专利名称：光学透镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及对从发光元件射出的光进行作用的光学透镜以及光学透镜的制造方法。
背景技术：
已知有半导体激光元件作为排列有多个发光部的发光元件，作为对应此种半导体 激光元件的光学透镜的制造方法，向来已知有应用精密模具的制造方法、或应用硅半
导体制造工艺或LIGA工艺的制造方法。
发明内容
但是，这种已有的光学透镜的制造方法中，要求的光学透镜的尺寸本身非常微小， 因此形成将自半导体激光器阵列射出的各光线进行准直、聚光、或光路变换的光学作 用部是非常困难的。
因此，本发明的目的在于，提供容易形成光学作用部的光学透镜的制造方法、光 学透镜以及光学透镜用母材。
为了实现上述目的，本发明的光学透镜用母材是利用透光性材料形成柱状形状的 线材拉伸处理用光学透镜母材，具备第1侧面、和设置于第1侧面相反侧的第2侧面， 第1侧面和第2侧面中的至少一个侧面具有与柱轴方向平行地形成且互相接触地排列 的多个曲面部。
采用这样的光学透镜母材，则由于利用线材拉伸处理形成具备具有多个曲面部的 光学作用部的光学透镜，因此形成能够对自多个发光部排列的发光元件射出的各个光 进行作用的光学透镜。
还有，所谓"与柱轴方向平行的曲面"是指，如图1A所示，垂直于柱轴方向20的 任意剖面的形状为相同的弧的形状的曲面。
第1侧面和第2侧面最好形成凸曲面。线材拉伸处理工序往往是这样进行的，即 通过线材拉伸处理，光学透镜用母材的第1侧面和第2侧面向内侧縮进，这样预先将 第1侧面和第2侧面形成凸曲面形状，能够抑制线材拉伸处理引起的畸变的影响。
光学透镜用母材的多个曲面部最好是形成非球面。
本发明的光学透镜的制造方法包括以下工序即制作上述任一种光学透镜母材的 光学透镜母材制作工序，对由光学透镜母材制作工序制作的光学透镜母材在柱轴方向 上进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序，以及按照所希望的长度切断由线材拉伸处 理工序经过线材拉伸处理的光学透镜母材、以制作光学透镜的光学透镜制作工序；由 线材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的光学透镜母材的多个曲面部作为对入射光或出 射光进行作用的光学作用部起作用。
又，本发明的光学透镜制造方法包含以下工序即对上述任一种光学透镜母材在 柱轴方向上进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序，以及按照所希望的长度切断由线 材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的光学透镜母材、制作光学透镜的光学透镜制作工 序；由线材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的光学透镜母材的多个曲面部作为对入射 光或出射光进行作用的光学作用部起作用。
采用这样的光学透镜的制造方法，则能够在线材拉伸处理之前的母材阶段决定光 学透镜的形状，特别是决定光学作用部的形状，因此能够以足够大的尺寸对将成为光 学作用部的多个曲面部进行加工。还有，所谓"对光进行作用"是指使入射光改变其发 散角度或汇聚角度后射出，或进行光路变换。
光学透镜制作工序也可对由线材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的光学透镜母 材，在相对于柱轴方向设置有倾斜角的状态下将其切断、以制作光学透镜。这样就可 以制作作为光学作用部具有多个倾斜的曲面部的光学透镜。
光学透镜制作工序也可以包括对由线材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的光学 透镜母材进行切断处理、以制作切断处理后的预成型件的第1切断工序，以及将由第 1切断处理工序制作的切断处理后的预成型件切断为所希望的大小、以制作光学透镜 的第2切断工序。还有，切断处理后的"预成型件(preform)"是即将制作光学透镜 前的形成物，指光学透镜中间体。
第2切断工序也可以将切断后的预成型件在相对于柱轴方向设置有倾斜角的状态 下切断、以制作光学透镜。这样就可以制造出具有多个倾斜的曲面部的光学透镜。
第1侧面及第2侧面都可具有多个曲面部，倾斜角可为45°。借助于此，可以制 作能够射出相对于入射光、以其光轴为中心轴旋转卯。后的出射光的光学透镜。
本发明的光学透镜是利用上述任一种光学透镜的制造方法制作的透镜。
又，最好是在上述光学透镜母材中还具备沿着柱轴方向在第1侧面和第2侧面两 侧设置的一对凸缘部。
在不具有凸缘部的光学透镜母材中，第1侧面和第2侧面两侧、即光学透镜母材 的两个边缘部在线材拉伸处理工序的时候多受加热影响，存在容易发生变形等问题， 而本发明的光学透镜母材形成有一对凸缘部，由于凸缘部替代曲面部承受该加热的影 响，因此曲面部容易避免加热的影响。
又，本发明的光学透镜母材对于具有相对的两个面的光学透镜母材，两个面中的 至少一方具有多个筒面，这些多个筒面配置成沿着相同的方向延伸。
采用这样的光学透镜母材，则在线材拉伸处理之前的阶段就能够以充分大的尺寸 决定光学透镜的形状，特别是决定光学作用部的形状，同时能够对成为光学作用部的 筒面进行高精度加工。还有，利用线材拉伸处理方法加工这样的光学透镜母材，能够 得到对入射光能够准确地作用的具备多个光学作用部的光学透镜。
在上述光学透镜母材中，最好是在两个面的两侧还具备沿着与筒面相同方向延伸 的一对凸缘部。在不具有凸缘部的光学透镜母材中，相对的两个面的两侧、即光学透 镜母材的两个边缘部在线材拉伸处理工序多受加热的影响，存在筒面上容易发生变形 等问题，而本发明的光学透镜母材在其两个边缘部形成有一对凸缘部，凸缘部代替筒 面承受该加热的影响，因此筒面容易避免加热引起的影响。
还有，本发明的光学透镜的制造方法包括对上述光学透镜母材进行拉伸的线材 拉伸处理工序，以及将由线材拉伸处理工序经过拉伸处理的光学透镜母材在所希望的 位置切断、以制作光学透镜的光学透镜制作工序。
采用这样的光学透镜制作方法，则在线材拉伸处理之前的光学透镜的母材的阶段 就能够决定光学透镜的形状，特别是决定光学作用部的形状，因此能够以充分大的尺 寸对成为光学作用部的多个筒面进行高精度加工。从而，能够得到具有对入射光能够 准确地进行作用的多个光学作用部的光学透镜。
上述光学透镜制造工序也可以包括将由线材拉伸处理工序经过线材拉伸处理的 光学透镜母材切断、以制作光学透镜中间体的第1切断工序，以及将光学透镜中间体 切断、以制作光学透镜的第2切断工序。
图1A、 B是示出实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图。 图2A、 B是示出实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概略图。 图3A 3C是表示利用本实施形态的光学透镜制造方法制作的光学透镜的作用的图。
图4A是上述实施形态的光学透镜母材的剖面图，图4B是通过对图4A所示的光 学透镜母材进行线材拉伸处理形成的光学透镜的剖面图。 图5是其他实施形态的光学透镜母材的总体图。
图6A表示对图5所示的光学透镜母材进行线材拉伸处理的工序，图6B表示利用 图6A所示的线材拉伸处理工序得到的切断处理后的预成型件的局部放大图。
图7A是其他实施形态的光学透镜母材的剖面图，图7B是通过对图7A所示的光 学透镜母材进行线材拉伸处理形成的光学透镜的剖面图。
图8是示出使用图1A所示光学透镜母材的光学透镜制作方法的其他实施形态的 线材拉伸处理工序的概略图。
图9是示出使用图5所示光学透镜母材的光学透镜制作方法的其他实施形态的线 材拉伸处理工序的概略图。
具体实施例方式
下面根据附图对本发明的实施形态进行详细说明。还有，以下的说明中对相同或 相当的部分标以相同的符号，省略其重复说明。
图1A、 B和图2A、 B是示出本发明实施形态的光学透镜制造方法的各工序的概 略图。如图1A所示，首先准备由透光性玻璃材料形成的光学构件，进行成型加工， 使其成为具备第1侧面44、第2侧面46的柱状形状，将其作为光学透镜母材40 (光 学透镜母材制作工序)。作为透光性玻璃材料，使用例如BK7 ( (~〉 3 '7卜公司制 造)，折射率1.52，热膨胀系数71xlO力K，屈服点614。C)。第1侧面44、第2侧面 46平行于柱轴方向20形成。
在第1侧面44及第2侧面46上形成平行于柱轴方向20的多个相互接触的曲面部 43。本实施例的光学透镜母材40中，这些曲面部43形成为凸曲面，但是也可以形成 为凹曲面。多个曲面部43分别形成圆筒面等筒面，多个筒面配置成沿着相同方向延伸。 还有，曲面部43也可以是非球面。该多个曲面部43是在线材拉伸处理后作为对入射 光或出射光进行作用的光学作用部起作用的部分。图中，对这些曲面部和光学作用部
标以相同的符号。
相当于多个曲面部43的两侧的光学透镜母材40的两个边缘部上，还形成有一对 凸缘部48。光学透镜母材的两个边缘部在线材拉伸处理工序中多受加热影响，存在容 易发生变形等问题，但是本实施形态的光学透镜母材中，形成有一对凸缘部48，凸缘 部48代为承受该加热影响，因此多个曲面部43容易避免加热影响。
这样，采用线材拉伸方法的光学透镜制造方法中，在足够大的尺寸(例如宽度及 高度为2 6cm，长度20 200cm)的光学透镜母材40的阶段，能够形成想要制作的 光学透镜的形状，特别是形成光学作用部的形状，因此能够简单而且准确地进行这些 工作。
还有，在日本专利公开特公平7-15521号公报中，公开了利用线材拉伸方法制造 折射率分布型圆柱透镜(自聚焦透镜)的制造方法。这种制造方法中，母材使用从中 心向半径方向外侧呈阶梯状逐步增大氟掺杂量，从而折射率呈阶梯状逐步下降的高纯 度石英玻璃棒，没有使用象本发明这样对于母材形成该形状的光学作用部的方法。这 样的已有的制造方法中，作为母材制作工序，需要利用等离子外附法掺杂氟、或利用 在熔融盐中长时间浸渍进行离子交换的方法形成折射率分布的工序，而本发明中则不 需要这样的工序。又，在形成的光学透镜中，光入射面、光出射面不是使用圆柱型的 侧面曲面，而是使用其两端部，这一点与本实施形态不同。
接着，如图1B所示，对利用上述光学透镜母材制作工序经过成型加工的光学透 镜母材40，利用作为加热装置的电炉35等加热到玻璃材料的屈服点以上，进行线材 拉伸处理形成所希望的尺寸(线材拉伸处理工序)。最好是电炉35形成包围光学透镜 母材40的环状，从周围均等地对光学透镜母材进行加热。电炉35上连接温度调整装 置32，通过改变电炉35的温度能够调整线材拉伸处理的温度。又，为了对加热的光 学透镜母材40进行拉伸，使用将光学透镜母材40送入电炉35的送入辊90和牵拉辊 33。也可通过调整该送入辊90的旋转速度，决定光学透镜母材40的总热量。在对上 面所述那样的柱状形状的光学透镜母材40进行线材拉伸时，如果用牵拉辊33挟持经 过线材拉伸处理的一对辊接触面45，则能够防止线材拉伸处理中的光学透镜40发生 扭转。
当判断经过线材拉伸处理的结果，其尺寸已达到所希望的尺寸(例如0.5 15mm) 时，利用设置于牵拉辊33下部的切断装置37对光学透镜母材40进行切断，得到长度 为5mm 2000mm的切断处理后的预成型件50 (第1切断工序)。这一判断利用设置 于牵拉辊33靠前的线径测定装置38进行。还有，该线径测定装置38由激光部、受光
部、解析部构成，激光部发出的光透过经过线材拉伸处理的光学透镜母材40，该透过 的光被受光部所接收，根据该接收的受光量等，解析部可以计算出经过线材拉伸处理 的光学透镜母材40的尺寸。该计算结果被发送到未图示的控制部，结果为所希望的尺 寸时，则驱动切断装置37，不是所希望的尺寸时，则调整线材拉伸处理条件(送入辊 90的旋转速度、线材拉伸温度的调整等)。
还有，利用线材拉伸处理制造光纤等时，利用巻轴等巻取经过拉伸的光纤，而在 光学透镜的制造中，其特征是，这样利用切断装置37将经过拉伸的线材切断。
接着如图2A所示，对切断处理后的预成型件50，沿与其柱轴方向20形成45。的 线段X广Y" X2-Y2切断(第二切断工序)，制作如图2B所示的光学透镜1 (光学透 镜制作工序)。这两条线之间的间隔设定为与使用制作的光学透镜的光学元件(半导 体激光元件)的厚度对应的间隔。通过增加对切断处理后的预成型件50进行切断的线
段Xk-Yk线(k=l.....n)，可以制作多个相同的光学透镜，能够容易地对应大批量
生产。还有，也可以不将切断工序分为两个，而对经过线材拉伸处理的光学透镜母材 40以相对于柱轴方向20成45。倾斜的角度进行切断，由一次切断工序制作光学透镜1。
这样制作的光学透镜1由于线材拉伸处理的特性，其剖面形状具有与光学透镜母 材40相同的剖面形状。特别是，最初的光学透镜母材制作工序中制作的光学作用部的 形状在线材拉伸处理后也原封不动地得到保持，因此，在线材拉伸处理后的微型元件 阶段没有必要再度进行成型加工。还有，在本实施形态的光学透镜1的制造方法中， 利用一次线材拉伸处理工序制作具有多个曲面部43的光学透镜1，由于这些情况，可 以大幅减轻制造上的负担。
图3A 3C表示利用本实施形态的光学透镜制造方法制作的光学透镜的作用。这 些例子中，作为光学作用部43形成具备7个曲面的光学透镜1，因此，对从例如排列 有7个发光部的半导体激光元件射出的各光线，进行准直、聚光或光路变换后使其射 出。还有，这里所示的各光学透镜1、 101、 201的作用是显示对入射光进行的作用的， 并不一定是实际的实用例。
图3A所示的光学透镜1中，对自半导体激光元件15的发光部16射出的光，利 用在光入射侧和光出射侧以45。倾斜的状态形成2列的光学作用部43，使其以光轴为 中心轴旋转90。后射出出射光。自发光部16射出的光具有在X轴方向上短、在轴Y方 向上长的光束断面25，而利用光学透镜l进行光路变换的结果是，变换为具有在X轴 方向上长、在Y轴方向上短的光束断面26的出射光。
图3B所示的光学透镜101中，对自半导体激光元件15的发光部16射出的光，
利用在光入射侧和光出射侧分别形成为凹曲面、凸曲面的光学作用部43，在X方向上 准直或聚光后射出出射光。自发光部16射出的光具有在X轴方向上长、在Y轴方向 上短的光束断面125，而利用光学透镜101进行准直或聚光的结果是，变换为具有在X 轴方向上与光束断面125长度几乎相同、而在Y轴方向上比光束断面125更长的光束 断面126的出射光。还有，本实施形态的光学透镜的制造方法中，能够这样在光入射 侧和光出射侧制作2列作为光学作用部43的曲面部，因此也能够形成傅利叶型或望远 镜型的光学透镜。
在图3所示的光学透镜201中，对自半导体激光元件15的发光部16射出的光， 利用光入射侧形成为凸曲面的光学作用部43，在X方向上准直或聚光后，射出出射光。 从发光部16射出的光线具有在X轴方向上长、在Y轴方向上短的光束断面225，而 利用光学透镜201进行准直或聚光的结果是，变换为具有在X轴方向上与光束断面225 长度几乎相同、而在Y轴方向上则比光束断面225更长的光束断面226的出射光。在 对入射光在X轴方向上进行准直或聚光这一点上，具有与光学透镜101相同的作用。 对于光学透镜201，还可对光出射侧进一步实施切削加工，再形成能够在Y轴方向上 进行准直或聚光的光学作用部，构成在X方向和Y方向上都能够进行准直或聚光的光 学透镜。
下面根据图4 图7，对本发明其他实施形态的光学透镜的制造方法进行说明。 图4A是上述实施形态的光学透镜母材的剖面图。图4B是通过对图4A所示的光 学透镜母材进行线材拉伸处理形成的光学透镜的剖面图。上述实施形态的线材拉伸处 理工序在比光学透镜母材40的屈服点高、且成为光学作用部的曲面部43的形状不容 易受到因线材拉伸处理引起的变形的温度下进行。从而，线材拉伸处理温度设定为比 对光纤等进行拉伸时的温度低的温度，但这时有时会产生变形，光学透镜母材经过线 材拉伸处理，形成于侧面的平面部、即第1侧面44或第2侧面46向内侧收縮。如图 4A、 4B所清楚地显示的，光学透镜母材40的第l侧面44和第2侧面46在线材拉伸 后的光学透镜1中，都变形为向内侧凹陷的状态。下面将这样的变形称为"绕线畸变"。 对于受到绕线畸变影响的光学透镜，要把半导体发光元件各发光部射出的各光按照设 计要求的那样准确地进行准直或聚光是困难的。
图5是其他实施形态的光学透镜母材的总体图。图6A表示对图5所示的光学透 镜母材进行线材拉伸处理的工序。图6B表示利用图6A所示的线材拉伸处理工序得到 的切断处理后的预成型件的局部放大图。图7A是其他实施形态的光学透镜母材的剖 面图。图7B是通过对图7A所示的光学透镜母材进行线材拉伸处理形成的光学透镜的
剖面图。光学透镜母材140中，第l侧面144以及第2侧面146作为总体形成凸曲面。 通过这样形成第1侧面144及第2侧面146，在线材拉伸处理后该突出的份量縮进， 如图6B和图7B所示，形成更接近平面(或者就是成为平面本身)、线材拉伸引起的 畸变得到抑制的光学透镜501。这样，采用其他实施形态的光学透镜制造方法，能够 在与所希望的形状相等或接近的状态下形成光学透镜501。
以上根据实施形态对本发明进行了具体说明，但是本发明在实施时并不限于上述 实施形态，本发明包含落入本发明的权利要求范围内的发明的所用变更，可以在形状、 尺寸、配置、结构等方面有所变更。
例如在上述实施形态中，对图1A所示的光学透镜母材40进行线材拉伸处理时， 如图1B所示，是用牵拉辊33挟持经过线材拉伸处理的光学透镜母材的一对辊接触面 45，但是最好是如图8所示，用牵拉辊33挟持第1侧面44和第2侧面46。第1侧面 44和第2侧面46比辊接触面45宽度更大。因此通过用牵拉辊33挟持第1侧面44和 第2侧面46，能够稳定地进行线材拉伸处理。又，根据同样的理由，在进行图5所示 的光学透镜母材140的线材拉伸处理时，如图6A所示，最好是用牵拉辊33挟持第1 侧面144和第2侧面146，以代替用牵拉辊33挟持经过线材拉伸处理的光学透镜母材 的一对辊接触面45。
还有，日本专利第3121614号公报及英国公报GB2108483A公开了利用线材拉伸 处理方法的微型透镜制造方法，但其是对单一光起作用的透镜的制造方法，不是本发 明这样的对多束光起作用的光学透镜的制造方法，在这一点上是不同的。
工业应用性
采用本发明的光学透镜的制造方法，能够在线材拉伸处理之前的母材阶段决定光 学透镜的形状，特别是决定光学作用部的形状，因此能够以足够大的尺寸高精度地进 行母材加工，容易地形成光学透镜的形状，特别是形成光学作用部的形状。这样可以 减轻制造上的负担。
又，由于利用一次线材拉伸处理工序，就形成能够对自配置多个发光部的发光元 件射出的各光线起作用的光学透镜，因此能够大幅度减少制造工序。
权利要求
1.一种光学透镜的制造方法，所述光学透镜的多个曲面部形成在光入射面以及光出射面的两面上，其特征在于，包括光学透镜用母材的制造工序，所述光学透镜用母材为柱状形状，具有2个侧面，且在与柱轴方向正交的方向的两侧形成凸缘部，所述2个侧面具有分别与柱轴方向平行地形成的多个曲面部；在所述柱轴方向上对所制造的光学透镜用母材进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序；将经过线材拉伸处理的所述光学透镜用母材切断的切断工序；所述光学透镜用母材通过预先将所述2个侧面的至少一个侧面形成为凸曲面状，来抑制线材拉伸处理造成的形状歪斜的影响。
2. —种光学透镜的制造方法，其特征在于，在权利要求1的切断工序中，以相对 于柱轴方向设置倾斜角的状态来进行切断。
全文摘要
本发明的光学透镜的制造方法包括以下工序光学透镜用母材的制造工序，所述光学透镜用母材为柱状形状，具有2个侧面，且在与柱轴方向正交的方向的两侧形成凸缘部，所述2个侧面具有分别与柱轴方向平行地形成的多个曲面部；在所述柱轴方向上对所制造的光学透镜用母材进行线材拉伸处理的线材拉伸处理工序；将经过线材拉伸处理的所述光学透镜用母材切断的切断工序；所述光学透镜用母材通过预先将所述2个侧面的至少一个侧面形成为凸曲面状，来抑制线材拉伸处理造成的形状歪斜的影响。
文档编号C03B33/00GK101367601SQ20081013418
公开日2009年2月18日 申请日期2002年5月8日 优先权日2001年5月9日
发明者楠山泰 申请人:浜松光子学株式会社