CN1892274A

CN1892274A - 透镜盖

Info

Publication number: CN1892274A
Application number: CNA2006100886639A
Authority: CN
Inventors: 鹿野修司; 益岛健守; 竹田英之; 手塚佳男
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-01-10
Also published as: JP2006301352A; US20060251363A1

Abstract

具有形成在其顶部窗口的透镜的、用于半导体激光器等的透统盖中，在形成非球面透镜来代替具有大偏差的球面透镜的情况下，由于具有复杂形状的切割制品或者压模制品被用作盖部件，所以传统的方法是昂贵的。本发明提出一种具有在它的顶部(4)形成有孔(5)的透镜盖(9)，包括透镜(8)，所述透镜被成形为以在孔(5)的两侧突出的方式填充该孔并进一步在顶部(4)两侧或者仅在顶部(4)的下面越过沿着顶部(4)限定孔(5)的圆周边缘(7)延伸，其中延伸到顶部(4)下面的部分(a)的外部圆周接触盖部件的侧内壁(b)和顶内壁(c)。因此，本发明可以提供一种具有高性能的廉价透镜。

Description

透镜盖

技术领域

本发明涉及一种用于半导体激光器等的透镜盖。

背景技术

由于半导体激光器受到空气中氧气和水分的影响而性能变坏，它通常被容纳在高气密性的封装中并被保存在氮气气氛中，且该输出光通过安装在用作封装的透镜盖顶部的玻璃窗传送。

另一方面，在半导体激光应用领域如光通信中，约1mm焦距的透镜放置得非常靠近半导体激光器，为的是用光纤有效地耦合半导体激光器的输出光。

为了满足这两个要求，提供一种半导体激光器，其具有安装在其顶部的窗口中的透镜的盖部件，即所谓的作为其封装部件的透镜盖。

传统的生产这种透镜盖的工艺包括下列方法。

在专利文献1 JP6-201962A中，使用深冲压压力机来制造帽形盖部件，该幅形盖部件具有形成在其圆柱部分底部的翼状扁片部分，和形成在其顶部的透镜安装孔，以及将球面透镜安装在透镜安装孔中并为了固定熔玻璃作为粘合剂来接合。

在专利文献2 JP5-119241A中，为了稳定和可靠地将圆柱透镜接合并固定在盖部件顶部的透镜安装孔中，向后弯曲的圆柱形部分形成在形成于顶部的安装盘部分的中心部分，并与盖的外部圆柱形部分同心。可以通过低生产成本的模压成形而不是通过高生产成本的切割工作来制造盖部件。

前述专利文献1所描述的方法旨在将球面透镜接合在盖部件上。然而，由于球面透镜具有大的像差，光能够落在光纤上的比率基于半导体激光器的输出光量，即，耦合率低至大约20％。因此，为了提高耦合率，使用具有小像差的球面透镜。然而，在将非球面透接合到盖部件的情况下，不像球面透镜那样，而是通常必须以保持在0.1度或更小的透镜倾角来接合透镜。因此，不能使用专利文献1的方法。

因此，正如专利文献2中的传统技术所描述的，制造盖部件作为高精度切割的金属零件，并且使用熔玻璃将球面透镜接合到透镜安装孔的内部。然而，在这种方法中，切割零件是昂贵的。

在前述专利文献2所描述的发明中，使用深冲压压力机来制造的零件代替了传统切割的金属零件，旨在解决成本问题。然而，即使通过深冲压来制造零件，由于形状是复杂的且模件也是复杂的，这将成本提高到此通过深冲压制造一般传统零件的成本更高的水平。

本发明的目的在于解决如上所述的传统问题并提高透镜的接合强度和气密性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种透镜盖，其具有在它的顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步在顶部的两侧越过沿着顶部限定了该孔的圆周边缘延伸。

而且，本发明提出一种透镜盖，其具有在它的顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步在顶部的两侧越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸，其中盖部件顶部下的透镜的延伸部分接触盖部件的侧内壁和顶内壁。

另外，本发明提出一种透镜盖，其具有在它的顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步仅在顶部下面越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸。

另外，本发明提出一种透视盖，其具有在它的顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步仅在顶部下面越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸，其中盖部件顶部下的透镜延伸部分接触盖部件的侧内壁和顶内壁。

另外，本发明提出一种上述构造的透视盖，其中盖部件的孔具有允许该孔用作透镜光瞳的直径。

另外，本发明提出一种上述构造的透镜盖，其中盖部件通过模压形成。

另外，本发明提出一种上述构造的透镜盖，其中通过将盖部件的顶部和预先成型的透镜放置在模件的上模部件和下模部件之间的空间里以及通过热处理模压预成型的透镜来生产透镜。

另外，本发明提出一种上述构造的透镜盖，其中预成型的透镜是球面的并将其放置在顶部的孔中。

另外，本发明提出一种上述构造的透镜盖，其中形成平板型预成型透镜，并将其放置在盖部件和下模部件之间。

本发明中，将透镜模制成型以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步在顶部两侧或仅在顶部下面越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸。因此，当通过热处理或类似方式成型透镜时，可以将盖部件的参照平面高度精确地定位用以将透镜模制成型。

因此，即使将形状不复杂和工作精度不高的模压制品用作盖部件，具有合适形状的透镜，即球面透镜可以参照盖部件的参照平面被高精度地定位并成型。

如图所示，形成透镜的玻璃不仅以在孔的两侧突出的方式填充盖部件的孔，而且越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸而成型，与盖部件的接触面积很大，而得到的透镜盖具有极好的气密性。

特别是，如果盖部件顶部下面的透镜延伸部分接触盖部件的侧内壁和顶内壁，与盖部件的接触面积很大以增加所谓的堵缝效果以提高气密性，并且得到的透镜盖也可以具有更高的结合强度。另外，由于该堵缝效果显著，盖部件和玻璃的热膨胀系数之间的差异也更大以扩展它们可用材料的选择范围。

而且，越过沿着顶部定义该孔的圆周边缘形成的透镜的延伸部分实际上并不起到透镜的功能。因而，该部分在尺寸上不受限，并因此可以吸收预成型透镜的多余部分。因此，预成型透镜体积的容许偏差可以很大从而有利于成本的降低。

如果将盖部件的孔用作透镜的光瞳，可以提高透镜的性能。

在使用形成的平板型预成型透镜的情况下，与使用球面预成型透镜的情况相比，可以减少成本，这是因为其只需要将平面表面进行镜面精加工。

附图说明

图1是示出本发明透镜盖的第一实施例的剖视图。

图2是示出用于生产图1中透镜盖的设备处于透镜成型前状态的实施例的剖视图。

图3是示出用于生产图1中透镜盖的设备处于透镜成型后状态的实施例的剖视图。

图4是示出使用图1透镜盖生产的半导体激光器模件的实例的局部剖视图。

图5是示出本发明透镜盖的第二实施例的剖视图。

图6是示出用于生产图5中透镜盖的设备处于透镜成型前状态的实施例的剖视图。

图7是示出用于生产图5中透镜盖的设备处于透镜成型后状态的实施例的剖视图。

图8是示出使用图5透镜盖生产的半导体激光器模件的实例的局部剖视图。

图9是示出本发明透镜盖的第三实施例的剖视图。

图10是示出本发明透镜盖的第四实施例的剖视图。

图11是示出本发明透镜盖的第五实施例的剖视图。

图12是示出本发明透镜盖的第六实施例的剖视图。

图13是示出用于生产图12中透镜盖的设备处于透镜成型前状态的实施例的剖视图。

图14是示出用于生产图12中透镜盖的设备处于透镜成型后状态的实施例的剖视图。

具体实施方式

以下参考示出实施例的附图来详细解释本发明。

[实施例1]

图1到4示出本发明的第一实施例。图1是示出透镜盖的剖视图。图2和3示出用于生产图1中透镜盖的设备，并分别是示出透镜成型前和透镜成型后状态的剖视图。图4是示出使用图1透镜盖生产的半导体激光器模件的局部剖视图。

在这些附图中，附图标记1表示盖部件，并且盖部件1具有与传统的帽状压模金属制品相同的形状。也就是，在盖部件1中，在底部围绕圆柱形部分2伸出翼状扁平部分3，而且在顶部形成扁平顶部4。顶部4具有形成在其中的孔5，翼状扁平部分3的底表面具有用于焊接而形成的突起6。盖部件1可以以低成本压模制造而成。

如图1所示，该实施例是透镜盖9，其中将透镜8模制成型以从孔5的两侧以突出的方式填充盖部件1的孔5，并进一步在顶部4的两侧越过沿着顶部4限定孔5的圆周边缘7延伸。例如，用图2和3所示的制造设备可以很容易地制造透镜盖9。

在图2和3中，附图标记10表示用于透镜的上模部件；11表示用于透镜的下模部件；并且12表示圆柱形模件支架。上模部件10可以沿着圆柱形模件支架12上升和下降。盖部件1通过固定部件13和14被固定在翼状扁平部分3和顶部4，并高精度和高可靠地保持在透镜成型的参考位置。

首先，如图2所示，预成型的透镜，即这种情况下的预成型的球面透镜15，被放置在上模部件10和下模部件11之间的空间中，并且如果上模部件10在这种状态下以预定加热降低，以便用上模部件10和下模部件11高温加工预成型透镜15的玻璃，就用上模部件10和下模部件11形成预定的透镜8，用以如图3所示从孔5的两侧以突出的方式填充孔5。同时将预成型透镜15的多余部分在垂直于上模部件10和下模部件11的方向上压出，以便在顶部两侧越过沿着顶部限定孔5的圆周边缘而延伸。因此，就可以生产如图1所示的透镜盖9。

在高温作业期间，由于盖部件1的顶部4与上模部件10或下模部件11不相接触，可以维持上述精确定位的固定。结果，盖部件1在用于透镜成型的参考位置得到可靠的固定，同时将透镜8模制成型。因此，在本发明中，在将透镜8模制成型的同时，可以将透镜8参照盖部件1的参考平面高精度地定位，例如，参照翼状扁平部分3。

因此，即使将具有低工作精度的压模制品用作盖部件1，得到的透镜盖9可以具有完全成型的参照盖部件1的参考平面精确定位的透镜8。

在这种情况下，形成透镜8的玻璃不仅在孔的两侧以突出的方式填充盖部件1的孔5，而且越过限定孔5的圆周边缘7延伸而成型，与盖部件1的接触面积很大，而得到的透镜盖9可以具有极好的气密性。此外，由于越过限定孔5的圆周边缘7成型的延伸透镜部分实际上并不起到透镜的功能，所以该部分在尺寸上不受限。于是，由于透镜部分可以吸收预成型透镜15的多余部分，所以预成型透镜15体积的容许偏差可以很大从而有利于成本的降低。

如上所述制造的透镜盖9可以参照固定半导体激光器16的杆17而定位于预定位置，可以将翼状扁平部分3通过焊接到杆17的上表面而固定，而制造作为气密性封装的半导体激光器模件。通过精确定位的透镜8(如球面透镜)可以高效地取出半导体激光器16的输出光。

图5到8示出本发明的第二实施例。图5是示出透镜盖的剖视图。图6和7是示出用于制造图5的透镜盖的设备，并且是分别示出透镜成型前和透镜成型后的状态的剖视图。图8是示出使用图5的透镜盖制造的半导体激光器模件的局部剖视图。

如图5所示，在本实施例的透镜盖中，如同第一实施例，将透镜8成型为从孔5的两侧以突出的方式填充盖部件1的孔5，并进一步在顶部4的两侧越过沿着顶部4限定孔5的圆周边缘7延伸。然而在第二实施例中，盖部件1的顶部4下的透镜8的延伸部分接触盖部件1的侧内壁b和顶内壁c。第二实施例的其它部件与第一实施例中的那些部件相同。因此，在图5至8中，相同的附图标记用于表示相同的部件，以避免重复说明。

可以通过图6和7中所示的制造设备很容易地制造第二实施例中的透镜盖9。在该制造设备中，与图2和3中的设备相比，下模部件11具有更大的直径，并且宽的扁平部分d围绕对应于透镜8的凸形表面的凹形表面而形成。扁平部分d的端部定位于盖部件1的侧内壁b附近。

在上述结构中，如图6所示，预成型的透镜15被设置在上模部件10和下模部件11之间的空间中，并且上模部件10在这种状态中以预定加热降低，以便用上模部件10和下模部件11高温加工预成型透镜15的玻璃。结果，如图7所示，用上模部件10和下模部件11形成透镜8，从孔5的两侧以突出的方式填充孔5。同时将预成型透镜15的剩余部分在垂直于上模部件10和下模部件11的方向上移动，以便在顶部两侧越过沿着顶部限定孔5的圆周边缘延伸。在盖部件1的顶部4下面的透镜8的延伸部分a填充盖部件1的顶部4和下模部件11之间的空间，并且延伸部分a的外部圆周接触盖部件1的侧内壁b。因此，就可以生产如图5所示的透镜盖9。

第二实施例具有第一实施例提及的特征。此外，形成透镜8的玻璃不仅以在孔5的两侧突出的方式填充盖部件1的孔5，而且越过限定孔5的圆周边缘7延伸而成型。特别是在盖部件1的顶部4下面的透镜的延伸部分a接触盖部件1的侧内壁b和顶内壁c。因此，与盖部件1的接触面积很大以确保极好的气密性以及得到的透镜盖9也可以具有极好的结合强度。

同时，由于越过限定孔5的圆周边缘7的透镜的延伸部分实际上并不起到透镜的功能，所以如果顶部4下面的延伸部分a的外部圆周接触盖部件1的侧内壁，那么它在尺寸上不受限。因此，由于部分a可以吸收预成型透镜15的多余部分，预成型透镜15的体积的容许偏差可以很大从而有利于成本的降低。

如上所述制造的透镜盖9可以参照固定半导体激光器16的杆17而定位于预定位置，并且如图8所示可以将翼状扁平部分3通过焊接到杆17的上表面而固定，从而制造作为气密性封装的半导体激光器模件。可以通过精确定位的透镜8(如球面透镜)高效地发生半导体激光器16的输出光。

通过使用第一和第二实施例中的透镜盖9获得的半导体激光器模件的特例如下：

透镜玻璃：SF66

盖部件：50％NiFe(或科瓦铁镍钴合金)

焦距：0.9mm

半导体激光器的NA：0.5

耦合比：4倍

发送波像差：0.03波长

0.4的半导体激光器NA与0.1的光纤NA的耦合率：大约80％

在上述半导体激光器模件中，考虑到透镜的性能，两个透镜表面的形状和两个透镜表面偏离光轴的偏心度(轴偏)特别重要。而且，在半导体激光器的安装中，用作透镜盖9的参考平面的翼状扁平部分3和透镜8之间的距离(WD)，以及相对于翼状扁平部分3的倾斜(元件倾角)是重要的。当使用图2和3以及图6和7中的制造设备制造图1和5中的透镜盖时，可以达到下面的精度：

轴偏：5微米

WD：20微米

元件倾角：0.5度或更小

图9和10示出本发明的透镜盖9的第三和第四实施例。

在每个实施例中，盖部件1的孔5的直径保持小于第一和第二实施例中的盖部件1的孔5的直径，并且其它部件与图1和5中的相同。因此，使用相同的附图标记来表示相应的部件，以避免重复说明。

在第三和第四实施例的每一个中，盖部件1的孔5制成为更小以用作透镜8的光瞳，用于提高透镜8的性能。也就是，孔5制成较小以用作光瞳，用于截取透镜外部圆周上的光线，这引起了球面像差的问题。因此，尽管图像变暗，但是可以减小失真。因此，例如，在半导体激光器16和光纤(图中未示)之间的耦合中，光瞳的直径(即孔5的直径)可以得到优化以提高耦合率。

图11和12示出本发明的透镜盖9的第五和第六实施例。在每个实施例中，盖部件1的孔5的直径做成与第三和第四实施例中一样小，并且将透镜8成型以从孔5的两侧以突出的方式填充孔5，并进一步仅在顶部4的下面越过沿着顶部4限定孔5的圆周边缘7延伸。

图11和12是示出透镜盖9的第五和第六实施例的剖视图，并且图13和14是示出用于将透镜盖9的第五和第六实施例模制成型所使用的设备的剖视图。在图11中，附图标记19表示光路。

每个制造设备由图2、3、6和7中那些相同的部件组成，通常是用于透镜的上模部件10和下模部件11，以及用于在竖直方向上导引上模部件10的圆柱形模件支架12。围绕下模部件11安装用于保持盖部件1下部的固定部件13，并在其上安装用于保持持盖部件1上部的固定部件14。

在每个制造设备中，当模制透镜时，首先将平板型预成型透镜15放置在下模部件11的上表面上，并且接着将盖部件1放置在在下模部件11上安置的预成型透镜15上。随后，将安装在圆柱形模件支架12中的固定部件14围绕盖部件1安装。

固定部件14的内部直径稍大于盖部件1的圆柱形部分2的外部直径。因此，通过固定部件14将盖部件1在垂直于上模部件10和下模部件11的方向上保持在预定的位置。安装在固定部件14中的上模部件10与盖部件1的顶部保持接触。

在这种情况下，如图13所示，由于预成型透镜15，盖部件1被保持在下模部件11之上预定距离的位置，并且为了允许这种保持，固定部件13具有形成用于允许盖部件1的翼状扁平部分3竖直移动的空间18。

在这种状态下，如果上模部件10以预定的加热降低，以便用上模部件10和下模部件11高温加工预成型透镜15的玻璃，则用上模部件10和下模部件11形成预定的透镜8，从而以在孔5的两侧突出的方式填充孔5，并且将预成型透镜15的多余部分在垂直于下模部件11的方向上压出，从而如图14所示在顶部4下面越过沿着顶部4限定孔5的圆周边缘延伸，以生产如图12所示的透镜盖9。

在第五和第六实施例中，其中使用如平板形状的预成型透镜，与使用球状预成型透镜的情况相比，由于仅需要将平面进行镜面精加工，所以成本能降低。

如果调节该制造设备的下模部件11的形状，那么可以生产出如图11所示的透镜盖9。

在前面所说明的第五和第六实施例的每一个中，盖部件1的孔5制成得比第三和第四实施例中的更小，以起到如图11中光路19所示的透镜8的光瞳的功能，用于提高透镜8的性能。而且，由于透镜8中没有一个部分形成在盖部件1的顶部4之上，所以例如用于将光纤的支撑部件或者第二透镜的支撑部件等类似部件焊接到顶部4上的焊接工作没有什么不容易的。

第五和第六实施例虽透镜盖9的特例如下：

透镜玻璃：SF66

第一表面的半径：1mm

第二表面的半径：-0.5mm

透镜的中心厚度：0.8mm

光瞳(孔5)的直径：0.4mm

并且，当在第五和第六实施例中改变光瞳的直径时，半导体激光器和光纤之间的耦合率的改变如下所示。在这种情况下，半导体激光器的NA为0.4，而光纤的NA是0.1。

光瞳直径(mm) 耦合率(％)

0.3 31

0.4 42

0.5 32

工业适用性

由于本发明如上所述，它具有如下所述的各种优点，而且由于它可以提供廉价而高性能的透镜盖，所以它具有很高的工业适用性。

1.由于压模制品可以用作盖部件，所以与采用切割制品的情况相比可以减少成本。

2.盖部件无需具有特殊形状，并可以使用常用的帽形压模制品。因此，与使用特殊形状制品的情况相比，可以减少成本。

3.当使用热处理或者类似方式将透镜模制成型时，可以将盖部件的参考平面高精度地定位以用于模制透镜。因此，即使使用工作精度并不高的压模制品，也可以高精度地定位并参照盖部件的参考平面而形成完全成型的透镜(即非球状透镜)。

4.如果盖部件的孔用作透镜的光瞳，那么可以提高透镜的性能，并且可以提高半导体激光器和光纤之间的耦合率。

5.形成透镜的玻璃能被成型为不仅以在孔的两侧突出的方式填充盖部件的孔，而且在顶部两侧上或者仅在顶部下越过沿着盖部件顶部限定该孔的圆周边缘延伸。特别是如果顶部下延伸的部分进一步延伸以接触盖部件的侧内壁和顶内壁，则与盖部件的接触面积变得很大，以确保由于所谓堵缝效应的极好气密性。得到的透镜盖也可以具有极好的结合强度。

6.另外由于堵缝效应显著，所以盖部件1和玻璃之间的热膨胀系数的差异可以做得很大以扩展其可用的材料范围。

7.由于可以吸收预成型透镜的多余部分，所以预成型透镜体积的容许偏差可以很大从而有利于成本的降低。

8.在使用形成的平板型预成型透镜的情况下，与使用球面预成型透镜的情况相比，可以减少成本，因为其只需要将平面进行镜面精加工。

Claims

1.一种透镜盖，具有在其顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步在顶部的两侧越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸。

2.一种透镜盖，具有在其顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步在顶部的两侧越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸，其中盖部件顶部下透镜的延伸部分接触盖部件的侧内壁和顶内壁。

3.一种透镜盖，具有在其顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步仅在顶部下面越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸。

4.一种透镜盖，具有在其顶部形成有孔的盖部件，包括透镜，所述透镜被模制成以在孔的两侧突出的方式填充该孔，并进一步仅在顶部下面越过沿着顶部限定该孔的圆周边缘延伸，其中盖部件顶部下透镜的延伸部分接触盖部件的侧内壁和顶内壁。

5.一种根据权利要求1到4中任一项所述的透镜盖，其中盖部件的孔具有允许该孔用作透镜光瞳的直径。

6.一种根据权利要求1到5中任一项所述的透镜盖，其中盖部件由模压形成。

7.一种根据权利要求1到6中任一项所述的透镜盖，其中通过将盖部件的顶部和预成型的透镜放置在模件的上模部件和下模部件之间的空间里，以及通过热处理来模制预成型的透镜，从而生产透镜。

8.一种根据权利要求7所述的透镜盖，其中预成型的透镜是球面的并放置在该顶部的孔中。

9.一种根据权利要求7所述的透镜盖，其中所述预成型透镜被形成为平板型并被放置在盖部件和下模部件之间。