專利名稱：光學透鏡的制造方法
技術領域：
本發明涉及對發光元件發射的光起作用的光學透鏡的制造方法光學透鏡的方法。
背景技術：
已有類型的光學透鏡，各制造工序中和發送中將入射光準直化或聚焦的部位即光學作用部有與配置光學透鏡的配置面或鄰接配置的構件的側面等接觸的情況。
發明內容
這樣的已有的光學透鏡中，存在著光學作用部與配置光學透鏡的配置面或其他構件接觸從而造成傷痕，導致出射光的性能下降的問題。
本發明鑒于上述存在問題而作，其目的在于，提供光學作用部不容易受傷，出射光性能優異的光學透鏡。
本發明的光學透鏡是對發光元件的多個發光部發射的各光起作用后使其出射的光學透鏡，其特征在于，具備光入射面及光出射面中的至少一個面上作為曲面形成多個，對發光元件的各發光部出射的各光線在X軸方向上施加作用的光學作用部、以及在形成光學作用部的面上，在光通過區域兩側形成向光軸方向突出地成一體形成的一對凸出部，一對凸出部比光學作用部的表面突出。
采用這樣的光學透鏡，由于在光通過區域兩側形成比光學作用部表面突出的一對凸出部，因此在各制造工序中或發送中能夠防止該光學作用部直接接觸配置光學透鏡的配置面和與光學透鏡鄰接配置的構件的側面等，因此光學作用部不容易受傷。
又，由于一對凸出部是成一體形成的，因此在該處能夠新設置別的光學透鏡。
還有，所謂“X軸方向”是指垂直于作為發光元件的半導體激光元件的活性層、被覆層的疊層方向(以下將其稱為“Y軸方向”)以及發光部發出的光的光軸方向的方向。又，所謂“對光起作用”是指使入射光準直化或聚光。
一對凸出部也可以在光入射面及光出射面成一體形成于光通過區域的兩側并且向光軸方向突出。這樣就可以在光入射側和光出射側設置別的光學透鏡。
光學作用部也可以作為相互接觸配置的多個曲面形成。這樣就可以對具備多個發光部的發光元件射出的各光起作用。
光學作用部也可以形成于光入射面及光出射面。這樣就可以望遠鏡結構或傅利葉結構。
本發明的光學透鏡其特征在于，在上述光學透鏡中設置在光入射面及光出射面上作為曲面形成，使發光元件射出的光以光軸為中心旋轉后射出的光作用部，代替在光入射面及光出射面上作為曲面形成，在X軸方向上對發光元件射出的光起作用的光學作用部。采用這樣的光學透鏡可以得到對入射光施加旋轉作用后的出射光。在入射光相對于與X軸方向及光軸方向交叉的Y方向已經準直化的情況下，能夠使發光元件射出的各光線相互重疊的位置向前延伸。
光學作用部最好是使發光元件發出的光線以光軸為中心軸旋轉90°后射出。
本發明的光學透鏡其特征在于具備上述光學透鏡、以及安裝于光學透鏡的凸出部，在與X軸方向及光軸方向交叉的Y軸方向上作用的Y軸方向作用光學透鏡。
用這樣的光學透鏡能夠得到在Y軸方向上受作用的出射光。
曲面也可以利用非球面形成。
本發明的半導體激光裝置其特征在于，具備半導體激光元件、以及對半導體激光元件的各發光部射出的各光線起作用后使其射出的上述光學透鏡。
借助于此，可以實現具備光學部不容易受傷的光學透鏡的半導體激光裝置。
如上所述，本發明的光學透鏡是具備光入射出射的相對的一對側面的光學透鏡，具備包含多個在一對側面的至少一方設置，在規定的方向上對入射光起作用的多個曲面的光學作用部、以及在設置光學作用部的一側的側面上設置，在與側面交叉的方向上突出的一對凸出部，一對凸出部比光學作用部的表面突出。從而能夠防止該光學作用部直接接觸配置光學透鏡的配置面或與光學透鏡鄰接配置的構件的側面等，光學作用部不容易受傷。
本發明提供一種制造光學透鏡的方法，對具有相對的一對側面的柱狀光學透鏡用母材拉拔制造光學透鏡，所述光學透鏡用母材具有設置在所述一對側面的至少一側上、與柱軸方向平行的多個曲面；設置在設有多個曲面的側面上在與該側面交叉方向比該多個曲面的凸出的一對凸出部；所述方法包括通過一對輥在所述一對凸出部挾持所述光學透鏡用母材，同時在主柱軸方向拉拔的工序；以及將經過拉拔的所述光學透鏡用母材在與所述柱軸方向交叉的方向切斷的工序。
利用以下的詳細說明和附圖，能夠更加充分地理解本發明。
這些說明只是作為例示，不應該理解為對本發明的限定。
圖1A～1C分別為實施形態的光學透鏡的總體圖；圖2A～2E分別為實施形態的光學透鏡的總體圖；圖3A～3C是實施形態的光學透鏡的制造方法的各工序的概略圖；圖4A表示將光學透鏡的光學作用部向下配置的狀態圖；圖4B是靠近光學透鏡的光學作用部配置其他構件的狀態圖；圖5是本實施形態的半導體激光裝置的總體圖。
具體實施例方式
以下根據附圖對本發明的實施形態的光學透鏡及半導體激光裝置進行詳細說明。在以下的說明中，相同和相當的部分以相同的符號表示，并且省略重復說明。
圖1A～1C、圖2A～2E分別為實施形態的光學透鏡的總體圖。在本實施形態中，圖中的X軸方向、Y軸方向、光軸方向分別互相正交。圖1A所示的光學透鏡1對作為發光元件的半導體激光元件(未圖示)的各發光部射出的各光線利用光學作用部5在X軸方向上使其準直化后射出。光學作用部5在光入射面上作為凸曲面形成。該凸曲面的垂直于Y軸方向的任意剖面形狀具有完全相同的圓弧形狀。這樣的曲面在下面稱為“平行于Y軸方向的曲面”。光學透鏡1的光學作用部5由平行于Y軸方向、并且相互接觸地配置的5個凸曲面形成，能夠與具備5個發光部的半導體激光元件對應。
在光學透鏡1的光通過區域(在光學透鏡1的情況下，光通過區域是光學作用部)的兩側成一體地形成向光軸方向突出的一對凸出部10。一對凸出部10設計為在光軸方向上比光學作用部5的表面高出突出量10a。這樣就能夠防止光學作用部5受傷。又，可以在該一對凸出部10上再設置別的光學透鏡。關于這幾點將在下面詳細說明。該一對凸出部10也可以設置于形成光學作用部5的面(光學透鏡1的情況下，光出射面中光通過區域兩側)上。這樣，在未形成光學作用部5的一側也能夠設置別的光學透鏡。
作為本實施形態的光學透鏡，例如圖1B所示的光學透鏡101所示，在X軸方向起作用的光學作用部5也可以形成于光入射面及光出射面上。一對凸出部10在光入射面及光出射面雙方形成于光通過區域的兩側，該光學透鏡101中，可以將光學作用部5做成望遠鏡結構或傅利葉結構。下面在圖2、3以該光學透鏡101為例進行說明。
又，如圖1C的光學透鏡301所示，也可以設置平行于“與Y軸方向及光軸方向成45°的方向”的5個凸曲面構成的光學作用部305，以代替圖1B所示的光學透鏡101的光學作用部5。光學透鏡301可以使入射光以光軸為中心軸旋轉90°后射出。
又，如圖2A的光學透鏡401所示，也可以由上述光學透鏡101和對光學透鏡101平行配置且使光在Y軸方向上準直化的Y軸方向作用光學透鏡15構成。Y軸方向作用光學透鏡15以相對于一對凸出部10呈連接的狀態安裝。凸出部10相對于光學透鏡101呈一體設定成規定的突出量10a，因此不需要安裝Y軸方向作用透鏡15用的襯墊(spacer)和側片(side tab)(還有，如下所述，也可以使用能夠使安裝穩定的側片等)，又，對Y軸方向作用光學透鏡15的配置位置的調整也變得容易。用該光學透鏡401，在X軸方向、Y軸方向都能夠得到準直的出射光。
又，如圖2B的光學透鏡501所示，也可以由上述光學透鏡301和與光學透鏡301平行配置且在Y軸方向上使光線準直的Y軸方向作用光學透鏡15構成。利用光學透鏡301使在Y軸方向上準直化的各光線旋轉之后射出，以此使各出射光在X方向上不發生相互重疊。
又，如圖2C的光學透鏡601所示，也可以由上述光學透鏡101、與光學透鏡101平行配置且在Y軸方向上使光線準直化的Y軸方向作用光學透鏡15、以及安裝有光學透鏡101和Y軸方向作用光學透鏡的搭載板21構成。使用搭載板21使這些透鏡101、15的位置關系固定化，而且能夠使配置工作容易進行。
又如圖2D、2E中的光學透鏡701、801所示，也可以由上述光學透鏡101、與光學透鏡101平行配置且在Y軸方向上使光線準直化的Y軸方向作用光學透鏡15，以及從橫方向與光學透鏡101和Y軸方向作用光學透鏡接觸的一對側片22、122構成。使用側片22、122使這些透鏡101、15的位置關系固定化，而且能夠使配置工作容易進行。
還有，本實施形態的光學透鏡1、101、301～801中，光學作用部的曲面都形成為凸曲面，但是也可以形成凹曲面。曲面也可以是非球面。
圖3A～3C是實施形態的光學透鏡的制造方法的各工序的概略圖。光學透鏡101例如以下所示，利用拉拔處理方法制造。制作時如圖3A所示，首先準備透光性玻璃材料構成的光學構件，成型加工為具備第1側面44、第2側面46的柱狀形狀，將其作為光學透鏡用母材40。透光性玻璃材料可以使用例如BK7(シヲツト公司制造，折射率為1.52，熱膨脹系數為71×10-7/K，屈服點614℃)。第1側面44、第2側面46形成為平行于柱軸方向20。
第1側面44和第2側面46上，形成相互接觸而且平行于柱軸方向20的多個曲面43。該多個曲面43是拉拔處理后作為對入射光或出射光起作用的光學作用部5起作用的部分。
在第1側面44及第2側面46的兩側上還形成一對凸出部10。凸出部10形成得比在第1側面44及第2側面46上形成的曲面的表面高出突出量10a的份額。該光學透鏡用母材40的凸出部10是在拉拔處理后最終形成光學透鏡101的凸出部10的(由于這樣的情況賦予相同的編號)。該光學透鏡用母材40的凸出部10具有保護曲面43免受拉拔處理工序中加熱影響的功能。也就是說，在拉拔處理工序中，作為拉拔對象的母材的角部受到加熱的影響更大，因此在拉拔處理的結果的角部容易發生變形等情況，但是，本實施形態的光學透鏡用母材40中形成一對凸出部10，凸出部10代為承受該加熱的影響，因此多個曲面部43(下面的光學作用部5)容易避免加熱的影響。
又如上面利用圖2a、2b已經進行的說明那樣，該光學透鏡101的凸出部10也作為在離光學作用部5的表面距離等于突出量10a的位置上安裝Y軸方向光學透鏡15用的安裝部起作用。因此，光學透鏡用母材40的凸出部10的突出量10a的大小是在預先考慮加熱影響的大小(通常是加熱變形引起的縮小率)的基礎上決定的。
這樣，在采用拉拔方法的光學透鏡制造方法中可以在足夠大尺寸(例如，寬度及高度為2～6cm，長度20～200cm)的光學透鏡用母材40的階段形成想要制作的光學透鏡的形狀，特別是形成光學作用部的形狀，因此，能夠簡單而且正確地進行這些工作。
接著，如圖3B所示，對利用上述工序進行成型加工的光學透鏡用母材40，借助于作為加熱手段的電爐35等進行加熱使其達到玻璃材料的屈服點以上，進行拉拔處理使其達到所希望的尺寸。最好是電爐35形成包圍光學透鏡用母材40的環狀，對光學透鏡用母材40從周圍均勻加熱。電爐35上連接溫度調整裝置32，能夠改變電爐35的溫度，對拉拔處理的溫度進行調整。
又，為了對加熱的光學透鏡用母材40進行拉拔，使用將光學透鏡用母材40送入電爐35的送入輥(未圖示)以及對光學透鏡用母材40進行牽拉的牽拉輥91。通過調整該送入輥的旋轉速度，也能夠決定光學透鏡用母材40受到的總熱量。在對上面所述那樣的柱狀光學透鏡用母材40進行拉拔的情況下，如果利用送入輥及牽拉輥91挾持拉拔之前及拉拔之后的光學透鏡用母材40，就能夠防止拉拔處理中光學透鏡用母材40發生扭轉。特別是光學透鏡用母材40由于在第1側面44及第2側面46具有一對凸出部10，如圖3B所示，牽拉輥91能夠通過該一對凸出部10穩定地挾持光學透鏡用母材40，在拉拔時能夠防止光學透鏡用母材40晃動。
光學透鏡用母材40在判斷為拉拔處理的結果是，其尺寸等于所希望的尺寸(例如，0.5～15mm)的情況下，利用設置于牽拉輥91下部的切割裝置37進行切割，切割成長度為5mm～2000mm的預成型件50。該預型件50進一步切斷為所希望的尺寸，制作如圖3C所示的光學透鏡101。對于尺寸的判斷利用設置于牽拉輥91前的線徑測定裝置38進行。還有，該線徑測定裝置38由激光部、受光部、解析部構成，激光部發出的光線透過經過拉拔處理的光學透鏡用母材40，該透過的光線被受光部所接收，根據該受光光量等，可利用解析部計算出拉拔處理后的光學透鏡用母材40的尺寸。該計算出的結果被發送到未圖示的控制部，在達到所希望的尺寸的情況下，驅動切割裝置37，在不是所希望的尺寸的情況下，調整拉拔處理環境(調整送入輥的旋轉速度或調整拉拔溫度等)。
在利用拉拔處理制造光纖等的情況下，特點在于，拉拔過的材料利用卷筒等卷取，而在光學透鏡的制造中，這樣經過拉拔的材料，利用切割裝置37等進行切割。
這樣制作的光學透鏡101由于拉拔處理的特點，其剖面具有與光學透鏡用母材40的剖面相同的形狀。特別是在最初的光學透鏡用母材制作工序制作的多個曲面43的形狀在拉拔處理之后也原封不動地保留下來，成為光學作用部5，因此在拉拔處理之后的微型元件階段就沒有必要重新進行成型加工。還有，在本實施形態的光學透鏡101的制造方法中，利用一次拉拔處理工序就能夠制造具有多個曲面43的光學透鏡101，由于這些原因，可以大大減輕制造上的負擔。
順便說明，日本特許第3121614號公報和英國公報GB2108483A公開了利用拉拔處理方法的微型透鏡的制造方法。但是這是一種對單一光線起作用的透鏡的制造方法，而不是本發明這樣的對多束光線起作用的光學透鏡的制造方法，這一點是不同的。
還有，在上面所述中，對利用拉拔處理的光學透鏡101的制造方法進行了說明，但是此外還可以利用例如壓力加工等方法制造光學透鏡。
圖4A表示將光學透鏡的光學作用部向下進行配置的狀態圖。圖4B是靠近光學透鏡的光學作用部配置其他構件的狀態圖。這些都是各制造工序或發送中可能頻繁發生的狀態。從圖4A可知，凸出部10比光學作用部5的表面突出了突出量10a，因此即使是光學作用部5向下配置的狀態下，光學作用部5也不會接觸到配置面。又，從圖4B可知，即使是構件50鄰接(接觸)光學作用部50配置的狀態下，光學作用部5也不會接觸到構件50的側面。這樣，本實施形態的光學透鏡101由于形成了光學作用部5不容易與其他構件接觸的結構，是不容易受傷而且出射光性能不容易劣化的透鏡。
圖5是本實施形態的半導體激光裝置的總體圖。半導體激光裝置11由半導體激光元件18與上述光學透鏡401構成。半導體激光元件18的各發光部18a射出的光利用Y軸方向作用光學透鏡15在Y軸方向上準直化，再利用光學透鏡101在X軸方向上準直化后射出。從而，用這一光學透鏡401，能夠得到在X軸方向和Y軸方向都準直化的出射光。該半導體激光裝置11還在其上設置聚光透鏡等，作為例如激光加工裝置使用。這時，為了最終能夠在更小的聚光區域上聚光，對這些光學系統的配置、調整要求嚴密的精度。已有的類型的光學透鏡中，調整時使用襯墊、側片、鏡筒等，因此存在工序復雜化，零件數目增加的問題，但在本實施形態的半導體激光裝置11中，根據設置在Y方向上起準直作用的Y軸方向作用光學透鏡15的位置，在光學透鏡101上成一體地形成一對凸出部10，因此能夠減輕配置、調整負擔，又能夠抑制零件數目的增加。
如上所述，本實施形態的光學透鏡具備光線入射出射的相對的一對側面，具備包含在一對側面的至少一方設置、在規定的方向上對入射的光線起作用的多個曲面的光學作用部，以及在設置所述光學作用部的側面上設置、在與側面交叉的方向上突出的一對凸出部。一對凸出部比光學作用部的表面突出。從而能夠防止該光學作用部直接接觸配置光學透鏡的配置面或與光學透鏡鄰接配置的構件的側面等，光學作用部不容易受傷。
根據本發明的上述說明可以了解到，本發明可以有各種變形。這樣的變形不能超越本發明的思想及范圍。對于所有的本行業普通技術人員都可以想像的改良應該包含在本申請范圍內。
工業應用性采用本發明的光學透鏡，比光學作用部表面突出的一對凸出部形成于光透過區域的兩側，因此在各制造工序中或發送中，能夠防止該光學作用部直接接觸配置光學透鏡的配置面或與光學透鏡鄰接配置的構件的側面等。這樣就能夠提供光學作用部不容易受傷，出射光性能優異的光學透鏡。
又由于一對凸出部以規定的突出高度成一體形成，在其上能夠新設置別的光學透鏡。也就是說，提供在設置別的光學透鏡時調整、配置上的負擔得到減輕的、零件數目的增加也得到抑制的光學透鏡。
權利要求
1.一種制造光學透鏡的方法，對具有相對的一對側面的柱狀光學透鏡用母材拉拔制造光學透鏡，所述光學透鏡用母材具有設置在所述一對側面的至少一側上、與柱軸方向平行的多個曲面；設置在設有多個曲面的側面上在與該側面交叉方向比該多個曲面的凸出的一對凸出部；其特征在于，所述方法包括通過一對輥在所述一對凸出部挾持所述光學透鏡用母材，同時在柱軸方向拉拔的工序；以及將經過拉拔的所述光學透鏡用母材在與所述柱軸方向交叉的方向切斷的工序。
2.如權利要求1所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，所述的一對輥中的一個輥配置在所述一對側面的一側，一對輥中的另一個配置在所述一對側面的另一側。
3.如權利要求1或2所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，還包含測量所拉拔的所述光學透鏡用母材的尺寸的工序。
4.如權利要求1或2所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，所述一對凸出部在所述多個曲面的兩側形成一體。
5.如權利要求1或2所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，所述多個曲面的每個都與相互鄰接的曲面接觸。
6.如權利要求1或2所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，所述多個曲面形成在所述一對側面的兩側。
7.如權利要求1或2所述的光學透鏡的制造方法，其特征在于，所述曲面由非球面形成。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種制造光學透鏡的方法，對具有相對的一對側面的柱狀光學透鏡用母材拉拔制造光學透鏡，所述光學透鏡用母材具有設置在所述一對側面的至少一側上、與柱軸方向平行的多個曲面；設置在設有多個曲面的側面上在與該側面交叉方向比該多個曲面的凸出的一對凸出部；所述方法包括通過一對輥在所述一對凸出部挾持所述光學透鏡用母材，同時在主柱軸方向拉拔的工序；以及將經過拉拔的所述光學透鏡用母材在與所述柱軸方向交叉的方向切斷的工序。
文檔編號H01S5/00GK1821815SQ20061005956
公開日2006年8月23日 申請日期2002年5月8日 優先權日2001年5月9日
發明者楠山泰 申請人:浜松光子學株式會社