JP2013241308A

JP2013241308A - 成形金型

Info

Publication number: JP2013241308A
Application number: JP2012116193A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Sakamoto; 達彦坂本; Tomoya Sugita; 知也杉田; Akira Morimoto; 章森本; Yoko Sakota; 洋子迫田; Kimihiko Shibuya; 公彦渋谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-05

Abstract

【課題】本発明は、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置に関し、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置における入出射面間における回転位置精度を高めることを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、成形可能な温度にある硝材１２を加圧して光学素子２を形成する成形装置８であって、胴型１０の端部にフランジ部１０ｂを設けるとともに、成形型９の台座部９ｂとフランジ部１０ｂの当接部分に嵌合部１３を設けた構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置に関するものである。

従来、この種の成形装置は、上下一対の成形型と、この上下一対の成形型の摺動方向をガイドする胴型と、成形型と当接して成形温度条件を制御する温度制御ブロックにより構成されている。

そして、この成形装置を用いて光学素子を形成する場合、一対の成形型と胴型とで形成される空間内に硝材を配置し、温度制御ブロックで硝材をガラス転移点温度から軟化点温度以下の加圧変形が可能となる所定の成形温度まで昇温させ、成形温度となった硝材を成形型で加圧成形し、その後、取り出し可能な温度まで冷却し、成形された光学素子を取り出すものである。

また、このような成形装置により成形させる光学素子としては、対物レンズ、コリメータレンズなどの光軸に対して、回転対称な形状を持った光学素子が作成されてきた。

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。

特開２０１１−２６１６４号公報

近年、プロジェクタ分野において、光源の高輝度化、低消費電力化が求められる中、半導体レーザを光源として採用する設計が増加しているが、この半導体レーザから射出される光束は、半導体材料の積層方向である垂直方向と水平方向で各々広がり角が異なるため楕円の発散光束となり、光源からの射出光の利用効率を高めるためには、この楕円発散光束を円形の平行光束へ変換するビーム整形光学系が必要となる。

このビーム整形光学系として、２枚のシリンドリカルレンズの母線方向が直交するように配置にすることで、楕円光束のアスペクト比を調整する手法が知られているが、最近ではプロジェクタ装置の小型化も重要な開発要素となるようになり、一対のシリンドリカルレンズ面を光学素子の入射面と出射面に一体化した単玉構造の光学素子の検討が行われている。

しかしながら、一対のシリンドリカルレンズ面を一体化した単玉構造の光学素子では、上述した成形装置で加圧成形した場合、光軸を中心とした入出射面の回転ずれが成形装置の成形精度により決定し、成形後に回転調整できないため、このような成形装置においては、入出射面間における回転方向の成形精度を高めることが求められている。

そこで本発明は、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置における入出射面間における回転方向の成形精度を高めることを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置であって、胴型の端部に胴型の中程より径を大きくしたフランジ部を設けるとともに、成形型の台座部とフランジ部の当接部分に嵌合部を設けた構成とした。

この構成により、光成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置における入出射面間における回転方向の成形精度を高めることができる。

本発明の一実施の形態における光源装置を示す模式図同光源装置を構成するビーム整形レンズの入射側正面図同ビーム整形レンズを成形する成形装置を示す分解斜視図同ビーム整形レンズの成形方法を示す模式図同成形方法における嵌合部の位置と回転方向のズレを示す図他の実施形態における嵌合部の配置状態を示す胴型の正面図

以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。

図１は半導体レーザ１とビーム整形レンズ２を基台３で一体化した光源装置４を示したもので、半導体レーザ１から射出される楕円発散光束をビーム整形レンズ２によって円形の平行光束へ変換し、光源からの出射光束の利用効率を高めるための構成となっている。

また、このビーム整形レンズ２は、入射される半導体レーザ１からの楕円光束の長手方向と短手方向のアスペクト比を調節し円形状の光束に変換するため、図２に示すように、ビーム整形レンズ２の入射面と出射面のそれぞれに楕円形状のアナモフィックレンズ面５、６を配置し、入射される楕円光束の長手方向と短手方向の倍率を個別に調節するため、実線で示す入射面側のアナモフィックレンズ面５の長手方向５ａと、破線で示す出射面側のアナモフィックレンズ面６の長手方向６ａが直交するように配置している。従って、半導体レーザ１から射出される楕円光束を円光束に高い精度で変換するためには、この入射面側のアナモフィックレンズ面５と出射面側のアナモフィックレンズ面６の直交精度、つまり図１に示す光軸７を中心とする回転方向の位置合わせ精度が非常に重要となる。

次に、このビーム整形レンズ２の成形方法について説明する。図３は成形装置８であり、上下一対の成形型９と、この成形型９の摺動方向を規制する胴型１０と、それぞれの成形型９に接続された温度制御ブロック１１を基本構成とし、図４に示すように、上下一対の成形型９の間に硝材１２を配置し、温度制御ブロック１１により硝材１２をガラス転移点温度から軟化点温度以下の加圧変形が可能となる所定の成形温度に昇温させ、成形温度となった硝材１２を成形型９で加圧成形し、その後、温度制御ブロック１１により冷却し、取り出し可能な温度で型開きし成形されたビーム整形レンズ２を取り出すのである。

図３に戻り、上下一対の成形型９は、それぞれ胴型１０に挿入される成形部９ａと、この成形部９ａの端部において成形部９ａより径が大きく設定された台座部９ｂとからなり、台座部９ｂの端面には温度制御ブロック１１が当接され、温度制御ブロック１１による温度制御を成形部９ａに伝達している。なお、それぞれの成形部９ａの端面はアナモフィックレンズ面を転写する成形面９ｃである。

また、胴型１０は、成形型９の成形部９ａを挿入する貫通孔を有した筒状部１０ａと、この筒状部１０ａの上下端部分において、筒状部１０ａの厚みを部分的に外周方向に拡開したフランジ部１０ｂを有している。

そして、この成形装置８においては、フランジ部１０ｂと台座部９ｂの当接部分に嵌合部１３を設けた構成としている。この嵌合部１３の具体的な構成は、台座部９ｂに設けた突起部１３ａと、フランジ部１０ｂに設けた凹部１３ｂで構成しており、この突起部１３ａと凹部１３ｂが嵌合することで、硝材１２の加圧成形の際に胴型１０に対する成形型９の回転動作を防止するので、この加圧成形で得られたビーム整形レンズ２は、入射面と射出面での回転位置精度が高精度となり、光源からの射出光の利用効率を高めることができる。

すなわち、嵌合部１３において台座部９ｂとフランジ部１０ｂを嵌合する構造としたことで、胴型１０に対する成形型９の回転方向の位置ずれを抑制するのであるが、この嵌合部１３を成形型９の回転中心となる貫通孔の中心軸から離間することで、嵌合部１３と突起部１３ａとの嵌め合わせにおけるクリアランスに伴う回転方向のズレの影響を小さくできる。この点については、図５に示すように、たとえば胴型１０の内径１４を５ｍｍ、筒状部１０ａの厚み１５を２ｍｍ、筒状部１０ａの外周端からフランジ部１０ｂの外周端までの幅１６を３．５ｍｍとし、嵌合部１３を構成する突起部１３ａと凹部１３ｂの嵌合公差を±２μｍとした場合、各点における回転精度は、嵌合部１３を筒状部１０ａの直下に配置した場合の回転ずれ幅１７は０．０５０°で、筒状部１０ａの外側に位置するフランジ部１０ｂの直下に配置した場合の回転ずれ幅１８は０．０２８°となるように、嵌合公差が同じであっても、嵌合部１３を回転中心から離間させたことで、より高い精度での回転方向に制限を得ることができる。特に入射面のアナモフィックレンズ面と射出面アナモフィックレンズ面との直交精度が光学特性に大きく影響する単玉のビーム整形レンズ２において有効となる。

また、嵌合部１３を回転中心から離間するだけであれば、胴型１０における全体の厚みを大きく設定することで十分であるが、このような温度制御ブロック１１からの熱伝導を用いて硝材１２の温度制御を行う成形装置８においては、胴型１０の厚みを大きくすれば成形装置８全体の熱容量が増して、成形時間の増加につながるため、胴型１０における筒状部１０ａを部分的に拡開させたフランジ部１０ｂに嵌合部１３を設けることで熱容量の増加を抑制するうえで重要となる。

なお、このような成形装置８においては、成形型９の成形面９ｃの温度分布を均一に保つことが重要であり、嵌合部１３は成形型９や胴型１０において部分的に熱容量が変化する部分であることからも、嵌合部１３を回転中心より離間することが好ましい。

さらに、嵌合部１３も環状のフランジ部１０ｂに対して単一で設けるよりも回転中心に対して対称位置に配置することが好ましい。例えば、アナモフィックレンズ面における楕円の長手方向や短手方向といった光学素子自体に方向性を持つような場合、この楕円の方向性はレンズの光軸を中心として対称であることが重要であり、成形面９ｃにおける温度分布もこの方向において対称であることが必要となるので、温度分布に影響を及ぼす嵌合部１３を成形型９の中心軸に対して対称配置することで、レンズ成形における光学特性の劣化を抑制できる。

すなわち、温度制御ブロック１１と当接する成形金型に嵌合部１３と嵌合する突起部１３ａを設けることは、成形金型全体から見てこの突起部１３ａを設けた部分の熱容量が部分的に大きくなり、成形面９ｃの温度分布の対称性に影響するため、この突起部１３ａつまりこの突起部１３ａと嵌合する嵌合部１３を対称配置することで、レンズ成形における光学特性の劣化を抑制できる。

また、成形型９の温度分布の対称性を高める上では、図６に示すように、複数個の突起部１３ａを正多角形の頂点位置となるように配置することにより、成形型９の中心軸を中心とした温度分布の対称性をより高めることができる。

本発明は、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置に関し、成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置における入出射面間における回転位置精度を高めることができ、特に半導体レーザを用いた光源装置に有用である。

２ビーム整形レンズ（光学素子）
８成形装置
９成形型
９ａ成形部
９ｂ台座部
１０胴型
１０ｂフランジ部
１１温度制御ブロック
１２硝材
１３嵌合部

Claims

成形可能な温度にある硝材を加圧して光学素子を形成する成形装置であって、前記成形装置は、貫通孔を有する胴型と、前記貫通孔に挿入されて摺動方向が規制される成形型と、前記成形型と当接して前記硝材の温度を制御する温度制御ブロックを備え、前記成形型は、前記貫通孔に挿入される成形部と、この成形部より径を大きくして前記温度制御部と当接する台座部からなり、前記胴型の端部に前記胴型の中程より径を大きくしたフランジ部を設けるとともに、このフランジ部に前記台座部と嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする成形装置。
嵌合部は複数設けるとともに、前記複数の嵌合部が前記フランジ部における胴型の中心軸に対して対称に配置したことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
光学素子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であることを特徴とした請求項２に記載の成形装置。