JP2013054803A - Beam shaping lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズに関する。 The present invention relates to a beam shaping lens that corrects the aspect ratio of an elliptical light beam emitted from a semiconductor laser.
従来、この種のビーム整形レンズは、図６に示すように半導体レーザ１から出射される楕円光束２のアスペクト比を補正するため、ビーム整形レンズ３の入射面側と出射面側の両面に、楕円光束２に対する長手方向と短手方向で開口数が異なるアナモフィックレンズ４，５を一体に設けた構造が検討されている。 Conventionally, since this type of beam shaping lens corrects the aspect ratio of the elliptical light beam 2 emitted from the semiconductor laser 1 as shown in FIG. 6, both the incident surface side and the emission surface side of the beam shaping lens 3 are A structure in which anamorphic lenses 4 and 5 having different numerical apertures in the longitudinal direction and the short direction with respect to the elliptical light beam 2 are integrally studied has been studied.
また、最近のビーム整形レンズ３は、半導体レーザ１から出射される楕円光束２の利用効率を高めるために、入射面側の焦点距離を小さくするとともに開口数を大きくする設計が検討されている。 Further, in order to increase the utilization efficiency of the elliptical light beam 2 emitted from the semiconductor laser 1, the recent beam shaping lens 3 has been studied to reduce the focal length on the incident surface side and increase the numerical aperture.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
しかしながら、ビーム整形レンズ３の焦点距離を小さくし開口数を大きくする中で、入射面側のアナモフィックレンズ４の有効径は小さくなり、これに入射される楕円光束２による発熱作用も大きくなってくる。 However, as the focal length of the beam shaping lens 3 is reduced and the numerical aperture is increased, the effective diameter of the anamorphic lens 4 on the incident surface side is reduced, and the heat generation action by the elliptical light beam 2 incident thereon is also increased. .
そして、アナモフィックレンズ４に入射する楕円光束２の光強度分布は、図７に示すようにアナモフィックレンズ４の長手方向と短手方向ともにガウシアン分布であり、光強度の大きい部分が中心部分６に集中するため、アナモフィックレンズ４の中心部分６と外周部分７で温度差が生じる。 The light intensity distribution of the elliptical light beam 2 incident on the anamorphic lens 4 is a Gaussian distribution in both the longitudinal direction and the short direction of the anamorphic lens 4 as shown in FIG. Therefore, a temperature difference occurs between the central portion 6 and the outer peripheral portion 7 of the anamorphic lens 4.
特に、入射面側に設けられたアナモフィックレンズ４は、半導体レーザ１から楕円光束２を直接入射されるので光強度分布の影響を大きく受けるため、中心部分６と外周部分７の温度差が大きくなり易く、この温度差により長手方向の屈折率と短手方向の屈折率に差が生じて、結果としてビーム整形レンズ３で補正するアスペクト比が変動してしまうという問題があった。 In particular, the anamorphic lens 4 provided on the incident surface side is directly affected by the light intensity distribution because the elliptical light beam 2 is directly incident from the semiconductor laser 1, so that the temperature difference between the central portion 6 and the outer peripheral portion 7 becomes large. It is easy to cause a difference between the refractive index in the longitudinal direction and the refractive index in the short direction due to this temperature difference, and as a result, the aspect ratio corrected by the beam shaping lens 3 varies.
そこで、本発明はこのような問題を解決し、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to solve such problems and suppress fluctuations in the aspect ratio corrected by the beam shaping lens.
そして、この目的を達成するために本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズにおいて、ビーム整形レンズは、楕円光束の入射面側に設けたアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズの周囲に設けられたコバ部を有し、コバ部におけるアナモフィックレンズの短手方向近傍に肉厚部を設けた構造としたのである。 In order to achieve this object, the present invention provides a beam shaping lens for correcting the aspect ratio of an elliptical light beam emitted from a semiconductor laser, wherein the beam shaping lens includes an anamorphic lens provided on the incident surface side of the elliptical light beam, This has a structure in which an edge portion provided around the anamorphic lens is provided, and a thick portion is provided in the vicinity of the short direction of the anamorphic lens in the edge portion.
この構造により本発明は、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することが出来るのである。 With this structure, the present invention can suppress variations in the aspect ratio corrected by the beam shaping lens.
以下、本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズについて図を用いて説明する。 Hereinafter, a beam shaping lens according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、レーザービームプロジェクタなどに用いられる光源装置を示したものであり、光源となる半導体レーザ８と、この半導体レーザ８から出射された楕円光束９のビーム形状を円光束１０に補正するビーム整形レンズ１１とを、基台１２の主面上で一体化した構造となっている。 FIG. 1 shows a light source device used in a laser beam projector or the like, and a beam for correcting a semiconductor laser 8 serving as a light source and a beam shape of an elliptical light beam 9 emitted from the semiconductor laser 8 into a circular light beam 10. The shaping lens 11 is integrated on the main surface of the base 12.
なお、半導体レーザ８から出射される楕円光束９は、半導体レーザ８の接合面（特に図示せず）の平行方向と垂直方向とで広がり角が異なることに起因するもので、ビーム整形レンズ１１はこの楕円光束９を円光束１０に補正するため、半導体レーザ８の接合面と水平な方向と垂直な方向とで開口数を異ならせるように、図２に示すように、ビーム整形レンズ１１の入射面側には半導体レーザ８の接合面と垂直な方向を長手方向とするアナモフィックレンズ１３を配置し、出射面側には半導体レーザ８の接合面と水平な方向を長手方向とする破線で示すアナモフィックレンズ１４を配置することで、単玉レンズでのビーム整形を実現している。 The elliptical light beam 9 emitted from the semiconductor laser 8 is caused by the difference in the spread angle between the parallel direction and the vertical direction of the joint surface (not shown) of the semiconductor laser 8. In order to correct this elliptical light beam 9 to a circular light beam 10, the incidence of the beam shaping lens 11 is made different from that of the joining surface of the semiconductor laser 8 in the horizontal and vertical directions as shown in FIG. An anamorphic lens 13 whose longitudinal direction is the direction perpendicular to the bonding surface of the semiconductor laser 8 is arranged on the surface side, and an anamorphic indicated by a broken line whose longitudinal direction is the bonding surface of the semiconductor laser 8 on the emission surface side. By arranging the lens 14, beam shaping with a single lens is realized.
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側において、楕円光束９のアスペクト比を補正するアナモフィックレンズ１３を光学機能部とし、その周囲の領域をコバ部１５とする。 Note that, on the incident surface side of the beam shaping lens 11, the anamorphic lens 13 that corrects the aspect ratio of the elliptical light beam 9 is an optical function part, and the surrounding area is an edge part 15.
そして、このビーム整形レンズ１１においては、光源側に配置されるアナモフィックレンズ１３の短手方向の近傍にコバ部１５の平坦領域１６を部分的に盛り上げた肉厚部１７を設けたことで、ビーム整形レンズ１１のアスペクト比の変動を抑制している。 In the beam shaping lens 11, the thick portion 17 is formed by partially raising the flat region 16 of the edge portion 15 in the vicinity of the short direction of the anamorphic lens 13 disposed on the light source side. Variations in the aspect ratio of the shaping lens 11 are suppressed.
すなわち、入射面側のアナモフィックレンズ１３は、図７で説明したように、アナモフィックレンズ１３の長手方向と短手方向での温度分布の差が、アナモフィックレンズ１３のアスペクト比に影響を与えることを解消するためのもので、図２、図３に示すように、アナモフィックレンズ１３における短手方向近傍のコバ部１５の厚みを部分的に大きくした肉厚部１７を設けている。なお、図３に示した破線は、入射面側のコバ部１５における平坦領域１６の表面位置を示したもので、肉厚部１７の高さ１８を測る際の基準面としている。 That is, the anamorphic lens 13 on the incident surface side eliminates the influence of the difference in temperature distribution between the longitudinal direction and the short direction of the anamorphic lens 13 on the aspect ratio of the anamorphic lens 13 as described with reference to FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, a thick portion 17 is provided in which the thickness of the edge portion 15 in the vicinity of the short side of the anamorphic lens 13 is partially increased. The broken line shown in FIG. 3 indicates the surface position of the flat region 16 in the edge portion 15 on the incident surface side, and is used as a reference surface for measuring the height 18 of the thick portion 17.
そして、この肉厚部１７が、アナモフィックレンズ１３の短手方向に対するヒートシンクの役割を果たすようになり、短手方向における温度上昇を積極的に抑制でき、また、アナモフィックレンズ１３の短手方向近傍におけるコバ部１５の厚みを、肉厚部１７により部分的に厚みが増すことで、その部分における強度、つまり、アナモフィックレンズ１３の短手方向の熱膨張における形状変化に対する拘束力が増すので、短手方向の温度分布を長手方向の温度分布に整合させることができ、結果としてビーム整形レンズ１１で補正するアスペクト比の変動を抑制できる。 And this thick part 17 comes to play the role of the heat sink with respect to the transversal direction of the anamorphic lens 13, can suppress the temperature rise in a transversal direction actively, and the anamorphic lens 13 in the transversal direction vicinity. Since the thickness of the edge portion 15 is partially increased by the thick portion 17, the strength in that portion, that is, the restraining force against the shape change due to thermal expansion in the short direction of the anamorphic lens 13 is increased. The temperature distribution in the direction can be matched with the temperature distribution in the longitudinal direction, and as a result, fluctuations in the aspect ratio corrected by the beam shaping lens 11 can be suppressed.
なお、肉厚部１７は、アナモフィックレンズ１３の短手方向においてアナモフィックレンズ１３を挟んで対称配置することで、よりアスペクト比の変動を抑制できる。 In addition, the thickness part 17 can suppress the fluctuation | variation of an aspect ratio more by arrange | positioning symmetrically about the anamorphic lens 13 on both sides of the anamorphic lens 13 in the transversal direction.
また、このようなビーム整形レンズ１１を効率よく生産する場合、図４に示すように、成形金型１９，２０とこれらの摺動をガイドする胴型２１とで形成されるキャビティ内に光学硝材２２を配置し、成形可能温度まで加熱して加圧成形する方法が用いられる。 Further, when such a beam shaping lens 11 is efficiently produced, as shown in FIG. 4, an optical glass material is formed in a cavity formed by molding dies 19 and 20 and a barrel die 21 that guides the sliding of these. A method is used in which 22 is placed and heated to a moldable temperature to perform pressure molding.
なお、成形金型１９，２０における成形面は、タングステンカーバイトなどの超鋼母材の表面を研削加工で成形している。 The molding surfaces of the molding dies 19 and 20 are formed by grinding the surface of a super steel base material such as tungsten carbide.
そして、上述したように、ビーム整形レンズ１１のアナモフィックレンズ１３の短手近傍側に肉厚部１７を設けた構造としたことで、図５に示すように、アナモフィックレンズ１３を整形する側の成形金型２０において肉厚部１７を転写する成形面２３が、アナモフィックレンズ１３を転写する成形面２４を研削する際の、研削ツール２５の逃がしとなり、成形金型２０の加工性を高めることもできる。 As described above, the thick-shaped portion 17 is provided near the short side of the anamorphic lens 13 of the beam shaping lens 11, so that the anamorphic lens 13 is shaped as shown in FIG. The molding surface 23 to which the thick portion 17 is transferred in the mold 20 serves as a relief for the grinding tool 25 when grinding the molding surface 24 to which the anamorphic lens 13 is transferred, so that the workability of the molding die 20 can be improved. .
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側のアナモフィックレンズ１３は、上述したごとく形状が小さく、かつ、開口数が大きいため、その外周端部分がコバ部１５の平坦領域１６に対して急傾斜となり金型加工が難しくなることから、肉厚部１７を設けることによる金型加工性の向上は有効となる。 Since the anamorphic lens 13 on the incident surface side of the beam shaping lens 11 has a small shape and a large numerical aperture as described above, the outer peripheral end portion thereof is steeply inclined with respect to the flat region 16 of the edge portion 15, and the gold Since mold processing becomes difficult, the improvement of mold workability by providing the thick portion 17 is effective.
また、この一実施の形態においては、ビーム整形レンズ１１を直に基台１２に実装した構成を挙げて説明したが、特に図示はしていないが、ビーム整形レンズ１１を鏡筒（図示せず）の内部に一体化し、このビーム整形レンズ１１が一体化された鏡筒（図示せず）を基台１２に実装するような構成であっても同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the beam shaping lens 11 is directly mounted on the base 12 and explained. However, although not particularly shown, the beam shaping lens 11 is not shown. The same effect can be obtained even if the lens barrel (not shown) integrated with the beam shaping lens 11 is mounted on the base 12.
本発明は、ビーム整形レンズのアスペクト比の変動を抑制することが出来るという効果を有し、特に省電力化を考慮して半導体レーザから出射されるビームの利用効率を高めようとする光源ユニット用途において有効となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the effect of suppressing fluctuations in the aspect ratio of a beam shaping lens, and in particular for light source units that are intended to increase the utilization efficiency of a beam emitted from a semiconductor laser in consideration of power saving. It becomes effective in.
８ 半導体レーザ
９ 楕円光束
１１ ビーム整形レンズ
１３ アナモフィックレンズ
１５ コバ部
１７ 肉厚部
１９，２０ 成形金型
２２ 光学硝材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Semiconductor laser 9 Elliptic light beam 11 Beam shaping lens 13 Anamorphic lens 15 Edge part 17 Thick part 19,20 Molding die 22 Optical glass material
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011192660A JP2013054803A (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | Beam shaping lens |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2011192660A JP2013054803A (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | Beam shaping lens |
Publications (1)
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| JP2013054803A true JP2013054803A (en) | 2013-03-21 |
Family
ID=48131655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2011192660A Withdrawn JP2013054803A (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | Beam shaping lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013054803A (en) |
-
2011
- 2011-09-05 JP JP2011192660A patent/JP2013054803A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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