光学透镜及半导体激光装置 技术领域
本发明涉及对发光元件发射的光起作用的光学透镜。
背景技术
已有类型的光学透镜，各制造工序中和发送中将入射光准直化或聚焦的部位即光学作用部有与配置光学透镜的配置面或邻接配置的构件的侧面等接触的情况。
发明内容
这样的已有的光学透镜中，存在着光学作用部与配置光学透镜的配置面或其他构件接触从而造成伤痕，导致出射光的性能下降的问题。
本发明鉴于上述存在问题而作，其目地在于，提供光学作用部不容易受伤，出射光性能优异的光学透镜。
本发明的光学透镜是对发光元件的多个发光部发射的各光起作用后使其出射的光学透镜，其特征在于，具备光入射面及光出射面中的至少一个面上作为曲面形成多个，对发光元件的各发光部出射的各光线在X轴方向上施加作用的光学作用部、以及在形成光学作用部的面上，在光通过区域两侧形成向光轴方向突出地成一体形成的一对凸出部，一对凸出部比光学作用部的表面突出。
采用这样的光学透镜，由于在光通过区域两侧形成比光学作用部表面突出的一对凸出部，因此在各制造工序中或发送中能够防止该光学作用部直接接触配置光学透镜的配置面和与光学透镜邻接配置的构件的侧面等，因此光学作用部不容易受伤。
又，由于一对凸出部是成一体形成的，因此在该处能够新设置别的光学透镜。
还有，所谓“X轴方向”是指垂直于作为发光元件的半导体激光元件的活性层、被覆层的叠层方向(以下将其称为“Y轴方向”)以及发光部发出的光的光轴方向的方向。又，所谓“对光起作用”是指使入射光准直化或聚光。
一对凸出部也可以在光入射面及光出射面成一体形成于光通过区域的两侧并且向光轴方向突出。这样就可以在光入射侧和光出射侧设置别的光学透镜。
光学作用部也可以作为相互接触配置的多个曲面形成。这样就可以对具备多个发光部的发光元件射出的各光起作用。
光学作用部也可以形成于光入射面及光出射面。这样就可以望远镜结构或傅利叶结构。
本发明的光学透镜其特征在于，在上述光学透镜中设置在光入射面及光出射面上作为曲面形成，使发光元件射出的光以光轴为中心旋转后射出的光作用部，代替在光入射面及光出射面上作为曲面形成，在X轴方向上对发光元件射出的光起作用的光学作用部。采用这样的光学透镜可以得到对入射光施加旋转作用后的出射光。在入射光相对于与X轴方向及光轴方向交叉的Y方向已经准直化的情况下，能够使发光元件射出的各光线相互重叠的位置向前延伸。
光学作用部最好是使发光元件发出的光线以光轴为中心轴旋转90°后射出。
本发明的光学透镜其特征在于具备上述光学透镜、以及安装于光学透镜的凸出部，在与X轴方向及光轴方向交叉的Y轴方向上作用的Y轴方向作用光学透镜。
用这样的光学透镜能够得到在Y轴方向上受作用的出射光。
曲面也可以利用非球面形成。
本发明的半导体激光装置其特征在于，具备半导体激光元件、以及对半导体激光元件的各发光部射出的各光线起作用后使其射出的上述光学透镜。
借助于此，可以实现具备光学部不容易受伤的光学透镜的半导体激光装置。
如上所述，本发明的光学透镜是具备光入射出射的相对的一对侧面的光学透镜，具备包含多个在一对侧面的至少一方设置，在规定的方向上对入射光起作用的多个曲面的光学作用部、以及在设置光学作用部的一侧的侧面上设置，在与侧面交叉的方向上突出的一对凸出部，一对凸出部比光学作用部的表面突出。从而能够防止该光学作用部直接接触配置光学透镜的配置面或与光学透镜邻接配置的构件的侧面等，光学作用部不容易受伤。
利用以下的详细说明和附图，能够更加充分地理解本发明。
这些说明只是作为例示，不应该理解为对本发明的限定。
附图说明
图1A～1C分别为实施形态的光学透镜的总体图；
图2A～2E分别为实施形态的光学透镜的总体图；
图3A～3C是实施形态的光学透镜的制造方法的各工序的概略图；
图4A表示将光学透镜的光学作用部向下配置的状态图；
图4B是靠近光学透镜的光学作用部配置其他构件的状态图；
图5是本实施形态的半导体激光装置的总体图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明的实施形态的光学透镜及半导体激光装置进行详细说明。在以下的说明中，相同和相当的部分以相同的符号表示，并且省略重复说明。
图1A～1C、图2A～2E分别为实施形态的光学透镜的总体图。在本实施形态中，图中的X轴方向、Y轴方向、光轴方向分别互相正交。图1A所示的光学透镜1对作为发光元件的半导体激光元件(未图示)的各发光部射出的各光线利用光学作用部5在X轴方向上使其准直化后射出。光学作用部5在光入射面上作为凸曲面形成。该凸曲面的垂直于Y轴方向的任意剖面形状具有完全相同的圆弧形状。这样的曲面在下面称为“平行于Y轴方向的曲面”。光学透镜1的光学作用部5由平行于Y轴方向、并且相互接触地配置的5个凸曲面形成，能够与具备5个发光部的半导体激光元件对应。
在光学透镜1的光通过区域(在光学透镜1的情况下，光通过区域是光学作用部)的两侧成一体地形成向光轴方向突出的一对凸出部10。一对凸出部10设计为在光轴方向上比光学作用部5的表面高出突出量10a。这样就能够防止光学作用部5受伤。又，可以在该一对凸出部10上再设置别的光学透镜。关于这几点将在下面详细说明。该一对凸出部10也可以设置于形成光学作用部5的面(光学透镜1的情况下，光出射面中光通过区域两侧)上。这样，在未形成光学作用部5的一侧也能够设置别的光学透镜。
作为本实施形态的光学透镜，例如图1B所示的光学透镜101所示，在X轴方向起作用的光学作用部5也可以形成于光入射面及光出射面上。一对凸出部10在光入射面及光出射面双方形成于光通过区域的两侧，该光学透镜101中，可以将光学作用部5做成望远镜结构或傅利叶结构。下面在图2、3以该光学透镜101为例进行说明。
又，如图1C的光学透镜301所示，也可以设置平行于“与Y轴方向及光轴方向成45°的方向”的5个凸曲面构成的光学作用部305，以代替图1B所示的光学透镜101的光学作用部5。光学透镜301可以使入射光以光轴为中心轴旋转90°后射出。
又，如图2A的光学透镜401所示，也可以由上述光学透镜101和对光学透镜101平行配置且使光在Y轴方向上准直化的Y轴方向作用光学透镜15构成。Y轴方向作用光学透镜15以相对于一对凸出部10呈连接的状态安装。凸出部10相对于光学透镜101呈一体设定成规定的突出量10a，因此不需要安装Y轴方向作用透镜15用的衬垫(spacer)和侧片(side tab)(还有，如下所述，也可以使用能够使安装稳定的侧片等)，又，对Y轴方向作用光学透镜15的配置位置的调整也变得容易。用该光学透镜401，在X轴方向、Y轴方向都能够得到准直的出射光。
又，如图2B的光学透镜501所示，也可以由上述光学透镜301和与光学透镜301平行配置且在Y轴方向上使光线准直的Y轴方向作用光学透镜15构成。利用光学透镜301使在Y轴方向上准直化的各光线旋转之后射出，以此使各出射光在X方向上不发生相互重叠。
又，如图2C的光学透镜601所示，也可以由上述光学透镜101、与光学透镜101平行配置且在Y轴方向上使光线准直化的Y轴方向作用光学透镜15、以及安装有光学透镜101和Y轴方向作用光学透镜的搭载板21构成。使用搭载板21使这些透镜101、15的位置关系固定化，而且能够使配置工作容易进行。
又如图2D、2E中的光学透镜701、801所示，也可以由上述光学透镜101、与光学透镜101平行配置且在Y轴方向上使光线准直化的Y轴方向作用光学透镜15，以及从横方向与光学透镜101和Y轴方向作用光学透镜接触的一对侧片22、122构成。使用侧片22、122使这些透镜101、15的位置关系固定化，而且能够使配置工作容易进行。
还有，本实施形态的光学透镜1、101、301～801中，光学作用部的曲面都形成为凸曲面，但是也可以形成凹曲面。曲面也可以是非球面。
图3A～3C是实施形态的光学透镜的制造方法的各工序的概略图。光学透镜101例如以下所示，利用拉拔处理方法制造。制作时如图3A所示，首先准备透光性玻璃材料构成的光学构件，成型加工为具备第1侧面44、第2侧面46的柱状形状，将其作为光学透镜用母材40。透光性玻璃材料可以使用例如BK7(ショット公司制造，折射率为1.52，热膨胀系数为71×10-7/K，屈服点614□)。第1侧面44、第2侧面46形成为平行于柱轴方向20。
第1侧面44和第2侧面46上，形成相互接触而且平行于柱轴方向20的多个曲面43。该多个曲面43是拉拔处理后作为对入射光或出射光起作用的光学作用部5起作用的部分。
在第1侧面44及第2侧面46的两侧上还形成一对凸出部10。凸出部10形成得比在第1侧面44及第2侧面46上形成的曲面的表面高出突出量10a的份额。该光学透镜用母材40的凸出部10是在拉拔处理后最终形成光学透镜101的凸出部10的(由于这样的情况赋予相同的编号)。该光学透镜用母材40的凸出部10具有保护曲面43免受拉拔处理工序中加热影响的功能。也就是说，在拉拔处理工序中，作为拉拔对象的母材的角部受到加热的影响更大，因此在拉拔处理的结果的角部容易发生变形等情况，但是，本实施形态的光学透镜用母材40中形成一对凸出部10，凸出部10代为承受该加热的影响，因此多个曲面部43(下面的光学作用部5)容易避免加热的影响。
又如上面利用图2a、2b已经进行的说明那样，该光学透镜101的凸出部10也作为在离光学作用部5的表面距离等于突出量10a的位置上安装Y轴方向光学透镜15用的安装部起作用。因此，光学透镜用母材40的凸出部10的突出量10a的大小是在预先考虑加热影响的大小(通常是加热变形引起的缩小率)的基础上决定的。
这样，在采用拉拔方法的光学透镜制造方法中可以在足够大尺寸(例如，宽度及高度为2～6cm，长度20～200cm)的光学透镜用母材40的阶段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，能够简单而且正确地进行这些工作。
接着，如图3B所示，对利用上述工序进行成型加工的光学透镜用母材40，借助于作为加热手段的电炉35等进行加热使其达到玻璃材料的屈服点以上，进行拉拔处理使其达到所希望的尺寸。最好是电炉35形成包围光学透镜用母材40的环状，对光学透镜用母材40从周围均匀加热。电炉35上连接温度调整装置32，能够改变电炉35的温度，对拉拔处理的温度进行调整。
又，为了对加热的光学透镜用母材40进行拉拔，使用将光学透镜用母材40送入电炉35的送入辊(未图示)以及对光学透镜用母材40进行牵拉的牵拉辊91。通过调整该送入辊的旋转速度，也能够决定光学透镜用母材40受到的总热量。在对上面所述那样的柱状光学透镜用母材40进行拉拔的情况下，如果利用送入辊及牵拉辊91挟持拉拔之前及拉拔之后的光学透镜用母材40，就能够防止拉拔处理中光学透镜用母材40发生扭转。特别是光学透镜用母材40由于在第1侧面44及第2侧面46具有一对凸出部10，如图3B所示，牵拉辊91能够通过该一对凸出部10稳定地挟持光学透镜用母材40，在拉拔时能够防止光学透镜用母材40晃动。
光学透镜用母材40在判断为拉拔处理的结果是，其尺寸等于所希望的尺寸(例如，0.5～15mm)的情况下，利用设置于牵拉辊91下部的切割装置37进行切割，切割成长度为5mm～2000mm的预成型件50。该预型件50进一步切断为所希望的尺寸，制作如图3C所示的光学透镜101。对于尺寸的判断利用设置于牵拉辊33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，激光部发出的光线透过经过拉拔处理的光学透镜用母材40，该透过的光线被受光部所接收，根据该受光光量等，可利用解析部计算出拉拔处理后的光学透镜用母材40的尺寸。该计算出的结果被发送到未图示的控制部，在达到所希望的尺寸的情况下，驱动切割装置37，在不是所希望的尺寸的情况下，调整拉拔处理环境(调整送入辊的旋转速度或调整拉拔温度等)。
在利用拉拔处理制造光纤等的情况下，特点在于，拉拔过的材料利用卷筒等卷取，而在光学透镜的制造中，这样经过拉拔的材料，利用切割装置37等进行切割。
这样制作的光学透镜101由于拉拔处理的特点，其剖面具有与光学透镜用母材40的剖面相同的形状。特别是在最初的光学透镜用母材制作工序制作的多个曲面43的形状在拉拔处理之后也原封不动地保留下来，成为光学作用部5，因此在拉拔处理之后的微型元件阶段就没有必要重新进行成型加工。还有，在本实施形态的光学透镜101的制造方法中，利用一次拉拔处理工序就能够制造具有多个曲面43的光学透镜101，由于这些原因，可以大大减轻制造上的负担。
顺便说明，日本特许第3121614号公报和英国公报GB2108483A公开了利用拉拔处理方法的微型透镜的制造方法。但是这是一种对单一光线起作用的透镜的制造方法，而不是本发明这样的对多束光线起作用的光学透镜的制造方法，这一点是不同的。
还有，在上面所述中，对利用拉拔处理的光学透镜101的制造方法进行了说明，但是此外还可以利用例如压力加工等方法制造光学透镜。
图4A表示将光学透镜的光学作用部向下进行配置的状态图。图4B是靠近光学透镜的光学作用部配置其他构件的状态图。这些都是各制造工序或发送中可能频繁发生的状态。从图4A可知，凸出部10比光学作用部5的表面突出了突出量10a，因此即使是光学作用部5向下配置的状态下，光学作用部5也不会接触到配置面。又，从图4B可知，即使是构件50邻接(接触)光学作用部50配置的状态下，光学作用部5也不会接触到构件50的侧面。这样，本实施形态的光学透镜101由于形成了光学作用部5不容易与其他构件接触的结构，是不容易受伤而且出射光性能不容易劣化的透镜。
图5是本实施形态的半导体激光装置的总体图。半导体激光装置11由半导体激光元件18与上述光学透镜401构成。半导体激光元件18的各发光部18a射出的光利用Y轴方向作用光学透镜15在Y轴方向上准直化，再利用光学透镜101在X轴方向上准直化后射出。从而，用这一光学透镜401，能够得到在X轴方向和Y轴方向都准直化的出射光。该半导体激光装置11还在其上设置聚光透镜等，作为例如激光加工装置使用。这时，为了最终能够在更小的聚光区域上聚光，对这些光学系统的配置、调整要求严密的精度。已有的类型的光学透镜中，调整时使用衬垫、侧片、镜筒等，因此存在工序复杂化，零件数目增加的问题，但在本实施形态的半导体激光装置11中，根据设置在Y方向上起准直作用的Y轴方向作用光学透镜15的位置，在光学透镜101上成一体地形成一对凸出部10，因此能够减轻配置、调整负担，又能够抑制零件数目的增加。
如上所述，本实施形态的光学透镜具备光线入射出射的相对的一对侧面，具备：包含在一对侧面的至少一方设置、在规定的方向上对入射的光线起作用的多个曲面的光学作用部，以及在设置所述光学作用部的侧面上设置、在与侧面交叉的方向上突出的一对凸出部。一对凸出部比光学作用部的表面突出。从而能够防止该光学作用部直接接触配置光学透镜的配置面或与光学透镜邻接配置的构件的侧面等，光学作用部不容易受伤。
根据本发明的上述说明可以了解到，本发明可以有各种变形。这样的变形不能超越本发明的思想及范围。对于所有的本行业普通技术人员都可以想像的改良应该包含在本申请范围内。
工业应用性
采用本发明的光学透镜，比光学作用部表面突出的一对凸出部形成于光透过区域的两侧，因此在各制造工序中或发送中，能够防止该光学作用部直接接触配置光学透镜的配置面或与光学透镜邻接配置的构件的侧面等。这样就能够提供光学作用部不容易受伤，出射光性能优异的光学透镜。
又由于一对凸出部以规定的突出高度成一体形成，在其上能够新设置别的光学透镜。也就是说，提供在设置别的光学透镜时调整、配置上的负担得到减轻的、零件数目的增加也得到抑制的光学透镜。