KR100965945B1 - 광학렌즈의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 광학 렌즈의 제조 방법은 한쪽 측면에 비구면으로 형성되며 광학 작용부로서 기능하는 제 1 곡면부와, 제 1 곡면부와는 반대측의 측면에 형성되며 제 1 곡면부보다 작은 곡률을 갖는 제 2 곡면부를 구비한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 제작하는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 제작 공정과, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 소망의 외경이 될 때까지 드로잉 처리하는 드로잉 처리 공정과, 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 슬라이스 가공하여, 광학 렌즈(1)를 제작하는 광학 렌즈 제작 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 제조 방법에서는, 제 2 곡면부가 형성되어 있기 때문에, 드로잉 처리에 의한 왜곡 발생을 억제하는 것이 가능하다.

광학 렌즈, 비구면, 광학 작용부, 곡면부, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재

Description

광학렌즈의 제조 방법 {Optical lens-use base material, optical lens, and production method for optical lens}

본 발명은 발광 소자로부터 출사되는 광에 대하여 작용하는 광학렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.

특허 제 3121614호 공보 및 영국 공보 GB 2108483A는 드로잉(drawing) 처리에 의한 마이크로 렌즈의 제조 방법에 대해서 개시하고 있다. 이들 문헌에 도시하는 제조 방법에서는, 원주 형상의 프리폼(preform)(모재)을 제작하고, 이것을 가열하여 드로잉 가공함으로써, 프리폼과 실질적으로 동일한 단면 형상의 원주 렌즈가 형성된다.

그렇지만, 이러한 종래의 광학 렌즈의 제조 방법에서는, 드로잉 처리 과정에서 프리폼에 왜곡 등이 생겨, 이것에 의해 변형하며, 입사광에 대하여 작용하는 광학 작용부가 설계한 대로 형성되지 않는 경우가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 설계대로의 광학 렌즈를 제조하기 위한 광학 렌즈의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 광학렌즈 제조방법에 사용되는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재는 투광성 재료에 의해 기둥 형상(柱狀)으로 형성된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재로서, 한쪽 측면에 비구면에 의해 형성된 제 1 곡면부와, 제 1 곡면부와는 반대측의 측면에 형성되며 제 1 곡면부보다 작은 주곡률(主曲率)을 갖는 제 2 곡면부를 구비한 것을 특징으로 한다. 본 명세서에 기술되는 주곡률이란 곡선(곡면)을 원(원통면)으로 근사(近似)하였을 때의 원(원통면)의 곡률을 의미하는 것이다.

이러한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재에 의하면, 제 2 곡면부가 형성되어 있기 때문에, 평면에 형성한 경우에 비하여 드로잉 처리에 의한 왜곡의 발생이 억제된다.

또한, 곡면부를 제 1 곡면부와 제 2 곡면부로 나누어, 그 중 곡률이 큰 제 1 곡면부를 비구면으로 형성하고 있기 때문에, 비구면은 드로잉 처리에 의한 왜곡이 발생하기 어렵고, 비구면 형상이 손상되는 것을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 「비구면」, 「구면」(후술)이란 모두 도 1a에 도시된 제 1 곡면부(43)와 같이 기둥축 방향(80)에 대하여 평행한 곡면, 예를 들면, 기둥축 방향에 직교하는 면을 따른 단면 외형을 구성하는 각 부의 형상을 가리키는 것으로 한다. 그리고, 「비구면」이란 적어도 2개의 곡률을 갖는 곡선으로 구성되는 곡선 형상을 의미한다. 그리고, 본건 발명에서는, 예를 들면, 곡선 부분의 내측(중앙부)의 곡률이 외측(주변부)의 곡률보다 크게 형성되어 있는 형상을 가리키는 것으로 한다.

제 2 곡면부는 구면에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 제 2 곡면부를 간단히 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 「구면」이란 하나의 곡률을 갖는 곡면을 가리키는 것으로 한다.

제 2 곡면부는 볼록 곡면이어도 된다.

또한, 제 2 곡면부는 오목 곡면이어도 된다.

본 발명에 의한 광학 렌즈의 제조 방법은, 광원으로부터 조사되는 광을 콜리메이트하여 출사하는 광학렌즈를 제조하는 광학렌즈의 제조방법으로, 투광성 재료에 의해 기둥형상으로 형성되며, 한쪽 측면에 기둥축방향으로 평행하게 형성된 볼록곡면으로 이루어지고 광학렌즈의 광출사면이 되는 제1 곡면부와, 상기 제1 곡면부와는 반대측의 측면에 기둥축방향으로 평행하게 형성되고 상기 제1 곡면부의 주곡률 보다 작은 주곡률을 가지며 광학렌즈의 광입사면이 되는 제2 곡면부와, 상기 제1 곡면부 및 제2 곡면부의 양측에 기둥축방향으로 평행하게 형성된 서로 평행한 한쌍의 측부평면부가 형성된 광학렌즈 모재를 제작하는 광학렌즈 모재 제작공정과, 상기 제작공정에 의해 제작된 상기 광학렌즈 모재를 가열하고 기둥축방향으로 드로잉 처리하여 늘리는 드로잉 처리공정과, 상기 드로잉 처리공정에 의해 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재를 슬라이스 가공하여 광학렌즈를 제작하는 광학렌즈 제작공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르는 광학렌즈의 제조방법에서 상기 광학렌즈 모재의 상기 제1 곡면부는 비구면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 광학렌즈 모재의 상기 제 2 곡면부가 볼록 곡면인 것을 특징으로 하고, 아울러 상기 광학렌즈 모재의 상기 제 2 곡면부가 오목 곡면인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르는 광학렌즈의 제조방법에서 상기 제작공정에서의 상기 광학렌즈 모재는 상기 한쌍의 측부평면부와 상기 제2 곡면부와의 사이에 형성되며, 서로 평행한 한쌍의 모떼기면을 더 구비하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 한쌍의 모떼기면은 곡면에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 광학 렌즈의 제조 방법에 의하면, 드로잉 처리 전의 단계에서, 광학 렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 충분히 큰 사이즈로 가공을 행할 수 있게 된다.

또한, 드로잉 처리한 결과 곡면을 이루도록 제 2 곡면부를 형성한 경우에는, 제작된 광학 렌즈는 제 1 곡면부 및 제 2 곡면부가 광학 작용부로서 기능한다. 드 로잉 처리한 결과 평면을 이루도록 제 2 곡면부를 형성한 경우에는, 제작된 광학 렌즈는 제 1 곡면부가 광학 작용부로서 기능한다.

덧붙여, 「광에 대하여 작용한다」라는 것은 입사된 발산광에 대하여 그 발산각을 축소하여 출사(出射)하는 것을 가리키는 것으로 한다. 또한, 「슬라이스 가공」이란 드로잉된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재로부터의 절단 및 소망의 형상, 크기로의 절삭 가공을 포함하는 것으로 한다.

드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 제작 공정은 제 2 곡면부의 곡률에 대해서, 소망의 광학 작용을 행하기 위한 곡률 및 드로잉 처리에 의해 생기는 변형량에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다. 이로써, 드로잉 처리에 의해 생길 수 있는 변형량이 고려된 후에 제 2 곡면부의 곡률이 결정되기 때문에, 드로잉 처리 후에는 드로잉 처리에 의한 변형을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 의한 광학 렌즈의 제조 방법은 상기한 임의의 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 소망의 외경이 될 때까지 드로잉 처리하는 드로잉 처리 공정과, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 슬라이스 가공하여, 광학 렌즈를 제작하는 광학 렌즈 제작 공정을 포함하고, 드로잉 처리 공정에 의해 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 제 1 곡면부 및 제 2 곡면부 중 적어도 제 1 곡면부는 입사광 또는 출사광에 대하여 작용하는 광학 작용부로서 기능하는 것을 특징으로 한다.

충분히 큰 사이즈로 모재 가공이 행하여짐과 동시에, 제 2 곡면부를 설치함으로써 드로잉 처리 공정에서의 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 왜곡 발생이 억제되기 때문에, 제작된 광학 렌즈에서는, 광에 대하여 정확하게 작용하는 것이 가능해진다.

삭제

이 광학 렌즈는 반도체 레이저 소자가 출사한 광에 대하여 작용하는 광학 렌즈로서, 광은 제 2 곡면부에 입사하여 제 1 곡면부에서 출사하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 2 곡면부 중 드로잉 처리에 의한 왜곡이 생기기 쉬운 외주부는 광학 작용부로서 사용되지 않도록 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 광학 렌즈로서, 실질적으로 서로 평행한 한 쌍의 면과, 이 한 쌍의 면을 접속하는 곡면으로 구성되며, 이 한 쌍의 면에 평행한 면을 따른 단면이 실질적으로 일정하고, 이 단면이 비원인 제 1 곡선과, 제 1 곡선의 주곡률보다 작은 주곡률을 가지며, 제 1 곡선에 대향하고 있는 제 2 곡선과, 제 1 및 제 2 곡선 양단을 각각 접속하는 제 3 및 제 4 곡선으로 구성되어 있는 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 제 3 및 제 4 곡선의 주곡률 중심이 상기 단면의 외부에 있는 광학 렌즈를 제공한다. 이 형상은 입사광, 출사광이 투과하지 않는 제 3 및 제 4 곡선부가 내측으로 약간 오목해져 있는 상태를 도시한다.

또한, 본 발명은 광학 렌즈로서, 길이 방향에 직교하는 면에서의 단면 형상이 실질적으로 일정하고, 또한 상기 단면과 대략 닮은 형상을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 곡선의 대응하는 곡선부의 주곡률이 각각 대응하는 상기 제 1 및 제 2 곡 선의 주곡률보다 큰 광학 렌즈용 프리폼을 드로잉, 절단함으로써 제조되는 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 더욱이 본 발명은 길이 방향에 직교하는 면에서의 단면 형상이 실질적으로 일정하고, 또한 상기 단면과 대략 닮은 형상을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 곡선의 대응하는 제 5 및 제 6 곡선부와 상기 제 3 및 제 4 곡선에 대응하는 실질적인 직선부로 구성되는 단면을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 곡선부의 주곡률이 상기 제 5 및 제 6 곡선부의 주곡률보다 큰 광학 렌즈용 프리폼을 길이 방향으로 드로잉, 절단함으로써 제조되는 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 더욱이 본 발명은 광학 렌즈로서, 상기 제 2 곡선부에 의해 구성되는 면으로부터 광이 입사되어, 상기 제 1 곡선부로 구성되는 면에서 출사하도록 구성된 광학 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 이러한 광학 렌즈를 사용함으로써, 촛점 거리를 늘릴 수 있고, 이 광학 렌즈의 내측에 배치하는 렌즈 세팅을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 투광성 재료에 의해 구성된 광학 렌즈용 모재로서, 길이 방향에 직교하는 평면을 따른 단면 형상이 실질적으로 일정하고, 단면 형상이 비원인 제 1 곡선부와, 제 1 곡선부의 주곡률보다 작은 주곡률을 가지며, 제 1 곡선에 대항하는 제 2 곡선부와, 제 1 및 제 2 곡선부 양단을 각각 접속하는 제 3 및 제 4 선분으로 구성되고, 제 1 및 제 2 곡선부가 적어도 복수의 곡률을 갖는 곡선부로 구성되어 있는 광학 렌즈용 모재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 광학 렌즈용 모재에 있어서, 제 1 및 제 2 곡선부의 중앙부의 곡선부의 주곡률이 각각의 주변부의 곡선부의 주곡률보다 크게 구성되어 있는 광학 렌즈용 모재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 내지 도 1c는 실시예에 따른 광학 렌즈의 제조 방법에서의 각 공정을 도시하는 개략도.

도 2는 비교예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 단면도 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 각각 제 1 실시예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도.

도 4a 내지 도 4c는 각각 제 2 실시예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도.

도 5는 검사 공정의 개략도.

도 6은 본 실시예에 의한 광학 렌즈의 제조 방법에서의 일련의 공정을 도시하는 플로우 차트.

이하, 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일하거나 상응하는 부분에는 동일 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.

도 1a 내지 도 1c는 실시예에 따른 광학 렌즈의 제조 방법에서의 각 공정을 도시하는 개략도이다. 실시예로서는 3개가 도시되지만, 도 1a 내지 도 1c에 대한 설명은 모든 실시예에 대하여 적합한 것이다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 우선 투광성 유리 재료로 이루어지는 기둥 형상의 광학 부재를 준비하고, 한쪽 측면에 볼록 곡면으로 이루어지는 제 1 곡면부(43), 다른쪽 측면에 마찬가지로 볼록 곡면으로 이루어지는 제 2 곡면부(41), 더욱이 이 제 1 곡면부(43)와 제 2 곡면부(41) 사이에는 한 쌍의 평면으로 이루어지는 한 쌍의 측부 평면부(44)를 구비한 형상으로 성형 가공하여, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)로 한다(드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 제작 공정). 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 기둥 형상을 갖고, 제 1 곡면부(43), 제 2 곡면부(41)는 모두 기둥축 방향(80)에 평행한 곡면이다.

상부의 제 1 곡면부(43)는 이 제조 방법에 의해 형성되는 광학 렌즈(1)의 광학 작용부(43)가 되는 부분이며, 비구면에 의해 형성되어 있다. 비구면으로 구성하면, 광학 작용부에 의한 작용, 특히 곡면부 외측에서의 작용을 유효하게 살릴 수 있다는 이점이 있다(수차를 제거한다). 제 2 곡면부(41)는 제 1 곡면부(43)보다 작은 곡률을 갖고, 구면으로 형성되어 있다. 따라서, 이 제 2 곡면부(41)도 작은 곡률이지만 광에 대하여 작용하기 때문에, 설계 단계에서는 제 1 곡면부(43), 제 2 곡면부(41), 쌍방에 의한 광에 대한 작용량을 고려할 필요가 있다. 이들 「구면」 및 「비구면」에 의해 형성된 광학 작용부(43)는 각각 2차원적으로 작용하는 것이 아니라, 1차원적으로 작용하는 것이다. 또한, 제 1 곡면부(43) 외에 제 2 곡면부(41)를 설치한 의미에 대해서는 후술한다. 또한, 한 쌍의 측면 평면부(44)는 서로 평행하게 형성되어 있다. 이로써, 서로 접촉시켜 어레이형으로 복수 배열할 때에는 용이하게 배열 작업이 행하여진다.

이와 같이, 드로잉 방법에 의한 광학 렌즈의 제조 방법에서는, 충분히 큰 사이즈(예: 폭 및 높이가 2 내지 6cm, 길이가 20cm 내지 200cm)인 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 단계에서, 제작하고자 하는 광학 렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 형성할 수 있기 때문에, 간단하고 또한 정확하게 그들의 작업을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 일본 특공평 7-15521호 공보에는, 드로잉 방법에 의한 굴절율 분포형 원주 렌즈[셀폭(selfoc) 렌즈]의 제조 방법에 대해서 개시되어 있다. 이 제조 방법으로는, 모재로서 중심에서 반경 방향 외측을 향하여 불소의 도펀트(dopant)량이 단계적으로 증대되고, 그에 따라서 그 굴절율이 단계적으로 저하하여 이루어지는 고순도 석영 유리계 로드가 사용되고 있고, 본 발명과 같이, 모재에 대하여 형상적으로 광학 작용부가 형성된 것은 사용되고 있지 않다. 이러한 종래의 제조 방법에서는, 모재 제작 공정으로서, 불소를 플라스마 외착법에 의해 도핑시키거나, 용융염 중에 장시간 침지하여 이온 교환을 하는 방법에 의해 굴절율 분포를 형성하는 공정이 필요하였지만, 본 발명에서는 이러한 공정은 불필요하다. 또한, 형성된 광학 렌즈(1)에 있어서도, 광 입사면, 광 출사면은 원주형의 측면 곡면이 아니라, 그 양단부가 사용되는 것이라는 점에서 다른 것이다.

다음으로, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 제작 공정에 의해 성형 가공된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 전기로(35) 등에 의해 유리 재료의 항복점 이상으로 가열하여 소망의 치수가 되도록 드로잉 처리를 한다(드로잉 처리 공정). 전기로(35)는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 둘러싸도록 환형상으로 형성되고, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대하여 주위로부터 동일한 거리에서 동일하게 가열하는 것이 바람직하다. 전기로(35)에는 온도 조정 장치(32)가 접속되어 있어서, 전기로(35)의 온도를 바꾸어 드로잉 온도를 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 가열된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 드로잉하여 늘리는 데에는 모재(40)를 전기로(35)에 이송하는 이송 롤러(90)와 인장 롤러(33)가 사용되고 있다. 상기한 바와 같은 반원기둥 형상의 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉할 경우, 드로잉 처리된 한 쌍의 측부 평면부(44)를 인장 롤러(33)에 의해 사이에서 유지되도록 하면, 드로잉 중의 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 뒤틀림 발생을 방지할 수 있게 된다.

드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 드로잉 처리된 결과, 그 외경이 소망의 외경(0.5 내지 15mm)이 되었다고 판단된 경우, 인장 롤러(33) 하부에 설치되어 있는 커터(37)에 의해 절단된다. 이 판단은 인장 롤러(33) 바로 앞에 설치된 선직경(線徑) 측정 장치(38)에 의해 행하여진다. 선직경 측정 장치(38)는 레이저광을 발광하는 레이저부와, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 통과한 레이저광을 수광하는 수광부와, 수광부에 의해 수광된 광량 등으로부터 드로잉 처리용 광학 렌즈 모 재(40)의 외경을 산출하는 해석부로 구성된다. 커터(37)에 의해 절단되어 형성된 광학 렌즈는 길이가 5mm 내지 2000mm의 막대형의 것으로, 광학 렌즈로서 사용되는 사이즈이어도 되고, 또한 소망의 길이로 절단, 절삭 가공되기 전의 단계의 사이즈이어도 된다(광학 렌즈 제작 공정). 너무 길면 꺾이기 쉽고 너무 짧으면 절단, 절삭 가공에 불편하다. 광 파이버 등을 제조할 경우에는, 드로잉된 것을 드럼 등에 감는 것에 대하여, 광학 렌즈의 제조에서는, 이와 같이 드로잉된 것을 절단하는 점에 특징이 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 이 드로잉 처리된 광학 렌즈에 대해서, 그 광학 작용부(43)의 기능 등에 대해서 실제의 광원을 사용하여 검사하고(검사 공정), 그 검사 결과를 바탕으로 드로잉 환경을 조정하며(드로잉 환경 조정 공정), 그 조정된 환경에서 새롭게 드로잉 처리함으로써, 소망의 형상을 구비한 광학 렌즈를 제조하는 것도 가능하다. 이 경우, 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 절단하여 검사용 샘플을 제작하고, 이것에 대하여 검사를 하도록 하여도 된다.

이렇게 하여 제작된 광학 렌즈(1)는 드로잉 처리 특성으로부터 그 단면 형상은 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)와 동일한 단면 형상을 갖는다. 드로잉 처리된 후에는, 소망의 길이로의 절단 외에는, 광학 렌즈, 특히 볼록 곡면으로 이루어지는 광학 작용부(43)에 대하여 성형 가공되는 일이 없기 때문에, 제조 상의 부담을 경감할 수 있게 되어 있다. 더구나, 광학 작용부(43) 이외의 평면부(44)나 단부(48)에는 소망의 크기로 되도록 연마를 행하여도 된다. 이 광학 렌즈(1)에서는, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 광 출사측에 형성된 광학 작용부(43)에 의해 입 사광(6)을 콜리메이트(collimate) 또는 집광한 후, 출사광(7)을 출사한다. 이와 같이 광 입사측 및 광 출사측 쌍방에 곡면부를 설치하면, 광 입사측의 곡면에 의해 작용되기 때문에, 그 만큼 발광원으로부터의 배치 위치를 길게 하는 것이 가능해진다는 이점이 있다. 또한, 2개의 곡면부의 곡률을 바꿈으로써, 발광원으로부터의 거리를 조정하는 것이 가능해진다.

도 2는 비교예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 단면도 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도이다. 도 2의 마주보는 좌측에 단면도로서 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 한쪽 측면에 형성된 볼록 곡면 형상의 곡면부(53)와, 곡면부(53)와 반대측의 측면에 형성된 평면부(71)와, 곡면부(53)와 평면부(71) 사이에 형성된 한 쌍의 측부 평면부(44)를 구비하고 있다. 한 쌍의 측면 평면부(44)는 서로 실질적으로 평행하다.

드로잉 처리 공정의 특질로서, 모재를 가열시키면, 최적 온도, 이송 속도 이외에는 모재는 단면 형상이 변형한다. 즉, 마주보는 우측 도면에 도시하는 바와 같이, 광학 렌즈용 모재(40)는 한 쌍의 측면부(44)나 평면부(71), 또한 이들의 각진 부분(角部)은 드로잉 처리 공정에 의해 변형한다. 변형 방법은 드로잉 처리 환경에 따라 다르지만, 도 2에는 패인 상태로 변형한 경우에 대해서 도시되어 있다. 또한, 도 2에서는, 알기 쉽게 하기 위해, 드로잉 처리 공정에 의한 변형을 강조하여 묘사하고 있다는 점에 대해서 미리 말해 둔다(도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c에 대해서도 동일).

도 3a 내지 도 3c는 각각 제 1 실시예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도이다. 도 3a의 마주보는 좌측에 단면도로서 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 한쪽 측면에 형성된 볼록 곡면 형상의 제 1 곡면부(43)와, 제 1 곡면부(43)와 반대측의 측면에 볼록 곡면형으로 형성되며 제 1 곡면부보다 작은 곡률을 갖는 제 2 곡면부(41)와, 제 1 곡면부(43)와 제 2 곡면부(41) 사이에 형성된 한 쌍의 측부 평면부(44)를 구비하고 있다. 도 2와 마찬가지로, 한 쌍의 측면 평면부(44)는 서로 평행하다. 이에 대하여, 도 3b의 마주보는 좌측에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 한 쌍의 측부 평면부(44)와 제 2 곡면부(41) 사이에 형성된 한 쌍의 모떼기 면(함몰 면; 75)을 또한 구비한 것이다. 또한, 도 3c의 마주보는 좌측에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 도 3b에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 한 쌍의 모떼기 면(함몰 면; 75)이 곡면에 의해 형성된 것이다[모떼기 면(함몰 면; 85)].

도 3a 내지 도 3c의 마주보는 우측에 도시된 광학 렌즈의 단면 형상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 제 1 실시예와 같이 제 2 곡면부(41)가 볼록 곡면으로 형성되어 있는 경우에는, 그 만큼 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 전체 형상이 원주형에 가깝기 때문에, 드로잉 처리 공정에 의한 모재의 왜곡 현상 자체를 감소시키는 것이 가능해진다. 이 제 2 곡면부(41)는 드로잉 처리에 의해 생길 수 있는 변형량이 고려된 후에 형성되어 있어, 드로잉 처리 후에 소망의 곡면부가 얻어지도록 설계되어 있다[도 4a 내지 도 4c에 도시하는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대해서도 동일하게 한다].

또한, 도 3b 및 도 3c에 도시하는 바와 같이, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대하여 한 쌍의 모떼기 면(함몰 면; 75)이 형성되어 있다. 이와 같이, 모재의 형상을 더욱 원주형에 근접시켜 둠으로써, 드로잉 처리 시의 각진 부분에서의 왜곡 발생을 더욱 억제하는 것이 가능해지고 있다[도 4a 내지 도 4c에 도시하는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대해서도 동일].

더욱이, 비구면으로 형성되어 있는 제 1 곡면부(43)에 대해서는, 곡률이 크기 때문에 드로잉 처리에 의한 왜곡이 발생하기 어려워(각진 부분을 제외. 이 점에 대해서는 후술한다), 비구면 형상이 드로잉 처리에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있게 되어 있다[도 4a 내지 도 4c에 도시하는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대해서도 동일]. 왜곡 발생이 억제되면, 설계 상의 광학 작용부(43)에 의한 작용량이 정확하게 설정된 광학 렌즈(1)를 실현하는 것이 가능해진다.

도 4a 내지 도 4c는 각각 제 2 실시예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 및 이 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재를 드로잉 처리하여 제작된 광학 렌즈의 단면도이다. 도 4a에 단면도로서 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 한쪽 측면에 형성된 볼록 곡면 형상의 제 1 곡면부(43)와, 제 1 곡면부(43)와 반대측의 측면에 오목 곡면 형상으로 형성되며 제 1 곡면부(43)보다 작은 곡률을 갖는 제 2 곡면부(61)와, 제 1 곡면부(43)와 제 2 곡면부(61) 사이에 형성된 한 쌍의 측부 평면부(44)를 구비하고 있다. 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 한 쌍의 측면 평면부(44)는 서로 평행하다. 이에 대하여 도 4b에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 한 쌍의 측부 평면부(44)와 제 2 곡면부(61) 사이에 형성된 한 쌍의 모떼기 면(함몰 면; 75)을 또한 구비한 것이다. 또한, 도 4c에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)는 도 4b에 도시된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 한 쌍의 모떼기 면(함몰 면; 75)이 곡면에 의해 형성된 것이다[모떼기 면(함몰 면; 85)].

도 4a 내지 도 4c의 마주보는 우측에 도시된 광학 렌즈의 단면 형상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 제 2 실시예와 같이 제 2 곡면부(61)가 오목 곡면으로 형성되어 있는 경우에는, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 형상이 왜곡을 일으킨 후의 상태에 미리 근접되고 있기 때문에, 드로잉 처리에 의한 제 2 곡면부(61)의 변형을 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.

특허 제 3121614호 공보에는 도 2에 도시된 바와 같은 한쪽 측면에 곡면, 다른쪽 측면에 평면이 형성된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재가 개시되어 있다. 이러한 모재를 드로잉 처리하면, 상기한 바와 같이 드로잉 처리 공정에서 평면부가 크게 변형하며, 제작되는 광학 렌즈의 광학 특성이 변화되어버린다.

또한, 동일 공보에는 양쪽 측면이 동일한 곡면 형상으로 형성된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재가 개시되어 있다. 이 곡면을 비구면으로 형성한 경우, 곡면부의 외측 곡률은 내측 곡률보다 작게 설정되어 있기 때문에, 측면 평면부와의 사이의 각진 부분은 구면으로 형성한 경우에 비하여 뾰족한 형태를 갖는다. 이로써, 드로잉 처리 공정에서 이 각진 부분의 형상이 변형하기 쉽다(또는, 곡률이 큰 곡면부 내측으로 끌리도록 변형하기 쉽다)는 문제가 있다. 비구면은 원래 광학 특성을 향상시키기 위해 형성되어 있는 것이기 때문에, 이 부분의 변형은 제작되는 광학 렌 즈의 특성을 역으로 뒤집히게 해버린다.

본 실시예에 의한 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)로는, 한쪽 측면은 곡률이 작은 곡면[제 2 곡면부(41, 61)]으로 형성되어 있기 때문에 그 각진 부분은 제 1 곡면부(43) 측의 각진 부분보다 뾰족한 형상이 되기 때문에, 드로잉 처리에 의해 각진 부분의 변형이 생기기 쉬운 것으로 되어 있다. 그렇지만, 이 각진 부분에 의도적으로 왜곡을 발생시키도록 함으로써, 드로잉 처리에 의해 생기는 왜곡 변형 시에 발생하는 내부 에너지가 이 각진 부분에 전면적으로 집중하고, 이것에 의해 제 1 곡면부(43)의 비구면 형상이 손상되기 어려워진다는 효과도 기대할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제 2 곡면부(41, 61)의 각진 부분에는 왜곡이 생기더라도 광학 특성 상의 문제는 없다. 또한, 제 2 곡면부(41, 61)를 구면으로 하면, 비구면으로 형성한 경우에 비하여 왜곡이 생기기 어려워진다. 제 2 곡면부(41, 61)의 각진 부분에 있어서의 왜곡 발생도 억제하고 싶은 경우 등에는, 이와 같이 설계하여도 된다.

도 5는 검사 공정의 개략도이다. 도면에는 드로잉 처리된 후의 광학 작용부(43)의 기능을 검사하기 위한 한가지 방법이 도시되어 있다. 이 검사는 발광 수단 및 수광 수단을 구비한 광학 작용부 검사 장치(50)에 의해 행하여진다. 발광 수단으로서의 반도체 레이저 광원(25)으로부터 조사된 광[입사광(6): 발산광]은 제 2 곡면부(41)에 입사하고, 출사면 측에 형성된 광학 작용부(43)에 의해 콜리메이트된 후에 출사되며[출사광(7)], 수광 수단으로서의 반도체 수광 센서에 의해 수광되어 그 넓이 폭(51)이 측정된다. 이로써, 광학 렌즈(1)가 실제로 사용되는 상황 또 는 그에 가까운 상황이 재현된 상태에서, 광에 대하여 광학 작용부(43)(제 1 곡면부)에 의해 작용이 미치게 되는 양이 검사된다. 또한, 이 실시예에 의한 광학 렌즈(1)는 이미 서술한 바와 같이 광에 대하여 작용할 수 있는 제 2 곡면부(41)도 구비하고 있기 때문에, 이 제 2 곡면부(41)에 의한 작용도 포함하여 광학 렌즈(1) 전체에 의해 미치게 되는 작용에 대해서 검사된다.

검사 공정에 의해 광학 작용부(43)를 검사한 결과에 기초하여, 드로잉 처리 환경 조정 공정으로서, 검사 결과에 도시된 바와 같은 불량이 발생하지 않도록 드로잉 처리 공정에서의 드로잉 환경을 조정하고, 이 새롭게 조정된 드로잉 환경에 의해 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 다시 드로잉 처리함으로써, 광에 대하여 정확하게 작용하는 것이 가능한 광학 렌즈(1)가 제작된다. 드로잉 환경으로서는, 예를 들면 모재를 가열할 때의 온도에서, 온도 조정 장치(32)에 의해 전기로(35)의 가열 온도를 조정한다. 또한, 모재의 가열 온도 이외에, 이송 롤러(90), 인장 롤러(33)의 속도를 바꿈으로써 드로잉 환경을 조정하는 것도 가능하다. 이송 속도가 상승하면, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 형상이 드로잉 처리 후에도 유지되기 쉽다는 것을 알고 있다.

상기한 검사 공정에 있어서, 도 1b에 도시되는 바와 같이, 드로잉 라인 상의 드로잉된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대하여 검사를 행하는 것도 가능하지만, 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)로부터 일부를 절단하여 검사용 샘플을 제작하고, 그것에 대하여 검사를 행하는 것도 가능하다. 드로잉 라인 상의 드로잉된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)에 대하여 검사를 행하는 경우에는, 광학 작용부 검사 장치(50)에 있어서 사용되는 발광 수단으로서의 반도체 레이저, 수광 수단으로서의 반도체 수광 센서가 드로잉 라인 상에 설치된다. 또한, 반도체 레이저, 반도체 수광 센서 및 온도 조정 장치(32)를 제어하기 위한 제어 회로도 동시에 설치된다. 이 방법에서는, 그대로 라인을 정지시키지 않고 검사 결과에 기초한 드로잉 환경 조정을 행하는 것, 즉, 드로잉 상태의 감시, 드로잉 환경의 조정을 자동으로 행하는 시스템을 구성하는 것도 가능해진다. 절단하여 검사용 샘플로 검사를 행하는 경우에는, 검사가 용이해진다는 이점이 있다.

또한, 도 5에 도시된 검사 공정 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 곡면부(41)는 광 입사면으로서 사용되면 곡면의 외주부는 광학 작용부로서 사용되지 않는다. 드로잉 처리 공정에서는, 각진 부분(41a) 주변은 드로잉 처리에 의한 가열의 영향으로 변형을 발생시키기 쉽지만, 본 실시예에 의한 광학 렌즈(1)는 이와 같이 광학 작용부로서 사용되지 않기 때문에, 광학 작용에 악영향을 주는 것이 억제되어 있다.

도 6은 본 실시예에 의한 광학 렌즈의 제조 방법에서의 일련의 공정을 도시하는 플로우 차트이다. 실시예로서는 3가지를 도시하였지만, 이 도 6에 대한 설명은 모든 실시예에 대하여 적합한 것이다. 스텝 100의 개시로부터 시작되어, 스텝 101에서는, 도 1a에 도시되는 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)가 제작된다(드로잉 처리용 광학 렌즈 모재 제작 공정). 스텝 102에서는, 스텝 101에서 제작된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)가 드로잉 처리된다(드로잉 처리 공정). 다음으로 검사 공정으로 진입하여, 우선 스텝 103에서는, 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)를 절단하여 검사용 샘플을 제작한다.

스텝 104에서는, 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)의 광학 작용부(43)가 정상으로 형성되어 있는지의 여부[광학 작용부(43)의 기능이 허용 범위인지의 여부]에 대해서, 도 5에 도시한 바와 같은 방법으로 검사된다. 스텝 105에서, 형성된 광학 작용부(43)의 기능이 허용 범위 내인 경우에는, 스텝 107로 진행하여 드로잉 처리에서의 가열 온도가 확정된다. 허용 범위를 넘은 경우에는, 스텝 106으로 진행하여 드로잉, 드로잉 처리 환경 조정으로서 가열 온도 조정이 행하여져, 다시 스텝 102로 돌아간다.

스텝 108에서는, 스텝 107에서 확정된 드로잉 온도에서 다시 드로잉 처리되고, 스텝 109에서는, 드로잉 처리된 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재(40)로부터 커터(37)에 의해 절단되며 그것에 대하여 절삭 가공이 실시된다(슬라이스 가공). 이들에 의해 스텝 110에서 광학 렌즈(1)가 제작 완료되며, 수속은 종료한다(스텝 111).

이상, 본 발명을 그 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 본 발명을 실시하는 데 대응하여 단지 최선의 형태를 도시하는 것에 불과한 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 청구항의 범위 내에 해당하는 발명의 모든 변경을 포함하여, 형상, 사이즈, 배치 등에 대해서 변경이 가능하다.

본 발명에 의한 광학 렌즈의 제조 방법에 의하면, 드로잉 처리 전의 모재 단 계에서, 광학 렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 충분히 큰 사이즈로 모재의 가공이 행하여져, 용이하게 광학 렌즈의 형상, 특히 광학 작용부의 형상을 형성하는 것이 가능해진다. 이로써, 광에 대하여 정확하게 작용하는 광학 작용부를 구비한 광학 렌즈가 실현된다. 또한, 제조 상의 부담을 경감하는 것이 가능해진다.

더욱이, 제 2 곡면부는 곡면 형상으로 형성되어 있기 때문에, 드로잉 처리 공정에서의 드로잉 처리용 광학 렌즈 모재의 왜곡 현상에 의한 불량이 경감된다. 또한, 광학적인 작용을 유효하게 행하는 것이 가능한 비구면은 곡률이 큰 제 1 곡면에 형성되어 있기 때문에, 드로잉 처리 공정에 의한 왜곡이 발생하기 어려워, 비구면 형상이 손상되기 어려운 것으로 되어 있다.

Claims (17)

1. 광원으로부터 조사되는 광을 콜리메이트하여 출사하는 광학렌즈를 제조하는 광학렌즈의 제조방법으로,

   투광성 재료에 의해 기둥형상으로 형성되며, 한쪽 측면에 기둥축방향으로 평행하게 형성된 볼록곡면으로 이루어지고 광학렌즈의 광출사면이 되는 제1 곡면부와, 상기 제1 곡면부와는 반대측의 측면에 기둥축방향으로 평행하게 형성되고 상기 제1 곡면부의 주곡률 보다 작은 주곡률을 가지며 광학렌즈의 광입사면이 되는 제2 곡면부와, 상기 제1 곡면부 및 제2 곡면부의 양측에 기둥축방향으로 평행하게 형성된 서로 평행한 한쌍의 측부평면부가 형성된 광학렌즈 모재를 제작하는 광학렌즈 모재 제작공정과,

   상기 제작공정에 의해 제작된 상기 광학렌즈 모재를 가열하고 기둥축방향으로 드로잉 처리하여 늘리는 드로잉 처리공정과,

   상기 드로잉 처리공정에 의해 드로잉 처리된 상기 광학렌즈 모재를 슬라이스 가공하여 광학렌즈를 제작하는 광학렌즈 제작공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학렌즈의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학렌즈 모재의 상기 제1 곡면부는 비구면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학렌즈의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학렌즈 모재의 상기 제 2 곡면부가 볼록 곡면인 것을 특징으로 하는 광학렌즈의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학렌즈 모재의 상기 제 2 곡면부가 오목 곡면인 것을 특징으로 하는 광학렌즈의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 제작공정에서의 상기 광학렌즈 모재는 상기 한쌍의 측부평면부와 상기 제2 곡면부와의 사이에 형성되며, 서로 평행한 한쌍의 모떼기면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 한쌍의 모떼기면은 곡면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈의 제조 방법.
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