JP4935428B2

JP4935428B2 - 光学素子の製造方法

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Publication number: JP4935428B2
Application number: JP2007051200A
Authority: JP
Inventors: 和幸小椋
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008216419A

Description

本発明は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子等の光学素子の製造方法に関する。

ＤＶＤ等の光情報記録媒体に情報を記録・再生するためのピックアップ装置には、一般に、光源として半導体レーザが用いられている。半導体レーザからの出力ビームは薄い活性層の端面から出射されるため、楕円形の断面を有するビームとなる。このような楕円形のビームを、ビーム整形素子を用いて円形のビームに整形した上で利用することにより、ビームの利用効率を高め、記録や再生の正確度を向上させることが可能となる。特に、青色半導体レーザは出力ビームの強度が不足しがちであることから、青色半導体レーザを光源として用いるピックアップ装置においてはかかるビーム整形素子の重要性が特に高く、注目されている。

楕円形のビームを円形のビームに整形するための光学素子であるビーム整形素子として、例えば、ビーム断面の短軸方向に対応する方向のみに曲率を有するシリンドリカル面を備えたビーム整形素子（レンズ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、このようなビーム整形素子の製造方法としては、成形金型によってガラス素材を加圧成形するプレス成形法による製造方法が提案されている（例えば、特許文献２、３を参照）。

一般にこのようなビーム整形素子は、組み込みの際、光源等に対する高い位置決め精度が要求される。そのため、特許文献２では、ガラス成形体の側面を成形による転写によって形成し、その成形転写面を組み込みの際の位置決め基準面として用いる方法が提案されている。また、特許文献３では、生産性向上の観点から、複数個のビーム整形素子が並んだ成形品を作製し、該成形品を個々のビーム整形素子に切断する方法が提案されている。
特開２００２−２０８１５９号公報特開２００６−３０１２４９号公報特開２００６−２９８６９２号公報

しかしながら、ビーム整形素子の小型化・軽量化の要求が高まり、製造上の制約から、特許文献２で提案されているガラス成形体の成形転写面を組み込みの際の位置決め基準面とする方法を用いることが困難な場合がある。このような場合には、ガラス成形体を所定寸法に切断して小型化した上で、得られた切断面を組み込みの際の位置決め基準面として用いることが行われている。

ガラス成形体の切断は、ダイシングブレードを回転させて切断する方式の切断装置（ダイサー）を用いて行うのが一般的である。ダイサーは直線的な切断加工を高精度に行うのに適しているが、切断位置と角度を調節するためのアライメント作業が必要である。アライメント作業は、ガラス成形体の拡大画像を観察しながら作業者が直接行う場合と、画像処理装置等を用いて自動化されている場合とがある。しかし、ビーム整形素子は非常に高い位置決め精度が要求されることから、何れの場合であってもこのアライメント作業には多くの時間が必要であり、多数のビーム整形素子を製造する際の生産性を阻害する大きな要因となっていた。

このことは、特許文献３で提案されている複数個のビーム整形素子が並んだ成形品を個々のビーム整形素子に切断する場合についても同様であり、切断のためのアライメント作業に必要な時間をいかに短縮するかが大きな課題となっていた。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、切断加工の際のアライメント作業に必要な時間を短縮し、ビーム整形素子等の光学素子を高精度且つ高い生産性で製造するための製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．少なくとも１つの光学面と側面とを有するガラス成形体を固定治具に固定した状態で切断して光学素子を得るための光学素子の製造方法において、前記側面の少なくとも１つは成形転写面を有し、前記固定治具は複数の前記ガラス成形体の前記成形転写面を当接するための配列基準面を有し、前記成形転写面を前記配列基準面に当接し、複数の前記ガラス成形体を直線上に配列して固定した状態で切断し、前記配列基準面に当接した前記成形転写面を前記ガラス成形体から取り除く切断工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。

２．前記固定治具は複数の前記配列基準面を有し、前記切断工程は、複数の前記ガラス成形体を互いに平行な複数列の直線上に配列して固定した状態で、互いに平行な複数の切断ライン上を切断する工程であることを特徴とする前記１に記載の光学素子の製造方法。

３．前記固定治具は、対向する２つの配列基準面を有する配列部材を備えていることを特徴とする前記２に記載の光学素子の製造方法。

４．対応する前記配列基準面の間隔がそれぞれ略同一である複数の前記固定治具を用いて、前記切断工程における切断ラインの間隔を、複数の前記固定治具の何れを用いる場合であっても同一の設定として切断することを特徴とする前記２又は３に記載の光学素子の製造方法。

５．前記光学面の少なくとも１つはシリンドリカル面であることを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

６．前記光学素子は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする前記１乃至５の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。

本発明によれば、１回のアライメント作業で多数のガラス成形体の切断加工を行うことができる。その結果、光学素子１個当たりに必要なアライメント作業時間が短縮され、ビーム整形素子等の光学素子を高精度且つ高い生産性で製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（ガラス成形体と光学素子）
本発明は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子の製造に特に好適に用いられる。しかし、本発明が対象とする光学素子はこれに限定されるものではなく、各種のレンズ、ミラー等、少なくとも１つの光学面を有する光学素子の製造に適用することができる。

図５は本発明で用いるガラス成形体１０を、図６はガラス成形体１０を切断して製造したビーム整形素子２０を示している。

ガラス成形体１０は、光学面１１ｃ（面ＣＤＥｅｄｃ）を含む成形面１１、光学面１２ｃ（面ＪＫＬｌｋｊ）を含む成形面１２、及び側面１３、１４、１５、１６を有している。光学面１１ｃはシリンドリカル面であり、光軸（図５のｚ方向）に垂直な面内において、所定方向（図５のｙ方向。以下、母線方向ともいう。）には曲率を有さず、それに垂直な方向（図５のｘ方向。以下、子線方向ともいう。）のみに曲率を有している。光学面１２ｃも同様のシリンドリカル面である。光学面１１ｃと光学面１２ｃの母線方向は互いに平行となっている。

ここでは、対向する２つの光学面１１ｃ、１２ｃがいずれもシリンドリカル面である場合を例にとって説明するが、本発明が対象とするガラス成形体（ビーム整形素子）はこれに限られるものではない。例えば、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の面が平面又は球面のガラス成形体や、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の面が母線方向にも曲率を有し母線方向と子線方向の曲率が異なるトロイダル面を有するガラス成形体等にも適用することができる。シリンドリカル面は、母線方向に垂直な面と交わる線（ＣＤＥ、ＪＫＬ等）が円弧状でも良いし、非球面成分を有するものであっても良い。

ガラス成形体１０の大きさに特に制限はなく、用途に応じて種々の大きさのものを用いることができる。一般的には、シリンドリカル面の母線方向の長さが１ｍｍ〜２０ｍｍ、子線方向の長さが１ｍｍ〜２０ｍｍ、光軸方向の厚みが０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の大きさのものが用いられる場合が多い。

ビーム整形素子２０は、ガラス成形体１０を面ＢｂｍＭと面ＦｆｉＩとで切断して両端部を除去することによって製造される。このとき、切断面１７（面ＢｂｍＭ）と１８（面ＦｆｉＩ）の少なくとも一方は、光学面１１ｃ、１２ｃの子線方向に垂直で光学面１１ｃ、１２ｃから所定の距離に形成する。従って、切断面１７、１８の少なくとも一方を組み込みの際の位置決め基準面として用いることができる。位置決め基準面として用いる切断面は、光学面からの距離のバラツキが小さい方が好ましく、通常は、５０μｍ以下であることが好ましい。

ガラス成形体１０の、切断面１７、１８に平行な２つの側面１５、１６は成形転写面である。成形転写面は成形金型面の転写によって形成されるため、光学面からの距離のバラツキが非常に少ない。本発明においては、この成形転写面を後述する固定治具の配列基準面に当接し複数のガラス成形体を直線上に配列して切断を行うため、１回の切断作業で多数のガラス成形体を高精度に切断することができる。

図７は本発明で用いるガラス成形体の別の例を示す図であり、シリンドリカル面の母線方向に垂直な断面を示している。図７（ａ）に示すガラス成形体１０ａと図７（ｂ）に示すガラス成形体１０ｂは、いずれも図５に示したガラス成形体１０と同様に対向する２つのシリンドリカル面を有しているが、成形転写面の範囲が異なっている。ガラス成形体１０ａの側面１６ａは、厚み方向の中央部のみに成形転写面１７ａが存在し、両端部には成形金型と接触せずに形成された部分１８ａを有している。また、ガラス成形体１０ｂの側面１６ｂは、成形転写面１７ｂの他、成形金型と接触せずに外側にはみ出た部分１８ｂを有している。このように、本発明で用いるガラス成形体は、側面の少なくとも一部に成形転写面を有していれば良く、側面に成形金型と接触せずに形成された部分が含まれていても良い。また、ガラス成形体の全ての側面が成形転写面を有している必要はなく、少なくとも１つの側面が成形転写面を有していればよい。

ガラス成形体は、成形金型によってガラス素材を加圧成形するプレス成形法によって作製する。プレス成形の方法や成形条件に特に制限はなく、ガラス製光学素子のプレス成形法として公知の方法を用いることができる。例えば、（１）予め所定質量及び形状を有する成形用ガラス素材を作製し、該成形用ガラス素材を上下の成形型とともにガラスが変形可能な温度まで加熱した後、成形用ガラス素材を上下の成形型にて加圧成形して光学面の転写されたガラス成形体を得る方法や、（２）予め上下の成形型を所定温度に加熱しておき、下型の表面に溶融ガラスを供給して、供給されたガラス素材が未だ変形可能な温度にある間に上下の成形型にて加圧成形して光学面の転写されたガラス成形体を得る方法等を用いることができる。

図８はガラス成形体１０を成形するための成形金型の一例を示す断面図である。図８に示す成形金型３０は、ガラス成形体１０の成形面１２を形成するための成形面３４を有する上型３１と、ガラス成形体１０の成形面１１を形成するための成形面３５を有する下型３２と、ガラス成形体の側面１５、１６を形成するための成形面３６を有する側面部材３３とを備えている。

供給されたガラス素材を成形金型３０でプレス成形することで、光学面１１ｃを含む成形面１１、光学面１２ｃを含む成形面１２、及び側面１５、１６が転写によって形成されたガラス成形体１０を得ることができる。この際、上型３１及び下型３２と、側面部材３３との嵌め合い部の寸法を適宜設定することで、ガラス成形体１０の側面１５、１６に形成される成形転写面を光学面から所定の距離とすることができる。この距離は、多数のガラス成形体を作製する際におけるバラツキも非常に小さく抑えることができるため、この成形転写面を直線上に配列した状態で固定し、複数のガラス成形体をまとめて切断することで、１回の切断作業で多数のガラス成形体を高精度に切断することができる。

使用できるガラスの種類に特に制限はなく、ガラス製光学素子に用いられる公知のガラスを適宜選択して用いることができる。例えば、リン酸系ガラス、ランタン系ガラスなどが挙げられる。

（切断工程）
次に、本発明における切断工程について説明する。本発明における切断工程は、ガラス成形体の成形転写面を固定治具の配列基準面に当接し、複数のガラス成形体を直線上に配列して固定した状態で切断する工程である
（固定治具）
図１、図２は、本発明で用いる固定治具の一例を示す図である。図１は複数のガラス成形体１０が固定された固定治具４０をガラス成形体１０の成形面１１側から見た図であり、図２はそのＡ−Ａ’断面図である。固定治具４０は本体４４に形成された配列基準面４１を有している。バネ４３により付勢された押圧板４２でガラス成形体１０を配列基準面４１に押し付け、成形転写面である側面１６を配列基準面４１に当接してガラス成形体１０を直線上に配列させた状態で、ガラス成形体１０の成形面１２を固定治具４０の本体４１に固定する。

固定治具４０にガラス成形体１０を固定するための方法に特に制限はなく、公知の方法を適宜用いることができる。例えば、ホットメルト型接着剤等の各種接着剤や粘着剤を用いて固定する方法や、ダイシングテープ等の粘着テープを用いて固定する方法が挙げられる。

図２に示した固定治具４０の配列基準面４１は平面であるが、本発明において配列基準面４１の形状はこれに限定されるものではなく、成形転写面を当接してガラス成形体１０を直線上に配列させることができる形状であれば良い。例えば、テーパーや曲面を有する形状であっても良い。また、固定治具の材質や大きさに特に制限はない。

固定されたガラス成形体１０は、アライメント作業後に切断ライン４６に沿って直線的に切断される。固定治具４０の本体４４には、切断ライン４６に沿った逃げ溝４５が設けられている。逃げ溝４５は、切断の際にダイシングブレードが本体４４に接触しないような深さ及び幅に形成しておく。このような逃げ溝４５を設けておくことで、切断時にダイシングブレードに余計な負荷がかかることを防止でき、ガラス成形体１０を更に高精度に切断することが可能となる。

（アライメント）
固定治具４０にガラス成形体１０を固定した後、切断ラインの位置及び角度を調節するアライメント作業を行う。

先ず、ガラス成形体１０が固定された固定治具４０を、移動、回転が可能な切断ステージに固定する。固定方法は、真空吸着による方法、粘着テープや接着剤を用いる方法、ピエゾ素子等を用いた冷凍固定による方法など、公知の方法を適宜用いればよい。その後、切断装置の切断ラインがガラス成形体の切断ライン４６とほぼ一致するように切断ステージを移動、回転させて固定治具４０の位置及び角度を調節する。本発明においては、複数のガラス成形体が直線上に配列しているため、ガラス成形体１つずつについてアライメントを行う必要がなく、一度のアライメントでまとめて切断を行うことができる。

固定治具４０の位置及び角度の調節は、拡大撮影された画像を基に行う。作業者が画像を見ながら切断ステージを操作する手動式の調節でも良いし、撮影画像の処理と切断ステージ制御をコンピュータによって行う自動調節方式であっても良い。

（切断）
切断装置の種類に制限はないが、直線的な切断加工を高精度に行うことが容易なダイシングブレードを用いた切断装置（ダイサー）を用いることが好ましい。ダイシングブレードの種類にも特に制限はなく、ＧＣ砥石、ダイヤモンドブレード、メタルソーなど公知のダイシングブレードを適宜選択して用いればよい。

図３、図４は、本発明で用いる固定治具の別の例を示す図である。図３は複数のガラス成形体１０ｂが固定された固定治具５０をガラス成形体１０ｂの成形面１１側から見た図であり、図４はそのＢ−Ｂ’断面図である。固定治具５０は本体５４、押圧板５２、バネ５３を有し、本体５４には逃げ溝５５が設けられている。また、固定治具５０は、対向する２つの配列基準面５１を有する配列部材５８を有している。

固定治具５０の２つの配列基準面５１にガラス成形体１０ｂの成形転写面１７ｂを当接してガラス成形体を互いに平行な２本の直線上に配列した状態で固定する。ガラス成形体１０ｂの１列につき２本ずつの切断ライン５６があり、２列のガラス成形体１０ｂで合計４本の切断ライン５６がある。このうち、同じ列のガラス成形体１０ｂの２本の切断ラインの間隔Ｌ１は作製しようとするビーム整形素子の寸法であるため既知である。また、予め２つの配列基準面５１の間隔Ｌ３を測定しておけば、異なる列のガラス成形体の切断ラインの間隔Ｌ２を求めることができる。従って、アライメント工程においていずれか１つの切断ラインを基準にして固定治具の位置及び角度を調節し、所定の間隔（Ｌ１、Ｌ２）で互いに平行に切断を行うことで、各列毎にアライメントを行うことなく、複数列に配列された多数のガラス成形体１０ｂを高精度に切断することができる。

ここで、固定治具５０の２つの配列基準面５１は、配列部材５８の対向する２つの面である。このように、対向する２つの配列基準面５１を有する配列部材５８を用いることで、配列されたガラス成形体１０ｂの成形転写面１７ｂが互いに平行になるような複数の配列基準面５１を有する固定治具５０を容易に作製することができる。

また、多数のガラス成形体１０ｂを切断する際、更に効率良く加工を行うためにこのような固定治具５０を複数準備して順に使用こともできる。この場合の固定治具５０は、配列基準面５１の間隔Ｌ３を略同一に形成しておくことが好ましい。配列基準面５１の間隔Ｌ３を略同一とすることで、固定治具を取り替える毎に切断ラインの間隔の設定を変更することなく、複数準備した固定治具の何れを用いる場合であっても切断ラインの間隔は同一の設定のまま切断を行うことができる。従って、固定治具の取り替えに必要な時間が短縮されると共に、設定変更のミスによる不良品の発生を防止でき、ビーム整形素子等の光学素子を更に高い生産性で製造することが可能となる。なお、この場合の略同一とは、製造する光学素子の仕様上、位置決め基準面として用いる切断面と光学面との距離のバラツキとして許容できる範囲であれば良く、通常は５０μｍ程度以下であることが好ましい。

更に、配列基準面を３つ以上有する固定治具を用いることも好ましい。この場合、１つの固定治具の配列基準面の間隔が全て等しい必要はなく、異なっていても良い。上述のように固定治具を複数準備する場合には、対応する位置の配列基準面の間隔が全ての固定治具で等しいことが好ましい。例えば、ｘ番目の固定治具のｙ本目とｚ本目の配列基準面の間隔をＬｘｙｚと書くとすると、Ｌ１１２（１番目の固定治具の１本目と２本目の配列基準面の間隔）とＬ２１２とＬ３１２、Ｌ１２３とＬ２２３とＬ３２３とはそれぞれ等しいことが好ましい。しかし、Ｌ１１２とＬ１２３とが異なっていても、固定治具を取り替える際に切断ラインの間隔の設定を変更する必要はなく問題とはならない。

複数のガラス成形体１０が固定された固定治具４０をガラス成形体１０の成形面１１側から見た図である。複数のガラス成形体１０が固定された固定治具４０のＡ−Ａ’断面図である。複数のガラス成形体１０ｂが固定された固定治具５０をガラス成形体１０ｂの成形面１１側から見た図である。複数のガラス成形体１０ｂが固定された固定治具５０のＢ−Ｂ’断面図である。本発明で用いるガラス成形体１０を示す図である。ガラス成形体１０を切断して製造したビーム整形素子２０を示す図である。本発明で用いるガラス成形体の別の例を示す図である。ガラス成形体１０を成形するための成形金型の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂガラス成形体
１１ｃ、１２ｃ光学面（シリンドリカル面）
１３、１４、１５、１６、１６ａ、１６ｂ側面
１７ａ、１７ｂ成形転写面
３０成形金型
４０、５０固定治具
４１、５１配列基準面
４５、５５逃げ溝
４６、５６切断ライン
５８配列部材
Ｌ３配列基準面の間隔

Claims

少なくとも１つの光学面と側面とを有するガラス成形体を固定治具に固定した状態で切断して光学素子を得るための光学素子の製造方法において、
前記側面の少なくとも１つは成形転写面を有し、
前記固定治具は複数の前記ガラス成形体の前記成形転写面を当接するための配列基準面を有し、
前記成形転写面を前記配列基準面に当接し、複数の前記ガラス成形体を直線上に配列して固定した状態で切断し、前記配列基準面に当接した前記成形転写面を前記ガラス成形体から取り除く切断工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
前記固定治具は複数の前記配列基準面を有し、
前記切断工程は、複数の前記ガラス成形体を互いに平行な複数列の直線上に配列して固定した状態で、互いに平行な複数の切断ライン上を切断する工程であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
前記固定治具は、対向する２つの配列基準面を有する配列部材を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
対応する前記配列基準面の間隔がそれぞれ略同一である複数の前記固定治具を用いて、前記切断工程における切断ラインの間隔を、複数の前記固定治具の何れを用いる場合であっても同一の設定として切断することを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子の製造方法。
前記光学面の少なくとも１つはシリンドリカル面であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。
前記光学素子は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学素子の製造方法。