KR100945609B1 - 광학렌즈 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법은, 투광성 재료에 의해 기둥 형상으로 형성되는 동시에, 상호 평행한 제 1 측면(44) 및 제 2 측면(46)을 구비한 광학렌즈 모재(40)로서, 상기 제 1 측면(44)과 상기 제 2 측면(46)중 적어도 한쪽 측면에 복수의 곡면부(43)를 갖는 광학렌즈 모재(40)를 제작하는 광학렌즈 모재 제작 공정과, 상기 광학렌즈 모재(40)를 기둥축 방향으로 드로잉 처리하는 드로잉 처리 공정, 및 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재(40)를 소망의 길이로 절단하여 광학렌즈(1)를 제작하는 광학렌즈 제작 공정을 포함한다. 상기 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재(40)의 상기 복수의 곡면부(43)는 입사광 또는 출사광에 대하여 작용하는 광학 작용부(43)로서 기능한다.
곡면부, 비구면, 드로잉 처리. 광학 작용부, 프리폼, 경사각, 플랜지부, 광학렌즈 중간체

Description

광학렌즈 제조방법{Method of producing optical lens}
본 발명은, 발광 소자로부터 출사(出謝)되는 광에 대하여 입사광을 광축을 중심축으로 하여 90도 선회하여 출사하는 광학렌즈 제조방법에 관한 것이다.
복수의 발광부가 배열된 발광 소자로서의 반도체 레이저 소자에 대응하는 광학렌즈의 제조방법으로서, 종래에는, 정밀 금형에 의한 제조, 또는 실리콘 반도체 제조 프로세스나 LIGA 프로세스를 응용하는 것에 의한 제조가 알려져 있다.
그렇지만, 이러한 종래의 광학렌즈 제조방법에서는, 요구되는 광학렌즈의 사이즈 자체가 대단히 미소(微小)하기 때문에, 반도체 레이저 어레이로부터 출사되는 각 광선을 콜리메이트(collimate), 집광, 또는 광로(光路) 변환하는 광학 작용부를 형성하는 것은 대단히 곤란하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학 작용부를 용이하게 형성할 수 있는 광학렌즈 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 사용되는 광학렌즈 모재는, 투광성 재료에 의해 기둥 형상으로 형성된 드로잉 처리용 광학렌즈 모재로서, 제 1 측면과, 상기 제 1 측면과는 반대측에 형성된 제 2 측면을 구비하고, 제 1 측면 및 제 2 측면중 적어도 한 쪽은, 기둥축 방향에 대하여 평행하게 형성되고 또한 상호 접촉하도록 배열된 복수의 곡면부를 갖는다.
이러한 광학렌즈 모재에 의하면, 드로잉 처리에 의해, 복수의 곡면부를 갖는 광학 작용부를 구비한 광학렌즈가 형성되기 때문에, 복수의 발광부가 배열된 발광 소자로부터 출사되는 각 광에 대하여 작용할 수 있는 광학렌즈가 형성된다.
또,「기둥축 방향에 대하여 평행한 곡면」은, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 기둥축 방향 주축(柱軸)(20)에 수직한 임의 단면의 형상이 동일한 호(弧) 형상의 곡면을 지칭하는 것으로 한다.
제 1 측면 및 제 2 측면은 볼록 곡면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 드로잉 처리 공정은, 드로잉 처리를 통하여 광학렌즈 모재의 제 1 측면 및 제 2 측면이 내측으로 인입되도록 행하여지는 경우가 많지만, 이와 같이 미리 제 1 측면 및 제 2 측면이 볼록 곡면을 이루도록 형성해 둠으로써, 드로잉 처리에 의한 형상 왜곡의 영향을 억제하는 것이 가능해진다.
광학렌즈 모재의 복수의 곡면부는 비구면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법은, 복수의 발광부로부터 출사되는 각 광에 각각 대응하는 복수의 곡면부가, 상기 발광부의 배치방향(X축 방향)을 따라서 광입사면 및 광출사면의 양면에 형성되고 또한 X축 방향의 양가장자리부에 플랜지부가 형성되며, 입사광을 광축을 중심축으로 하여 90도 선회하여 출사하는 광학렌즈 제조방법으로, 각각이 기둥축방향으로 평행하게 형성된 복수의 곡면부를 가지며, 각각이 광학렌즈의 광입사면 및 광출사면이 되는 제1 측면 및 제2 측면을 구비하고, 또한 기둥축방향과 직교하는 방향의 양가장자리부에 플랜지부가 형성된 기둥형상의 광학렌즈 모재 제작공정과, 상기 광학렌즈 모재 제작공정에서 제작된 광학렌즈 모재를 가열하고, 기둥축 방향으로 늘리는 드로잉 처리공정과, 상기 드로잉 처리공정에서 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재를 상기 곡면부와 상기 플랜지부를 일체로 하여 기둥축방향에 대해서 45도 경사진 각도로 절단하는 절단공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법은, 상기 드로잉 처리공정에서 상기 광학렌즈 모재의 제1 측면 및 제2 측면이 인장 롤러 사이에 유지되어 드로잉 처리되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법은, 상기한 임의의 광학렌즈 모재를 제작하는 광학렌즈 모재 제작 공정과, 광학렌즈 모재 제작 공정에 의해 제작된 광학렌즈 모재를 기둥축 방향으로 드로잉 처리하는 드로잉 처리 공정과, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 소망의 길이로 절단하여 광학렌즈를 제작하는 광학렌즈 제작 공정을 포함하고, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재의 복수의 곡면부는 입사광 또는 출사광에 대하여 작용하는 광학 작용부로서 기능한다.
또한, 본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법은, 상기한 임의의 광학렌즈 모재를 기둥축 방향으로 드로잉 처리하는 드로잉 처리 공정과, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 소망의 길이로 절단하여 광학렌즈를 제작하는 광학렌즈 제작 공정을 포함하고, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재의 복수의 곡면부는 입사광 또는 출사광에 대하여 작용하는 광학 작용부로서 기능한다.
이러한 광학렌즈 제조방법에 의하면, 드로잉 처리 전의 모재의 단계에서, 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 충분히 큰 사이즈로 광학 작용부가 되는 복수의 곡면부를 가공할 수 있다. 또,「광에 대하여 작용한다」란, 입사광에 대하여, 그 발산 각도 또는 수속(收束) 각도를 바꿔 출사하는 것, 또는 광로 변환을 하는 것을 가리키는 것으로 한다.
광학렌즈 제작 공정은 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 기둥축 방향에 대하여 경사각을 이룬 상태에서 절단하여 광학렌즈를 제작해도 좋다. 이로 인해, 광학 작용부로서 복수의 경사진 곡면부를 갖는 광학렌즈를 제작 하는 것이 가능해진다.
광학렌즈 제작 공정은 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 절단 처리하여 절단 처리 후의 프리폼(preform)을 제작하는 제 1 절단 공정과, 제 1 절단 공정에 의해 제작된 절단 처리 후의 프리폼을 소망의 크기가 되도록 절단하여 광학렌즈를 제작하는 제 2 절단 공정을 포함해도 좋다. 또, 절단 처리 후의「프리폼」이란, 광학렌즈를 제작하기 직전의 형성물로서, 광학렌즈 중간체를 가리키는 것으로 한다.
제 2 절단 공정은 절단 처리 후의 프리폼을 기둥축 방향에 대하여 경사각을 이룬 상태에서 절단하여 광학렌즈를 제작하여도 좋다. 이것에 의해, 복수의 경사진 곡면부를 갖는 광학렌즈를 제작하는 것이 가능해진다.
제 1 측면 및 제 2 측면은 모두 복수의 곡면부를 갖고, 경사각은 45°이다. 이것에 의해, 입사광에 대하여 그 광축을 중심축으로 하여 90°선회된 출사광을 출사하는 광학렌즈를 제작하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 광학렌즈 모재에서는, 제 1 측면 및 제 2 측면의 양측에, 기둥축 방향을 따라 형성되는 한 쌍의 플랜지(flange)부를 부가로 구비한다.
삭제
플랜지부를 갖지 않는 광학렌즈 모재에서는, 제 1 측면 및 제 2 측면의 양측, 즉 광학렌즈 모재의 양 가장자리부가 드로잉 처리 공정시에 가열의 영향을 많 이 받아, 곡면부에 변형 등이 발생하기 쉽다는 결점이 있었지만, 본 발명에 의한 광학렌즈 모재에서는 한 쌍의 플랜지부가 형성되어 있어, 플랜지부가 곡면부를 대리하여 이 가열의 영향을 받기 때문에, 곡면부는 가열에 의한 영향을 면하기 쉽게 되어 있다.
또한 본 발명의 광학렌즈의 제조에 사용되는 모재는 대향하는 두 면을 갖는 광학렌즈 모재에 있어서, 두 면중 적어도 한쪽은 복수의 통형상 면을 갖고, 이들 복수의 통형상 면(筒面)은 동일 방향을 따라 연장되도록 배치되어 있다.
이러한 광학렌즈 모재에 의하면, 드로잉 처리 전의 단계에서, 즉 충분히 큰 사이즈로, 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있는 동시에, 광학 작용부가 되는 통형상 면의 가공을 정밀도가 좋게 행할 수 있다. 그리고, 이러한 광학렌즈 모재를 드로잉 처리함으로써, 입사하는 광에 대하여 적확(的確)하게 작용하는 복수의 광학 작용부를 구비한 광학렌즈를 얻을 수 있다.
상기 광학렌즈 모재에서는, 두 면의 양측에, 통형상 면과 동일 방향을 따라 연장되는 한 쌍의 플랜지부를 부가로 구비하는 것이 바람직하다. 플랜지부를 갖지 않는 광학렌즈 모재에서는 대향하는 두 면의 양측, 즉 광학렌즈 모재의 양 가장자리부가 드로잉 처리 공정시에 가열의 영향을 많이 받아, 통형상 면에 변형 등이 발생하기 쉽다는 결점이 있었지만, 본 발명에 의한 광학렌즈 모재에서는 그 양 가장자리부에 한 쌍의 플랜지부가 형성되어 있고, 플랜지부가 통형상 면을 대리하여 이 가열의 영향을 받기 때문에, 통형상 면은 가열에 의한 영향을 쉽게 면하도록 되어 있다.
또한 본 발명의 광학렌즈 제조방법은, 상기 광학렌즈 모재를 드로잉하는 드로잉 처리 공정과, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 소망의 위치에서 절단하여 광학렌즈를 제작하는 광학렌즈 제작 공정을 포함한다.
이러한 광학렌즈 제조방법에 의하면, 드로잉 처리 전의 광학렌즈 모재의 단계에서, 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 충분히 큰 사이즈로 광학 작용부가 되는 복수의 통형상 면의 가공을 정밀하게 행할 수 있다. 따라서, 입사되는 광에 대하여 적확하게 작용하는 복수의 광학 작용부를 구비한 광학렌즈를 얻을 수 있다.
상기 광학렌즈 제작 공정은, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 광학렌즈 모재를 절단하여 광학렌즈 중간체를 제작하는 제 1 절단 공정과, 광학렌즈 중간체를 절단하여 광학렌즈를 제작하는 제 2 절단 공정을 포함해도 좋다.
도 1a 및 1b는 실시예에 따른 광학렌즈 제조방법에서의 각 공정을 도시하는 개략도.
도 2a 및 2b는 실시예에 따른 광학렌즈 제조방법에서의 각 공정을 도시하는 개략도.
도 3a 내지 3c는 본 실시예에 의한 광학렌즈 제조방법에 의해 제조된 광학렌즈의 작용을 도시하는 도면.
도 4a는 상기 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리함으로써 형성된 광학렌즈의 단면도.
도 5는 다른 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 전체도.
도 6a는 도 5에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리하는 공정을 도시하는 도면이고, 도 6b는 도 6a에 도시하는 드로잉 처리 공정에 의해 얻어진 절단 처리 후의 프리폼의 부분 확대도.
도 7a는 다른 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 단면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리함으로써 형성된 광학렌즈의 단면도.
도 8은 도 1a에 도시하는 광학렌즈 모재를 사용한 광학렌즈 제조방법의 다른 실시예에 있어서의 드로잉 처리 공정을 도시하는 개략도.
도 9는 도 5에 도시하는 광학렌즈 모재를 사용한 광학렌즈 제조방법의 다른 실시예에 있어서의 드로잉 처리 공정을 도시하는 개략도.
이하, 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 또, 이하의 설명에서는 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1a, 1b 및 도 2a, 2b는 본 발명의 실시예에 따른 광학렌즈 제조방법에 있어서의 각 공정을 도시하는 개략도이다. 도 1a에 도시하는 바와 같이, 우선 투광성 유리 재료로 이루어지는 광학부재를 준비하여, 제 1 측면(44), 제 2 측면(46)을 갖는 기둥 형상으로 성형 가공하고, 이것을 광학렌즈 모재(40)로 한다(광학렌즈 모 재 제작 공정). 투광성 유리 재료로서는 예를 들면, BK7((쇼트사 제조), 굴절율 1.52, 열팽창 계수 71×10-7/K, 항복점 614℃)이 사용된다. 제 1 측면(44), 제 2 측면(46)은 기둥축 방향(20)에 대하여 평행하게 형성되어 있다.
제 1 측면(44) 및 제 2 측면(46)에는, 기둥축 방향(20)에 대하여 평행한 복수의 곡면부(43)가 서로 접촉하도록 형성되어 있다. 본 실시예에 의한 광학렌즈 모재(40)에서는, 이들 복수의 곡면부(43)가 볼록 곡면으로서 형성되어 있지만, 오목 곡면으로서 형성하는 것도 가능하다. 상기 복수의 곡면부(43)는 각각, 원통면 등의 통형상 면으로 되어 있고, 복수의 통형상 면은 동일 방향을 따라 연장되도록 배치되어 있다. 또한, 상기 곡면부(43)는 비구면이어도 좋다. 이 복수의 곡면부(43)는 드로잉 처리 후에는 입사광 또는 출사광에 대하여 작용하는 광학 작용부로서 기능하는 부분이다. 도면 중, 이들 복수의 곡면부와 광학 작용부에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.
복수의 곡면부(43)의 양측에 접하는 광학렌즈 모재(40)의 양 가장자리부에는 한 쌍의 플랜지부(48)가 부가로 형성되어 있다. 광학렌즈 모재(40)의 양 가장자리부는 드로잉 처리 공정시에 가열의 영향을 많이 받아, 변형 등이 발생하기 쉽다는 결점이 있었지만, 본 실시예에 의한 광학렌즈 모재(40)에서는 한 쌍의 플랜지부(48)가 형성되어 있고, 이 플랜지부(48)가 대리하여 상기 가열의 영향을 받기 때문에, 복수의 곡면부(43)는 가열에 의한 영향을 쉽게 면하게 되어 있다.
이와 같이, 드로잉 방법에 의한 광학렌즈 제조방법에서는, 충분히 큰 사이즈(예: 폭 및 높이 2 내지 6 cm, 길이 20 내지 200 cm)의 광학렌즈 모재(40)의 단계에서, 제작하고자 하는 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 형성할 수 있기 때문에, 간단하고 정확하게 그 작업을 하는 것이 가능해진다.
또, 일본 특공평 7-15521호 공보에는, 드로잉 방법에 의한 굴절율 분포형 원주렌즈(셀폭(selfoc)렌즈)의 제조방법에 관해서 개시되어 있다. 이 제조방법에서는, 모재로서, 중심으로부터 반경 방향 외측을 향해서 불소 도펀트(dopant)량이 단계적으로 증대되고 그에 따라 그 굴절율이 단계적으로 저하되는 고순도 석영유리계 로드가 사용되고 있으며, 본 발명과 같이, 모재에 대하여 형상적으로 광학 작용부가 형성된 것은 사용되고 있지 않다. 이러한 종래의 제조방법에서는, 모재 제작 공정으로서, 불소를 플라스마 외착법에 의해 도핑시키거나, 용융염 중에 장시간 침지하여 이온교환을 하는 방법에 의해 굴절율 분포를 형성하는 공정이 필요하였지만, 본 발명에서는 이러한 공정은 불필요하다. 또한, 형성된 광학렌즈에 있어서도, 광 입사면, 광 출사면은 원주형의 측면 곡면이 아니라, 그 양단부가 사용되는 것이라는 점에서, 본 실시예와는 다른 것이다.
다음에, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 상기 광학렌즈 모재 제작 공정에 의해 성형 가공된 광학렌즈 모재(40)를, 가열수단으로서의 전기로(35) 등에 의해 유리 재료의 항복점 이상으로 가열하고, 소망의 치수가 되도록 드로잉 처리를 한다(드로잉 처리 공정). 전기로(35)는 광학렌즈 모재(40)를 둘러싸도록 환형상으로 형성되고, 광학렌즈 모재(40)에 대하여 주위에서 동일하게 가열하는 것이 바람직하다. 전기로(35)에는 온도 조정장치(32)가 접속되어 있어, 전기로(35)의 온도를 변화시 켜 드로잉 처리의 온도를 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 가열된 광학렌즈 모재(40)를 드로잉하여 잡아늘이는 데에는, 광학렌즈 모재(40)를 전기로(35)로 이송시키는 이송 롤러(90) 및 인장 롤러(33)가 사용되고 있다. 상기 이송 롤러(90)의 회전속도를 조정함으로써, 광학렌즈 모재(40)의 전체 열량을 결정할 수도 있다. 상기한 바와 같은 기둥 형상의 광학렌즈 모재(40)를 드로잉하는 경우, 드로잉 처리된 한 쌍의 롤러 접촉면(45)을 이송 롤러(90) 및 인장 롤러(33) 사이에 유지되도록 하면, 드로잉 처리 중의 광학렌즈 모재(40)의 뒤틀림 발생을 방지할 수 있다.
광학렌즈 모재(40)는 드로잉 처리된 결과, 그 치수가 소망의 치수(예: 0.5 내지 15mm)가 되었다고 판단된 경우, 인장 롤러(33) 하부에 설치되어 있는 커터 장치(37)에 의해 절단되어, 길이가 5 mm 내지 2000 mm 인 절단 처리 후의 프리폼(50)을 얻을 수 있다(제 1 절단 공정). 이 판단은 인장 롤러(33)의 앞에 설치된 선직경(線徑) 측정장치(38)에 의해 행하여진다. 또, 이 선직경 측정장치(38)는 레이저부, 수광부, 해석부로 이루어지고, 레이저부에 의해 발광된 광은 드로잉 처리된 광학렌즈 모재(40)를 투과하고, 이 투과광이 수광부에 의해 수광되며, 그 수광 광량 등으로부터 드로잉 처리된 광학렌즈 모재(40)의 치수가 해석부에 의해 산출되도록 되어 있다. 그 산출 결과는 도시하지 않은 제어부로 송신되어, 소망의 치수인 경우에는 커터 장치(37)를 구동하고, 소망의 치수가 아닌 경우에는 드로잉 처리 환경(이송 롤러(90)의 회전 속도 및 드로잉 온도의 조정 등)이 조정된다.
또, 광파이버 등을 드로잉 처리에 의해 제조하는 경우에는 드로잉된 것을 드럼 등에 감는 것에 대하여, 광학렌즈의 제조에서는 이와 같이 드로잉된 것을 커터 장치(37) 등으로 절단하는 점에 특징이 있다.
다음에 도 2a에 도시하는 바와 같이, 절단 처리 후의 프리폼(50)을 그 기둥축 방향(20)과 45°를 이루는 선분인 X1-Y1선, X2-Y2선으로 절단하여(제 2 절단 공정), 도 2b에 도시하는 바와 같은 광학렌즈(1)가 제작된다(광학렌즈 제작 공정). 이들 2개의 선의 간격은, 제작하는 광학렌즈가 적용되는 발광 소자(반도체 레이저 소자)의 두께에 대응하는 간격으로 설정된다. 절단 처리 후의 프리폼(50)을 절단하는 선분, Xk-Yk선(k= 1, …n)을 증대시킴으로써, 동일한 광학렌즈를 다수 제작하는 것이 가능해지고, 대량생산에도 용이하게 대응하는 것이 가능하다. 또, 절단 공정을 둘로 분할하지 않고, 드로잉 처리된 광학렌즈 모재(40)를 기둥축 방향(20)에 대하여 45°경사진 각도로 절단하여, 1회의 절단 공정에 의해서 광학렌즈(1)를 제작하는 것도 가능하다.
이렇게 하여 제작된 광학렌즈(1)는, 드로잉 처리의 특성으로 인해 그 단면 형상은 광학렌즈 모재(40)와 동일한 단면 형상을 갖는다. 특히, 최초의 광학렌즈 모재 제작 공정에서 제작한 광학 작용부의 형상이 드로잉 처리 후에도 그대로 계승되기 때문에, 드로잉 처리 후의 미소한 소자의 단계에서 다시 성형 가공할 필요가 없다. 또한, 본 실시예에 의한 광학렌즈(1)의 제조방법에서는 1회의 드로잉 처리 공정에 의해, 복수의 곡면부(43)를 구비한 광학렌즈(1)가 제작되므로, 제조상의 부담을 대폭 경감할 수 있다.
도 3a 내지 3c는 본 실시예에 의한 광학렌즈 제조방법에 의해 제조된 광학렌 즈의 작용을 도시하는 도면이다. 이들 예에서는 광학 작용부(43)로서 7개의 곡면을 구비한 광학렌즈(1)가 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 7개의 발광부가 배열된 반도체 레이저 소자로부터 출사된 각 광에 대하여, 콜리메이트, 집광, 또는 광로 변환한 후, 출사한다. 또, 여기에 도시한 각 광학렌즈(1, 101, 201)의 작용은 입사광에 대한 작용을 도시한 것으로, 반드시 실제의 실용예에 제한되지는 않는다.
도 3a에 도시하는 광학렌즈(1)에서는 반도체 레이저 소자(15)의 발광부(16)로부터 출사된 광에 대하여, 광 입사측 및 광 출사측에 2열, 45°경사진 상태로 형성된 광학 작용부(43)에 의해, 광축을 중심축으로 하여 90°선회한 후, 출사광을 출사한다. 발광부(16)로부터 출사된 광은 X축 방향으로 짧고 Y축 방향으로 긴 광단면(25)을 갖는 것이었지만, 광학렌즈(1)에 의해 광로 변환된 결과, X축 방향으로 길고 Y축 방향으로 짧은 광단면(26)을 갖는 출사광으로 변환되어 있다.
도 3b에 도시하는 광학렌즈(101)에서는, 반도체 레이저 소자(15)의 발광부(16)로부터 출사된 광에 대하여, 광 입사측 및 광 출사측에 각각 오목 곡면, 볼록 곡면으로 형성된 광학 작용부(43)에 의해, X축 방향으로 콜리메이트 또는 집광한 후, 출사광을 출사한다. 발광부(16)로부터 출사된 광은 X축 방향으로 길고 Y축 방향으로 짧은 광단면(125)을 갖는 것이었지만, 광학렌즈(101)에 의해 콜리메이트 또는 집광된 결과, X축 방향으로는 광단면(125)과 거의 같은 길이이고 Y축 방향으로는 광단면(125)에 비하여 더욱 긴 광단면(126)을 갖는 출사광으로 변환되어 있다. 또, 본 실시예에 의한 광학렌즈 제조방법에서는, 이와 같이 광 입사측 및 광 출사측에 광학 작용부(43)로서의 곡면부를 2열 제작할 수 있기 때문에, 푸리에(Fourier)형 또는 텔레스코프(telescope)형 광학렌즈를 형성하는 것도 가능해진다.
도 3c에 도시하는 광학렌즈(201)에서는, 반도체 레이저 소자(15)의 발광부(16)로부터 출사된 광에 대하여, 광 입사측이 볼록 곡면에 형성된 광학 작용부(43)에 의해, X축 방향으로 콜리메이트 또는 집광한 후, 출사광을 출사한다. 발광부(16)로부터 출사된 광은 X축 방향으로 길고 Y축 방향으로 짧은 광단면(225)을 갖는 것이었지만, 광학렌즈(201)에 의해 콜리메이트 또는 집광된 결과, X축 방향으로는 광단면(225)과 거의 같은 길이이고 Y축 방향으로는 광단면(225)에 비하여 더욱 긴 광단면(226)을 갖는 출사광으로 변환되어 있다. 입사광에 대하여 X축 방향으로 콜리메이트 또는 집광한다는 점에서는 광학렌즈(101)와 같은 작용을 갖는다. 광학렌즈(201)에서는 광 출사측에 추가로 절삭가공을 실시하여 Y축 방향으로 콜리메이트 또는 집광가능한 광학 작용부를 새롭게 형성하고, X축 방향, Y축 방향 공히 콜리메이트 또는 집광가능한 광학렌즈로 구성하는 것도 가능하다.
이하, 도 4 내지 도 7에 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학렌즈 제조방법에 대해서 설명한다.
도 4a는 상기 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리함으로써 형성된 광학렌즈의 단면도이다. 상기 실시예에 의한 드로잉 처리 공정은, 광학렌즈 모재(40)의 항복점보다 높고, 또한 광학 작용부가 되는 곡면부(43)의 형상이 드로잉 처리에 의한 변형을 받기 어려운 드로잉 온도에서 행하여진다. 따라서, 드로잉 처리 온도는 광파이버 등을 드 로잉할 때에 비하여 저온으로 설정되지만, 이 때, 광학렌즈 모재는 드로잉 처리를 통하여, 측면에 형성된 평면부, 즉 제 1 측면(44)또는 제 2 측면(46)이 내측으로 수축하도록 변형하는 경우가 있다. 도 4a, 4b에 단적으로 도시되는 바와 같이, 광학렌즈 모재(40)의 제 1 측면부(44) 및 제 2 측면부(46)는 드로잉 후의 광학렌즈(1)에서는 모두 내측으로 들어간 상태로 변형되어 있다. 이하, 이러한 변형을「실패형(pincushion) 왜곡」이라고 부르기로 한다. 실패형 왜곡의 영향을 받은 광학렌즈에서는 반도체 레이저 소자의 각 발광부가 출사한 각 광을 설계값 대로정확히 콜리메이트 또는 집광하는 것이 곤란하다.
도 5는 다른 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 전체도이다. 도 6a는 도 5에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리하는 공정을 도시하는 도면이고, 도 6b는 도 6a에 도시하는 드로잉 처리 공정에 의해 얻어진 절단 처리 후의 프리폼의 부분 확대도이다. 도 7a는 다른 실시예에 의한 광학렌즈 모재의 단면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시하는 광학렌즈 모재를 드로잉 처리함으로써 형성된 광학렌즈의 단면도이다. 광학렌즈 모재(140)에서는, 제 1 측면(144) 및 제 2 측면(146)이 전체적으로 볼록 곡면으로 형성되어 있다. 제 1 측면(144) 및 제 2 측면(146)을 이와 같이 형성함으로써, 드로잉 처리 후에는 이 돌출된 만큼 들어가고, 도 6b 또는 도 7b에 도시하는 바와 같이, 평면에 보다 가깝고(또는 평면 그 자체가 되어) 드로잉에 의한 왜곡의 영향이 억제된 광학렌즈(501)가 형성된다. 이와 같이, 다른 실시예에 의한 광학렌즈 제조방법에서는 소망의 형상과 같거나 또는 근사한 상태로 광학렌즈(501)를 형성하는 것이 가능해지고 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 본 발명을 실시하는데 있어서 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 청구범위의 범위 내에 해당하는 발명의 모든 변경을 포함하고, 형상, 사이즈, 배치, 구성 등에 관해서 변경이 가능하다.
예를 들면 상기 실시예에서는, 도 1a에 도시하는 광학렌즈 모재(40)의 드로잉 처리에 있어서, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 드로잉 처리된 광학렌즈 모재의 한 쌍의 롤러 접촉면(45)을 인장 롤러(33) 사이에 유지하고 있지만, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 측면(44) 및 제 2 측면(46)을 인장 롤러(33) 사이에 유지하는 것이 바람직하다. 제 1 측면(44) 또는 제 2 측면(46)은 롤러 접촉면(45)보다 폭이 넓다. 따라서, 제 1 측면(44) 및 제 2 측면(46)을 인장 롤러(33) 사이에 유지함으로써, 드로잉 처리를 안정적으로 행할 수 있다. 또한, 같은 이유로, 도 5에 도시하는 광학렌즈 모재(140)의 드로잉 처리에 있어서, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 드로잉 처리된 광학렌즈 모재의 한 쌍의 롤러 접촉면(45)을 인장 롤러(33) 사이에 두는 것 대신에, 제 1 측면(144) 및 제 2 측면(146)을 인장 롤러(33) 사이에 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 일본 특허 제 3121614호 공보 및 영국 공보 GB 2108483A는 드로잉 처리에 의한 마이크로 렌즈의 제조방법에 대해서 개시하고 있지만, 단일광에 대해 작용하는 렌즈의 제조방법이며, 본 발명과 같이 복수의 광에 대하여 작용하는 광학렌즈 제조방법이 아니라는 점에서 상이하다.
본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법에 의하면, 드로잉 처리 전의 모재의 단계에서, 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 충분히 큰 사이즈로 모재의 가공이 정밀하게 이루어지고, 용이하게 광학렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 형성할 수 있게 된다. 이것에 의해, 제조상의 부담을 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 1회의 드로잉 처리 공정에 의해, 복수의 발광부가 배열된 발광 소자로부터 출사되는 각 광에 대하여 작용할 수 있는 광학렌즈가 형성되기 때문에, 제조 공정을 대폭으로 감축할 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 복수의 발광부로부터 출사되는 각 광에 각각 대응하는 복수의 곡면부가, 상기 발광부의 배치방향(X축 방향)을 따라서 광입사면 및 광출사면의 양면에 형성되고 또한 X축 방향의 양 가장자리부에 플랜지부가 형성되며, 입사광을 광축을 중심축으로 하여 90도 선회하여 출사하는 광학렌즈 제조방법으로,
    각각이 기둥축방향으로 평행하게 형성된 복수의 곡면부를 가지며, 각각이 광학렌즈의 광입사면 및 광출사면이 되는 제1 측면 및 제2 측면을 구비하고, 또한 기둥축방향과 직교하는 방향의 양 가장자리부에 플랜지부가 형성된 기둥형상의 광학렌즈 모재 제작공정과,
    상기 광학렌즈 모재 제작공정에서 제작된 광학렌즈 모재를 가열하고, 기둥축 방향으로 늘리는 드로잉 처리공정과,
    상기 드로잉 처리공정에서 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재를 상기 곡면부와 상기 플랜지부를 일체로 하여 기둥축방향에 대해서 45도 경사진 각도로 절단하는 절단공정,
    을 포함하는 광학렌즈 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드로잉 처리공정에서 상기 광학렌즈 모재의 제1 측면 및 제2 측면이 인장 롤러 사이에 유지되어 드로잉 처리되는 것을 특징으로 하는 광학렌즈 제조방법.
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