JPH03271707A - Fixing structure for optical lens - Google Patents
Fixing structure for optical lensInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要］
光学レンズをホルダーに固定する構造に関し、接着剤で
光学レンズをホルダーに固定する構造において、光学レ
ンズに波面収差の原因となるストレスを発生させない固
定構造を実現することを目的とし、
光学レンズをホルダーに固定する構造であって、ホルダ
ーには、レンズ収容用の円形孔が開けられ、該円形孔に
設けた内向きのっぽ部に環状の溝を形成し、該溝中に設
けられた接着剤を介して光学レンズの入射側または出射
側の面が接着されているように構成する。あるいは、ホ
ルダーのレンズ収専門形孔とつながる接着剤の溜め部を
設け、該溜め都電で接着剤を溶かし、接着剤が光学レン
ズの側面の一部と接するように槽底する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the structure of fixing an optical lens to a holder, a fixing structure that does not generate stress on the optical lens that causes wavefront aberration is realized in the structure of fixing the optical lens to the holder with adhesive. A structure for fixing an optical lens to a holder, the holder has a circular hole for accommodating the lens, and an annular groove is formed in the inward end of the circular hole, The optical lens is configured such that the entrance side or exit side surface of the optical lens is adhered via an adhesive provided in the groove. Alternatively, an adhesive reservoir connected to the lens-accommodating hole of the holder is provided, and the adhesive is melted in the reservoir and placed at the bottom of the tank so that the adhesive comes into contact with a part of the side surface of the optical lens.
光学レンズ（以下「レンズ」と略す）を装置に取り付け
るには、通常レンズをホルダーに固定し、ホルダーを装
置側に取り付けることが行なわれる。To attach an optical lens (hereinafter abbreviated as "lens") to a device, the lens is usually fixed to a holder and the holder is attached to the device.
本発明は、このようにレンズをホルダーに固定する構造
に関する。The present invention relates to a structure for fixing a lens to a holder in this manner.
近年、レーザダイオード、ＬＥＤまたはそれらの光を受
ける受光素子において、発散光を平行光に、または収束
光に変換するために、種々の光学レンズを用いている。In recent years, various optical lenses have been used in laser diodes, LEDs, or light-receiving elements that receive their light to convert divergent light into parallel light or convergent light.
第４図は光学レンズの使用例を示すもので、レーザダイ
オードと光ファイバとの結合部に使用されている。Ｄは
レーザダイオード、Ｆは光ファイバ、Ｌｌはコリメート
レンズ、Ｌ２は集光レンズである。レーザダイオードＤ
とコリメートレンズＬ１は、金属ケース１中に気密封止
されている。すなわち、金属ケース１中において、ベル
チェ・クーラ２の上に、キャリア３を介してレーザダイ
オードＤを載置すると共に、ホルダーｈを介してコリメ
ートレンズＬ１が取り付けられている。FIG. 4 shows an example of the use of an optical lens, in which it is used in a coupling section between a laser diode and an optical fiber. D is a laser diode, F is an optical fiber, Ll is a collimating lens, and L2 is a condensing lens. Laser diode D
The collimating lens L1 is hermetically sealed in the metal case 1. That is, in the metal case 1, a laser diode D is placed on a Beltier cooler 2 via a carrier 3, and a collimating lens L1 is attached via a holder h.
金属ケース１の窓穴部５には、筒状のホルダーｈ２を介
して、集光レンズＬ２が取り付けられ、該ホルダーｈ２
の先に、筒状ホルダー７を介して、光ファイバＦが取り
付けられている。A condensing lens L2 is attached to the window hole 5 of the metal case 1 via a cylindrical holder h2, and the holder h2
An optical fiber F is attached to the tip of the holder 7 via a cylindrical holder 7.
金属ケース１の窓穴部５は、サファイヤの板８で気密シ
ールされている。The window hole 5 of the metal case 1 is hermetically sealed with a sapphire plate 8.
（従来の技術〕
これらのレンズＬ１、Ｌ２には、光線を効率良く一点に
収束させるために又はより完全な平行光にするため、波
面収差の小さなものが要求されている。(Prior Art) These lenses L1 and L2 are required to have small wavefront aberration in order to efficiently converge light rays to one point or to make them more perfectly parallel light.
このため、レンズ単体においては、高性能なものが開発
されているが、前記のようにホルダーに取り付ける際に
、ストレスによりその特性が悪化しないように工夫が必
要である。For this reason, high-performance lenses have been developed, but as mentioned above, when attaching them to a holder, it is necessary to take measures to prevent their characteristics from deteriorating due to stress.
従来の固定構造では、光学レンズ内部のストレスを回避
するために、光学レンズをホルダーに接着固定するのに
、エポキシなどの樹脂を使用している。通常、樹脂は弾
力性があるため、光学レンズのストレスを防止できる反
面、前記のように金属ケースｌ中にハーメチックシール
したとき、その内部でガスや水蒸気が発生し、半導体チ
ップの特性の劣化の要因となっている。また、樹脂は安
定性が悪く、長期間にわたって特性を維持できないとい
う問題がある。In conventional fixing structures, a resin such as epoxy is used to adhesively fix the optical lens to the holder in order to avoid stress inside the optical lens. Resin is usually elastic, so it can prevent stress on optical lenses, but on the other hand, when it is hermetically sealed in a metal case as described above, gas and water vapor are generated inside, which can cause deterioration of the characteristics of semiconductor chips. This is a contributing factor. Further, there is a problem that the resin has poor stability and cannot maintain its properties over a long period of time.
これに対し第５図は、接着手段として低融点ガラスを使
用した例の平面図と断面図であり、光学レンズＬの外周
面が、低融点ガラス９でホルダーｈに固定されている。On the other hand, FIG. 5 is a plan view and a sectional view of an example in which low melting point glass is used as the adhesive means, and the outer peripheral surface of the optical lens L is fixed to the holder h with the low melting point glass 9.
しかしながら、低融点ガラスは安定性に冨み、強固に固
定できる利点はあるが、低融点ガラスは３８０〜４５０
’Ｃで加熱し溶融させた状態で接着し、以後常温まで
冷却する。そのため、光学レンズＬや金属製のホルダー
ｈとの熱膨張係数の差により、レンズＬにストレスが生
じるという欠点がある。However, although low melting point glass has the advantage of being highly stable and can be firmly fixed, low melting point glass has a
It is heated at 'C and bonded in a molten state, and then cooled to room temperature. Therefore, there is a drawback that stress is generated on the lens L due to the difference in coefficient of thermal expansion between the optical lens L and the metal holder h.
レンズＬの熱膨張係数は、９６ Ｘ １０−７７ ”Ｃ
であるのに対し、金属製ホルダーｈとして使用されるス
テンレス＠ （ＳＵＳ４３０）のそれは１００ ｘ １
０−’ ／ ”ｃ、パーマロイのそれは８７ Ｘ １０
−’／ ’Ｃある。一方低融点ガラスの熱膨張係数は、
８０〜１００ Ｘ１０−’／”Ｃあるため、低融点ガラ
スの熱膨張係数を調節しているが、レンズおよびホルダ
ーの双方に合わせることは不可能であり、溶融状態の低
融点ガラスが冷却するまでにレンズＬにストレスが発生
し、残留する。すなわち、第５図に矢印で示すように、
レンズし、低融点ガラス９およびホルダーｈ相互間の熱
膨張係数の値によって、レンズＬを外周から中心方向に
圧縮する方向に、あるいは引っ張る方向のストレスが残
留する。その結果、ストレスの発生個所の屈折率が変化
し、レンズの各部における焦点位置が変動することによ
り波面収差が発生する。The thermal expansion coefficient of lens L is 96 x 10-77"C
On the other hand, the stainless steel @ (SUS430) used as the metal holder h is 100 x 1
0-'/”c, that of permalloy is 87 x 10
-'/'C is there. On the other hand, the coefficient of thermal expansion of low melting point glass is
80 to 100 X10-'/''C, the coefficient of thermal expansion of the low melting point glass is adjusted, but it is impossible to match both the lens and the holder, and the low melting point glass in the molten state is Stress is generated and remains on the lens L. That is, as shown by the arrow in FIG.
Depending on the values of the thermal expansion coefficients between the lens, the low melting point glass 9, and the holder h, stress remains in the direction of compressing or pulling the lens L from the outer periphery toward the center. As a result, the refractive index at the location where the stress occurs changes, and the focal position in each part of the lens changes, causing wavefront aberration.
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、安定
性および接着強度にすぐれた低融点ガラス等の接着剤で
光学レンズをホルダーに固定する構造において、光学レ
ンズに波面収差の原因となるストレスを発生させない固
定構造を実現することにある。The technical problem of the present invention is to address these problems and solve the problem of causing wavefront aberration in optical lenses in a structure in which optical lenses are fixed to holders using adhesives such as low-melting glass that have excellent stability and adhesive strength. The objective is to realize a fixed structure that does not generate stress.
請求項１の発明
第１図は本発明による光学レンズの固定構造の基本原理
を説明する断面図である。Ｌは光学レンズ、ｈはホルダ
ーである。ホルダーｈには、円形の孔１０を有し、その
中にレンズＬを収納する。該円形孔１０には、内向きの
つば部１１が形成されている。そして、該つば部１１の
円形孔１０側の位置に、環状の溝１２が形成され、該溝
１２中に設けられた接着剤９を介して光学レンズＬの入
射側または出射側の面が接着されている。FIG. 1 is a sectional view illustrating the basic principle of the optical lens fixing structure according to the present invention. L is an optical lens and h is a holder. The holder h has a circular hole 10 in which the lens L is housed. The circular hole 10 is formed with an inward flange 11 . An annular groove 12 is formed in the flange 11 at a position on the circular hole 10 side, and the entrance side or exit side surface of the optical lens L is adhered via the adhesive 9 provided in the groove 12. has been done.
請求項２の発明
第２図に示すように、ホルダーｈには、レンズ収容用の
円形の孔１０が開けられ、該円形孔１０に内向きのっぽ
部１１が形成されている。そして、該ホルダー（ｈ）の
円形孔１０に、該円形孔１０とつながる溜め部１３を設
け、該溜め部１３中で低融点９を溶かし、接着剤９が光
学レンズＬの側面の一部と接するように構成されている
。As shown in FIG. 2, the holder h has a circular hole 10 for accommodating a lens, and the circular hole 10 has an inwardly facing end 11. Then, a reservoir 13 connected to the circular hole 10 is provided in the circular hole 10 of the holder (h), and the low melting point 9 is melted in the reservoir 13, so that the adhesive 9 forms a part of the side surface of the optical lens L. It is configured to touch.
請求項３の発明
請求項１．２の固定構造において、接着剤９として、低
融点ガラスを使用する。Invention of Claim 3 In the fixing structure of Claim 1.2, low melting point glass is used as the adhesive 9.
請求項１の発明
レンズＬは、その入射側または出射側の面のみが接着剤
９に接しているため、溝１２中で溶融している接着剤９
が冷却して凝固し、かつホルダーｈやレンズＬが冷却す
る間に、接着剤９、レンズＬおよびホルダーｈとの間で
、熱膨張係数の差により矢印方向の変形が生じる。とこ
ろが、レンズＬは、その入射側または出射側の面のみが
接着剤９と接しているため、その他の部分は、接着剤９
との接点を基準にして自由に変形できる。そのため、レ
ンズＬ自体にストレスが残留することはない。In the lens L according to the first aspect of the invention, since only the incident side or exit side surface is in contact with the adhesive 9, the adhesive 9 melted in the groove 12
is cooled and solidified, and while the holder h and the lens L are being cooled, deformation occurs in the direction of the arrow due to the difference in thermal expansion coefficient between the adhesive 9, the lens L, and the holder h. However, since only the entrance side or exit side surface of the lens L is in contact with the adhesive 9, the other parts are in contact with the adhesive 9.
It can be freely deformed based on the point of contact with. Therefore, no stress remains on the lens L itself.
また環状の溝１２中に、接着剤９が埋め込まれた恰好に
なっているため、接着剤９がレンズＬの入射面または出
射面に回り込むようなこともない。Further, since the adhesive 9 is embedded in the annular groove 12, the adhesive 9 does not go around to the entrance surface or exit surface of the lens L.
請求項２の発明
この場合も、レンズＬが、接着剤９と接しているのは、
外周面の一部１４のみであり、その他の部分は、フリー
の状態になっている。したがって、溶融状態の接着剤９
が凝固するまでの温度変化により、レンズＬは、接着剤
９との接点１４を基準にして、矢印方向に自由に変形で
きる。そのため、レンズＬに圧縮方向あるいは引張り方
向のストレスが生しるようなことはない。Invention of Claim 2 Also in this case, the lens L is in contact with the adhesive 9 because
Only a part 14 of the outer circumferential surface is left, and the other part is in a free state. Therefore, the adhesive 9 in the molten state
Due to the temperature change until the lens L solidifies, the lens L can be freely deformed in the direction of the arrow with reference to the contact point 14 with the adhesive 9. Therefore, stress in the compressive or tensile direction does not occur on the lens L.
請求項３の発明
請求項１．２における接着剤として低融点ガラスを使用
するが、低融点ガラスはガスや水蒸気を発生せず、また
安定性にすぐれ、長期間にわたって特性を維持できる。Invention of Claim 3 Low-melting glass is used as the adhesive in Claim 1.2, and low-melting glass does not generate gas or water vapor, has excellent stability, and can maintain its properties over a long period of time.
また、低融点ガラスは、樹脂製の接着剤のような柔軟性
はないが、請求項１．２のように自由に変形できる固定
構造を採用しているため、光学レンズや金属製のホルダ
ーとの熱膨張係数の差により、レンズにストレスが生じ
、波面収差を招くといった問題も解消される。In addition, although low melting point glass is not as flexible as resin adhesives, it has a fixed structure that can be freely deformed as described in claim 1.2, so it can be used with optical lenses and metal holders. The difference in thermal expansion coefficients causes stress on the lens, which solves the problem of wavefront aberration.
（実施例〕
次に本発明による光学レンズの固定構造が実際上どのよ
うに具体化されるかを実施例で説明する。(Example) Next, how the optical lens fixing structure according to the present invention is actually implemented will be explained using an example.
第３図に示すように、レンズＬは、中央の光学レンズ面
ｌの外周に、円形のフランジ部１５を有している。そし
て、第１図ではこのフランジ部１５を、ホルダーｈの内
向きつば部１１および環状溝１２中の低融点ガラス９の
上に載置した状態で、全体を炉に入れて４３０〜４５０
℃に加熱し、低融点ガラス９を溶融した後、徐冷するこ
とで、レンズＬがホルダーｈに固定される。As shown in FIG. 3, the lens L has a circular flange portion 15 on the outer periphery of the central optical lens surface l. In FIG. 1, the flange portion 15 is placed on the inward flange portion 11 of the holder h and the low melting point glass 9 in the annular groove 12, and the whole is placed in a furnace for 430 to 450 minutes.
The lens L is fixed to the holder h by heating to 0.degree. C. to melt the low melting point glass 9 and then slowly cooling it.
ホルダーｈとしてステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を使用
し、熱膨張係数が８６Ｘ１０−’／”Ｃの低融点ガラス
を使用して、レンズを固定した場合、波面収差は０゜０
５ｗａｖｅ （ＲＭＳ表示）となった。したがって、同
じ組成の従来のレンズ固定構造における波面収差０．１
５ｗａｖｅ （ＲＭＳ表示）に比べると、ストレス抑制
が効果的に行なわれていることがわかる。If stainless steel (SUS430) is used as the holder h and the lens is fixed using low melting point glass with a thermal expansion coefficient of 86X10-'/''C, the wavefront aberration is 0°0.
5 waves (RMS display). Therefore, the wavefront aberration in the conventional lens fixed structure with the same composition is 0.1
It can be seen that stress is effectively suppressed when compared with 5wave (RMS display).
また、第２図のように、レンズＬの外周面の一点１４を
低融点ガラス９で固定する構造では、レンズＬの外径を
Ｄ、レンズ外周面と低融点ガラス９との接触面１４の外
周方向長さをｄとする、Ｌ、／Ｊ
〜土程度が適している。ｄがこの範囲より小さいユ
と、レンズの固定強度が低下し、大きいと熱膨張係数の
差によるストレスが発生する恐れがある。In addition, as shown in FIG. 2, in a structure in which one point 14 on the outer circumferential surface of the lens L is fixed with the low melting point glass 9, the outer diameter of the lens L is D, and the contact surface 14 between the outer circumferential surface of the lens and the low melting point glass 9 is L, /J ~ soil, where the length in the outer circumferential direction is d, is suitable. If d is smaller than this range, the fixing strength of the lens will decrease, and if d is larger, stress may occur due to the difference in thermal expansion coefficients.
なお、レンズＬの外径が２１１１１１であるとすると、
レンズ外周面と低融点ガラス９との接触面１４の外周方
向長さｄは０．８ｎｏｎ程度が適している。Furthermore, assuming that the outer diameter of the lens L is 211111,
The length d in the outer circumferential direction of the contact surface 14 between the outer circumferential surface of the lens and the low melting point glass 9 is suitably about 0.8 non.
以上、凸レンズを例に説明したが、本発明は、凹レンズ
にも適用できることは言うまでもない。Although the above description has been made using a convex lens as an example, it goes without saying that the present invention can also be applied to a concave lens.
また、発光素子側のみでなく、受光素子側のレンズにも
通用できる。Moreover, it can be applied not only to the lens on the light emitting element side but also on the light receiving element side.
（発明の効果〕
以上のように本発明によれば、レンズの入射側または出
射側の一面のみ、あるいは外周の一部が低融点ガラスと
接するようにホルダーに固定するため、レンズが自由に
変形でき、ストレスが溜まりに（い。そのため、収差が
抑制され、レンズの特性が悪化するのを防止できる。し
かも、レンズのホルダーへの固定に低融点ガラスを使用
できるため、樹脂を用いる場合のように強度低下、ガス
や水蒸気の発生、不安定性などの問題も解消できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since the lens is fixed to the holder so that only one surface on the incident side or the exit side, or a part of the outer periphery is in contact with the low melting point glass, the lens can be freely deformed. This suppresses aberrations and prevents deterioration of lens characteristics.Furthermore, low melting point glass can be used to secure the lens to the holder, which is similar to when using resin. It also solves problems such as strength loss, gas and water vapor generation, and instability.
第１図は請求項１における光学レンズの固定構造を説明
する図、
第２図は請求項２における光学レンズの固定構造を説明
する図、
第３図は光学レンズを例示する斜視図、第４図は光学レ
ンズの使用例を示す断面図、第５図は従来の低融点ガラ
スを使用した光学レンズの固定構造を示す平面図と断面
図である。
図において、Ｄはレーザダイオード、Ｌ、Ｌｌ、Ｌ２は
レンズ（光学レンズ）、ｈｌ、ｈ２、ｈはホルダ、Ｆは
光ファイバ、１は金属ケース、７は光フアイバホルダー
９は低融点ガラス（接着剤）、ｌＯは円形孔、１１は
内向きのっぽ部、１２は環状の溝、１３は低融点ガラス
の溜め部、１５はフランジ部をそれぞれ示す。1 is a diagram for explaining the fixing structure of the optical lens in claim 1, FIG. 2 is a diagram for explaining the fixing structure for the optical lens in claim 2, FIG. 3 is a perspective view illustrating the optical lens, and FIG. The figure is a sectional view showing an example of the use of an optical lens, and FIG. 5 is a plan view and a sectional view showing a fixing structure for an optical lens using conventional low-melting glass. In the figure, D is a laser diode, L, Ll, L2 are lenses (optical lenses), hl, h2, h are holders, F is an optical fiber, 1 is a metal case, 7 is an optical fiber holder, 9 is a low-melting glass (adhesive) 10 is a circular hole, 11 is an inward tail, 12 is an annular groove, 13 is a low melting point glass reservoir, and 15 is a flange.
Claims (1)
開けられ、該円形孔（１０）に設けた内向きのつば部（
１１）に環状の溝（１２）を形成し、該溝（１２）中に
設けられた接着剤（９）を介して光学レンズ（Ｌ）の入
射側または出射側の面が接着されていることを特徴とす
る光学レンズの固定構造。 ２、光学レンズをホルダーに固定する構造であって、 ホルダー（ｈ）には、レンズ収容用の円形孔（１０）が
開けられ、該円形孔（１０）に設けた内向きのつば部（
１１）上にレンズ（Ｌ）を載置し、ホルダー（ｈ）の円
形孔（１０）に、該円形孔（１０）とつながる溜め部（
１３）を設け、該溜め部（１３）中で接着剤（９）を溶
かし、接着剤（９）が光学レンズ（Ｌ）の側面の一部と
接するように構成してなることを特徴とする光学レンズ
の固定構造。 ３、前記接着剤が、低融点ガラスよりなることを特徴と
する請求項１または２記載の光学レンズの固定構造。[Claims] 1. A structure for fixing an optical lens to a holder, wherein the holder (h) has a circular hole (10) for accommodating the lens, and an inner hole provided in the circular hole (10). The direction of the brim (
11) An annular groove (12) is formed in the groove (12), and the incident side or output side surface of the optical lens (L) is adhered via an adhesive (9) provided in the groove (12). A fixed structure for optical lenses featuring: 2. A structure for fixing an optical lens to a holder, the holder (h) has a circular hole (10) for accommodating the lens, and an inward flange (10) provided in the circular hole (10).
11) Place the lens (L) on top and insert the reservoir (10) connected to the circular hole (10) in the holder (h).
13), the adhesive (9) is melted in the reservoir (13), and the adhesive (9) is in contact with a part of the side surface of the optical lens (L). Fixed structure of optical lens. 3. The optical lens fixing structure according to claim 1 or 2, wherein the adhesive is made of low melting point glass.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7288390A JPH03271707A (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fixing structure for optical lens |
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| JP7288390A JPH03271707A (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fixing structure for optical lens |
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| JPH03271707A true JPH03271707A (en) | 1991-12-03 |
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| JP7288390A Pending JPH03271707A (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Fixing structure for optical lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03271707A (en) |
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