(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子の複数の発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面が、前記半導体素子の前記発光部の配置方向（Ｘ軸方向）に沿って、光入射面及び光出射面の両面に形成され、かつ、Ｘ軸方向の両側には、前記光の光軸方向に前記光入射面及び前記光出射面から突出して一体形成される一対の突出部を備える光学レンズの製造方法であって、
それぞれが柱軸方向に延びる複数の曲面から形成されるとともに、柱軸方向に平行な第１側面と第２側面を備え、かつ、前記第１側面及び前記第２側面における柱軸方向と直交する方向の両側に、前記第１側面及び前記第２側面から突出した突出部を備える柱状形状の光学レンズ用母材を、
柱軸方向に線引き処理する際に、前記突出部の存在により前記線引き処理における加熱の影響から前記複数の曲面を保護することを特徴とする光学レンズの製造方法。
【請求項２】
前記線引き処理において、前記光学レンズ用母材の前記突出部を引っ張りローラにより挟持して線引き処理することを特徴とする請求項１記載の光学レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が出射した光に対して作用する光学レンズの製造方法に関する。
背景技術
【０００２】
従来型の光学レンズでは、各製造工程中や配送中に、入射光に対してコリメート又は集光する部位である光学作用部が、光学レンズを配置している配置面や隣接して置かれている部材の側面などに接触することがあった。
発明の開示
【０００３】
このような従来型の光学レンズでは、光学作用部が光学レンズを配置する配置面や他の部材と接触することによってキズがつき、出射光の性能を落とすという問題があった。
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、光学作用部にキズがつきにくく、出射光性能に優れた光学レンズの製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
本発明による光学レンズの製造方法は、半導体レーザ素子の複数の発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面が、半導体素子の発光部の配置方向（Ｘ軸方向）に沿って、光入射面及び光出射面の両面に形成され、かつ、Ｘ軸方向の両側には、光の光軸方向に光入射面及び前記光出射面から突出して一体形成される一対の突出部を備える光学レンズの製造方法であって、それぞれが柱軸方向に延びる複数の曲面から形成されるとともに、柱軸方向に平行な第１側面と第２側面を備え、かつ、第１側面及び第２側面における柱軸方向と直交する方向の両側に、第１側面及び第２側面から突出した突出部を備える柱状形状の光学レンズ用母材を、柱軸方向に線引き処理する際に、突出部の存在により線引き処理における加熱の影響から複数の曲面を保護することを特徴とする。
本発明によれば、半導体レーザ素子の複数の発光部から出射される各光にそれぞれ対応する複数の曲面を有する光学レンズの製造において、線引き処理における加熱の影響から複数の曲面を保護することのできる製造方法を提供することができる。
【０００５】
本発明により製造された光学レンズは、発光素子の複数の発光部が出射した各光に対して作用した後に出射する光学レンズであって、光入射面及び光出射面のうちの少なくとも一方の面に複数の曲面として形成され発光素子の各発光部が出射した各光に対してＸ軸方向に作用する光学作用部と、光学作用部が形成された面において光通過領域の両側に光軸方向に突出して一体に形成された一対の突出部と、を備え、一対の突出部は、光学作用部の表面よりも突出していることを特徴とする。
【０００６】
このような光学レンズによれば、光通過領域の両側に光学作用部表面よりも突出した一対の突出部が形成されているので、各製造工程中または配送中などにおいて、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などにその光学作用部が直接接触することを防止できるため、光学作用部にキズなどがつきにくい。
【０００７】
また、一対の突出部が一体に形成されているため、そこに新たに別の光学レンズを設置することが可能となる。
【０００８】
なお、「Ｘ軸方向」とは、発光素子としての半導体レーザ素子の活性層、クラッド層の積層方向（以下、これを「Ｙ軸方向」とする）、及び発光部が出射する光の光軸方向に対して交差する方向を示すものとする。また、「光に対して作用する」とは、入射光に対しコリメート又は集光することを指すものとする。
【０００９】
一対の突出部は、光入射面及び光出射面において光通過領域の両側に光軸方向に突出して一体に形成されていてもよい。これにより、光入射面側、光出射面側の双方に、別の光学レンズを設置することが可能となる。
【００１０】
光学作用部は、互いに接触して配列された複数の曲面として形成されていてもよい。これにより、複数の発光部を備えた発光素子が出射した各光に対し作用することが可能となる。
【００１１】
光学作用部は、光入射面及び光出射面に形成されていてもよい。これにより、テレスコープ構成又はフーリエ構成に構成することが可能となる。
【００１２】
本発明により製造された光学レンズは、上記した光学レンズにおいて、光入射面及び光出射面に曲面として形成され発光素子が出射した光に対してＸ軸方向に作用する光学作用部、に代えて、光入射面及び光出射面に曲面として形成され、発光素子が出射した光を光軸を中心軸として旋回させた後に出射する光学作用部、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
このような光学レンズによれば、入射光に対して旋回作用が施された出射光が得られる。入射光が、Ｘ軸方向及び光軸方向に交差するＹ軸方向、に対して既にコリメートされている場合には、発光素子が出射する各光が互いに重なり合う位置を先に延ばすことが可能となる。
【００１４】
光学作用部は、発光素子が発光した光を光軸を中心軸として９０°旋回させた後に出射することが望ましい。
本発明により製造された光学レンズは、上記した光学レンズと、光学レンズの突出部に対して取り付けられ、Ｘ軸方向及び光軸方向に交差するＹ軸方向に作用するＹ軸方向作用光学レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このような光学レンズでは、Ｙ軸方向に作用を受けた出射光が得られる。
曲面は非球面により形成されていてもよい。
本発明により製造された光学レンズを備える半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の各発光部が出射した各光に対して作用した後に出射する上記した光学レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、光学作用部にキズがつきにくい光学レンズを備えた半導体レーザ装置が実現する。
【００１７】
以上説明したように、本発明により製造された光学レンズは、光が入出射される互いに対向する一対の側面を備える光学レンズであって、一対の側面の少なくとも一方に設けられており、入射した光に対して所定方向に作用する複数の曲面を含む光学作用部と、光学作用部が設けられた側の側面に設けられており、側面と交差する方向に突出する一対の突出部と、を備え、一対の突出部は、光学作用部の表面よりも突出している。従って、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などにその光学作用部が直接接触することを防止でき、光学作用部にキズなどがつきにくい。
【００１８】
本発明は以下の詳細な説明および添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これらは単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。
発明を実施するための最良の形態
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施形態による光学レンズ及び半導体レーザ装置を詳細に説明する。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〜１Ｃ、図２Ａ〜２Ｅは、それぞれ実施形態に係る光学レンズの全体図である。本実施形態では、図中の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、光軸方向は、それぞれ互いに直交しているものとする。図１Ａに示す光学レンズ１は、発光素子としての半導体レーザ素子（図示しない）の各発光部が出射した各光に対し、光学作用部５によりＸ軸方向にコリメートして出射する。光学作用部５は光入射面に凸曲面として形成されている。この凸曲面はＹ軸方向に垂直な任意断面形状が全て同一の円弧形状を有するものである。このような曲面を以下、「Ｙ軸方向に平行な曲面」と呼ぶことにする。光学レンズ１における光学作用部５は、Ｙ軸方向に平行でありかつ互いに接触して配列された５つの凸曲面、より形成されており、５つの発光部を備えた半導体レーザ素子に対応することが可能である。
【００２０】
光学レンズ１の光通過領域（光学レンズ１の場合には、光通過領域は光学作用部５）の両側には、光軸方向に突出した一対の突出部１０が一体に形成されている。一対の突出部１０は、光学作用部５の表面より突出量１０ａ分だけ光軸方向に高くなるように設計されている。これにより、光学作用部５にキズ等がつくのを防止することが可能となっている。また、この一対の突出部１０には、更に別の光学レンズを設置することが可能である。これらの点についての詳細は後述される。この一対の突出部１０は、光学作用部５が形成されていない面（光学レンズ１の場合には、光出射面において光通過領域の両側）に設けられてもよい。これにより、光学作用部５が形成されていない側にも、別の光学レンズを設置することが可能となる。
【００２１】
本実施形態による光学レンズとしては、例えば図１Ｂに示す光学レンズ１０１のように、Ｘ軸方向に作用する光学作用部５が光入射面及び光出射面に形成されたものであってもよい。一対の突出部１０は光入射面、光出射面の双方に光通過領域の両側に形成されている。この光学レンズ１０１では、光学作用部５をテレスコープ構成、又はフーリエ構成に形成することが可能となる。以下、図２，３では、この光学レンズ１０１を例にして説明する。
【００２２】
また、図１Ｃに示す光学レンズ３０１のように、図１Ｂに示す光学レンズ１０１の光学作用部５に代えて、「Ｙ軸方向及び光軸方向に対して４５°を成す方向」に平行な５つの凸曲面から構成された光学作用部３０５、を設けたものであってもよい。光学レンズ３０１では、入射光を、光軸を中心軸として９０°旋回させた後に出射することが可能となる。
また、図２Ａに示す光学レンズ４０１のように、上記した光学レンズ１０１と、光学レンズ１０１に対して平行に配置されかつ光に対しＹ軸方向にコリメートするＹ軸方向作用光学レンズ１５と、から構成されたものであってもよい。Ｙ軸方向作用光学レンズ１５は、一対の突出部１０に対して接着した状態で取り付けられている。突出部１０は、光学レンズ１０１に対して一体にかつ所定の突出量１０ａに設定されて設けられているため、Ｙ軸方向作用光学レンズ１５を取り付けるためのスペーサやサイドタブなどを必要とせず（なお、後述するように、取り付けを安定させるべくサイドタブなどを使用してもよい）、またＹ軸方向作用光学レンズ１５の配置位置についての調整も容易になっている。この光学レンズ４０１では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共にコリメートされた出射光が得られる。
【００２３】
また、図２Ｂに示す光学レンズ５０１のように、上記した光学レンズ３０１と、光学レンズ３０１に対して平行に配置されかつ光に対しＹ軸方向にコリメートするＹ軸方向作用光学レンズ１５と、から構成されたものであってもよい。Ｙ軸方向にコリメートされた各光を光学レンズ３０１により９０°旋回して出射することにより、各出射光はＸ軸方向で互いに重なり合うことが無い。
【００２４】
また、図２Ｃに示す光学レンズ６０１のように、上記した光学レンズ１０１と、光学レンズ１０１に対して平行に配置されかつ光に対しＹ軸方向にコリメートするＹ軸方向作用光学レンズ１５と、光学レンズ１０１とＹ軸方向作用光学レンズとを搭載し搭載板２１と、から構成されたものであってもよい。搭載板２１を使用することでこれらのレンズ１０１，１５の位置関係を固定させ、また配置を容易にすることが可能となる。
【００２５】
また、図２Ｄ、２Ｅに示す光学レンズ７０１，８０１のように、上記した光学レンズ１０１と、光学レンズ１０１に対して平行に配置されかつ光に対しＹ軸方向にコリメートするＹ軸方向作用光学レンズ１５と、光学レンズ１０１とＹ軸方向作用光学レンズとに横方向から当接する一対のサイドタブ２２，１２２と、から構成されたものであってもよい。サイドタブ２２，１２２を使用することでこれらのレンズ１０１，１５の位置関係を固定させ、また配置を容易にすることが可能となる。
【００２６】
なお、本実施形態による光学レンズ１，１０１，３０１〜８０１では、何れも光学作用部の曲面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。なお、曲面は非球面であってもよい。
【００２７】
図３Ａ〜３Ｃ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。光学レンズ１０１は、例えば、以下に示すように線引き処理方法によって作製される。作製にあたっては、図３Ａに示すように、先ず透光性ガラス材料から成る光学部材を準備し、第１側面４４、第２側面４６を備えた柱状形状に成型加工し、これを光学レンズ用母材４０とする。透光性ガラス材料としては、例えば、ＢＫ７（（ショット社製）、屈折率１．５２、熱膨張係数７１×１０−７／Ｋ、屈伏点６１４℃）が使用される。第１側面４４、第２側面４６は、柱軸方向２０に対して平行に形成されている。
【００２８】
第１側面４４及び第２側面４６には、柱軸方向２０に対して平行な複数の曲面４３が互いに接触するように形成されている。この複数の曲面４３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５として機能する部分である。
【００２９】
第１の側面４４及び第２の側面４６の両側には、一対の突出部１０が更に形成されている。突出部１０は、第１側面４４及び第２側面４６に形成された曲面の表面よりもよりも突出量１０ａ分だけ高くなるように形成されている。この光学レンズ用母材４０の突出部１０は、線引き処理後、最終的に光学レンズ１０１の突出部１０となるものである（このようなことから同一の番号が付されている）。この光学レンズ用母材４０の突出部１０は、線引き処理工程における加熱の影響から曲面４３を保護するという機能を有する。即ち、線引き処理工程においては、線引き対象物である母材の角部は加熱の影響をより強く受けるため、線引きした結果角部において変形などが発生し易いが、本実施形態による光学レンズ用母材４０では一対の突出部１０が形成されており、突出部１０が代理してこの加熱の影響を受けるため、複数の曲面部４３（後の光学作用部５）は加熱による影響を免れ易くなっている。
【００３０】
また、図２Ａ，２Ｂを用いて既に説明したように、この光学レンズ１０１の突出部１０は、光学作用部５の表面から突出量１０ａの位置にＹ軸方向光学レンズ１５を取り付けるための取付部、としても機能するものである。このため、光学レンズ用母材４０の突出部１０の突出量１０ａは、加熱の影響分（通常は加熱変形による縮小率）を予め考慮された上で、その値が定められている。
【００３１】
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２〜６ｃｍ、長さ２０〜２００ｃｍ）である光学レンズ用母材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。
【００３２】
次に、図３Ｂに示すように、上記した工程により成型加工された光学レンズ用母材４０を、加熱手段としての電気炉３５等によりガラス材料の屈伏点以上に加熱し、所望の寸法となるように線引き処理をする。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３２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。
【００３３】
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（図示しない）、及び光学レンズ用母材４０を引っ張る引っ張りローラ９１が使用されている。この送り込みローラ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。上記したような柱状形状の光学レンズ用母材４０を線引きする場合、線引き前及び線引き後の光学レンズ用母材４０を送り込みローラ及び引っ張りローラ９１により挟持するようにすると、線引き処理中の光学レンズ用母材４０のねじれ発生を防止することが可能となる。特に、光学レンズ用母材４０は、一対の突出部１０を第１側面４４及び第２側面４６に有しているため、図３Ｂに示すように、引っ張りローラ９１はこの一対の突出部１０を介して光学レンズ用母材４０を安定して挟持することができ、線引き時に光学レンズ用母材４０がぐらつくことを防止することができる。
【００３４】
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９１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のプリフォーム５０が得られる。このプリフォーム５０は更に所望のサイズに切断され、図３Ｃに示すような光学レンズ１０１が作製される。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（送り込みローラの回転速度や線引き温度の調整など）が調整される。
なお、光ファイバーなどを線引き処理により製造する場合には、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カッタ装置３７などで切断する点に特徴がある。
【００３５】
このようにして作製された光学レンズ１０１は、線引き処理の特性からその断面形状は光学レンズ用母材４０と同一の断面形状を有する。特に、最初の光学レンズ用母材作製工程で作製した複数の曲面４３の形状が線引き処理後にもそのまま継承されて光学作用部５となるため、線引き処理後の微小な素子の段階で改めて成形加工する必要がない。更に、本実施形態による光学レンズ１０１の製造方法では、１回の線引き処理工程により、複数の曲面部４３を備えた光学レンズ１０１が作製されるものであり、これらのことから製造上の負担を大幅に軽減することが可能となっている。
【００３６】
因みに、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が、単一光に対して作用するレンズの製造方法であって、本発明のように複数の光に対して作用する光学レンズの製造方法ではなく、この点において異なるものである。
【００３７】
図４Ａは、光学レンズの光学作用部を下向きにして配置された状態を示す図である。図４Ｂは、光学レンズの光学作用部に他部材が隣接して配置された状態を示す図である。何れも、各製造工程中又は配送中等に頻繁に生じうる状態である。図４Ａから明らかなように、突出部１０は光学作用部５の表面よりも突出量１０ａだけ突出しているため、光学作用部５を下向きにして配置した状態でも光学作用部５は配置面に接触することがない。また、図４Ｂから明らかなように、光学作用部５に部材５０が隣接（接触）して配置された状態でも光学作用部５は部材５０の側面に接触することがない。このように、本実施形態による光学レンズ１０１では、光学作用部５が他と接触しにくい構造になっているため、キズがつきにくく出射光性能が劣化しにくいものとなっている。
【００３８】
図５は、本実施形態に係る半導体レーザ装置の全体図である。半導体レーザ装置１１は、半導体レーザ素子１８と、上記した光学レンズ４０１とから構成されている。半導体レーザ素子１８の各発光部１８ａが出射した各光は、Ｙ軸方向作用光学レンズ１５によりＹ軸方向にコリメートされ、光学レンズ１０１によりＸ軸方向にコリメートされ、出射される。従って、この光学レンズ４０１では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共にコリメートされた出射光が得られる。この半導体レーザ装置１１は、これに集光レンズなどを更に設置して、例えばレーザ加工装置として使用される。この際、最終的により小さい集光領域へと集光すべく、これらの光学系の配置・調整には厳密な精度が要求される。従来型の光学レンズにおいては、調整にあたって、スペーサ、サイドタブ、鏡筒などが用いられるため、工程が複雑化し、部品点数が増加するという問題があったが、この実施形態による半導体レーザ装置１１では、Ｙ軸方向にコリメートするＹ軸方向作用光学レンズ１５が設置される位置に合わせて、光学レンズ１０１に一対の突出部１０が一体に形成されているので、配置・調整の負担が軽減されており、また部品点数の増加も抑えられている。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る光学レンズは、光が入出射される互いに対向する一対の側面を備える光学レンズであって、一対の側面の少なくとも一方に設けられており、入射した光に対して所定方向に作用する複数の曲面を含む光学作用部と、光学作用部が設けられた側の側面に設けられており、側面と交差する方向に突出する一対の突出部と、を備え、一対の突出部は、光学作用部の表面よりも突出している。従って、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などにその光学作用部が直接接触することを防止でき、光学作用部にキズなどがつきにくい。
【００４０】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
【００４１】
本発明により製造された光学レンズでは、光通過領域の両側に光学作用部表面よりも突出した一対の突出部が形成されているので、各製造工程中または配送中などに、光学レンズが配置される配置面や光学レンズに隣接して置かれている部材の側面などにその光学作用部が直接接触することを防止できる。これにより、光学作用部にキズなどがつきにくくなり出射光性能に優れた光学レンズが提供される。
【００４２】
また、一対の突出部が所定の突出高さで一体に形成されているため、そこに新たに別の光学レンズを設置することが可能となる。即ち、別の光学レンズを設置する際の配置・調整上の負担が軽減され、部品点数の増加も抑えられた光学レンズが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
図１Ａ〜１Ｃは、それぞれ実施形態に係る光学レンズの全体図である。
図２Ａ〜２Ｅは、それぞれ実施形態に係る光学レンズの全体図である。
図３Ａ〜３Ｃ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４Ａは、光学レンズの光学作用部を下向きにして配置された状態を示す図である。図４Ｂは、光学レンズの光学作用部に他部材が隣接して配置された状態を示す図である。
図５は、本実施形態に係る半導体レーザ装置の全体図である。
【図１Ａ】
0004191493.tif 000002
【図１Ｂ】
0004191493.tif 000003
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0004191493.tif 000006
【図２Ｃ】
0004191493.tif 000007
【図２Ｄ】
0004191493.tif 000008
【図２Ｅ】
0004191493.tif 000009
【図３Ａ】
0004191493.tif 000010
【図３Ｂ】
0004191493.tif 000011
【図３Ｃ】
0004191493.tif 000012
【図４Ａ】
0004191493.tif 000013
【図４Ｂ】
0004191493.tif 000014
【図５】
0004191493.tif 000015