CN1789186A - 光学透镜母材、光学透镜、及光学透镜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的光学透镜制造方法的特征在于，包含以下工序：即制造具有相互平行地形成的多个曲面部(43)、以及在多个曲面部(43)两侧形成的一对凸缘部(48)的光学透镜用母材(40)的光学透镜用母材制作工序，对光学透镜用母材(40)进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序，以及切断经过线材拉伸处理的光学透镜用母材(40)、制作光学透镜(1)的光学透镜制作工序；通过线材拉伸处理工序进行线材拉伸处理后的光学透镜用母材(40)的多个曲面部(43)作为光学作用部起作用。采用这样的制造方法，能够在线材拉伸处理之前的母材阶段决定光学作用部的形状，因此能够以足够大的尺寸进行光学作用部的加工。

Description

光学透镜母材、光学透镜、及光学透镜的制造方法

本申请是原申请的分案申请，原申请的国际申请日为2002年5月8日，申请号为02809494.8，国际申请号为PCT/JP02/04497，原申请的发明创造名称为：光学透镜母材、光学透镜、及光学透镜的制造方法。

                        技术领域

本发明涉及对从发光元件出射的光起作用的光学透镜、光学透镜的制造方法。

                        背景技术

日本专利第3121614号公报及英国公报GB2108483A公开了利用线材拉伸处理方法的微型透镜制造方法。采用这样的制造方法，成型圆柱型的预成型材料(母材)，对其进行加热、拉伸加工，以形成与预成型材料相同剖面形状的圆柱透镜。

                        发明的公开

发明人对上述已有的技术进行了研究，结果发现了以下所述问题。亦即，在这样的已有类型的光学透镜的制造方法中，在线材拉伸处理过程中预成型材料发生应变等，产生变形，存在不能完全按照设计的那样形成对光线起作用的光学作用部的问题。

本发明是为了解决上述存在问题而作出的，目的在于提供能够抑制母材由于线材拉伸处理产生变形的光学透镜制造方法。又，本发明的目的在于，提供具备对光准确地起作用的光学作用部的光学透镜。

本发明的光学透镜用母材是利用透光性材料构成为具有第1侧面～第4侧面的柱状形状的线材拉伸处理用光学透镜母材，其第1侧面和第1侧面的相反侧的第3侧面中的至少一方具有与柱轴平行地形成的曲面部和形成于曲面部两侧的一对凸缘(flange)部。

采用这样的光学透镜母材，由于在受线材拉伸处理发热的影响、容易发生变形等情况的角部形成有一对凸缘部，因此一对凸缘部接受该影响，作为光学作用部的各曲面部可免受加热的影响。

所谓“柱状的柱轴”是指通过母材的上表面41a以及底面41b(参照图1A)的几何学重心的线段。

该曲面部也可以是相互接触地排列的多个曲面部。

与光学透镜用母材的柱轴方向垂直的任意剖面最好是长方形型。这样，由于第2侧面与第4侧面相互平行，能够简单地实施后述的光学透镜配置工序。还有，所谓“长方形型”是指不考虑第1曲面、第3曲面上形成的曲面部，看做是平面的情况下为长方形的形状。包括例如图1A的上表面41a所示的形状。

曲面部也可以形成为非球面。

凸缘部最好是具有比曲面部更突出的突出部。如果这样，则在利用辊拉伸光学透镜用母材时，能够通过具有一对凸缘的突出部稳定地挟持光学透镜用母材，因此防止在线材拉伸时光学透镜用母材发生摇晃。又，拉伸这样的光学透镜用母材制造的光学透镜具有对应于母材突出部的突出部，因此能够防止曲面部直接接触配置有光学透镜的配置面或与光学透镜相邻配置的构件的侧面等。这样，就不容易在对光线起作用的曲面部上形成伤痕等，可以谋求防止出射光性能的下降。

第1侧面和第3侧面的至少一方最好是形成凸曲面形状。一旦对光学透镜用母材进行线材拉伸处理，会发生其侧面发生应变、向内侧凹陷的情况，但是这样预先将第1侧面和第3侧面中的至少一方形成凸曲面状，则能够抑制线材拉伸处理引起的应变的影响。

本发明的光学透镜的制造方法包含：制作上述光学透镜用母材的光学透镜用母材制作工序，对由光学透镜用母材制作工序制作的光学透镜用母材进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序，以及切断由线材拉伸处理工序进行过线材拉伸处理的光学透镜用母材、制作光学透镜的光学透镜制作工序；由线材拉伸处理工序进行线材拉伸处理后的光学透镜用母材的曲面部作为对入射光或出射光起作用的光学作用部起作用。

采用这样的光学透镜制造方法，能够在线材拉伸处理之前的母材阶段决定光学透镜的形状，特别是决定光学作用部的形状，因此能够以足够大的尺寸进行光学作用部的加工。还有，所谓“对光起作用”是指使入射光改变其发散角度或汇聚角度后射出，或进行光路变换。

光学透镜制作工序也可以包含对切断由线材拉伸处理工序进行了线材拉伸处理的光学透镜用母材而制作的光学透镜，切下一对凸缘部的凸缘部切断工序。这样，就可以制造出切除了受到由线材拉伸处理工序的发热引起的形状变形等不良影响部分的光学透镜。

光学透镜制作工序也可以包含准备多个利用凸缘部切断工序切除了一对凸缘的光学透镜，使各自的第2侧面和第4侧面相互粘合、排列成阵列状配置的光学透镜配置工序。这样，可以实现具备多个曲面部的光学透镜。又，由于配置的各光学透镜被切除了一对凸缘部，因此能够实现消除了由线材拉伸处理工序的加热引起的不良影响的光学透镜。

线材拉伸处理工序最好是采用围绕利用光学透镜用母材制作工序制作的光学透镜用母材、形成环状的加热装置进行线材拉伸处理，加热装置具备与光学透镜用母材在对柱轴方向垂直的剖面上的剖面形状对应的环状。由于加热装置具备与光学透镜用母材的形状对应的环状，因此不存在加热温度集中于光学透镜用母材的角部的情况。还有，所谓“与垂直于母材的柱轴方向的剖面形状对应的环状”，如图所示是指从母材的各侧面到加热装置的距离相等的形状。

本发明的光学透镜利用上述任一种光学透镜制造方法制作。

本发明能够通过以下的详细说明和附图得到充分理解。下面的例子只是为了例示而示出，而不应该认为本发明仅限于此。

                      附图的简单说明

图1A～C是示出第1实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图；

图2是示出线材拉伸处理的其他例子的图；

图3A、3B是示出第2实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图；

图4A和4B是显示第1、2实施形态的光学透镜制造方法的效果的图；

图5A是第1实施形态的光学透镜制造方法的线材拉伸处理工序的概略剖面图，图5B是第3实施形态的光学透镜制造方法的线材拉伸处理工序的概略剖面图；

图6A～图6C分别表示具备单一曲面的光学透镜用母材，以及对这些光学透镜用母材进行线材拉伸处理、制作的光学透镜；

图7表示由线材拉伸处理引起的应变得到抑制的光学透镜用母材以及对该光学透镜用母材进行线材拉伸处理而制作的光学透镜。

                  实施发明的最佳形态

下面根据附图对本发明的实施形态进行详细说明。还有，以下的说明中对相同或相当的部分标以相同的符号，省略其重复说明。

图1A～C是示出第1实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图。如图1A所示，首先准备由透光性玻璃材料形成的光学构件，进行成型加工，使其成为具备第1侧面44～第4侧面47的四角形柱状，作为光学透镜用母材40(光学透镜用母材制作工序)。垂直于该光学透镜用母材的柱轴方向的任意剖面的形状为相同的长方形。从而形成第1侧面44与第3侧面46、第2侧面45与第4侧面47相互平行，第1侧面44与第2侧面45、第3侧面46与第4侧面47相互形成直角的结构。

第1侧面44和第3侧面46上形成有平行于柱轴方向的相互接触的多个曲面部43。这多个曲面部43是凸曲面，是在线材拉伸处理后对入射光或出射光起作用的光学作用部起作用的部分。还有，该凸曲面也可以是非球面。在第1侧面44与第3侧面46上，在多个曲面部43的两侧(光学透镜用母材40的各角部)还形成有一对凸缘48。在光学透镜用母材40中，该角部受线材拉伸处理工序的加热的影响，容易发生变形等情况，但在本实施形态的光学透镜用母材40中，由于形成有一对凸缘48，多个曲面部43本身容易避免加热产生的影响。关于这一作用，将在后面详细叙述。

这样，在利用线材拉伸方法制作光学透镜的制造方法中，由于在具有足够大的尺寸(例如宽度5～6cm，长度20cm)的光学透镜用母材40的阶段，能够形成想要制作的光学透镜的形状，特别是形成光学作用部的形状，因此能够简单、准确地进行这些工作。

还有，日本专利公开特公告7-15521号公报中公开了关于利用线材拉伸方法制造折射率分布型圆柱透镜(自聚焦透镜)的制造方法。在这一制造方法中，作为母材，使用从中心向半径方向外侧呈阶梯状逐步增加氟掺杂量、从而其折射率呈阶梯状逐步下降的高纯度石英玻璃棒，而不使用象本发明这样在形状上形成光学作用部的母材。这样的已有的制造方法中，作为母材制作工序，需要利用等离子外附法掺杂氟、或者利用在熔融盐中长时间浸渍进行离子交换的方法形成折射率分布的工序，而在本发明中不需要这样的工序。又，形成后的光学透镜1中，光入射面、光出射面不是使用圆柱形的侧面曲面，而是使用其两端部，这是其不同点。

其次，如图1B所示，对利用光学透镜用母材制作工序成型加工的光学透镜用母材40，利用电炉35等加热手段加热使其熔融，拉伸处理为所希望外径的线材(线材拉伸处理工序)。最好是电炉35形成为围绕光学透镜用母材40的环状结构，对光学透镜用母材40从周围均匀进行加热，使其熔融。电炉35上连接温度调整装置32，能够改变电炉35的温度以调整线材拉伸温度。又，为了对加热后的光学透镜用母材40进行拉拔，使用送入辊90及拉拔辊33。对如上所述的四角形柱状的光学透镜用母材40进行拉伸时，利用送入辊90及拉拔辊33挟持线材拉伸处理过的第2侧面部45及第4侧面部47，则能够防止线材拉伸处理中的光学透镜用母材40的扭歪现象的发生。

又如图2所示，也可以利用拉拔辊33拉拔光学透镜用母材40进行线材拉伸处理。

光学透镜用母材40经线材拉伸处理的结果，当判断外径已达到规定大小(0.5～15mm)时，利用设置于拉拔辊33下部的剪刀37切断。该判断由设置于拉拔辊33靠前的线径测定装置38进行。线径测定装置38由发射激光的激光部、接收通过光学透镜用母材40的激光的受光部、根据受光部接收的光量等算出光学透镜用母材40外径的解析部构成。由剪刀37切断、形成的光学透镜是长度为5mm～2000mm的棒状物，可以是作为光学透镜使用的尺寸，也可以是切断、切削加工为所希望的长度之前的阶段的尺寸(光学透镜制作工序)。过长则容易折断，而过短则不方便进行切断、切削加工。在制造光纤等时，进行线材拉伸后的线材卷绕在卷筒等上，相反在光学透镜制造中，其特征在于，这样将经拉伸后的线材切断。

这样制造的光学透镜1由于线材拉伸处理的特点，其剖面形状具有和光学透镜用母材40相同的剖面形状。经过线材拉伸处理后，除了切断为所希望的长度、对外周部进行研磨加工外，对光学透镜、特别是由凸曲面构成的光学作用部43不再进行成型加工，因此可以减轻制造上的负担。该光学透镜1中，如图1C所示，利用在光入射侧及光出射侧上形成的光学作用部43(母材阶段的曲面部43)将入射光6准直或聚光后，射出出射光7。又，入射光6、出射光7的方向也可以分别相反。在本实施形态中，作为光学作用部43形成具有4个曲面的光学透镜1，因此，能够将从排列4个发光部、作为发光元件的半导体激光阵列出射的各光准直或聚光后使其射出。

图3A、3B是示出第2实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图。作为制造工序，是接在图1A～C后的工序。第2实施形态的光学透镜的制造方法中，如图3A所示，首先对图1C中制作的光学透镜1，将其一对凸缘部48切除(凸缘部切断工序)，得到光学透镜21。如上所述，凸缘部48由于受到线材拉伸处理工序加热引起的变形等的影响(或可能受影响)，将这样的一对凸缘部48切除，可以得到比图1C所示的光学透镜1紧凑、且消除了线材拉伸处理工序的加热引起的不良影响(变形等)的透镜。该第2实施形态的光学透镜21中，如图所示，其光学作用部43具有4个凸曲面43，因此能够对从排列了4个发光部的发光元件射出的各光线，进行聚光或准直后出射。

又，如图3B所示，也可以准备多个在图3A中切除了一对凸缘部48后的光学透镜21，将各自的第2侧面45及第4侧面47相互粘合，配置为阵列状(光学透镜配置工序)，形成阵列状的光学透镜31。由于凸缘部48已经由凸缘部切断工序切断，对于多个透镜21，只要使其侧面相互接触(粘合)后原封不动地排列，就能够形成等间距排列曲面的光学透镜31。又，由于在制作光学透镜21时，由线材拉伸处理工程的加热引起的不良影响(变形等)已被消除，因此这样形成的光学透镜31也同样消除了由线材拉伸处理工序的加热引起的不良影响。在该第2实施形态的光学透镜31中，由于排列了4个光学透镜21，因此能够对应4×4＝16的入射光。也就是说，能够对具备16个发光部的发光元件进行准直或聚光后出射。由于第2侧面45与第4侧面47相互平行，所以这样使其相互接触排列多个成阵列状时，排列操作容易进行。

图4A和4B是表示第1、2实施形态的光学透镜制造方法的效果的图。图4A中示出比较例的光学透镜用母材140和由光学透镜用母材140通过线材拉伸处理制作的光学透镜101的剖面图，图4B中示出本实施形态的光透镜用母材40和由光学透镜用母材40通过线材拉伸处理制作的光学透镜1的剖面图。

如图4A所示，比较例的光学透镜用母材140不具有凸缘部。母材的角部49上，由线材拉伸处理工序引起的加热集中、容易产生高温，因此经过线材拉伸处理后的结果，位于角部49的曲面部43由于该加热温度的影响而发生变形。这样变形了的曲面部43不具有在设计阶段企图得到的作为光学作用部的功能。与其相比本实施形态的光学透镜的制造方法如图4B所示，在多个曲面部43的两侧、即光学透镜用母材40的角部49形成一对凸缘部48，因此经过线材拉伸处理的结果，该一对凸缘部48受到因线材拉伸处理工序的加热的影响而变形，而曲面部43的形状在线材拉伸处理工序后也保持不变。这样，本实施形态的光学透镜的制造方法中，设置一对凸缘部48以接受线材拉伸处理工序时的加热造成的不良影响，保护在线材拉伸处理之后作为光学作用部起作用的多个曲面部43。从而，凸缘部48的形状没有必要一定是平面。例如，以多余地形成了的曲面部43作为凸缘部48，接收线材拉伸处理时的加热的影响后，也可以将其切断。

图5A是第1实施形态的光学透镜制造方法的线材拉伸处理工序的概略剖面图，图5B是第3实施形态的光学透镜制造方法的线材拉伸处理工序的概略剖面图。图5A是沿着图1B中IV-IV线的剖面图。如图5A所示，第1实施形态的光学透镜制造方法中的线材拉伸处理工序中，作为加热手段的电炉35形成包围光学透镜用母材40的环状结构，该环状是圆环。因此，与从曲面部43到电炉35的距离70相比，从角部到电炉35的距离71更短，这样，到作为热源的电炉35的距离近是角部49温度高于其他部分、导致光学透镜用母材40的角部49的形状变形的一个原因。

而如图5B所示，第3实施形态的光学透镜制造方法中的线材拉伸处理工序中，作为加热手段的电炉135形成与光学透镜用母材40的剖面形状对应的形状，也就是从光学透镜用母材40的各侧面44～47到电炉135的距离72在任一侧面的任一处，特别是在角部49也都形成等距离的形状(此时的所谓“距离”是指到电炉135的最短距离，对于形成于第1侧面44、第3侧面46上的曲面部43则不加以考虑)。这样，不存在单单角部49接近电炉135的情况，在线材拉伸处理工序中，能够对光学透镜用母材40的各部分平均地施加加热温度。也就是说，加热温度集中于角部49、光学透镜用母材40因线材拉伸处理工序而变形的问题也得到改善。这样的形状的电炉135对光学透镜用母材40的形状为与纵向尺寸相比、横向尺寸更大的形状时更为有效。

以上，根据第1～第3实施形态对本发明进行了具体说明，但上述实施形态只不过是示出实施本发明的最佳形态，本发明不限于上述实施形态，而包含落入本发明权利要求范围内的发明的所有变更，对于形状、尺寸、配置等可进行变更。

例如，如图6A～图6C所示的光学透镜用母材340、440、540那样，曲面部343、443、543的数目也可以是单数。

又，凸缘部的形状如图6A、6B所示，凸缘部也可以具有比曲面部343、443更突出的突出部348、448。在这种情况下，如图2所示进行线材拉伸处理时，可以利用辊33通过一对突出部348、448稳定地挟持光学透镜用母材340、440，因此，可以防止光学透镜用母材340、440摇动。又，可以避免辊33与曲面部的互相影响。还有，对这样的光学透镜用母材340、440进行线材拉伸制造的光学透镜301、401具有与母材340、440的突出部348、448对应的突出部，因此可以防止曲面部343、443与配置光学透镜301、401的配置面、与光学透镜301、401相邻配置的构件的侧面等直接接触。因此对光起作用的曲面部343、443不容易受伤，可以谋求防止出射光性能的下降。

又，如图6B所示的曲面部443那样，曲面部也可以只设置于一侧。各图6A～6C的右侧分别表示左侧所示的光学透镜用母材340、440、540经过线材拉伸处理形成的光学透镜301、401、501。

又，如图7所示的光学透镜用母材640那样，也可以将第1侧面644及第3侧面646整个面形成凸曲面形状。在这里，如图7所示，第1侧面644及第3侧面646上存在多个曲面部的情况下，如果与多个曲面部的全部相接的面是凸曲面，则第1侧面644及第3侧面646为凸曲面状。由于线材拉伸处理，光学透镜用母材有时其平面部(第1侧面～第4侧面)发生变形，形成向内凹陷的形状，但是如同该光学透镜用母材640那样，通过预先将第1侧面644及第3侧面646形成凸曲面形状，可以形成消除了线材拉伸处理引起的应变的光学透镜601(图7右侧)。

还有，图7所示的光学透镜用母材640也由于凸缘部具有比曲面部更突出的突出部648，因此如图2所示进行线材拉伸处理时，能够由辊33通过一对突出部648稳定地挟持光学透镜用母材640，因此在线材拉伸时能够防止光学透镜用母材640发生摇动。又，能够避免辊33与曲面部互相影响。而且，对这样的光学透镜用母材640进行线材拉伸制造的光学透镜601由于具有与母材640的突出部648对应的突出部，能够防止曲面部与配置光学透镜601的配置面、邻接光学透镜601配置的构件的侧面等直接接触。这样，就使得对光起作用的曲面部不容易受伤等，能够谋求防止出射光性能的下降。

根据上述本发明的说明，可知显然本发明可以有种种变形。这样的变形不能被认为是超越本发明的思想及范围的，对于所有的本行业普通技术人员可容易想到的改良，都应该包含在本申请范围内。

工业应用性

采用本发明的光学透镜的制造方法，能够在线材拉伸处理前的母材的阶段决定光学透镜的形状、特别是光学作用部的形状，因此能够以足够大的尺寸进行母材的加工，能够容易地形成光学透镜的形状，特别是能够形成光学作用部的形状。以此能够实现具有能对光线准确地作用的光学作用部的透镜。又，可以减轻制造上的负担。

而且，由于在光学透镜用母材上，在容易受线材拉伸处理工序的发热影响而容易发生变形等的角部形成有凸缘部，因此能够避免作为光学作用部的各曲面部受加热的影响。以此可以实现不发生由于线材拉伸处理工序引起的光学作用部变形的光学透镜。

Claims (9)

1.一种光学透镜用母材，是利用透光性材料构成为具有第1侧面～第4侧面的柱状形状的线材拉伸处理用光学透镜母材，其特征在于，

所述第1侧面和所述第1侧面的相反侧的所述第3侧面中的至少任一方具有与柱轴平行地形成的曲面部和形成于所述曲面部两侧的一对凸缘部。

2.根据权利要求1所述的光学透镜用母材，其特征在于，所述曲面部是相互接触地排列的多个曲面部。

3.根据权利要求1或2所述的光学透镜用母材，其特征在于，所述光学透镜用母材的与柱轴方向垂直的任意剖面是长方形型。

4.根据权利要求1或2或3所述的光学透镜用母材，其特征在于，所述曲面部形成为非球面。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光学透镜用母材，其特征在于，所述凸缘部具有比所述曲面部更突出的突出部。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的光学透镜用母材，其特征在于，所述第1侧面和所述第3侧面的至少一方形成为凸曲面形状。

7.一种光学透镜的制造方法，其特征在于，包含以下工序：

制作如权利要求1～6中的任一项所述的光学透镜用母材的光学透镜用母材制作工序，

对由所述光学透镜用母材制作工序制作的所述光学透镜用母材进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序，以及

切断经过所述线材拉伸处理工序的线材拉伸处理的所述光学透镜用母材、制作光学透镜的光学透镜制作工序；

通过所述线材拉伸处理工序进行线材拉伸处理后的所述光学透镜用母材的所述曲面部作为对入射光或出射光起作用的光学作用部起作用。

8.根据权利要求7所述的光学透镜制造方法，其特征在于，

所述线材拉伸处理工序采用形成为环状围绕利用所述光学透镜用母材制作工序制作所述光学透镜用母材的加热装置进行线材拉伸处理，所述加热装置具备与所述光学透镜用母材在垂直于柱轴方向的剖面上的剖面形状对应的环形状。

9.一种光学透镜，其特征在于，是利用权利要求7～8中的任一项所述的光学透镜制造方法制作的。

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