光束强度均匀化元件的制作方法

1.本公开涉及用于将光线的光强度分布均匀化的光束强度均匀化元件。


背景技术：

2.光束强度均匀化元件包括透镜阵列。透镜阵列具有将多个透镜单元2维地排列配置的结构。透镜阵列通过用模具将玻璃材料压制成形的所谓的模制成形来制作。在模制成形中的模具中，对透镜面进行转印的成形面通过切削加工等来制作，因而在成形面形成沿着加工方向的线状的加工痕迹。加工痕迹作为线状痕迹而被转印到模制透镜单元的表面。由于该线状痕迹有规则性地存在于模制透镜单元的表面，因而在透过模制透镜单元后的光线中产生干涉条纹。
3.为了抑制该干涉条纹而提出了如下构造，即，使形成于透镜阵列中的多个模制透镜单元的线状痕迹的间距按照相邻的每个模制透镜单元而不同。
4.以往的光束强度均匀化元件例如被专利文献1公开。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2016-1225号公报


技术实现要素：

8.在使线状痕迹的间距按照每个透镜单元而不同的上述的以往的光束强度均匀化元件中，必须变更模具的成形面中的每个透镜单元的加工条件。即，用于对透镜阵列进行模制成形的模具加工变得非常复杂。因此，模具的制作成本变高，作为结果，透镜阵列的成本上涨。
9.光束强度均匀化元件具备光学基体、配置在光学基体的表面的第1透镜阵列和配置在光学基体的背面的第2透镜阵列。第1透镜阵列具有沿着光学基体的表面在多个不同的方向上排列的多个第1模制透镜单元。多个第1模制透镜单元具有形成有沿着第1方向延伸的多个第1线状痕迹且构成光学基体的表面的表面。第2透镜阵列具有沿着光学基体的背面在多个不同的方向上排列的多个第2模制透镜单元。第2模制透镜单元具有形成有沿着与第1方向不同的第2方向延伸的多个第2线状痕迹且构成光学基体的背面的表面。
10.该光束强度均匀化元件能够抑制干涉条纹的产生，并且能够降低成本。
附图说明
11.图1是示意性地示出本公开的实施方式中的光束强度均匀化元件的三视图。
12.图2是示出实施方式中的光束强度均匀化元件的制造方法的示意图。
13.图3是示出实施方式中的制造方法的成形装置中的模具成形面的制造方法的示意图。
14.图4是示出实施方式中的光束强度均匀化元件的干涉条纹的图。
15.图5是示出线状痕迹的方向一致的比较例的光束强度均匀化元件的干涉条纹的图。
具体实施方式
16.以下，使用附图对本公开的实施方式涉及的光束强度均匀化元件进行说明。另外，以下说明的实施方式均示出本公开的优选的一具体例。因此，以下的实施方式中示出的形状、构成要素、构成要素的配置以及连接方式等是一个例子，其主旨不在于限定本公开。因此，对于以下的实施方式中的构成要素之中未记载于表示本发明的最上位概念的独立技术方案的构成要素，作为任意的构成要素来进行说明。
17.此外，各图是示意图，未必严谨地进行了图示。在各图中，对于实质上相同的构造标注相同的符号，省略或简化了重复的说明。
18.图1是本公开的实施方式中的光束强度均匀化元件100的三视图。
19.光束强度均匀化元件100是对入射的光线的光强度分布进行变换后将其射出的光学元件。例如，将从激光二极管射出的具有高斯型的光束强度分布的光线变换成具有顶部平坦型的光束强度分布的光线后输出。光束强度均匀化元件100的基本构造具有：具有彼此为相反侧的表面10a和背面10b的光学基体10、配置在光学基体10的表面10a的透镜阵列11以及配置在光学基体10的背面10b的透镜阵列12。
20.配置在光学基体10的表面10a的透镜阵列11包括2维地排列配置的多个模制透镜单元11a。多个模制透镜单元11a沿着光学基体10的表面10a在多个不同的方向d100上排列。在实施方式中，在透镜阵列11中，16个模制透镜单元11a配置为纵向4列且横向4列。多个模制透镜单元11a具有形成有沿着方向d11延伸的多个线状痕迹1 1b且构成光学基体10的表面10a的表面11c。图1中从左起第2列的模制透镜单元11a的纵列中标记的多个纵实线表示形成在光学基体10的表面10a的线状痕迹11b。另外，为了便于图示，仅在从左起第2列的模制透镜单元11a标记了线状痕迹11b，但实际上在所有纵列中形成有线状痕迹11b。对于线状痕迹11b的详细情况在后面描述。
21.配置在光学基体10的背面10b的透镜阵列12包括2维地排列配置的多个模制透镜单元12a。即，多个模制透镜单元12a沿着光学基体10的背面10b在多个不同的方向d100上排列。在实施方式中，在透镜阵列12中，16个模制透镜单元12a被配置为纵向4列且横向4列。多个模制透镜单元12a具有形成有沿着方向d12延伸的多个线状痕迹12b且构成光学基体10的背面10b的表面12c。图1中从上起第2列的模制透镜单元12a的横列中标记的多个横的虚线表示形成在光学基体的背面的线状痕迹12b。另外，为了便于图示，仅在从上起第2列的模制透镜单元12a标记了线状痕迹12b，但实际上在所有横列中形成有线状痕迹12b。对于线状痕迹12b的详细情况在后面描述。
22.配置在光学基体10的表面10a的各个模制透镜单元11a被配置为与配置在光学基体10的背面10b的对应的1个模制透镜单元12a对置。
23.接下来，对光束强度均匀化元件100的制造方法进行说明。图2示意性地示出光束强度均匀化元件100的制造工序。用于制造光束强度均匀化元件100的成形装置20具备下模21和上模22。
24.下模21的上表面是对透镜阵列12进行成形的成形面21b。成形面21b具有将多个模
制透镜单元12a的表面12c的形状转印到光学基体10的背面10b的形状。
25.上模22的下表面是对透镜阵列11进行成形的成形面22b。成形面22b具有将多个模制透镜单元11a的表面的形状转印到光学基体10的表面10a的形状。
26.光束强度均匀化元件100通过由光学玻璃构成的玻璃材料13成形。如图所示，首先在下模21的成形面21b上配置玻璃材料13。接下来，对玻璃材料13进行加热。玻璃材料13升温到能够压制成形的温度，然后由下模21和上模22对玻璃材料13进行压制而成形。之后，对压制成形后的玻璃材料13进行冷却，从下模21与上模22之间取出压制成形后的玻璃材料13即光束强度均匀化元件100。
27.在如此制作的光束强度均匀化元件100的模制透镜单元11a、12a的表面形成有多个线状痕迹11b、12b。线状痕迹11b、12b起因于下模21和上模22的成形面21b、22b的制作过程而被形成。下模21、上模22的成形面21b、22b通过切削加工来制作。在图3中示出切削加工的作业图。切削加工用切削工具31来切削模具构件30的加工面30a。此时，切削工具31一边沿着向上方向d3和向下方向d4移动而对进入到加工面30a的下沉量进行调节，一边沿着与向上方向d3和向下方向d4成直角的方向d5直线地移动模具构件30。切削工具31直线地对加工面30a进行切削，因而形成1列模制透镜的切削完成后，使切削工具31相对于玻璃材料13相对移动而进行形成相邻的1列模制透镜的切削。通过反复进行该工序来制作成形面。因此，在切削加工后的加工面30a规则地形成与使切削工具31移动的切削间距相应的线状的加工痕迹。另外，针对一个加工面30a构成的多个加工痕迹彼此平行。此外，在用具有这样的加工痕迹的加工面30a制造了透镜阵列11、12的情况下，加工痕迹被转印到透镜阵列11、12的表面，也就是模制透镜单元11a、12a的表面11c、12c。被转印到模制透镜单元11a、12a的表面11c、12c的加工痕迹成为图1所示的线状痕迹11b、12b。
28.如图1所示，光束强度均匀化元件100具有将2个透镜阵列11、12配置在光学基体10的表面10a和背面10b的一体构造。表面10a的透镜阵列11的线状痕迹11b所延伸的方向d11与背面10b的透镜阵列12的线状痕迹12b所延伸的方向d12不同。在透镜阵列11、12中线状痕迹11b、12b如上述那样可能成为干涉条纹的产生原因。然而，通过使构成光束强度均匀化元件100的2个透镜阵列11、12的线状痕迹11b、12b所延伸的方向d11、d12不同，从而使透镜阵列11中的干涉条纹的方向和透镜阵列12中的干涉条纹的方向不同，其结果，双方的干涉条纹彼此干涉，能够抑制光束强度均匀化元件100中的干涉条纹的产生。
29.对于更有效地抑制光束强度均匀化元件100中的干涉条纹的产生，优选以透镜阵列11的线状痕迹11b所延伸的方向d11和透镜阵列12的线状痕迹12b所延伸的方向d12正交的方式配置透镜阵列11、12。图4示出方向d11、d12彼此正交的光束强度均匀化元件100的干涉条纹。在图4中，未确认到清楚的干涉条纹。图5示出方向d11、d12彼此一致的比较例的光束强度均匀化元件的干涉条纹。在图5中，确认到清楚的干涉条纹。如图4和图5所示，通过使透镜阵列11的线状痕迹11b所延伸的方向d11和透镜阵列12的线状痕迹12b所延伸的方向d12正交，光束强度均匀化元件100的干涉条纹被抑制。
30.即，本公开中的由光束强度均匀化元件100实现的干涉条纹的抑制方法使透镜阵列11的线状痕迹11b和透镜阵列12的线状痕迹12b的方向彼此不同。因此，不需要以往那样以模制透镜单元为单位使线状痕迹的间距不同。即，能够在光束强度均匀化元件100中将线状痕迹11b、12b的间距设为等间隔。在该情况下，在图3中说明的切削加工中不需要变更切
削间距。其结果，能够缩短切削加工的加工时间，能够降低光束强度均匀化元件100的成本。
31.进一步地，由于切削间距变得均匀，因此能够将切削间距最佳化。例如，能够将切削间距设为切削装置中的最小间距。通过将切削间距设为最小，能够进一步提高成形面的加工精度，从而能够降低光束强度均匀化元件100中的光线的透过损失。
32.为了将光的强度分布均匀化，通常在光轴上配置2个以上的透镜阵列。通过如光束强度均匀化元件100那样设为将2个透镜阵列与光学基体10的表面10a和背面10b一体化的构造，能够以模具的精度水平来保证2片透镜阵列11、12的相对位置，从而能够将光束强度均匀化元件100容易地组装于光源装置。
33.产业上的可利用性
34.本公开具有对抑制了干涉条纹的光束强度均匀化元件的成本进行抑制这样的效果，特别是在小型的激光源装置中有效。
35.符号说明
36.10光学基体；
37.11、12透镜阵列；
38.11a、12a模制透镜单元；
39.11b、12b线状痕迹；
40.100光束强度均匀化元件。