JPWO2002090274A1 - 光学レンズ用母材、光学レンズ、及び光学レンズの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明による光学レンズの製造方法は、一方の側面に非球面に形成され光学作用部として機能する第１曲面部と、第１曲面部とは反対側の側面に形成され第１曲面部より小さい曲率を有する第２曲面部とを備えた線引き処理用光学レンズ母材を作製する線引き処理用光学レンズ母材作製工程と、線引き処理用光学レンズ母材を所望の外径になるまで線引き処理する線引き処理工程と、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材をスライス加工し、光学レンズ１を作製する光学レンズ作製工程とを含むことを特徴とする。この製造方法では、第２曲面部が形成されているので、線引き処理による歪みの発生を抑制することが可能である。
Description
技術分野
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、光学レンズの製造方法、更に光学レンズを製造するための線引き処理用光学レンズ母材、に関する。
背景技術
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。これらの文献に示す製造方法では、円柱形状のプリフォーム（母材）を製作し、これを加熱して線引き加工することで、プリフォームと実質的に同一断面形状の円柱レンズが形成される。
しかしながら、このような従来の光学レンズの製造方法では、線引き処理の過程でプリフォームに歪みなどが生じ、これのより変形し、入射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場合があった。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、設計通りの光学レンズを製造するための光学レンズ用母材，光学レンズの製造方法、及び、光学レンズを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明による線引き処理用光学レンズ母材は、透光性材料により柱状に形成された線引き処理用光学レンズ母材であって、一方の側面に非球面により形成された第１曲面部と、第１曲面部とは反対側の側面に形成され第１曲面部より小さい主曲率を有する第２曲面部と、を備えたことを特徴とする。本明細書に記述される主曲率とは、曲線（曲面）を、円（円筒面）で近似した際の円（円筒面）の曲率を意味するものである。
このような線引き処理用光学レンズ母材によれば、第２曲面部が形成されているため、平面に形成した場合に比して線引き処理による歪みの発生が抑制される。
また、曲面部を第１曲面部と第２曲面部とに分け、そのうち曲率の大きい第１曲面部を非球面に形成しているため、非球面は線引き処理による歪みが発生しにくく、非球面形状が損なわれることを抑制することが可能である。
なお、「非球面」，「球面」（後述）とは、共に図１Ａに示された第１曲面部４３のように柱軸方向８０に対して平行な曲面、例えば、柱軸方向に直交する面に沿った断面外形を構成する各部の形状を指すものとする。そして、「非球面」とは、少なくとも２つの曲率を有する曲線で構成される曲線形状を意味する。そして、本件発明では、例えば、曲線部分の内側（中央部）の曲率が外側（周辺部）の曲率より大きく形成されている形状を指すものとする。
第２曲面部は球面により形成されていることが望ましい。これにより、第２曲面部を簡単に形成することが可能となる。なお、「球面」とは、一つの曲率を有する曲面、を指すものとする。
第２曲面部は凸曲面であってもよい。
また、第２曲面部は凹曲面であってもよい。
本発明による光学レンズの製造方法は、上記した何れかの線引き処理用光学レンズ母材、を作製する線引き処理用光学レンズ母材作製工程と、線引き処理用光学レンズ作製工程により作製された線引き処理用光学レンズ母材を所望の外径になるまで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線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、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線引き処理用光学レンズ母材、の第１曲面部及び第２曲面部のうち少なくとも第１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ことを特徴とする。
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加工を行うことが可能となる。
なお、線引き処理した結果曲面を成すように第２曲面部を形成した場合には、作製された光学レンズは、第１曲面部及び第２曲面部が光学作用部として機能する。線引き処理した結果平面を成すように第２曲面部を形成した場合には、作製された光学レンズは、第１曲面部が光学作用部として機能する。
因みに、「光に対して作用する」とは、入射された発散光に対しその発散角を縮小して出射することを指すものとする。また、「スライス加工」とは、線引きされた線引き処理用光学レンズ母材からの切断、及び所望の形状、大きさへの切削加工を含むものとする。
線引き処理用光学レンズ母材作製工程は、第２曲面部の曲率について、所望の光学作用を行うための曲率及び線引き処理により生じる変形量に基いて決定することが望ましい。これにより、線引き処理により生じ得る変形量が考慮された上で第２曲面部の曲率が決定されるので、線引き処理後には線引き処理による変形を最小限に抑制することが可能となる。
また、本発明による光学レンズの製造方法は、上記した何れかの線引き処理用光学レンズ母材、を所望の外径になるまで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線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、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線引き処理用光学レンズ母材、の第１曲面部及び第２曲面部のうち少なくとも第１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ことを特徴とする。
本発明による光学レンズは、上記何れかの光学レンズの製造方法により製造されたことを特徴とする。
十分に大きいサイズで母材の加工が行われると共に、第２曲面部を設けることにより線引き処理工程での線引き処理用光学レンズ母材の歪みの発生が抑制されるため、作製された光学レンズでは、光に対し正確に作用することが可能となる。
この光学レンズは、半導体レーザ素子が出射した光に対して作用する光学レンズであって、光は第２曲面部に入射し第１曲面部から出射することが望ましい。これにより、第２曲面部のうち線引き処理による歪みが生じ易い外周部は、光学作用部として使用されないようにすることが可能となる。
また、本発明は、光学レンズであって、実質的互いに平行な１対の面と、この１対の面を接続する曲面とより構成され、この１対の面に平行な面に沿った断面が、実質的に一定であり、この断面が、非円である第１の曲線と、第１の曲線の主曲率より小さい主曲率を有し、第１の曲線に対向している第２の曲線と、第１及び第２の曲線の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の曲線とより画成されている光学レンズを提供することを目的とする。
また、上記第３及び第４の曲線の主曲率中心が、前記断面の外部にある光学レンズを提供する。この形状は、入射光、出射光が透過しない、第３及び第四の曲線部が、内側にわずかに凹んでいる状態を示す。
また、本発明は、光学レンズであって、長手方向に直交する面における断面形状が、実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する曲線部の主曲率が、それぞれ対応する前記第１及び第２の曲線の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを線引き、切断することにより製造される光学レンズを提供することを目的とする。
また、更に本発明は、長手方向に直交する面における断面形状が実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する第５及び第６曲線部と前記第３及び第４の曲線に対応する実質的な直線部とより構成される断面を有し、前記第１及び第２曲線部の主曲率が前記第５及び第６曲線部の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを長手方向に線引き、切断することにより製造される光学レンズを提供することを目的とする。
また、更に本発明は、光学レンズであって、上記第２の曲線部により構成される面より光が入射され、上記第１の曲線部より構成される面より出射するように構成された光学レンズを提供することを目的とする。
このように構成することにより、このような光学レンズを使用することにより、焦点距離を伸ばすことができ、この光学レンズの内ロ側に配置するレンズのセッティングを容易にできる。
また、本発明は、透光性材料により構成された光学レンズ用母材であって、長手方向に直交する平面に沿った断面形状が実質的に一定であり、断面形状が、非円である第１の曲線部と、第１の曲線部の主曲率より小さい主曲率を有し、第１の曲線に対抗する第２の曲線部と、第１及び第２の曲線部の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の線分とより画成され、第１及第２の曲線部が、少なくとも複数の曲率を有する曲線部より構成されている光学レンズ用母材を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記光学レンズ用母材において、第１及び第２の曲線部の中央部の曲線部の主曲率がそれぞれの周辺部の曲線部の主曲率より大きくする構成されている光学レンズ用母材を提供することを目的とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に従って本発明の実施例を詳細に説明する。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から図１Ｃは、実施例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。実施例としては３つ示されるが、図１Ａから図１Ｃについての説明は全ての実施例に対し当てはまるものである。
図１Ａに示すように、先ず透光性ガラス材料から成る柱状形状の光学部材を準備し、一方の側面に凸曲面より成る第１曲面部４３、他方の側面に同様に凸曲面より成る第２曲面部４１、更にこの第１曲面部４３と第２曲面部４１の間には一対の平面からなる一対の側部平面部４４、を備えた形状に成型加工し、線引き処理用光学レンズ母材４０とする（線引き処理用光学レンズ母材作製工程）。線引き処理用光学レンズ母材４０は柱状形状を有し、第１曲面部４３、第２曲面部４１は共に柱軸方向８０に平行な曲面である。
上部の第１曲面部４３は、この製造方法により形成される光学レンズ１の光学作用部４３となる部分であり、非球面により形成されている。非球面に構成すると、光学作用部による作用、特に曲面部外側での作用を有効に活かすことができるという利点がある（収差を除去する）。第２曲面部４１は第１曲面部４３より小さい曲率を有し、球面より形成されている。従って、この第２曲面部４１も小さい曲率なから光に対して作用するため、設計段階では第１曲面部４３、第２曲面部４１、双方による光に対する作用量を考慮する必要がある。これらの「球面」及び「非球面」により形成された光学作用部４３は、それぞれ２次元的に作用するものではなく、１次元的に作用するものである。なお、第１曲面部４３の他に第２曲面部４１を設けた意味については後述する。また、一対の側面平面部４４は互いに平行に形成されている。これにより、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。
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：幅及び高さが２〜６ｃｍ、長さ２０ｃｍ〜２００ｃｍ）である線引き処理用光学レンズ母材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。
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。
次に、図１Ｂに示すように、線引き処理用光学レンズ母材作製工程により成型加工された線引き処理用光学レンズ母材４０を、電気炉３５等によりガラス材料の屈伏点以上に加熱し所望の寸法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は線引き処理用光学レンズ母材４０を囲むように環状に形成され、線引き処理用光学レンズ母材４０に対して周囲から等しい距離から等しく加熱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、加熱された線引き処理用光学レンズ母材４０を線引きして引き伸ばすのには母材４０を電気炉３５に送り込む送り込みローラ９０と引っ張りローラ３３が使用されている。上記したような半円柱形状の線引き処理用光学レンズ母材を線引きする場合、線引き処理された一対の側部平面部４４を引っ張りローラ３３により挟持するようにすると、線引き中の線引き処理用光学レンズ母材４０のねじれ発生を防止することが可能となる。
線引き処理用光学レンズ母材４０は、線引き処理された結果、その外径が所望の外径（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、線引き処理用光学レンズ母材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線引き処理用光学レンズ母材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。
なお後述するように、この線引き処理された光学レンズについて、その光学作用部４３の機能などについて実際の光源を用いて検査し（検査工程）、その検査結果を元に線引き環境を調整し（線引き環境調整工程）、その調整された環境で新たに線引き処理することで、所望の形状を備えた光学レンズを製造することも可能である。この場合、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０を切断して検査用サンプルを作製し、これに対して検査を行うようにしてもよい。
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線引き処理用光学レンズ母材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。尚、光学作用部４３以外の平面部４４や端部４８には所望の大きさとなるように研磨を行っても良い。この光学レンズ１では、図１Ｃに示すように、光出射側に形成された光学作用部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。このように光入射側及び光出射側の双方に曲面部を設けると、光入射側の曲面により作用されるので、その分だけ発光源からの配置位置を長くとることが可能になるという利点がある。また、二つの曲面部の曲率を変えることにより、発光源からの距離を調整することが可能となる。
図２は、比較例による線引き処理用光学レンズ母材の断面図、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図２の向かって左側に断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の曲面部５３と、曲面部５３と反対側の側面に形成された平面部７１と、曲面部５３と平面部７１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。一対の側面平面部４４は互いに実質的に平行である。
線引き処理工程の特質として、母材を加熱させると、最適温度、送り込み速度以外では母材は断面形状が変形する。即ち、向かって右側の図に示すように、光学レンズ用母材４０は、一対の側面部４４や平面部７１、またこれらの角部は線引き処理工程によって変形する。変形の仕方は線引き処理環境によって異なるが、図２には、窪んだ状態に変形した場合について示されている。なお、図２では、わかり易くするため、線引き処理工程による変形を強調して描写している点について断っておく（図３Ａ−図３Ｃ，図４Ａ−図４Ｃについても同様）。
図３Ａ−図３Ｃは、それぞれ第１実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図３Ａの向かって左側に断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の第１曲面部４３と、第１曲面部４３と反対側の側面に凸曲面状に形成され第１曲面部より小さい曲率を有する第２曲面部４１と、第１曲面部４３と第２曲面部４１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。図２と同様、一対の側面平面部４４は互いに平行である。これに対して、図３Ｂの向かって左側に示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一対の側部平面部４４と第２曲面部４１との間に形成された一対の面取り面（凹み面）７５、を更に備えたものである。また、図３Ｃの向かって左側に示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、図３Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０の一対の面取り面（凹み面）７５が曲面により形成されたものである（面取り面（凹み面）８５）。
図３Ａ−図３Ｃの向かって右側に示された光学レンズの断面形状からわかるように、この第１実施例のように第２曲面部４１が凸曲面に形成されている場合には、その分だけ線引き処理用光学レンズ母材の全体形状が円柱型に近いため、線引き処理工程による母材の歪み現象自体を減少させることが可能となる。この第２曲面部４１は、線引き処理によって生じ得る変形量が考慮された上で形成されており、線引き処理後に所望の曲面部が得られるように設計されている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様とする）。
また、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、線引き処理用光学レンズ母材４０に対して一対の面取り面（凹み面）７５が形成されている。このように、母材の形状を更に円柱型に近づけておくことにより、線引き処理時の角部における歪みの発生を更に抑えることが可能となっている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様）。
更に、非球面に形成されている第１曲面部４３については、曲率が大きいので線引き処理による歪みが発生しにくく（角部部分を除く。この点については後述する）、非球面形状が線引き処理によって損なわれることを抑制することが可能となっている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様）。歪みの発生が抑えられれば、設計上の光学作用部４３による作用量が正確に設定された光学レンズ１が実現することが可能となる。
図４Ａ−図４Ｃは、それぞれ第２実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図４Ａに断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の第１曲面部４３と、第１曲面部４３と反対側の側面に凹曲面状に形成され第１曲面部４３より小さい曲率を有する第２曲面部６１と、第１曲面部４３と第２曲面部６１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。図２、３と同様、一対の側面平面部４４は互いに平行である。これに対して図４Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一対の側部平面部４４と第２曲面部６１との間に形成された一対の面取り面（凹み面）７５、を更に備えたものである。また、図４Ｃに示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、図４Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０の一対の面取り面（凹み面）７５が曲面により形成されたものである（面取り面（凹み面）８５）。
図４Ａ−図４Ｃの向かって右側に示された光学レンズの断面形状からわかるように、この第２実施例のように第２曲面部６１が凹曲面に形成されている場合には、線引き処理用光学レンズ母材４０の形状が歪みを起こした後の状態に予め近づけられているため、線引き処理による第２曲面部６１の変形を抑制することが可能となっている。
特許第３１２１６１４号公報には、図２に示されたような一方の側面に曲面、他方の側面に平面が形成された線引き処理用光学レンズ母材、が開示されている。このような母材を線引き処理すると、上記したように線引き処理工程で平面部が大きく変形し、作製される光学レンズの光学特性が変化してしまう。
また、同公報には、両方の側面が同一の曲面形状に形成された線引き処理用光学レンズ母材、が開示されている。この曲面を非球面に形成した場合、曲面部の外側の曲率は内側の曲率より小さく設定されているため、側面平面部との間の角部は球面に形成した場合に比して尖った形態を有する。これにより、線引き処理工程でこの角部部分の形状が変形し易い（又は、曲率の大きい曲面部内側に引きずられるように変形し易い）、という問題がある。非球面はもともと光学特性を向上させるために形成されているものであるので、この部分の変形は作製される光学レンズの特性を逆に狂わせてしまう。
本実施例による線引き処理用光学レンズ母材４０では、一方の側面は曲率の小さい曲面（第２曲面部４１，６１）に形成されていることからその角部部分は第１曲面部４３側の角部より尖った形状となるため、線引き処理によって角部部分の変形が生じ易いものとなっている。しかしながら、この角部部分に意図的に歪みを生じさせるようにすることで、線引き処理によって生じる歪み変形の際に発生する内部エネルギーがこの角部部分に全面的に集中し、これによって第１曲面部４３の非球面形状が損なわれにくくなる、といった効果も期待される。後述するように、第２曲面部４１，６１の角部部分には、歪みが生じても光学特性上の問題はない。なお、第２曲面部４１，６１を球面にすれば、非球面に形成した場合に比して歪みが生じにくくなる。第２曲面部４１，６１の角部部分における歪みの発生も抑制したい場合等には、このように設計してもよい。
図５は、検査工程の概略図である。図には、線引き処理された後の光学作用部４３の機能を検査するための一つの方法が示されている。この検査は、発光手段及び受光手段を備えた光学作用部検査装置５０により行われる。発光手段としての半導体レーザー光源２５から照射された光（入射光６：発散光）は、第２曲面部４１に入射し、出射面側に形成された光学作用部４３によりコリメートされた後に出射され（出射光７）、受光手段としての半導体受光センサにより受光されその広がり幅５１が測定される。これにより、光学レンズ１が実際に使用される状況、又はそれに近い状況が再現された状態で、光に対して光学作用部４３（第１曲面部）により作用が及ぼされる量が検査される。なお、この実施例による光学レンズ１は、既に述べたように光に対して作用しうる第２曲面部４１も備えているため、この第２曲面部４１による作用も含め光学レンズ１全体によって及ぼされる作用について検査される。
検査工程により光学作用部４３を検査した結果に基づき、線引き処理環境調整工程として、検査結果に示されたような不具合が発生しないように線引き処理工程における線引き環境を調整し、この新たに調整された線引き環境により線引き処理用光学レンズ母材４０を再度線引き処理することにより、光に対して正確に作用することが可能な光学レンズ１が作製される。線引き環境としては、例えば母材を加熱する際の温度で、温度調整装置３２により電気炉３５の加熱温度を調整する。また、母材の加熱温度以外に、送り込みローラ９０、引っ張りローラ３３の速度を変えることにより線引き環境を調整するも可能である。送り込み速度が上がると、線引き処理用光学レンズ母材４０の形状が線引き処理後にも保持されやすいということがわかっている。
上記した検査工程において、図１Ｂに示されるように、線引きライン上の線引きされた線引き処理用光学レンズ母材４０に対して検査を行うことも可能であるが、線引き処理用光学レンズ母材４０から一部を切断して検査用サンプルを作製し、それに対して検査を行うことも可能である。線引きライン上の線引きされた線引き処理用光学レンズ母材４０に対して検査を行う場合には、光学作用部検査装置５０において使用される発光手段としての半導体レーザ、受光手段としての半導体受光センサが線引きライン上に設置される。また、半導体レーザ、半導体受光センサ、及び温度調整装置３２を制御するための制御回路も同時に設けられる。この方法では、そのままラインを停止させることなく検査結果にもとづいた線引き環境の調整を行うこと、即ち、線引き状態の監視、線引き環境の調整を自動で行うシステムを構成することも可能となる。切断して検査用サンプルで検査を行う場合には、検査が容易になるという利点がある。
なお、図５に示された検査工程の図からわかるように、第２曲面部４１は光入射面として使用されると曲面の外周部は光学作用部として使用されない。線引き処理工程では、角部４１ａの周辺は線引き処理による加熱の影響で変形を生じ易いが、本実施例による光学レンズ１は、このように光学作用部として使用されないため、光学作用に悪影響を与えることが抑制されている。
図６は、本実施例による光学レンズの製造方法における一連の工程を示すフローチャートである。実施例としては３つ示したが、この図６についての説明は全ての実施例に対し当てはまるものである。ステップ１００のスタートから始まり、ステップ１０１では、図１Ａに示される線引き処理用光学レンズ母材４０が作製される（線引き処理用光学レンズ母材作製工程）。ステップ１０２では、ステップ１０１で作製された線引き処理用光学レンズ母材４０が線引き処理される（線引き処理工程）。次に検査工程に入り、まずステップ１０３では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０を切断し検査用サンプルを作製する。
ステップ１０４では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０の光学作用部４３が正常に形成されているかどうか（光学作用部４３の機能が許容範囲かどうか）について、図５に示したような方法で検査される。ステップ１０５で、形成された光学作用部４３の機能が許容範囲内であった場合には、ステップ１０７へ進み線引き処理における加熱温度が確定される。許容範囲を超えていた場合には、ステップ１０６へ進み線引き、線引き処理環境調整として加熱温度調整が行われ、再びステップ１０２へ戻る。
ステップ１０８では、ステップ１０７で確定した線引き温度で再度線引き処理され、ステップ１０９では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０からカッター３７により切断されそれに対し切削加工を施される（スライス加工）。これらによりステップ１１０で光学レンズ１が作製完了し、手続きは終了する（ステップ１１１）。
以上、本発明をその実施例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例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。
産業上の利用可能性
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備えた光学レンズが実現される。また、製造上の負担を軽減することが可能となる。
更に、第２曲面部は曲面形状に形成されているため、線引き処理工程での線引き処理用光学レンズ母材の歪み現象による不具合が軽減される。また、光学的な作用を有効に行うことが可能な非球面は、曲率の大きい第１曲面に形成されているため、線引き処理工程による歪みが発生しにくく、非球面形状が損なわれにくいものとなっている。
【図面の簡単な説明】
図１Ａから図１Ｃは、実施例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、比較例による線引き処理用光学レンズ母材の断面図、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図３Ａから図３Ｃは、それぞれ第１実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図４Ａから図４Ｃは、それぞれ第２実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図５は、検査工程の概略図である。
図６は、本実施例による光学レンズの製造方法における一連の工程を示すフローチャートである。
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、光学レンズの製造方法、更に光学レンズを製造するための線引き処理用光学レンズ母材、に関する。
背景技術
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。これらの文献に示す製造方法では、円柱形状のプリフォーム（母材）を製作し、これを加熱して線引き加工することで、プリフォームと実質的に同一断面形状の円柱レンズが形成される。
しかしながら、このような従来の光学レンズの製造方法では、線引き処理の過程でプリフォームに歪みなどが生じ、これのより変形し、入射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場合があった。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、設計通りの光学レンズを製造するための光学レンズ用母材，光学レンズの製造方法、及び、光学レンズを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明による線引き処理用光学レンズ母材は、透光性材料により柱状に形成された線引き処理用光学レンズ母材であって、一方の側面に非球面により形成された第１曲面部と、第１曲面部とは反対側の側面に形成され第１曲面部より小さい主曲率を有する第２曲面部と、を備えたことを特徴とする。本明細書に記述される主曲率とは、曲線（曲面）を、円（円筒面）で近似した際の円（円筒面）の曲率を意味するものである。
このような線引き処理用光学レンズ母材によれば、第２曲面部が形成されているため、平面に形成した場合に比して線引き処理による歪みの発生が抑制される。
また、曲面部を第１曲面部と第２曲面部とに分け、そのうち曲率の大きい第１曲面部を非球面に形成しているため、非球面は線引き処理による歪みが発生しにくく、非球面形状が損なわれることを抑制することが可能である。
なお、「非球面」，「球面」（後述）とは、共に図１Ａに示された第１曲面部４３のように柱軸方向８０に対して平行な曲面、例えば、柱軸方向に直交する面に沿った断面外形を構成する各部の形状を指すものとする。そして、「非球面」とは、少なくとも２つの曲率を有する曲線で構成される曲線形状を意味する。そして、本件発明では、例えば、曲線部分の内側（中央部）の曲率が外側（周辺部）の曲率より大きく形成されている形状を指すものとする。
第２曲面部は球面により形成されていることが望ましい。これにより、第２曲面部を簡単に形成することが可能となる。なお、「球面」とは、一つの曲率を有する曲面、を指すものとする。
第２曲面部は凸曲面であってもよい。
また、第２曲面部は凹曲面であってもよい。
本発明による光学レンズの製造方法は、上記した何れかの線引き処理用光学レンズ母材、を作製する線引き処理用光学レンズ母材作製工程と、線引き処理用光学レンズ作製工程により作製された線引き処理用光学レンズ母材を所望の外径になるまで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線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、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線引き処理用光学レンズ母材、の第１曲面部及び第２曲面部のうち少なくとも第１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ことを特徴とする。
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加工を行うことが可能となる。
なお、線引き処理した結果曲面を成すように第２曲面部を形成した場合には、作製された光学レンズは、第１曲面部及び第２曲面部が光学作用部として機能する。線引き処理した結果平面を成すように第２曲面部を形成した場合には、作製された光学レンズは、第１曲面部が光学作用部として機能する。
因みに、「光に対して作用する」とは、入射された発散光に対しその発散角を縮小して出射することを指すものとする。また、「スライス加工」とは、線引きされた線引き処理用光学レンズ母材からの切断、及び所望の形状、大きさへの切削加工を含むものとする。
線引き処理用光学レンズ母材作製工程は、第２曲面部の曲率について、所望の光学作用を行うための曲率及び線引き処理により生じる変形量に基いて決定することが望ましい。これにより、線引き処理により生じ得る変形量が考慮された上で第２曲面部の曲率が決定されるので、線引き処理後には線引き処理による変形を最小限に抑制することが可能となる。
また、本発明による光学レンズの製造方法は、上記した何れかの線引き処理用光学レンズ母材、を所望の外径になるまで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線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、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線引き処理用光学レンズ母材、の第１曲面部及び第２曲面部のうち少なくとも第１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ことを特徴とする。
本発明による光学レンズは、上記何れかの光学レンズの製造方法により製造されたことを特徴とする。
十分に大きいサイズで母材の加工が行われると共に、第２曲面部を設けることにより線引き処理工程での線引き処理用光学レンズ母材の歪みの発生が抑制されるため、作製された光学レンズでは、光に対し正確に作用することが可能となる。
この光学レンズは、半導体レーザ素子が出射した光に対して作用する光学レンズであって、光は第２曲面部に入射し第１曲面部から出射することが望ましい。これにより、第２曲面部のうち線引き処理による歪みが生じ易い外周部は、光学作用部として使用されないようにすることが可能となる。
また、本発明は、光学レンズであって、実質的互いに平行な１対の面と、この１対の面を接続する曲面とより構成され、この１対の面に平行な面に沿った断面が、実質的に一定であり、この断面が、非円である第１の曲線と、第１の曲線の主曲率より小さい主曲率を有し、第１の曲線に対向している第２の曲線と、第１及び第２の曲線の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の曲線とより画成されている光学レンズを提供することを目的とする。
また、上記第３及び第４の曲線の主曲率中心が、前記断面の外部にある光学レンズを提供する。この形状は、入射光、出射光が透過しない、第３及び第四の曲線部が、内側にわずかに凹んでいる状態を示す。
また、本発明は、光学レンズであって、長手方向に直交する面における断面形状が、実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する曲線部の主曲率が、それぞれ対応する前記第１及び第２の曲線の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを線引き、切断することにより製造される光学レンズを提供することを目的とする。
また、更に本発明は、長手方向に直交する面における断面形状が実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する第５及び第６曲線部と前記第３及び第４の曲線に対応する実質的な直線部とより構成される断面を有し、前記第１及び第２曲線部の主曲率が前記第５及び第６曲線部の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを長手方向に線引き、切断することにより製造される光学レンズを提供することを目的とする。
また、更に本発明は、光学レンズであって、上記第２の曲線部により構成される面より光が入射され、上記第１の曲線部より構成される面より出射するように構成された光学レンズを提供することを目的とする。
このように構成することにより、このような光学レンズを使用することにより、焦点距離を伸ばすことができ、この光学レンズの内ロ側に配置するレンズのセッティングを容易にできる。
また、本発明は、透光性材料により構成された光学レンズ用母材であって、長手方向に直交する平面に沿った断面形状が実質的に一定であり、断面形状が、非円である第１の曲線部と、第１の曲線部の主曲率より小さい主曲率を有し、第１の曲線に対抗する第２の曲線部と、第１及び第２の曲線部の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の線分とより画成され、第１及第２の曲線部が、少なくとも複数の曲率を有する曲線部より構成されている光学レンズ用母材を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記光学レンズ用母材において、第１及び第２の曲線部の中央部の曲線部の主曲率がそれぞれの周辺部の曲線部の主曲率より大きくする構成されている光学レンズ用母材を提供することを目的とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に従って本発明の実施例を詳細に説明する。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から図１Ｃは、実施例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。実施例としては３つ示されるが、図１Ａから図１Ｃについての説明は全ての実施例に対し当てはまるものである。
図１Ａに示すように、先ず透光性ガラス材料から成る柱状形状の光学部材を準備し、一方の側面に凸曲面より成る第１曲面部４３、他方の側面に同様に凸曲面より成る第２曲面部４１、更にこの第１曲面部４３と第２曲面部４１の間には一対の平面からなる一対の側部平面部４４、を備えた形状に成型加工し、線引き処理用光学レンズ母材４０とする（線引き処理用光学レンズ母材作製工程）。線引き処理用光学レンズ母材４０は柱状形状を有し、第１曲面部４３、第２曲面部４１は共に柱軸方向８０に平行な曲面である。
上部の第１曲面部４３は、この製造方法により形成される光学レンズ１の光学作用部４３となる部分であり、非球面により形成されている。非球面に構成すると、光学作用部による作用、特に曲面部外側での作用を有効に活かすことができるという利点がある（収差を除去する）。第２曲面部４１は第１曲面部４３より小さい曲率を有し、球面より形成されている。従って、この第２曲面部４１も小さい曲率なから光に対して作用するため、設計段階では第１曲面部４３、第２曲面部４１、双方による光に対する作用量を考慮する必要がある。これらの「球面」及び「非球面」により形成された光学作用部４３は、それぞれ２次元的に作用するものではなく、１次元的に作用するものである。なお、第１曲面部４３の他に第２曲面部４１を設けた意味については後述する。また、一対の側面平面部４４は互いに平行に形成されている。これにより、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。
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：幅及び高さが２〜６ｃｍ、長さ２０ｃｍ〜２００ｃｍ）である線引き処理用光学レンズ母材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。
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。
次に、図１Ｂに示すように、線引き処理用光学レンズ母材作製工程により成型加工された線引き処理用光学レンズ母材４０を、電気炉３５等によりガラス材料の屈伏点以上に加熱し所望の寸法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は線引き処理用光学レンズ母材４０を囲むように環状に形成され、線引き処理用光学レンズ母材４０に対して周囲から等しい距離から等しく加熱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、加熱された線引き処理用光学レンズ母材４０を線引きして引き伸ばすのには母材４０を電気炉３５に送り込む送り込みローラ９０と引っ張りローラ３３が使用されている。上記したような半円柱形状の線引き処理用光学レンズ母材を線引きする場合、線引き処理された一対の側部平面部４４を引っ張りローラ３３により挟持するようにすると、線引き中の線引き処理用光学レンズ母材４０のねじれ発生を防止することが可能となる。
線引き処理用光学レンズ母材４０は、線引き処理された結果、その外径が所望の外径（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、線引き処理用光学レンズ母材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線引き処理用光学レンズ母材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。
なお後述するように、この線引き処理された光学レンズについて、その光学作用部４３の機能などについて実際の光源を用いて検査し（検査工程）、その検査結果を元に線引き環境を調整し（線引き環境調整工程）、その調整された環境で新たに線引き処理することで、所望の形状を備えた光学レンズを製造することも可能である。この場合、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０を切断して検査用サンプルを作製し、これに対して検査を行うようにしてもよい。
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線引き処理用光学レンズ母材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。尚、光学作用部４３以外の平面部４４や端部４８には所望の大きさとなるように研磨を行っても良い。この光学レンズ１では、図１Ｃに示すように、光出射側に形成された光学作用部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。このように光入射側及び光出射側の双方に曲面部を設けると、光入射側の曲面により作用されるので、その分だけ発光源からの配置位置を長くとることが可能になるという利点がある。また、二つの曲面部の曲率を変えることにより、発光源からの距離を調整することが可能となる。
図２は、比較例による線引き処理用光学レンズ母材の断面図、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図２の向かって左側に断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の曲面部５３と、曲面部５３と反対側の側面に形成された平面部７１と、曲面部５３と平面部７１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。一対の側面平面部４４は互いに実質的に平行である。
線引き処理工程の特質として、母材を加熱させると、最適温度、送り込み速度以外では母材は断面形状が変形する。即ち、向かって右側の図に示すように、光学レンズ用母材４０は、一対の側面部４４や平面部７１、またこれらの角部は線引き処理工程によって変形する。変形の仕方は線引き処理環境によって異なるが、図２には、窪んだ状態に変形した場合について示されている。なお、図２では、わかり易くするため、線引き処理工程による変形を強調して描写している点について断っておく（図３Ａ−図３Ｃ，図４Ａ−図４Ｃについても同様）。
図３Ａ−図３Ｃは、それぞれ第１実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図３Ａの向かって左側に断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の第１曲面部４３と、第１曲面部４３と反対側の側面に凸曲面状に形成され第１曲面部より小さい曲率を有する第２曲面部４１と、第１曲面部４３と第２曲面部４１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。図２と同様、一対の側面平面部４４は互いに平行である。これに対して、図３Ｂの向かって左側に示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一対の側部平面部４４と第２曲面部４１との間に形成された一対の面取り面（凹み面）７５、を更に備えたものである。また、図３Ｃの向かって左側に示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、図３Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０の一対の面取り面（凹み面）７５が曲面により形成されたものである（面取り面（凹み面）８５）。
図３Ａ−図３Ｃの向かって右側に示された光学レンズの断面形状からわかるように、この第１実施例のように第２曲面部４１が凸曲面に形成されている場合には、その分だけ線引き処理用光学レンズ母材の全体形状が円柱型に近いため、線引き処理工程による母材の歪み現象自体を減少させることが可能となる。この第２曲面部４１は、線引き処理によって生じ得る変形量が考慮された上で形成されており、線引き処理後に所望の曲面部が得られるように設計されている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様とする）。
また、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、線引き処理用光学レンズ母材４０に対して一対の面取り面（凹み面）７５が形成されている。このように、母材の形状を更に円柱型に近づけておくことにより、線引き処理時の角部における歪みの発生を更に抑えることが可能となっている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様）。
更に、非球面に形成されている第１曲面部４３については、曲率が大きいので線引き処理による歪みが発生しにくく（角部部分を除く。この点については後述する）、非球面形状が線引き処理によって損なわれることを抑制することが可能となっている（図４Ａ−図４Ｃに示す線引き処理用光学レンズ母材４０についても同様）。歪みの発生が抑えられれば、設計上の光学作用部４３による作用量が正確に設定された光学レンズ１が実現することが可能となる。
図４Ａ−図４Ｃは、それぞれ第２実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。図４Ａに断面図として示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一方の側面に形成された凸曲面状の第１曲面部４３と、第１曲面部４３と反対側の側面に凹曲面状に形成され第１曲面部４３より小さい曲率を有する第２曲面部６１と、第１曲面部４３と第２曲面部６１との間に形成された一対の側部平面部４４とを備えている。図２、３と同様、一対の側面平面部４４は互いに平行である。これに対して図４Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、一対の側部平面部４４と第２曲面部６１との間に形成された一対の面取り面（凹み面）７５、を更に備えたものである。また、図４Ｃに示された線引き処理用光学レンズ母材４０は、図４Ｂに示された線引き処理用光学レンズ母材４０の一対の面取り面（凹み面）７５が曲面により形成されたものである（面取り面（凹み面）８５）。
図４Ａ−図４Ｃの向かって右側に示された光学レンズの断面形状からわかるように、この第２実施例のように第２曲面部６１が凹曲面に形成されている場合には、線引き処理用光学レンズ母材４０の形状が歪みを起こした後の状態に予め近づけられているため、線引き処理による第２曲面部６１の変形を抑制することが可能となっている。
特許第３１２１６１４号公報には、図２に示されたような一方の側面に曲面、他方の側面に平面が形成された線引き処理用光学レンズ母材、が開示されている。このような母材を線引き処理すると、上記したように線引き処理工程で平面部が大きく変形し、作製される光学レンズの光学特性が変化してしまう。
また、同公報には、両方の側面が同一の曲面形状に形成された線引き処理用光学レンズ母材、が開示されている。この曲面を非球面に形成した場合、曲面部の外側の曲率は内側の曲率より小さく設定されているため、側面平面部との間の角部は球面に形成した場合に比して尖った形態を有する。これにより、線引き処理工程でこの角部部分の形状が変形し易い（又は、曲率の大きい曲面部内側に引きずられるように変形し易い）、という問題がある。非球面はもともと光学特性を向上させるために形成されているものであるので、この部分の変形は作製される光学レンズの特性を逆に狂わせてしまう。
本実施例による線引き処理用光学レンズ母材４０では、一方の側面は曲率の小さい曲面（第２曲面部４１，６１）に形成されていることからその角部部分は第１曲面部４３側の角部より尖った形状となるため、線引き処理によって角部部分の変形が生じ易いものとなっている。しかしながら、この角部部分に意図的に歪みを生じさせるようにすることで、線引き処理によって生じる歪み変形の際に発生する内部エネルギーがこの角部部分に全面的に集中し、これによって第１曲面部４３の非球面形状が損なわれにくくなる、といった効果も期待される。後述するように、第２曲面部４１，６１の角部部分には、歪みが生じても光学特性上の問題はない。なお、第２曲面部４１，６１を球面にすれば、非球面に形成した場合に比して歪みが生じにくくなる。第２曲面部４１，６１の角部部分における歪みの発生も抑制したい場合等には、このように設計してもよい。
図５は、検査工程の概略図である。図には、線引き処理された後の光学作用部４３の機能を検査するための一つの方法が示されている。この検査は、発光手段及び受光手段を備えた光学作用部検査装置５０により行われる。発光手段としての半導体レーザー光源２５から照射された光（入射光６：発散光）は、第２曲面部４１に入射し、出射面側に形成された光学作用部４３によりコリメートされた後に出射され（出射光７）、受光手段としての半導体受光センサにより受光されその広がり幅５１が測定される。これにより、光学レンズ１が実際に使用される状況、又はそれに近い状況が再現された状態で、光に対して光学作用部４３（第１曲面部）により作用が及ぼされる量が検査される。なお、この実施例による光学レンズ１は、既に述べたように光に対して作用しうる第２曲面部４１も備えているため、この第２曲面部４１による作用も含め光学レンズ１全体によって及ぼされる作用について検査される。
検査工程により光学作用部４３を検査した結果に基づき、線引き処理環境調整工程として、検査結果に示されたような不具合が発生しないように線引き処理工程における線引き環境を調整し、この新たに調整された線引き環境により線引き処理用光学レンズ母材４０を再度線引き処理することにより、光に対して正確に作用することが可能な光学レンズ１が作製される。線引き環境としては、例えば母材を加熱する際の温度で、温度調整装置３２により電気炉３５の加熱温度を調整する。また、母材の加熱温度以外に、送り込みローラ９０、引っ張りローラ３３の速度を変えることにより線引き環境を調整するも可能である。送り込み速度が上がると、線引き処理用光学レンズ母材４０の形状が線引き処理後にも保持されやすいということがわかっている。
上記した検査工程において、図１Ｂに示されるように、線引きライン上の線引きされた線引き処理用光学レンズ母材４０に対して検査を行うことも可能であるが、線引き処理用光学レンズ母材４０から一部を切断して検査用サンプルを作製し、それに対して検査を行うことも可能である。線引きライン上の線引きされた線引き処理用光学レンズ母材４０に対して検査を行う場合には、光学作用部検査装置５０において使用される発光手段としての半導体レーザ、受光手段としての半導体受光センサが線引きライン上に設置される。また、半導体レーザ、半導体受光センサ、及び温度調整装置３２を制御するための制御回路も同時に設けられる。この方法では、そのままラインを停止させることなく検査結果にもとづいた線引き環境の調整を行うこと、即ち、線引き状態の監視、線引き環境の調整を自動で行うシステムを構成することも可能となる。切断して検査用サンプルで検査を行う場合には、検査が容易になるという利点がある。
なお、図５に示された検査工程の図からわかるように、第２曲面部４１は光入射面として使用されると曲面の外周部は光学作用部として使用されない。線引き処理工程では、角部４１ａの周辺は線引き処理による加熱の影響で変形を生じ易いが、本実施例による光学レンズ１は、このように光学作用部として使用されないため、光学作用に悪影響を与えることが抑制されている。
図６は、本実施例による光学レンズの製造方法における一連の工程を示すフローチャートである。実施例としては３つ示したが、この図６についての説明は全ての実施例に対し当てはまるものである。ステップ１００のスタートから始まり、ステップ１０１では、図１Ａに示される線引き処理用光学レンズ母材４０が作製される（線引き処理用光学レンズ母材作製工程）。ステップ１０２では、ステップ１０１で作製された線引き処理用光学レンズ母材４０が線引き処理される（線引き処理工程）。次に検査工程に入り、まずステップ１０３では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０を切断し検査用サンプルを作製する。
ステップ１０４では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０の光学作用部４３が正常に形成されているかどうか（光学作用部４３の機能が許容範囲かどうか）について、図５に示したような方法で検査される。ステップ１０５で、形成された光学作用部４３の機能が許容範囲内であった場合には、ステップ１０７へ進み線引き処理における加熱温度が確定される。許容範囲を超えていた場合には、ステップ１０６へ進み線引き、線引き処理環境調整として加熱温度調整が行われ、再びステップ１０２へ戻る。
ステップ１０８では、ステップ１０７で確定した線引き温度で再度線引き処理され、ステップ１０９では、線引き処理された線引き処理用光学レンズ母材４０からカッター３７により切断されそれに対し切削加工を施される（スライス加工）。これらによりステップ１１０で光学レンズ１が作製完了し、手続きは終了する（ステップ１１１）。
以上、本発明をその実施例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例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。
産業上の利用可能性
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備えた光学レンズが実現される。また、製造上の負担を軽減することが可能となる。
更に、第２曲面部は曲面形状に形成されているため、線引き処理工程での線引き処理用光学レンズ母材の歪み現象による不具合が軽減される。また、光学的な作用を有効に行うことが可能な非球面は、曲率の大きい第１曲面に形成されているため、線引き処理工程による歪みが発生しにくく、非球面形状が損なわれにくいものとなっている。
【図面の簡単な説明】
図１Ａから図１Ｃは、実施例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、比較例による線引き処理用光学レンズ母材の断面図、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図３Ａから図３Ｃは、それぞれ第１実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図４Ａから図４Ｃは、それぞれ第２実施例による線引き処理用光学レンズ母材、及びこの線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理して作製された光学レンズの断面図である。
図５は、検査工程の概略図である。
図６は、本実施例による光学レンズの製造方法における一連の工程を示すフローチャートである。
Claims (17)
- 透光性材料により柱状に形成された線引き処理用光学レンズ母材であって、
一方の側面に非球面により形成された第１曲面部と、
前記第１曲面部とは反対側の側面に形成され前記第１曲面部より小さい主曲率を有する第２曲面部と、
を備えたことを特徴とする線引き処理用光学レンズ母材。 - 前記第２曲面部は球面により形成されている請求項１に記載の線引き処理用光学レンズ母材。
- 前記第２曲面部が凸曲面である請求項１に記載の線引き処理用光学レンズ母材。
- 前記第２曲面部が凹曲面である請求項１に記載の線引き処理用光学レンズ母材。
- 請求項１に記載の線引き処理用光学レンズ母材、を作製する線引き処理用光学レンズ母材作製工程と、
前記線引き処理用光学レンズ作製工程により作製された前記線引き処理用光学レンズ母材を所望の外径になるまで線引き処理する線引き処理工程と、
前記線引き処理工程により線引き処理された前記線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、光学レンズを作製する光学レンズ作製工程とを含み、
前記線引き処理工程により線引き処理された前記線引き処理用光学レンズ母材、の前記第１曲面部及び前記第２曲面部のうち少なくとも前記第１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ことを特徴とする光学レンズの製造方法。 - 前記線引き処理用光学レンズ母材作製工程は、前記第２曲面部の曲率について、所望の光学作用を行うための曲率及び線引き処理により生じる変形量に基いて決定する請求項５に記載の光学レンズの製造方法。
- 請求項１に記載の線引き処理用光学レンズ母材を線引き処理する線引き処理工程と、
前記線引き処理工程により線引き処理された前記線引き処理用光学レンズ母材、をスライス加工し、光学レンズを作製する光学レンズ作製工程とを含み、
前記線引き処理工程により線引き処理された前記線引き処理用光学レンズ母材、の前記第１曲面部及び前記第２曲面部のうち少なくとも前記第１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ことを特徴とする光学レンズの製造方法。 - 請求項５に記載の光学レンズの製造方法により製造されたことを特徴とする光学レンズ。
- 半導体レーザ素子が出射した光に対して作用する光学レンズであって、前記光は前記第２曲面部に入射し前記第１曲面部から出射する請求項８に記載の光学レンズ。
- 光学レンズであって、
実質的互いに平行な１対の面と、
前記１対の面を接続する曲面とより構成され、
前記１対の面に平行な面に沿った断面が、実質的に一定であり、前記断面が、非円である第１の曲線と、前記第１の曲線の主曲率より小さい主曲率を有し、前記第１の曲線に対抗する第２の曲線と、前記第１及び第２の曲線の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の曲線とより画成されている光学レンズ。 - 前記第３及び第４の曲線の主曲率中心が、前記断面の外部にある請求項１０記載の光学レンズ。
- 請求項１０記載の光学レンズであって、長手方向に直交する面における断面形状が、実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する曲線部の主曲率が、それぞれ対応する前記第１及び第２の曲線の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを線引き、切断することにより製造される光学レンズ。
- 請求項１１記載の光学レンズであって、長手方向に直交する面における断面形状が実質的に一定であり、かつ前記断面と略相似な形状を有し、前記第１及び第２の曲線の対応する第５及び第６曲線部と前記第３及び第４の曲線に対応する実質的な直線部とより構成される断面を有し、前記第１及び第２曲線部の主曲率が前記第５及び第６曲線部の主曲率より大きい光学レンズ用プリフォームを長手方向に線引き、切断することにより製造される光学レンズ。
- 請求項１０記載の光学レンズであって、前記第２の曲線部により構成される面より光が入射され、前記第１の曲線部より構成される面より出射するように構成された光学レンズ。
- 請求項１記載の光学レンズであって、前記第２曲面部より光が入射され、前記第１曲面部より出射するように構成された光学レンズ。
- 透光性材料により構成された光学レンズ用母材であって、
長手方向に直交する平面に沿った断面形状が実質的に一定であり、
前記断面形状が、非円である第１の曲線部と、前記第１の曲線部の主曲率より小さい主曲率を有し、前記第１の曲線に対向する第２の曲線部と、前記第１及び第２の曲線部の両端をそれぞれ接続する第３及び第４の線分とより画成され、前記第１及第２の曲線部が、少なくとも複数の曲率を有する曲線部より構成されている光学レンズ用母材。 - 請求項１６記載の光学レンズ用母材において、前記第１及び第２の曲線部の中央部の曲線部の主曲率がそれぞれの周辺部の曲線部の主曲率より大きい光学レンズ用母材。
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