JP4194809B2 - マイクロレンズアレイの成形装置 - Google Patents
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス素子を加熱し、圧縮して複数のレンズ素子を成形するマイクロレンズアレイの成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信に主として用いられるマイクロレンズアレイは、レンズ素子の直径が２５０μｍ、レンズ素子間の間隔も２５０μｍのものが一般的に用いられ、これらは圧縮成形によって作成されている。このような、マイクロレンズアレイの成形については、図６及び図７に示すような方法と装置とが知られている（特開２００１−４８５５４号）。これは、上金型１００と下金型１０１とを対向配置し、下金型１０１に中心ネスト１０２（凹部）を形成し、この中心ネスト１０２の左右にはマイクロレンズキャビティ１０３を複数形成し、中心ネスト１０２にガラス素子２００をセットし、上下金型１００，１０１を閉じてガラス素子２００を加熱し、圧縮するものである。ガラス素子２００が圧縮されると、図７に示すようにキャビティ１０３へ流れ込み、中心ネスト１０２とキャビティ１０３にレンズ素子が成形される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、上下金型１００，１０１を加熱した後に、上下金型１００，１０１を閉じてガラス素子２００を加圧するが、加圧されたガラス素子２００は外側へ向かって放射状に流れ、キャビティ１０３へ流れ込むときにキャビティ１０３内の空気が排出され、レンズ素子が転写される。中心ネスト１０２とその近くのキャビティ１０３における転写性は良いが、中心ネスト１０２から遠ざかるに従って転写性が悪くなり、最外側のキャビティ１０３ではレンズの転写が最も悪くなってしまっていた。
【０００４】
そこで、この発明は、マイクロレンズアレイの複数のレンズ素子の全ての転写性を向上させ、特に端に位置するレンズ素子の転写性を向上させたマイクロレンズアレイの成形装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
この発明は、このような目的を達成するため、マイクロレンズアレイの外周部を規制した状態でプレス成形するようにしたものである。レンズ単体としては、特開２０００−１３２２号公報にあるように、外周部を規制してプレス成形するものがすでに知られている。しかし、これは１つのレンズを成形する時のものであって、中心部の転写性、外周部の転写性全てを合わせて１つのレンズの光学的性能が決定されている。すなわち、外周部の転写性のみでこの１つのレンズの光学的性能が決定されているわけではない。言い換えれば、レンズ使用状況にもよるが、多少外周部の転写性が悪くてもレンズ全体として光学的性能が出ていれば問題はなく、現にこの公報に記載されている外周部を規制する目的も外周部の転写性を上げる為ではなく、芯取り工程を無くすためである。
これに対してこの発明は、１つ１つの光学的性能を有する複数のレンズを有するマイクロレンズアレイを成形する時に、中心部に配置されたレンズと外周部に配置されたレンズとが同じ光学的性能を有しなければならないという条件をクリアする目的で外周部を規制するようにしたものである。すなわち、この発明はただ単にレンズ単体の外周部を規制して成形するものとは相違するということを追記する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、この発明は、第１及び第２の対向して配置されるコア間でガラス素子を加熱し圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置において、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面に複数の凸状又は凹状のレンズ素子を転写して成形するための凹部又は凸部を形成し、孔が形成された中板を第１及び第２のコアの間に設け、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面が形成された先端部分が他のコア部分に比べて縮径され、この縮径された先端部分が中板の孔内で昇降可能に配置してあり、この中板の孔内にガラス素子をセットして前記両コアの圧縮成形面を相対的に近接させる方向に移動させて、前記両コアの圧縮成形面と中板の孔の内周面とでガラス素子の全外周面を圧縮成形するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の好適な実施例を図面を参照にして説明する。
【０００８】
図１では、第１及び第２の対向して配置されるコア１，２間で、加熱されたガラス素子３を圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置の断面を示している。この実施例において、少なくとも一方のコア、この実施例では第１コア１の圧縮成形面１０に複数の凸状のレンズ素子を成形するための凹部１０Ａが形成されている。これら第１及び第２のコア１，２の各圧縮成形面１０，１１間にガラス素子３をセットするとき、第２コアの平坦に形成された圧縮成形面１１に中心に孔４Ａが形成された中板４を配置する。この中板４の孔４Ａ内において若干の隙間が生ずるようにガラス素子３を孔４Ａ内にセットする。また、第１コア１の先端部分１Ａが中板４の孔４Ａに嵌り込んで昇降するようになっている。
【０００９】
図１に示すような状態で、第１コア１を中板４の孔４Ａ内を下降させて第１及び第２コア１，２によりガラス素子３を圧縮する。圧縮する前にガラス素子３並びに第１及び第２コア１，２、中板４を加熱状態にしておく。また、ガラス素子３を加熱し圧縮する状態において、このキャビティ内は真空状態とする。図２に示すように第１コア１を下降させて第２コア２と協働してガラス素子３を圧縮すると、ガラス素子３は径方向に伸びようとするが、このとき中板４の孔４Ａの内周面によりそれ以上外方へ延伸するのが阻止される。すなわち、第１及び第２のコア１，２の圧縮成形面１０，１１間でガラス素子３を圧縮するとともに、ガラス素子３の圧縮方向に直交する方向へのガラス素子３の逃げを阻止する、すなわち外径を規制する規制手段が中板４とその孔４Ａである。
【００１０】
ここで用いられるガラス素子３の融点は３２０℃前後のものを用い、所謂低融点ガラス素子３を用いた。そして、第１コア１を形成する材料としてはステンレス、第２コア２を形成する材料としては超硬材料、中板４を形成する材料も超硬材料とした。ガラス素子３の融点を３２０℃前後のものとしたとき、加熱温度は３８０℃とし、加圧力は最大限７０kgｆ／cm２程度とした。
【００１１】
上述のような方法並びに装置により成形されたマイクロレンズアレイ３０は、図３に示すようなものである。このマイクロレンズアレイ３０のレンズ素子３１は、横一列に５つ並んでいる。本実施例では５つで説明するが、この数に限定されるものではない。また横一列ではなく、放射状、同心円状、もしくは複数列に配置しても良い。１つのレンズ素子３１の直径は２５０μｍであり、隣り合うレンズ素子３１間の間隔も２５０μｍである。さらに全体の円形の直径は３．８mmである。
【００１２】
図４は中板４を示しその孔４Ａの直径Ｒは３．８mmである。したがって、成形品の直径も３．８mmとなる。
【００１３】
図３に示すマイクロレンズアレイ３０は円形のものであるが、図４に示す中板４の孔４Ａを矩形状に形成し、マイクロレンズアレイ３０を矩形状のものとすることもできる。さらに、上述した実施例では、マイクロレンズアレイ３０の一面側にのみレンズ素子３１を複数形成したが、両面にレンズ素子３１を形成するようにすることもできる。また、レンズ素子３１を凸状に形成したが、凹状のレンズ素子３１を形成することもできる。さらにまた、加熱し、圧縮する工程において、ガラス素子３の個所は真空状態としたが、必ずしも真空下で圧縮成形しなくても成形することはできる。また、第２コア２の圧縮成形面１１上に置かれ、かつ中板４の孔４Ａ内にセットされるガラス素子３の大きさは、その径方向において孔４Ａよりも若干小さいものを用い、径方向に延伸できるようにしてある。例えば、ガラス素子３の直径は３．６０mm〜３．７５mm以下とし、孔４Ａを３．８mmとしたとき、中心から遠く離れたレンズ素子も確実に転写が可能であった。
【００１４】
ガラス素子３の外径を規制する手段、すなわち孔４Ａを有する中板４と、第１及び第２のコア１，２の各圧縮成形面１０，１１間とにおいてレンズ素子３１を圧縮成形したのち、窒素ガスを第１及び第２コア１，２及び中板４の周囲に充填し、成形品を冷却させ、その後第１コア１を上昇させ成形品を取出す。
【００１５】
図５は、第１コア１の先端部分１Ａを示し、この先端部分１Ａの周面にはメッキ層１Ｂが形成してあり、このメッキ層１Ｂを削るなどの手段により凹部１０Ａを形成してある。この凹部１０Ａが転写面となり、ここに凸状のレンズ素子３１が成形される。
【００１６】
上述したように、従来技術においても、単一のレンズを成形するときには、その単体レンズの外径を規制する方法は知られているが、この発明のように、個々のレンズ素子３１の大きさが極めて小さいため（直径２７０μｍ）、部分部分の僅かな転写不良が生ずると、レンズ素子３１としての機能が損われるものである。これら径の小さなレンズ素子３１の複数個を全てについて転写性を向上させるための手段として、外径規制を行うものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１及び第２の対向して配置されるコア間でガラス素子を加熱し圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置において、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面に複数の凸状又は凹状のレンズ素子を転写して成形するための凹部又は凸部を形成し、孔が形成された中板を第１及び第２のコアの間に設け、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面が形成された先端部分が他のコア部分に比べて縮径され、この縮径された先端部分が中板の孔内で昇降可能に配置してあり、この中板の孔内にガラス素子をセットして前記両コアの圧縮成形面を相対的に近接させる方向に移動させて、前記両コアの圧縮成形面と中板の孔の内周面とでガラス素子の全外周面を圧縮成形するので、中心部分のレンズ素子のみが転写性が良く、中心から遠ざかるにしたがって転写性が悪くなるという従来の不都合が解消され、複数のレンズ素子の列を形成するときに列端のレンズ素子も転写性が良く、レンズ性能も向上する。特に、中板によりガラス素子の外径規制がなされるため、中心から遠ざかった個所においてもレンズ素子成形個所へのガラス素子のキャビティ内への充填不良がなくなる。また、装置そのものも簡易なものであり、設備費用も安価なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の装置の要部を示す断面図。
【図２】 図１の状態から第１コアを加工させガラス素子を圧縮した状態の断面図。
【図３】 成形品の平面図。
【図４】 中板の平面図。
【図５】 第１コアの先端部分の拡大断面図。
【図６】 従来例を示す断面図。
【図７】 従来例における圧縮時の断面図。
【符号の説明】
１ 第１コア
１Ａ 先端部分
２ 第２コア
３ ガラス素子
４ 中板
４Ａ 孔
１０，１１ 圧縮成形面
１０Ａ 凹部（凸部）
３０ マイクロレンズアレイ
３１ レンズ素子
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス素子を加熱し、圧縮して複数のレンズ素子を成形するマイクロレンズアレイの成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信に主として用いられるマイクロレンズアレイは、レンズ素子の直径が２５０μｍ、レンズ素子間の間隔も２５０μｍのものが一般的に用いられ、これらは圧縮成形によって作成されている。このような、マイクロレンズアレイの成形については、図６及び図７に示すような方法と装置とが知られている（特開２００１−４８５５４号）。これは、上金型１００と下金型１０１とを対向配置し、下金型１０１に中心ネスト１０２（凹部）を形成し、この中心ネスト１０２の左右にはマイクロレンズキャビティ１０３を複数形成し、中心ネスト１０２にガラス素子２００をセットし、上下金型１００，１０１を閉じてガラス素子２００を加熱し、圧縮するものである。ガラス素子２００が圧縮されると、図７に示すようにキャビティ１０３へ流れ込み、中心ネスト１０２とキャビティ１０３にレンズ素子が成形される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、上下金型１００，１０１を加熱した後に、上下金型１００，１０１を閉じてガラス素子２００を加圧するが、加圧されたガラス素子２００は外側へ向かって放射状に流れ、キャビティ１０３へ流れ込むときにキャビティ１０３内の空気が排出され、レンズ素子が転写される。中心ネスト１０２とその近くのキャビティ１０３における転写性は良いが、中心ネスト１０２から遠ざかるに従って転写性が悪くなり、最外側のキャビティ１０３ではレンズの転写が最も悪くなってしまっていた。
【０００４】
そこで、この発明は、マイクロレンズアレイの複数のレンズ素子の全ての転写性を向上させ、特に端に位置するレンズ素子の転写性を向上させたマイクロレンズアレイの成形装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
この発明は、このような目的を達成するため、マイクロレンズアレイの外周部を規制した状態でプレス成形するようにしたものである。レンズ単体としては、特開２０００−１３２２号公報にあるように、外周部を規制してプレス成形するものがすでに知られている。しかし、これは１つのレンズを成形する時のものであって、中心部の転写性、外周部の転写性全てを合わせて１つのレンズの光学的性能が決定されている。すなわち、外周部の転写性のみでこの１つのレンズの光学的性能が決定されているわけではない。言い換えれば、レンズ使用状況にもよるが、多少外周部の転写性が悪くてもレンズ全体として光学的性能が出ていれば問題はなく、現にこの公報に記載されている外周部を規制する目的も外周部の転写性を上げる為ではなく、芯取り工程を無くすためである。
これに対してこの発明は、１つ１つの光学的性能を有する複数のレンズを有するマイクロレンズアレイを成形する時に、中心部に配置されたレンズと外周部に配置されたレンズとが同じ光学的性能を有しなければならないという条件をクリアする目的で外周部を規制するようにしたものである。すなわち、この発明はただ単にレンズ単体の外周部を規制して成形するものとは相違するということを追記する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、この発明は、第１及び第２の対向して配置されるコア間でガラス素子を加熱し圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置において、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面に複数の凸状又は凹状のレンズ素子を転写して成形するための凹部又は凸部を形成し、孔が形成された中板を第１及び第２のコアの間に設け、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面が形成された先端部分が他のコア部分に比べて縮径され、この縮径された先端部分が中板の孔内で昇降可能に配置してあり、この中板の孔内にガラス素子をセットして前記両コアの圧縮成形面を相対的に近接させる方向に移動させて、前記両コアの圧縮成形面と中板の孔の内周面とでガラス素子の全外周面を圧縮成形するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の好適な実施例を図面を参照にして説明する。
【０００８】
図１では、第１及び第２の対向して配置されるコア１，２間で、加熱されたガラス素子３を圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置の断面を示している。この実施例において、少なくとも一方のコア、この実施例では第１コア１の圧縮成形面１０に複数の凸状のレンズ素子を成形するための凹部１０Ａが形成されている。これら第１及び第２のコア１，２の各圧縮成形面１０，１１間にガラス素子３をセットするとき、第２コアの平坦に形成された圧縮成形面１１に中心に孔４Ａが形成された中板４を配置する。この中板４の孔４Ａ内において若干の隙間が生ずるようにガラス素子３を孔４Ａ内にセットする。また、第１コア１の先端部分１Ａが中板４の孔４Ａに嵌り込んで昇降するようになっている。
【０００９】
図１に示すような状態で、第１コア１を中板４の孔４Ａ内を下降させて第１及び第２コア１，２によりガラス素子３を圧縮する。圧縮する前にガラス素子３並びに第１及び第２コア１，２、中板４を加熱状態にしておく。また、ガラス素子３を加熱し圧縮する状態において、このキャビティ内は真空状態とする。図２に示すように第１コア１を下降させて第２コア２と協働してガラス素子３を圧縮すると、ガラス素子３は径方向に伸びようとするが、このとき中板４の孔４Ａの内周面によりそれ以上外方へ延伸するのが阻止される。すなわち、第１及び第２のコア１，２の圧縮成形面１０，１１間でガラス素子３を圧縮するとともに、ガラス素子３の圧縮方向に直交する方向へのガラス素子３の逃げを阻止する、すなわち外径を規制する規制手段が中板４とその孔４Ａである。
【００１０】
ここで用いられるガラス素子３の融点は３２０℃前後のものを用い、所謂低融点ガラス素子３を用いた。そして、第１コア１を形成する材料としてはステンレス、第２コア２を形成する材料としては超硬材料、中板４を形成する材料も超硬材料とした。ガラス素子３の融点を３２０℃前後のものとしたとき、加熱温度は３８０℃とし、加圧力は最大限７０kgｆ／cm２程度とした。
【００１１】
上述のような方法並びに装置により成形されたマイクロレンズアレイ３０は、図３に示すようなものである。このマイクロレンズアレイ３０のレンズ素子３１は、横一列に５つ並んでいる。本実施例では５つで説明するが、この数に限定されるものではない。また横一列ではなく、放射状、同心円状、もしくは複数列に配置しても良い。１つのレンズ素子３１の直径は２５０μｍであり、隣り合うレンズ素子３１間の間隔も２５０μｍである。さらに全体の円形の直径は３．８mmである。
【００１２】
図４は中板４を示しその孔４Ａの直径Ｒは３．８mmである。したがって、成形品の直径も３．８mmとなる。
【００１３】
図３に示すマイクロレンズアレイ３０は円形のものであるが、図４に示す中板４の孔４Ａを矩形状に形成し、マイクロレンズアレイ３０を矩形状のものとすることもできる。さらに、上述した実施例では、マイクロレンズアレイ３０の一面側にのみレンズ素子３１を複数形成したが、両面にレンズ素子３１を形成するようにすることもできる。また、レンズ素子３１を凸状に形成したが、凹状のレンズ素子３１を形成することもできる。さらにまた、加熱し、圧縮する工程において、ガラス素子３の個所は真空状態としたが、必ずしも真空下で圧縮成形しなくても成形することはできる。また、第２コア２の圧縮成形面１１上に置かれ、かつ中板４の孔４Ａ内にセットされるガラス素子３の大きさは、その径方向において孔４Ａよりも若干小さいものを用い、径方向に延伸できるようにしてある。例えば、ガラス素子３の直径は３．６０mm〜３．７５mm以下とし、孔４Ａを３．８mmとしたとき、中心から遠く離れたレンズ素子も確実に転写が可能であった。
【００１４】
ガラス素子３の外径を規制する手段、すなわち孔４Ａを有する中板４と、第１及び第２のコア１，２の各圧縮成形面１０，１１間とにおいてレンズ素子３１を圧縮成形したのち、窒素ガスを第１及び第２コア１，２及び中板４の周囲に充填し、成形品を冷却させ、その後第１コア１を上昇させ成形品を取出す。
【００１５】
図５は、第１コア１の先端部分１Ａを示し、この先端部分１Ａの周面にはメッキ層１Ｂが形成してあり、このメッキ層１Ｂを削るなどの手段により凹部１０Ａを形成してある。この凹部１０Ａが転写面となり、ここに凸状のレンズ素子３１が成形される。
【００１６】
上述したように、従来技術においても、単一のレンズを成形するときには、その単体レンズの外径を規制する方法は知られているが、この発明のように、個々のレンズ素子３１の大きさが極めて小さいため（直径２７０μｍ）、部分部分の僅かな転写不良が生ずると、レンズ素子３１としての機能が損われるものである。これら径の小さなレンズ素子３１の複数個を全てについて転写性を向上させるための手段として、外径規制を行うものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１及び第２の対向して配置されるコア間でガラス素子を加熱し圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置において、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面に複数の凸状又は凹状のレンズ素子を転写して成形するための凹部又は凸部を形成し、孔が形成された中板を第１及び第２のコアの間に設け、第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面が形成された先端部分が他のコア部分に比べて縮径され、この縮径された先端部分が中板の孔内で昇降可能に配置してあり、この中板の孔内にガラス素子をセットして前記両コアの圧縮成形面を相対的に近接させる方向に移動させて、前記両コアの圧縮成形面と中板の孔の内周面とでガラス素子の全外周面を圧縮成形するので、中心部分のレンズ素子のみが転写性が良く、中心から遠ざかるにしたがって転写性が悪くなるという従来の不都合が解消され、複数のレンズ素子の列を形成するときに列端のレンズ素子も転写性が良く、レンズ性能も向上する。特に、中板によりガラス素子の外径規制がなされるため、中心から遠ざかった個所においてもレンズ素子成形個所へのガラス素子のキャビティ内への充填不良がなくなる。また、装置そのものも簡易なものであり、設備費用も安価なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の装置の要部を示す断面図。
【図２】 図１の状態から第１コアを加工させガラス素子を圧縮した状態の断面図。
【図３】 成形品の平面図。
【図４】 中板の平面図。
【図５】 第１コアの先端部分の拡大断面図。
【図６】 従来例を示す断面図。
【図７】 従来例における圧縮時の断面図。
【符号の説明】
１ 第１コア
１Ａ 先端部分
２ 第２コア
３ ガラス素子
４ 中板
４Ａ 孔
１０，１１ 圧縮成形面
１０Ａ 凹部（凸部）
３０ マイクロレンズアレイ
３１ レンズ素子
Claims (2)
- 第１及び第２の対向して配置されるコア間でガラス素子を加熱し圧縮してマイクロレンズアレイを成形する装置において、
第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面に複数の凸状又は凹状のレンズ素子を転写して成形するための凹部又は凸部を形成し、
孔が形成された中板を第１及び第２のコアの間に設け、
第１及び第２のコアの少なくとも一方の圧縮成形面が形成された先端部分が他のコア部分に比べて縮径され、この縮径された先端部分が中板の孔内で昇降可能に配置してあり、
この中板の孔内にガラス素子をセットして前記両コアの圧縮成形面を相対的に近接させる方向に移動させて、前記両コアの圧縮成形面と中板の孔の内周面とでガラス素子の全外周面を圧縮成形することを特徴とするマイクロレンズアレイの成形装置。 - ガラス素子の圧縮成形時に真空状態とすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの成形装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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