CN103376482B - 带倾斜面透镜 - Google Patents

Abstract

本发明其目的在于，提供一种通过抑制挤压成形时的玻璃原材的溢出、而使缺口和裂纹不发生的带倾斜面透镜。其中，带倾斜面透镜(1)其特征在于，具有：相对于垂直于光轴(9)的面而倾斜的第一倾斜面(2)和第二倾斜面(3)；第一倾斜面(2)和第二倾斜面(3)接合而形成的角部(8)，并且，各倾斜面(2、3)与垂直于光轴(9)的面形成规定的倾斜角度，角部(8)从光轴(9)偏离、且朝向外方***。

Description

带倾斜面透镜

技术领域

本发明涉及与光纤耦合的透镜，特别涉及具备相对于与光轴垂直的面而倾斜的倾斜面的带倾斜面透镜。

背景技术

在光通信模块中，为了使来自发光元件的光与光纤耦合，而使用透镜。

这时，知悉要使从光纤的端面向发光元件的反射回光减少。就使该反射回光减少的方法而言，在专利文献1中公开有一种光通信模块，其将光纤的倾斜切削面、和使与该光纤的倾斜切削面对置的面的一部分或全部倾斜的透镜加以对接，并以粘接剂等进行固定。

作为制造具备这样的倾斜面的透镜的方法，已知有在胴体模具中加入透镜原材并加热、且以具备倾斜面的模具进行挤压成形。在专利文献2中公开有一种带斜面圆柱透镜，其为了应对在挤压成形时发生的裂纹等，而在倾斜面的一部分上，具备与垂直于光轴的面大体平行的面。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开昭61-87112号公报

【专利文献2】特许第4214694号公报

如图10所示，在专利文献1所公开的光通信模块500中，圆筒状的支架504在中心保持棒状透镜501和光纤502。然后，使棒状透镜501的端面501a和含有光纤502的核心502a的端面的芯子503的端面503a、在吻合光轴505下且经由光学粘接剂进行对接地固定。这时，棒状透镜501使其端面的一部分成为倾斜面。另外，没有倾斜面的端面的一部分成为垂直于光轴505的面501b。还有，就棒状透镜501而言，其使用是为了进行光向光纤502的核心502a的导入或将来自光纤502的光导出。

如图11所示，专利文献2所公开的带斜面圆柱透镜600，是具备倾斜面601的透镜，603是球面或非球面，604是相当于球面或非球面603的透镜的中心轴的光轴。而且，带斜面圆柱透镜600具备倾斜面601，在其一部分上具有与垂直于光轴604的面大体平行的面602。

即，在专利文献1和专利文献2中，如图12所示，透镜端面的一部分为倾斜面700a，且该透镜端面的一部分是与垂直于光轴的面大体平行的面700b。因此，透镜原材705被加热，如图13所示，由具有相对于光轴706倾斜的面702a和与光轴706垂直的面702b的下模具702挤压成形。这时，相对于光轴706倾斜的面702a，对于透镜原材705而载荷与光轴706垂直的方向的挤压压力702d。

因此，如图13所示，在胴体模具703与模具701、702的间隙之中，在载荷与光轴706垂直的方向的挤压压力702d的一侧(Y1方向侧)有透镜原材705溢出而形成突出部700c。其结果是，该突出部700c在冷却时的收缩而嵌入模具701、702与胴体模具703的间隙中，为此透镜700无法脱模。另外，透镜700的突出部700c在脱模之时和运输时缺损，或以缺口为起点而裂纹发生。

发明内容

本发明的目的正是考虑这样的课题而形成，其目的在于，提供一种通过抑制挤压成形时的透镜原材的溢出、而使缺口和裂纹不发生的带倾斜面透镜。

本发明的带倾斜面透镜，其特征在于，具有：相对于垂直于光轴的面而倾斜的第一倾斜面和第二倾斜面；所述第一倾斜面和所述第二倾斜面接合而形成的角部，各倾斜面与所述垂直于光轴的面形成规定的倾斜角度，所述角部从所述光轴偏离并且朝向外方***。

根据这样的形态，在挤压成形透镜原材时，能够使挤压压力的方向与光轴大致平行。因此，能够抑制透镜原材在胴体模具与模具的间隙溢出，防止缺口和裂纹发生。

因此，根据本发明，能够提供一种抑制挤压成形时的透镜原材的溢出，不会产生缺口和裂纹的带倾斜面透镜。

优选通过所述第一倾斜面或所述第二倾斜面的光束，仅位于所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中任意一个倾斜面内。

根据这样的形态，可防止所述光束向所述第一倾斜面和所述第二倾斜面跨越地入射而沿不同的方向出射，因此能够在光学上高效率地使所述光束与光纤耦合。

所述第一倾斜面和所述第二倾斜面的面积互不相同时，优选所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的面积大的一方的所述倾斜角度，相对于另一方的所述倾斜角度要小。

因为挤压压力容易载荷于与所述倾斜面垂直的方向上，所以越是所述倾斜角度大的所述倾斜面，与光轴垂直的方向上的挤压压力越大。因此，使面积大的所述倾斜面的所述倾斜角度减小，这更适合抑制透镜原材的溢出。

优选通过所述第一倾斜面或所述第二倾斜面的光束，仅位于所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的面积大的一方的所述倾斜面内。

根据这样的形态，因为能够将端面被倾斜切削的光纤固定在面积大的所述倾斜面上，所以在所述倾斜面上固定光纤时的操作性良好。

优选在与所述光轴正交的方向上形成的外形为矩形。根据这样的形态，将带倾斜面透镜组装到光模块上时，能够进行平面设置，因此向该光模块的组装简便。

优选所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的所述倾斜角度小的一方的所述倾斜面，被固定在光纤的倾斜切削面上。

根据这样的形态，能够提供一种光模块，其使用了抑制挤压成形时的透镜原材的溢出、且缺口和裂纹不发生的带倾斜面透镜。

根据本发明，可以提供一种抑制挤压成形时的透镜原材的溢出而使缺口和裂纹不发生的带倾斜面透镜。

附图说明

图1是本实施方式的带倾斜面透镜的俯视概略图。

图2是沿着图1所示的A-A线切断并从箭头方向观看的剖面概略图。

图3是从下方观看本实施方式的带倾斜面透镜的俯视概略图。

图4是本实施方式的带倾斜面透镜的制造方法的说明图。

图5是本实施方式的带倾斜面透镜的挤压方法的说明图。

图6是图5的局部放大图。

图7是从下方观看本实施方式的变形例的带倾斜面透镜的俯视概略图。

图8是组装有本实施方式的带倾斜面透镜的光通信模块的剖面概略图。

图9是组装有本实施方式的带倾斜面透镜的光通信模块的变形例的剖面概略图。

图10是专利文献1所公开的光通信模块的剖面概略图。

图11是专利文献2所公开的带斜面圆柱透镜的剖面概略图。

图12是现有技术的透镜的挤压方法的说明图。

图13是图12的局部放大图。

【符号说明】

1带倾斜面透镜

2第一倾斜面

3第二倾斜面

4非球面透镜

5基部

5a透镜缘部

6下侧端面

7上侧端面

8角部

9光轴

20、30光通信模块

21基板

22底座

23发光元件

24外壳

25光纤

25a核心

25b倾斜切削面

25c核心端面

26准直透镜

40挤压装置

41上模具

42下模具

42a第三倾斜面

42b第四倾斜面

43胴体模具

44加热器

45透镜原材

具体实施方式

关于各图所示的带倾斜面透镜，Y方向是左右方向，Y1方向是左向，Y2方向是右向，X方向是前后方向，X1方向是前方，X2方向是后方。另外，与X方向和Y方向的双方正交的方向是上下方向(Z方向，高度方向)，Z2方向是上方，Z1方向是下方。还有，为了容易观看各附图，使尺寸适宜有所差异而进行图示。

沿着附图，对于本实施方式详细地说明。图1中表示本实施方式的带倾斜面透镜1的俯视概略图。图2中表示沿着图1所示的带倾斜面透镜1的A-A线切断、且从箭头方向观看的剖面概略图。另外，图3中表示从下(Z1)方观看带倾斜面透镜1俯视概略图。

如这些各图所示，本实施方式的带倾斜面透镜1，具有如下而构成：大体形成为四角柱状的基部5；在基部5之上(Z2)方向的上侧端面7所设置的非球面透镜4；在基部5之下(Z1)方向的下侧端面6所设置的第一倾斜面2和第二倾斜面3。

在本实施方式中，在基部5的上方的上侧端面7设有非球面透镜4，但并不限定于此。也可以是球面透镜等的光学功能面。

在本实施方式中，虽然使基部5的形状为近四角柱状，但并不限定于此。也可以是多角柱状等的其他的形状。

第一倾斜面2和第二倾斜面3，如图2所示，从与光轴9垂直的面倾斜地形成。另外，在两倾斜面2、3之间形成有角部8，两倾斜面2、3经由角部8而接合。而且，角部8朝向作为下(Z1)方向的外方***，带倾斜面透镜1的截面是以角部8为顶点的山形。另外，作为该山形的顶点的角部8从光轴9偏离地形成。

如图3所示，第一倾斜面2的面积比第二倾斜面3的面积大。而且，如图2所示，第一倾斜面2一方相比第二倾斜面3，从与光轴9垂直的面上倾斜得更小。

利用图4，说明带倾斜面透镜1的制造方法。在图4(a)所示的工序中，准备挤压装置40。挤压装置40具有如下而构成：胴体模具43；具有非球面透镜的形状的上模具41；具有倾斜面的形状的下模具42；和加热器44。

其次，在图4(b)所示的工序中，从开口部***透镜原材45并置于下模具42上。然后，用加热器44将透镜原材45加热至软化点以上。在本实施方式中，透镜原材45为玻璃原材，但并不限定为玻璃原材，也可是树脂原材等。

接着，在图4(c)所示的工序中，利用上模具41和下模具42从上下挤压透镜原材45。其结果是，上模具41和下模具42的模具形状被转印到透镜原材45上，从而形成带倾斜面透镜1。

接着，在图4(d)所示的工序中，切断加热器44的电源，冷却至规定的温度。然后，从胴体模具43中拔出上模具41和下模具42，带倾斜面透镜1从上模具41和下模具42脱模，由此制造成带倾斜面透镜1。

专利文献1和专利文献2所公开的现有技术的透镜501、600中，如图10和图11所示，由一方的端面相对于光轴505、604倾斜的面501a、601和垂直于光轴505、604的面501b、602构成。

因此，在现有技术中，如图12、图13所示，在通过上模具701和下模具702从上下(Z方向)挤压透镜原材705的工序中，使用的是具有相对于透镜700的光轴706(Z方向)倾斜的面702a和垂直于透镜700的光轴706的面702b的下模具702。

因此，如图13所示，在挤压时，在透镜原材705上，载荷了由从下侧(Z1方向)垂直于面702a的方向的挤压压力702c和垂直于面702b的方向的挤压压力702f所合成的挤压压力。因此，透镜原材705被如下压力载荷：挤压压力702f和挤压压力702c的与光轴706平行的方向的成分702e之和所构成的上(Z2)方向的挤压压力；挤压压力702c的与光轴706垂直的方向的成分即左(Y1)向的挤压压力702d。其结果是，在挤压压力702d作用下，透镜原材705被向左按压，在位于胴体模具703与上模具701和下模具702的左方的间隙溢出而形成突出部700c。

其结果是，在冷却过程(相当于图4(d)的现有技术的工序)中，透镜原材705收缩，透镜原材705的突出部700c将上模具701和下模具702压缩。因此，在透镜原材705的突出部700c上，载荷从两模具701、702牵拉的力。

因此，由于透镜原材705的突出部700c与两模具701、702密接，所以在相当于图4(d)的现有技术的工序中，透镜700无法从两模具701、702脱模。

另外，在将透镜700从两模具701、702脱模时，透镜原材705的突出部700c缺损。根据情况，以缺口为起点，在透镜700上发生裂纹。另外，由于缺口导致碎片产生。因如此发生的缺口、裂纹和碎片等，导致现有技术中透镜700的光学的性能劣化。

另外，在透镜700的运输时，透镜700的突出部700c缺损。根据情况，以缺口为起点而在透镜700上发生裂纹。

在冷却过程中，上模具701收缩，为了避免上模具701压缩夹住透镜700的光学的功能面，使两模具701、702的热膨胀系数比透镜原材705的热膨胀系数小，通常如此选择部件。因此，在冷却过程中，透镜原材705比两模具701、702更大地收缩。

考虑这样的课题，在本实施方式中，如图5、图6所示，使用下模具42，其具有相对于带倾斜面透镜1的光轴9(Z方向)倾斜的第三倾斜面42a和第四倾斜面42b。而且，第三倾斜面42a和第四倾斜面42b，以彼此相对的方式倾斜。

因此，在图4(c)所示的工序中，在透镜原材45上，如图6所示，载荷有由从下侧(Z1方向)垂直于第三倾斜面42a面的方向的挤压压力42c、和垂直于第四倾斜面42b的方向的挤压压力42d所合成的挤压压力。因此，在透镜原材45上，载荷有上(Z2)方向的挤压压力和左右(Y)方向的挤压压力。

关于上(Z2)方向的挤压压力，挤压压力42e和挤压压力42f从第三倾斜面42a和第四倾斜面42b向作为同一方向的上(Z2)方向载荷。关于左右(Y)方向的挤压压力，挤压压力42g从第三倾斜面42a向左(Y1)方载荷，挤压压力42h从第四倾斜面42b向右(Y2)方载荷。这些挤压压力42g、42h因为朝相反方向载荷，所以相互抵消而降低。其结果是，挤压压力以与光轴大致平行且向上(Z2)方载荷。

因此，透镜原材45被压向左右方向的情况得到抑制。其结果是，透镜原材45在胴体模具43与上模具41和下模具42的间隙溢出被抑制，可防止缺口和裂纹发生。

而且，通过透镜原材45由具有第三倾斜面42a和第四倾斜面42b的下模具42挤压，由此在带倾斜面透镜1上形成有第一倾斜面2和第二倾斜面3。而且，第三倾斜面42a和第四倾斜面42b彼此相对，如图2所示，第一倾斜面2和第二倾斜面3，具有以角部8为顶点、且朝下(Z1)方***的山形的截面。即，第一倾斜面2和第二倾斜面3相互接合而形成角部8。

使第三倾斜面42a和第四倾斜面42b与上下(Z)方向、即光轴9垂直的水平面的夹角即倾斜角度，分别如图5、图6所示，为距该水平面的角度θ₁和θ₂。另外，使第三倾斜面42a和第四倾斜面42b的面积分别为S₁和S₂。然后，在图4(c)所示的工序中，挤压透镜原材45时，使载荷于透镜原材45的第三倾斜面42a和第四倾斜面42b的挤压压力42c、42d(与两倾斜面42a、42b垂直的方向)例如相同，其大小为P。

这时，对于透镜原材45，第三倾斜面42a沿左(Y1)向载荷P×S₁×cos(90°-θ₁)＝P×S₁×sinθ₁的力，另外，第四倾斜面42b沿右(Y2)向载荷P×S₂×cos(90°-θ₂))＝P×S₂×sinθ₂的力。如此，在透镜原材45上，与倾斜角度θ₁、θ₂的正弦值sinθ1、sinθ2成正比的挤压压力在左右(Y)方向被加权。

因此，载荷于透镜原材45的左右(Y)方向的力抵消，所以需要S₁×sinθ₁＝S₂×sinθ₂。因此，S₁＞S₂时，需要sinθ₁＜sinθ₂。即，考虑0°＜θ₁和θ₂＜90°，需要θ1＜θ2。即，为了不对透镜原材45载荷左右(Y)方向的力，需要使面积大的倾斜面的倾斜角度相对于另一方的倾斜角度小。

因此，若考虑由第三倾斜面42a和第四倾斜面42b，分别形成第一倾斜面2和第二倾斜面3，则优选带倾斜面透镜1的面积S₁大的第一倾斜面2，其倾斜角度θ₁小。

因此，如图2、图3所示，面积大的第一倾斜面2比面积小的第二倾斜面3的倾斜角度形成得小，而使透镜原材的溢出得到抑制。

透镜缘部5a的倒角等的面积小的倾斜面，在图4(c)所示的工序的挤压时，对透镜原材45载荷的力小。因此，面积小的倾斜面与面积大的倾斜面相比，倾斜的大小的制约被缓和。

本实施方式的带倾斜面透镜1，如图3所示，具有第一倾斜面2和第二倾斜面3这两个倾斜面，但并不限定于此。带倾斜面透镜1也可以具有三个以上的倾斜面。

图7中表示从下方观看本实施方式的变形例的带倾斜面透镜的俯视概略图。本变形例的带倾斜面透镜，如图7所示，具有4个倾斜面2、3、11、12。而且，第一倾斜面2与第五倾斜面11、第五倾斜面11与第二倾斜面3、第二倾斜面3与第六的倾斜面12、和第六倾斜面12与第一倾斜面2彼此相接，分别形成朝向外方而***的角部8a、8b、8c、8d。

而且，相对于第二倾斜面3的倾斜角度，面积大的第一倾斜面2的倾斜角度形成得小。另外，第五倾斜面11与第六倾斜面12因为彼此面积相同，所以其倾斜角度形成得一样。

接着，对于组装有本实施方式的带倾斜面透镜1的光通信模块进行说明。图8中表示组装有带倾斜面透镜1的光通信模块20的剖面概略图。在光通信模块20中，如图8所示，在基板21上固定有底座22和带倾斜面透镜1，在底座22上固定有发光元件23。以覆盖底座22、带倾斜面透镜1和发光元件23的方式，在基板21上固定有外壳24。然后，光纤25以贯通外壳24的方式设置，光纤25的倾斜切削面25b经由光学粘接剂等(未图示)被固定在带倾斜面透镜1的第一倾斜面2上。

将光纤25的倾斜切削面25b固定在带倾斜面透镜1的第一倾斜面2上时，如图8所示，角部8朝向外方(Y1方向)***，带倾斜面透镜1的截面是以角部8为顶点的山形，倾斜切削面25b不受角部8限制。即，因为角部8为山形的顶点，所以能够在不受角部8妨碍下使倾斜切削面25b在与第一倾斜面2平行的方向上移动，能够恰当进行光纤25的调整。

另外，如图8所示，发光元件23、带倾斜面透镜1具备的非球面透镜4和光纤25按照使光轴9一致的方式配置。于是，发光元件23发出的光束，由非球面透镜4会聚到作为光纤25的核心25a的端面的核心端面25c。然后，会聚到核心端面25c的光束仅位于倾斜度小的第一倾斜面2内。

如上述，因为倾斜度小的第一倾斜面2的面积设置得比第二倾斜面3大，所以光纤25的倾斜切削面25b容易固定在第一倾斜面2的一方。因此，光纤25的倾斜切削面25b被固定在倾斜小、即面积大的第一倾斜面2上。

这时，发光元件23发出的光束，由非球面透镜4会聚到作为光纤25的核心25a的端面的核心端面25c，被会聚的光束按照仅位于倾斜小的第一倾斜面2的面内的方式被调整。

经如此调整，发光元件23发出的光束，因为仅通过第一倾斜面2，所以在光学上高效率地与光纤耦合。

带倾斜面透镜1，如图1、图2、图3所示，其基部5大致形成为四角柱状，与光轴9正交的方向所形成的外形为矩形。因此，组装到光通信模块20时，如图8所示，能够将基部5的平坦的侧面在光通信模块20的基板21上进行平面设置。因此，能够简便地进行带倾斜面透镜1向光通信模块20的组装。

在要接合于基板21上的基部5的平坦的侧面，预先通过溅射法等的薄膜形成技术形成金属膜。然后，用焊料等接合该金属膜和基板21，由此，带倾斜面透镜1被固定在基板21上。还有，所述金属膜，例如是由钛、白金和金构成的三层层叠膜。

本实施方式的光通信模块20，将发光元件23发出的光束，通过带倾斜面透镜1具备的非球面透镜4会聚到光纤25的核心端面25c，但其变形例示于图9中。

在该变形例的光通信模块30中，如图9所示，在发光元件23和带倾斜面透镜1之间，设有准直透镜26。发光元件23发出的光束，作为扩散光束而入射到准直透镜26，由准直透镜26变为平行光束。然后，该平行光束由带倾斜面透镜1具备的非球面透镜4会聚到光纤25的核心端面25c。如此，发光元件23经由准直透镜26和带倾斜面透镜1而与光纤25在光学上耦合。

对于本实施方式的带倾斜面透镜1组装进光通信模块，作为发光模块的情况进行了说明，但并不限定于此。也可以是光接收模块等的光模块。

Claims (6)

1.一种带倾斜面透镜，其特征在于，具有：

相对于垂直于光轴的面而倾斜的第一倾斜面和第二倾斜面；

所述第一倾斜面和所述第二倾斜面接合而形成的角部，

并且，各倾斜面与垂直于所述光轴的面形成规定的倾斜角度，所述角部从所述光轴偏离、且朝向外方***，

所述第一倾斜面和所述第二倾斜面的面积互不相同，

所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的面积大的一方的所述倾斜角度，相对于另一方的所述倾斜角度要小。

2.根据权利要求1所述的带倾斜面透镜，其特征在于，

通过所述第一倾斜面或所述第二倾斜面的光束，仅位于所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的任意一个倾斜面内。

3.根据权利要求1所述的带倾斜面透镜，其特征在于，

通过所述第一倾斜面或所述第二倾斜面的光束，仅位于所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的面积大的一方的所述倾斜面内。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的带倾斜面透镜，其特征在于，

在与所述光轴正交的方向上所形成的外形为矩形。

5.一种光模块，其使用了权利要求1或权利要求2所述的带倾斜面透镜，其特征在于，

所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的所述倾斜角度小的一方的所述倾斜面，被固定在光纤的倾斜切削面上。

6.一种光模块，其使用了权利要求3所述的带倾斜面透镜，其特征在于，

所述第一倾斜面或所述第二倾斜面之中的所述倾斜角度小的一方的所述倾斜面，被固定在光纤的倾斜切削面上。