JPH03237408A

JPH03237408A - 光学装置の製造方法

Info

Publication number: JPH03237408A
Application number: JP3493390A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Kikuchi; 公博菊地
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1991-10-23
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JP2878372B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ｃ産業上のｆｙｊ用分野〕本発明は、半纏体レーザなどを備えた発光光学装置また
はビ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。

［従来の技術］第９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。

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３
６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。

第１０図は、第９図に示すカバーガラス３７の変わりに
凸レンズ４０を装着したちのである。この凸レンズ４０
６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１Ｏ図に示す光学装置においてちカバ
ー３６内に不活性ガスが充填されている。

このようにレンズが一体化された発光光学装置：ま、光
通信装置において、アイソし・−夕にコリメート光を送
りまたは、ファイバ端面にレーザ光を集光さセるものと
して使用することができる。

［発明が解決しようとする課題１第１０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Ｏ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。

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、このレンズをカ
バーに高精度に取付けることができ、またレンズの成形
作業の際に、このレンズを他の部材と一体にでき、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。

〔課題を解決するための手段］本発明は、レンズホルダの穴内にレンズ素材を挿入し、
加熱された前記レンズ素材を型により加圧して、レンズ
ホルダの穴の内周面に圧着されたレンズを成形し、この
レンズホルダをカバーに固定し、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
装着して、前記レンズをチップに対向させる光学装置の
製造方ならびに、金属製のカバーの筒部内にレンズ素材
を挿入し、加熱された前記レンズ素材を型により加圧し
て、カバーの筒部内周面に圧着されたレンズを成形し、
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装着−で、前記レンズをチップに
対向させる光学装置の製造方ｌ去である。

［作用１上記の第１の手段では、レンズプレス工程においでレン
ズとレンズホルダとを一体に成形でき、レンズをレンズ
ホルダに対して正確に位置決めできる。またレンズホル
ダをカバーに取付ける際には抵抗溶接作業などにより簡
単に行なうことができ、従来の低融点ガラスによる接着
作業が不要になる。また抵抗溶接作業などにより、レン
ズホルダとカバーとを高精度に位置決めして固定できる
ため、チップとレンズとの相対位置などが高精度に決め
られた光学装置を製造できる。

上記の第２の手段では、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ら不要になる。

〔実施例〕

以下本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図は、本発明の第１実施例を示しており、
第１図は発光光学装置の断面図、第２図はレンズとレン
ズホルダを示す断面図、第３図は成形装置の断面図であ
る。

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３４ａ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。

基板３１はカバー２０に覆われ、このカバー２０にレン
ズ６ａを保持するレンズホルダ５が固定されている。ま
たカバー２０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。

次に、光学装置の製造方法を説明する６まず第３図に示
す成形装置による作業を説明する。

第３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。

レンズホルダ５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５Ｏ５４３
０、またはステンレス快削鋼の５ＯＳ４３０Ｆ、あるい
はＣｒが約１８％てＭｏが２％の５ＬＩＳ４４４または
ステンレス快削鋼の５ＵＳ４４４Ｆ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
のことなから快削鋼は切削加工性に優れているため、レ
ンズホルダ５を切削加工で製作するのに適している。ま
た５ＵＳ４４４などの場合には、メタルモールドにより
レンズホルダ５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〜＋２５
　Ｘｌ０−’程度である。

第３図において符号６は球形状のレンズ素材である。こ
のレンズ素材６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
　Ｘｌ０−’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ＳＦＳ○１を使用した場
合、線膨張係数は１００　Ｘｌ０−’である。このＳＦ
Ｓ○１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６わずかに大きい組
み合わせになる。

レンズホルダ５は、下型１の上面凹部１ａ内に位置決め
されて嵌着される。また球形状のガラス素材６は、前記
レンズホルダ５の内周面から突出する突部５ｂの斜面５
ａ上に設置される。この突部５ｂはレンズ素材６が抜は
落ちるのを防止するとともに、プレス後のレンズをレン
ズホルダ５に保持するための機能を発揮する。

第３図では省略されているが、レンズホルダ５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レン
ズホルダ５が加熱され、さらにレンズ素材６が軟化点以
上の温度に加熱される。

またレンズ素材６は予熱された状態でレンズホルダ５内
に供給されてちよい、そして入子３と４とが挟圧方向に
駆動され、球形状のレンズ素材６が各光学転写面３ａと
４８とによって加圧成形され、第２図に示すように、球
面または非球面の光学面６ｂと６０とを有するレンズ６
ａ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６がレンズホルダ５の内面に圧着される。この
ときレンズホルダ５の内周面の突部５ｂによってレンズ
素材６が保持され、レンズ６ａとレンズホルダ５とが分
離することなく一体に形成される。

上記のプレス成形が完了した後に、自然４却されるが、
レンズ素材６とレンズホルダ５の線膨張係数がほぼ等し
いため、冷却過程においてレンズホルダ５によるレンズ
６ａに対する閉めつけ力が過大になることはなく、レン
ズ６ａにクラックが生じたりあるいは光学面６ｂと６０
に歪が生じることはない、特にレンズ素材６の材質が酸
化鉛系ガラス材料の５ＦＳＯ１である場合には、線膨張
係数が１００　Ｘｌ０−’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１０
０〜１２０　Ｘｌ０−’程度であるため、冷却過程にお
いて、レンズ６ａがレンズホルダ５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６ａは、その光
学面６ｂと６ｃに歪が生じることなく、しかもレンズ６
ａがレンズホルダ５により適度な力で密着保持されるよ
うになる。

第２図に示すように、レンズホルダ５には段差５ｃが形
成されており、この段差５Ｃの底面がカバー２０に固定
する際の基準面５ｄとなっている。この基準面５ｄの外
周にはリング状の溶接しろ５ｅがわずかな寸法δだけ厚
く形成されている。

レンズ６ａが一体化されたレンズホルダ５をカバー２０
に取付ける場合には、レンズホルダ５の段差５ｃからの
突出部をカバー２０の穴２Ｏａ内に挿入する。そして前
記溶接しろ５ｅをカバー２０の上面に当接させ、カバー
２０とレンズホルダ５とを抵抗溶接により固着する。こ
のとき溶接しろ５ｅは溶融されてつぶれ、レンズホルダ
５の基準面５ｄがカバー２０の上面に当接することにな
る。よってカバー２０とレンズホルダ５とが第１図に示
す光軸０方向に高精度に位置決めされて固定される。ま
た抵抗溶接によりカバー２０とレンズホルダ５とが完全
に密閉された状態で相互に固定される。

次に、レンズ６ａとレンズホルダ５とが固定されたカバ
ー２０を基板３１に固定する。このときには、カバー２
０の基部の折曲げフランジの底面２０ｂ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２０の内部にヘノラ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６のである。第１図に示す光学装置では、カバー
２０と基板３１とが抵抗溶接により確実に固定され、ま
たレンズホルダ５とカバー２０６抵抗格接により確実に
固定されており、さらにレンズホルダ５とレンズ６ａと
が完全に密着しているため、カバ−２０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
、レンズ素材とレンズホルダの素材を選択して、レンズ
ホルダの線膨張係数がレンズ素材より６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、レンズホルダ５によりレンズ６ａ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
よりレンズホルダ５とレンズ６ａとの密着が確実になり
、カバー２０内の密閉度をさらに高めることができるよ
うになる。

次に、第１図に示す光学装置では、レンズ６ａの真意距
離が、チップ３２の発光、寺Ａの位置と合っていること
が必要になる６本実施例では、この焦点距離を合せるこ
とら容易である。すなわち、レンズホルダ５はその基準
面５ｄがカバー２０に当接して固定されており、レンズ
ホルダ５とカバ−２０上面との相対位置は高精度に設定
されている。また第３図に示す成形装置を使用すること
により、レンズホルダ５に対しレンズ６ａの光学面６ｂ
ならびにＢｃｔ高精度に位置合せされている。このこと
に基づき、次のような真直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Ｈ，を；！１１１定しておく、またレンズホルダ５
が固定されたカバー２０、あるいはレンズホルダ５が固
定されて−）ない状態のカバー２０の底面２０ｂから上
面までの高さ寸法Ｈ２を測定しておく、そして上記画才
法Ｈ１とＨ２とから焦１点距離と発光、屯Ａの位置とが
一致するＨ７を算出し、過剰分だけカバー２０の底面を
切削する。その後カバー２０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６よい、さらにＨ
２の寸法として、カバー２０の底面２０ｂからレンズホ
ルダ５の上面までの高さ寸法を測定しておいて６よい第４図〜第６図は本発明の第２実施例を示しており、第
４図は発光光学装置の断面図、第５図はレンズホルダと
レンズとを示す断面図、第６図は成形装置の断面図であ
る。

この実施例では、第６図に示すように、レンズホルダ１
５の内面の突部１５ｂ上に円板形状のレンズ素材１６が
設置され、このレンズホルダ１５が下型１１の凹部１１
ａに嵌着されて位置決めされる。そして下型１１と上型
１２内に設けられた入子１３と１４とによって加圧され
ると、第５図に示すような光学面１６ｂと１６ｃを有す
るレンズ１６ａがプレス成形され、同時にこのレンズ１
６ａがレンズホルダ１５の内面に圧着される。

この実施例においても、レンズホルダ１５とレンズ素材
１６の材質として第１実施例と同じものが使用され、冷
却時にレンズにクラックや歪が生じるのが防止され、ま
た線膨張係数の違いの組み合わせにより、レンズがレン
ズホルダに適度に保持されるようになる。

第５図に示すように、レンズホルダ１５には段差１５ｃ
が形成され、その底面に基準面１５ｄと溶接しろ１５ｅ
が形成されている。そして第１実施例と同様に、レンズ
１６ａが一体化されたレンズホルダ１５はカバー２０の
上面に設置され、抵抗溶接により固定される。またカバ
ー２０はその内部に不活性ガスが充填された状態で基板
３１の上面に抵抗溶接により固定される。この第２実施
例においてら、レンズとレンズホルダとの一体化ならび
に、各部材の抵抗溶接により、カバー２０の内部は完全
に密閉され、不活性ガスの波れなどは生じない、また第
１図に示したのと同様の寸法の測定により、レンズの焦
点距離と発光点の位置との合せ作業ら同様にして行なわ
れる。

第７図は本発明の第３実施例を示している。

この第３実施例では、レンズホルダ２２がほぼノング状
である。第３図または第６図に示したのと同様の成形装
置により、レンズホルダ２２の穴内に球形状または円板
形状のレンズ素材が挿入され、加熱加圧によりレンズ２
１が成形されるとともに、レンズ２１がレンズホルダ２
２の内周面に圧着させられる。またカバー２３はほぼ円
筒形状であり、その上端開口部全面に前記レンズホルダ
２２が装着される。このときレンズホルダ２２の段差２
２ａがカバー２３の上端面に嵌着され、溶接により互い
に固定される。またカバー２３は基板３１の上面に溶接
固定される。

第８図は本発明の第４実施例を示している。

この実施例では、カバー２５の上部に小径の円筒部２５
ａが絞り成形されており、さらにこの円筒部２５ａの開
口部に突起２５ｂが内側に向けて形成されている。第６
図に示す成形装置と同様の原理の成形装置が使用される
。そしてカバー２５は第８図と上下逆の姿勢で前記成形
装置の下型内に保持される。円板状のレンズ素材は円筒
部２５ａ内に挿入され、突起２５ｂに当接する状態に設
置される。そして加熱された素材が入子により加圧され
、レンズ２６がプレスされるとともに、このレンズ２６
が円筒部２５ａに圧着される。このようにしてレンズが
一体化されたカバー２５が、基板３１に設置され、互い
に抵抗溶接により固定される８またカバー２５に円筒部２５ａを形成せず、カバー２５
そのものを円筒形状にし、プレス成形されたレンズがカ
バーそのちのの内面に圧着する構造であってちよい。

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６のであってちよい
。

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ちよい。

［効果）以上のように請求項１記載の本発明によれば、レンズを
プレスする際にレンズとレンズホルダとを一体化でき、
レンズをレンズホルダに対して正確に位置決めして固定
できる。またレンズホルダをカバーに抵抗溶接などによ
り固定できるため、従来のように、低融点ガラスにより
レンズを固定する作業が不要になり、作業工程が非常に
楽になる。またレンズホルダとカバーを抵抗溶接などに
より高精度に位置決めして固定することができるので、
結果的には、チップに対してレンズを正確に位置決めし
て取付けることができることになる。

また請求項２記載の発明によれば、レンズの成形時にこ
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。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示すものであり
、第１図は光学装置の断面図、第２図は成形されたレン
ズとレンズホルダを示す断面図、第３図は成形装置を示
す断面図、第４図〜第６図は本発明の第２実施例を示す
ものであり、第４図は光学装置の断面図、第５図は成形
されたレンズとレンズホルダを示す断面図、第６図は成
形装置を示す断面図、第７図は本発明の第３実施例を示
すカバーとレンズホルダとレンズの断面図、第８図は本
発明の第４実施例を示すレンズとカバーの断面図、第９
図と第１０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。１．１１・・下型、２．１２　・上型、３．１３゜４．
１４　・入子、５．１５・・・レンズホルダ、６゜１６
−レンズ素材、６ａ、１６ａ、２１．２６−成形された
レンズ、２０・・カバー、３１・・・基板、３２・・・
チンブ。第２図第３図６（シ二只ＩＡ打）４Ｇ／１５４ｂ第１第４６ｃ１２第５図第６図１第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、レンズホルダの穴内にレンズ素材を挿入し、加熱さ
れた前記レンズ素材を型により加圧して、レンズホルダ
の穴の内周面に圧着されたレンズを成形し、このレンズ
ホルダをカバーに固定し、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装着し
て、前記レンズをチップに対向させる光学装置の製造方
法２、金属製のカバーの筒部内にレンズ、素材を挿入し、
加熱された前記レンズ素材を型により加圧して、カバー
の筒部内周面に圧着されたレンズを成形し、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
記カバーを装着して、前記レンズをチップに対向させる
光学装置の製造方法