ビーム整形レンズ
【課題】本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズに関し、ビーム整形レンズのアスペクト比の変動を抑制することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、半導体レーザ８から出射された楕円光束９のアスペクト比を補正するビーム整形レンズ１１において、ビーム整形レンズ１１は、入射面に設けたアナモフィックレンズ１３と、その周囲に設けられたコバ部１５を有し、コバ部１５におけるアナモフィックレンズ１３の短手方向近傍に肉厚部１７を設けた構成とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、半導体レーザ８から出射された楕円光束９のアスペクト比を補正するビーム整形レンズ１１において、ビーム整形レンズ１１は、入射面に設けたアナモフィックレンズ１３と、その周囲に設けられたコバ部１５を有し、コバ部１５におけるアナモフィックレンズ１３の短手方向近傍に肉厚部１７を設けた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のビーム整形レンズは、図６に示すように半導体レーザ１から出射される楕円光束２のアスペクト比を補正するため、ビーム整形レンズ３の入射面側と出射面側の両面に、楕円光束２に対する長手方向と短手方向で開口数が異なるアナモフィックレンズ４，５を一体に設けた構造が検討されている。
【０００３】
また、最近のビーム整形レンズ３は、半導体レーザ１から出射される楕円光束２の利用効率を高めるために、入射面側の焦点距離を小さくするとともに開口数を大きくする設計が検討されている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２８２８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ビーム整形レンズ３の焦点距離を小さくし開口数を大きくする中で、入射面側のアナモフィックレンズ４の有効径は小さくなり、これに入射される楕円光束２による発熱作用も大きくなってくる。
【０００７】
そして、アナモフィックレンズ４に入射する楕円光束２の光強度分布は、図７に示すようにアナモフィックレンズ４の長手方向と短手方向ともにガウシアン分布であり、光強度の大きい部分が中心部分６に集中するため、アナモフィックレンズ４の中心部分６と外周部分７で温度差が生じる。
【０００８】
特に、入射面側に設けられたアナモフィックレンズ４は、半導体レーザ１から楕円光束２を直接入射されるので光強度分布の影響を大きく受けるため、中心部分６と外周部分７の温度差が大きくなり易く、この温度差により長手方向の屈折率と短手方向の屈折率に差が生じて、結果としてビーム整形レンズ３で補正するアスペクト比が変動してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズにおいて、ビーム整形レンズは、楕円光束の入射面側に設けたアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズの周囲に設けられたコバ部を有し、コバ部におけるアナモフィックレンズの短手方向近傍に肉厚部を設けた構造としたのである。
【発明の効果】
【００１１】
この構造により本発明は、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズを用いた光源装置の構成を示す（ａ）上面模式図、（ｂ）側面模式図
【図２】同ビーム整形レンズの入射面の正面図
【図３】同ビーム整形レンズのＡ−Ａ断面図
【図４】同ビーム整形レンズの成形装置を示す図
【図５】同成形装置を構成する成形金型の加工方法を示す図
【図６】従来のビーム整形レンズを用いた光源装置の構成を示す（ａ）上面模式図、（ｂ）側面模式図
【図７】同ビーム整形レンズを構成するアナモフィックレンズの光強度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズについて図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、レーザービームプロジェクタなどに用いられる光源装置を示したものであり、光源となる半導体レーザ８と、この半導体レーザ８から出射された楕円光束９のビーム形状を円光束１０に補正するビーム整形レンズ１１とを、基台１２の主面上で一体化した構造となっている。
【００１５】
なお、半導体レーザ８から出射される楕円光束９は、半導体レーザ８の接合面（特に図示せず）の平行方向と垂直方向とで広がり角が異なることに起因するもので、ビーム整形レンズ１１はこの楕円光束９を円光束１０に補正するため、半導体レーザ８の接合面と水平な方向と垂直な方向とで開口数を異ならせるように、図２に示すように、ビーム整形レンズ１１の入射面側には半導体レーザ８の接合面と垂直な方向を長手方向とするアナモフィックレンズ１３を配置し、出射面側には半導体レーザ８の接合面と水平な方向を長手方向とする破線で示すアナモフィックレンズ１４を配置することで、単玉レンズでのビーム整形を実現している。
【００１６】
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側において、楕円光束９のアスペクト比を補正するアナモフィックレンズ１３を光学機能部とし、その周囲の領域をコバ部１５とする。
【００１７】
そして、このビーム整形レンズ１１においては、光源側に配置されるアナモフィックレンズ１３の短手方向の近傍にコバ部１５の平坦領域１６を部分的に盛り上げた肉厚部１７を設けたことで、ビーム整形レンズ１１のアスペクト比の変動を抑制している。
【００１８】
すなわち、入射面側のアナモフィックレンズ１３は、図７で説明したように、アナモフィックレンズ１３の長手方向と短手方向での温度分布の差が、アナモフィックレンズ１３のアスペクト比に影響を与えることを解消するためのもので、図２、図３に示すように、アナモフィックレンズ１３における短手方向近傍のコバ部１５の厚みを部分的に大きくした肉厚部１７を設けている。なお、図３に示した破線は、入射面側のコバ部１５における平坦領域１６の表面位置を示したもので、肉厚部１７の高さ１８を測る際の基準面としている。
【００１９】
そして、この肉厚部１７が、アナモフィックレンズ１３の短手方向に対するヒートシンクの役割を果たすようになり、短手方向における温度上昇を積極的に抑制でき、また、アナモフィックレンズ１３の短手方向近傍におけるコバ部１５の厚みを、肉厚部１７により部分的に厚みが増すことで、その部分における強度、つまり、アナモフィックレンズ１３の短手方向の熱膨張における形状変化に対する拘束力が増すので、短手方向の温度分布を長手方向の温度分布に整合させることができ、結果としてビーム整形レンズ１１で補正するアスペクト比の変動を抑制できる。
【００２０】
なお、肉厚部１７は、アナモフィックレンズ１３の短手方向においてアナモフィックレンズ１３を挟んで対称配置することで、よりアスペクト比の変動を抑制できる。
【００２１】
また、このようなビーム整形レンズ１１を効率よく生産する場合、図４に示すように、成形金型１９，２０とこれらの摺動をガイドする胴型２１とで形成されるキャビティ内に光学硝材２２を配置し、成形可能温度まで加熱して加圧成形する方法が用いられる。
【００２２】
なお、成形金型１９，２０における成形面は、タングステンカーバイトなどの超鋼母材の表面を研削加工で成形している。
【００２３】
そして、上述したように、ビーム整形レンズ１１のアナモフィックレンズ１３の短手近傍側に肉厚部１７を設けた構造としたことで、図５に示すように、アナモフィックレンズ１３を整形する側の成形金型２０において肉厚部１７を転写する成形面２３が、アナモフィックレンズ１３を転写する成形面２４を研削する際の、研削ツール２５の逃がしとなり、成形金型２０の加工性を高めることもできる。
【００２４】
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側のアナモフィックレンズ１３は、上述したごとく形状が小さく、かつ、開口数が大きいため、その外周端部分がコバ部１５の平坦領域１６に対して急傾斜となり金型加工が難しくなることから、肉厚部１７を設けることによる金型加工性の向上は有効となる。
【００２５】
また、この一実施の形態においては、ビーム整形レンズ１１を直に基台１２に実装した構成を挙げて説明したが、特に図示はしていないが、ビーム整形レンズ１１を鏡筒（図示せず）の内部に一体化し、このビーム整形レンズ１１が一体化された鏡筒（図示せず）を基台１２に実装するような構成であっても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、ビーム整形レンズのアスペクト比の変動を抑制することが出来るという効果を有し、特に省電力化を考慮して半導体レーザから出射されるビームの利用効率を高めようとする光源ユニット用途において有効となる。
【符号の説明】
【００２７】
８ 半導体レーザ
９ 楕円光束
１１ ビーム整形レンズ
１３ アナモフィックレンズ
１５ コバ部
１７ 肉厚部
１９，２０ 成形金型
２２ 光学硝材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のビーム整形レンズは、図６に示すように半導体レーザ１から出射される楕円光束２のアスペクト比を補正するため、ビーム整形レンズ３の入射面側と出射面側の両面に、楕円光束２に対する長手方向と短手方向で開口数が異なるアナモフィックレンズ４，５を一体に設けた構造が検討されている。
【０００３】
また、最近のビーム整形レンズ３は、半導体レーザ１から出射される楕円光束２の利用効率を高めるために、入射面側の焦点距離を小さくするとともに開口数を大きくする設計が検討されている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２８２８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ビーム整形レンズ３の焦点距離を小さくし開口数を大きくする中で、入射面側のアナモフィックレンズ４の有効径は小さくなり、これに入射される楕円光束２による発熱作用も大きくなってくる。
【０００７】
そして、アナモフィックレンズ４に入射する楕円光束２の光強度分布は、図７に示すようにアナモフィックレンズ４の長手方向と短手方向ともにガウシアン分布であり、光強度の大きい部分が中心部分６に集中するため、アナモフィックレンズ４の中心部分６と外周部分７で温度差が生じる。
【０００８】
特に、入射面側に設けられたアナモフィックレンズ４は、半導体レーザ１から楕円光束２を直接入射されるので光強度分布の影響を大きく受けるため、中心部分６と外周部分７の温度差が大きくなり易く、この温度差により長手方向の屈折率と短手方向の屈折率に差が生じて、結果としてビーム整形レンズ３で補正するアスペクト比が変動してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために本発明は、半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズにおいて、ビーム整形レンズは、楕円光束の入射面側に設けたアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズの周囲に設けられたコバ部を有し、コバ部におけるアナモフィックレンズの短手方向近傍に肉厚部を設けた構造としたのである。
【発明の効果】
【００１１】
この構造により本発明は、ビーム整形レンズで補正するアスペクト比の変動を抑制することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズを用いた光源装置の構成を示す（ａ）上面模式図、（ｂ）側面模式図
【図２】同ビーム整形レンズの入射面の正面図
【図３】同ビーム整形レンズのＡ−Ａ断面図
【図４】同ビーム整形レンズの成形装置を示す図
【図５】同成形装置を構成する成形金型の加工方法を示す図
【図６】従来のビーム整形レンズを用いた光源装置の構成を示す（ａ）上面模式図、（ｂ）側面模式図
【図７】同ビーム整形レンズを構成するアナモフィックレンズの光強度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズについて図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、レーザービームプロジェクタなどに用いられる光源装置を示したものであり、光源となる半導体レーザ８と、この半導体レーザ８から出射された楕円光束９のビーム形状を円光束１０に補正するビーム整形レンズ１１とを、基台１２の主面上で一体化した構造となっている。
【００１５】
なお、半導体レーザ８から出射される楕円光束９は、半導体レーザ８の接合面（特に図示せず）の平行方向と垂直方向とで広がり角が異なることに起因するもので、ビーム整形レンズ１１はこの楕円光束９を円光束１０に補正するため、半導体レーザ８の接合面と水平な方向と垂直な方向とで開口数を異ならせるように、図２に示すように、ビーム整形レンズ１１の入射面側には半導体レーザ８の接合面と垂直な方向を長手方向とするアナモフィックレンズ１３を配置し、出射面側には半導体レーザ８の接合面と水平な方向を長手方向とする破線で示すアナモフィックレンズ１４を配置することで、単玉レンズでのビーム整形を実現している。
【００１６】
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側において、楕円光束９のアスペクト比を補正するアナモフィックレンズ１３を光学機能部とし、その周囲の領域をコバ部１５とする。
【００１７】
そして、このビーム整形レンズ１１においては、光源側に配置されるアナモフィックレンズ１３の短手方向の近傍にコバ部１５の平坦領域１６を部分的に盛り上げた肉厚部１７を設けたことで、ビーム整形レンズ１１のアスペクト比の変動を抑制している。
【００１８】
すなわち、入射面側のアナモフィックレンズ１３は、図７で説明したように、アナモフィックレンズ１３の長手方向と短手方向での温度分布の差が、アナモフィックレンズ１３のアスペクト比に影響を与えることを解消するためのもので、図２、図３に示すように、アナモフィックレンズ１３における短手方向近傍のコバ部１５の厚みを部分的に大きくした肉厚部１７を設けている。なお、図３に示した破線は、入射面側のコバ部１５における平坦領域１６の表面位置を示したもので、肉厚部１７の高さ１８を測る際の基準面としている。
【００１９】
そして、この肉厚部１７が、アナモフィックレンズ１３の短手方向に対するヒートシンクの役割を果たすようになり、短手方向における温度上昇を積極的に抑制でき、また、アナモフィックレンズ１３の短手方向近傍におけるコバ部１５の厚みを、肉厚部１７により部分的に厚みが増すことで、その部分における強度、つまり、アナモフィックレンズ１３の短手方向の熱膨張における形状変化に対する拘束力が増すので、短手方向の温度分布を長手方向の温度分布に整合させることができ、結果としてビーム整形レンズ１１で補正するアスペクト比の変動を抑制できる。
【００２０】
なお、肉厚部１７は、アナモフィックレンズ１３の短手方向においてアナモフィックレンズ１３を挟んで対称配置することで、よりアスペクト比の変動を抑制できる。
【００２１】
また、このようなビーム整形レンズ１１を効率よく生産する場合、図４に示すように、成形金型１９，２０とこれらの摺動をガイドする胴型２１とで形成されるキャビティ内に光学硝材２２を配置し、成形可能温度まで加熱して加圧成形する方法が用いられる。
【００２２】
なお、成形金型１９，２０における成形面は、タングステンカーバイトなどの超鋼母材の表面を研削加工で成形している。
【００２３】
そして、上述したように、ビーム整形レンズ１１のアナモフィックレンズ１３の短手近傍側に肉厚部１７を設けた構造としたことで、図５に示すように、アナモフィックレンズ１３を整形する側の成形金型２０において肉厚部１７を転写する成形面２３が、アナモフィックレンズ１３を転写する成形面２４を研削する際の、研削ツール２５の逃がしとなり、成形金型２０の加工性を高めることもできる。
【００２４】
なお、ビーム整形レンズ１１の入射面側のアナモフィックレンズ１３は、上述したごとく形状が小さく、かつ、開口数が大きいため、その外周端部分がコバ部１５の平坦領域１６に対して急傾斜となり金型加工が難しくなることから、肉厚部１７を設けることによる金型加工性の向上は有効となる。
【００２５】
また、この一実施の形態においては、ビーム整形レンズ１１を直に基台１２に実装した構成を挙げて説明したが、特に図示はしていないが、ビーム整形レンズ１１を鏡筒（図示せず）の内部に一体化し、このビーム整形レンズ１１が一体化された鏡筒（図示せず）を基台１２に実装するような構成であっても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、ビーム整形レンズのアスペクト比の変動を抑制することが出来るという効果を有し、特に省電力化を考慮して半導体レーザから出射されるビームの利用効率を高めようとする光源ユニット用途において有効となる。
【符号の説明】
【００２７】
８ 半導体レーザ
９ 楕円光束
１１ ビーム整形レンズ
１３ アナモフィックレンズ
１５ コバ部
１７ 肉厚部
１９，２０ 成形金型
２２ 光学硝材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズであって、前記ビーム整形レンズは、前記楕円光束の入射面側に設けたアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズの周囲に設けられたコバ部を有し、前記コバ部における前記アナモフィックレンズの短手方向近傍に肉厚部を設けたことを特徴とするビーム整形レンズ。
【請求項２】
肉厚部は、アナモフィックレンズの両側に対称配置したことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形レンズ。
【請求項３】
成形可能温度に加熱した光学硝材を成形金型で加圧成形したことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形レンズ。
【請求項１】
半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を補正するビーム整形レンズであって、前記ビーム整形レンズは、前記楕円光束の入射面側に設けたアナモフィックレンズと、このアナモフィックレンズの周囲に設けられたコバ部を有し、前記コバ部における前記アナモフィックレンズの短手方向近傍に肉厚部を設けたことを特徴とするビーム整形レンズ。
【請求項２】
肉厚部は、アナモフィックレンズの両側に対称配置したことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形レンズ。
【請求項３】
成形可能温度に加熱した光学硝材を成形金型で加圧成形したことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形レンズ。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図１】
【図６】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図１】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５４８０３（Ｐ２０１３−５４８０３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２６６０（Ｐ２０１１−１９２６６０）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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