JPH04114924A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信やＦ　Ａ　Ｘ等に用いられるものであ
って、球面または非球面の光学面を複Ｖ備えた光学素子
の製造方法に関する。

「従来の技術］ 従来、光通信やＦ　Ａ　Ｘなどの光学４品において半導
体レーザから発せられるレーザ光を集光させるためのレ
ンズとして単一の光軸な有するレンズが使用されている
のが一般的である。そしてこの種のレンズとしては屈折
率分布型レンズあるいは最近では非球面のプレスレンズ
が使用されるようになってきている。

また最近では上記の半導体レーザを使用した電子製品に
、複数の光学面を備えたいわゆる複眼レンズ方式の光学
素子が使用されることが検討されている。

第８図（Ａ）、（Ｂ）はこの種の複眼レンズ方式の光学
素子の正面図ならびに底面図である。

同図に示す光学素子１は、円板状のガラス材２の一方の
面（図示下面）に５個の球面または非球面の光学曲面２
ａが隣接して直線上に配置されて形成されているもので
ある。

このような光学素子１の使用方法としては、例えば、一
方の面倒に形成された各光学曲面に対向させて光ファイ
バーを配置し、他方の面側に発光グイオードなどの発光
素子を配置して、入射される光を各光学曲面２ａにて集
光させ、光ファイバーにカップリングさせる機能を分担
するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 光通信やＦＡＸなどに使用されるこの種の光学素子の光
学曲面２ａは収差を無くすための非球面形状であること
が要求される。単一の光軸を有する非球面レンズの場合
には、前述のようにガラスプレス方法により非球面の光
学曲面を成形することができる。しかしながら、光通信
などで要求されている小型の光学素子、すなわちガラス
材２の厚みが例えば０．１ｍｍないし１．００ｍｍ程度
の寸法のもので、しかも隣接する光学曲面２ａの光軸間
のピッチＡが１２５μｍないし５００μｍのものでは従
来のガラスプレスによる成形は困難である。例えば第８
図（Ａ）において上下方向から単に型により加圧成形し
た場合には、隣接する光学曲面２ａのピッチ方向（第８
図の左右方向）への素材の変位量が多くなり過ぎ、光学
曲面２ａを形成するための複数の型の凹部内にガラス材
が十分に充填されず、成形が極めて困難となる。

これに対して、成形の容易なプラスチック素材により上
記光学曲面を形成すればよいとも考えられるが、この場
合には隣接する光学曲面２ａのピッチ間隔が周囲の温度
変化によって著しく増減変化し、前記発光素子との距離
が大きく変化することになって良好なカップリング特性
を得ることができず、実用にはならないという重大な欠
点があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、複眼レ
ンズ方式の光学素子をプレス作業にて製造することがで
き、複数の光学曲面を高精度に成形できるようにした光
学素子の製造方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、複数の球面または非球面形状の光学曲面を備
えた光学素子を製造する方法において、 軟化させた光学素材の一方の面全域に当接する第１の金
型と、この第１の金型に対向し光学素材に対し前記複数
の光学曲面が形成されるそれぞれの部分に当接する内側
金型ならびにこの内側金型の周囲にて前記光学素材に当
接する外側金型とを有する第２の金型とを使用し、軟化
された光学素材を第１と第２の金型により加圧する際に
第２の金型におりる内側金型と外側金型とを異なる圧力
または異なるストロークを得るように別々に加圧し、前
記第１の金型と前記内側金型の少なくとも一方に形成さ
れた複数の凹曲面により前記複数の光学曲面を成形する
ことを特徴とするものである。

また本発明は、複数の球面形状の光学曲面を備えた光学
素子を製造する方法において、軟化させた光学素材の一
方の面全域に当接する第１の金型と、この第１の金型に
対向し光学素材に対し前記複数の光学曲面のそれぞれを
囲む形状の複数の筒体が組み合わされた内側金型ならび
にこの内側金型の周囲にて前記光学素材に当接する外側
金型とを有する第２の金型とを使用し、軟化された光学
素材を第１と第２の金型により加圧する際に第２の金型
における内側金型と外側金型とを異なる圧力または異な
るスｌ−ロークを得るように別々に加圧し、前記内側金
型の筒体内方へ光学素材を膨出させて前記複数の光学曲
面を成形することを特徴とするものである。

［作　用］ 上記の構成を備えた本発明の作用について説明する。

請求項１記載の光学素子の製造方法では、光学素材が第
１の金型と第２の金型との間に投入されて軟化されると
、両金型により押圧される。この抑圧にともなって、第
１の金型側または第２の金型側に形成された凹曲面内に
光学素材が充填されてこの曲部形状とほぼ等しい光学曲
面が形成される。この場合、例えば内側金型による押圧
力を外側金型により光学素材を押圧する力よりも大きく
設定することにより、前記凹曲面内に軟化した光学素材
が十分に充填されることになる。これにより、小型の光
学素子であっても複数の光学曲面が高精度に成形できる
。

また、請求項２記載の光学素子の製造方法で（」、軟化
させた光学素材を第１．第２の金型の間に介装して押圧
する。この場合、第２の金型ては内側金型と外側金型の
加圧力または抑圧ストロクを変え、内側金型の中空部内
へ光学材料を膨出させ、これにより複数の光学曲面を形
成する。

［実施例］ 以下、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は一実施例としての光学素子製造装置の要部を示
す斜視図、第２図（Ａ１．（Ｂ）は第２の金型の平面図
である。

第１図から第３図（Ｃ）に示す光学素子の製造装置５は
、図示下側に位置する第１の金型１０と、上方に位置す
る第２の金型１１ならびに第１と第２の金型１０と］１
が挿通される胴型１５とから構成されている。

前記第１の金型１０は、その上面に平面状の抑圧支持面
１０ａとその平面内に位置する複数の凹曲面１０ｂを有
している。凹曲面１０ｂは、光学素子６の球面または非
球面の光学曲面６ａを形成するためのものであり、その
形状は光学曲面６ａに一致する凹曲面である。

第２の金型１１は、内側金型１２と、この内側金型１２
が相対移動自在に挿通されている外側金型１３とからな
る。内側金型１２には、光学素子６の光学曲面６ａの形
成位置にてガラス素材を押圧する加圧面１２ａが下面に
形成されている。また外側金型１３の下面には、前記光
学曲面６ａが形成される位置の周囲にてガラス素材を押
圧する加圧面１３ａが形成されている。

前記第２の金型１１では、内側金型１２の加圧面１２ａ
によりガラス材料を他の部分と異なる圧力またはストロ
ークにて押圧するようになっている。第２図（Ａ）は内
側金型１２の形状と外側金型１３の形状との関係を平面
図にて示している。

この内側金型１２の形状としては種々のものが考えられ
るにの実施例では第２図（７°＼）にて実線で示す形状
の内側金型が使用されている。この内側金型１２け、第
１の金型１０の凹曲面１０ｂの外形形状よりもやや大き
い同心円の円柱が並べられた形状になっている。なおこ
の内側金型１２の変形例としては、第２図（Ａ）にて破
線１２Ａで示すように、第】の金型１０の凹曲面１０ｂ
の外形形状よりもやや小さい同心円の円柱が並べられて
いるものであってもよい。第２図（Ｂ）はさらに他の変
形例を示している。この変形例による内側金型１２Ｂは
、周縁に楕円曲線αを加えた外形形状であり、しかも第
１の金型１０の凹曲面１０ｂよりもやや大きい面積の加
圧面１２ａを有している。この変形例では周縁に楕円曲
線αを加えているため、βの部分でガラス素材が（イ）
方向へ逃げあるいは（ロ）方向へ逃げることなく、凹曲
面１０　ｂ内にガラス材料が均一に送り込まれるように
、加圧面１２ａの形状に工夫がなされているものである
。

次に上記装置を使用した光学素子６の成形方法を説明す
る。

光学素材（以下、ガラス材第１ともいう）Ｇば、第１の
金型１０と第２の金型ならびに胴型〕１０で囲まれるキ
ャビティ内に予熱された状態で供給される。胴型１５は
加熱体として機能し、その外周に設けられた高周波誘導
コイルなどにより加熱され、ガラス材料Ｇが加熱される
。この加熱温度管理によりガラス材料Ｇならびに各金型
の温度が所定の温度、例えば金型温度がガラス転移点以
上ガラス屈伏点以下、ガラス材料Ｇがガラス軟化点以上
の所定温度となったときに、胴型１５内で第１の金型１
０と第２の金型１１とでガラス材料Ｇを加圧する。

このとき、第２の金型１１では、内側金型１２と外側金
型１３とを別々の圧力または加圧ストロークにて駆動で
きるようにする。第３図（Ａ）。

（Ｅｌ、（Ｃ）は、内側金型１２と外側金型１３との加
圧動作の一例を示している。

前述のようにガラス材料Ｇならびに金型の加熱により、
第３図（Ｂ）に示すようにガラス材料Ｇがガラス軟化点
以上の所定温度まで昇温された時点から、第２の金型１
１が下降移動されてガラス材料Ｇを加圧する。これによ
りガラス材料Ｇがキャビティ内で、−゛第１の金型１０
の押圧支持面１０ａと第２の金型１１の外側金型１３の
加圧面１３ａと胴型１５とにより拘束されて加圧される
。このとき第２の金型の内側金型１２を外側金型１３よ
りも大きい圧力により加圧することにより第１の金型ｌ
Ｏの凹曲面１０ｂ周囲のガラス材料Ｇが凹曲面１０ｂ内
に追い込まれ、凹曲面１０ｂ内にガラス材料Ｇが十分に
充填されて、前記第１図に示すような光学曲面６ａが形
成される。

なおガラス材料の外周は胴型１５にて拘束され、第１図
に示すように部分円板形状の光学素子６の外形が形成さ
れる。

そしてガラス材料Ｇがガラス転移点以下の所定温度まで
冷却するまでそのまま保圧する。その後、保圧を解除し
て金型１０と１１を分離し、第１図に示すような複眼レ
ンズの光学素子６が完成する。

上述した製造方法によれば、厚み寸法がたとえ０．１ｍ
ｍないし１００闘程度の厚み寸法であって、しかも隣接
する光学曲面６ａの光軸間のピッチが１２５μｍないし
５００μｍ程度の微小サイズものでも、内側金型１２の
加圧面１２ａによって凹曲面部分を局部的に押圧するこ
とができるので、凹曲面内にガラス材料を十分に充填さ
せることができる。このため、容易に光学素子を製造す
ることができる。

なお内側金型１２と外側金型１３の押圧力の相違ならび
に加圧ストロークの相違は、光学曲面６ａの形状、大き
さ、ピッチなどに応じて任意に設定される。

さお第２図（Ａ）において破線１２Ａで示す内側金型を
使用した場合には、光学曲面６ａの外形寸法内で破線１
２Ａの部分にて段差が形成されるため、レンズとしての
有効径は１２Ａで示す直径内に限定される。

なお、図の実施例では、第１の金型１０に凹曲面１．Ｏ
ｂが形成されているが、第２の金型の内側金型１２の下
面に光学曲面を形成するための凹曲面が形成されていて
もよく、または第１の金型１０と内側金型１２の両方に
凹曲面が形成されていてもよい。これによりメニスカス
レンズや両凸レンズ等を形成するようにしてもよい。こ
の場合であっても前記実施例と同様の効果を得ることが
できる。

第４図は本発明の第２実施例による光学素子の製造方法
に使用される製造装置を示す断面図である。この製造装
置により第１図に示すのと同様の光学素子６が製造でき
る。

第４図において、２０は第１の金型であり、その上面に
押圧支持面２０ａが形成されている。符号２１は第２の
金型であり、内側金型２２と外側金型２３とから構成さ
れている。また符号２５は胴型である。

第５図は、第２の金型の底面図である。この第２の金型
は、筒体が組み合わされた形状の内側金型２２が外側金
型２３に相対動作できるように嵌装されている。内側金
型２２の下部にはリング状の成形縁部２２ａが設けられ
、外側金型２３にはその外周を押圧する加圧面２３ａが
設けられている。なお図の実施例では、第５図に示すよ
うに、成形縁部２２ａの内周２２ｂの形状が真円で外周
２２ｃがやや楕円を組み合わせた形状となっている。こ
の実施例では内側金型２２の中空部γ内にガラス材料Ｇ
を膨出さセで光学曲面を得るものであるが、このとき各
中空部γ内に膨出するガラス材料Ｇの体積を一定にし、
また中空部γ内で第５図の左右方向と上下刃向とて異な
る引きつけ力が牛して中空部γ内に膨出したガラス材料
が歪まないように前記成形縁部２２ａの形状を設定した
ものである。ずなわち成形縁部２２ａの外周２２ｃを楕
円を加味した形状にすることにより、β部分においてガ
ラス材料の逃りなどが生しないようにしたものである。

」−記成形縁部２２ａの形状は、材料の性質や背径され
る光学曲面の形状に応して自由に変λることかでき、例
えば第７図に示すように、鋭角なエツジ形状の成形縁部
２２ａにしてもよい。

以上の構成を備えた製造装置を用いた光学素子６の製造
方法について第６図を参照して説明すまず第１の金型２
０と第２の金型２〕ならびに側型２５内にガラス材料Ｇ
を供給して加熱する。

この加熱に伴う温度上昇は、各金型に取り伺けた温度セ
ンサ（図示しない）により検出されるようになっている
。この温度検出により、第１．第２の金型２０．２１な
らびにガラス材料Ｇが所定の温度、例えばガラス材料Ｇ
がガラス転移点以上の温度となったときに、第１と第２
の金型でガラス材料を加圧するが、このとき第２の金型
２１では内側金型２２と外側金型２３を異なる圧力また
はストロークで加圧する。

例えば、最初に外側金型２３の加圧面２３ａとと第１の
金型２０の抑圧支持面２０ａとでガラ２、材料Ｇを加圧
した後、内側金型２２を加圧し、ガラス材料中空部γ内
に膨出させて、光学曲面６ａを形成する。ここで外側金
型２３にてガラス材料Ｇの周囲を加圧した後に内側金型
２２を加圧することにより、ガラス材料Ｇは内側金型２
２の中空部γ内に均一に膨出することになり、その表面
張力により球面形状の光学曲面が形成される。

またリング状の成形縁部２２ａの組み合わせにより、光
学曲面を隣接して成形できるようになる。

ここで第５図に示す成形縁部２２　ａを使用すれば、中
空部γ内に引きっけや偏りのない材料の膨出を実現でき
、第７図に示すエツジ状の成形縁部２２ａを使用すれば
レンズとしての無効部の少ない光学曲面を隣接して形成
することができるようになる。

なお内側金型２２と外側金型２３の加圧力の差やストロ
ークの違いは、成形される光学曲面の大きさ、ピッチな
らびに材料の性質などに応じて決定される。

なお、前記各実施例では光学曲面がいずれも直線的に配
列されたものを例示したが、リング状に配列したものや
二本の平行な直線上にそれぞれ配列されたもの等であっ
てもよい。この場合であつ又も前記各実施例と同様の効
果を得ることができ］　６ ［発明の効果］ 請求項１又は２に記載の本発明によれば、温度変化に影
響されに＜＜、光学曲面が微小サイズであっても容易に
その成形が可能な光学素子の製造方法の提供ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例としての光学素子製造装置の要部を拡
大して示す斜視図、第２図（Ａ１．（Ｂ）は第１図に示
す第２の金型の詳細を示す平面図、第３図（Ａ）乃至（
Ｃ）は製造工程を示す説明図、第４図は他の一製造方法
に用いられる製造装置の断面図、第５図は第４図に示す
第２の金型の底面図、第６図は製造方法を示す説明図、
第７図は内側金型の他の例を示す拡大断面図、第８図（
Ａ）、（Ｂ）は複数の光学曲面を備えた光学素子の正面
図と下面図である。 ６・・・光学素子、６ａ・・光学曲面、１０・・第１の
金型、１０ｂ・・・凹曲面、１１．２１・・・第２の金
型、１２．２２・・内側金型、１３．２３・・外側の金
型。 区 区 １４３−一 区 区 区 ト 区 （Ｂ） 、、ｆｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の球面または非球面形状の光学曲面を備えた光
   学素子を製造する方法において、軟化させた光学素材の
   一方の面全域に当接する第１の金型と、この第１の金型
   に対向し光学素材に対し前記複数の光学曲面が形成され
   るそれぞれの部分に当接する内側金型ならびにこの内側
   金型の周囲にて前記光学素材に当接する外側金型とを有
   する第２の金型とを使用し、軟化された光学素材を第１
   と第２の金型により加圧する際に第２の金型における内
   側金型と外側金型とを異なる圧力または異なるストロー
   クを得るように別々に加圧し、前記第１の金型と前記内
   側金型の少なくとも一方に形成された複数の凹曲面によ
   り前記複数の光学曲面を成形することを特徴とする光学
   素子の製造方法 ２、複数の球面形状の光学曲面を備えた光学素子を製造
   する方法において、軟化させた光学素材の一方の面全域
   に当接する第１の金型と、この第１の金型に対向し光学
   素材に対し前記複数の光学曲面のそれぞれを囲む形状の
   複数の筒体が組み合わされた内側金型ならびにこの内側
   金型の周囲にて前記光学素材に当接する外側金型とを有
   する第２の金型とを使用し、軟化された光学素材を第１
   と第２の金型により加圧する際に第２の金型における内
   側金型と外側金型とを異なる圧力または異なるストロー
   クを得るように別々に加圧し、前記内側金型の筒体内方
   へ光学素材を膨出させて前記複数の光学曲面を成形する
   ことを特徴とする光学素子の製造方法