JP4197957B2 - 光学レンズの製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子より出射される光に対して作用する光学レンズの製造方法、に関する。
背景技術
【０００２】
特許第３１２１６１４号公報及び英国公報ＧＢ２１０８４８３Ａは、線引き処理によるマイクロレンズの製造方法について開示している。このような製造方法によれば、円柱形状のプレフォーム（母材）を成形しこれを加熱して線引き加工することで、プレフォームと同一断面形状の円柱レンズが形成される。
発明の開示
【０００３】
発明者は、上記した従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、このような従来型の光学レンズの製造方法では、線引き処理の過程でプレフォームが歪みなどを起こして変形し、光に対して作用する光学作用部が設計した通りに形成されない、といった不具合が生じていた。
【０００４】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、線引き処理により母材が変形するのを抑制することが可能な光学レンズの製造方法、を提供することを目的とする。また本発明は、光に対して正確に作用する光学作用部を備えた光学レンズ、を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明に用いる光学レンズ用母材は、透光性材料により第１側面〜第４側面を備えた柱状形状に構成された線引き処理用光学レンズ母材であって、第１側面及び第１側面と反対側の第３側面の何れか少なくとも一方は、柱軸に対して平行に形成された曲面部と、曲面部の両側に形成された一対のフランジ部とを有する。
【０００６】
このような光学レンズ用母材によれば、線引き処理による加熱の影響を受け変形などが発生し易い角部には、一対のフランジ部が形成されているため、一対のフランジ部がその影響を受け、光学作用部としての各曲面部は加熱による影響を免れることが可能となる。
【０００７】
なお、「柱状形状の柱軸」とは、母材の上面４１ａ及び底面４１ｂ（図１Ａ参照）における幾何学的重心を通るような線分を指すものとする。
この曲面部は、互いに接触するように配列された複数の曲面部であってもよい。
【０００８】
光学レンズ用母材の柱軸方向に垂直な任意断面は長方形型であることが望ましい。これにより、第２側面と第４側面は互いに平行になるため、後述する光学レンズ配列工程を簡単に行うことが可能となる。なお、「長方形型」とは、第１曲面，第３曲面に形成された曲面部については考慮せず平面であったものと捉えた場合に長方形となるような形状、を指すものとする。例えば、図１Ａの上面４１ａに示されるような形状を含むものとする。
曲面部は非球面に形成されていてもよい。
【０００９】
フランジ部は、曲面部よりも突出する突出部を有すると好ましい。このようにすれば、ローラにより光学レンズ用母材を線引きするときに、一対のフランジ部が有する突出部を介して光学レンズ用母材を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材がぐらつくことを防止することができる。また、このような光学レンズ用母材を線引きして製造される光学レンズは、母材の突出部に対応する突出部を有するため、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などに曲面部が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００１０】
本発明の光学レンズの製造方法は、半導体レーザアレイの発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面部が、光入射面及び光出射面の両面に形成される、光学レンズの製造方法であって、それぞれが柱軸方向に平行に形成された複数の曲面部を有する２つの側面を備え、かつ、柱軸方向と直交する方向の両側にフランジ部が形成された柱状形状の光学レンズ用母材の作製工程と、作製された光学レンズ用母材を柱軸方向に線引き処理する際に、フランジ部の存在により線引き処理における加熱の影響から複数の曲面部を保護する線引き処理工程と、線引き処理された光学レンズ用母材を切断する切断工程とを含み、さらに、光学レンズ用母材は、予め、２つの側面の少なくとも一方を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪みを抑制することを特徴とする。
【００１１】
第１側面及び前記第３側面の少なくとも一方は、凸曲面状に形成されている。光学レンズ用母材を線引き処理すると、その側面が歪んで内側へ窪んでしまうことがあるが、このように第１側面及び前記第３側面の少なくとも一方を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪の影響を抑制することができる。
【００１２】
本発明による光学レンズの製造方法は、上記した光学レンズ用母材、を作製する光学レンズ用母材作製工程と、光学レンズ用母材作製工程により作製された光学レンズ用母材を線引き処理する線引き処理工程と、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材を切断して光学レンズを作製する光学レンズ作製工程とを含み、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材の曲面部は、入射光又は出射光に対して作用する光学作用部として機能する。
【００１３】
このような光学レンズの製造方法によれば、線引き処理前の母材の段階で、光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を決定することができるため、十分に大きいサイズで光学作用部の加工を行うことが可能となる。なお、「光に対して作用する」とは、入射光に対し、その発散角度或いは収束角度を変えて出射すること、又は光路変換を行うことを指すものとする。
【００１４】
光学レンズ作製工程は、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材を切断して作製された光学レンズに対し、一対のフランジ部を切り落とすフランジ部切断工程を含んでもよい。これにより、線引き処理工程の加熱により形状変形などの悪影響を受けた部分が取り除かれた光学レンズが実現される。
【００１５】
光学レンズ作製工程は、フランジ部切断工程により一対のフランジ部が切り落とされた光学レンズを複数準備し、それぞれの第２側面及び第４側面を互いに接着させてアレイ状に配列する光学レンズ配列工程を含んでもよい。これにより、多数の曲面部を備えた光学レンズが実現される。また、配列される個々の光学レンズは一対のフランジ部が切り落とされているため、線引き処理工程の加熱による悪影響が取り除かれた光学レンズが実現される。
【００１６】
線引き処理工程は、光学レンズ用母材作製工程により作製された光学レンズ用母材を囲むように環状に形成された加熱手段、を用いて線引き処理を行い、加熱手段は光学レンズ用母材の柱軸方向に対して垂直な断面における断面形状に対応した環形状を備えていることが望ましい。加熱手段は光学レンズ用母材の形状に対応した環形状を備えているため、光学レンズ用母材の角部に加熱温度が集中することがない。なお、「母材の柱軸方向に垂直な断面形状に対応した環形状」とは、図５Ｂに示すように、母材の各側面から加熱手段までの距離が等しくなるような形状のことを指すものとする。
【００１７】
本発明による光学レンズは、上記した何れかの光学レンズの製造方法により作製される。
【００１８】
本発明は以下の詳細な説明および添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これらは単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。
発明を実施するための最良の形態
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１Ａ〜Ｃは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。図１Ａに示すように、先ず透光性ガラス材料から成る光学部材を準備し、第１側面４４〜第４側面４７を備えた四角柱形状に成型加工し、光学レンズ用母材４０とする（光学レンズ用母材作製工程）。この光学レンズ用母材４０の柱軸方向に垂直な任意断面形状は同一の長方形である。従って、第１側面４４と第３側面４６、第２側面４５と第４側面４７は互いに平行に、第１側面４４と第２側面４５、第３側面４６と第４側面４７は互いに直角を成すように形成されている。
【００２０】
第１側面４４及び第３側面４６には、柱軸方向に対して平行な複数の曲面部４３が互いに接触するように形成されている。これらの複数の曲面部４３は凸曲面であり、線引き処理された後には入射光又は出射光に対して作用する光学作用部として機能する部分である。なお、この凸曲面は非球面であってもよい。第１側面４４及び第３側面４６には、複数の曲面部４３の両側（光学レンズ用母材４０としてはそれぞれの角部）に、一対のフランジ部４８が更に形成されている。光学レンズ用母材４０において、その角部は線引き処理工程による加熱の影響を受け、変形などが発生し易いが、この実施形態による光学レンズ用母材４０では一対のフランジ部４８が形成されているため、複数の曲面部４３自体は加熱による影響を免れ易くなっている。なお、この作用については後述する。
【００２１】
このように、線引き方法による光学レンズの製造方法では、十分に大きいサイズ（例：幅５〜６ｃｍ、長さ２０ｃｍ）である光学レンズ用母材４０の段階で、作製したい光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を形成することができるため、簡単かつ正確にそれらの作業を行うことが可能となる。
【００２２】
なお、特公平７−１５５２１号公報には、線引き方法による屈折率分布型円柱レンズ（セルフォックレンズ）の製造方法について開示されている。この製造方法では、母材として、中心から半径方向外側に向かってフッ素のドーパント量が段階的に増大され、それに従ってその屈折率が段階的に低下してなる高純度石英ガラス系ロッドが使用されており、本発明のように、母材に対して形状的に光学作用部が形成されたものは使用されていない。このような従来の製造方法では、母材作製工程として、フッ素をプラズマ外付け法によりドープさせたり、溶融塩中に長時間侵漬してイオン交換を行う方法により屈折率分布を形成する工程が必要があったが、本発明ではこのような工程は不要となっている。また、形成された光学レンズ１においても、光入射面、光出射面は円柱型の側面曲面ではなく、その両端部が使用されるものであるという点で異なるものである。
【００２３】
次に、図１Ｂに示すように、光学レンズ用母材作製工程により成型加工された光学レンズ用母材４０を、加熱手段としての電気炉３５等により加熱溶融し、所望の外径になるように線引き処理をする（線引き処理工程）。電気炉３５は光学レンズ用母材４０を囲むように環状に形成され、光学レンズ用母材４０に対して周囲から等しく加熱、溶融することが望ましい。電気炉３５には温度調整装置３２が接続されていて、電気炉３５の温度を変えて線引き温度を調整することが可能となっている。また、加熱された光学レンズ用母材４０を線引きして引き伸ばすのには送り込みローラ９０及び引っ張りローラ３３が使用されている。上記したような四角柱形状の光学レンズ用母材を線引きする場合、線引き処理された第２側面部４５及び第４側面部４７を送り込みローラ９０及び引っ張りローラ３３により挟持するようにすると、線引き処理中の光学レンズ用母材４０のよじれ発生を防止することが可能となる。
【００２４】
また、図２に示すように、引っ張りローラ３３で光学レンズ用母材４０を引っ張って、線引き処理することもできる。
【００２５】
光学レンズ用母材４０は、線引き処理された結果、その外径が所望の幅（０．５〜１５ｍｍ）になったと判断された場合、引っ張りローラ３３下部に設置されているカッター３７により切断される。この判断は引っ張りローラ３３の手前に設置された線径測定装置３８により行われる。線径測定装置３８はレーザ光を発光するレーザ部と、光学レンズ用母材４０を通過したレーザ光を受光する受光部と、受光部により受光された光量などから光学レンズ用母材４０の外径を算出する解析部とから構成される。カッター３７により切断されて形成された光学レンズは長さにして５ｍｍ〜２０００ｍｍの棒状のもので、光学レンズとして使用されるサイズであってもよいし、また所望の長さに切断、切削加工される前の段階のサイズであってもよい（光学レンズ作製工程）。長すぎると折れ易く短すぎると切断、切削加工に不便である。光ファイバーなどを製造する場合には、線引きされたものをドラムなどに巻き取るの対し、光学レンズの製造では、このように線引きされたものを切断する点に特徴がある。
【００２６】
このようにして作製された光学レンズ１は、線引き処理の特性からその断面形状は光学レンズ用母材４０と同一の断面形状を有する。線引き処理された後には、所望の長さへの切断、外周部の研磨加工の他は、光学レンズ、特に凸曲面より成る光学作用部４３に対して成形加工されることがないため、製造上の負担を軽減することが可能となっている。この光学レンズ１では、図１Ｃに示すように、光入射側及び光出射側に形成された光学作用部４３（母材段階での曲面部４３）により入射光６をコリメート又は集光した後、出射光７を出射する。なお、入射光６、出射光７の向きはそれぞれ逆であってもよい。この実施形態では光学作用部４３として４つの曲面を備えた光学レンズ１が形成されるため、例えば４つの発光部が配列された発光素子としての半導体レーザアレイから出射された各光に対し、コリメート又は集光した後、出射することが可能である。
【００２７】
図３Ａ，３Ｂは、第２実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。製造工程としては、図１Ａ〜Ｃに続くものである。第２実施形態による光学レンズの製造方法では、図３Ａに示すように、まず図１Ｃで作製された光学レンズ１に対し、その一対のフランジ部４８を切り落とし（フランジ部切断工程）、光学レンズ２１を得る。上述したように、フランジ部４８は、線引き処理工程により加熱による変形などの影響を受けている（又は受けている可能性がある）ため、このような一対のフランジ部４８を切り落とすことで、図１Ｃに示される光学レンズ１よりコンパクトでありかつ線引き処理工程の加熱による悪影響（変形などの）が取り除かれた光学レンズ、が実現される。この第２実施形態に係る光学レンズ２１では、図に示すように、その光学作用部４３は４つの凸曲面４３を備えているため、４つの発光部が配列された発光素子から出射される各光に対し、集光又はコリメートした後に出射することが可能である。
【００２８】
更に、図３Ｂに示すように、図３Ａで一対のフランジ部４８が切り落とされた光学レンズ２１を複数準備し、それぞれの第２側面４５及び第４側面４７を互いに接着させてアレイ状に配列し（光学レンズ配列工程）、アレイ状の光学レンズ３１を形成してもよい。フランジ部切断工程によりフランジ部４８が既に切断されているため、複数の光学レンズ２１に対しその互いの側面を接触（接着）させてそのまま配列させるだけで、同一ピッチ幅に曲面が配列された光学レンズ３１が形成される。また、光学レンズ２１の時点で線引き処理工程の加熱による悪影響（変形などの）が取り除かれているため、このようにして形成された光学レンズ３１も同様に線引き処理工程の加熱による悪影響が取り除かれたものとなる。この第２実施形態に係る光学レンズ３１では、光学レンズ２１が４つ配列されたものであるので、４×４＝１６の入射光に対して対応可能となる。即ち、１６個の発光部を備えた発光素子に対してコリメート又は集光した後に出射することが可能である。第２側面４５と第４側面４７は互いに平行であるため、このように互いに接触させてアレイ状に複数配列する際には、容易に配列作業が行われる。
【００２９】
図４Ａ，４Ｂは第１、第２実施形態による光学レンズの製造方法の効果を表す図である。図４Ａには、比較例による光学レンズ用母材１４０と、光学レンズ用母材１４０から線引き処理により作製された光学レンズ１０１の断面図とが示され、図４Ｂには、本実施形態による光学レンズ用母材４０と、光学レンズ用母材４０から線引き処理により作製された光学レンズ１の断面図とが示されている。
【００３０】
図４Ａに示されるように、比較例による光学レンズ用母材１４０は、フランジ部をもたない。母材の角部４９には線引き処理工程による加熱が集中し高温になりやすく、このため、線引き処理された結果、角部４９に位置する曲面部４３はこの加熱温度の影響により変形されている。このように変形された曲面部４３は、設計段階で意図したような光学作用部としての機能は持たない。これに対して本実施形態による光学レンズの製造方法では、図４Ｂに示されるように、複数の曲面部４３の両側、即ち光学レンズ用母材４０の角部４９には一対のフランジ部４８が形成されているため、線引き処理された結果、この一対のフランジ部４８が線引き処理工程の加熱による影響を受けて変形し、曲面部４３の形状は線引き処理工程後でも保持されている。このように、本実施形態による光学レンズの製造方法では、一対のフランジ部４８を設け、線引き処理工程時の加熱による悪影響をこの部分で受けるようにすることで、線引き処理後には光学作用部として機能する複数の曲面部４３を保護している。従って、フランジ部４８の形状は平面である必要はない。例えば、余分に形成した曲面部４３をフランジ部４８として、線引き処理の際の加熱の影響を受けた際には、これを切断するようにしてもよい。
【００３１】
図５Ａは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図であり、図５Ｂは、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図である。図５Ａは、図１ＢにおけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図でもある。図５Ａに示されるように、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程では、加熱手段としての電気炉３５は光学レンズ用母材４０を囲むように環状に形成されており、その環形状は円形である。このため、曲面部４３から電気炉３５までの距離７０に対して、角部４９から電気炉３５までの距離７１は短くなり、このように熱源である電気炉３５までの距離が近いことが角部４９を他の部分以上に高温にし、光学レンズ用母材４０の角部４９の形状を変形させる一つの原因となっていた。
【００３２】
これに対し、図５Ｂに示されるように、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程では、加熱手段としての電気炉１３５は、光学レンズ用母材４０の断面形状に対応した形状、すなわち光学レンズ用母材４０の各側面４４〜４７から電気炉１３５までの距離７２が何れの側面の何れの箇所、特に角部４９においても等しくなるような形状に形成されている（この場合の距離とは、電気炉１３５までの最短距離のことを指し、第１側面４４、第３側面４６に形成されている曲面部４３については考慮しないものとする）。これにより、角部４９だけが電気炉１３５に近くなることがなく、線引き処理工程においては、光学レンズ用母材４０の各部に対し平均的に加熱温度が加えられる。すなわち、角部４９に加熱温度が集中され光学レンズ用母材４０が線引き処理工程により変形するといった不具合についても改善される。このような形状の電気炉１３５は、光学レンズ用母材４０の形状が縦寸法に比してもっと横寸法が長い場合に更に有効となる。
【００３３】
以上、本発明を第１〜第３実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、本発明を実施するにあたって単に最良の形態を示すに過ぎない前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項の範囲内に該当する発明の全ての変更を包含し、形状、サイズ、配置などについて変更が可能である。
【００３４】
例えば、図６Ａ〜図６Ｃに示す光学レンズ用母材３４０，４４０，５４０のように、曲面部３４３，４４３，５４３の数は単数であってもよい。
【００３５】
また、フランジ部の形状について、図６Ａ，６Ｂに示すように、フランジ部は曲面部３４３，４４３よりも突出する突出部３４８，４４８を有してもよい。この場合、図２に示すようにして線引き処理するとき、ローラ３３により一対の突出部３４８，４４８を介して光学レンズ用母材３４０，４４０を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材３４０，４４０がぐらつくことを防止することができる。また、ローラ３３と曲面部との干渉を避けることができる。さらに、このような光学レンズ用母材３４０，４４０を線引きして製造される光学レンズ３０１，４０１は、母材３４０，４４０の突出部３４８，４４８に対応する突出部を有するため、光学レンズ３０１，４０１が配置される配置面や光学レンズ３０１，４０１に隣接して置かれている部材の側面などに曲面部３４３，４４３が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部３４３，４４３にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００３６】
また、図６Ｂに示す曲面部４４３のように、曲面部は片側だけに設けられていてもよい。各図６Ａ〜６Ｃの向かって右側には、それぞれ、向かって左側に示された光学レンズ用母材３４０，４４０，５４０を線引き処理して形成された光学レンズ３０１，４０１，５０１、が示されている。
【００３７】
また、図７に示す光学レンズ用母材６４０のように、第１側面６４４及び第３側面６４６の全体を凸曲面状に形成してもよい。ここで、図７に示すように、第１側面６４４及び第３側面６４６に複数の曲面部が存在する場合は、複数の曲面部の全てに接する面が凸曲面であれば、第１側面６４４及び第３側面６４６が凸曲面状であるとする。線引き処理により、光学レンズ用母材はその平面部（第１側面〜第４側面）が内側へと窪んだ形状に変形することがあるが、この光学レンズ用母材６４０のように、予め第１側面６４４及び第３側面６４６を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪みが解消された光学レンズ６０１（図７の向かって右側）が形成される。
【００３８】
なお、図７に示す光学レンズ用母材６４０も、フランジ部は曲面部よりも突出する突出部６４８を有しているため、図２に示すようにして線引き処理するとき、ローラ３３により一対の突出部６４８を介して光学レンズ用母材６４０を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材６４０がぐらつくことを防止することができる。また、ローラ３３と曲面部との干渉を避けることができる。さらに、このような光学レンズ用母材６４０を線引きして製造される光学レンズ６０１は、母材６４０の突出部６４８に対応する突出部を有するため、光学レンズ６０１が配置される配置面や光学レンズ６０１に隣接して置かれている部材の側面などに曲面部が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００３９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
【００４０】
本発明による光学レンズの製造方法によれば、線引き処理前の母材の段階で、光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を決定することができるため、十分に大きいサイズで母材の加工が行われ、容易に光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を形成することが可能となる。これにより、光に対して正確に作用する光学作用部を有する光学レンズが実現する。また、製造上の負担を軽減することが可能となる。
【００４１】
更に、光学レンズ用母材において、線引き処理工程による加熱の影響を受け、変形などが発生し易い角部にはフランジ部が形成されているため、光学作用部としての各曲面部は加熱による影響を免れることが可能となる。これにより、線引き処理工程によりその光学作用部の形状が変形することのない光学レンズ、が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
図１Ａ〜Ｃは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。
図２は、線引き処理の他の例を示す図である。
図３Ａ，３Ｂは、第２実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。
図４Ａ，４Ｂは、第１、第２実施形態による光学レンズの製造方法の効果を表す図である。
図５Ａは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図であり、図５Ｂは、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図である。
図６Ａ〜６Ｃは、それぞれ、単一の曲面を備えた光学レンズ用母材及びこれらの光学レンズ用母材を線引き処理して作製された光学レンズ、を示す。
図７は、線引き処理による歪みが抑制される光学レンズ用母材及びこの光学レンズ用母材を線引き処理して作製された光学レンズ、を示す。
【０００１】
本発明は、発光素子より出射される光に対して作用する光学レンズの製造方法、に関する。
背景技術
【０００２】
特許第３１２１６１４号公報及び英国公報ＧＢ２１０８４８３Ａは、線引き処理によるマイクロレンズの製造方法について開示している。このような製造方法によれば、円柱形状のプレフォーム（母材）を成形しこれを加熱して線引き加工することで、プレフォームと同一断面形状の円柱レンズが形成される。
発明の開示
【０００３】
発明者は、上記した従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、このような従来型の光学レンズの製造方法では、線引き処理の過程でプレフォームが歪みなどを起こして変形し、光に対して作用する光学作用部が設計した通りに形成されない、といった不具合が生じていた。
【０００４】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、線引き処理により母材が変形するのを抑制することが可能な光学レンズの製造方法、を提供することを目的とする。また本発明は、光に対して正確に作用する光学作用部を備えた光学レンズ、を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明に用いる光学レンズ用母材は、透光性材料により第１側面〜第４側面を備えた柱状形状に構成された線引き処理用光学レンズ母材であって、第１側面及び第１側面と反対側の第３側面の何れか少なくとも一方は、柱軸に対して平行に形成された曲面部と、曲面部の両側に形成された一対のフランジ部とを有する。
【０００６】
このような光学レンズ用母材によれば、線引き処理による加熱の影響を受け変形などが発生し易い角部には、一対のフランジ部が形成されているため、一対のフランジ部がその影響を受け、光学作用部としての各曲面部は加熱による影響を免れることが可能となる。
【０００７】
なお、「柱状形状の柱軸」とは、母材の上面４１ａ及び底面４１ｂ（図１Ａ参照）における幾何学的重心を通るような線分を指すものとする。
この曲面部は、互いに接触するように配列された複数の曲面部であってもよい。
【０００８】
光学レンズ用母材の柱軸方向に垂直な任意断面は長方形型であることが望ましい。これにより、第２側面と第４側面は互いに平行になるため、後述する光学レンズ配列工程を簡単に行うことが可能となる。なお、「長方形型」とは、第１曲面，第３曲面に形成された曲面部については考慮せず平面であったものと捉えた場合に長方形となるような形状、を指すものとする。例えば、図１Ａの上面４１ａに示されるような形状を含むものとする。
曲面部は非球面に形成されていてもよい。
【０００９】
フランジ部は、曲面部よりも突出する突出部を有すると好ましい。このようにすれば、ローラにより光学レンズ用母材を線引きするときに、一対のフランジ部が有する突出部を介して光学レンズ用母材を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材がぐらつくことを防止することができる。また、このような光学レンズ用母材を線引きして製造される光学レンズは、母材の突出部に対応する突出部を有するため、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などに曲面部が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００１０】
本発明の光学レンズの製造方法は、半導体レーザアレイの発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面部が、光入射面及び光出射面の両面に形成される、光学レンズの製造方法であって、それぞれが柱軸方向に平行に形成された複数の曲面部を有する２つの側面を備え、かつ、柱軸方向と直交する方向の両側にフランジ部が形成された柱状形状の光学レンズ用母材の作製工程と、作製された光学レンズ用母材を柱軸方向に線引き処理する際に、フランジ部の存在により線引き処理における加熱の影響から複数の曲面部を保護する線引き処理工程と、線引き処理された光学レンズ用母材を切断する切断工程とを含み、さらに、光学レンズ用母材は、予め、２つの側面の少なくとも一方を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪みを抑制することを特徴とする。
【００１１】
第１側面及び前記第３側面の少なくとも一方は、凸曲面状に形成されている。光学レンズ用母材を線引き処理すると、その側面が歪んで内側へ窪んでしまうことがあるが、このように第１側面及び前記第３側面の少なくとも一方を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪の影響を抑制することができる。
【００１２】
本発明による光学レンズの製造方法は、上記した光学レンズ用母材、を作製する光学レンズ用母材作製工程と、光学レンズ用母材作製工程により作製された光学レンズ用母材を線引き処理する線引き処理工程と、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材を切断して光学レンズを作製する光学レンズ作製工程とを含み、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材の曲面部は、入射光又は出射光に対して作用する光学作用部として機能する。
【００１３】
このような光学レンズの製造方法によれば、線引き処理前の母材の段階で、光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を決定することができるため、十分に大きいサイズで光学作用部の加工を行うことが可能となる。なお、「光に対して作用する」とは、入射光に対し、その発散角度或いは収束角度を変えて出射すること、又は光路変換を行うことを指すものとする。
【００１４】
光学レンズ作製工程は、線引き処理工程により線引き処理された光学レンズ用母材を切断して作製された光学レンズに対し、一対のフランジ部を切り落とすフランジ部切断工程を含んでもよい。これにより、線引き処理工程の加熱により形状変形などの悪影響を受けた部分が取り除かれた光学レンズが実現される。
【００１５】
光学レンズ作製工程は、フランジ部切断工程により一対のフランジ部が切り落とされた光学レンズを複数準備し、それぞれの第２側面及び第４側面を互いに接着させてアレイ状に配列する光学レンズ配列工程を含んでもよい。これにより、多数の曲面部を備えた光学レンズが実現される。また、配列される個々の光学レンズは一対のフランジ部が切り落とされているため、線引き処理工程の加熱による悪影響が取り除かれた光学レンズが実現される。
【００１６】
線引き処理工程は、光学レンズ用母材作製工程により作製された光学レンズ用母材を囲むように環状に形成された加熱手段、を用いて線引き処理を行い、加熱手段は光学レンズ用母材の柱軸方向に対して垂直な断面における断面形状に対応した環形状を備えていることが望ましい。加熱手段は光学レンズ用母材の形状に対応した環形状を備えているため、光学レンズ用母材の角部に加熱温度が集中することがない。なお、「母材の柱軸方向に垂直な断面形状に対応した環形状」とは、図５Ｂに示すように、母材の各側面から加熱手段までの距離が等しくなるような形状のことを指すものとする。
【００１７】
本発明による光学レンズは、上記した何れかの光学レンズの製造方法により作製される。
【００１８】
本発明は以下の詳細な説明および添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これらは単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。
発明を実施するための最良の形態
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１Ａ〜Ｃは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。図１Ａに示すように、先ず透光性ガラス材料から成る光学部材を準備し、第１側面４４〜第４側面４７を備えた四角柱形状に成型加工し、光学レンズ用母材４０とする（光学レンズ用母材作製工程）。この光学レンズ用母材４０の柱軸方向に垂直な任意断面形状は同一の長方形である。従って、第１側面４４と第３側面４６、第２側面４５と第４側面４７は互いに平行に、第１側面４４と第２側面４５、第３側面４６と第４側面４７は互いに直角を成すように形成されている。
【００２０】
第１側面４４及び第３側面４６には、柱軸方向に対して平行な複数の曲面部４３が互いに接触するように形成されている。これらの複数の曲面部４３は凸曲面であり、線引き処理された後には入射光又は出射光に対して作用する光学作用部として機能する部分である。なお、この凸曲面は非球面であってもよい。第１側面４４及び第３側面４６には、複数の曲面部４３の両側（光学レンズ用母材４０としてはそれぞれの角部）に、一対のフランジ部４８が更に形成されている。光学レンズ用母材４０において、その角部は線引き処理工程による加熱の影響を受け、変形などが発生し易いが、この実施形態による光学レンズ用母材４０では一対のフランジ部４８が形成されているため、複数の曲面部４３自体は加熱による影響を免れ易くなっている。なお、この作用については後述する。
【００２１】
このように、線引き方法による光学レンズの製造方法では、十分に大きいサイズ（例：幅５〜６ｃｍ、長さ２０ｃｍ）である光学レンズ用母材４０の段階で、作製したい光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を形成することができるため、簡単かつ正確にそれらの作業を行うことが可能となる。
【００２２】
なお、特公平７−１５５２１号公報には、線引き方法による屈折率分布型円柱レンズ（セルフォックレンズ）の製造方法について開示されている。この製造方法では、母材として、中心から半径方向外側に向かってフッ素のドーパント量が段階的に増大され、それに従ってその屈折率が段階的に低下してなる高純度石英ガラス系ロッドが使用されており、本発明のように、母材に対して形状的に光学作用部が形成されたものは使用されていない。このような従来の製造方法では、母材作製工程として、フッ素をプラズマ外付け法によりドープさせたり、溶融塩中に長時間侵漬してイオン交換を行う方法により屈折率分布を形成する工程が必要があったが、本発明ではこのような工程は不要となっている。また、形成された光学レンズ１においても、光入射面、光出射面は円柱型の側面曲面ではなく、その両端部が使用されるものであるという点で異なるものである。
【００２３】
次に、図１Ｂに示すように、光学レンズ用母材作製工程により成型加工された光学レンズ用母材４０を、加熱手段としての電気炉３５等により加熱溶融し、所望の外径になるように線引き処理をする（線引き処理工程）。電気炉３５は光学レンズ用母材４０を囲むように環状に形成され、光学レンズ用母材４０に対して周囲から等しく加熱、溶融することが望ましい。電気炉３５には温度調整装置３２が接続されていて、電気炉３５の温度を変えて線引き温度を調整することが可能となっている。また、加熱された光学レンズ用母材４０を線引きして引き伸ばすのには送り込みローラ９０及び引っ張りローラ３３が使用されている。上記したような四角柱形状の光学レンズ用母材を線引きする場合、線引き処理された第２側面部４５及び第４側面部４７を送り込みローラ９０及び引っ張りローラ３３により挟持するようにすると、線引き処理中の光学レンズ用母材４０のよじれ発生を防止することが可能となる。
【００２４】
また、図２に示すように、引っ張りローラ３３で光学レンズ用母材４０を引っ張って、線引き処理することもできる。
【００２５】
光学レンズ用母材４０は、線引き処理された結果、その外径が所望の幅（０．５〜１５ｍｍ）になったと判断された場合、引っ張りローラ３３下部に設置されているカッター３７により切断される。この判断は引っ張りローラ３３の手前に設置された線径測定装置３８により行われる。線径測定装置３８はレーザ光を発光するレーザ部と、光学レンズ用母材４０を通過したレーザ光を受光する受光部と、受光部により受光された光量などから光学レンズ用母材４０の外径を算出する解析部とから構成される。カッター３７により切断されて形成された光学レンズは長さにして５ｍｍ〜２０００ｍｍの棒状のもので、光学レンズとして使用されるサイズであってもよいし、また所望の長さに切断、切削加工される前の段階のサイズであってもよい（光学レンズ作製工程）。長すぎると折れ易く短すぎると切断、切削加工に不便である。光ファイバーなどを製造する場合には、線引きされたものをドラムなどに巻き取るの対し、光学レンズの製造では、このように線引きされたものを切断する点に特徴がある。
【００２６】
このようにして作製された光学レンズ１は、線引き処理の特性からその断面形状は光学レンズ用母材４０と同一の断面形状を有する。線引き処理された後には、所望の長さへの切断、外周部の研磨加工の他は、光学レンズ、特に凸曲面より成る光学作用部４３に対して成形加工されることがないため、製造上の負担を軽減することが可能となっている。この光学レンズ１では、図１Ｃに示すように、光入射側及び光出射側に形成された光学作用部４３（母材段階での曲面部４３）により入射光６をコリメート又は集光した後、出射光７を出射する。なお、入射光６、出射光７の向きはそれぞれ逆であってもよい。この実施形態では光学作用部４３として４つの曲面を備えた光学レンズ１が形成されるため、例えば４つの発光部が配列された発光素子としての半導体レーザアレイから出射された各光に対し、コリメート又は集光した後、出射することが可能である。
【００２７】
図３Ａ，３Ｂは、第２実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。製造工程としては、図１Ａ〜Ｃに続くものである。第２実施形態による光学レンズの製造方法では、図３Ａに示すように、まず図１Ｃで作製された光学レンズ１に対し、その一対のフランジ部４８を切り落とし（フランジ部切断工程）、光学レンズ２１を得る。上述したように、フランジ部４８は、線引き処理工程により加熱による変形などの影響を受けている（又は受けている可能性がある）ため、このような一対のフランジ部４８を切り落とすことで、図１Ｃに示される光学レンズ１よりコンパクトでありかつ線引き処理工程の加熱による悪影響（変形などの）が取り除かれた光学レンズ、が実現される。この第２実施形態に係る光学レンズ２１では、図に示すように、その光学作用部４３は４つの凸曲面４３を備えているため、４つの発光部が配列された発光素子から出射される各光に対し、集光又はコリメートした後に出射することが可能である。
【００２８】
更に、図３Ｂに示すように、図３Ａで一対のフランジ部４８が切り落とされた光学レンズ２１を複数準備し、それぞれの第２側面４５及び第４側面４７を互いに接着させてアレイ状に配列し（光学レンズ配列工程）、アレイ状の光学レンズ３１を形成してもよい。フランジ部切断工程によりフランジ部４８が既に切断されているため、複数の光学レンズ２１に対しその互いの側面を接触（接着）させてそのまま配列させるだけで、同一ピッチ幅に曲面が配列された光学レンズ３１が形成される。また、光学レンズ２１の時点で線引き処理工程の加熱による悪影響（変形などの）が取り除かれているため、このようにして形成された光学レンズ３１も同様に線引き処理工程の加熱による悪影響が取り除かれたものとなる。この第２実施形態に係る光学レンズ３１では、光学レンズ２１が４つ配列されたものであるので、４×４＝１６の入射光に対して対応可能となる。即ち、１６個の発光部を備えた発光素子に対してコリメート又は集光した後に出射することが可能である。第２側面４５と第４側面４７は互いに平行であるため、このように互いに接触させてアレイ状に複数配列する際には、容易に配列作業が行われる。
【００２９】
図４Ａ，４Ｂは第１、第２実施形態による光学レンズの製造方法の効果を表す図である。図４Ａには、比較例による光学レンズ用母材１４０と、光学レンズ用母材１４０から線引き処理により作製された光学レンズ１０１の断面図とが示され、図４Ｂには、本実施形態による光学レンズ用母材４０と、光学レンズ用母材４０から線引き処理により作製された光学レンズ１の断面図とが示されている。
【００３０】
図４Ａに示されるように、比較例による光学レンズ用母材１４０は、フランジ部をもたない。母材の角部４９には線引き処理工程による加熱が集中し高温になりやすく、このため、線引き処理された結果、角部４９に位置する曲面部４３はこの加熱温度の影響により変形されている。このように変形された曲面部４３は、設計段階で意図したような光学作用部としての機能は持たない。これに対して本実施形態による光学レンズの製造方法では、図４Ｂに示されるように、複数の曲面部４３の両側、即ち光学レンズ用母材４０の角部４９には一対のフランジ部４８が形成されているため、線引き処理された結果、この一対のフランジ部４８が線引き処理工程の加熱による影響を受けて変形し、曲面部４３の形状は線引き処理工程後でも保持されている。このように、本実施形態による光学レンズの製造方法では、一対のフランジ部４８を設け、線引き処理工程時の加熱による悪影響をこの部分で受けるようにすることで、線引き処理後には光学作用部として機能する複数の曲面部４３を保護している。従って、フランジ部４８の形状は平面である必要はない。例えば、余分に形成した曲面部４３をフランジ部４８として、線引き処理の際の加熱の影響を受けた際には、これを切断するようにしてもよい。
【００３１】
図５Ａは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図であり、図５Ｂは、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図である。図５Ａは、図１ＢにおけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図でもある。図５Ａに示されるように、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程では、加熱手段としての電気炉３５は光学レンズ用母材４０を囲むように環状に形成されており、その環形状は円形である。このため、曲面部４３から電気炉３５までの距離７０に対して、角部４９から電気炉３５までの距離７１は短くなり、このように熱源である電気炉３５までの距離が近いことが角部４９を他の部分以上に高温にし、光学レンズ用母材４０の角部４９の形状を変形させる一つの原因となっていた。
【００３２】
これに対し、図５Ｂに示されるように、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程では、加熱手段としての電気炉１３５は、光学レンズ用母材４０の断面形状に対応した形状、すなわち光学レンズ用母材４０の各側面４４〜４７から電気炉１３５までの距離７２が何れの側面の何れの箇所、特に角部４９においても等しくなるような形状に形成されている（この場合の距離とは、電気炉１３５までの最短距離のことを指し、第１側面４４、第３側面４６に形成されている曲面部４３については考慮しないものとする）。これにより、角部４９だけが電気炉１３５に近くなることがなく、線引き処理工程においては、光学レンズ用母材４０の各部に対し平均的に加熱温度が加えられる。すなわち、角部４９に加熱温度が集中され光学レンズ用母材４０が線引き処理工程により変形するといった不具合についても改善される。このような形状の電気炉１３５は、光学レンズ用母材４０の形状が縦寸法に比してもっと横寸法が長い場合に更に有効となる。
【００３３】
以上、本発明を第１〜第３実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、本発明を実施するにあたって単に最良の形態を示すに過ぎない前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項の範囲内に該当する発明の全ての変更を包含し、形状、サイズ、配置などについて変更が可能である。
【００３４】
例えば、図６Ａ〜図６Ｃに示す光学レンズ用母材３４０，４４０，５４０のように、曲面部３４３，４４３，５４３の数は単数であってもよい。
【００３５】
また、フランジ部の形状について、図６Ａ，６Ｂに示すように、フランジ部は曲面部３４３，４４３よりも突出する突出部３４８，４４８を有してもよい。この場合、図２に示すようにして線引き処理するとき、ローラ３３により一対の突出部３４８，４４８を介して光学レンズ用母材３４０，４４０を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材３４０，４４０がぐらつくことを防止することができる。また、ローラ３３と曲面部との干渉を避けることができる。さらに、このような光学レンズ用母材３４０，４４０を線引きして製造される光学レンズ３０１，４０１は、母材３４０，４４０の突出部３４８，４４８に対応する突出部を有するため、光学レンズ３０１，４０１が配置される配置面や光学レンズ３０１，４０１に隣接して置かれている部材の側面などに曲面部３４３，４４３が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部３４３，４４３にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００３６】
また、図６Ｂに示す曲面部４４３のように、曲面部は片側だけに設けられていてもよい。各図６Ａ〜６Ｃの向かって右側には、それぞれ、向かって左側に示された光学レンズ用母材３４０，４４０，５４０を線引き処理して形成された光学レンズ３０１，４０１，５０１、が示されている。
【００３７】
また、図７に示す光学レンズ用母材６４０のように、第１側面６４４及び第３側面６４６の全体を凸曲面状に形成してもよい。ここで、図７に示すように、第１側面６４４及び第３側面６４６に複数の曲面部が存在する場合は、複数の曲面部の全てに接する面が凸曲面であれば、第１側面６４４及び第３側面６４６が凸曲面状であるとする。線引き処理により、光学レンズ用母材はその平面部（第１側面〜第４側面）が内側へと窪んだ形状に変形することがあるが、この光学レンズ用母材６４０のように、予め第１側面６４４及び第３側面６４６を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪みが解消された光学レンズ６０１（図７の向かって右側）が形成される。
【００３８】
なお、図７に示す光学レンズ用母材６４０も、フランジ部は曲面部よりも突出する突出部６４８を有しているため、図２に示すようにして線引き処理するとき、ローラ３３により一対の突出部６４８を介して光学レンズ用母材６４０を安定して挟持することができるため、線引き時に光学レンズ用母材６４０がぐらつくことを防止することができる。また、ローラ３３と曲面部との干渉を避けることができる。さらに、このような光学レンズ用母材６４０を線引きして製造される光学レンズ６０１は、母材６４０の突出部６４８に対応する突出部を有するため、光学レンズ６０１が配置される配置面や光学レンズ６０１に隣接して置かれている部材の側面などに曲面部が直接接触することを防止できる。これにより、光に対して作用する曲面部にキズなどがつきにくくなり、出射光性能の低下の防止が図られる。
【００３９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
【００４０】
本発明による光学レンズの製造方法によれば、線引き処理前の母材の段階で、光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を決定することができるため、十分に大きいサイズで母材の加工が行われ、容易に光学レンズの形状、特に光学作用部の形状を形成することが可能となる。これにより、光に対して正確に作用する光学作用部を有する光学レンズが実現する。また、製造上の負担を軽減することが可能となる。
【００４１】
更に、光学レンズ用母材において、線引き処理工程による加熱の影響を受け、変形などが発生し易い角部にはフランジ部が形成されているため、光学作用部としての各曲面部は加熱による影響を免れることが可能となる。これにより、線引き処理工程によりその光学作用部の形状が変形することのない光学レンズ、が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
図１Ａ〜Ｃは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。
図２は、線引き処理の他の例を示す図である。
図３Ａ，３Ｂは、第２実施形態に係る光学レンズの製造方法における各工程を示す概略図である。
図４Ａ，４Ｂは、第１、第２実施形態による光学レンズの製造方法の効果を表す図である。
図５Ａは、第１実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図であり、図５Ｂは、第３実施形態に係る光学レンズの製造方法における線引き処理工程の概略断面図である。
図６Ａ〜６Ｃは、それぞれ、単一の曲面を備えた光学レンズ用母材及びこれらの光学レンズ用母材を線引き処理して作製された光学レンズ、を示す。
図７は、線引き処理による歪みが抑制される光学レンズ用母材及びこの光学レンズ用母材を線引き処理して作製された光学レンズ、を示す。
Claims (1)
- 半導体レーザアレイの発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面部が、光入射面及び光出射面の両面に形成される、光学レンズの製造方法であって、
それぞれが柱軸方向に平行に形成された複数の曲面部を有する２つの側面を備え、かつ、柱軸方向と直交する方向の両側にフランジ部が形成された柱状形状の光学レンズ用母材の作製工程と、
作製された光学レンズ用母材を柱軸方向に線引き処理する際に、前記フランジ部の存在により前記線引き処理における加熱の影響から前記複数の曲面部を保護する線引き処理工程と、
線引き処理された前記光学レンズ用母材を切断する切断工程とを含み、
さらに、前記光学レンズ用母材は、予め、前記２つの側面の少なくとも一方を凸曲面状に形成しておくことで、線引き処理による歪みを抑制することを特徴とする光学レンズの製造方法。
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