TWI279605B

TWI279605B - Optical component with holder and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TWI279605B
Application number: TW094101807A
Authority: TW
Inventors: Hiroyuki Tanaka
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2007-04-21
Also published as: JP2005208330A; CN1645166A; US20050162758A1; US7204649B2; CN100378471C; TW200533975A

Description

1279605 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於一種具有支座的光學組件，其係藉由將使用於光學通訊、光學資訊讀取等技術領域中之光學元件固定至一支座，以及特別是有關於具有藉由鑄造方法製造支座的光學組件。【先前技術】

雖然眾所皆知鏡片係用於光學通訊、光學資訊讀取等技術領域，一般而言這些鏡片大多數係用於事先固定於鏡片支座上。雖然有提供多種這些鏡片固定的方法，但特別的是如眾所皆知之一技術是當將一原材料玻璃壓裝於金屬鏡片支座之内側時，同時將其以球形或非球形形態鑄造，及整合該鏡片與支座（例如請參照曰本專利公告號第JP Η 0 3 _ 2 6 5 5 2 9 A或日本專利公告號第J Ρ Η 0 3 - 2 3 7 4 0 8 A )。此方法係比施加金屬薄膜至單一片鏡片之外圍，且藉由金屬焊接將單一片鏡片固定於支座上，或藉由以低熔點玻璃等來密封而黏著單一片鏡片與支座來的簡單，以及可實現在鏡片與支座間之低成本之高準確的固定。揭示於日本專利公告號第J P Η 0 3 - 2 6 5 5 2 9 A中之技術，突出部分係被提供於在鏡片支座之通孔的内圍表面上，球狀玻璃原材料係支撐在此突出部分上，且在此情況下，此玻璃原材料則被加熱與鑄模。同時地，玻璃係為壓裝於包括突出部分之内圍表面，藉以達成以鑄造來形成鏡片表面形狀與固定至支座。同時，在日本專利公告號第J P Η 0 3 - 2 3 7 4 0 8 A中，所使用之技術係為提供保持部分來代替突出部分，以支撐在保持 5 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 部分上之板狀玻璃原材料，且類似於此案例之日本專利公告號第JP H03-265529A，同時地具有藉由鑄造所形成之表面，壓裝鏡片於支座之内圍表面，以及在内圍表面與保持部分之間的階梯部分。然而，在此方法與架構中，藉由鏡片支座之内圍表面之突出部分的陡峭點鑄造所完成之鏡片内側將產生不均勻内部應力。當内部的應力產生於例如是鏡片的透射光學組件内側時，偏光特性因而變得不均勻，且其無法使用於特別需要偏光保持的模組中。

另外在鑄造期間，形成突出部分之結果，玻璃原材料之部分係突出於鑄模的外部，且會造成碎屑。然而，此不均勻突出所造成諸如碎屑的缺陷，可根據日本專利公告號第 J P 2 0 0 2 - 6 8 1 9 A所述，係藉由形成不同於上述突出部分在内圍表面上鄰近於鏡片支座之一開口部分的一環狀突出物來排除此缺陷。然而，此鏡片支座的形狀是複雜的，且也會增加處理成本。此外，其必須藉由上部金屬的沖模來使環狀突出物變形以用於鑄造，且其在藉由主要由易碎材料或陶瓷所製成之昂貴的金屬鑄模來使金屬組件之零件變形的技術是非常困難的。另一方面，以及在日本專利公告號第JP H03-237408A 中，在保持部分與内表面之間的階梯部分上形成一點，而不均勻内部的應力亦類似地產生，且此可能在鏡片之邊緣部分造成碎屑。另外，在上述相關技藝中，其必須將鏡片支座與玻璃原材料之熱膨脹係數匹配（在上述參考文件中，鏡片支座之熱膨脹係數係製作成稍微大於玻璃原材料之熱膨脹係 6 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 數）。雖然在熱膨脹係數之匹配是相當重要的，而在鏡片支座之體積與玻璃原材料之體積的匹配也是同樣重要的。然而，如果突出物與複雜的結構存在於鏡片支座之内圍表面上，也存在一問題，使得體積的匹配則無法輕易達到。【發明内容】因此，本發明係為了解決上述相關技術之問題而完成，且其之目的在提供一種具有支座之光學組件與製造方法，其中在鑄造所發生之不均勻内部的應力將變小，且碎屑的發生也會變小。

本發明為一種具有支座之光學組件，藉由鑄造玻璃時所提供之光學元件係為固定於支座之通孔内側。如本發明之手段，首先，係為先固定於光學元件上，從而使突出來圍繞有效部分之板狀周邊邊緣部分具有光學功能，且為由有效部分從外側所提供。而且，在支座之通孔的部分上，其係提供區段形狀在軸方向沒有改變的直圓柱部分。然後，周邊部分之外圓周係牢固地安裝於通孔之圓柱部分的内圓周表面以圍繞整個圓周。藉由將光學元件壓裝於支座之圓柱内圓周表面，其可避免在光學元件内側發生不均勻内部的應力，也可避免碎屑等的發生，且也可克服偏光特性中的問題。另外，藉由壓裝光學元件來圍繞支座之通孔之内圓周表面的整個圓周，可確保在支座與光學元件之間的氣密性。另外，值得令人注意的是，係在一方向垂直於光學元件之光學軸心，光學元件之有效零部分的區段形狀與周邊部分之外圓周的區段形狀均被做成圓形，且直徑分別為D e與 D，而D與De之間的差異係為0.3毫米（mm)或更多。 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807

1279605 藉由滿足上述情況，例如是鏡片之圓形光學元件的部分可以被穩固地鑄模。 ^ 而且 > 值得令人注意的是，周邊部分之厚度A在光心之方向與相同部分之外圓周之直徑D之比A / D係為0. 更多，厚度A與光學元件之最大厚度Th之比A/Th係為0 更多。另外，光學元件之周邊部分具有由垂直於光學軸心數個平面與平行於光學軸心之一外圓周表面所組成面，且值得令人注意的是，與外圓周表面相交之由平 φ 組成之表面的轉角部分係被處理成是圓的轉角，以及做成曲率R的半徑（單位：mm )，其中周邊部分在光學方向的厚度為A(mm)，而其範圍在〇. 1 $ RS (A - 0· 25)/2。或者，亦可由此來製作其之曲率R (單位：mm)的半其中光學元件之有效部分與周邊部分之外圓周的直徑是De與D (單位皆為mm)，而其範圍在 0. 1 S RS (D-De)/ 2 - 0. 0 2 5。藉由提供在光學元件之周邊部分之外圓周的修整上述情況壓裝於支座，可以有效避免光學元件之邊緣之碎屑等的發生。另外，支座之線性膨脹係數係大於光學元件之玻璃料的線性膨脹係數，且彼此間之一差異係在於2 0 X 1 0 或更少。從而，為顧及到在鑄造過程中的加熱與冷卻可避免過度巨大應力被施加於光學元件上及反之的不的緊固卡合。光學元件係為提供作為鏡片，特別是非球面的凸 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 有效學軸 25或 .5或之多之表面所從而軸心徑，分別來以部分原材 *7/°C ，其充足透鏡 1279605 片。因此，支座-結合鏡片具有一架構，其中鏡片係為壓裝於支座之圓柱直孔部分的内圓周表面。與支座之通孔相連之鏡片已被固定，且已提供插著與固定有一半導體光學元件的圓柱部分，此半導體光學元件係氣密地密封於圓柱部分中。而且，測定在鏡片與半導體光學元件的一距離，以便可藉由半導體光學元件聚光或準直所射出的光，或藉由半導體光學元件聚光或準直所接收的光。

因此，可以提供由各種類型之半導體光學元件與鏡片所結合而成之光學組件。至於具有支座之光學組件的製造方法，本發明係使用以下之手段來實現。其係提供一通孔而進入之支座，且具有在軸方向區段形狀至少部分地未改變的直圓柱部分，且插著一對鑄模，以便相對於通孔的兩側，而在一形成空間中壓模玻璃原材料。從而使光學元件具有突出來圍繞具有光學功能之有效部分的板狀周邊部分，從有效部分之外側形成，以及其之外圓周係牢固地安裝於支座之通孔之圓柱部分之内圓周表面，以圍繞整個圓周。藉由此一方法，藉由同時地形成光學元件與將光學元件壓裝於支座之圓柱内圓周表面，可避免光學元件内側之不均勻内部應力的發生與碎屑等的發生。另外，藉由壓裝光學元件來圍繞支座之通孔之内圓周表面的整個圓周，可確保在支座與光學元件之間的氣密性。此時，藉由提供鑄模如此之鑄造表面之並無接觸支座的部分或鑄模存在於光學元件鑄模之周邊部分中時，在此點 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 的時候，即完成壓模，且用於支座之通孔之圓柱部分之内直徑的變動為藉由改變光學元件之邊緣部分之部分的形、狀，其中係在一預定範圍内不接觸支座或鑄模，而此填充玻璃原材料之體積則保持在一恆定數量。特別的是，周邊部分之部分在未接觸支座或鑄模之處係圍繞轉角部分之轉角部分，其由平面所組成之表面係與周邊部分之外圓周表面相交，而由此改變曲率之半徑。如果所欲填充之玻璃原材料之體積是不適當的情況下，在光學元件之鑄造期間可能造成過度巨大應力的發 φ 生、鑄造失敗或附著於支座的失敗。雖然具有鏡片表面之部分的形狀無法改變，如果沒有接觸支座或鑄模的部分被留在周邊部分中，則部分可在形狀上作某些延伸的改變，藉由利用這些部分可避免如上所述之當裝填玻璃原材料之體積保持在一恆定數量時所發生的問題。而且，類似於具有支座之光學組件的製造方法，值得令人注意的是藉由第一機械手段將支座保持在相對於其他任一鑄模之一預定位置，以及當壓模完成時，可藉由第二機械手段在一預定值量測鑄模之間的距離。

藉由這樣的機械手段，可以準確地測定在鑄造於支座内側之特有的表現的光學元件的位置，而不需使用電子控制手段等。如上述本發明可知，藉由根據線性膨脹係數之關係適當地選擇玻璃原材料與支座材料，以及從而根據壓裝内圓周表面與準確之形狀適當地設定玻璃原材料之體積，可使具有支座之光學組件其具有較少殘留的内部應力，因而使其偏光特性變得優異，其中在光學元件之邊緣部分幾乎不產 10 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 生碎屑或龜裂，且可提供相當好的氣密性。而且，藉由以一半導體光學元件與這些作結合，其還可輕易的實現提供 . 可靠性優異之小尺寸之光學組件。本發明之其他目的及優點由隨後之詳細說明及隨附之圖式當可更力口明白。【實施方式】如本發明之具有支座之光學組件之最佳具體例，以下，係以將玻璃鑄模非球面鏡片固定於金屬鏡片支座為例作說明。然而，本發明之具體例自不以此為限。另外，在本發 φ 明中，各種鏡片的類型可以廣泛地應用於具有支座之光學組件，其中各種類型之光學元件可以藉由鑄造來製造，諸如曲面反射鏡與稜鏡可被使用當其固定於具有通孔之支座時0 (鏡片形狀設計）

圖1係為本發明之固定非球面鏡片1 0於金屬鏡片支座2 0 之部分視圖，其包括鏡片之光學軸心1 5。圖2係為只有非球面鏡片1 0的部分視圖，其相似地包括鏡片之光學軸心1 5，且圖3 A與3 B係為非球面鏡片的外形視圖。另外，圖4係為金屬鏡片支座2 0之部分視圖。如鏡片的外部類型，在與光學軸心1 5垂直之一方向的部分是圓形的，光線之折射表面（鏡片表面）的表面形狀係為根據使用之目的藉由光學設計軟體作最佳的設計。因此，鏡片表面10a與10b之形狀、鏡片厚度Th、鏡片直徑D、鏡片之有效直徑Dea與Deb、凹下量Za與Zb等等都是可以計算的。而關於此鏡片之部分尺寸的物理量係如圖2所示。此中，鏡片手段之有效直徑係為表示有效部分之直徑， 11 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 其中鏡片具有當光線穿透鏡片時之具光學功能的鏡片功效。在本發明之實施例中，一種情況係配置不同的折射功率之鏡片在鏡片表面之間。此有效直徑可以認為是藉由鑄造而變形成為一合意的形狀之一區域。由本發明人之實驗調查發現，值得令人想望的是有效直徑D e可以以有關鏡片直徑D之下列的關係式（1 )來表示。在此，D e係為D e a與D e b的較大值。 D e ( mm) ^ D ( mm ) -0.3 (1)

對此鏡片而言，被稱為扮演可以說是鏡片框功能之邊緣 1 2之部分係被提供。邊緣1 2係為提供在有效直徑部分外側之一似板狀部分，以便圍繞鏡片，且具有一固定厚度。如圖3 A所示，鏡片具有在鏡片表面外側之平面部分1 2 a及與此表面垂直相交之鏡片的最外側圓周表面12b。在鏡片形成後，係藉由邊緣1 2來進行附著、固定至支座或類似之動作。亦即，邊緣1 2之外圓周表面1 2 b係如圖4所示，為以固定之方式牢固地安裝於鏡片支座20之通孔22之内圓周表面24, 且達到如圖1所示之形式。另外，當鏡片單獨地藉由抓住周邊邊緣部分1 2操作時，其可避免例如灰塵與鏡片表面上之刮痕所發生的不便。如圖2或圖3A與3B所示，鏡片係為藉由一體成型鑄造同類玻璃原材料所製造，及以形狀而言，此係如圖5所示，其係可分成兩個部分16a與16b，且具有鏡片表面與邊緣12之部分。部分1 6 a與1 6 b包括具有如近乎球狀體之部分切割後形狀的實體之鏡片表面1 0 a與1 0 b (其係不是準確的球狀體，由於鏡片表面是非球面的），且邊緣12具有一圓盤形式與將外圓周轉角部分切成圓形轉角所形成。這些圓形轉 12 312XP/發明說明書(補件)/94·05/941018〇7 1279605 角的轉角部分係稱為修整1 4。由於邊緣12之外圓周表面12b係為壓裝於鏡片支座之内 . 圓周表面2 4的部分及因此支撐鏡片，其較佳的係為將厚度 A與修整1 4之曲率半徑設定為以下表示之範圍，以致於可認為鏡片為一穩定的剛體。藉由使用這些計算值來進行基本鏡片形狀的設計，可製造作為一穩定的剛體之鑄模鏡片。此已被實驗地發現其中 A/D- (K 25 ( 2 ) ^ 且可較佳地測得鏡片厚度係為T h ( m m )，而邊緣1 2之厚度A (mm)，以便滿足： A/Th ^0.5 ( 3 ) 另外，其可較佳的將修整1 4之曲率R ( in m )的半徑設定在一範圍内： 0. 1 ^ R ^ ( A-0.25) /2 (4) 關於邊緣厚度A，及關於鏡片直徑D與有效直徑De，其範圍為： 0.1 ^ R $ ( D-De ) / 2 - 0. 0 2 5 ( 5 )

其係以最佳的方式來判斷R，以便滿足表示式（4 )或（5 ) 之較狹窄的範圍。如果欲圖以未符合這些基本鏡片形狀之條件之尺寸設定製造一鑄模鏡片，結果壓裝強度降低及涉及例如是脫落與龜裂的不便。如圖4所示，鏡片支座20為用來支撐上述具有基本形狀之鏡片。用於嵌入與安裝鏡片之通孔22係設置於鏡片支座 2 0的主體中。鏡片係被固定，使得此通孔之一方向（總長 13 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 度Η )係與鏡片之光學軸心方向相符合。在此通孔中，内部圓周部分2 4係牢固地安裝於鏡片邊緣，且提供不管位置之 ^ 具有恆定的直徑D i之區段形狀之圓柱形式的部分。其較佳的部分除了圓柱形部分外，接近支座之表面處之部分還可以是一錐形形式，由於玻璃原材料可輕易地在鑄造之前被填充。然而，於通孔之内側提供未突出之部分等係為本發明的特徵之一。為將鑄模鏡片壓裝於鏡片支座之内圓周表面24成一體，其在鏡片體積與鏡片支座容積之間的關係必須是適當 φ 的。如果所填充之玻璃原材料的數量過多時，在鑄造時將發生突出等，且會發生鏡片碎屑等。另一方面，如果玻璃原材料之數量不足時，在鏡片與支座之間的附著也會變得不充足。同時，鏡片支座之通孔的直徑具有一加工容差與在支座之容積中之特定等級的不均勻。雖然玻璃原材料之體積可藉由重量作調整，但是不可能根據在支座之容積中的變動來對其調整。以下將說明一種即使在支座之容積存在不均勻時，還能用於保持以恆定數量裝填玻璃原材料之體積之

方法。為壓抑在一種類型之鏡片的光學特性之不均勻性，包括鏡片表面1 0 a與1 0 b之部分1 6 a與1 6 b的體積的誤差必須非常小。因此，該等部分1 6 a與1 6 b之體積將沒有調整餘地。另一方面，對邊緣12部分之體積而言，一固定容差是可接受的。如圖6 A至6 C所示，其係為邊緣部分1 2之體積變動概要視圖。如圖6 B與6 C所示，邊緣部分之體積係為根據修整1 4之曲率R之半徑的大小而改變，既然此部分在固定範圍 14 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807

1279605 之内的改變在鏡片之光學特性或支座之附著上不會發揮值的影響，故輕微的體積誤差是可以容忍的。，亦即，鏡片體積被量測，使得修整1 4之曲率半徑R在示式（4 )或（5 )的允許範圍内。藉由球狀玻璃原材料鑄造來製造本發明之鏡片將在以下作描述。因此，如果鑄造過程中，材料之收縮等是可被忽略的，則在鑄造之的鏡片與玻璃原材料之體積將被認為是相等的。另一方面，如果已知所使用之鏡片支座之通孔之内圓表面之内直徑尺寸的變動範圍，則可測得在鑄造後之鏡 φ 之體積的範圍，以便將鑄模鏡片壓裝於支座的内圓周面。在鑄造中，藉由填充在此類範圍内之體積的玻璃原料，即使鏡片支座之通孔的容積已改變，鏡片表面之形與在鏡片與鏡片支座的附著也不會改變。一般而言，鑄模之鑄造表面係提供存在於光學元件（片）鑄模之周邊部分中，如同沒有接觸支座或鑄模之部的形狀，而在此點，則為完成壓模。對於在支座之通孔圓柱部分之内直徑的變動而言，其係藉由將沒有接觸支或光學元件之周邊部分的鑄模或支座改變至在可允許的圍内，而裝填玻璃原材料之體積可保持在一恆定量。然而，支座的鑷造與壓裝過程係在變成原材料之玻璃變形點的溫度進行。因此，玻璃原材料與支座材料係為由它們的熱膨脹來改變體積。因而，如上所述，當玻璃材料之體積被調整時，熱膨脹的影響將不被列入考慮，在加熱或冷卻的過程中，可能發生諸如鏡片從支座接收度的巨大應力及龜裂與變形等或鏡片相對的無法固定於座的不便。 312XP/發明說明書(補件)/94·05/94101807 實表的在後周片表材狀鏡分之座範之藉原則過支 15 1279605 具體而言，由於在玻璃原材料與支座之間的收縮的差異主要是發生在冷卻期間，如果玻璃原材料之線性膨脹係數大於支座材料之線性膨脹係數，前者在收縮的程度上將會大於後者，且鏡片則無法充分地壓裝於支座之内圓周表面。另一方面，假如玻璃原材料之線性膨脹係數遠小於支座之線性膨脹係數，鏡片會因支座在冷卻期間變得過緊及殘留内部壓力，而發生在光學效能中之衰減的現象將集中在鏡片之偏光特性上，及另外會在鏡片的内部或表面發生龜裂。

因此，選擇用於鏡片與支座之原材料變得重要，以使兩者之線性膨脹係數保持一固定關係，其可藉由以下的表示式來具體表示。〇< (鏡片支座之線性膨脹係數_玻璃原材料之線性膨脹係數）S 20x1 (Γ7 ( /°C ) ( 8 ) 在一具體實施例中，係將線性膨脹係數為1 0 2 X 1 (Γ7 / °C的玻璃原材料當作鑄造材料來使用。至於一支座材料，係使用例如是S F 2 0 T或S U S 4 3 0的肥粒鐵不鏽鋼。滿足上表示式的線性膨脹係數分別為1 1 0 X 1 (Γ7 / °C與1 1 4 X 1 (Γ7 / °C。肥粒鐵不鏽鋼係為眾所皆知的自由切割的鋼，其係有利於加工的。 (鏡片製造方法）如圖7至圖9所示，為本發明在上述情況下之一具體例，用於製造一鏡片之鑄造裝置的概要視圖。圖7係為將活塞6 0 當成驅動部分之鑄造裝置的概要視圖。雖然圖式中省略，實際上，這些裝填玻璃原材料1 6的這些構件（鑄造單元）可放在具有氮氣氛圍之密閉空間，且以便安排控制溫度之加熱器接觸基部5 0。圖8係為鑄造單元之中央部分的放大視 16 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 圖，圖9係為繪示在鑄模進入鏡片1 0後，將玻璃原材料壓裝於支座20之内圓周表面的情況。 . 至於鑄造過程的程序，如圖7所示，將鏡片支座2 0插著於内部套管4 0之圓柱内側被處理成之形狀，例如是根據下部沖模3 4的架構。下部沖模3 4係為藉由内部套管4 0插著於鏡片支座2 0之通孔，且球狀玻璃原材料1 6為藉由通孔與下部沖模作裝填的方式作支撐。如圖9所示，階梯係為由在内部套管4 0之内部孔所提供，且藉由此階梯可測得有關下部沖模3 4之鏡片支座2 0的 # 位置S。藉由此機械手段，可適當地設定鏡片與鏡片支座的相對位置X。在此一方法中，將下部沖模3 4作夾擠調整成這樣，以與玻璃原材料1 6、上部沖模3 2插著於外套管4 6中。上部沖模 3 2可自由地在軸心方向内側滑進外套管4 6之圓柱通孔。

已完成其之裝配的構件係固定於被稱為基部5 0之階梯圓柱支撐基部上。而且，如圖7所示，在基部5 0上，例如是安裝一金屬或陶器蓋子52。藉由這些程序，係完成了包括鑄模與玻璃原材料的鑄造單元。藉由保持基部5 0，以便保持蓋子52之軸心方向在一垂直方向，以支撐鑄造單元，且此可以支撐在鑄造裝置中或將其取出。已被完成製備的鑄造單元係放在以填滿氮氣氛圍之密閉空間中，且藉由在一表面接觸基部之加熱器加熱至一預定溫度。此預定溫度係為表不玻璃原材料在沒有發生例如是龜裂的斷裂現象情況下，可被軟化成可鑄模情況的溫度，且其係根據玻璃原材料特性而測得。以氣壓溫度一般係在4 0 0 °C左右，且因此，為避免鑄造單元的氧化則必須保 17 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 持在氮氣氛圍。另外，由於如上所述之高溫度範圍，係為供給具有足夠堅硬來當作構造用材料與熱膨脹相對小的材料給上部沖模 3 2與下部沖模3 4，且另外，為了在鑄造後改善玻璃之鑄模可靠度的目的，如圖8所示，係為將鎢模離型薄膜施加至上與下轉換表面3 2 a與3 4 a的前面。在一實施例中，上部沖模 3 2與下部沖模3 4為藉由代表超級鋼材料的鎢碳化物作製造，且用於鑄模離型薄膜，主要可選擇鎢（W)-或鉻（Cr〇 -基之氧化物或氮化物材料。

在鑄造過程中，首先，在鑄造單元中之玻璃原材料1 6係在氮氣氛圍中加熱至預定溫度範圍以充分地將其軟化而變成不會引起玻璃之例如龜裂之斷裂現象的情況。其次，如圖7所示，上部沖模3 2在藉由箭頭所指之方向壓下，且藉由活塞6 0的使用可適當地控制壓力。藉由上部沖模3 2之鑄造操作的末端點可藉由鏡片設計之成為令人滿意的最佳的光學效能厚度Th測得。因此，如圖7所示，本實施例中，雖然藉由包括一操作模式之電腦等之活塞6 0之控制操作末端的方法，活塞6 0之上部的直徑係作成比蓋子5 2之直徑大，亦即提供活塞之上部與蓋子5 2之上部末端面接觸之時間點，作為鑄造操作之機械末端點。因此，藉由改變蓋子5 2之總高度，可以得到所希望之鏡片厚度Th。此方法具有諸如構造簡單與無複雜裝置控制之必要的優點。一種藉由活塞6 0達到適當的末端點的鑄造情況，玻璃原材料為藉由上部與下部沖模3 2與3 4之轉換表面3 2 a與3 4 a作鑄模，且外部展開的玻璃原材料係為壓裝於鏡片支座2 0之 18 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 内圓周表面，藉以得到如圖9概要視圖所示之鏡片1 0的最後形狀。如上述，藉由調整相對於下部沖模3 4之鏡片支座之位置S與藉由在鑄造單元中之内部套管4 0之内側之階梯，其在鏡片與鏡片支座之軸心方向中之相對位置X係也是相當牢固的。

在此，係為處理上部沖模3 2與下部沖模3 4之鑄造表面的形狀，以便可以正確的轉換所設計之鏡片表面1 0 a與1 0 b，與以致於周邊部分1 2之平面部分係形成於這些鏡片表面之外側。如圖9所示，當鑄造完成時，縫隙存在於上部沖模3 2 及下部沖模34之鑄造表面與鏡片支座20之通孔的内圓周表面之間。由此，可提供沒有接觸上部與下部鑄模之鏡片支座或鑄造表面的内圓周表面的部分在鎢模鏡片之表面上。如圖9所示，鑄造單元包括鏡片10，其中當保持「壓模」之情況時，用於以鏡片支座來完成鑄造與壓裝的組成之鏡片可以自鑄造裝置取出，以及充分地冷卻。之後，可自鑄造單元取出結合有鏡片支座2 0之鏡片1 0，藉以得到如圖1 所示之在一形狀中之具有之支座的非球面鏡片。鎢造裝置之結構並不以上述之實施例為限。一般而言，藉由提供一機械手段來保持支座在相對於其他任一鑄模之一預定位置，以及當壓模完成時，提供機械手段在一預定值來量測鑄模兩者之間的距離。在鏡片支座内之光學軸心方向中，可以優異的再現性測得鏡片形狀與鏡片之位置。藉由機械手段所完成之定位，其可在不增加例如電腦控制的複雜裝置至鑄造裝置。 (實施例1 ) 以下所示係為本發明之一具體實施例。如圖2或圖3 A與 19 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 3 B所示，鏡片形狀基本上是相同的，且其係以如圖4所示之一形狀而固定於鏡片支座上。以下，將描述本實施例中之鏡片形狀與鏡片支座形狀。就非球面鏡片之形狀而言，凹下量Z可藉由從鏡片中心至半徑距離r的多項表示式來表示： Z = T h + a r2 + b r4 + c r6 + dr8，與非球面係數a、b、c與d則為如表1所提供之值。另外，鏡片支座之各自部分的尺寸與處理容差則如表2 所示。

當鏡片為玻璃原材料時，係將線性膨脹係數為1 0 2 X 1 (Γ7 / °C之玻璃處理成球形，且使用它。至於鏡片支座材料，則使用肥粒鐵不鏽鋼之S F 2 0 T。其線性膨脹係數為1 1 0 X 1 (Γ7 / °C 。為了製造上述說明之鏡片，則測得填充玻璃原材料之體積。由於De=Dea=1.54mm、 D=1.985mm (所考慮之鏡片支座之通孔内直徑之容差為如表2所示）、D-De = 0. 445mm，此將滿足表示式（1 )之情況。當將這些值取代而用於表示式（4 )與表示式（5 )，則可得到R的兩個範圍。由表示式（4)可得，O.l^RSO. 2 3 9mm 由表示式（5)可得，0.1SRS0.198mm 這些值中，藉由選擇較狹窄範圍，可測得如0 . 1 S R S 0.198mm的R的範圍。如果鏡片之邊緣的外圓周表面12b與鏡片支座之内圓周表面2 4係牢固地安裝，則邊緣部分之體積V k可以藉由D、A 與R表示成： 20 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605

Vk (mm3) =4ttR3/3 + 2^R{(D-2R) /2}2+^2{(D-2R) /2 } R2+ 7Γ ( D/2 ) 2( A - 2R) ( 6 ) 在上述之R的範圍，當藉由上述表示式（6 )測得邊緣部分之體積Vk在容差範圍Di之内時，其可自所示之表3得到。另一方面，可提供鏡片部分16a與16b之體積如Va與 Vb，整體鏡片之體積V可由下列表示式所提供： V = Va + Vb + Vk ( 7 ) 當鏡片表面部分16a與16b之體積Va與Vb可在如表1所示之形狀的基準上作計算，

Vb = 0. 063mm3

如上所述，當藉由表示式（7)計算鏡片體積V時，可獲得如表4所示之值。從而，當通孔之内直徑Di = l. 985mm時，玻璃原材料之體積在2. 530至2. 604mm3的一範圍内，而當 Di = 1.995mm時，其範圍在2.552至2.6271111113。因此，如果由於在所使用鏡片支座之通孔内直徑的容差所導致之體積誤差藉由修正之曲率的半徑而忽略的話，其可充分選擇上述範圍的重疊部分，亦即2 . 5 5至2 . 6 0 m m3的範圍。球狀玻璃原材料之實際體積可簡單地藉由量測其重量及除以其比重而測得。 21 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605

(表1 ) 鏡片表面1 0 a 鏡片表面1 0 b 鏡片厚度Th 1 . 2 非球面的係數a 0.6985 -0. 2857 非球面的係數b 0. 0198 0.0374 非球面的係數C -0. 2276 -0.0935 非球面的係數d 0.3875 -0.1185 有效直徑 Dea=l. 54mm Deb=l.22mm 凹下量Z Za=0. 366mm Zb=0.106mm 邊緣厚度A 0. 728mm 注意：Z=Th + ar2 + br4 + cr6 + dr8 (表2) 單位 • mm 中央值容差鏡片支座直徑Do 3 ±0.02 通孔内直徑 Di 1 · 99 ±0.005 通孔長度 h 0. 75 ±0.1 鏡片支座長度Η 1 . 3 ±0.05 (表3) 邊緣部分體積Vk ( mm3 ) 通孑L内直徑Di (mm) 1.985 1.995 曲率R ( m m ) 之修正半徑 0.100 2.226 2.249 0.198 2.215 2.174 (表4) 邊緣部分體彩 i (mm3) 通孔内直徑D i ( mm ) 1.985 1.995 曲率R ( m m ) 0.100 2.604 2.627 之修正半徑 0.198 2.530 2.552 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 22

1279605 (實施例2 ) 在本實施例中，如圖1 0所示之光學組件，其中固定於 . 座1 0 0之鏡片1 0基本上具有如上面實施例1所述相同的形係被製造。雖然其上固定有鏡片1 0之鏡片支座部分1 2 0係有如實施例1之相同結構，此支座1 0 0所不同的是，在其部部分，圓柱部分1 2 2具有較大的内直徑。藉由設計與製造此一光學組件，如圖1 1或圖1 2所示，中能提供半導體雷射晶片7 0與鏡片作結合之一光學元件晶片70係為黏接於基部72上’且在晶片上之電極與導線 Φ 相連接。在基部7 2之表面上，鏡片支座之直圓柱部分1 係為如圖1 0所示作遮蓋之鏡片，且其之接觸點7 6係因而接等而氣密地密封。在習知技術中，諸如氦之惰性氣體為填充於圓柱部分之内側的中空部分1 2 4中。從此，圖之鏡片110係設計為當作具有無限共軛比（inf ini conjugate ratio)的鏡片，以便從半導體雷射射出準光，光在射出鏡片11 0後則變成平行光束9 0。在圖1 2的實施例中，鏡片2 1 0係設計為當作具有單元軛比之鏡片，以便聚光從半導體雷射射出之光。在本實例中，例如，會聚光光束9 2可以連接至光纖8 0。另外，晶片7 0並不限制於是半導體雷射，且也可以是一發光元件，例如是發光二極體、超冷光二極體等。另夕丨其可是光接收元件。在光接收元件之實施例中，外側之行光可以聚光在光接收晶片上或從光纖射出之發散光可在光接收晶片上。另外，使用其光接收區域廣的元件可為準直光的入射。在此，如上所述，一般來說，惰性氣體係填充於中空 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 支狀具下其〇 7 4 22 焊係 11 t e 直共施另平以作部 23 1279605 分1 2 4内，且此係可用於保護來自外部環境之内部的光射出 /光接收晶片與避免氧化的目的而實施。在就本發明之光學 . 組件而言，由於鏡片從此不需施加過度的壓力在鏡片支座之内圓周表面來作壓裝與結合，而有良好的氣密性，且藉由牢固的氣密鏡片支座之圓柱部分1 2 2與基部7 2，其可輕易的達成完全地將光射出/光接收晶片自外部環境隔離的情況。雖然，在上述之具體例與實施例中，光學組件中之非球面凸透鏡片為與鏡片支座例如是作結合，而在本發明中自 φ 當不以此為限。此鏡片可以是球面的鏡片，且也可以是凸透鏡片或凹面鏡片。另外，其可能是如夫瑞奈（Fresnel) 鏡片的繞射光學元件。另外，在本發明可以廣泛地應用於光學組件的各種類型，另外對於鏡片，可以藉由鑄造所形成之光學元件的各種類型，可使用如曲面反射鏡與稜鏡而將其固定於支座上。【圖式簡單說明】

圖1為本發明之具體例之具有鏡片支座之鑄模鏡片的部分視圖。圖2為本發明之鑄模鏡片的部分視圖。圖3 A與3 B為本發明之鑄模鏡片的外形視圖。圖4為本發明之鏡片支座的部分視圖。圖5為本發明之鏡片部分的解說圖。圖6 A、6 B與6 C為本發明之鏡片之周邊部分之形狀的部分示意圖。圖7為本發明之用於製造具有鏡片支座之鑄模鏡片的裝置概要圖。 24 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 圖8為本發明之鑄造單元之中央部分的概要圖。圖9為本發明在鑄造完成後之情況示意圖。圖10為本發明之用於半導體光學元件之具有鏡片支座之鑄模鏡片的部分視圖。圖11為本發明之具有準直鏡片之半導體光學元件的部分視圖。圖12為本發明之具有聚光鏡片之半導體光學元件的部分視圖。【主要元件符號說明】 φ 1 0、1 1 0、2 1 0 10a、 10b 12 12a 12b 14 1 5 16 16a、 16b 鏡片鏡片表面邊緣平面部分外圓周表面修整光學軸心玻璃原材料部分

20 22 24 32 32a、 34a 34 40 46 鏡片支座通孔内部圓周部分上部沖模轉換表面下部沖模内部套管外套管 25 312XP/發明說明書(補件)/9^05/94101807 1279605

50 ^ 72 基部 52 蓋子 60 活塞 70 晶片 74 導線 7 6 接觸點 80 光纖 90 平行光束 92 會聚光光束 100 支座 120 鏡片支座部分 122 直圓柱部分 124 中空部分 A 厚度 D 直徑 D e a ^ Deb 有效直徑 Do 鏡片支座直徑 Di 通孔内直徑 H 鏡片支座長度 h 通孔長度 R 曲率 S 位置 Th 鏡片厚度 X 相對位置 Za、 Zb 凹下量 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 26

Claims

1279605 十、申請專利範圍： 1 . 一種光學組件，包括：一光學元件，係於鑄造一玻璃時所提供，包括一有效部分與突出來圍繞該有效部分之一周邊部分；以及一支座，具有一通孔，用以固定該光學元件，其中，該通孔之一内表面係形成一直圓柱形，且該周邊部分之一外圓周係牢固地安裝於該内表面，其中，該外圓周係圍繞於該内表面的一整個圓周。

2. 如申請專利範圍第1項之光學組件，其中該有效部分之一區段形狀與該周邊部分之該外圓周之一區段形狀在垂直於該光學元件之一光學軸心之方向係為圓形的，及該有效部分之該區段形狀的一直徑D e與該周邊部分之該外圓周之一區段形狀的一直徑D之間的一差異係被設定為0 . 3毫米或更多。 3. 如申請專利範圍第2項之光學組件，其中該周邊部分之一厚度A在該光學軸心之一方向與該周邊部分之該外圓周之該直徑D之比A/D係為0.25或更多，且該厚度A與該光學元件之一最大厚度Th之比A/Th係為0.5或更多。 4. 如申請專利範圍第3項之光學組件，其中該周邊部分包括垂直於該光學軸心之數個表面與平行於該光學軸心之一外圓周表面；一轉角部分，係配置於該些表面其中之一，且垂直於與該外圓周表面相交的該光學軸心，該轉角部分係以曲率R 之一半徑形成圓；以及曲率R之該半徑係在0 · 1 S R S ( A - 0 · 2 5 ) / 2的一範圍内，其中R與A之單位係為毫米。 27 312XP/發明說明書(補件)/94_05/941018〇7 1279605 5.如申請專利範圍第3項之光學組件，其中該周邊部分具有垂直於該光學軸心之數個表面與平行於該光學軸心之一外圓周表面；一轉角部分，係配置於該些表面其中之一以相交於該外圓周表面，該轉角部分係以曲率R之一半徑形成圓；以及根據該光學元件之該有效部分的一直徑D e與該周邊部分之該外圓周的直徑D，曲率R之該半徑係在0. 1 S R ^ (D-De)/2-0.025 的一範圍内，其中R、D與D e之單位係為毫米。

6 .如申請專利範圍第1項之光學組件，其中該支座之一線性膨脹係數係大於用於鑄造該光學元件之一玻璃原材料的一線性膨脹係數，且彼此間之一差異係在於2 0 X 1 (Γ7 / °C 或更少。 7.如申請專利範圍第1項之光學組件，其中該光學元件包括一鏡片。 8 .如申請專利範圍第7項之光學組件，其中該鏡片係為一非球面的凸面鏡片。 9.如申請專利範圍第7項之光學組件，其中係提供一插入與固定一半導體光學元件之圓柱部分，以便連接該支座的通孔至該固定鏡片；該半導體光學元件係氣密地密封於該圓柱部分内；以及該鏡片與該半導體光學元件間之一距離係被測定，以藉由該半導體光學元件聚光或準直所射出的光，或藉由該半導體光學元件聚光或準直所接收的光。 1 0 . —種具有支座之光學組件的製造方法，包括下列步驟： 28 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 1279605 將一對鑄模嵌通孔係至少部分 . 對；以及在一形成空間效部分之一光學來圍繞該有效部其中，該周邊該通孔之該圓柱整個圓周。 U 11.如申請專造方法，其中一成一壓模時，具些鑄模的一形狀部分之該部分的的一變動在一預料之一體積保持 1 2 .如申請專

部分係在一轉角其中之一係垂直因此改變其之曲 1 3 .如申請專造方法，其中該任一鑄模之一預械手段在一預定入於該支座，其中具地的形成，用以與該中壓模一玻璃原材料元件，該有效部分具分之一周邊部分；部分之一外圓周係牢部分的一内表面，以利範圍第1 0項之具有鑄造表面係藉由該些有該周邊部分之一部，以及未接觸該支座該形狀係為依照在該定範圍内作改變，用在一恒定數量。利範圍第1 1項之具有接觸該支座與該些鑄部分形成一個圓，該於與該外圓周表面相率之一半徑。利範圍第1 0項之具有支座係藉由該第一機定位置，以及當加壓值量測介於該些鑄模有一直圓柱部分之一通孔之相對側彼此相，從而形成包括一有有一光學功能與突出固地安裝於該支座之圍繞於該内表面的一支座之光學組件的製鑄模所形成，且當完分未接觸該支座與該與該些鑄模之該周邊圓柱部分之一内直徑以使一填充玻璃原材支座之光學組件的製模之該周邊部分的該轉角部分在數個表面交的該光學軸心，且支座之光學組件的製械手段保持在相對於完成時藉由一第二機兩者之間之一距離。 312XP/發明說明書(補件)/94-05/94101807 29