(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透光性材料により柱状形状に形成され側面に曲面を有する第１光学部材、を複数配列して形成された第１光学部材アレイと、線引き処理時の加熱温度において前記第１透光性材料より粘性の低い第２透光性材料により形成され、前記第１光学部材アレイを隣接・包囲するように配置された第２光学部材と、線引き処理時の加熱温度において第２透光性材料より粘性の高い第３透光性材料により形成され、前記柱軸方向に垂直な任意断面において前記第１光学部材アレイに対して並置されているように構成・配置された第１補強部材とを備え、前記第１光学部材アレイと前記第１補強部材との間には、前記第２光学部材が配置されている、光学レンズ用母材を作製する光学レンズ用母材作製工程と、
前記光学レンズ用母材作製工程により作製された前記光学レンズ用母材を、所望の外径になるまで柱軸方向に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光学レンズ用母材を、所望の長さで切断して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光学レンズ用母材の前記曲面は、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光学レンズの製造方法。
【請求項２】
前記光学レンズ用母材の前記第１光学部材アレイは、２列の第１光学部材アレイである請求項１に記載の光学レンズの製造方法。
【請求項３】
前記光学レンズ用母材の前記第２光学部材は、円筒管と、前記円筒管内の中央部に配置された前記第１光学部材アレイと前記円筒管との間の隙間領域を埋めるスペーサと、を有する請求項１又は２に記載の光学レンズの製造方法。
【請求項４】
前記光学レンズ用母材は、第２透光性材料より粘性の高い第３透光性材料により形成され、前記柱軸方向に垂直な任意断面において前記第１光学部材アレイに対して交差する方向にあるように構成・配置された第２補強部材、を更に備えた請求項１〜３の何れかに記載の光学レンズの製造方法。
【請求項５】
前記光学レンズ用母材において、前記第２補強部材は前記第１光学部材アレイから所定距離離間して配置されている請求項４に記載の光学レンズの製造方法。
【請求項６】
前記第１透光性材料及び前記第３透光性材料は同一の透光性材料である請求項１〜５の何れかに記載の光学レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。このような製造方法によれば、円柱形状のプレフォーム（母材）を成形しこれを加熱して線引き加工することで、プレフォームと同一断面形状の円柱レンズが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来型の光学レンズの製造方法では、線引き処理の過程でプレフォームが歪みなどを起こして変形し、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、といった不具合が生じていた。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、線引き処理により母材が変形するのを抑制することが可能な光学レンズの製造方法、を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、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、を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による光学レンズの製造方法は、第１透光性材料により柱状形状に形成され側面に曲面を有する第１光学部材、を複数配列して形成された第１光学部材アレイと、線引き処理時の加熱温度において第１透光性材料より粘性の低い第２透光性材料により形成され、第１光学部材アレイを隣接・包囲するように配置された第２光学部材と、線引き処理時の加熱温度において第２透光性材料より粘性の高い第３透光性材料により形成され、柱軸方向に垂直な任意断面において第１光学部材アレイに対して並置されているように構成・配置された第１補強部材とを備え、第１光学部材アレイと第１補強部材との間には、第２光学部材が配置されている、光学レンズ用母材を作製する光学レンズ用母材作製工程と、光学レンズ用母材作製工程により作製された光学レンズ用母材を、所望の外径になるまで柱軸方向に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光学レンズ用母材を、所望の長さで切断して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光学レンズ用母材の曲面は、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ものである。
【０００７】
このような光学レンズの製造方法によれば、母材の段階で光学作用部の形状（曲面形状）を形成することができるため、光学作用部を容易に形成することが可能となる。
【０００８】
また、第１光学部材アレイが第２光学部材によって隣接・包囲された光学レンズ用母材、を線引き処理することにより光学レンズの製造が行われるので、線引き処理により第１光学部材アレイに歪みなどの変形が発生するのを抑制することが可能となる。
また、線引き処理工程に要する加熱温度において、第１透光性材料の粘性は第２透光性材料よりも高い（第２透光性材料の粘性は第１透光性材料よりも低い）。これにより、線引き処理工程中、第１透光性材料より成る第１光学部材はその形状を保持した状態で第２透光性材料より成る第２光学部材は軟化し、軟化した第２光学部材により第１光学部材と第２光学部材との間の隙間が埋められる。
また、光学レンズ用母材は、線引き処理時の加熱温度において第２透光性材料より粘性の高い第３透光性材料により形成され、柱軸方向に垂直な任意断面において第１光学部材アレイに対して並置されているように構成・配置された第１補強部材、を更に備えている。粘性の高い第１補強部材がこのように設けられることにより、線引き処理工程により第１光学部材アレイが歪んだり、第１光学部材アレイの各第１光学部材が互いにズレたりするのを抑制することが可能となる。
【０００９】
なお、「光に対して作用する」とは、光に対してその発散角を変化させて出射すること（コリメート、集光など）、又は光路変換して出射することを指すものとする。「光学作用部」とは、光学レンズにおいて光に対して作用することが可能な部位を指すものとする。
【００１１】
光学レンズ用母材の第１光学部材アレイは、２列の第１光学部材アレイであってもよい。
【００１２】
光学レンズ用母材の第２光学部材としては、例えば、円筒管と、円筒管内の中央部に配置された第１光学部材アレイと円筒管との間の隙間領域を埋めるスペーサと、を有する。
【００１４】
光学レンズ用母材において、第１補強部材は第１光学部材アレイから所定距離離間して配置されていることが望ましい。粘性の高い第１補強部材は第１光学部材アレイからは所定距離離間した位置に配置されており、また第１光学部材アレイは第１補強部材よりも粘性の低い第２光学部材によって隣接・包囲されているので、第１補強部材と第１光学部材アレイとの間のこの第２光学部材は、線引き処理工程にあって緩衝材（クッション材）としての役割を果たす。
【００１５】
光学レンズ用母材は、第２透光性材料より粘性の高い第３透光性材料により形成され、柱軸方向に垂直な任意断面において第１光学部材アレイに対して交差する方向にあるように構成・配置された第２補強部材、を更に備えていることが望ましい。粘性の高い第２補強部材がこのように設けられることにより、第１光学部材アレイが２列に形成されている場合には、線引き処理工程により２列の第１光学部材アレイの位置がずれ、互いの位置関係が崩れるのを抑制することが可能となる。
【００１６】
光学レンズ用母材において、第２補強部材は第１光学部材アレイから所定距離離間して配置されていることが望ましい。粘性の高い第２補強部材は第１光学部材アレイからは一定距離離間した位置に配置されており、また第１光学部材アレイは第２補強部材よりも粘性の低い第２光学部材によって隣接・包囲されているので、第２補強部材と第１光学部材アレイとの間のこの第２光学部材は、線引き処理工程にあって緩衝材（クッション材）としての役割を果たす。
【００１７】
第１透光性材料及び第３透光性材料は同一の透光性材料であってもよい。
【００１８】
第１透光性材料は第２透光性材料とは屈折率が異なることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施形態を詳細に説明する。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。
【００２１】
図１（ａ）〜１（ｄ）は、実施形態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１（ａ）には、光学レンズ用母材作製工程として作製すべき光学レンズ用母材４０が示されている。光学レンズ用母材４０は、第１透光性材料より成る第１光学部材１０と、第２透光性材料より成る第２光学部材２０と、から構成されている。第１透光性材料と第２透光性材料はそれぞれ異なる屈折率を有するものが選択されている。本実施形態では、第１透光性材料としては、ＬａＳＦｎ１４（屈折率１.８３、熱膨張係数８２×１０-7／Ｋ、屈伏点６８９℃（住田光学製））が、第２透光性材料としては、ＢＫ７、屈折率１.５２、熱膨張係数７１×１０-7／Ｋ、屈伏点６１４℃（ショット社製））が使用されている。
【００２２】
第１光学部材１０は柱状形状に形成され側面には曲面１０ａが形成されている。この第１光学部材１０は複数互いに接触した状態で配列されており、これにより第１光学部材アレイ１１が形成されている。図１（ａ）の例では、第１光学部材アレイ１１は、２列互いに平行になるよう所定の間隔で配置されている。本実施形態による光学レンズ用母材４０では、曲面１０ａは凸曲面として形成されているが、凹曲面として形成することも可能である。また、曲面１０ａは非球面であってもよい。なお、この曲面１０ａは、線引き処理後に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部分である。図中、これら曲面と光学作用部に対しては、同一の符号をつけてある。
【００２３】
第２光学部材２０は、円筒管２０ａと、複数のスペーサ２０ｂ〜２０ｄとから構成されている。第１光学部材アレイ１１は円筒管２０ａの中央部に配置され、第１光学部材アレイ１１と円筒管２０ａとの間の隙間領域には、スペーサ２０ｂ〜２０ｄがその隙間領域を埋めるように配置されている。
【００２４】
このように、線引き処理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２〜６ｃｍ、長さ２０〜２００ｃｍ）である光学レンズ用母材４０の段階で、光学作用部（曲面）の形成、第１光学部材１０の配列を行うことができるため、簡単かつ正確にそれらの作業を行うことが可能となる。
【００２５】
図１（ｂ）には、光学レンズ用母材作製工程により成形加工された光学レンズ用母材４０を線引き処理する工程について示されている。光学レンズ用母材４０は、加熱手段としての電気炉３５により、第２透光性材料の屈伏点以上かつ第１透光性材料の屈伏点以上の温度に加熱され、所望の寸法になるように線引き処理される。このような温度に設定することにより、線引き処理工程中、第１透光性材料より成る第１光学部材１０はその形状を保持した状態で第２透光性材料より成る第２光学部材２０は軟化し、軟化した第２光学部材２０により第１光学部材と第２光学部材との間の隙間（スペーサ２０ｂ〜２０ｄによっても埋めきれない隙間）が埋められる。これにより、最終的には内部に隙間の無い光学レンズを形成することが可能となっている。
【００２６】
電気炉３５は光学レンズ用母材４０を囲むように環状に形成され、光学レンズ用母材４０に対して周囲から等しく加熱することが望ましい。電気炉３５には温度調整装置が接続されていて、電気炉３５の温度を変えて線引き処理の温度を調整することが可能となっている。また、加熱された光学レンズ用母材４０を線引きして引き伸ばすのには、光学レンズ用母材４０を電気炉３５へ送り込む送り込みローラ３２、及び線引きされた光学レンズ用母材４０を引っ張る引っ張りローラ３３、が使用されている。この送り込みローラ３２の回転速度を調整することで、光学レンズ用母材４０が受けるトータル熱量を決定することも可能である。
【００２７】
光学レンズ用母材４０は、線引き処理された結果、その寸法が所望の寸法（例：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装置３７により切断され、長さにして５ｍｍ〜２０００ｍｍのロッド５０が得られる。寸法について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。なお、この線径測定装置３８は、レーザ部、受光部、解析部から成り、レーザ部により発光された光は線引き処理された光学レンズ用母材４０を透過し、その透過光が受光部により受光され、その受光光量などから線引き処理された光学レンズ用母材４０の寸法が解析部により算出されるようになっている。その算出結果は図示しない制御部へ送信され、所望の寸法であった場合にはカッタ装置３７を駆動し、所望の寸法でなかった場合には線引き処理環境（送り込みローラ３２の回転速度や線引き温度の調整など）が調整される。
【００２８】
図１（ｃ）には、ロッド５０から形成されたプリフォーム５１が示され、図１（ｄ）には、プリフォーム５１から形成される光学レンズ１が示されている。カッター装置３７による切断工程によって形成されたロッド５０は更に厚さ５１ａに切断され、プリフォーム５１が形成される。このプリフォーム５０を切削加工し、第２光学部材２０の余分な部分を削ぎ落とし外周部を研磨することで、図１１（ｄ）に示すような所望の大きさを有する光学レンズ１が作製される。上記した、線引き処理された光学レンズ用母材４０をカッター装置３７により切断してロッド５０を形成する工程から、プリフォーム５１を加工して光学レンズ１を形成する工程までを、光学レンズ作製工程とする。
【００２９】
このようにして作製された光学レンズ１は、半導体レーザ素子の複数の発光部は出射した各光に対してコリメートした後、出射することが可能となる。この光学レンズ１では、最初の光学レンズ用母材作製工程で作製した第１光学部材１０の曲面１０ａ(線引き処理後には光学作用部となる)の形状や、第１光学部材１０を配列して形成された第１光学部材アレイ１１の形状、が線引き処理後にもそのまま継承されているため、線引き処理後の微小な素子の段階で改めて光学作用部１０ａを成形加工する必要がなく、また各第１光学部材１０を配列するといった作業も必要としない。なお、この第１光学部材１０は別の線引き処理工程により形成されたものを使用することもできる。これにより、更に大きいサイズで光学作用部１０ａを形成することが可能となる。このように本実施形態による光学レンズの製造方法では、製造工程を大幅に軽減することが可能となっている。
【００３０】
図２（ａ）〜２（ｅ）は、それぞれ光学レンズ用母材の断面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）に示す光学レンズ用母材４０のＸ−Ｘ’線に沿う断面図である。図に端的に示されるように、２列の第１光学部材アレイ１１は、それぞれ第２光学部材２０のスペーサ２０ｂ〜２０ｄによって四方から隣接・包囲されている。これにより、線引き処理工程において、第１光学部材アレイ１１に歪みなどの変形が生じるのを抑制することが可能となっている。
【００３１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光学レンズ用母材４０に対し、第１光学部材アレイ１１が１列の場合の光学レンズ用母材１４０、の断面図である。同様に、第１光学部材アレイ１１が第２光学部材２０のスペーサ１２０ｂ，１２０ｃによって四方から隣接・包囲されているので、線引き処理工程において、第１光学部材アレイ１１に歪みなどの変形が生じるのを抑制することが可能となっている。
【００３２】
図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す光学レンズ用母材４０に対し、第１光学部材アレイ１１に対して平行となるように（断面図上で）構成・配置された第１補強部材２４と、第１光学部材アレイ１１に対して直交するように（断面図上で）構成・配置された第２補強部材２５と、を更に備えた光学レンズ用母材２４０、の断面図である。各補強部材２４，２５は、２列の第１光学部材アレイ１１を取り囲むように配置されている。これらの各補強部材２４，２５には、線引き処理時の加熱温度において第２透光性材料よりも粘性の高い第３透光性材料、が使用されている。第３透光性材料には第１光学部材１０を構成する第１透光性材料が使用されてもよい。
【００３３】
図２（ｃ）に示されているように、第１補強部材２４の内側側面２４ａは第１光学部材アレイ１１に対して平行であり、第２補強部材２５の内側側面２５ａは第１光学部材アレイ１１に対して直交している。「第１光学部材アレイに対して並置された第１補強部材」、「第１光学部材アレイに対して交差する方向にあるように配置された第２補強部材」には、次に説明する図２（ｄ）のようなものだけでなく、このように、各補強部材と内側側面との関係が並置関係（好ましくは平行関係）、交差関係（好ましくは直交関係）であるものまで含まれるものとする。
【００３４】
光学レンズ用母材２４０では、この粘性の高い第１補強部材２４が設けられることにより、第１光学部材アレイ１１は線引き処理工程においてそのアレイ形状が維持され易くなり、歪んだり第１光学部材アレイ１１を構成する各第１光学部材１０が互いにずれたりするのを抑制することが可能となっている。また同様に、粘性の高い第２補強部材２５が設けられることにより、線引き処理工程において２列の第１光学部材アレイ１１の位置がずれ、位置関係が崩れるのを抑制することが可能となっている。
【００３５】
また、光学レンズ用母材２４０では、これらの補強部材２４，２５は第１光学部材アレイ１１からは一定距離離間した位置に配置され、補強部材２４，２５と第１光学部材アレイ１１との間には、粘性の低い第２透光性材料より成るスペーサ２２０ｂ，２２０ｃが配置されている。これにより、これらのスペーサ２２０ｂ，２２０ｃが緩衝材（クッション材）として機能し、補強部材２４，２５の影響で第１光学部材アレイ１１が線引き処理工程によって反り返ったり又は割れたりする不具合が生じないようになっている。
【００３６】
図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す光学レンズ用母材２４０に対し、第１光学部材アレイ１１を取り囲むように配置されている補強部材２４，２５の外側に更にスペーサ３２０ｅ，３２０ｆが配置されている場合の光学レンズ用母材３４０、の断面図である。この光学レンズ用母材３４０は、図２（ｃ）に示す光学レンズ用母材２４０と同等の効果を有する。光学レンズ用母材３４０では、粘性の高い補強部材３２４，３２５を上記したような効果を与えるのに必要最小限の分量（厚み）にし、抑制された分が粘性の低いスペーサ３２０ｅ，３２０ｆに置換されているので、線引き処理工程が円滑に行われるようになっている。
【００３７】
図２（ｅ）は、図２（ｄ）に示す光学レンズ用母材３４０に対し、第１光学部材アレイ１１が１列の場合の光学レンズ用母材４４０、の断面図である。第１光学部材アレイ１１が１列の場合、アレイ１１と交差する方向に配置される第２補強部材は必要ないので、構成が簡単になっている。
【００３８】
図３（ａ）〜３（ｃ）、図４（ａ），４（ｂ）は、本実施形態による光学レンズの製造方法の効果を示す図である。簡単のため、プリフォームの段階を例にとって説明する。図３（ａ）は、第１光学部材アレイ１１が第２光学部材２０により四方から隣接・包囲されていない光学レンズ用母材、が線引き処理されて形成されたプリフォーム８５１の平面図である。図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す光学レンズ用母材１４０が線引き処理されて形成されたプリフォーム１５１の平面図である。図３（ｃ）は、図２（ｅ）に示す光学レンズ用母材４４０が線引き処理されて形成されたプリフォーム４５１の平面図である。
【００３９】
プリフォーム８５１では、第１光学部材アレイ１１が第２光学部材２０により隣接・包囲されていないためアレイ１１周囲には隙間が多く形成され、このため線引き処理工程によって第１光学部材アレイ１１に「歪み」が発生しているが、プリフォーム１５１では、第１光学部材アレイ１１が第２光学部材２０により四方から隣接・包囲されているため、このような不具合は解消されている。なお、説明は省略されているが、図２（ａ）に示す光学レンズ用母材４０が線引き処理されて形成されたプリフォーム５１、についても同様の効果が得られる。
【００４０】
プリフォーム４５１では第１補強部材４２４が設けられているため、このような「歪み」現象や、更に各第１光学部材１０が互いにずれたりする現象が抑制されたものとなっている。最終的な光学レンズ４０１（図示しない）を作製する上で、この第１補強部材４２４の部分は削除されてもよい。なお、図３（ａ）に示されたような歪みは、第２光学部材２０により隣接・包囲されていない場合には必ず生じる、というものではないことを断っておく。
【００４１】
図４（ａ）は、２列の第１光学部材アレイ１１に対して補強部材が設けられていない光学レンズ用母材、が線引き処理されて形成されたプリフォーム９５１の平面図である。図４（ｂ）は、図２（ｄ）に示す光学レンズ用母材３４０が線引き処理されて形成されたプリフォーム３５１の平面図である。プリフォーム９５１では、第１光学部材アレイ１１の位置がずれて、２列の第１光学部材アレイ１１の位置関係が崩れているが、これに対してプリフォーム３５１では、第２補強部材３２５の作用によりこのような不具合が解消されている。なお、図２（ｃ）に示す光学レンズ用母材２４０が線引き処理されて形成されたプリフォーム２５１（図示しない）に対しても同様の効果が得られる。
【００４２】
なお、特公平７−１５５２１号公報には、線引き処理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、形成される光学レンズにおいても、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、本実施形態とは異なるものである。
【００４３】
また、特開昭６１−２６００２号公報には、埋め込み型のレンズアレイの製造方法について開示されているが、イオン拡散によって形成された半円柱状レンズが複数設けられた一対の透明基板、を貼りあわせることによって作製されるものであって、本実施形態による光学レンズの製造方法とは全く異なるものである。また形成されるレンズにおいても、その光軸方向は円柱状レンズの軸線に平行する方向である、という点で本実施形態とは異なるものである。
【００４４】
以上、本発明を実施形態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前記実施形態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、構成などについて変更が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による光学レンズの製造方法では、十分に大きい母材の段階で光学作用部の形状（曲面形状）を容易に形成することができるため、正確に作用する光学作用部を備えた光学レンズが実現する。また、製造上の負担を軽減することが可能となる。
【００４６】
また、本発明による光学レンズの製造方法では、第１光学部材アレイが第２光学部材によって隣接・包囲された光学レンズ用母材、が線引き処理されるので、線引き処理した結果、第１光学部材アレイに歪みなどの変形が発生するのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜１（ｄ）は、実施形態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】図２（ａ）〜２（ｅ）は、それぞれ光学レンズ用母材の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜３（ｃ）は、本実施形態による光学レンズの製造方法の効果を示す図である。
【図４】図４（ａ），４（ｂ）は、本実施形態による光学レンズの製造方法の効果を示す図である。
【符号の説明】
１…光学レンズ、１０…第１光学部材、１０ａ…曲面、１１…第１光学部材アレイ、２０…第２光学部材、２０ａ…円筒管、２０ｂ〜２０ｄ…スペーサ、４０，１４０，２４０，３４０，４４０…光学レンズ用母材、５０…ロッド、５１…プリフォーム。
【図１】
0004841742.tif 000002
【図２】
0004841742.tif 000003
【図３】
0004841742.tif 000004
【図４】
0004841742.tif 000005