JP4453312B2 - レンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はレンズの製造方法に関する。

従来の製造方法としては、レンズホルダの内面にガラス球を固定しておき、レンズホルダを基準としてレンズ球を加熱加圧するプレス方法によってホルダとレンズとを一体成型しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図３と図４は、特許文献１に記載された従来の製造方法を示しており、図３に示す製造方法において１１０は下型、１２０は上型である。下型１１０内には入子１３０が、上型１２０には入子１４０が摺動自在に設けられている。入子１３０の上面と入子１４０の下面とが凹球面または凹非球面の光学転写面１３０ａ，１４０ａである。又、１５０はレンズホルダである。図４は成型後の光学部品を示す断面図である。

次に、光学部品の製造方法としては、レンズホルダ１５０は、下型１１０の上面凹部１１０ａ内に位置決めされて嵌着される。又、球形状のガラス素材１６０は、レンズホルダ１５０の内周面１５０ａに内接して置かれるがこの時、レンズホルダ１５０の内周面から突出する突部１５０ｂはレンズ素材１６０が抜け落ちるのを防止すると共に、プレス後のレンズをレンズホルダ１５０に保持するための機能を有していた。図３ではレンズホルダ１５０の外周には加熱部材（図示せず）が対向しており、この加熱部材（図示せず）によってレンズホルダ１５０が加熱され、さらにレンズ素材１６０が加熱される。そして入子１３０と１４０とが挟圧方向に駆動され、球形状のレンズ素材１６０が各光学転写面１３０ａと１４０ａとによって加圧成型され、図４に示すように、球面または非球面の光学面１６０ｂと１６０ｃとを有するレンズ１６０ａがプレス成型される。また上記のプレス工程にて、レンズ素材１６０がレンズホルダ１５０の内面に圧着し製造している。
特開平０３−２３７０２３号公報

しかしながら、前記従来の製造方法では、ガラスホルダ内周面１５０ａに入れられた球状レンズ素材１６０をプレスで成型する事を考えると、成型装置の金型入子１３０，１４０の光学転写面１３０ａ，１４０ａの曲率は球状レンズ素材１６０の曲率よりも小さな値の曲率とならざるを得ない。

又、上記プレス成型によりレンズ厚は球状レンズ素材１６０の直径よりも小さい値となる。

即ち、従来製造方法に於いて大きな曲率のレンズ光学面１６０ｂ，１６０ｃを得るとすれば球状レンズ素材１６０の直径を小さなものにせざるを得ずさらに、レンズ厚を厚くするとすれば大きな直径の球状レンズ素材１６０にせざるを得ない事になり、大きな曲率のレンズ光学面と大きなレンズ厚を同時に得る事は出来ない。

したがって、ガラスレンズ１６０ａに於いて大きなレンズ光学面の曲率と大きなレンズ厚を必要とする短焦点レンズを製造することが困難であった。

又、球状レンズ素材１６０に対して光学転写面１３０ａ，１４０ａによる成型をするに当たり、成型に適する温度であり、粘度不足とならない様なガラス軟化温度よりも低い比較的低温での成型となる為、ガラスホルダ内周面１５０ａとガラスレンズ１６０ａ間は機械的には密着はしているが、分子構造的には連続していない為にガラスホルダ内面とガラス界面の気密性の信頼性が低い。さらに、ガラス成型時のプレス圧に耐え得る様な厚肉の切削レンズホルダが必要となる事や、低温での成型の為に成型後のレンズ表面をレンズ光学面に要求される鏡面状態にする為には球状レンズ素材１６０に対して事前に鏡面仕上げ が必要である等という課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、焦点距離の設計上の制約を受ける事なく又、気密性が高くさらに、安価にレンズキャップを製造する方法を提供する事を目的とする。

封着壁を有する金属枠体とレンズ素材を融着すると共にレンズ素材の両端を鏡面状態に形成する一次成型工程と、レンズ素材の両端の鏡面部を成形型で挟圧しレンズ光学面を形成する二次成型工程とを備えたものである。

本構成によれば、レンズの焦点距離の設計自由度が高く又、レンズと金属枠体界面の気密性が高くさらに、安価なレンズの製造方法とする事が出来る。

以上のように、本発明のレンズ製造方法によれば短焦点から長焦点まで焦点距離の設計自由度が高く又、気密性においては高気密かつ高信頼でありさらに、安価なレンズを製造することが出来る。

（実施の形態）
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ），（ｂ）と図２（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態による光半導体用レンズキャップの製造工程フローに沿った断面図である。

図１（ａ），（ｂ）と図２（ａ），（ｂ）に於いて１はカーボンやセラミックなどからなる組立治具、２は組立治具１の主面に開口部を有した座繰り孔、３は座繰り孔２から連続した底部で円錐形をなす凹部、４は枠体として例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（以下コバールと称す）からなる金属を切削加工により削り出したシェル、５はシェル頂部壁、５ａは頂部壁の外面、５ｂは頂部壁の内面、６はシェル頂部の光透過用窓の外周端より垂直方向に延在する封着壁、６ａは封着壁の外周面、６ｂは封着壁の内周面、７はシェル頂部壁外周端より垂直方向に延在する円筒壁、７ａは円筒壁の外周面、７ｂは円筒壁の内周面、８はシェル円筒壁終端より水平方向に延在するフランジ、８ａはフランジの上面、８ｂはフランジ下面の円周面に存在する熔接代の頂点、９は円柱状レンズ素材、１０は図１（ａ）の状態に於いてガラス軟化点以上に加熱された円柱状レンズ素材９が熔融する事により、シェル封着壁内周面６ｂに融着すると共に円柱状レンズ素材９の上下両端が表面張力で球状に成型した中間加工物、１１は下型、１２は上型、１３，１４は入子、１３ａ，１４ａは光学転写面、１５はレンズ、１５ａ，１５ｂはレンズ光学面である。

詳細な構成を下記に説明する。

組立治具１にシェル４をシェル封着壁外周面６ａとシェル円筒壁内周面７ｂとの間の空隙に組立治具１の主面部を挿入した後、円柱状レンズ素材９をシェル封着壁内周面６ｂに内接した状態で挿入し、組立治具１の凹部３に当接する（図１（ａ））。この時のシェル４は、酸化炉などによる従来より行われている方法にて事前に金属酸化膜を表面に形成する処理が行われたものである。

組立治具１を窒素雰囲気中で８５０℃で１０分間加熱する（図１（ｂ））。この事によって円柱状レンズ素材９は例えば硼珪酸ガラスで出来ており軟化点は７００℃の為軟化点以上に加熱されることになり、円柱状レンズ素材９とシェル封着壁内周面６ｂがシェル表面の金属酸化膜（図示せず）を介して結合して分子構造的に連続なハーメチックシールとなる。又、同時に円柱状レンズ素材９の上下両端はガラスの表面張力とガラスの金属酸化皮膜との濡れ性を利用して球面に成型されて中間加工物１０になる。この時ガラス表面には何も接触していない為に鏡面となる。これにより円柱状レンズ素材９の一次成型が完了した事になる。

一次成型後一旦冷却したレンズキャップを組立治具１から取り出し、円柱状レンズ素材９の中間加工物１０の二次成型を行う。

レンズキャップをシェル頂部内面５ｂとシェル円筒壁内周面７ｂとフランジ下面に存在する熔接代頂点８ｂに接する様に下型に嵌合させる。次に上型をシェル頂部壁の外面５ａとシェル円筒壁外周面７ａとシェルフランジの上面８ａに外接させて型締めを行う。レンズキャップ外周には加熱部材（図示せず）が対向しており、この加熱部材（図示せず）によってシェルが加熱され、さらに中間加工物が成型可能な温度である例えば６５０℃に加熱される。そして入子１３,１４が挟圧方向に８０Ｎの力で駆動されて行く事によって中間加工物１０が光学転写面１３ａ，１４ａによって成型されて行き、成型終了後に入子１３，１４はシェル４に対して間隙を保って停止する。この事によって、成型の際に加圧された中間加工物１０は成型されると共に入子１３，１４とシェルとの間に保たれた間隙より水平方向へはみ出して逃げて行くことになり、シェル４に対して圧力が加わることを防止する（図２（ａ））。

これらの事によって球面または非球面のレンズ光学面１５ａ,１５ｂを有するレンズ１５が形成されたレンズキャップである（図２（ｂ））。

かかる構成によれば、シェルの封着壁６の距離Ｌを自由に設定出来る事及び入子の光学転写面１３ａ,１４ａの曲率設計範囲とそれに伴う円柱状レンズ素材９の円柱径の設定も自由に出来る事から結果としてレンズ厚とレンズ光学面の曲率の自由度が高い為に短焦点から長焦点までのレンズ製造が可能である。

又、図１（ｂ）に示す一次成型時にガラスの軟化点以上の８５０℃に円柱状レンズ素材９を加熱する事によってシェル封着壁内周面６ｂと円柱状レンズ素材９の中間加工物１０間でシェル表面の金属酸化膜（図示せず）を介して完全に結合されて分子構造的に連続なハーメチックシールとなる。

この事により気密性が高くかつ高信頼であり、光半導体素子等のレンズキャップとして用いられた場合に素子の動作安定性を高く保つ事が可能である。

又、同じく上記の一次成型時に円柱状レンズ素材９の上下両端がガラスの表面張力を利用して球状に成型されて中間加工物１０の形状となるが、その表面はレンズ光学面に求められる様な鏡面である。よって、従来製造方法でいう所の球状レンズ素材１６０に対して事前に鏡面仕上げを行ったように、円柱状レンズ素材９に対しては事前に鏡面仕上げを行う事は必要としない。

さらに、図２（ａ）に示す二次成型時にかかる圧力は、シェル４と入子１３，１４の間に保たれた間隙よりガラスがはみ出して逃げていくことにより、シェル４に対しては直接の圧力がかからない。

上記によって、本実施の形態に於いて枠体をコバールからなる金属を切削加工したシェルを用いて説明したが、経済性と量産性を考慮して薄板の金属プレスシェルを用いる事も可能である。

尚、枠体の材質はコバールに限る事無く、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＳＵＳ等他の金属を用いる事も可能である。

さらに、レンズの素材としてガラスを用いて説明したが、例えばポリカーボネート，ポリメチルメタクリレート等の樹脂でも良い。

光部品分野の気密キャップ及びレンズとして有用であり、特に光半 導体の受発光素子に適している。

本発明の実施の形態における製造工程に沿った断面図 本発明の実施の形態における製造工程に沿った断面図 従来の実施の形態における成型方法の断面図 従来の実施の形態における完成断面図

符号の説明

１ 組立治具
２ 座繰り孔
３ 凹部
４ シェル
５ シェル頂部壁
５ａ シェル頂部壁外面
５ｂ シェル頂部壁内面
６ 封着壁
６ａ 封着壁外周面
６ｂ 封着壁内周面
７ 円筒壁
７ａ 円筒壁外周面
７ｂ 円筒壁内周面
８ フランジ
８ａ フランジ上面
８ｂ フランジ頂点
９ 円柱状レンズ素材
１０ 中間加工物
１１ 下型
１２ 上型
１３ 入子
１４ 入子
１３ａ，１４ａ 光学転写面
１５ レンズ
１５ａ，１５ｂ レンズ光学面
１１０ 下型
１１０ａ 下型凹部
１２０ 上型
１３０，１４０ 入子
１３０ａ，１４０ａ 光学転写面
１５０ レンズホルダ
１５０ａ レンズホルダ内周面
１５０ｂ レンズホルダ突部
１６０ 球状レンズ素材
１６０ａ ガラスレンズ
１６０ｂ，１６０ｃ レンズ光学面

Claims (5)

1. シェル頂部の光透過用窓の外周端より垂直方向に延在する封着壁を有する金属枠体とレンズ素材を融着すると共に前記レンズ素材の両端を鏡面状態に形成する一次成型工程と、前記レンズ素材の両端の鏡面部を成形型で挟圧しレンズ光学面を形成する二次成型工程とを備えたことを特徴とするレンズの製造方法。
2. 前記一次成型工程は前記レンズ素材の軟化点以上の温度で鏡面状態に形成することを特徴とする請求項１に記載のレンズの製造方法。
3. 前記一次成型工程は金属枠体表面をあらかじめ酸化処理する事によりガラスとの濡れ性を高め、ガラス成型を容易にする事を特徴とした請求項１又は２に記載のレンズの製造方法。
4. 前記二次成型工程は前記レンズ素材の軟化点以下の温度でレンズ光学面を形成する事を特徴とする請求項１から３に記載のレンズの製造方法。
5. 前記二次成型工程は、挟圧する前記成形型が前記金属枠体との一定の間隙を保って停止する事を特徴とする請求項１から４に記載のレンズの製造方法。

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