JPH01106003A - レンズ素子及びその製造方法 - 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】 本発明は、ガラスプレフォームを金属ホルダと一緒にガ
ラスの加工温度に加熱し、加熱したガラスプレフォーム
とホルダを型の形成すべきガラスレンズの輪郭に対応す
る輪郭を有する加熱したダイの間に配置し、次いで、加
圧ストロークにおいて２個のダイを互いの方へ移動させ
、ガラスプレフォームをホルダ内でガラスレンズに成形
し、−定量のガラスを成形処理の間に押出し、しかる後
ガラスレンズとホルダから成るかくして得られた複合レ
ンズ素子を冷却するガラスレンズと金属ホルダを備えた
レンズ素子の製造方法に関するものである。

かかる方法は、米国特許第４３９８９３５号明細書から
知られている。この既知方法においては、一定量のガラ
スがダイの間から押出されるという事実のために、最大
成形内圧が制限される。

本発明の目的は、成形物の形状の精度を向上しこれら成
形物の表面の質を改善することを可能にする方法を提供
することにある。

本発明において、この目的は、主として、ホルダをガラ
スプレフォームを包囲している環により構成し、このホ
ルダが２個のダイと一緒に、成形処理の間に環が半径方
向に膨張する如き方法でほぼ密閉した成形キャビティを
環状の間隙で画成することにより達成される。

環が膨張することにより、比較的高い成形内圧が発生し
、その結果表面及び形状の誤差が回避される。環状間隙
は数１０ｍｍ程度の比較的小さな高さを有し、間隙が成
形内圧に小さな影響しか及ぼさずほぼ密閉した成形キャ
ビティを得るようにし、この場合圧力を、比較的少量の
ガラスを間隙を介して押出すに十分に高く発生させるこ
とができる。

本発明の方法により、成形物を、ダイの輪郭に著しく小
さな公差で対応する形状に製造することができる。

金属環は半径方向にのみある程度膨張し、この目的のた
めに厚壁であるのがよい。しかし、環はガラスに接合し
成形したガラスレンズに永久的に連結したままとなり、
例えばマウントに供され得るので、しばしば比較的厚壁
の環は適当でなく、従って望ましくない。本発明の方法
の好適例において、この欠点は環の膨張を支持環により
制限することにより防止される。この支持環は仮の支持
部材に供され厚壁に作成されるが、環自体は薄く０．１
０〜０．２０ｍｍの壁厚を有する。同時に、この方法に
より処理の再現性が改善される。

本発明の方法の他の好適例は、環がニッケルから成るこ
とを特徴とする。ニッケルは迅速には酸化されず、多数
の光学ガラスの膨張係数５Ｘ１０−ｂ〜１５　Ｘ　１０
−６に一’から著しくは逸脱しない膨張係数１３Ｘ１０
−６に一’を有し、比較的高い弾性率を有し、環は容易
に変形し得る。かかる環は冷却する間にガラスとともに
容易に収縮して、ガラスがニッケルに容易に接合すると
いう事実にも拘らず成形物に亀裂が生成するのを回避す
る。

成形用ダイは夫々適当な材料から作成することができる
。Ｎｉ−Ｃｒ鋼のダイを用いて、良好な結果゛が得られ
ることを実験により示した。しかし、本発明の方法の他
の好適例は、少なくとも成形用表面が石英ガラスから成
るダイを備えた型を使用することを特徴とする。石英ガ
ラスの比較的低い熱伝導率のために、ガラスはダイと接
触すること′により余り迅速でなく冷却し、成形処理を
一層容易に制御することができる。

石英ガラスの型をガラス物品の成形に使用することは、
米国特許第４３９１６２２号明細書からそれ自体知られ
ている。

平面レンズ素子を製造する本発明の方法の他の好適例は
、円板状ガラスプレフォームを用い、筒状壁部を有する
環を用い、ガラスプレフォーム及び環を型内に配置し、
この型のダイの１つはジェオデシツク（ｇｅｏｄｅｓｉ
ｃ）輪郭を有し、ガラスプレフォームを環内で成形して
一方の側面にジェオデシツク構造を有する円板状ガラス
レンズとガラスレンズを包囲している環から成る複合平
面レンズ素子を形成することを特徴とする。

本発明の方法に・より、形状に対する高い精度及び高い
表面の質を有する平面レンズ素子を、再現性よく製造す
ることができることを実験により示した。かかるレンズ
素子は、さらに加工し光ファイバと連結させた後に多重
及び単一モードの光導波体用ジェオデシツクレンズのた
めの基板に供される。

平面ジェオデシツクレンズを、ガラスレンズをイオン交
換処理するか又はガラスレンズよりわずかに大きな屈折
率を有するガラスフィルムを被着することにより円板状
ガラスに光導体層を設けることによって得ることができ
、この場合ガラスプレフォームは２個の層を有するサン
ドウィッチ又はポケットの形態で使用する。かかる平面
ジェオデシツクレンズは、文献「アーチブ　ファー　エ
レクトロニック　ランド　イーバートラグングステクニ
ック（Ａｒｃｈｉｖ　ｆａｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｋ　
ｕｎｄＵｂｅｒｔｒａｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ）」（
アーエーウー（八Ｅｌ）　　）、第３４巻、Ｎｏ、１０
Ｓ１９８０年１０月１０日、第３８５〜３９３頁の「光
導波体用ジェオデシツク要素（ＧｅｏｄｅｓｉｃＣｏｍ
ｐｏｎｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｗａｖｅ　０
ｐｔｉｃｓ）　」　　に十分記載されている。

本発明の方法の他の好適例において、付加的な成形内圧
の発生を、他のダイか凸状輪郭を有する型を用い、この
ダイにより凹状輪郭をジェオデシツク構造と異なるガラ
スレンズの他の側面上に設けることにより行うことがで
きる。

本発明の方法の他の好適例は、案内部材を、ジェオデシ
ツク構造を備えたガラスレンズの側面上に成形する間に
形成することを特徴とする。この処理により、後の光フ
ァイバの連結を簡易にし、上記案内部材はファイバ用の
位置決め手段として挙動する。案内手段は溝、リブ、棟
、エンボス部分等の形態で設けることができる。このた
め、ジェオデシツク輪郭を備えたダイに、対応する凹状
又はエンボス部材を設ける。これら案内部材により、連
結すべき光ファイバをジェオデシツクレンズに対して正
確な位置に配置し、接着することができる。

本発明の方法により製造したレンズ素子は、ガラスレン
ズ及びガラスレンズを包囲している環状金属マウントを
特徴とする。金属マウントは、環から成りガラスに接合
する。

本発明の方法により製造した平面レンズは、−方の側面
にジェオデシツク構造を有し環状の金属マウントにより
包囲されている円板状ガラスレンズであること去特徴と
する。成形する間、ガラスとマウントを構成する環は相
互に接合する。

以下、本発明を図面を参照して更に詳細に説明する。

第１Ａ図は、ガラスプレフォーム１を示し、このプレフ
ォームはホルダに供されている薄壁金属環３に配置され
ている。ガラスプレフォームとホルダの直径はほぼ等し
く、これら直径はガラスプレフォームが小さな公差で環
内に嵌合するように釣合っている。ガラスプレフォーム
１の厚さ工は、環３の高さ工より大きい。番号５は比較
的厚い金属支持環を示し、この支持環の内径は環３の外
径より大きい。更に、第１Ａ図は他に図示していない型
の上部ダイアと下部ダイ９の静止位置を示す。

上部ダイアは凸状回転対称エンボス部分１１を備え、一
方下部ダイは輪郭が円板状に突出している凸部を有する
。環３はニッケル製であり、支持環５はＣｒ鋼製、ダイ
ア及び９は石英ガラス製又はＮｉ−Ｃｒ鋼製である。

レンズ素子を製造するために、ガラスプレフォーム１は
環３及び支持環５と一緒にガラスの加工温度に加熱する
。加工温度は、ガラスが可能な限り低い粘度を有する一
方でなお工具に付着しない温度である。次いで、ガラス
プレフォーム１、環３及び支持環５を加熱したダイアと
９との間に配置する。最後に、加圧ストロークで所定の
力を作用させて、２個のダイを相互に近づくように移動
させ、ガラス塊中に成形内圧を発生し、２個のダイは第
１Ｂ図に示す加圧位置で停止し、ガラスプレフォーム１
を所望形状に成形する。約０．１〜０．２Ｍの小さな環
状間隙１５が上部ダイアとホルダ３の上部縁部との間に
残存し、ホルダ３はその下部側面で下部ダイ９と嵌合す
る。第１Ｂ図に示す成形位置において、環３はダイア及
び９と一緒に成形キャビティを構成し、このキャビティ
は」隙１５を考慮すると完全には密閉していないが、実
際には間隙の寸法が小さいという観点においてほぼ密閉
している。ダイかガラスと接触するやいなや、ガラスは
加圧され、圧力がガラス塊中に発生し始める。

ボルダ３は、支持環５に接触するまで半径方向に膨張す
る。余分のガラスは間隙１５を介して押出すことができ
る。間隙の寸法が小さいことを考慮すると、圧力の発生
はこのことによっては影響を受けない。

第１Ｃ図は成形物を冷却した後の配置を示し、ダイア及
び９は再び静止位置にある。形成したレンズ素子１９は
所定の輪郭をつけたガラスレンズ２１と環３から成り、
環３はこれに接合しマウントとして作用することができ
る。ガラスレンズ２１は一方の側面にジェオデシツク凹
所構造２３を備え、他方の側面には平坦凹所２５を備え
る。間隙１５を介して押出されたガラスは、成形物に環
状カラー１７を形成する。

第２Ａ、　２Ｂ及び２０図は、ガラスプレフォーム１、
環３及び形成した複合レンズ素子１９の斜視図である。

本例においては、環３は環状フランジ２７を備える。

第３図は、本発明の方法により形成した複合レンズ素子
１９を備えたジェオデシツク導波レンズ２９を示す。既
に記載した方法により、光導体層をガラスレンズ２１に
被着する。ジェオデシツク構造２３を有するガラスレン
ズ２１の側面には、エンボス部分３３が設けられており
、この部分３３は光ファイバ３５の案内部材に供されて
いる。更に、ガラスレンズの同じ側面には、光ファイバ
３５の端面が嵌合した直立縁部３９を備えた円板状凸部
３７が設けられている。ファイバは接着剤によりガラス
レンズ２１に接着する。ファイバ３５と凸部３７の直立
縁部３９との連結は、連結領域において直立縁部３９の
曲率を研削処理することにより削除し、連結表面を１つ
の垂直面に配置して設けることにより改善することがで
きる。

本発明の方法により、レンズ素子を記載するパラメータ
及び寸法を用いて以下に記載するガラスから成形する。

尖旌拠よ 円板状ガラスプレフォームは、ＢＫ７ガラス〔光学ガラ
ス、スコツト（Ｓｃｈｏｔｔ）製〕から成り、２２ｍｍ
の直径及び４　ｍｍの厚さを有する。内径２２ｍｍ、高
さ３．７ｍｍのニッケル環をホルダとして使用した。Ｃ
ｒ鋼製の支持環は、２３ｍｍの内径を有する。２６ｍ＋
ｎの直径を有する上部ダイは石英ガラスから成り、また
２６鵬の直径を有する下部ダイはＮｉ−Ｃｒ鋼から成る
。

双方のダイは、前述の方法により輪郭をつけた。

ガラスプレフォーム、ホルダ及び支持環を２．５分間で
８７５°Ｃの温度に加熱した。この温度において、上記
ガラスは１０５・’ｄＰａの粘度を有した。２個の成形
用ダイを４６０°Ｃの温度に加熱した。成形工程は、１
２ＯＮの圧力を７秒間用いて行った。光導体層を形成す
るために、次いでジェオデシツク構造を備えジェオデシ
ツク導波レンズ用の基（反として使用せんとするかくし
て成形したレンズ素子を、３２５°Ｃの温度の融解硝酸
銀浴に６時間浸漬し、ＮａイオンをＡｇイオンで交換し
て平面ジェオデシツクレンズを形成した。

゛去嵐拠又 ガラスプレフォームは、高い屈折率を有するガラスの薄
膜を備えたＦ２ガラス（光学ガラス、スコツト製）、即
ち５Ｆ５３ガラス（光学ガラス、スコツト製）の円板か
ら成る。薄膜は５０μｍの厚さを有し、光導体層として
挙動する。ガラスプレフォームは２２ｍｍの直径及び４
ｍｍの厚さを有する。ホルダ及び支持環は実施例１と同
様のものである。２個のダイは２６ｍｍの直径を有し、
双方ともＮｉ　−Ｃｒ＠製であり、前述の輪郭を有する
。成形処理を行うために、プレフォーム、ホルダ及び支
持環を７５０　”Ｃの温度に加熱した。２個のダイの温
度は４６０°Ｃであった。１２ＯＮの圧力を１４秒間か
けた。

実際、同様のガラスプレフォームから出発した同様の系
列の成形物は、同様の厚さを有した。しかし、成形物の
厚さは重要ではなく、加圧した輪郭の形状及び表面の質
の精度が本質的に重要である。成形物は光学的に平滑な
表面及び２μｍ以下の形状の精度を有した

【図面の簡単な説明】

第１＾、　ＩＢ及びｌＣ図は、連続工程における成形処
理を示す配置図、 第２Ａ、　２１１及び２０図は、ガラスプレフォーム、
金属ホルダ及び成形したレンズ素子の透視図、第３図は
、複合平面ジェオデシツクレンズの透視図である。 １・・・ガラスプレフォーム ３・・・環　　　　　　　　５・・・支持環７．９・・
・ダイ　　　　　１１・・・凸状エンボス部分１３・・
・円板状凸部　　　　１５・・・間隙１７・・・環状カ
ラー　　　　１９・・・レンズ素子２１・・・ガラスレ
ンズ　　　２３・・・ジェオデシツク凹所２５・・・平
坦凹所　　　　　２７・・・環状フランジ２９・・・ジ
ェオデシツク導波レンズ ３３・・・エンボス部分　　　３５・・・光ファイバ３
７・・・円板状凸部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラスプレフォームを金属ホルダと一緒にガラスの
   加工温度に加熱し、 加熱したガラスプレフォームとホルダを、 型の形成すべきガラスレンズの輪郭に対応する輪郭を有
   する加熱したダイの間に配置し、次いで、加圧ストロー
   クにおいて２個のダ イを互いの方へ移動させ、 ガラスプレフォームをホルダ内でガラスレ ンズに成形し、 一定量のガラスを成形処理の間に押出し、 しかる後、ガラスレンズとホルダから成る かくして得られた複合レンズ素子を冷却してガラスレン
   ズと金属ホルダを備えたレンズ素子を製造するに当たり
   、 ホルダがガラスプレフォームを包囲した環 により構成され、 このホルダが２個のダイと一緒に、成形処 理の間に環が半径方向に膨張する如き方法で、ほぼ密閉
   した成形キャビティを環状の間隙で画成することを特徴
   とするレンズ素子の製造方法。 ２、環の膨張を支持環により制御することを特徴とする
   請求項１記載の製造方法。 ３、環がニッケルから成ることを特徴とする請求項１又
   は２記載の製造方法。 ４、ダイの少なくとも成形用表面が石英ガラスから成る
   型を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   つの項に記載の製造方法。 ５、円板状ガラスプレフォームを使用し、 筒状壁部を有する環を使用し、 ガラスプレフォーム及び環を、１個のダイ がジェオデシック輪郭を有する型内に配置し、ガラスプ
   レフォームを環内で成形して、一 方の側面にジェオデシック構造を有する円板状ガラスレ
   ンズとガラスレンズを包囲した環から成る複合平面レン
   ズ素子を形成することを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１つの項に記載の製造方法。 ６、他のダイが凸状輪郭を有する型を用い、ジェオデシ
   ック構造と異なるガラスレンズの他の側面が凹状輪郭を
   有することを特徴とする請求項５記載の製造方法。 ７、成形する間に、案内部材を、ジェオデシック構造を
   有するガラスレンズの側面上に形成することを特徴とす
   る請求項５又は６項記載の製造方法。 ８、請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の方法によ
   り製造したレンズ素子において、ガラスレンズ及びガラ
   スレンズを包囲した環状金属係合部材を特徴とするレン
   ズ素子。 ９、請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の方法によ
   り製造した平面レンズ素子において、ほぼ円板状のガラ
   スレンズが１つの側面にジェオデシック構造を有し環状
   金属係合部材により包囲されたことを特徴とする平面レ
   ンズ素子。