JP2006301249A

JP2006301249A - ビーム整形素子およびその製造方法

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Publication number: JP2006301249A
Application number: JP2005122048A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Ogura; 和幸小椋; Yoshihiro Kamata; 善浩釜田; Kojiro Takatori; 康二郎鷹取; Kazunari Tada; 一成多田
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】高精度の偏心精度を有するビーム整形素子であり、該素子の製造の際に素子のエッジに欠けや割れが生じても素子の光学特性に影響ない素子および該素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】両面シリンドリカル面を有するビーム整形素子または片面シリンドリカル面および片面アナモフィック面を有するビーム整形素子であって、少なくとも１つ子線方向側面が成形転写面であり、シリンドリカル面の子線方向外側および／または母線方向外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、ビーム整形素子、およびその製造方法。
【選択図】図２

Description

青色レーザダイオード（ＬＤ）などの楕円形状の出力光を、円形に変換するビーム整形素子のおよびその製造方法に関する。

一般に、ピックアップ光学系で用いられる光源はＬＤであり、その射出ビームは楕円形の発散ビームである。この発散ビームをそのまま対物レンズで収束させると、ビームを円形の記録領域の−部のみに照射したり記録領域の外部にも照射したりするとことなり、記録や再生の正確度が低下する。従って、記録媒体上での断面が円形となるようにビーム整形を行う必要がある。

特に近年では光源に青色半導体レーザーが用いられているが、波長が短くなったことにより記録再生の信号に要求される精度は厳しくなっている。ところが現在青色レーザーの出力は弱く、精度良く記録再生するのに十分なレーザーパワーを確保できていない。これを解決する為にはＬＤから出てくる楕円のビーム断面を円形のビーム断面に整形することでレーザーの利用効率を高める必要があり、その為のビーム整形技術が非常に重要になってきている。

ビーム整形は通常ビーム整形素子によって行われる。これにより発散ビームを直接整形し、しかもほとんど収差を発生させることなく断面を略円形状のビームを作成することができる。このような素子として両面シリンドリカル面のビーム整形素子が提案されている（特許文献１）。

このようなビーム整形素子では、各シリンドリカル面の母線間の偏心精度は高いものが要求される（平行偏心で約１〜１０μｍ、傾き偏心で約１〜１０分程度）。

また、上記のようなビーム整形素子は、ピックアップ組み込み時に高精度なアライメント作業が必要であり、調整方法が非常に困難となっている（平行偏心で約１〜１０μｍ、傾き偏心で１〜５分レベル）。
特開２００２−２０８１５９号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高精度の偏心精度を有するビーム整形素子であり、該素子の製造の際に素子のエッジに欠けや割れが生じても素子の光学特性に影響を及ぼさない素子を提供することを目的とする。

本発明は、両面シリンドリカル面を有するビーム整形素子または片面シリンドリカル面および片面アナモフィック面を有するビーム整形素子であって、少なくとも１つの子線方向側面が成形転写面であり、シリンドリカル面の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、ビーム整形素子、およびその製造方法に関する。

図１に両面シリンドリカル面のビーム整形素子を作製する際に使用する一組の上下金型の模式的断面図の一例を示す。

（上金型）
上金型は、金型母材３上に成形面（ＨＩＪＫＧ）４が形成されてなり、その金型断面は、長方形ＡＢＣＤと辺ＣＤの長さ以下の長さの辺ＥＦを有する長方形ＥＦＧＨ、辺ＨＧ上に形成されたシリンドリカル断面ＩＪＫよりなる。該シリンドリカル断面は、図１においては凸型形状であり、円弧面あるいは非円弧面を含んでいる。また、該シリンドリカル断面は、シリンドリカル面の中央に位置することが好ましいが、下記「既定値」が満たされるようにシリンドリカル面が形成されている限り、その態様に限定されるものではない。

本発明においては、図１の金型断面が記載されている紙面に垂直な方向を「母線方向」と定義し、母線に垂直な方向、例えば辺ＡＢに平行な方向を「子線方向」と定義する。本発明においては、「平行」あるいは「垂直」は、それぞれ「略平行」あるいは「略垂直」で表される概念で使用されており、本明細書においては「略」は、６０分（１度）以下を意味している。

上金型１は、上記金型断面を母線方向に積み重ねた厚みを有していることになる。また、シリンドリカル断面ＩＪＫを有する辺ＨＧを含む母線方向の面が、上金型のシリンドリカル面（表面）である。

また、本発明においては、辺ＥＨまたは辺ＦＧを含む母線方向の金型側面（平面）、特に辺ＥＨを含む金型側面を「上金型基準面１」と定義する。以下には、該基準面１を中心に説明するが、もちろん辺ＥＧを含む金型側面を「上金型基準面２」として下記記載を適用してもよいし、「上金型基準面１」と「上金型基準面２」の両者に下記記載を適用してもよい。

本発明で使用する上金型は、非円弧軸あるいは円弧中心軸とシリンドリカル断面ＩＪＫとの交点が母線方向に繋がる線（「上金型母線」という）を有するように加工されたシリンドリカル面を有する。なお、「非円弧軸」とは、非球面式および非球面係数で定義される非円弧形状の線対称形状の中心線で定義され、「円弧中心軸」とは、金型の円弧加工領域の両端（図１のＩとＫ）の垂直二等分線で定義される。

さらに、本発明で使用する上金型は、上金型母線と上金型基準面１との間の距離が既定値になるように加工されてなる。該既定値についての詳細は、下記する下金型の説明に含まれている。

（下金型）
下金型２は、金型母材上に成形面（ｈｉｊｋｇ）が形成されており、その断面は、長方形ａｂｃｄと辺ｃｄの長さ以下の長さの辺ｅｆを有する長方形ｅｆｇｈ、辺ｈｇ上に形成されたシリンドリカル断面ｉｊｋよりなる。該シリンドリカル断面は、図１においては凹型形状であり、円弧面あるいは非円弧面を含んでいる。

下金型は、上記金型断面を母線方向に積み重ねた厚みを有していることになる。また、シリンドリカル断面ｉｊｋを有する辺ｈｇを含む母線方向の面が、下金型のシリンドリカル面（表面）である。

また、本発明においては、辺ｅｈまたは辺ｆｇを含む母線方向の金型側面（平面）、特に辺ｅｈを含む側面を「下金型基準面１」と定義する。以下には該基準面１を中心に説明するが、もちろんｆｇを含む金型側面を「上金型基準面２」として、下記記載を適用してもよいし、「下金型基準面１」と「下金型基準面２」の両者に下記記載を適用してもよい。

本発明で使用する下金型は、非円弧軸あるいは円弧中心軸とシリンドリカル断面ｉｊｋとの交点が母線方向に繋がる線（「下金型母線」という）を有するように加工されたシリンドリカル面を有する。

本発明で使用する下金型は、下金型母線と下金型基準面１との間の距離が既定値になるように加工されてなる。

本発明において「既定値」とは、上金型基準面１と下金型基準面１を同一平面においた状態において、上金型母線と上金型基準面１の間の距離と、下金型母線と下金型基準面１の間の距離との差が、目的とするビーム整形素子の各シリンドリカル面に要求される平行偏心公差（１〜１０μｍ）の約半分以下となる値である。

本発明においては，上下金型とも、金型母材は、超硬、サーメット、ＳｉＣなど、通常、ガラスレンズ成形金型に使用される一般的材料、特に超硬で構成される。また、シリンドリカル面は、成形面に従来から知られている所望の鏡面加工、例えば研削加工が施されてなる面である。

また、少なくとも金型基準面は、最大高さＲｙが０．８μｍ以下となるように、一般的なワイヤー加工などで加工された面である。好ましくは、側面はすべて基準面と同様の表面処理が施されていることが好ましい。

上記上下金型を使用して両面シリンドリカル面のビーム整形素子を作製する方法の一例を図２に示す。上下金型間にガラス素材２６を配置し、上下金型の基準面に、側面形成部材を押圧し（この押圧する側面形成部材を「側面形成部材２３」という）、さらに基準面に子線方向で対向する上下金型側面も側面形成部材で押圧した状態（この側面形成部材を「側面形成部材２４」という）とし、上下金型間の距離が小さくなる方向に、上下いずれかの金型を移動させて、ガラス素材２６を成形することにより行われる。

側面形成部材２３は、平面部材であり、上下金型基準面１を同一平面に置いた状態でガラス素材を成形することができるようにするものであり、該平面部材の表面平面２５をガラス素材６に転写するための部材である。該部材とガラス素材６の融着等が生じず、しかもガラス素材成形の間に表面平面２５に歪みが生じず、上記目的が達成される限り、平面部材の材質、大きさ、強度等特に制限されるものではないが、例えば、厚さ１〜５ｍｍ程度の超硬製部材で、表面平面２５は最大高さＲｙが０．０３μｍ以下となるように、研磨加工されているのが好適である。

側面形成部材２４は、側面形成部材２３と同一のものを使用できるが、必ずしも表面平面２７がガラス素材に転写される必要がないので、そのような場合は、表面平面２７は、表面平面２５に施されるような加工は必ずしも必要ではない。

側面形成部材の押圧方法は、ガラス素材を成形する間、上下金型基準面１を同一平面に置いた状態を維持でき、表面平面２５に歪みを生じないかぎり、特に押圧手段、押圧条件等限定されない。押圧手段としては、例えばエアシリンダーを使用することができる。また、図８Ａ、図８Ｂに示すように、側面形成部材８１と側面押圧部材８２、さらにそれらを内包する囲い部材８３を用いた構成で、側面押圧部材の材質を側面形成部材および囲い部材の材質よりも線膨張係数が大きいものとしておくと、成形プレス時にガラスの軟化する温度まで加熱した際に、側面押圧部材が他部材よりも熱膨張により大きくなることで、容易に側面形成部材により上下金型基準面を押圧する状態を得ることができる。側面形成部材の材質は超硬、側面押圧部材の材質はステンレス、囲い部材の材質は超硬が好適である。

上記ガラス素材の成形法は、再加熱法だけでなく、いわゆる滴下法（液滴法）によってガラスレンズを成形する際にも有用であり、ガラス素材としては種々のガラス材料、例えば、クラウン系ランタンシリカガラス、フリント系鉛シリカガラス、チタンシリカガラスなどが使用可能である。

上下金型基準面１を基準にすることに加え、さらに上下金型基準面２を基準にして、上下金型基準面１を基準にしたと同様に適用し、左右略対称の上下金型（図１）を使用し、上記方法によって得られた両面シリンドリカル面のビーム整形素子の概略斜視図を図３に示す。

平面Ｈ’ｈ’ｈ”Ｈ”（３１）が、側面形成部材２３の表面平面２５が転写されている平面（「平面Ｂ」という）（「子線方向側面３１」ということもある）である。平面Ｇ’ｇ’ｇ”Ｇ”（３２）が、側面形成部材２４の表面平面２７が転写されている面（「平面Ｃ」という）（「子線方向側面３２」ということもある）である。成形面ｈ’ｉ’ｊ’ｋ’ｇ’ｇ”ｋ”ｊ”ｉ”ｈ”（３３）は、下金型のシリンドリカル面が転写された面であり、成形面Ｈ’Ｉ’Ｊ’Ｋ’Ｇ’Ｇ”Ｋ”Ｊ”Ｉ”Ｈ”（３４）は、上金型１のシリンドリカル面が転写された面である。平面Ｈ’Ｉ’Ｊ’Ｋ’Ｇ’ｇ’ｋ’Ｊ’ｉ’ｈ’（３５）および平面Ｈ”Ｉ”Ｊ”Ｋ”Ｇ”ｇ”ｋ”ｊ”ｉ”ｈ”（３６）は、平面Ｂに垂直な平面に切断加工された面である。ただし、面３５、面３６の形成は必ずしも平面Ｂに垂直とする必要はない。

側面規制部材の押圧、金型移動、ガラス素材の成形が、上記したように規定通り行われると、上下金型は側面規制部材２３のなす平面２５に沿ってしか動けないので、上記素子においては、各シリンドリカル面の非円弧軸（または円弧中心軸）は既定値の位置にもうけることができ、すなわち面別平行偏心は公差内（１０μｍ以下、好ましくは０に近い値）とすることができるし、また面別傾き偏心も公差内（１０分以下、好ましくは０に近い値）とすることができる。

「面別平行偏心」とは、成形面３３の非円弧軸（または円弧中心軸）とシリンドリカル面の交わる線（「成形面３３の母線」という）を含み平面Ｂに平行な面と、成形面３４の非円弧軸（または円弧中心軸）とシリンドリカル面の交わる線（「成形面３４の母線」という）を含み平面Ｂに平行な面の間の子線方向のずれ量をいう。

「面別傾き偏心」とは、成形面３３の非円弧軸（または円弧中心軸）と、平面Ｂのなす角度と、成形面３４の非円弧軸（または円弧中心軸）と平面Ｂのなす角度との差をいう。

上記したような成形方法においては、側面形成部材２３および／または２４と、金型との間に、ガラスの入り込みなどにより、得られる素子のエッジの欠けや割れが生じ、そのような欠陥が有効径内に及ぶことがある。このような問題を確実に回避するためには、得られるビーム整形素子において、シリンドリカル面の子線方向外側に平面部または／および曲面部（好ましくは断面円弧）（以下、単に「曲面部」という）を形成するようにし、上記のようなシリンドルカル面が転写可能なシリンドリカル面を有する上下金型を使用してガラス整形を行うようにすればよい。

図３における面３５を例に挙げてさらに詳しく図４Ａを用いて説明する。成形面３３の断面形状がｈ’ｊ’ｊ’ｋ’ｇ’を結んだ線で表されており、辺ｈ’ｇ’上にシリンドリカル断面ｉ’ｊ’ｋ’が形成されている。また成形面３４の断面形状がＨ’Ｉ’Ｊ’Ｋ’Ｇ’を結んだ線で表されており、辺Ｈ’Ｇ’上にシリンドリカル断面Ｉ’Ｊ’Ｋ’が形成されている。各シリンドリカル断面は、シリンドリカル有効径を含むシリンドリカル加工径の幅を有している。辺ｈ’ｊ’、辺ｋ’ｇ’、辺Ｈ’Ｉ’、および辺Ｋ’Ｇ’を母線方向に繋いだ面が、シリンドリカル面の子線方向外側に設けられた平面部であり、該平面部は、図３においては、シリンドリカル断面ｉ’ｊ’ｋ’およびシリンドリカル断面Ｉ’Ｊ’Ｋ’の子線方向外側に形成された態様を示している。なお、「シリンドリカル有効径」とは、ビーム整形素子のシリンドリカル面のうち、ＬＤからの出力光が通過する領域の子線方向の幅を意味し、単に「有効径」ということもある。また「シリンドリカル加工径」とは、金型加工においてシリンドリカル有効径と同一の非球面式（もしくは円弧径）でシリンドリカル有効径に接続して加工される領域に対応する、ビーム整形素子の子線方向の幅を意味し、単に「加工径」ということもある。

シリンドリカル面の子線方向外側に設けられる平面部は、その子線方向幅は０．１〜２ｍｍ程度、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ程度形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

シリンドリカル加工半径（加工径の１／２）は、有効半径（有効径の１／２）より０．０３〜０．３ｍｍ程度大きいようにする。この差が小さいと、加工範囲の公差を考慮すると、有効半径内まで精度よく加工されない場合が生じる。またその差が大きいときは、精度のよい範囲を無駄に大きく加工することになるので、加工時間の増大、ガラス素材の自体のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

シリンドリカル面の子線方向外側に図４Ａのように平面部を設ける場合は、平面部断面の方向が子線に必ずしも平行である必要はなく、子線に対して正負の傾きを有していてもよい。

シリンドリカル断面形状が円弧の場合、図５に示したように子線方向全体幅を加工径としてもよい。この場合、有効径から０．０３〜０．３ｍｍ外まで以外は、この領域に対応する金型の加工時間を短縮するために、有効径内よりも加工ピッチ（研削時のツールの送りピッチ）を大きくするのが良い。

図４Ｂに別の態様のビーム整形素子の断面図を示した。図４Ｂにおいては、図３において設けたシリンドリカル面の子線方向外側の平面部に代えて、曲面部（好ましくは断面円弧（Ｒ)(Ｒは円弧半径)）を形成した態様を示している。

シリンドリカル面の子線方向外側に設けられる曲面部は、その曲面部の子線方向幅が０．１〜２ｍｍ程度、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ程度となるように形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

図４Ｃに別の態様のビーム整形素子の断面図を示した。図４Ｃにおいては、図３において設けたシリンドリカル面の子線方向外側の平面部が、曲面部（好ましくは断面円弧（Ｒ’)(Ｒ’は円弧半径で０．５〜２．０ｍｍを有する)）を介して、シリンドリカル面に繋がっている態様を示している。円弧曲面に代えて非円弧曲面を繋ぎ曲面として使用してもよい。シリンドリカル面の子線方向外側に図４Ｃのように平面部を設ける場合は、平面部断面の方向が子線方向に必ずしも平行である必要はなく、子線に対して正負の傾きを有していてもよい。

シリンドリカル面の子線方向外側に設けられる曲面部および平面部は、その平面部および曲面部の子線方向幅の合計が０．１〜２ｍｍ程度形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

上記図４Ａ〜４Ｃおよび図５のような素子構成が得られるように成形を行うことにより、素子製造工程でエッジの欠けや割れが発生したとしても、それらの割れ、欠けは有効径には及ばず、光学性能上問題のない素子とすることができる。

エッジの欠けや割れが外観品買上問題となる場合は、素子の側面を子線方向幅が小さくなるように面Ｂまたは面Ｃを研磨もしくは切断加工するのがよい。

この場合には、研磨しろ、切断しろを考慮して、加工前の平面部または／および曲面部の子線方向の幅は、加工しない場合に比べて大きめにしておくのがよい。具体的には、０．２〜１０ｍｍの幅とするのが良い。小さすぎると、加工が有効径内におよぶ可能性があり、また大きすぎると硝子材料が大きくなり、コストアップとなる。

素子の側面からシリンドリカル面の母線間の距離は一定範囲内として成形してあり、アセンブリ時の平行偏心調整を考慮すると、加工後もその距離はほぼ変化がないことが好ましく、側面からの研磨量、切断量は、ばらつきが小さいこと（１０μｍ以下）が望ましい。このような研磨、切断を容易ならしめるため、研磨限界または切断基準を示す研磨もしくは切断加工用の目印が素子上にガラス成形と同時に成形されるようにすると便利である。このことは、そのような目印となる構造がガラス成形と同時に付与されるように、例えば凹溝などを金型に予め設けておき、その金型を用いてガラス素材を成形することで達成できる。金型につける目印の位置は上下金型母線を基準として所定の距離に設けるようにすればよく、その距離は所望する素子の大きさや加工方法等に依存して適宜設定すればよい。参考に、図６に研磨もしくは切断加工用の目印６１が形成された素子の一例の概略斜視図を示した。この図を参考とすれば、当該分野の技術者は図６に示した態様以外にも研磨もしくは切断加工用の目印を設ける面、数、形状等の設計が可能となるものであり、そのような態様も本発明の範囲に含まれる。

図７に、片面にシリンドリカル面、他方の片面にアナモフィック面を有するビーム整形素子の概略斜視図を示した。図中、Ｘ軸方向は、本発明でいう子線方向に対応し、Ｙ軸方向は、本発明でいう母線方向に対応する。ＸＹ平面上に、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なる曲率および非球面係数を有するアナモフィック面が形成された構成を示しており、アナモフィック面の長軸ｙｙ’をＹ軸に、アナモフィック面の短軸ｘｘ’をＸ軸に一致させている。

図７に示したような片面にアナモフィック面を有するビーム整形素子を作製する場合には、図１に示した下型は、金型表面に上記したようなアナモフィック面を凹型に有する形状をしている。そして、アナモフィック面の長軸と下金型基準面１との間の距離が既定値になるように金型表面加工が施されている。

図７に示したような片面にアナモフィック面を有するビーム整形素子を成形するに際しては、上金型の少なくとも一つの側面の平面を上金型基準面とし、該下金型の少なくとも一つの側面の平面を下金型基準面とした場合に、上金型は上金型母線と上金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなり、下金型はアナモフィック面長軸と下金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなる、上下金型を使用し、上下金型の基準面に側面形成部材を押圧し、且つ上下金型基準面を同一平面にあるように維持した状態で、かつ上下金型間の距離が小さくなる方向に上下いずれかの金型を移動させ、少なくとも上下金型基準面に押圧した側面形成部材の表面平面が転写されるように上下金型間に配置したガラス素材を成形することにより製造するようにする。
図７に示したような片面にアナモフィック面を有するビーム整形素子を成形するに際しても、素子の子線方向側面と長軸間の距離は、本発明の方法により既定値範囲内となるように成形が行われ、シリンドリカル面の子線方向外側、およびアナモフィック面のＸＹ平面へ垂直上方からの投影面（以下、「アナモフィック加工面」という）の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成するようにする。

得られるアナモフィック面を有するビーム整形素子においても、面別平行偏心は公差内（１０μｍ以下、好ましくは０に近い値）とすることができるし、また面別傾き偏心も公差内（１０分以下、好ましくは０に近い値）とすることができる。

なお、アナモフィック面を有するビーム整形素子においては、「面別平行偏心」は、アナモフィック面の長軸を含み面Ｂに平行な面と、シリンドリカル面の非円弧軸（または円弧中心軸）とシリンドリカル面の交わる線を含み面Ｂに平行な面との距離の差であり、「面別傾き偏心」は、アナモフィック面の短軸上の非円弧軸（または円弧中心軸）と面Ｂのなす角度と、シリンドリカル面の非円弧軸（または円弧中心軸）と面Ｂのなす角度との差ということになる。

好ましくは、アナモフィック加工面の母線方向外側にも平面部または／および曲面部を形成するようにする。母線方向外側にこのような平面部等を設ける構成は、子線方向で側面形成部材を用いて金型を押圧しながら成形したと同様の理由によりに、母線方向で金型を押圧しながら成形する方法を採用する場合に有用な構成である。シリンドリカル面の子線外側に平面部または／および曲面部を形成する場合は、図４Ａ〜図４Ｃ、図５、および図６で述べた同様の技術事項を適用することができるので、以下には、アナモフィック加工面の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成する場合について記載する。

アナモフィック加工面の子線方向外側に設けられる平面部は、その子線方向幅は０．１〜２ｍｍ程度、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ程度形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。ただし、子線方向幅は、アナモフィック加工面と短軸の交点と子線側面との間の距離を意味している。

加工半径（加工径の１／２）は、有効半径（有効径の１／２）より０．０３〜０．３ｍｍ程度大きいようにする。この差が小さいと、加工範囲の公差を考慮すると、有効半径内まで精度よく加工されない場合が生じる。またその差が大きいときは、精度のよい範囲を無駄に大きく加工することになるので、加工時間の増大、ガラス素材の自体のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。なお、アナモフィック面における加工径、有効径は、アナモフィック面における長軸部、短軸部に対応するアナモフィック面断面における加工径、有効径を意味している。

アナモフィック加工面の子線方向外側に図７のように平面部を設ける場合は、平面部断面の方向が子線方向に必ずしも平行である必要はなく、子線に対して正負の傾きを有していてもよい。

図４Ｂで説明したと同様に、図７において設けたアナモフィック加工面の子線方向外側の平面部に代えて、曲面部（好ましくは断面円弧（Ｒ)(Ｒは円弧半径)）を形成した構成も可能である。

アナモフィック加工面の子線方向外側に設けられる曲面部は、その曲面部の子線方向幅が０．１〜２ｍｍ程度、好ましくは０．３〜１．５ｍｍ程度となるように形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

アナモフィック面の加工半径（加工径の１／２）は、有効半径（有効径の１／２）より０．０３〜０．３ｍｍ程度大きいようにする。この差が小さいと、加工範囲の公差を考慮すると、有効半径内まで精度よく加工されない場合が生じる。またその差が大きいときは、精度のよい範囲を無駄に大きく加工することになるので、加工時間の増大、ガラス素材の自体のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

図４Ｃで説明したと同様に、図７において設けたアナモフィック加工面の子線方向外側の平面部が、曲面部（好ましくは断面円弧（Ｒ’)(Ｒ’は円弧半径で０．５〜２．０ｍｍを有する)）を介して、アナモフィック面に繋がっている構成としてもよい。円弧曲面に代えて非円弧曲面を繋ぎ曲面として使用してもよい。アナモフィック加工面の子線方向外側に図４Ｃのように平面部を設ける場合は、平面部断面の方向が子線に必ずしも平行である必要はなく、子線に対して正負の傾きを有していてもよい。

アナモフィック加工面の子線方向外側に設けられる曲面部および平面部は、その平面部および曲面部の子線方向幅の合計が０．１〜２ｍｍ程度形成するようにする。その幅が、小さすぎるとエッジの欠け、割れが有効径に及ぶのを防ぐという目的を確実に達成できない。その幅が大きすぎると素子が大きくなりすぎ、ガラス素材のコストアップを招き、さらにピックアップ光学系の小型化の妨げにもなる。

上記したような構成が得られるように片面にアナモフィック面を有するビーム整形素子の成形を行うことにより、素子製造工程でエッジの欠けや割れが発生したとしても、それらの割れ、欠けは有効径には及ばず、光学性能上問題のない素子を製造することができる。

アナモフィック面を有するビーム整形素子においても、エッジの欠けや割れが外観品買上問題となる場合は、素子の側面を子線方向幅が小さくなるように研磨もしくは切断加工するのがよい。

シリンドリカル面、アナモフィック面は、共に素子の側面から一定距離範囲内として成形してあり、アセンブリ時の平行偏心調整を考慮すると、加工後もその距離はほぼ変化がないことが好ましく、側面からの研磨量、切断量は、ばらつきが小さいこと（１０μｍ以下）が望ましい。このような研磨、切断を容易ならしめるため、図６で説明したように研磨限界または切断基準を示す研磨もしくは切断加工用の目印が素子上に形成してもよい。

アナモフィック加工面の母線方向外側に平面部または／および曲面部を形成する場合は、アナモフィック加工面の子線方向外側に平面部等を形成する場合についてした記載を同様に適用することができる。

加工径、有効径、平面、曲面（断面（円弧（Ｒ））の関係は、鏡像関係において、そのまま、金型シリンドルカル面に適用することができ、そのような加工径、有効径、平面、曲面（断面（円弧（Ｒ））およびそれらの関係を有するシリンドルカル面を金型表面に形成すればよい。そのように表面加工された金型を使用し、本発明に記載した成形方法で、ガラス素材を成形すれば、上記した態様のビーム整形素子を製造することができる。

楕円率２．２のＬＤからの出射光を円形に変換する両面シリンドリカル面のビーム整形素子を設計した。素子の形状については、図３と同等の形状であり、一方の面は近似半径が約３．３ｍｍの非円弧の凸形状、もう一方の面は近似半径が約１．３ｍｍの非円弧の凹形状とした。ＬＤはビーム整形素子の凸面側に配置し、詳しくは、凸面の母線とＬＤの出射口間の距離は約１．５ｍｍとする設計とした。素子の外形は図３のＨ’・Ｈ”が４ｍｍ、Ｈ’・Ｇ’が４ｍｍ、各母線間の距離は３．８ｍｍとした。

各偏心の公差については、面別平行偏心（子線方向）が８μｍ、面別傾き偏心（母線方向まわり）が１０分、ブロック平行偏心（子線方向）が１０μｍ、ブロック傾き偏心（母線方向）が５分となった。

金型の材質は超硬で、研削加工により加工した。上型は凸形状金型とし、下型は凹形状金型とした（図２と同様）。上金型母線と上金型基準面間の距離はＨ’・Ｇ’の４ｍｍの半分の２ｍｍで、実際には２．００２ｍｍとなった。下金型母線と下金型基準面間の距離はＨ’・Ｇ’の４ｍｍの半分の２ｍｍで、実際には２．００１ｍｍとなった。

凸型（上型）は、加工半径０．７ｍｍ、有効半径０．４５ｍｍで非円弧形状を加工し、Ｒ０．６の円弧を介して子線方向幅約１ｍｍの平面に接続した。
また、凹型（下型）は、加工半径０．６５ｍｍ、有効半径０．５ｍｍで非円弧形状で加工し、円弧を介さずに子線方向幅約１．３５ｍｍの平面に接続した。

上下金型および側面形成部材を含む成形治具の構成は、図８Ａ、Ｂと同様とした。側面形成部材は厚み２ｍｍで材質は超硬、側面押圧部材は厚み５ｍｍで材質はステンレス、囲い部材の材質は超硬とした。

成形プレスは、下型にＵ−ＬａＦ７１からなるガラスプリフォームを載置した状態で、上下金型および側面形成部材を含む成形部材を７００℃まで加熱し、上型を保持した状態で側面形成部材を含む下型部を上昇させることで、上型と下型間の相対距離を小さくし、ガラスプリフォームに上下型それぞれの形状を転写させた。このとき、側面押圧部材のビーム整形素子の子線方向の幅が周辺部材に対して約４０μｍ大きくなり、側面形成部材を上下金型基準面に押しつけることができた。

得られた成形品の平面Ｂおよび平面Ｃ（図３参照）は、側面規制部材で形成された面となり、また、Ｈ’・Ｈ”、Ｇ’・Ｇ”、ｈ’・ｈ”、ｇ’・ｇ”の各稜線は、上下それぞれの金型の稜線部と側面押圧部材との接する線で形成される稜線となった。このとき、上下それぞれの金型の稜線部と側面押圧部材間には、それぞれの部材の加工寸法公差上、どうしても数μｍの間隙が生じてしまうため、成形時にガラスの間隙への入り込みが生じ、これに起因して、各稜線には、最大で４００μｍに達する欠けやひび割れが生じた。しかしながら、素子の両面について、十分な平面領域を接続しているために、欠けやひび割れがビーム整形素子の有効径に達することなく、光学性能上全く問題なく使用することができた。

（発明の効果）
本発明のビーム整形素子の成形方法を使用すると、偏心精度に優れたビーム整形素子を容易に作製することができる。
本発明のビーム整形素子の成形方法により得られるビーム整形素子は、平行偏心調整、傾き偏心調整が極めて容易である。
ビーム整形素子の製造の際に素子のエッジに欠けや割れが生じても素子の光学特性に影響がでない。

上下金型の模式的断面図。ガラス素材の成形方法を説明するための図。ビーム整形素子の概略斜視図。ビーム整形素子の断面図。ビーム整形素子の断面図。ビーム整形素子のシリンドリカル面の断面図。ビーム整形素子の断面図。研磨もしくは切断加工用の目印が形成された素子の概略斜視図。ビーム整形素子の概略斜視図。側面部材の押圧方法を説明するための図。囲い部材の概略斜視図。

符号の説明

１上金型
２下金型
３金型母材
４成形面
２３側面形成部材３
２４側面形成部材４
２５平面表面
２６ガラス素材
２７表面平面
３１平面Ｂ
３２平面Ｃ
６１研磨もしくは切断加工用の目印
８１側面形成部材
８２側面押圧部材
８３囲い部材

Claims

両面シリンドリカル面を有するビーム整形素子であって、少なくとも１つの子線方向側面が成形転写面であり、シリンドリカル面の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、ビーム整形素子。
シリンドリカル断面が円弧であり、子線方向全体幅が加工径である、請求項１に記載のビーム整形素子。
シリンドリカル有効半径よりもシリンドリカル加工半径が、０．０３〜０．３ｍｍ大きい、請求項１または２に記載のビーム整形素子。
平面部または／および曲面部の幅が、０．１〜２ｍｍである、請求項１、２または３に記載のビーム整形素子。
平面部または／および曲面部の幅が、０．２〜１０ｍｍであり、研磨もしくは切断加工用の目印が平面部または／および曲面部に形成されている、請求項１ないし３いずれかに記載のビーム整形素子。
請求項５に記載の素子の側面を、子線方向幅が小さくなるように、研磨もしくは切断加工用の目印まで素子側面を研磨もしくは切断加工した、ビーム整形素子。
非円弧軸あるいは円弧中心軸とシリンドリカル断面との交点が母線方向に繋がる上金型母線を有するように加工されたシリンドリカル面を有する上金型、および非円弧軸あるいは円弧中心軸とシリンドリカル断面との交点が母線方向に繋がる下金型母線を有するように加工されたシリンドリカル面を有する下金型であって、上金型の少なくとも一つの側面の平面を上金型基準面とし、該下金型の少なくとも一つの側面の平面を下金型基準面とした場合に、上金型は上金型母線と上金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなり、下金型は下金型母線と下金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなる、上下金型を使用し、上下金型の基準面に側面形成部材を押圧し、且つ上下金型基準面を同一平面にあるように維持した状態で、かつ上下金型間の距離が小さくなる方向に上下いずれかの金型を移動させ、少なくとも上下金型基準面に押圧した側面形成部材の表面平面が転写されるように上下金型間に配置したガラス素材を成形することにより製造された両面シリンドリカル面を有するビーム整形素子であって、シリンドリカル面の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、請求項１〜５にいずれかに記載のビーム整形素子。
片面シリンドリカル面および片面アナモフィック面を有するビーム整形素子であって、少なくとも１つ子線方向側面が成形転写面であり、シリンドリカル面の子線方向外側およびアナモフィック面のシリンドリカル面の子線方向に対応する方向の外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、ビーム整形素子。
シリンドリカル面が円弧であり、子線方向全体幅が加工径である、請求項８に記載のビーム整形素子。
有効半径よりも加工半径が、０．０３〜０．３ｍｍ大きい、請求項８または９に記載のビーム整形素子。
平面部または／および曲面部の幅が、０．１〜２ｍｍである、請求項８〜１０いずれかに記載のビーム整形素子。
平面部または／および曲面部の幅が、０．２〜１０ｍｍであり、研磨もしくは切断加工用の目印が平面部または／および曲面部に形成されている、請求項８〜１０いずれかに記載のビーム整形素子。
請求項１２に記載の素子の側面を、子線方向幅もしくは母線方向幅が小さくなるように、研磨もしくは切断加工用の目印まで素子側面を研磨もしくは切断加工した、ビーム整形素子。
非円弧軸あるいは円弧中心軸とシリンドリカル断面との交点が母線方向に繋がる金型母線を有するように加工されたシリンドリカル面を有する上（もしくは下）金型、および長短軸を有するアナモフィック面を有する下（もしくは上）金型であって、上金型の少なくとも一つの側面の平面を上金型基準面とし、該下金型の少なくとも一つの側面の平面を下金型基準面とした場合に、上金型は、上金型母線と上金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなり、下金型は、長軸と下金型基準面との間の距離が既定値になるように加工されてなる上下金型を使用し、上下金型の基準面に側面形成部材を押圧し、且つ上下金型基準面を同一平面にあるように維持した状態で、かつ上下金型間の距離が小さくなる方向に上下いずれかの金型を移動させ、少なくとも上下金型基準面に押圧した側面形成部材の表面平面が転写されるように上下金型間に配置したガラス素材を成形することにより製造されたビーム整形素子であって、シリンドリカル面の子線方向外側、およびアナモフィック加工面の子線方向外側に平面部または／および曲面部を形成してなる、請求項８〜１２いずれかに記載のビーム整形素子。