レンズ26とカバー25とが分離す
ることなく一体に形成される。
Although not shown in FIG. 2, a heating member faces the outer periphery of the cover 25, and the heating member
Is heated, and the lens material 6a is further heated to a temperature equal to or higher than the softening point. Further, the lens material 6a may be supplied to the cover 25 in a preheated state. Then, the inserts 3 and 4 are driven in the clamping direction, and the disc-shaped lens material 6a is moved to each optical transfer surface 3a.
Then, a lens having a spherical or aspherical optical surface is press-molded as shown in FIG. In the above-described pressing step, the lens material 6a is pressed against the inner surface of the opening 25a of the cover 25. At this time cover 2
The lens material 6a is held by the locking portion 25b provided on the inner surface of the opening 25a, and the lens 26 and the cover 25 are integrally formed without being separated.

上記のプレス成形が完了した後に、自然冷却される
が、レンズ素材6aとカバー25の線膨張係数がほぼ等しい
ため、冷却過程においてカバー25によるレンズ26に対す
る閉めつけ力が過大になることはなく、レンズ26にクラ
ックが生じたりあるいは光学面に歪が生じることはな
い。特にレンズ素材6aの材質が酸化鉛系ガラス材料のSF
S01である場合には、線膨張係数が100×10-7程度であ
り、フェライト系のステンレス鋼の線膨張係数がこれよ
りもやや大きい100〜120×10-7程度であるため、冷却過
程において、レンズ26がカバー25によってわずかに閉め
つけられることになる。よってレンズ26は、その光学面
に歪みが生じることなく、しかもレンズ26がカバー25に
より適度な力で密着保持されるようになる。
After the above-mentioned press molding is completed, it is naturally cooled, but since the linear expansion coefficients of the lens material 6a and the cover 25 are almost equal, the closing force of the cover 25 on the lens 26 in the cooling process does not become excessive, There is no crack in the lens 26 or distortion in the optical surface. Especially, the material of lens material 6a is SF of lead oxide glass material
In the case of S01, the linear expansion coefficient is about 100 × 10 -7 , and the linear expansion coefficient of ferritic stainless steel is about 100 to 120 × 10 -7, which is slightly larger than The lens 26 will be slightly closed by the cover 25. Therefore, the lens 26 is closely held by the cover 25 with an appropriate force without causing distortion on the optical surface.

次に、レンズ26が形成されたカバー25を基板31に固定
する。このときには、カバー25の基部の折曲げフランジ
の底面25cと基板31とを当接させ、両者を抵抗溶接によ
り固定する。このときカバー25の内部にヘリウムなどの
不活性ガスを充填する。この不活性ガスは半導体チップ
32の酸化を防止するためのものである。第1図に示す光
学装置では、カバー25と基板31とが抵抗溶接により確実
に固定されており、さらにカバー25とレンズ26とが完全
に密着しているため、カバー25内部が外気から密閉さ
れ、不活性ガスが外部に漏れることはない。なお、レン
ズ素材とカバーの素材を選択して、カバーの線膨張係数
がレンズ素材よりもわずかに大きい組み合わせにするこ
とにより、レンズ成形後の冷却過程にて、カバー25によ
りレンズ26が適度な閉めつけ力により保持されることに
なるが、この材質の選択によりカバー25とレンズ26との
密着が確実になり、カバー25内の密閉度をさらに高める
ことができるようになる。
Next, the cover 25 on which the lens 26 is formed is fixed to the substrate 31. At this time, the bottom surface 25c of the bent flange at the base of the cover 25 is brought into contact with the substrate 31, and both are fixed by resistance welding. At this time, the inside of the cover 25 is filled with an inert gas such as helium. This inert gas is a semiconductor chip
This is to prevent oxidation of 32. In the optical device shown in FIG. 1, the cover 25 and the substrate 31 are securely fixed by resistance welding, and the cover 25 and the lens 26 are completely adhered to each other, so that the inside of the cover 25 is sealed from the outside air. Inert gas does not leak to the outside. In addition, by selecting the lens material and the cover material, and making the combination of the linear expansion coefficient of the cover slightly larger than that of the lens material, the lens 26 is properly closed by the cover 25 during the cooling process after lens molding. Although it is held by the attachment force, the selection of this material ensures the close contact between the cover 25 and the lens 26, and the degree of sealing inside the cover 25 can be further increased.

次に、第1図に示す光学装置では、レンズ26の焦点距
離が、チップ32の発光点Aの位置と合っていることが必
要になる。本実施例では、この焦点距離を合せることも
容易である。すなわち、第2図に示す成形装置を使用す
ることにより、カバー25に対しレンズ26の光学面も高精
度に位置合せされている。このことに基づき、次のよう
な焦点合せ作業が可能になる。まず、予め基板31の上面
からチップ32の上面までの高さ寸法H1を測定しておく。
またカバー25の底面25cから上面までの高さ寸法H2を測
定しておく。そして上記両寸法H1とH2とから焦点距離と
発光点Aの位置とが一致するH2を算出し、過剰分だけカ
バー25の底面25cを切削する。その後カバー25を基板31
に固定することにより、焦点位置合せを確実に行なうこ
とが可能になる。なお逆に基板31の上面を切削してもよ
い。
Next, in the optical device shown in FIG. 1, it is necessary that the focal length of the lens 26 matches the position of the light emitting point A of the chip 32. In this embodiment, it is easy to adjust the focal length. That is, by using the molding apparatus shown in FIG. 2, the optical surface of the lens 26 is aligned with the cover 25 with high accuracy. Based on this, the following focusing operation becomes possible. First, in advance by measuring the height H 1 to the upper surface of the chip 32 from the upper surface of the pre-substrate 31.
The previously measured height of H 2 from the bottom surface 25c of the cover 25 to the top surface. Then calculate and H 2 to the focal distance and the position of the emission point A matches from the both dimensions H 1 and H 2 Prefecture, cutting the bottom 25c of the excess only cover 25. After that, cover 25 is attached to substrate 31
, It is possible to reliably perform the focusing. Conversely, the upper surface of the substrate 31 may be cut.

なお、上記各実施例では半導体レーザのチップ32を備
えた発光光学装置を示しているが、受光機能を有するチ
ップを備えた受光系光学装置であってもよい。
In each of the above embodiments, the light emitting optical device including the semiconductor laser chip 32 is shown. However, a light receiving system optical device including a chip having a light receiving function may be used.

またカバー25に開口部25aを形成せず、カバー25その
ものを円筒状にし、プレス成形されたレンズがカバーそ
のものの内面に圧着する構造であってもよい。
Alternatively, the cover 25 itself may be formed in a cylindrical shape without forming the opening 25a in the cover 25, and a press-molded lens may be pressed against the inner surface of the cover itself.

さらに、レンズはコリメートレンズに限られず、発光
されたレーザ光などを直接集光させるものであってもよ
い。
Further, the lens is not limited to a collimating lens, and may directly condense emitted laser light or the like.

〔効果〕〔effect〕

以上のように本発明によれば、レンズ成形時にこのレ
ンズをカバーに直接固着させることができるため、組立
作業が非常に容易になり、また部品数も最少限になり、
低コストにて製作することが可能になる。またカバー内
部の密封性を高めることができる。
As described above, according to the present invention, since this lens can be directly fixed to the cover during lens molding, the assembling work becomes very easy, and the number of parts is minimized,
It can be manufactured at low cost. In addition, the sealing inside the cover can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明によって製造される発光光学装置の断
面図、第2図は円板状のレンズ素材を用いたレンズの成
形工程を示す断面図、第3図と第4図は従来の方法によ
り製造された光学装置の断面図である。 1……下型、2……上型、3,4……入子、6a……レンズ
素材、26……成形されたレンズ、25……カバー、31……
基板、32……チップ。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting optical device manufactured by the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a lens forming process using a disc-shaped lens material, and FIGS. It is sectional drawing of the optical device manufactured by the method. 1 ... lower mold, 2 ... upper mold, 3,4 ... nesting, 6a ... lens material, 26 ... molded lens, 25 ... cover, 31 ...
Substrate, 32 ... chip.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属製のカバーに内面が円筒状の開口部お
よび開口部から内側に向く係止部を一体に形成し、前記
開口部内にレンズ素材を挿入して前記開口部の内面と係
止部の内面との段差部にレンズ素材を当接させ、加熱さ
れた前記レンズ素材を型により加圧して、カバーの開口
部内で且つ前記段差部に圧着するレンズをカバーと一体
に成形し、さらに発光または受光機能を有するチップが
取付けられた基板に前記カバーを溶接固定し、チップ周
囲の不活性ガスを密封した状態で前記レンズをチップに
対向させる光学装置の製造方法。
A metal cover formed integrally with an opening having a cylindrical inner surface and a locking portion facing inward from the opening; a lens material is inserted into the opening to engage with the inner surface of the opening; A lens material is brought into contact with a step portion with the inner surface of the stop portion, and the heated lens material is pressed by a mold, and a lens to be pressed into the opening portion of the cover and to the step portion is integrally formed with the cover, Further, a method for manufacturing an optical device in which the cover is welded and fixed to a substrate on which a chip having a light emitting or light receiving function is attached, and the lens is opposed to the chip in a state where an inert gas around the chip is sealed.
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