WO2016114336A1 - 光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents

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glass filler
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一啓 和田
秀之 藤森
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Konica Minolta Inc
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Definitions

  • the present invention relates to an optical element suitably used for, for example, optical communication and a method for manufacturing the optical element.
  • an optical transmission module including a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and transmits the optical signal
  • an optical reception module including a light receiving element that receives the optical signal and converts it into an electrical signal.
  • an optical transceiver module having both functions is used as a main optical component.
  • optical coupling device is generally used for optical coupling between the optical fiber and the optical module.
  • optical fibers are basically flexible, so that they can be bent and slack to some extent.
  • the minimum bend diameter allowed to ensure light transmission efficiency is specified. Has been. Therefore, when bending less than the minimum diameter is required due to installation space restrictions, etc., the optical fiber is cut and the optical coupling is performed by bending the optical path of the light beam transmitted between the cut optical fibers.
  • the use of the coupling device may lead to more efficient storage as a whole and increase the light transmission efficiency.
  • the merit of using such an optical coupling device is not limited to optical fibers, but can also occur in optical coupling between a light emitting element and an optical fiber or between an optical fiber and a light receiving element.
  • the light emitting element, the light source, the light receiving element, and the like are collectively referred to as an optical element.
  • an optical connector having a structure in which an optical path is bent may be used in an optical coupling device.
  • a PT optical connector (standardized by JPCA-PE03-01-06S) that changes the optical axis by 90 ° inside the connector has been put into practical use.
  • the PT optical connector is a board-mounted optical connector that optically couples a multi-core optical fiber such as a multi-core optical fiber tape core wire and an optical element on a flexible wiring board.
  • the single mode fiber is an ultrafine fiber having a mode field diameter of 9.2 ⁇ m, and has an advantage that attenuation can be suppressed as much as possible by setting the propagation of the optical signal to one mode. Therefore, unlike a transmission method that uses many modes such as multimode fiber, the signal arrival time is single, so there is no mode loss and it is suitable for long-distance and high-speed transmission. Opportunities for fiber use have increased.
  • An optical connector used for such an application generally has a plurality of lens surfaces for propagating light to individual optical fibers and optical elements, but when such an optical connector is formed from a resin, For example, due to thermal expansion due to changes in environmental temperature, there is a possibility that the optical fiber core-to-core distance and the distance between the lens surfaces may be shifted, thereby making it impossible to perform optical coupling between some optical fibers and optical elements. . On the other hand, in order to suppress optical loss at the time of information transmission, the optical connector needs to secure a certain degree of transparency (transmittance).
  • Patent Documents 1 and 2 there is an attempt to mold an optical element with a material close to the characteristics of glass by mixing a glass filler into a resin.
  • Patent Documents 1 and 2 a technique for increasing the mechanical strength by mixing a glass filler into a resin and further ensuring the transparency of the resin by bringing the refractive index closer to glass is disclosed.
  • the materials disclosed in the above-described prior art are required to have both physical properties of transparency and strength, such as a cover for a display unit of an electric device or an electronic device, or a substitute for a plate glass used in an automobile or a building material.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is used in an application that transmits a single light source wavelength, can ensure high light use efficiency, and is stable in an external environment and manufacture of an optical element. It aims to provide a method.
  • an optical element reflecting one aspect of the present invention is an optical element that transmits a light beam emitted from a light source having a single light source wavelength.
  • the optical element is formed of a material in which a resin and a glass filler are mixed, and at least in the vicinity of the light source wavelength, a difference in refractive index change amount (dn / dT) with respect to a temperature change of the resin and the glass filler is 10.5 ⁇ 10 ⁇ 5 or less.
  • the transmittance changes with respect to the wavelength, and the wavelength with the highest transmittance (referred to as the peak wavelength) occurs. It was assumed to be unchanged regardless of the amount of contamination.
  • the peak wavelength the wavelength with the highest transmittance
  • the light source wavelength is determined in advance, it can be said that it is not necessary to ensure the transmittance in the entire wavelength band. Therefore, in the design of an optical element for a single light source wavelength, for example, in order to adjust the linear expansion coefficient, a policy of using a resin material appropriately mixed with a glass filler has been decided.
  • the term “refractive index” refers to the refractive index at room temperature (25 ° C.), unless otherwise specified.
  • the expression “mixed” is used because it is sufficient if the resin material and the glass filler are mixed.
  • the expression “mixed” is used in this description. Sometimes used to explain.
  • the vertical axis represents the transmittance
  • the horizontal axis represents the wavelength
  • the wavelength of each of the test pieces having a thickness of 3 mm made of a resin mixed with 30 wt% glass filler is changed while the ambient temperature is changed.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of a resin mixed with a glass filler.
  • the resin PL a large number of rod-shaped body pieces of glass filler GF are arranged so as to overlap each other.
  • the resin mixed with the glass filler is first heated to about 300 ° C., injected into a mold heated to about 120 ° C., and then solidified. Leave at room temperature around °C.
  • FIG. 3 is a diagram showing the refractive index on the vertical axis and the wavelength on the horizontal axis.
  • the inventors of the present invention are that the original refractive index / wavelength characteristics of the resin PL and the glass filler GF are both limited to a narrow wavelength range (for example, light source wavelength ⁇ 100 nm), and the wavelength ⁇ of the transmitted light is high. It is assumed that the linear characteristic is such that the refractive index n decreases as the time increases. However, in reality, it is presumed that the refractive index of the resin PL changes locally by mixing the glass filler GF, so that the refractive index / wavelength characteristics of the resin PL are predetermined as shown by hatching in FIG.
  • the peak wavelength at normal temperature is the position of the point PK1 where the refractive index characteristic PCc having the most distributed density amount in the band-like region PCr and the refractive index / wavelength characteristic line GC of the glass filler GF indicated by the dotted line intersect. It is assumed that
  • the glass filler GF is scattered while the refractive index distribution inside the molded product is relatively large, the wavelengths transmitted through the respective glass fillers are different. Inferred to be a factor.
  • the refractive index / wavelength characteristic of the resin PL becomes a band-shaped region PCrt shifted to the short wavelength side while being varied within a predetermined range, as shown in FIG.
  • the density of the glass filler GF also decreases slightly, so that the refractive index also decreases accordingly and shifts as shown by the solid line in FIG.
  • the peak wavelength at the time of temperature rise is the point PK2 where the refractive index characteristic PCct having the most distributed density amount in the band-like region PCrt in the resin PL and the refractive index / wavelength characteristic line GCt of the glass filler GF intersect. Inferred to be in position.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the characteristics of a resin mixed with glass filler at normal temperature (A) and temperature rise (B), where the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents wavelength. .
  • a transmittance distribution occurs, but here a Gaussian distribution centered on the peak wavelength is used.
  • the peak wavelength PK1 shifts to the lower peak wavelength PK2, but assuming that the single light source wavelength is PK1, the temperature Since the resin material follows the characteristic (B) when it rises, it can be seen that the transmittance decreases by ⁇ .
  • the peak wavelength at 28 ° C. is 503 nm and the transmittance is 52.1%.
  • the peak wavelength was 490 nm
  • the transmittance was reduced to 51.7%
  • the peak wavelength was 480 nm
  • the transmittance at a wavelength of 503 nm was reduced to 51.4%
  • the peak wavelength was 476 nm and the transmittance was reduced to 51.2%.
  • the present inventors have found that the above-described problems can be solved by devising the amount of change in the refractive index with respect to the temperature change of the resin and the mixed glass filler. More specifically, in FIG. 3, if the peak wavelength PK1 at the normal temperature overlaps with the peak wavelength PK2 at the time of the temperature rise, a decrease in transmittance can be suppressed as much as possible. In other words, in FIG. 5 in which the vertical axis represents the refractive index and the horizontal axis represents the wavelength, the refractive index characteristic PCc having the most distributed density amount in the band-shaped region PCr of the resin PL at room temperature.
  • a refractive index characteristic PCct having a density amount most distributed in the band-like region PCrt of the resin PL when the temperature rises with respect to a point PK1 where the refractive index / wavelength characteristic line GC of the glass filler GF intersects, If the point PK2 where the refractive index / wavelength characteristic line GCt of the glass filler GF intersects is overlapped on the horizontal axis, the shift of the peak wavelength can be suppressed regardless of the temperature change. However, even if the peak wavelengths PK1 and PK2 do not completely match, it is effective if the difference is small.
  • the entire wavelength range of the visible light region is required, so the refractive index of the glass filler and the resin should be the same as much as possible in the entire wavelength range. It is conceivable to select such a material. However, since this embodiment uses a single light source, the refractive index of the glass filler and the resin should not be the same as much as possible in the entire wavelength range as in optical element applications for the purpose of transmitting subject light and displaying color images.
  • the amount of change in refractive index (dn / dT) with respect to temperature change is 10.5 ⁇ 10 ⁇ 5 or less, it can be used for the optical element of this embodiment.
  • near the light source wavelength means a range of ⁇ 100 nm with respect to the light source wavelength.
  • a primary or secondary approximate curve using a refractive index near the light source wavelength may be used.
  • another optical element reflecting one aspect of the present invention is an optical element that transmits a light beam emitted from a light source having a single light source wavelength.
  • the optical element is formed of a material in which a resin and a glass filler are mixed, and a difference in linear expansion coefficient between the resin and the glass filler is 6.0 ⁇ 10 ⁇ at least in a use temperature range of the optical element. 5 or less.
  • the glass filler and the resin so that the difference in linear expansion coefficient between the resin and the glass filler is 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 or less at least in the operating temperature range of the optical element.
  • the shift amount of the peak wavelength at the time of temperature change can be suppressed with respect to the peak wavelength at the normal temperature in an optical element molded using such a material. Reduction in rate can be suppressed.
  • the difference in linear expansion coefficient between the resin and the glass filler is 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 or less, the glass filler expands or contracts in the same manner as the resin when the temperature changes (increases or decreases).
  • the “operating temperature range” refers to a range of ⁇ 20 ° C. to 85 ° C.
  • an optical element manufacturing method transmits a light beam emitted from a light source having a single light source wavelength, and includes a resin and a glass filler.
  • a method of manufacturing an optical element formed from a material mixed with A mixing step of mixing a resin and a glass filler in which a difference in refractive index change (dn / dT) with respect to a temperature change between the resin and the glass filler is 10.5 ⁇ 10 ⁇ 5 or less at least in the vicinity of the light source wavelength.
  • another method of manufacturing an optical element reflecting one aspect of the present invention transmits a light beam emitted from a light source having a single light source wavelength, and is made of resin and glass.
  • a method of manufacturing an optical element formed from a material mixed with a filler A mixing step of mixing a resin and a glass filler in which a difference in linear expansion coefficient between the resin and the glass filler is 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 or less, at least in a use temperature range of the optical element; Injecting the mixed material into a cavity formed in a mold; Cooling the mixed material in the mold to mold an optical element; Removing the molded optical element; It is characterized by having.
  • an optical element that is used for transmitting a single light source wavelength, can secure high light use efficiency, and is stable with respect to the external environment, and a method for manufacturing the optical element.
  • FIG. 3 is a perspective view of an optical path changing element 120 used in the optical coupling device 100.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view of an optical path changing element 120.
  • FIG. It is a figure which shows the process of shape
  • the term “single light source wavelength” means that the light source wavelength used for a specific purpose is single.
  • the same optical element is used for upstream communication and downstream communication. Even when used, the light source wavelength may be different. In such a case, this means that the light source wavelength during uplink communication is single and the light source wavelength during downlink communication is single.
  • glass filler general-purpose E glass, C glass, A glass, S glass, D glass, NE glass, T glass, quartz glass and the like may be used.
  • glass fiber glass fiber
  • glass powder glass powder
  • glass flake milled fiber
  • glass bead glass bead, or the like
  • glass fibers will be described on behalf of glass fillers.
  • the glass fiber can be obtained by using a conventionally known method for spinning long glass fibers.
  • the glass raw material is continuously vitrified in a melting furnace, led to fore-haas, and a direct melt (DM) method in which a bushing is attached to the bottom of the fore-heart and spun, or the melted glass is processed into marble, cullet, or rod shape
  • DM direct melt
  • the glass can be made into fiber using various methods such as a remelting method in which it is remelted and spun.
  • the diameter of the glass fiber is not particularly limited, but a glass fiber having a diameter of 5 to 50 ⁇ m is preferably used. If it is thinner than ⁇ 5 ⁇ m, the contact area between the glass fiber and the resin is increased, causing irregular reflection, and the transparency of the molded product may be lowered. If it is thicker than ⁇ 50 ⁇ m, the filling pressure at the time of injection molding becomes high, which may lead to insufficient transfer to the mold. More preferably, it is ⁇ 10 to ⁇ 45 ⁇ m.
  • the glass filler it is important for the glass filler that particles having a size larger than the light source wavelength are 90% or more (preferably 95% or more) of the whole.
  • a resin material mixed with particles having a diameter of 30 nm or less, for example.
  • this resin material there is a problem that particles are likely to aggregate, and the surface area of the particles increases.
  • the problem is that the resin material tends to become hard and molding becomes difficult, and further, the surface area of the particles increases to increase the hydrophilicity, and the water absorption of the molded optical element increases to change the optical characteristics. there were.
  • this problem can be solved by making the glass filler particles larger than the light source wavelength.
  • the “optical element” for example, a lens, a prism, a diffraction grating element (diffraction lens, diffraction prism, diffraction plate), an optical filter (spatial low-pass filter, wavelength band-pass filter, wavelength low-pass filter, wavelength high-pass filter, etc.), Examples include a polarizing filter (analyzer, optical rotator, polarization separating prism, etc.) and a phase filter (phase plate, hologram, etc.), but are not limited thereto.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the optical coupling device 100 having the optical path changing element as the optical element according to the present embodiment in an exploded state.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical coupling device 100 along the optical axis.
  • FIG. 8 is a perspective view of the optical path changing element 120 used in the optical coupling device 100.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the optical path changing element 120.
  • the following configuration is a schematic diagram, and some shapes, dimensions, and the like are different from actual ones.
  • the optical coupling device 100 includes an optical module 110, an optical path changing element 120, and an optical connector 130.
  • the optical module 110 has a function of transmitting light, and can be installed on a substrate that is stacked and inserted on the back surface of a large-capacity server or the like.
  • the substrate itself may be the optical module 110.
  • the optical module 110 includes a plurality of VCSEL type semiconductor lasers 112 which are light emitting elements arranged in a row on a base plate 111 having a rectangular shape and a flat upper surface.
  • the light source wavelength of the semiconductor laser 112 is any one of 850 nm, 1310 nm, and 1550 nm.
  • the NA of the optical module 110 is 0.1 to 0.6.
  • the optical connector 130 includes a main body 131 formed of a resin, and is connected to the optical fiber 132 and has a function of holding it.
  • optical fiber 132 for example, an all-quartz multimode optical fiber or a single mode optical fiber can be used.
  • a single-core optical fiber may be used, but here, a multi-core optical fiber tape (ribbon) having a plurality of optical fibers is used.
  • the main body 131 is formed in a thick rectangular plate shape, and one side is cut out in a rectangular shape when viewed from above in FIG. 6 to form a recess 131a.
  • an insertion hole 131 b for inserting the optical fiber 132 is formed on the opposite side of the main body 131 from the recess 131 a.
  • the insertion hole 131b has a wide rectangular cross section so that the protection part 132a as a coating of the optical fiber 132 can be accommodated.
  • a plurality of thin through holes 131c are formed from the bottom surface of the insertion hole 131b toward the recess 131a. The tip of the fiber strand 132b from which the coating of the optical fiber 132 has been removed is inserted into the through hole 131c.
  • the bottom surface 131d of the recess 131a where the through hole 131c is exposed is orthogonal to the lower surface 131e of the main body 131.
  • a pair of circular openings 131f having the same diameter as the pin 113 are formed on both sides of the recess 131a so as to sandwich the recess 131a.
  • the optical path changing element 120 is integrally formed of a resin mixed with a predetermined amount of glass fiber as will be described later.
  • the optical path changing element 120 has an elongated triangular prism shape, and has a first surface 121, a second surface 122, and a third surface 123.
  • the first surface 121 and the third surface 123 are orthogonal to each other.
  • size of the optical axis direction (OA1, OA2 direction) of the optical path change element 120 is 10 mm or less. Further, from the viewpoint that the optical fiber can be made smaller than the minimum diameter when the optical fiber is bent, the size is more preferably 5 mm or less.
  • the length of the light beam path passing through the optical element is preferably about 1 mm.
  • the length of the light path is smaller than 1 mm, it is possible to use a material having a low transmittance, and conversely, when the length of the light path is larger than 1 mm, a material having a high transmittance is used. By using it, it is possible to ensure a sufficient transmittance as an optical path polarizing element.
  • the first surface 121 is a flat surface, and has a function of entering a light beam emitted from the semiconductor laser 112 of the optical module 110.
  • the second surface 122 includes a plurality of reflective surfaces 122a arranged in a line, a planar connecting surface 122b formed around the reflecting surface 122a, and an outer periphery of the second surface 122 so as to surround the connecting surface 122b. And a protruding portion 122c having a rectangular frame shape. It is preferable that an inclined surface 122d is formed between the connecting surface 122b and the protruding portion 122c.
  • the third surface 123 is a flat surface and has a function of transmitting the light beam reflected from the reflecting surface 122a.
  • Each of the reflecting surfaces 122a has the same shape protruding from the connecting surface 122b.
  • the reflecting surface 122a has an elliptical shape when viewed from the front, and bends the optical axis by 90 ° when a conical divergent light beam is incident. It has an anamorphic free-form surface that can reflect a conical convergent light beam.
  • a toroidal surface an anamorphic surface in a broad sense having an elliptical shape in one direction is formed. Thereby, the aberration can be almost eliminated.
  • the arrangement interval of the reflecting surfaces 122a is equal to the arrangement interval of the semiconductor lasers 112 of the optical module 110 and the arrangement interval of the fiber strands 132b inserted into the through holes 131c.
  • the arrangement direction of the reflection surfaces 122a is a direction orthogonal to a surface including two optical axes of one reflection surface 122a.
  • the angle (acute angle) formed between the tangential plane at the outer peripheral edge of the reflecting surface 122a and the optical axis is usually 75 degrees or less.
  • the distance between the protrusion 122c and the reflecting surface 122a is preferably 0.05 mm or more from the viewpoint of not affecting the coupling efficiency.
  • the height from the connecting surface 122b of the protruding portion 122c is uniform over the entire circumference, and is larger than the protruding amount of the reflecting surface 122a. Therefore, as shown in FIG. 9, when the virtual plane VP that contacts the entire circumference (here, the plane portion) of the protrusion 122c is defined, the virtual plane VP does not contact the reflecting surface 122a.
  • the virtual plane VP is parallel to a tangential plane at an arbitrary point on the reflecting surface 122a (in this example, the point PT on the optical axis is at least a point inside the outer peripheral edge of the reflecting surface 122a). ing.
  • the optical axes OA1 and OA2 are orthogonal on the reflective surface 122a.
  • the distance along the optical axis OA1 from the first surface 121 to the reflective surface 122a is A, and the point on the optical axis OA1 of the reflective surface 122a
  • the distance A is usually 0.0625 mm or more and 2.9 mm or less.
  • the optical path changing element 120 has a parallel plate-like cover member 125 bonded to the entire periphery of the protruding portion 122c so as to overlap the virtual plane VP. It is preferable that the cover member 125 is a light-shielding member because deterioration of the optical path changing element 120 can be suppressed and light from the outside can be prevented from entering the lens.
  • the cover member 125 is provided, a gap is formed between the reflective surface 122a and the cover member 125 damages the reflective surface 122a, or a reflective film is formed on the reflective surface 122a. There is no risk of injury.
  • the cover member 125 can be provided so as to overlap the virtual plane VP, it is possible to contribute to miniaturization in the stacking direction even when the substrate provided with the optical coupling device 100 is stacked. Furthermore, by sealing the reflective surface 122a in a sealed space with the cover member 125, the reflective surface 122a can be protected from adverse effects of the external environment, such as adhesion of foreign matter. Further, the gap between the reflecting surface 122a and the virtual plane VP may be sealed with a resin to prevent the attachment of foreign matter and condensation. Although sealing with the cover member 125 or resin is not necessarily performed, it is preferable to perform sealing with the cover member 125 or resin for the reasons described above. As shown in FIG. 9, it is preferable that the cover member 125 has a shape that does not protrude outward from the optical path changing element 120 when attached to the optical path changing element 120 because the optical coupling device 100 can be downsized.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a molding process of the optical path changing element using a resin.
  • the first mold MD1 has a V-groove-shaped transfer surface composed of slopes MD1a and MD1b.
  • the second mold MD2 has an optical surface transfer surface MD2a, a joint surface transfer surface MD2b, and a protruding portion transfer surface MD2c. Note that, on the end surface of the second mold MD2, the protruding portion transfer surface MD2c is locally enlarged as indicated by a dotted line.
  • the first mold MD1 and the second mold MD2 are clamped, and both ends in the direction perpendicular to the paper surface are closed except for the gate.
  • the optical path changing element is formed using a material in which 2 to 40 wt% of glass fiber is mixed into the resin.
  • the elongated rod-like glass fiber is crushed and mixed with a resin material at a rate of 2 to 40 wt%, and the mixed material is put into an injection molding machine for injection molding.
  • a resin and a glass fiber are selected such that the difference in refractive index change (dn / dT) with respect to the temperature change between the resin and the glass fiber is 10.5 ⁇ 10 ⁇ 5 or less.
  • Glass fiber is mixed to make a resin material.
  • a resin and a glass fiber that have a difference in linear expansion coefficient between the resin and the glass fiber of 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 or less, and mix the glass fiber into the resin.
  • Resin material The transmittance of the resin is preferably 50% or more at the light source wavelength in a state where the resin is molded into a parallel plate having a thickness of 3 mm.
  • the glass fiber is preferably a rod-like body having a cross section of 5 to 50 ⁇ m and a length of 10 to 500 ⁇ m.
  • wt% means weight%.
  • the first mold MD1 and the second mold MD2 are clamped so that the lower surface of the first mold MD1 and the upper surface of the second mold MD2 are in close contact with each other. Pour into the cavity of the mold MD2. At this time, it is desirable that the position of the gate be in any one of the end faces of the first mold MD1 or the second mold MD2 (the end face in the direction perpendicular to the paper surface indicated by the dotted line in FIG. 10).
  • the first surface 121 of the optical path changing element 120 is transferred and molded by the inclined surface MD1a of the first mold MD1, and the third surface 123 is transferred and molded by the inclined surface MD1b.
  • the reflecting surface 122a of the optical path changing element 120 is transferred and molded by the optical surface MD2a on the mold of the second mold MD2, the connecting surface 122b is transferred and formed by the connecting surface transfer surface MD2b, and the protruding portion is formed by the protruding portion transfer surface MD2c.
  • 122c is transferred and molded.
  • the protrusion transfer surface MD2c is separated from the optical surface MD2a on the mold, there is a possibility that the adverse effect at the time of forming the protrusion 122c by the protrusion transfer surface MD2c may reach the reflecting surface 122a formed by the optical surface transfer surface MD2a. And the shape of the reflecting surface 122a can be maintained with high accuracy.
  • the molded optical path changing element 120 can be taken out by opening the first mold MD1 and the second mold MD2. According to the present embodiment, since the first surface 121 and the third surface 123 of the optical path changing element 120 are flat surfaces, the mold can be easily released even by using a single first type MD1.
  • the transmittance of the resin is 50% or more with respect to light of the light source wavelength in a state where the resin is molded into a parallel plate having a thickness of 3 mm.
  • the transmittance of the resin is 50% or more with respect to the light of the light source wavelength in a state where the resin is molded into a parallel plate having a thickness of 3 mm, an antireflection coating is formed on both surfaces thereof.
  • a transmittance improvement of about 5% on one side so that a total transmittance of 60% (internal absorption 40%) can be secured.
  • the length of the light path passing through the optical element is often equivalent to 1 mm, so that the internal absorption is 13% (40% / 3 mm), that is, the product transmittance is 87%. This is preferable.
  • the resin is polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyolefin resin, transparent polyamide (PA), polysulfone (PSU) / polyphenylenesulfone (PPSU), polyethersulfone (PES), polyether. It is preferably either imide (PEI) or polyetheretherketone (PEEK). Since such a resin is excellent in transparency and has good compatibility with a glass filler, it is suitable as a material for optical elements.
  • the mixing (mixing) amount of the glass filler is preferably 2 to 40 wt%.
  • the mixing amount of the glass filler 2 wt% or more it is possible to obtain an effect sufficient for adjusting the linear expansion coefficient.
  • the mixing amount of the glass filler 40 wt% or less injection is performed. It is possible to avoid an adverse effect that deteriorates the moldability, such as being unable to be formed.
  • even if there is too much mixing amount of the said glass filler there exists an aspect that the effect of adjustment of a linear expansion coefficient is thin.
  • the glass filler is preferably a glass fiber.
  • the glass fiber which is a fine rod-shaped body has an effect that the linear expansion coefficient can be easily adjusted by mixing in the resin.
  • the shape of the glass fiber is preferably a rod-like body having a cross section of 5 to 50 ⁇ m and a length of 10 to 500 ⁇ m. Thereby, a general glass fiber can be utilized.
  • the light source wavelength is preferably 850 ⁇ 150 nm, 1310 ⁇ 150 nm, or 1550 ⁇ 150 nm. Since such a light source wavelength is frequently used in optical communication, it is preferable to be able to cope with this.
  • the optical element is preferably an optical element used for optical communication and having optical surfaces arranged in an array.
  • Comparative Example 1 the case of using only a general-purpose PC (polycarbonate) material is referred to as Comparative Example 1, and further, a glass fiber (product name: FF5) manufactured by HOYA Co., Ltd. is mixed into the same PC material to produce Comparative Example 2, and the same PC Example 1 was prepared by mixing glass fiber (product name: BACD12) manufactured by HOYA Corporation into the material.
  • a glass fiber product name: FF5
  • BACD12 glass fiber manufactured by HOYA Corporation
  • the peak wavelength shift amount, the refractive index for each wavelength, the refractive index change amount (dn / dT) with respect to the temperature change (room temperature + 55 ° C.), the refractive index change amount with respect to the temperature change of the PC material (resin) and the glass fiber (dn / dT), the linear expansion coefficient in the operating temperature range, and the difference in the linear expansion coefficient between the PC material (resin) and the glass fiber were obtained and compared.
  • an approximate curve may be used.
  • the difference in linear expansion coefficient was 6.0 ⁇ 10 ⁇ 5 , and the peak wavelength shift amount was 12 nm, which was reduced to less than half.
  • the peak wavelength deviation can be suppressed as the refractive index change dn / dT with respect to the temperature change of the glass fiber mixed in the resin is closer to the resin refractive index change dn / dT.
  • the peak wavelength shift amount can be suppressed as the linear expansion coefficient of the glass fiber mixed into the resin is closer to the linear expansion coefficient of the resin.
  • the optical element of the present invention can be used not only for optical communication but also for a collimator of a small projector or an optical pickup device.
  • Optical coupling device 110
  • Optical module 111
  • Base plate 112
  • Semiconductor laser 113
  • Pin 120
  • Optical path changing element 121
  • First surface 122
  • Second surface 123
  • Third surface 125
  • Cover member 130
  • Optical connector 131
  • Body 131a Recess
  • Insertion hole 131c Through hole 131d
  • Bottom 131e
  • Lower surface 131f
  • Circular opening 132 Optical fiber 132a Protection part 132b Fiber strand

Landscapes

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Abstract

　単一光源波長を透過する用途で用いられ、高い光利用効率を確保でき、外部環境に対して安定した光学素子及び光学素子の製造方法を提供する。温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が１０．５×１０-5以下となるように、ガラスフィラーと樹脂とを適切に選定することで、かかる素材を用いて形成した光学素子における常温時のピーク波長に対して、温度上昇時のピーク波長のシフト量を小さく抑えることができるから、透過率の低下を抑制できる。

Description

光学素子及び光学素子の製造方法
　本発明は、例えば光通信等に好適に用いられる光学素子及び光学素子の製造方法に関する。
　ルータ等のネットワーク装置、サーバ、大型コンピュータを含む様々な情報／信号処理装置において、情報／信号処理の大規模化、高速化が進んでいる。これらの装置においては、回路基板（ボード）におけるＣＰＵおよびメモリ相互間、配線基板相互間、装置（ラック）相互間等における信号伝送は、従来から電気配線により行われてきた。しかし、伝送速度、伝送容量、消費電力、伝送路からの輻射、伝送路に対する電磁波の干渉等の観点における優位性から、上述の電気配線に代えて、光ファイバ等を伝送路として光により信号を伝送する、いわゆる光インタコネクションが実際に導入されはじめている。
　このような光インタコネクションにおいては、電気信号を光信号に変換して光信号を送信する発光素子を含む光送信モジュール、および、光信号を受信し電気信号に変換する受光素子を含む光受信モジュール、あるいは、それらの両方の機能を有する光送受信モジュールが主要な光部品として用いられる。これらのモジュールを総称して、光モジュールという。
　光モジュール間で、伝送チャネルを用いて並行して光信号を伝送することで、大容量の通信が可能になる。伝送チャネルとしては、光モジュール間で並行して光信号の送信／受信を行うために、光ファイバが用いられることが多い。よって、光ファイバと光モジュール間の光結合のため、一般的に光結合装置が用いられる。
　ところで、光ファイバは基本的に可撓性を有するので、ある程度の曲げや弛みが許容されるが、一般的な光ファイバでは光の伝送効率を確保するために許容される曲げの最小径が規定されている。従って、設置スペースの制限等によって最小径以下の曲げが要求される場合には、光ファイバを切断した上で，切断された光ファイバ間で伝達される光束の光路を折り曲げて光結合を行う光結合装置を用いる方が、全体としてより効率的な収納につながることや光の伝送効率が高まることがある。このような光結合装置を用いるメリットは、光ファイバ同士に限らず、発光素子と光ファイバ或いは光ファイバと受光素子との間の光結合においても同様に生じうる。ここで、発光素子、光源、受光素子等を総称して、光素子という。
　光素子間の光結合を行うために、光路を折り曲げる構造を持つ光コネクタが光結合装置に用いられることがある。このような光コネクタとしては、コネクタ内部で光軸を９０°変更させるＰＴ光コネクタ（ＪＰＣＡ－ＰＥ０３－０１－０６Ｓで規格化）等が実用化されている。ＰＴ光コネクタは、多芯光ファイバテープ芯線などの多芯光ファイバと、フレキシブル配線基板上の光素子とを光結合する基板実装型の光コネクタである。
　一方、近年において光通信情報量は増加の一途をたどっており、加えて情報の長距離・高速伝送が切望されている。ところが、従来から用いられているマルチモードファイバの場合、光ファイバのコア径として５０μｍ・６２．５μｍのものが採用されており、光信号を複数のモードで伝送するため、信号の到達時間にズレが生じ、モード分散が発生するという問題がある。従って、モード分散によってデータ損失が発生するために、長距離・高速伝送は不向きとされている。
　これに対し、シングルモードファイバはモードフィールド径９．２μｍの極細径の光ファイバであり、光信号の伝播をひとつのモードにすることで、減衰を極力抑えることができるという利点がある。従ってマルチモードファイバのように多くのモードを使用する伝送方法と違い、信号の到達時間が単一であるため、モード損失の発生がなく、長距離・高速伝送に適していることから、シングルモードファイバが使用される機会が多くなってきた。
　しかるに、シングルモードファイバを用いる際の課題の一つとして、そのモードフィールド径が９．２μｍと小さいことから、光コネクタを用いて光ファイバと光素子とを光結合する際に、位置ずれの許容度が狭まり、すなわち組付の困難性が高まるということがある。特に問題となるのが、複数のコアを介して独立して情報を伝送できる多芯光ファイバと、複数の光素子とを単一の光コネクタを用いて光結合を行う場合である。このような用途に用いる光コネクタは、一般的に、個々の光ファイバと光素子とに光を伝播させるためのレンズ面を複数個有しているが、かかる光コネクタを樹脂から形成した場合、例えば環境温度変化による熱膨張によって、光ファイバの芯間距離と、レンズ面同士の間隔とにずれが生じ、これにより一部の光ファイバと光素子との間で光結合が行えなくなる恐れがある。その一方で、情報伝送時における光ロスを抑えるべく、光コネクタはある程度高い透明度（透過率）を確保する必要がなる。
　かかる問題に対し、光コネクタの素材としてガラスを用いれば、高い透明度を有しつつ、光ファイバに対して熱膨張差が近づくので、光ファイバの芯間距離と、レンズ面同士の間隔とのずれを抑えることができる。ところが、ガラスは樹脂に比べて成形性が劣るため大量生産に不向きであり、コストの増大を招くという問題がある。
　これに対し、特許文献１，２に示すように、樹脂にガラスフィラーを混入させることで、ガラスの特性に近づけた素材により光学素子を成形しようとする試みがある。
特開２００６－３１２７０６号公報 特開２００６－１６９３２４号公報
　特許文献１，２によれば、樹脂にガラスフィラーを混入させることで機械的強度を高め、更には屈折率をガラスに近づけることで樹脂の透明度を確保する技術が開示されている。しかしながら、上述した従来技術に開示された素材は、例えば、電気機器や電子機器の表示部のカバー、自動車や建材に用いる板ガラスの代替品のような、透明性及び強度の両方の物性が要求される成形品用途に用いられるものであり、光通信などに用いられる単一光源波長の光を透過することによって生じる課題について、従来技術では言及されていない。
　本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、単一光源波長を透過する用途で用いられ、高い光利用効率を確保でき、外部環境に対して安定した光学素子及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学素子は、単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過する光学素子において、
　前記光学素子は、樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成されており、少なくとも前記光源波長付近において、前記樹脂と前記ガラスフィラーの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が、１０．５×１０-5以下であることを特徴とする。
　以下、本発明の一態様における原理について説明する。本発明者らの事前検討において、樹脂素材とガラスフィラーとを混合することで、波長に対して透過率が変化するようになり、最も透過率が高くなる波長（ピーク波長という）が生じるものの、それは混入量にかかわらず不変であると想定されていた。一方、光通信などに用いる光学素子の場合、光源波長が予め決まっているので、全波長帯域で透過率を確保する必要はないといえる。よって、単一光源波長用の光学素子の設計において、例えば線膨張係数を調整するために、ガラスフィラーを適宜混入した樹脂素材を用いるという方針が決まった。ところが、ガラスフィラーを混入した樹脂素材において、温度変化時に透過率が変化するという事象が生じることが判明した。この事象について、具体的に説明する。以下、本明細書中で、特に規定することなく「屈折率」というときは、常温時（２５℃）の屈折率をいうものとする。なお、樹脂素材とガラスフィラーとが混ざっていればよいため「混合」という表現を用いているが、通常は樹脂素材にガラスフィラーを混ぜて成形するため、本説明においては「混入」という表現を用いて説明することもある。
　図１は、縦軸に透過率をとり、横軸に波長をとって、ガラスフィラーを３０ｗｔ％混入した樹脂からなる厚さ３ｍｍの試験片に対して、周囲温度を変化させながら、それぞれ波長を変えた透過光を透過させることで、波長毎の透過率を調べた結果を示す図である。図１によれば、成形品の周囲温度が上昇するほど、ピーク波長が短波長側にシフトし、更に想定しているピーク波長（この場合は５８９ｎｍ）における透過率が減少することが分かる。一方、事前検討では、光学素子の設計仕様による樹脂素材において、かかる事象が生じることは想定されていなかった。
　本発明者らは、設計仕様と実際の樹脂素材との間で、光学特性の差異が生じた原因につき考察した。図２は、ガラスフィラーを混入した樹脂を拡大して見た模式図である。樹脂ＰＬ内には、多数のガラスフィラーＧＦの棒状体片が組み重なるようにして配置されている。ここで、ガラスフィラーを混入した樹脂の成形工程を考えると、まずガラスフィラーを混入した樹脂は３００℃前後に加熱され、１２０℃前後に加熱された金型内に射出されて固化した後、２０℃前後の室温に放置される。このように樹脂の置かれた温度環境に応じて冷却が進行するが、その際に、混入されたガラスフィラーの拘束によって、その周囲にある樹脂の収縮が妨げられ、樹脂密度に偏りが生じると推認される。具体的に、例えば樹脂成形品の内部ではガラスフィラーの拘束が強く粗になり、一方、樹脂成形品の表面に近い部位ではガラスフィラーの拘束が弱く密になると推認される。してみると、ガラスフィラー自体はあまり変性していないので、樹脂に比べれば屈折率変化は小さいのに対して、樹脂は密度に応じて局所的に屈折率が変化すると考えられる。尚、設計仕様では、場所によらず樹脂自体の屈折率は一定であると仮定していた。
　図３は、縦軸に屈折率をとり、横軸に波長をとって示す図である。本発明者らは、樹脂ＰＬ及びガラスフィラーＧＦの本来の屈折率／波長特性は、(例えば光源波長±100nmなど)狭い波長域に限定することを条件に、いずれも透過光の波長λが高くなるにつれて屈折率ｎが低くなるようなリニアな特性であるものと仮定していた。ところが、実際には、ガラスフィラーＧＦを混入することで樹脂ＰＬの屈折率が局所的に変化すると推認されるから、樹脂ＰＬの屈折率／波長特性は、図３でハッチングに示すように所定の範囲でばらついた広い帯状の領域ＰＣｒとなると考えられる。よって常温時のピーク波長は、帯状の領域ＰＣｒの中で最も多く分布する密度量からなる屈折率特性ＰＣｃと、点線で示すガラスフィラーＧＦの屈折率／波長特性ラインＧＣが交差する点ＰＫ１の位置であると推認される。
　また、成形品内部における屈折率分布が比較的大きい中に、ガラスフィラーＧＦが散りばめられているため、それぞれのガラスフィラーを透過する波長が異なることとなり、結果として、全体の透過率を下げる１つの要因となっていると推認される。
　これに対し、温度上昇時には、樹脂ＰＬの密度とガラスフィラーＧＦの密度とがそれぞれ変化する。従って、樹脂ＰＬの屈折率／波長特性は、図３に示すように、所定の範囲でばらついたまま短波長側にシフトした帯状の領域ＰＣｒｔとなると考えられる。又、温度上昇と共にガラスフィラーＧＦの密度も若干ではあるが低くなるから、これに応じて屈折率も低下し、図３に実線で示すようにシフトする。よって温度上昇時のピーク波長は、樹脂ＰＬにおける帯状の領域ＰＣｒｔの中で最も多く分布する密度量からなる屈折率特性ＰＣｃｔと、ガラスフィラーＧＦの屈折率／波長特性ラインＧＣｔが交差する点ＰＫ２の位置になると推認される。
　図４は、縦軸に透過率をとり、横軸に波長をとって、ガラスフィラーを混入した樹脂の常温時（Ａ）と温度上昇時（Ｂ）の特性を模式的に示した図である。いずれも透過率分布が生じているが、ここではピーク波長を中心としたガウシアン分布とした。図３を参照して上述したように常温から温度が上昇した場合、ピーク波長ＰＫ１が、それより低波長側のピーク波長ＰＫ２へとシフトするが、単一の光源波長をＰＫ１と仮定すると、温度上昇時には樹脂素材が特性（Ｂ）に従うため、透過率がΔだけ低下することが分かる。
　本発明者らの検討結果によれば、ガラスフィラーの混入量が３０ｗｔ％である樹脂において、実際に成形した成形品で、２８℃のピーク波長が５０３ｎｍであり、透過率は５２．１％であったのに対し、同成形品を４０℃に温度上昇した場合、ピーク波長が４９０ｎｍとなり、透過率は５１．７％に低下し、更に４９℃に温度上昇した場合、ピーク波長が４８０ｎｍとなり、波長５０３ｎｍにおける透過率は５１．４％に低下し、また５６℃に温度上昇した場合、ピーク波長が４７６ｎｍとなり、透過率は５１．２％に低下することが分かった。
　以上の検討結果から、本発明者らは、樹脂と、混入するガラスフィラーのそれぞれの温度変化に対する屈折率変化量を工夫することで、上述した問題を解消できることを見出した。より具体的には、図３において、常温時のピーク波長ＰＫ１が温度上昇時のピーク波長ＰＫ２と重なれば、透過率の低下を極力抑制することができる。これを言い換えると、縦軸に屈折率をとり、横軸に波長をとって示す図５において、常温時における樹脂ＰＬの帯状の領域ＰＣｒの中で最も多く分布する密度量からなる屈折率特性ＰＣｃと、ガラスフィラーＧＦの屈折率／波長特性ラインＧＣが交差する点ＰＫ１に対して、温度上昇時における樹脂ＰＬの帯状の領域ＰＣｒｔの中で最も多く分布する密度量からなる屈折率特性ＰＣｃｔと、ガラスフィラーＧＦの屈折率／波長特性ラインＧＣｔが交差する点ＰＫ２とが、横軸において重なるようにすれば、温度変化に関わりなくピーク波長のずれを抑制できる。但し、ピーク波長ＰＫ１，ＰＫ２とは完全に一致しなくても、その差が小さければ効果がある。
　つまり、温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が１０．５×１０-5以下となるように、混入するガラスフィラーと樹脂とを適切に選定することで、かかる素材を用いて成形した光学素子における常温時のピーク波長に対して、温度上昇時のピーク波長のシフト量を小さく抑えることができるから、透過率の低下を抑制できる。
　被写体光の透過やカラー画像の表示などを目的とした光学素子用途の場合には可視光領域の全波長域が必要となるため、ガラスフィラーと樹脂との屈折率が全波長域においてできるだけ同じになるような材料を選定することが考えられる。しかしながら、本態様においては単一光源を用いるため、被写体光の透過やカラー画像の表示などを目的とした光学素子用途のようにガラスフィラーと樹脂との屈折率が全波長域においてできるだけ同じにしなくて済み、むしろ、少なくとも光源波長付近で、温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）を１０．５×１０-5以下とすれば、本態様の光学素子に用いることができる。
尚、「光源波長付近」とは、光源波長に対して±１００ｎｍの範囲をいうものとする。更に、ｄｎ／ｄＴの算出に当たっては、光源波長付近の屈折率を用いた１次か２次の近似曲線を使用しても良い。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別の光学素子は、単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過する光学素子において、
　前記光学素子は、樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成されており、少なくとも前記光学素子の使用温度範囲における、前記樹脂と前記ガラスフィラーの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下であることを特徴とする。
　以上の説明から明らかであるが、少なくとも前記光学素子の使用温度範囲における、前記樹脂と前記ガラスフィラーの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下となるように、ガラスフィラーと樹脂とを適切に選択すれば、かかる素材を用いて成形した光学素子における常温時のピーク波長に対して、温度変化（上昇または減少）時のピーク波長のシフト量を小さく抑えることができるから、透過率の低下を抑制できる。また、樹脂とガラスフィラーの線膨張係数の差が６．０×１０-5以下であるため、温度変化（上昇または減少）時にはガラスフィラーも樹脂と同じように膨張又は収縮する。これにより、ガラスフィラーの拘束によって、その周囲にある樹脂の膨張や収縮が妨げられることを抑制でき、結果として樹脂密度に偏りが生じることも抑制できる。従って、例えば樹脂成形品の内部で樹脂密度が様々に分布してしまうことを防止でき、樹脂の屈折率／波長特性が広い帯状でなくすることができるため、透過率が低下してしまうことを抑制できる。この光学素子を例えば光コネクタとして用いる場合、更に光学素子と光ファイバ側の線膨張係数とを合わせることが望ましい。尚、「使用温度範囲」とは、－２０℃～８５℃の範囲をいうものとする。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学素子の製造方法は、単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過し、且つ樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成される光学素子の製造方法であって、
　少なくとも前記光源波長付近において、前記樹脂と前記ガラスフィラーの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が、１０．５×１０-5以下となる樹脂とガラスフィラーとを混合する混合工程と、
　前記混合した素材を金型内に形成されたキャビティ内に注入する工程と、
　前記金型内で前記混合した素材を冷却し光学素子を成形する工程と、
　前記成形した光学素子を取り出す工程と、
を有することを特徴とする。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した別の光学素子の製造方法は、単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過し、且つ樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成される光学素子の製造方法であって、
　少なくとも前記光学素子の使用温度範囲における、前記樹脂と前記ガラスフィラーの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下となる樹脂とガラスフィラーとを混合する混合工程と、
　前記混合した素材を金型内に形成されたキャビティ内に注入する工程と、
　前記金型内で前記混合した素材を冷却し光学素子を成形する工程と、
　前記成形した光学素子を取り出す工程と、
を有することを特徴とする。
　本発明によれば、単一光源波長を透過する用途で用いられ、高い光利用効率を確保でき、外部環境に対して安定した光学素子及び光学素子の製造方法を提供することができる。
ガラスファイバの混入量を変更した樹脂において、温度変化により透過光のピーク波長がずれ透過率が低下傾向にあることを示す図である。 ガラスファイバを混入した樹脂を拡大して見た模式図である。 ガラスファイバを混入した樹脂において、温度上昇により透過光のピーク波長が低下することを示す図である。 ガラスファイバを混入した樹脂において、温度上昇により透過光のピーク波長が低下することを示す図である。 本発明の一態様における原理を説明するための図である。 本実施形態にかかる光結合装置１００を分解した状態で示す斜視図である。 光結合装置１００の１つの光軸に沿った断面図である。 光結合装置１００に用いる光路変更素子１２０の斜視図である。 光路変更素子１２０の拡大断面図である。 光路変更素子を、ガラスファイバを混入した樹脂により成形する工程を示す図である。
　本実施形態において、「単一光源波長」というときは、特定の目的に使用する光源波長が単一であることを意味し、例えば光通信等において、上り通信と下り通信とで同じ光学素子を用いる場合でも光源波長が異なる場合があり、かかる場合には、上り通信時の光源波長が単一であり、また下り通信時の光源波長が単一であるという意味である。
　ガラスフィラーとしては、汎用的なＥガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラス、Ｔガラス、石英ガラスなどを用いてもよく、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）などから選択して、それぞれ比率を適宜調整したものを用いることができる。
　本実施形態では、ガラスフィラーとして、ガラス繊維（ガラスファイバ）、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ミルドファイバ又はガラスビーズなどを用いることができる。以下に述べる実施形態及び実施例では、ガラスフィラーを代表してガラスファイバについて説明する。
　ガラスファイバは、従来公知のガラス長繊維の紡糸方法を用いて得ることができる。例えば、溶融炉でガラス原料を連続的にガラス化してフォアハースに導き、フォアハースの底部にブッシングを取り付けて紡糸するダイレクトメルト（ＤＭ）法、又は、溶融したガラスをマーブル、カレット、棒状に加工してから再溶融して紡糸する再溶融法等の各種の方法を用いてガラスを繊維化することができる。
　ガラスファイバの径は特に限定されないが、φ５～５０μｍのものが好ましく用いられる。Φ５μｍよりも細い場合には、ガラスファイバと樹脂との接触面積が増大して乱反射の原因となり、成形品の透明性が低下する場合がある。φ５０μｍよりも太い場合には、射出成形時の充填圧力が高くなり、ひいては金型への転写不足に繋がる場合がある。更に好ましくは、φ１０～φ４５μｍである。
　尚、ガラスフィラーとしては、光源波長よりも大きなサイズの粒子が、全体の９０％以上（好ましくは９５％以上）であることが重要である。これまでも、例えば直径が３０ｎｍ以下の粒子を混入した樹脂素材を用いて光学素子を成形する試みはあったが、この樹脂素材中では粒子が凝集しやすいという問題や、粒子の表面積が増大して樹脂素材が固くなりがちで成形が困難となるという問題や、更には粒子の表面積が増大して親水性が高まり、成形した光学素子の吸水率が増大して光学特性が変化するという問題があった。一方、ガラスフィラーを光源波長より大きな粒子とすることで、かかる課題を解消できる。
　ここで「光学素子」としては、例えばレンズ、プリズム、回折格子素子（回折レンズ、回折プリズム、回折板）、光学フィルター（空間ローパスフィルター、波長バンドパスフィルター、波長ローパスフィルター、波長ハイパスフィルター等々）、偏光フィルター（検光子、旋光子、偏光分離プリズム等々）、位相フィルター（位相板、ホログラム等々）があげられるが、以上に限られることはない。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図６は、本実施形態である光学素子としての光路変更素子を有する光結合装置１００を分解した状態で示す斜視図である。図７は、光結合装置１００の光軸に沿った断面図である。図８は、光結合装置１００に用いる光路変更素子１２０の斜視図である。図９は、光路変更素子１２０の拡大断面図である。以下に示す構成は概略図であり、形状や寸法等は実際と異なるものがある。
　図６、７に示すように、光結合装置１００は、光モジュール１１０と、光路変更素子１２０と、光コネクタ１３０とから構成されている。光モジュール１１０は、ここでは光を送信する機能を有し、大容量サーバ等の背面に複数枚積層されて差し込まれる基板に設置可能なものである。基板自体を光モジュール１１０としても良い。光モジュール１１０は、矩形状であって上面が平面である台板１１１上に、複数の発光素子であるＶＣＳＥＬタイプの半導体レーザ１１２を１列に配置してなる。半導体レーザ１１２の光源波長は、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍのいずれかである。台板１１１上において、半導体レーザ１１２の並び方向両端近傍には、円筒状のピン１１３が配置されている。尚、半導体レーザ１１２の周囲に、光路変更素子１２０を位置決めするための凹凸等を形成しても良い。光モジュール１１０のＮＡは０．１～０．６である。
　光コネクタ１３０は、樹脂で形成される本体部１３１を備え、光ファイバ１３２に連結され、これを保持する機能を有している。
　光ファイバ１３２として、例えば、全石英型のマルチモード型光ファイバ、あるいはシングルモード型光ファイバ等を用いることができる。光ファイバ１３２の形態としては、例えば、単心光ファイバを用いても良いが、ここでは複数本の光ファイバを有する多芯光ファイバテープ（リボン）が用いられている。
　本体部１３１は、厚めの矩形板状に成形され、図６で上方から見て一辺が矩形状に切り欠かれて凹部１３１ａを形成している。本体部１３１の凹部１３１ａと反対側には、図７に示すように、光ファイバ１３２を挿入する挿入孔１３１ｂが形成されている。挿入孔１３１ｂは、光ファイバ１３２の被覆としての保護部１３２ａを収容可能なように幅広の矩形形状断面を持つ。挿入孔１３１ｂの底面から凹部１３１ａに向かって、複数の細い貫通孔１３１ｃが形成されている。貫通孔１３１ｃには、光ファイバ１３２の被覆を除去されたファイバ素線１３２ｂの先端部が挿通されている。
　貫通孔１３１ｃが露出した凹部１３１ａの底面１３１ｄは、本体部１３１の下面１３１ｅに対して直交している。又、図６に示すように、凹部１３１ａを挟むようにしてその両側に、ピン１１３と同径である円形開口１３１ｆが一対形成されている。
　図８、９において、光路変更素子１２０は，後述するようにしてガラスファイバを所定量混入した樹脂により一体的に形成されている。光路変更素子１２０は、細長い三角プリズム状の形状を有し、第１面１２１と、第２面１２２と、第３面１２３と、を有している。第１面１２１と第３面１２３とは直交している。なお、光路変更素子１２０の光軸方向（ＯＡ１、ＯＡ２方向）の大きさは、１０ｍｍ以下であることが小型化の観点で好ましい。又、光ファイバを曲げた際の最小径よりも小型にすることができるという観点から、その大きさを５ｍｍ以下にすることが更に好ましい。但し、光学素子内を通る光線経路の長さは１ｍｍ程度であることが好ましく。光線経路の長さを１ｍｍより小さくする場合には透過率の低い材料を使うことも可能となるため好ましく、逆に光線経路の長さを１ｍｍよりも大きくする場合には透過率の高い材料を用いることで光路偏光素子として十分な透過率を確保することができる。
　第１面１２１は平面であって、光モジュール１１０の半導体レーザ１１２から出射した光束を入射する機能を有する。第２面１２２は、複数個一列に並べて設けた反射面１２２ａと、反射面１２２ａの周囲に形成された平面状の繋ぎ面１２２ｂと、繋ぎ面１２２ｂの周囲を囲むようにして第２面１２２の外周に形成された矩形枠状の突出部１２２ｃとを有する。繋ぎ面１２２ｂと突出部１２２ｃとの間には斜面１２２ｄが形成されていると好ましい。第３面１２３は平面であって、反射面１２２ａから反射した光束を透過する機能を有する。
　反射面１２２ａは，繋ぎ面１２２ｂから突出してなる同一形状をそれぞれ有し、具体的には正面から見て楕円形状であって、円錐状の発散光束が入射したときに光軸を９０°折り曲げて円錐状の収束光束を反射できるようなアナモフィックな自由曲面を有する。図８の例においては、一方向が楕円形状であるトロイダル面（広義のアナモフィック面）となっている。これにより、収差をほぼなくすことができる。反射面１２２ａの並び間隔は、光モジュール１１０の半導体レーザ１１２の並び間隔、及び貫通孔１３１ｃ内に挿通されたファイバ素線１３２ｂの並び間隔に等しくなっている。反射面１２２ａの並び方向は、１つの反射面１２２ａの２つの光軸を含む面に直交する方向である。なお、反射面１２２ａの外周縁における接平面と光軸とのなす角度（鋭角）は通常７５度以下となる。突出部１２２ｃと反射面１２２ａとの距離は、結合効率に影響を与えないという観点から０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
　突出部１２２ｃの繋ぎ面１２２ｂからの高さは全周において一様であり、反射面１２２ａの突出量よりも大きくなっている。従って、図９に示すように、突出部１２２ｃの全周（ここでは平面部）に接するような仮想平面ＶＰを規定したとき、仮想平面ＶＰは反射面１２２ａに接することはない。又、仮想平面ＶＰは反射面１２２ａの任意の点（この例では光軸上の点ＰＴであるが、少なくとも反射面１２２ａの外周縁より内側の点であれば足りる）における接平面に平行となっている。
　図９において、１つの反射面１２２ａにおける、光モジュール１１０側の光軸をＯＡ１とし、光コネクタ１３０側の光軸をＯＡ２とすると、光軸ＯＡ１，ＯＡ２は反射面１２２ａ上で直交している。第１面１２１から反射面１２２ａまでの光軸ＯＡ１に沿った距離（又は第３面１２３から反射面１２２ａまでの光軸に沿った距離）をＡとし、反射面１２２ａの光軸ＯＡ１上の点ＰＴから仮想平面ＶＰまでの距離をＢとしたときに、以下の式を満たす。なお、距離Ａは通常０．０６２５ｍｍ以上２．９ｍｍ以下となる。
　Ｂ／Ａ＜１．０　　　（１）
　光路変更素子１２０は、仮想平面ＶＰに重なるようにして、平行平板状のカバー部材１２５を、突出部１２２ｃの全周に接着している。カバー部材１２５は遮光性の部材であると、光路変更素子１２０の劣化を抑制でき、外部からの光がレンズ内部に侵入することを防げるため、好ましい。カバー部材１２５を設けることで反射面１２２ａとの間に隙間が生じ、カバー部材１２５が反射面１２２ａを傷つけたり、また反射面１２２ａに反射膜が成膜されているような場合にも、それを傷つける恐れがない。加えて、仮想平面ＶＰに重なるようにしてカバー部材１２５を設けることができるため、光結合装置１００を設けた基板を積層するような場合にも積層方向の小型化に貢献することができる。更に、カバー部材１２５により反射面１２２ａを密閉空間に封止することで、異物の付着等、反射面１２２ａを外部環境の悪影響から保護することができる。また、反射面１２２ａと仮想平面ＶＰとの隙間を樹脂により封止して異物の付着や結露の防止を行っても良い。カバー部材１２５または樹脂による封止は必ず行わなければならないわけではないが、上述の理由で、カバー部材１２５または樹脂による封止を行うことが好ましい。図９に示すように、カバー部材１２５は、光路変更素子１２０に取り付けたときに、光路変更素子１２０より外側に突出しない形状であると、光結合装置１００を小型化できるので好ましい。
（光路変更素子の成形）
　図１０は、光路変更素子の樹脂による成形工程を示す図である。図１０（ａ）に示すように、第１型ＭＤ１は、斜面ＭＤ１ａ、ＭＤ１ｂからなるＶ溝状の転写面を有する。一方、第２型ＭＤ２は、光学面転写面ＭＤ２ａと、繋ぎ面転写面ＭＤ２ｂと、突出部転写面ＭＤ２ｃとを有する。尚、第２型ＭＤ２の端面では，点線で示すように突出部転写面ＭＤ２ｃが局所的に拡大している。第１型ＭＤ１と第２型ＭＤ２は型締めした状態で、紙面垂直方向の両端がゲートを除き閉じている。
　ここでは、樹脂に対してガラスファイバ２～４０ｗｔ％を混入してなる素材を用いて光路変更素子を成形する。細長い棒状のガラスファイバを破砕し、２～４０ｗｔ％の割合で樹脂材料と混ぜ、混ぜた材料を射出成形機にいれて射出成形を行う。少なくとも光源波長付近において、樹脂とガラスファイバの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が、１０．５×１０-5以下であるような樹脂とガラスファイバとを選択し、樹脂にガラスファイバを混入して樹脂素材とする。又は、少なくとも使用温度範囲内で、樹脂とガラスファイバの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下であるような樹脂とガラスファイバとを選択し、樹脂にガラスファイバを混入して樹脂素材とする。樹脂の透過率は、厚さ３ｍｍの平行平板に成形した状態で、光源波長において５０％以上であると好ましい。尚、ガラスファイバの形状は、断面がφ５～５０μｍであり、長さが１０～５００μｍである棒状体であると好ましい。また、ｗｔ％とは重量％のことを意味する。
　図１０（ａ）に示すように、第１型ＭＤ１の下面と第２型ＭＤ２の上面を密着するように型締めし、不図示のゲートから溶融した樹脂素材を、第１型ＭＤ１と第２型ＭＤ２のキャビティ内へと流し込む。このとき、ゲートの位置は、第１型ＭＤ１又は第２型ＭＤ２の端面（図１０にて一部点線で示す紙面垂直方向の端面）内のいずれかにあることが望ましい。
　第１型ＭＤ１の斜面ＭＤ１ａにより、光路変更素子１２０の第１面１２１が転写成形され、斜面ＭＤ１ｂにより第３面１２３が転写成形される。一方、第２型ＭＤ２の型上の光学面ＭＤ２ａにより、光路変更素子１２０の反射面１２２ａが転写成形され、繋ぎ面転写面ＭＤ２ｂにより繋ぎ面１２２ｂが転写形成され、突出部転写面ＭＤ２ｃにより突出部１２２ｃが転写成形される。突出部転写面ＭＤ２ｃは、型上の光学面ＭＤ２ａから離間しているので、突出部転写面ＭＤ２ｃによる突出部１２２ｃ成形時の悪影響が、光学面転写面ＭＤ２ａにより成形される反射面１２２ａに及ぶ恐れが少なく、反射面１２２ａの形状を精度良く維持できる。
　樹脂素材の固化後、図１０（ｂ）に示すように、第１型ＭＤ１と第２型ＭＤ２を型開きすることで、成形された光路変更素子１２０を取り出すことができる。本実施形態によれば、光路変更素子１２０の第１面１２１と第３面１２３が平面であるので、単一の第１型ＭＤ１を用いても容易に離型が可能となる。
　以下、上記光学素子の好ましい態様についてまとめて説明する。
　上記光学素子において、前記樹脂の透過率は、厚さ３ｍｍの平行平板に成形した状態で、前記光源波長の光に対して５０％以上であることが好ましい。
　本発明者らの検討結果によれば、前記樹脂の透過率を、厚さ３ｍｍの平行平板に成形した状態で、前記光源波長の光に対して５０％以上とすると、その両面に反射防止コートを施すことで、片面５％程度の透過率向上が期待できるから、トータルで透過率６０％（内部吸収分４０％）を確保できる。実際の光学素子は、光学素子内を通る光線経路の長さが１ｍｍ相当であることが多いので、内部吸収分は１３％（４０％／３ｍｍ）となり、すなわち製品透過率は８７％を得られることとなって好ましい。
　また、前記樹脂は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオレフィン系樹脂、透明ポリアミド（ＰＡ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）／ポリフェニレンサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)のいずれかであることが好ましい。このような樹脂は透明性に優れ、ガラスフィラーとの相性も良いので、光学素子の素材として好適である。
　また、前記ガラスフィラーの混合（混入）量は２～４０ｗｔ％であることが好ましい。前記ガラスフィラーの混入量を２ｗｔ％以上とすることで、線膨張係数を調整するのに十分な効果を得ることが出来、一方、前記ガラスフィラーの混入量を４０ｗｔ％以下とすることで、射出ができなくなるなど成形性が悪くなるような悪影響を回避できる。又、前記ガラスフィラーの混入量が多すぎても、線膨張係数の調整の効果が薄いという側面もある。
　また、前記ガラスフィラーはガラスファイバであることが好ましい。微細な棒状体であるガラスファイバは、樹脂に混入することにより線膨張係数を調整しやすいという効果がある。
　また、前記ガラスファイバの形状は、断面がφ５～５０μｍであり、長さが１０～５００μｍである棒状体であることが好ましい。これにより一般的なガラスファイバを利用することができる。
　また、前記光源波長は、８５０±１５０nm、１３１０±１５０nm、１５５０±１５０nmのいずれかであることが好ましい。このような光源波長は光通信にて多用されるので、これに対応できることが好ましい。
　また、前記光学素子は、光通信に用いられ光学面がアレイ状に並んだ光学素子であることが好ましい。
　以下、上述した実施形態に用いることができる実施例を説明する。ここで、汎用のＰＣ(ポリカーボネート)材のみの場合を比較例１とし、更に同じＰＣ材にＨＯＹＡ株式会社製のガラスファイバ(製品名ＦＦ５)を混入して比較例２を作製し、また同じＰＣ材にＨＯＹＡ株式会社製のガラスファイバ(製品名ＢＡＣＤ１２)を混入して実施例１を作製した。その後、ピーク波長ずれ量、波長毎の屈折率、温度変化(常温＋５５℃)に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）、ＰＣ材(樹脂)とガラスファイバの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差、使用温度範囲における線膨張係数、及びＰＣ材(樹脂)とガラスファイバの線膨張係数の差をそれぞれ求めて比較した。なお、光源波長付近におけるｄｎ／ｄＴの算出に当たっては近似曲線を用いてもよい。本比較例及び実施例においては、光源波長λ＝486ｎｍ,587ｎｍ,656ｎｍの屈折率からなる１次曲線で近似してｄｎ／ｄＴの値を計算した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の比較結果より、比較例２においては、光源波長（５８７ｎｍ）における樹脂とガラスファイバの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が１０．８×１０-5であり且つ光学素子の使用温度範囲における樹脂とガラスファイバの線膨張係数の差が６．４×１０-5であって、ピーク波長ずれ量が、２７ｎｍとなった。これに対し、実施例１では、樹脂とガラスファイバの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が１０．５×１０-5であり且つ光学素子の使用温度範囲における樹脂とガラスファイバの線膨張係数の差が６．０×１０-5であって、ピーク波長ずれ量は１２ｎｍと半分以下に減少した。以上の結果を考察すると、樹脂に混入するガラスファイバの温度変化に対する屈折率変化ｄｎ／ｄＴが、樹脂の屈折率変化ｄｎ／ｄＴに近いほど、ピーク波長ずれ量を抑えることができるものと推認される。又、樹脂に混入するガラスファイバの線膨張係数が、樹脂の線膨張係数に近いほど、ピーク波長ずれ量を抑えることができるものと推認される。
　本発明は、明細書に記載の実施形態・実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明の光学素子は、光通信に限らず、小型のプロジェクタのコリメータ等や光ピックアップ装置にも用いることができる。
１００　　　　　　光結合装置
１１０　　　　　　光モジュール
１１１　　　　　　台板
１１２　　　　　　半導体レーザ
１１３　　　　　　ピン
１２０　　　　　　光路変更素子
１２１　　　　　　第１面
１２２　　　　　　第２面
１２３　　　　　　第３面
１２５　　　　　　カバー部材
１３０　　　　　　光コネクタ
１３１　　　　　　本体部
１３１ａ　　　　　凹部
１３１ｂ　　　　　挿入孔
１３１ｃ　　　　　貫通孔
１３１ｄ　　　　　底面
１３１ｅ　　　　　下面
１３１ｆ　　　　　円形開口
１３２　　　　　　光ファイバ
１３２ａ　　　　　保護部
１３２ｂ　　　　　ファイバ素線

Claims (11)

  1. 　単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過する光学素子において、
    　前記光学素子は、樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成されており、少なくとも前記光源波長付近において、前記樹脂と前記ガラスフィラーの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が、１０．５×１０-5以下であることを特徴とする光学素子。
  2. 　単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過する光学素子において、
    　前記光学素子は、樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成されており、少なくとも前記光学素子の使用温度範囲における、前記樹脂と前記ガラスフィラーの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下であることを特徴とする光学素子。
  3. 　前記樹脂の透過率は、厚さ３ｍｍの平行平板に成形した状態で、前記光源波長の光に対して５０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
  4. 　前記樹脂は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオレフィン系樹脂、透明ポリアミド（ＰＡ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）／ポリフェニレンサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)のいずれかであることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
  5. 　前記ガラスフィラーの混合量は２～４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の光学素子。
  6. 　前記ガラスフィラーはガラスファイバであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の光学素子。
  7. 　前記ガラスファイバの形状は、断面がφ５～５０μｍであり、長さが１０～５００μｍである棒状体であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
  8. 　前記光源波長は、８５０±１５０nm、１３１０±１５０nm、１５５０±１５０nmのいずれかであることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の光学素子。
  9. 　前記光学素子は、光通信に用いられる光学面がアレイ状に並んだ光学素子であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の光学素子。
  10. 　単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過し、且つ樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成される光学素子の製造方法であって、
    　少なくとも前記光源波長付近において、前記樹脂と前記ガラスフィラーの温度変化に対する屈折率変化量（ｄｎ／ｄＴ）の差が、１０．５×１０-5以下となる樹脂とガラスフィラーとを混合する混合工程と、
    　前記混合した素材を金型内に形成されたキャビティ内に注入する工程と、
    　前記金型内で前記混合した素材を冷却し光学素子を成形する工程と、
    　前記成形した光学素子を取り出す工程と、
    を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
  11. 　単一光源波長を持つ光源から出射した光束を透過し、且つ樹脂とガラスフィラーとを混合した素材から形成される光学素子の製造方法であって、
    　少なくとも前記光学素子の使用温度範囲における、前記樹脂と前記ガラスフィラーの線膨張係数の差が、６．０×１０-5以下となる樹脂とガラスフィラーとを混合する混合工程と、
    　前記混合した素材を金型内に形成されたキャビティ内に注入する工程と、
    　前記金型内で前記混合した素材を冷却し光学素子を成形する工程と、
    　前記成形した光学素子を取り出す工程と、
    を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3315857A1 (fr) * 2016-10-28 2018-05-02 Valeo Vision Guide de lumière coudé amélioré

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI665474B (zh) * 2018-04-20 2019-07-11 大立光電股份有限公司 環形光學元件、成像鏡頭模組與電子裝置
CN112969946B (zh) * 2018-10-23 2025-02-25 斯科雅有限公司 网络交换机asic与光收发器的组装
CN110540361B (zh) * 2019-08-22 2022-03-15 株洲醴陵旗滨玻璃有限公司 一种全息成像玻璃组合物、玻璃基片及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060680A (ja) * 2003-07-31 2005-03-10 Kyoto Univ 繊維強化複合材料及びその製造方法並びに配線基板
JP2006171406A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Konica Minolta Opto Inc 樹脂材料及びそれを用いた光学素子
JP2009192683A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Hitachi Cable Ltd 光通信モジュール及びその使用方法
JP2011105846A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Mitsubishi Chemicals Corp ポリカーボネート樹脂組成物及びその成形品
JP2012082418A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Boeing Co:The 有機繊維を有する透明複合材料

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5783624A (en) * 1996-12-13 1998-07-21 Hoechst Celanese Corporation Transparent polymer composites having a low thermal expansion coefficient
US7012768B2 (en) * 2000-12-27 2006-03-14 Ntn Corporation Optical pick-up
JP2006161000A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Konica Minolta Opto Inc 熱可塑性複合材料及び光学素子
CN103257376B (zh) * 2006-06-05 2015-12-09 三菱瓦斯化学株式会社 光学透镜

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060680A (ja) * 2003-07-31 2005-03-10 Kyoto Univ 繊維強化複合材料及びその製造方法並びに配線基板
JP2006171406A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Konica Minolta Opto Inc 樹脂材料及びそれを用いた光学素子
JP2009192683A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Hitachi Cable Ltd 光通信モジュール及びその使用方法
JP2011105846A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Mitsubishi Chemicals Corp ポリカーボネート樹脂組成物及びその成形品
JP2012082418A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Boeing Co:The 有機繊維を有する透明複合材料

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CYCLO OLEFIN COPOLYMER APEL: "Mitsui Chemicals, Inc", Retrieved from the Internet <URL:http://jp.mitsuichem.com/service/pdf/apelj.pdf?1454632939834> [retrieved on 20160205] *
CYCLO OLEFIN POLYMER ZEONEX: "Nippon Zeon Co., Ltd.", 2012, pages 7, Retrieved from the Internet <URL:http://www.zeon.co.jp/content/200133136.pdf> [retrieved on 20160205] *
S-BAL12: "Ohara Inc", Retrieved from the Internet <URL:http://www.ohara-inc.co.jp/jp/product/optical/dl/data/jsbal12.pdf> [retrieved on 20160205] *
S-LAH58: "Ohara Inc.", Retrieved from the Internet <URL:http://www.ohara-inc.co.jp/jp/product/optical/dl/data/jslah58.pdf> [retrieved on 20160205] *
S-LAL10: "Ohara Inc", Retrieved from the Internet <URL:http://www.ohara-inc.co.jp/jp/product/optical/dl/data/jsla110.pdf> [retrieved on 20160205] *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3315857A1 (fr) * 2016-10-28 2018-05-02 Valeo Vision Guide de lumière coudé amélioré

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