JP2007261004A - 回折光学素子の射出成形金型及び回折光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直線状の格子が形成された樹脂からなる回折光学素子を射出成形により製造する際に、型開き時に成型品が冷却収縮しても、成型品のエッジが金型の回折エッジと干渉して変形することが抑制される回折光学素子の射出成形金型を提供すること。
【解決手段】回折格子パターンが形成された第１の金型と、当該第１の金型に対向する第２の金型とにより形成された空間内に樹脂材を充填して回折光学素子を成形する回折光学素子の射出成形金型において、前記回折格子パターンは、直線状であり、第１の金型の回折格子パターンが形成される部位から第１の金型の樹脂流入部の中心に向かう方向に対して平行に設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、回折光学素子の射出成形金型及び回折光学素子の製造方法に関する。

近年、高速インターネット、ＩＰ電話等の通信媒体として光ファイバーを用いた光通信システムが普及してきている。光通信システムにおいては、波長の異なる複数の光信号を双方向に伝送するために、送信端末及び受信端末には、双方向光通信モジュールが用いられている。特許文献１には、直線状のエシュロン格子が形成された樹脂からなる回折光学素子を備える双方向光通信モジュールが記載されている。

一方、特許文献２には、樹脂からなる回折光学素子の製造方法として、射出成形により製造することが記載されている。
特開２００５−２７５０６０号公報 特開２００４−３１４５４５号公報

特許文献２には、樹脂からなる回折光学素子を射出成形により製造する場合には、型開き時に可動側金型内で微小に成型品が離型して冷却収縮し、その際成型品のエッジが金型の回折エッジと干渉して変形する現象が生じることが記載されている。

本発明は、直線状の回折格子が形成された樹脂からなる回折光学素子を射出成形により製造する際に、型開き時に成型品が冷却収縮しても、成型品のエッジが金型の回折エッジと干渉して変形することが抑制される回折光学素子の射出成形金型及び回折光学素子の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の回折光学素子の射出成形金型は、回折格子パターンが形成された第１の金型と、当該第１の金型に対向する第２の金型とにより形成される空間内に樹脂材を充填して回折光学素子を成形する回折光学素子の射出成形金型において、前記回折格子パターンは、直線状であり、前記第１の金型の前記回折格子パターンが形成される部位から前記第１の金型の樹脂流入部の中心に向かう方向に対して平行に設けられていることを特徴としている。

また、本発明の回折光学素子の射出成形金型は、回折格子パターンが形成された第１の金型と、当該第１の金型に対向する第２の金型とにより形成された空間内に樹脂材を充填して回折光学素子を成形する回折光学素子の射出成形金型において、前記回折格子パターンは、直線状であり、前記第１の金型と前記第２の金型との型開き時に前記回折格子パターンと接触する樹脂材が収縮する方向に対して平行に設けられていることを特徴としている。

本発明の回折光学素子の製造方法は、前記本発明の回折光学素子の射出成形金型の何れかを用いて回折光学素子を製造することを特徴としている。

本発明によれば、金型における直線状の回折格子パターンが、型開き時に樹脂材が収縮する方向に沿って形成されているので、樹脂材は金型の直線状の格子パターンに沿って収縮することになり、回折光学素子表面の回折格子の損傷を抑制することができる。

（双方向光通信モジュールの構成）
図１は、本実施形態に係る双方向光通信モジュールを半割にして、内部を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る双方向光通信モジュールの概略の断面図である。

図１、図２に示すように、双方向光通信モジュール１０は、略円筒状の筐体１９内に、発光素子１１、受光素子１２、光学素子１３を備えている。例えば、発光素子１１はレーザダイオード（ＬＤ）、受光素子１２はフォトディテクタ（ＰＤ）が用いられる。発光素子１１と受光素子１２は共通の基台１６上に設けられ、基台１６は筐体に固定されている。

発光素子１１と受光素子１２は、基台１６から外部に突出した複数の接続ピン１７に電気的に接続されている。この接続ピン１７を用いて、発光素子１１の駆動、受光素子１２の駆動、受光素子１２の出力の不図示の機器への送出等が行われる。なお、発光素子１１と受光素子１２は異なる基台に設けられ、それぞれの基台を筐体に固定したものであってもよい。

また、光ファイバ１を支持するファイバホルダ２が筐体１９内に挿入され固定されており、光ファイバ１の端部の面３が筐体１９の内部に形成された空洞１４に露出している。光ファイバ１は波長多重方式による双方向光ファイバ通信のために、外部の光ファイバ等の光伝送路に接続される。

光学素子１３は、筐体１９内で光ファイバ１の端部の面３と発光素子１１、受光素子１２の間に配置されている。この光学素子１３は、光ファイバ１の端部の面３に対向する面には直線状のエシュロン格子が形成され、発光素子１１、受光素子１２に対向する面には非球面の光学面が形成されている。

図３は、光学素子１３に形成された直線状のエシュロン格子の一例を示す概略模式図である。図３（ａ）は、光学素子１３を光ファイバ１の端部の面３側から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面を拡大した、エシュロン格子部の概略断面を示す図である。

図３（ａ）に示すように、光学素子１３の光ファイバ１側の光学有効面１３ｒには直線状にエシュロン格子１５が形成されており、図３（ｂ）に示すように、エシュロン格子１５の断面は階段形状をピッチｐで繰り返す形状に形成されている。なお、１３ｆは光学素子１３のフランジ部である。

光学素子１３は、図２に示す発光素子１１、受光素子１２を結ぶ線と図３（ａ）に示す一点鎖線が略一致するように、筐体１９に組み付けられている。

以上のような構成により、図２に示す如く、発光素子１１が発する光ビームは同図に示す光路ｂ０をたどり、光学素子１３の光学面及びエシュロン格子１５を通過して、０次の回折光として光ファイバ１の端部の面３に集光されて入射し、光ファイバ１を通して外部の光伝送路に送出することができる。

一方、外部の光伝送路から伝送され、光ファイバ１の端部の面３から射出される光ビームはエシュロン格子１５により回折される。回折された所定（例えば１次）の回折光は、光学素子１３の光学面により集光され、同図に示す光路ｂ１方向に偏向して受光素子１２に入射する。

（回折光学素子の成形）
［第１の実施形態］
図４は、本実施形態に係る成形金型の断面図である。図４（ａ）に示すように、上型２１と下型２２とを合わせた状態で、型内には、上型２１の上面から図の下方に向かって拡がるように延在する中央通路２３Ａと、中央通路２３Ａの下端近傍から放射状に伸びる分配通路２３Ｂと、分配通路２３Ｂの延長線上に配置されたキャビティ２３Ｄと、キャビティ２３Ｄと分配通路２３Ｂとの間を結ぶ、分配通路２３Ｂより断面積の小さいゲート通路２３Ｃとが形成されている。

図４（ａ）の状態において、上型２１のノズル口２１ａより溶融した樹脂材を中央通路２３Ａに流入させると、樹脂材は、分配通路２３Ｂ及びゲート通路２３Ｃを介してキャビティ２３Ｄに充填される。

その後、図４（ｂ）に示すように、上型２１と下型２２とを型開きすると、固化した樹脂材より成形品３０が得られる。成形品３０は、中央通路２３Ａ内の樹脂材が固化して形成されたスプルー部３１と、分配通路２３Ｂ内の樹脂材が固化して形成されたランナー部３２と、ゲート通路２３Ｃ内の樹脂材が固化して形成されたゲート部３３と、キャビティ２３Ｄ内の樹脂材が固化して形成された光学素子素材３４とを有している。

図５は、本実施形態に係る下型２２の上面図である。中央通路２３Ａを中心として６つの分配通路２３Ｂが放射状に伸びている。分配通路２３Ｂの延長線上にはゲート通路２３Ｃを介してキャビティ２３Ｄが配置されている。

キャビティ２３Ｄ内の下型２２には、直線状のエシュロン格子パターン２４が形成されている。エシュロン格子パターン２４の直線の方向は、図に示すように、樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向と平行な方向に一致している。エシュロン格子パターン２４は、図３（ａ）に示す光学素子１３の光学有効面１３ｒに直線状のエシュロン格子１５を転写するためのパターンである。

金型内に樹脂材を充填させた後、図４（ｂ）に示すように、上型２１と下型２２とを型開きすると、樹脂材が冷却収縮を起こす。このとき、樹脂材は、樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に収縮する。キャビティ２３Ｄ内の樹脂材についても、中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に収縮する。

本実施形態によれば、冷却収縮の際に樹脂材が樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に収縮したとしても、樹脂材はキャビティ２３Ｄ内の下型２２における直線状のエシュロン格子パターン２４の方向に沿って収縮することになるので、光学素子素材３４表面のエシュロン格子のエッジ損傷等を抑制することができる。図３（ｂ）において紙面と垂直な方向に樹脂材が収縮することになるので、階段形状部分のエッジ損傷等が抑制される。

［第２の実施形態］
第１の実施形態とは、金型における中央通路２３Ａ、分配通路２３Ｂ、ゲート通路２３Ｃ及びキャビティ２３Ｄの配置が異なっている以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６は、第２の実施形態に係る下型２２の上面図である。中央通路２３Ａから４方向に放射状に伸びた分配通路２３Ｂは、途中で放射方向に対して直交する方向に屈曲している。屈曲した分配通路２３Ｂの先端にゲート通路２３Ｃを介してキャビティ２３Ｄが配置されている。

キャビティ２３Ｄ内の下型２２には、直線状のエシュロン格子パターン２４が形成されている。エシュロン格子パターン２４の直線の方向は、図に示すように、樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向と平行な方向に一致している。

第２の実施形態の金型においても第１の実施形態と同様に、上型２１と下型２２とが型開きした際には、キャビティ２３Ｄ内の樹脂材は樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に（図中点線方向）収縮する。

第２の実施形態によれば、冷却収縮の際に樹脂材が樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に収縮したとしても、樹脂材はキャビティ２３Ｄ内の下型２２における直線状のエシュロン格子パターン２４の方向に沿って収縮することになるので、光学素子素材３４表面のエシュロン格子のエッジ損傷等を抑制することができる。

［第３の実施形態］
第１の実施形態とは、金型における中央通路２３Ａ、分配通路２３Ｂ、ゲート通路２３Ｃ及びキャビティ２３Ｄの配置が異なっている以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７は、第３の実施形態に係る下型２２の上面図である。中央通路２３Ａから互いに反対方向に伸びた２つの分配通路２３Ｂのそれぞれの通路は、途中からＴ字路状に分岐している。分岐したそれぞれの分配通路２３Ｂの先端には、ゲート通路２３Ｃを介してキャビティ２３Ｄが配置されている。

キャビティ２３Ｄ内の下型２２には、直線状のエシュロン格子パターン２４が形成されている。エシュロン格子パターン２４の直線の方向は、図に示すように、樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向と平行な方向に一致している。

第３の実施形態の金型においても第１の実施形態と同様に、上型２１と下型２２とが型開きした際には、キャビティ２３Ｄ内の樹脂材は樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かう方向に（図中点線方向）収縮する。

第３の実施形態によれば、冷却収縮の際に樹脂材が樹脂流入部である中央通路２３Ａの中心Ｃに向かって収縮したとしても、樹脂材はキャビティ２３Ｄ内の下型２２における直線状のエシュロン格子パターン２４の方向に沿って収縮することになるので、光学素子素材３４表面のエシュロン格子のエッジ損傷等を抑制することができる。

本実施形態においては、直線状の回折格子として、階段形状のエシュロン構造のものを用いたが、一例であり、バイナリー構造、ブレーズ構造等の構造のものを用いることもできる。

本実施形態においては、回折格子を集光レンズの片側の面に一体的に形成したが、例えば、集光レンズとは別に回折格子が形成された部材を設けることも可能である。例えば図８に示すように、表面に互いに平行な溝Ｄが形成された回折格子を有する平板状の樹脂板４０を用いることができる。当該回折格子を有する平板状の樹脂板についても本実施形態に示した金型を用いて成形を行う。

本実施形態においては、下型２２の直線状の回折格子パターンを下型２２の樹脂流入部の中心に向かう方向に形成したが、樹脂材の収縮方向が微妙にずれる場合を考慮して、樹脂材の収縮方向に下型の直線状の回折格子パターンを一致させることが可能なように、キャビティ２３Ｄ部分の金型を回転可能に構成してもよい。

本実施形態に係る双方向光通信モジュール１０を半割にして、内部を示す斜視図である。 本実施形態に係る双方向光通信モジュール１０の概略の断面図である。 光学素子１３に形成された直線状のエシュロン格子の一例を示す概略模式図である。図３（ａ）は、光学素子１３を光ファイバ１の端部の面３側から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面を拡大した、エシュロン格子部の概略断面を示す図である。 本実施形態に係る成形金型の断面図である。図４（ａ）は、上型２１と下型２２とを合わせた状態、図４（ｂ）は、上型２１と下型２２とを型開きした状態を示す図である。 第１の実施形態に係る下型２２の上面図である。 第２の実施形態に係る下型２２の上面図である。 第３の実施形態に係る下型２２の上面図である。 表面に互いに平行な溝が形成された回折格子を有する樹脂平板の斜視図である。

符号の説明

１３ 光学素子
１５ エシュロン格子
２１ 上型
２２ 下型
２３Ａ 中央通路
２４ エシュロン格子パターン
３４ 光学素子素材

Claims (4)

1. 回折格子パターンが形成された第１の金型と、当該第１の金型に対向する第２の金型とにより形成される空間内に樹脂材を充填して回折光学素子を成形する回折光学素子の射出成形金型において、
   前記回折格子パターンは、直線状であり、前記第１の金型の前記回折格子パターンが形成される部位から前記第１の金型の樹脂流入部の中心に向かう方向に対して平行に設けられていることを特徴とする回折光学素子の射出成形金型。
2. 前記第１の金型の前記回折格子パターンが形成される部位は、回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の射出成形金型。
3. 回折格子パターンが形成された第１の金型と、当該第１の金型に対向する第２の金型とにより形成された空間内に樹脂材を充填して回折光学素子を成形する回折光学素子の射出成形金型において、
   前記回折格子パターンは、直線状であり、前記第１の金型と前記第２の金型との型開き時に前記回折格子パターンと接触する樹脂材が収縮する方向に対して平行に設けられていることを特徴とする回折光学素子の射出成形金型。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の回折光学素子の射出成形金型を用いて回折光学素子を製造することを特徴とする回折光学素子の製造方法。

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