JP2004287250A

JP2004287250A - 光源ユニット及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004287250A
Application number: JP2003081201A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Yoshikawa; 智延吉川; Yoshiharu Yamamoto; 義春山本; Yoshiyuki Shimizu; 義之清水; Shoji Nakamura; 正二中村; Atsushi Murata; 淳村田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】位置調整や組立てを容易にし、生産性が高く、かつ安価に製造することができる光源ユニット及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】直交する２方向で放射角の異なる光源３を、２方向に２次元に複数配置した光源部２と、２方向のうち放射角の小さいスロウ方向に屈接力を持つスロウ光学系４と、放射角の大きいファースト方向に屈接力を持つファースト光学系７とを備え、スロウ光学系４は、前記２次元に光源が配置された領域に対向した一つの光学基板上に、複数の光源３からの光束に作用する複数の曲面４ａを一体に形成している。このことにより、スロウ光学系の位置調整は、スロウ光学系全体を位置移動させることで足りるので、位置調整が容易になり、調整時間の短縮も図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束を集光光学系に導く光学系における光源ユニットに関し、特に高出力の半導体レーザによる溶接機や切断機等の加工機に用いる半導体レーザ装置用の光源ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを光源として用いる装置において、半導体レーザをアレイ化して高出力化させ、装置の小型化、高効率化を図ることが行われている。半導体レーザから出射したレーザ光を、光軸方向から見た場合、互いに直交した方向において、レーザ光の放射角は異なっている。互いに直交した方向のうち、放射角が大きい方向をファースト方向、放射角が小さい方向をスロウ方向と呼んでいる。
【０００３】
この場合、光源からの光束を集光光学系に導く光学系には、レーザ光からの光束のうち、ファースト方向に広がった光束を略平行光にするファーストレンズと、スロウ方向に広がった光束を略平行光にするスロウレンズとが必要になる。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、ファースト方向に広がった光束を略平行光にする垂直成分コリメート部と、スロウ方向に広がった光束を略平行光にする複数の水平成分コリメート部とを備えた光学結合器が提案されている。この光学結合器によれば、水平成分コリメート部を複数備えているので、複数の光源が列状に配置されている半導体レーザアレイ用の光学結合器として用いることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３３５７５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の光学結合器は、垂直成分コリメート部と水平成分コリメート部とが一体になっているので、光源との間の位置調整を、垂直成分コリメート部と水平成分コリメート部とで、別個に調整することができなかった。
【０００７】
一方、垂直成分コリメートレンズと水平成分コリメートレンズとを別個独立にした構成も、従来より用いられている。しかしながら、この場合は垂直成分コリメートレンズ１個に、それぞれ独立した水平成分コリメートレンズ１個が対応するので、垂直成分コリメートレンズ、及び水平成分コリメートレンズのそれぞれすべてについて、位置調整が必要であった。
【０００８】
また、前記特許文献１に記載の光学結合器は、光源列が複数配置されている光源部に用いる場合は、光源列毎に光学結合器が必要となるので、各光学結合器をそれぞれ光源部に接合しなければならず、生産性や製造コスト面で有利な構成ではなかった。
【０００９】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、位置調整や組立てを容易にし、生産性が高く、かつ安価に製造することができる光源ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の光源ユニットは、直交する２方向で放射角の異なる光源を、前記２方向に２次元に複数配置した光源部と、前記２方向のうち放射角の小さいスロウ方向に屈接力を持つスロウ光学系と、放射角の大きいファースト方向に屈接力を持つファースト光学系とを備えた光源ユニットであって、
前記スロウ光学系は、前記２次元に光源が配置された領域に対向した一つの光学基板上に、前記複数の光源からの光束に作用する複数の曲面を一体に形成していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光源ユニットの製造方法は、前記本発明の光源ユニットの製造方法であって、
前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記ファースト光学系は、それぞれ分離したＹ個の光学系で構成されており、
前記Ｙ個の光学系と前記光源部との間の位置調整を、前記分離した光学系毎に別個に行う工程と、前記スロウ光学系と前記光源部との間の位置調整を、前記スロウ光学系全体の位置移動により行う工程と、前記ファースト光学系を前記スロウ光学系に固定する工程と、前記スロウ光学系を前記光源部に固定する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光源ユニット及びその製造方法によれば、スロウ光学系の位置調整は、スロウ光学系全体を位置移動させることで足りるので、位置調整が容易になり、調整時間の短縮も図れる。
【００１３】
前記本発明の光源ユニットにおいては、前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記スロウ光学系は、前記一つの光学基板上にＸ個の円筒面が形成されていることが好ましい。この構成によれば、一つのスロウ光学系で、複数の光源からの光束すべてに光学的作用をさせることができる。
【００１４】
また、前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記スロウ光学系は、前記一つの光学基板上にＸ×Ｙ個の曲面が形成されていることが好ましい。この構成によっても、一つのスロウ光学系で、複数の光源からの光束すべてに光学的作用をさせることができる。
【００１５】
また、前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記ファースト光学系は、それぞれ分離したＹ個の光学系で構成されていることが好ましい。この構成によれば、Ｙ個の光学系をそれぞれ別個独立に位置調整することができる。
【００１６】
また、前記スロウ光学系は、前記光源部に固定されていることが好ましい。この構成によれば、スロウ光学系は１枚構成であるので、固定箇所は最小限で足り、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【００１７】
また、前記ファースト光学系は、スロウ方向の長さが前記スロウ光学系より長いことが好ましい。この構成によれば、位置調整の際の保持が容易になる。
【００１８】
また、前記ファースト光学系は、前記スロウ光学系に固定されていることが好ましい。この構成によれば、スロウ光学系を光源部に固定した場合、ファースト光学系を光源に固定する必要がないので、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【００１９】
また、前記スロウ光学系のファースト方向の線膨張係数をαｓ、前記光源部のファースト方向の線膨張係数をαｏとすると、
｜αｓ−αｏ｜＜１．０×１０^−５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、温度上昇による熱膨張によって、光学特性が劣化するのを防止できる。
【００２０】
また、前記ファースト光学系は、前記スロウ光学系に固定する固定手段が一体に形成されていることが好ましい。この構成によれば別個の固定手段を専用に設ける必要がないので、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【００２１】
また、前記スロウ光学系は、前記ファースト光学系を固定するための固定手段が一体に形成されていることが好ましい。この構成によれば別個の固定手段を専用に設ける必要がないので、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【００２２】
また、前記スロウ光学系と前記ファースト光学系とは、前記光源部の特性に合わせて調整した後固定されていることが好ましい。
【００２３】
また、前記スロウ光学系と前記ファースト光学系とは、光軸中心の回転方向に調整された後、固定されていることが好ましい。
【００２４】
また、前記ファースト光学系の固定手段は、凸部であることが好ましい。この構成によれば、プレス成型により固定手段を容易に成形できる。
【００２５】
また、前記スロウ光学系の固定手段は、凸部に形成された凹部であることが好ましい。この構成によれば、プレス成型により固定手段を容易に成形できる。
【００２６】
また、前記ファースト光学系のＹ個の光学系は、それぞれ凸部が形成されており、前記スロウ光学系は、前記各凸部に対応する複数の凹部が形成されており、前記ファースト光学系と前記スロウ光学系との固定前において、前記スロウ光学系の各凹部に、前記ファースト光学系の各凸部が入り込んだ状態で、前記Ｙ個の分離した光学系毎に、前記Ｙ個の光学系と前記光源部との間の位置調整を別個に行うことができ、かつ前記スロウ光学系全体の位置移動により、前記スロウ光学系と前記光源部との間の位置調整ができることが好ましい。この構成によれば、凹部又は凸部にあらかじめ接着剤を塗布しておけば、各光学系の位置調整後、そのまま、各光学系同士を固定できるので、生産性に優れている。
【００２７】
また、前記ファースト光学系の前記Ｙ個の光学系は、それぞれ前記スロウ光学系に固定されており、前記スロウ光学系は、前記光源部に固定されており、前記Ｙ個の光学系は、前記光源部に直接固定されていないことが好ましい。この構成によれば、スロウ光学系は１枚構成であるので、固定箇所は最小限で足り、ファースト光学系をスロウ光学系に固定しているので、ファースト光学系を光源に固定する必要がなく、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る光源ユニット１の斜視図を示している。光源部２にスロウ光学系であるスロウレンズ４が保持部材５を介して固定されている。スロウレンズ４には接合部６を介してファーストレンズ７が固定されている。光源部２には、複数の半導体レーザの光源が配置されており、３は発光点を示している。ファーストレンズ７は、光源からの放射光のうち放射角が大きい方向の光束を略平行光にし、スロウレンズ４は、放射角が小さい方向の光束を略平行光にするものである。
【００２９】
ここで、図２は半導体レーザから出射される光束を示す斜視図である。半導体レーザ１００から出射される光の広がり角は、Ｘ軸方向に比べ、これと直交するＹ軸方向が大きくなっている。以下、放射角が大きい方向（Ｙ軸方向）をファースト方向、放射角が小さい方向（Ｘ軸方向）をスロウ方向と呼ぶ。
【００３０】
図１の構成では、発光点３の列方向（矢印ａ方向）がスロウ方向であり、これと直交する方向（矢印ｂ方向）がファースト方向である。光源部２には、スロウ方向にＸ個の発光点３が配置されて発光点列を形成している。また、発光点３の列はファースト方向にＹ個配列されている。すなわち、光源部２にはＸ×Ｙ個の発光点３が２次元に配列されていることになる。
【００３１】
ファーストレンズ７は、円筒面又は非円筒面の凸部７ａを有しており、ファースト方向に広がった光束を略平行光にするものである。１列の発光点３の列に対して、１個のファーストレンズ７が対応するように配置されている。本図の例では、発光点３の列はＹ個であるので、ファーストレンズ７の配置もＹ個である。
【００３２】
これに対してスロウレンズ４は、スロウ方向（矢印ａ方向）に広がった光束を略平行光にするものである。スロウレンズ４は、円筒面又は非円筒面を有する凸部４ａが複数個一体になったものである。各凸部４ａの軸方向（矢印ｂ方向）は、ファーストレンズ７の軸方向（矢印ａ方向）と直交している。本図の例では、凸部４ａは矢印ｂ方向に配列されたＹ個の発光点に対応している。
【００３３】
図３は、発光点３からの光束がファーストレンズ７により略平行光にされる様子を示した概略図である。本図は、図１の光源ユニット１を矢印ｃ方向から見た図に相当する。すなわち、矢印ｂ方向はファースト方向であり、光束８は、ファースト方向の光束である。本図に示したように、ファースト方向の光束８は、ファーストレンズ７により、略平行光となる。１列の発光点３の列に対して、１個のファーストレンズ７が対応しているので、１列分のＸ個の発光点３からのファースト方向の光束は、それぞれこれと対応するファーストレンズ７により、略平行光になることになる。
【００３４】
図４は、発光点３からの光束がスロウレンズ４により略平行光にされる様子を示した概略図である。本図は、図１の光源ユニット１を矢印ｄ方向から見た図に相当する。すなわち、矢印ａ方向はスロウ方向であり、光束９は、スロウ方向の光束である。本図に示したように、各発光点３からのスロウ方向の光束９は、スロウレンズ４により、略平行光となる。図４の奥行き方向（紙面と直交する方向）には、発光点３の列がＹ個配置されているので、凸部４ａの１個分に対して、Ｙ個の発光点３が対応していることになる。
【００３５】
図５は、スロウレンズ４の斜視図を示している。本図の状態は、図１のスロウレンズ４を裏面側から見た斜視図である。スロウレンズ４は、１つの光学基板である平板状部材上に、円筒面又は非円筒面を有する光学的有効部である凸部４ａが複数個一体に形成されたものである。光学的有効部である凸部４ａが形成された領域の両側には、固定手段である突起４ｂが凸部４ａの軸方向に複数個配置されている。突起４ｂにはさらに凹部４ｃが形成されている。
【００３６】
図６は、ファーストレンズ７の斜視図を示している。図６の図示は、図１の光源ユニット１のうち、ファーストレンズ７のみを図示したものである。各ファーストレンズ７の両端部には、固定手段である突出ピン７ａが形成されている。突出ピン７ａは、スロウレンズ４の突起４ｂに形成された凹部４ｃ内に収納させることができる。
【００３７】
図７は、スロウレンズ４とファーストレンズ７とを組み立てた状態の断面図である。本図の状態は、図１のＩ−Ｉ線における断面図に相当する。スロウレンズ４の突起４ｂに形成された凹部４ｃ内に、ファーストレンズ７の突出ピン７ａが入り込んだ状態で、凹部４ｃ内に充填された接着剤により、スロウレンズ４にファーストレンズ７が固定されている。
【００３８】
図１に戻って、本実施の形態に係る光源ユニットについて、さらに具体的に説明する。広がり角の大きいファースト方向の光束を略平行光にするファーストレンズ７は、広がり角の小さいスロウ方向の光束を略平行光にするスロウレンズ４に比べ開口数ＮＡの値は大きくなる。このため、ファーストレンズ７はスロウレンズ４に比べ、発光点３との間の配置誤差の許容値は小さくなり、配置精度は厳格になる。
【００３９】
各ファーストレンズ７は、それぞれ分離したものであるので、各ファーストレンズ７と発光点３との間の位置調整は、ファーストレンズ７毎に個別に行うことができる。このことにより、前記のように厳格な配置精度に対応でき、発光点３の位置ばらつきにも対応できる。
【００４０】
位置調整は、ファーストレンズ７の上側（光源部２から遠ざかる側）にスロウレンズ４を搭載した状態で行う。この状態では、各ファーストレンズ７の突出ピン７ａが、スロウレンズ４の凹部４ｃ内に入り込んでいる（図７参照）。この状態で、各ファーストレンズ７、及びスロウレンズ４をそれぞれ別個に保持した治具等を移動させながら各レンズの位置調整を行う。
【００４１】
図１に示した構成は、ファーストレンズ７は、スロウ方向（矢印ａ方向）の長さがスロウレンズ４より長くなっているので、すなわちファーストレンズ７は、スロウレンズ４及び光源部２から延出しているので、治具等による保持は容易である。
【００４２】
ファーストレンズ７の位置調整は、それぞれ別個のファーストレンズ７毎に行う。１枚構成のスロウレンズ４の位置調整は、スロウレンズ４全体を位置移動させて、位置調整を行う。スロウレンズ４の凹部４ｃの径、及び深さ寸法は、位置調整に対応できるように、ファーストレンズ７の突出ピン７ａの径、及び高さに対して余裕を持っている。このため、ファーストレンズ７の突出ピン７ａが、スロウレンズ４の突起４ｂの凹部４ｃに収まった状態であっても、余裕寸法の範囲内で、各レンズの高さ方向（光軸方向）の位置、及び平面方向（矢印ａ、ｂ方向）の位置の調整が可能である。
【００４３】
なお、ファーストレンズ７にスロウレンズ４を搭載した状態での位置調整について説明したが、ファーストレンズ７の位置調整を先行させ、その後スロウレンズ４を搭載してスロウレンズ４の位置調整をするようにしてもよい。
【００４４】
ここで、スロウレンズ４は、１つの光学基板上に凸部４ａが複数個一体に形成されたものであるので、スロウレンズ４全体としての位置調整は、ファーストレンズ７とは別個に可能であるが、各凸部４ａを別個独立に位置調整することはできない。
【００４５】
しかしながら、前記のように、スロウレンズ４は、ファーストレンズ７に比べて開口数ＮＡの値が小さいので、発光点３との位置精度は、ファーストレンズ７の場合と比べて、許容できる範囲が大きくなる。このため、スロウレンズ４全体として位置調整を行っても、各凸部４ｃと各発光点３との間の位置精度を許容範囲内に収めることは可能である。このため、スロウレンズ４の位置調整は、スロウレンズ４全体を位置移動させることで足りるので、位置調整が容易になり、調整時間の短縮も図れる。
【００４６】
ファーストレンズ７及びスロウレンズ４の位置調整が完了した状態を維持しておき、あらかじめ、スロウレンズ４の凹部４ｃ内に充填された接着剤、又は突出ピン７ａに塗布された接着剤が硬化すれば、ファーストレンズ７とスロウレンズ４とが接合部６を介して固定されることになる。この構成によれば、位置調整後そのまま、各光学系同士を固定できるので、生産性に優れている。
【００４７】
一方、ファーストレンズ７及びスロウレンズ４の位置調整が完了した状態において、スロウレンズ４と光源部２とを保持部材５により固定する。この固定は接着剤を用いて、保持部材５をスロウレンズ４、光源部２の双方に接合することにより行う。保持部材５は、スロウレンズ４と一体に形成してもよい。このような構成は、後に説明するようなプレス成形を用いれば、容易に成形可能である。
【００４８】
接合部６及び保持部材５の接着剤が硬化した後に、ファーストレンズ７、スロウレンズ４をそれぞれ保持している治具等の調整手段を取り外せば、光源ユニット１が完成する。
【００４９】
本実施の形態に係る光源ユニットは、ファーストレンズ７、スロウレンズ４のそれぞれに固定手段が一体になっているので、専用の固定手段を別個に設ける必要はない。また、ファーストレンズ７は、スロウレンズ４に固定されているので、スロウレンズ４を光源部に固定すれば、ファーストレンズ７はスロウレンズ４を介して光源部２に固定されていることになる。このため、ファーストレンズ７を直接光源部２に接合する必要はなく、部品点数が省けることになる。さらに、スロウレンズ４は光源部２に固定することになるが、スロウレンズ４は１枚構成であるので、光源部２への固定箇所は最少限で足りることになる。スロウレンズを各ファーストレンズに対応して別個独立に備えた構成の場合は、スロウレンズ毎に固定が必要となる。
【００５０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、固定手段の別の例に係る実施の形態である。図８は、本実施の形態に係るスロウレンズ１０の斜視図を示している。スロウレンズ１０には、光学的有効部である凸部１０ａが形成された領域の両側に、固定手段である突起１０ｂが凸部１０ａの軸方向に複数個配置されている。突起１０ｂには、さらに凹部１０ｃが形成されている。凹部１０ｃは略円弧状の溝形状である。
【００５１】
凹部１０ｃの溝幅は、ファーストレンズ７の突起７ａ（図６）の径に比べて大きくしているので、各レンズは、前記実施の形態と同様に、スロウ方向やファースト方向、及び光軸方向の位置移動による位置調整は可能である。さらに、本実施の形態のスロウレンズ１０は、このような位置調整に止まらず、各レンズを、光軸を中心とした回転方向にも位置調整が可能になる。すなわち、ファーストレンズ７の突起７ａがスロウレンズ１０の凹部１０ｃに収まった状態であっても、各レンズは、凹部１０ｃの略円弧状の溝形状の範囲内で位置調整が可能であるので、回転方向にも移動可能になる。このため、スロウレンズの位置調整をより確実にすることができる。
【００５２】
（実施の形態３）
実施の形態３は、光源ユニットを構成する部材の線膨張係数に関するものである。レーザ光の照射により、光源ユニットの温度は上昇する。光源ユニットは筐体内に配置されるので、時間の経過により、光源ユニットは所定温度で安定する。この場合、温度上昇により、光源ユニットを構成する各部材は熱膨張していることになる。
【００５３】
図１の例では、スロウレンズ４とファーストレンズ７とは接合されているので、スロウレンズ４がファースト方向（矢印ｂ方向）に熱膨張すると、これと一体にファースト７の位置もファースト方向に変位することになる。一方、光源部２も温度上昇により、ファースト方向に熱膨張する。
【００５４】
ファーストレンズ７と光源部２の線膨張係数の差により、熱膨張量に差が生じると、ファーストレンズ７と発光点３との位置関係がずれてしまう。前記のように、ファーストレンズ７と発光点３との間の位置関係は厳格であり、位置ずれは所定値以内に収める必要がある。このため、スロウレンズ４のファースト方向の線膨張係数をαｓ、光源部２のファースト方向の線膨張係数をαｏとすると、下記の関係を満足することが好ましい。
【００５５】
｜αｓ−αｏ｜＜１．０×１０^−５
例えば、光源部２の材料を銅（αｏ＝１．４０９×１０^−５）、スロウレンズの材料をＫ−ＰＳＦｎ３（住田光学社製、αｓ＝１．１８×１０^−５）とすれば、この関係を満足する。
【００５６】
なお、温度上昇により、ファーストレンズ７、光源部２はスロウ方向にも熱膨張することになるが、各発光点３とファーストレンズ７とが対応さえしていれば、スロウ方向に変位しても、光学特性の変化はなく、この点は特別問題とならない。
【００５７】
（実施の形態４）
実施の形態４は、前記実施の形態１で説明したファーストレンズ、スロウレンズをプレス成形で製造するというものである。
【００５８】
図９は、実施の形態１に係る成形装置の構成図である。本図に示したように、下型１１、上型１２、及び胴型１３で構成された金型ブロック１４は、加圧手段である上プレスヘッド１７と下プレスヘッド１８との間に挟まれている。加圧時の温度の調節は、上下プレスヘッド１７、１８に内蔵された加熱手段であるヒータ１９の発熱量を調節して行い、プレス圧力の調節は、エアシリンダ（図示せず）等の加圧力Ｆを調節して行う。より具体的には、加圧力Ｆの印加により、上型１２の外周面と胴型１３の内周面とが摺動しながら、上型１２と下型１１との間隔が狭まり、光学素子材料１６が加圧変形することになる。
【００５９】
本図に示した下型１１は、図５に示したようなスロウレンズに対応した成形型である。溝状部１１ａと、この両側に隣接して凹部１１ｂが形成されている。凹部１１ｂ内には凸部１１ｃが形成されている。溝状部１１ａが、図５のスロウレンズ４の凸部４ａに対応し、凹部１１ｂが突起４ｂに対応し、凸部１１ｃが凹部４ｃに対応する。
【００６０】
図１０は、金型ブロック１４の分解斜視図を示している。光学素子材料１６は下型１１と上型１２との間に配置されている。胴型１３には開口部１３ａが形成されており、成形時には、胴型１３の内部に下型１１の先端部と上型１２の先端部とが光学素子材料１６を挟み込んだ状態で配置されていることになる。
【００６１】
以下、図１１、１２を参照しながら工程順に説明する。まず、図１１（ａ）に示したように、下型１１上に光学素子材料１６を載置して、図１１（ｂ）に示したように、下型１１の上面、上型１２の下面、及び胴型１３の内周面で囲まれたキャビティ内に光学素子材料１６が配置された状態にする。光学素子材料１６としては、例えばホウ珪酸ガラス（ガラス転移点Ｔｇ＝５２０℃）の平板研磨硝材がある。
【００６２】
図１１（ｃ）は予備加熱工程を示しており、金型ブロック１４がヒータ１９（図９）により加熱されている。予備加熱の予熱温度は、ガラス屈服点以上に設定し、所定の予備圧力が印加される。
【００６３】
図１２（ｄ）は、プレス工程を示しており、金型ブロック１４を加熱しながら、上型１２に加圧力Ｆを印加して、光学素子材料１６を加圧変形させる。加圧により、光学素子材料１６は溝状部１１ａ、凹部１１ｂに入り込み、光学素子材料１６には、溝状部１１ａに対応する形状（円筒面又は非円筒面）、凹部１１ｂに対応する形状（突起部）、及び凸部１１ｃに対応する形状（凹部）が形成される。
【００６４】
図１２（ｅ）は、冷却工程を示しており、金型ブロック１４は、この冷却工程において冷却され、成形された光学素子材料１６も冷却されることになる。冷却工程においては、上型１２及び下型１１に加工された形状を光学素子材料１６に転写しながら固化させることになる。このため、所定の冷却圧力で加圧しながら、冷却温度まで冷却する。
【００６５】
図１２（ｆ）は、光学素子アレイの取り出し工程を示している。冷却工程において光学素子材料１６がガラス転移点以下の温度に到達すると、プレス開放して（加圧を解除して）、キャビティ内から取り出す。図１２（ｆ）は、光学素子アレイ１６ａを下型１１から離型させた状態を示している。成形後の光学素子アレイ１６ａは、下型１１の溝状部１１ａの形状が転写され、複数の凸部１６ａが形成されている。また、凹部１１ｂの形状が転写され、凸部１６ａの両側に突起１６ｂが形成され、凸部１１ｃの形状が転写され、突起１６ｂ内に凹部１６ｃが形成されている。
【００６６】
以上、スロウレンズの成形の例で説明したが、ファーストレンズの成形は、例えば、下型１１に、円筒面又は非円筒面に対応する複数の溝状部を形成し、得られた成形体を円筒面又は非円筒面を含むように切断すれば、複数のファーストレンズが１回の成形で得られる。
【００６７】
本実施の形態のように、一旦所定形状に加工した成形型を用いてガラス面に形状を転写する製造方法によれば、機械加工や貼り合わせなどの工法に比べ、加工精度のばらつきを抑えることができ、面形状精度を安定させることができる。さらに、生産性に優れており、製造コストの点でも有利である。
【００６８】
また、前記のように、スロウレンズの固定手段も一体に成形することができる。さらに、図６に示したようなファーストレンズ７の突起７ａは、成形型に突起７ａに対応する凹部を形成することにより得られる。固定手段に対応する成形型の形成は、成形型に固定手段に対応する形状を彫り込む加工のみで得られるので形成は容易である。
【００６９】
なお、前記各実施形態において、スロウレンズ４には、Ｘ個の凸部４ａが列状に配置された例で説明したが、これに代えてＸ×Ｙ個の光学的有効部である曲面を形成した構成でもよい。この構成によれば、各発光点１個に対して、曲面が１個対応することになる。
【００７０】
また、光源が半導体レーザの例で説明したが、これに限るものではなく、直交する２方向で放射角の異なる光源であれば、本発明に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スロウ光学系の位置調整は、スロウ光学系全体を位置移動させることで足りるので、位置調整が容易になり、調整時間の短縮も図れる。
【００７２】
また、ファースト光学系をスロウ光学系に固定し、スロウ光学系は、光源部に固定するようにすれば、スロウ光学系は１枚構成であるので、固定箇所は最小限で足り、またファースト光学系をスロウ光学系の固定しているので、ファースト光学系を光源に固定する必要がなく、製造が容易になり、コスト面でも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源ユニット１の斜視図
【図２】半導体レーザから出射される光を示す斜視図
【図３】本発明の一実施形態に係る発光点からの光束が列にファーストレンズにより略平行光にされる様子を示した概略図
【図４】本発明の一実施形態に係る発光点からの光束がスロウレンズにより略平行光にされる様子を示した概略図
【図５】本発明の一実施形態に係るスロウレンズの斜視図
【図６】本発明の一実施形態に係るファーストレンズの斜視図
【図７】本発明の一実施形態に係るスロウレンズとファーストレンズとを組み立てた状態の断面図
【図８】（ａ）本発明の別の実施形態に係るスロウレンズの斜視図
（ｂ）図８（ａ）に示した突起の拡大図
【図９】本発明の一実施形態に係る成形装置の断面図
【図１０】本発明の一実施形態に係る金型ブロックの分解斜視図
【図１１】本発明の一実施形態に係る製造方法において光学素子材料の投入から予備加熱工程までを示す図
【図１２】本発明の一実施形態に係る製造方法においてプレス工程から光学素子材料の取り出しまでを示す図
【符号の説明】
１光源ユニット
２光源部
３発光点
４スロウレンズ
４ｂ，１０ｂ突起
４ｃ，１０ｃ凹部
７ファーストレンズ
７ａ突出ピン

Claims

直交する２方向で放射角の異なる光源を、前記２方向に２次元に複数配置した光源部と、前記２方向のうち放射角の小さいスロウ方向に屈接力を持つスロウ光学系と、放射角の大きいファースト方向に屈接力を持つファースト光学系とを備えた光源ユニットであって、
前記スロウ光学系は、前記２次元に光源が配置された領域に対向した一つの光学基板上に、前記複数の光源からの光束に作用する複数の曲面を一体に形成していることを特徴とする光源ユニット。
前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記スロウ光学系は、前記一つの光学基板上にＸ個の円筒面が形成されている請求項１に記載の光源ユニット。
前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記スロウ光学系は、前記一つの光学基板上にＸ×Ｙ個の曲面が形成されている請求項１に記載の光源ユニット。
前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記ファースト光学系は、それぞれ分離したＹ個の光学系で構成されている請求項１に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系は、前記光源部に固定されている請求項１に記載の光源ユニット。
前記ファースト光学系は、スロウ方向の長さが前記スロウ光学系より長い請求項１に記載の光源ユニット
前記ファースト光学系は、前記スロウ光学系に固定されている請求項１に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系のファースト方向の線膨張係数をαｓ、前記光源部のファースト方向の線膨張係数をαｏとすると、
｜αｓ−αｏ｜＜１．０×１０^−５
の関係を満足する請求項７に記載の光源ユニット。
前記ファースト光学系は、前記スロウ光学系に固定する固定手段が一体に形成されている請求項７に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系は、前記ファースト光学系を固定するための固定手段が一体に形成されている請求項７に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系と前記ファースト光学系とは、前記光源部の特性に合わせて調整した後固定されている請求項７に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系と前記ファースト光学系とは、光軸中心の回転方向に調整された後、固定されている請求項７に記載の光源ユニット。
前記ファースト光学系の固定手段は、凸部である請求項７に記載の光源ユニット。
前記スロウ光学系の固定手段は、凸部に形成された凹部である請求項７に記載の光源ユニット。
前記ファースト光学系のＹ個の光学系は、それぞれ凸部が形成されており、前記スロウ光学系は、前記各凸部に対応する複数の凹部が形成されており、前記ファースト光学系と前記スロウ光学系との固定前において、前記スロウ光学系の各凹部に、前記ファースト光学系の各凸部が入り込んだ状態で、前記Ｙ個の分離した光学系毎に、前記Ｙ個の光学系と前記光源部との間の位置調整を別個に行うことができ、かつ前記スロウ光学系全体の位置移動により、前記スロウ光学系と前記光源部との間の位置調整ができる請求項４に記載の光源ユニット。
前記ファースト光学系の前記Ｙ個の光学系は、それぞれ前記スロウ光学系に固定されており、前記スロウ光学系は、前記光源部に固定されており、前記Ｙ個の光学系は、前記光源部に直接固定されていない請求項４に記載の記載の光源ユニット。
請求項１に記載の光源ユニットの製造方法であって、
前記複数の光源の配列は、スロウ方向にＸ個、ファースト方向にＹ個であり、前記ファースト光学系は、それぞれ分離したＹ個の光学系で構成されており、
前記Ｙ個の光学系と前記光源部との間の位置調整を、前記分離した光学系毎に別個に行う工程と、前記スロウ光学系と前記光源部との間の位置調整を、前記スロウ光学系全体の位置移動により行う工程と、前記ファースト光学系を前記スロウ光学系に固定する工程と、前記スロウ光学系を前記光源部に固定する工程とを備えたことを特徴とする光源ユニットの製造方法。