JPH0263207B2 - - Google Patents

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JPH0263207B2
JPH0263207B2 JP11014785A JP11014785A JPH0263207B2 JP H0263207 B2 JPH0263207 B2 JP H0263207B2 JP 11014785 A JP11014785 A JP 11014785A JP 11014785 A JP11014785 A JP 11014785A JP H0263207 B2 JPH0263207 B2 JP H0263207B2
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Japan
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layer
lens
spherical
point
concentric
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Keisuke Kikuchi
Yoshinobu Mihashi
Juko Morito
Takuya Kono
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フアイバなどの光学素子に好適な
微小光用ロツドレンズに関し、特に波長分波器や
光交換器等に適用可能な同心2層先球ロツドレン
ズを提供するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a rod lens for minute light suitable for optical elements such as optical fibers, and in particular a concentric two-layer rod lens applicable to wavelength demultiplexers, optical exchangers, etc. The present invention provides a rod tip lens.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、光フアイバなどの光学素子に好適な
微小光用ロツドレンズにおいて、そのロツドレン
ズの先球部をその境界面が同心となる2層媒質で
形成することにより、光フアイバなどの光学素子
との密着・一体性を保ちながら簡単な構成で球面
収差とコマ収差の補正ができ、さらに2層媒質の
選択によつて色収差補正ができるようにしたもの
である。
The present invention provides a rod lens for minute light suitable for optical elements such as optical fibers, in which the tip of the rod lens is formed of a two-layer medium whose boundary surfaces are concentric. Spherical aberration and comatic aberration can be corrected with a simple structure while maintaining close contact and integrity, and chromatic aberration can also be corrected by selecting a two-layer medium.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、光フアイバを用いた光通信が実用期を迎
え、大量の情報を長距離にわたつて送れるように
光フアイバは低損失、単一モード化され、その一
通信方式には波長多重方式が検討されており、大
規模なネツトワークの構成が予想されている。ま
た、これらの進展にともない、光フアイバ送受端
や中継部あるいは交換部に用いて結合損失の少な
い、かつ要求された機能に合致した微小レンズが
要請されている。
In recent years, optical communications using optical fibers have come into practical use, and optical fibers have been made low-loss and single-mode so that large amounts of information can be transmitted over long distances, and wavelength division multiplexing is being considered as one communication method. It is expected that a large-scale network will be constructed. In addition, with these developments, there is a demand for microlenses that have low coupling loss and meet the required functions for use in optical fiber transmitting/receiving ends, relay sections, or exchange sections.

従来、この種の微小レンズとしては球レンズ、
先球ロツドレンズ、屈折率分布ロツドレンズがす
でに実用になつている(例えば、A.Nicia,
App.Opt.20.P.3136,1981)。
Conventionally, this type of microlens is a ball lens,
Spherical tip rod lenses and gradient index rod lenses are already in practical use (for example, A.Nicia,
App.Opt.20.P.3136, 1981).

また均質2層球レンズ(例えばG.Toraldo
di Francia,J.Appl.phys.322051(1961),A.F.
Eckel,U.S.Patent,2273847(Feb.24,1942),
J.A.Waidelich,JR.U.S.Patent 3166623
(Jan.19.1965)、 不均質球レンズ(例えば、G.Toraldo di
Francia,J.Opt.Soc.Am.47566(1957)、S.P.
Mofgan,J.Appl.Phys.291358(1958),K.
Kikuchi et al.U.S.Patent 4422733
(Dec.27.1983))、 不均質球レンズが埋め込まれた先球ロツドレン
ズ(K.Kikuchi et al.Appl.Opt.212734(1982))
が提案されているが、その使用目的や機能の点か
ら本発明と関係あるのは主として均質レンズであ
る。
Also, homogeneous two-layer spherical lenses (e.g. G. Toraldo
di Francia, J.Appl.phys.322051 (1961), AF
Eckel, US Patent, 2273847 (Feb.24, 1942),
JAWaidelich, JR.USPatent 3166623
(Jan.19.1965), inhomogeneous spherical lenses (e.g. G. Toraldo di
Francia, J.Opt.Soc.Am.47566 (1957), SP
Mofgan, J.Appl.Phys.291358 (1958), K.
Kikuchi et al. US Patent 4422733
(Dec.27.1983)), spherical tip lens with embedded heterogeneous spherical lens (K.Kikuchi et al.Appl.Opt.212734 (1982))
have been proposed, but it is mainly the homogeneous lens that is related to the present invention in terms of its purpose of use and function.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、従来の球レンズや2層球レンズ
では光フイバをレンズの表面に密着させるように
焦点をもつてくるためには、前者の球レンズでは
屈折率2のもの、後者の2層球レンズでは外殻の
屈折率3.4,内芯の屈折率2.7(上記文献)程度
が必要になり、これらの屈折率を有する材質を可
視光でのガラフ材で見い出すのは実際上困難であ
る。
However, in conventional ball lenses and double-layer ball lenses, in order to bring the optical fiber into close contact with the lens surface, the former ball lens must have a refractive index of 2, and the latter two-layer ball lens must have a refractive index of 2. A refractive index of 3.4 for the outer shell and a refractive index of 2.7 for the inner core (see the above-mentioned document) is required, and it is actually difficult to find a material with these refractive indexes as a glass material under visible light.

また、仮に、先球ロツドレンズのロツド端面の
中心軸上の一点から発した光が外部反射鏡で反射
され再び先球ロツドレンズを通して同一点に戻る
と考えると、収差円半径δは、上記参考文献
A,Nicia App.Opt.20,P3136,1981にも記載さ
れている通り、 δ=NA3R/{n2(n−1)3} …(1) で与えられる。ここでNAは光源となる光フアイ
バ開口数、Rは先球部曲率半径、nはレンズ屈折
率である。一例として、NA=0.1,R=2.5mm
n=1.5とすると、δ=9μmになる。
Furthermore, if we consider that light emitted from a point on the central axis of the rod end face of a spherical-tip rod lens is reflected by an external reflecting mirror and returns to the same point through the spherical-tip rod lens, the aberration circle radius δ is , Nicia App. Opt. 20, P3136, 1981, it is given by δ=NA 3 R/{n 2 (n-1) 3 }...(1). Here, NA is the numerical aperture of the optical fiber serving as the light source, R is the radius of curvature of the tip sphere, and n is the refractive index of the lens. As an example, NA=0.1, R=2.5mm
If n=1.5, δ=9 μm.

光源と像点が光軸上にある場合には対称光学系
なので、最小錯乱円半径はさらに小さくなり、光
フアイバのコア半径を5μmとすると、そのコア半
径内へ収まるであろう。
When the light source and image point are on the optical axis, the optical system is symmetrical, so the radius of the circle of least confusion becomes even smaller, and if the core radius of the optical fiber is 5 μm, it will fall within the core radius.

しかし、現実には波長分派器などでは光源や像
点が光軸上をはずれている非対称光学系であるの
で、上述の開口数NAの代わりに±(像高)/f
をNAの値に加算して、非対称な収差を評価しな
ければならない。ここで、f(=R/(n−1))
は焦点距離である。上述の数値R=2.5mm,n=
1.5と像高0.625mmを仮定して代入すると、f=5
mm,0.625/5=0.13となるから、NAの変化分は
0.13であり、NA=0.23に対して上記(1)式を計算
してみると、δ=110μmとなる。この値はコア半
径(5μm)を大幅にはみ出すだけでなく、隣接フ
アイバへの漏れとなることを示している。
However, in reality, a wavelength splitter is an asymmetric optical system in which the light source and image point are off the optical axis, so instead of the numerical aperture NA mentioned above, ±(image height)/f
must be added to the NA value to evaluate asymmetric aberrations. Here, f(=R/(n-1))
is the focal length. The above numerical values R=2.5mm, n=
1.5 and image height of 0.625 mm, f=5
mm, 0.625/5 = 0.13, so the change in NA is
0.13, and when the above equation (1) is calculated for NA=0.23, δ=110 μm. This value not only indicates that the core radius (5 μm) is significantly exceeded, but also leaks into adjacent fibers.

そこで、本発明の目的は、上述の欠点を除去
し、焦点距離に対する球面収差とコマ収差が小さ
く、光フアイバなどの光学素子との密着や一体化
の容易な微小光用ロツドレンズを提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a rod lens for microscopic light that eliminates the above-mentioned drawbacks, has small spherical aberration and comatic aberration with respect to focal length, and is easy to fit closely and integrate with optical elements such as optical fibers. be.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、先球ロツドレンズと光フアイバなど
の他素子との一体性を保ちながら、収差の改善を
はかるため、その先球部をその境界面が同心とな
る2層媒質で構成したことを特徴とするものであ
る。すなわち、本発明はロツド端面に集光点また
は発光点が位置する先球ロツドレンズに於て、該
レンズの先球部を第1層と第2層からなる2層に
形成し、かつ前記先球部の周囲媒質(屈折率N1
と前記第1層(屈折率N1′≡N2)、および該第1
層と前記第2層(屈折率NN2′≡N3)の境界面
(各々第1,2面と呼ぶ)を互いに同心球面(曲
率半径R1,R2)に形成し、前記屈折率の大小関
係をN1′>N2′>N1とし、前記曲率半径の比R2
R1を3次球面収差を0にする値の近くに選択す
ることを特徴とする。
The present invention is characterized in that, in order to improve aberrations while maintaining the integrity of the rod tip lens with other elements such as optical fibers, the tip portion is constructed of a two-layer medium whose boundary surfaces are concentric. That is. That is, the present invention provides a spherical tip rod lens in which a condensing point or a light emitting point is located on the end face of the rod, in which the spherical tip portion of the lens is formed into two layers consisting of a first layer and a second layer; surrounding medium (refractive index N 1 )
and the first layer (refractive index N 1 ′≡N 2 ), and the first layer (refractive index N 1 ′≡N 2 );
The boundary surfaces (referred to as the first and second surfaces, respectively) between the layer and the second layer (refractive index NN 2 '≡N 3 ) are formed into mutually concentric spherical surfaces (curvature radii R 1 , R 2 ), and the refractive index Letting the size relationship be N 1 ′>N 2 ′>N 1 , the ratio of the radius of curvature R 2 /
It is characterized in that R 1 is selected close to a value that makes the third-order spherical aberration zero.

〔作用〕[Effect]

本発明では、前記第1面の凸レンズと第2面の
凹レンズの効果を組み合せによつて、全体として
は凸レンズを保ちながら球面収差が補償されてい
る。また、同心球面を用いることからコマ収差も
同時に補正されている。
In the present invention, by combining the effects of the convex lens on the first surface and the concave lens on the second surface, spherical aberration is compensated for while maintaining a convex lens as a whole. Furthermore, since concentric spherical surfaces are used, coma aberration is also corrected at the same time.

しかし、上述の構成だけでは像面彎曲は残るの
で先球の反対側のロツド端面は、低い像高では平
面でよいが、高い像高まで使う場合は湾曲に沿つ
た球面にするのがよい。また、光通信の波長多重
方式に適応するように、色収差を補正すること
が、2つの層の材質の組み合せによつて可能とな
る。
However, with only the above configuration, field curvature remains, so the rod end surface on the opposite side of the tip sphere may be flat at low image heights, but when used at high image heights, it is better to make it a spherical surface that follows the curvature. Further, by combining the materials of the two layers, it is possible to correct chromatic aberration so as to be compatible with the wavelength multiplexing method of optical communication.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

A 基本的構成 第1図は本発明の同心2層先球ロツドレンズの
構成例を示す。ここで、10はロツド端面に集光
点(または発光点)P2′が位置する同心2層先球
ロツドレンズ、11はそのレンズの第1層(屈折
率N1′≡N2)、12はそのレンズの第2層(屈折
率N2′≡N3)である。ロツドレンズ10の先球部
13を第1層11と第2層12からなる2層に形
成し、その周囲媒質14(屈折率N1)と第1層
11、及び第1層11と第2層との境界面を互い
に点Cを曲率中心とする同心球面(曲率半径R1
R2)に形成し、その曲率半径の比R2/R1を次式
(2)が成立する範囲に選択する。
A. Basic Structure FIG. 1 shows an example of the structure of the concentric two-layer, spherical-tipped rod lens of the present invention. Here, 10 is a concentric two-layer spherical rod lens with a condensing point (or light emitting point) P 2 ' located at the end face of the rod, 11 is the first layer of the lens (refractive index N 1 '≡N 2 ), and 12 is It is the second layer of the lens (refractive index N 2 ′≡N 3 ). The tip spherical part 13 of the rod lens 10 is formed into two layers consisting of a first layer 11 and a second layer 12. The boundary surfaces with each other are concentric spherical surfaces with the center of curvature at point C (radius of curvature R 1 ,
R 2 ), and the ratio of the radius of curvature R 2 /R 1 is calculated by the following formula:
Select a range where (2) holds true.

γR2/R1<1.1γ …(2) γは次式(3)を満足するR2/R1の値である。 γR 2 /R 1 <1.1γ (2) γ is the value of R 2 /R 1 that satisfies the following equation (3).

ψ1/n1′+ψ2/n1′n2′(R1/R22−N1 2R1 2ψTψ
1ψ2−R1 2ψT/n21 2′=0…(3) ここで、n1′=N1′/N1, n2′=N2′/N1, ψ〓=N〓′−N〓/N〓N〓′R〓(ν=1,2), ψT=ψ1+ψ2 …(4) 12は同心点Cから周囲媒質を進む光線と
光軸の交わる点、および第2層中を進む光線と光
軸の交わる点までの距離である。
ψ 1 /n 1 ′+ψ 2 /n 1 ′n 2 ′(R 1 /R 2 ) 2 −N 1 2 R 1 2 ψ T ψ
1 ψ 2 −R 1 2 ψ T /n 21 2 ′=0…(3) Here, n 1 ′=N 1 ′/N 1 , n 2 ′=N 2 ′/N 1 , ψ〓= N〓′−N〓/N〓N〓′R〓(ν=1,2), ψ T = ψ 1 + ψ 2 …(4) 1 and 2 are the relationship between the ray traveling in the surrounding medium from the concentric point C and the optical axis. It is the distance between the point of intersection and the point where the optical axis intersects with the light ray traveling through the second layer.

B 原理 次に、第1図の本発明レンズの収差補正の作用
原理について、第2図の先球ロツドレンズを参照
して説明する。
B. Principle Next, the working principle of aberration correction of the lens of the present invention shown in FIG. 1 will be explained with reference to the spherical tip rod lens shown in FIG. 2.

まず、任意の球面境界面について結像の基本式
は、第2図において屈折率N(媒質24),N′(レ
ンズ20)の境界球面上S点に光軸から傾角u、
入射角iで入射する光線Lが傾角u′,屈折角i′で
光軸上P′に交わるとすると、 スネルの正弦則 Nsin i=N′sin i′…(4.1) 三角形CSP,CSP′に辺と角の三角公式を用いて、 sin u/r=sin i/′ …(4.2) sin u′/r=sin i′/′ …(4.3) が成り立つ。ここで、,′は各々球面曲率中
心C(半径r)から入射光と光軸の交点P,屈折
光と光軸の交点P′までの距離であり、符号を右側
を正とする。
First, the basic formula for image formation for any spherical boundary surface is as shown in FIG.
If a ray L entering at an incident angle i intersects P' on the optical axis at an inclination angle u' and a refraction angle i', then Snell's sine law Nsin i=N'sin i'...(4.1) Triangles CSP, CSP' Using trigonometric formulas for sides and angles, sin u/r=sin i/'...(4.2) sin u'/r=sin i'/'...(4.3) holds. Here, ,' are the distances from the center of spherical curvature C (radius r) to the intersection point P of the incident light and the optical axis, and the intersection point P' of the refracted light and the optical axis, respectively, with the right side being positive.

角度の関係 u′=θ−i′=i+u−i′ …(4.4) を式(4.3)に代入して、 r/′=sin(i−i′+u)/sin i0′ …(4.5) 式(4.5)を展開し、式(4.1),(4.2)を代入し
てi以外の角度を消去し、さらに、次の3次収差
の近似、 cos i=1−0.5sin2i,cos i′=1−0.5(N2/N′2
)sin2i…(4.6) をすると次式を得る。
Substituting the angle relationship u'=θ-i'=i+u-i'...(4.4) into equation (4.3), we get r/'=sin(i-i'+u)/sin i 0 '...(4.5) Expand equation (4.5), substitute equations (4.1) and (4.2) to eliminate angles other than i, and then approximate the third-order aberration as cos i=1−0.5sin 2 i, cos i ′=1−0.5(N 2 /N′ 2
) sin 2 i…(4.6), we get the following equation.

1/N′′=N′−N/NN′r+1/N+N′−N/2N
2r (1−r2/′)sin2 i …(4.7) 上式(4.7)は物点P(第2図では虚)とその像
点P′の関係を示し、右辺第3項が収差Δに関係し
た項である。境界面ν番目に対応して次式(5)とな
る。
1/N′′=N′-N/NN′r+1/N+N′-N/2N
2 r (1−r 2 /′) sin 2 i …(4.7) The above equation (4.7) shows the relationship between the object point P (imaginary in Figure 2) and its image point P′, and the third term on the right side is This is a term related to the aberration Δ. Corresponding to the νth boundary surface, the following equation (5) is obtained.

1/N〓′〓′=N〓′−N〓/N〓N〓′r〓+1/N〓
〓+Δ〓, Δν=N〓′−N〓/2N〓12r〓(1−r〓2/〓〓′
)sin2i〓…(5) ここで、〓,〓′は球面曲率中心C(半径r)
から各々入射光、屈折光の延長線の光軸との交点
P,P′までの距離であり、符号は右側を正とす
る。
1/N〓′〓′=N〓′−N〓/N〓N〓′r〓+1/N〓
〓+Δ〓, Δν=N〓′−N〓/2N〓 12 r〓(1−r〓 2 /〓〓′
) sin 2 i〓…(5) Here, 〓, 〓′ are the center of spherical curvature C (radius r)
It is the distance from P to the intersection point P and P' of the extension line of the incident light and the refracted light with the optical axis, respectively, and the sign is positive on the right side.

なお、上式(5)では第2図で用いた文字にνの添
字を付けてν番目の面を表わす式として書いてい
る。(5)式のΔνは収差に関係した項であり、曲率
中心Cから入射線SPに下した垂線長≡h〓と、
曲率半径r〓との比sini〓=h〓/r〓の2乗に比例して
いる。
In addition, in the above equation (5), the subscript ν is added to the letters used in FIG. 2, and the equation is written to represent the ν-th surface. Δν in equation (5) is a term related to aberration, and the perpendicular length ≡ h〓 from the center of curvature C to the incident line SP,
It is proportional to the square of the ratio sini〓=h〓/r〓 to the radius of curvature r〓.

今、ν=1の単球面の場合、すなわち、第2図
のような従来の先球ロツドレンズ20の場合で
は、(5)式により光源とその像の位置(11′)
が(r1N1′/N1,r1N1/N1′)のときか、その逆
の場合、また(−r1,−r1)のときに3次球面収
差Δ1をΔ1=0にできる。
Now, in the case of a monospherical surface with ν = 1, that is, in the case of the conventional spherical tip rod lens 20 as shown in Fig. 2, the position of the light source and its image is calculated by equation (5) ( 1 , 1 ').
When is (r 1 N 1 ′/N 1 , r 1 N 1 /N 1 ′) or vice versa, or when (−r 1 , −r 1 ), the third-order spherical aberration Δ 1 is 1 can be set to 0.

しかし、通常よく使われる平行入射(1/1
=0)や実光源から実像を得る光学系(1<0,
1′>0)ではΔ1≠0である。このため、本発明
ではν=1,2の2球面を用い、個々の収差項は
値をもつていてもその和Δ1+Δ2を0にする収差
補正法を採用している。
However, the commonly used parallel incidence ( 1/1
= 0) or an optical system that obtains a real image from a real light source ( 1 <0,
1 ′>0), Δ 1 ≠0. Therefore, in the present invention, two spherical surfaces with ν=1 and 2 are used, and an aberration correction method is adopted in which the sum Δ 12 is set to 0 even though each aberration term has a value.

即ち、第1図の同心2層先球ロツドレンズ10
の第1面をν=1,第2面をν=2に対応させ
て、周囲媒質14、第1層11、第2層12の屈
折率が各々N1,N2≡N1′,N3≡N2′であり、第1
面と第2面の曲率半径r1,r2は共に正なのでR1
R2と書き代え、同心であることから、2
1′である。なお、1は第1面での物点P1までの
距離1′,1′は第1面による像点P1′までの距
1′,2は第2面での物点P2までの距離2
および2′は第2面による像点P2′までの距離
2′である。
In other words, the concentric two-layer spherical tip rod lens 10 of FIG.
, the refractive index of the surrounding medium 14, first layer 11, and second layer 12 is N 1 , N 2 ≡N 1 ', N, respectively. 3 ≡N 2 ′, and the first
Since the radius of curvature r 1 and r 2 of the surface and the second surface are both positive, R 1 ,
Rewrite it as R 2 , and since it is concentric, 2 =
1 ′. In addition, 1 is the distance 1 ' to the object point P 1 on the first surface, 1 ' is the distance 1 ' to the image point P 1 ' on the first surface, and 2 is the distance to the object point P 2 on the second surface. distance 2 ,
and 2 ′ is the distance from the second surface to the image point P 2
2 ′.

これらの関係を考慮して、上式(5)でν=1を第
1面,ν=2を第2面に対応させ、周囲媒質、第
1,2層の屈折率を各々N1,N2≡N1′,N3
N2′とし、第1,2面の曲率半径r1,r2は共に正
でR1,R2とおく。ν=1の式をν=2の式に代
入して、 1/N22′=2 〓 〓=1N〓′−N〓/N〓N〓′R〓+1/N1 12 〓 〓 〓=1N〓′−N〓/2N〓′2R〓(1−R〓2/〓〓′)
sin2i〓 すなわち、次式(6)が得られる。
Considering these relationships, in the above equation (5), ν=1 corresponds to the first surface and ν=2 corresponds to the second surface, and the refractive indices of the surrounding medium and the first and second layers are N 1 and N 1 , respectively. 2 ≡N 1 ′, N 3
N 2 ', and the radii of curvature r 1 and r 2 of the first and second surfaces are both positive and R 1 and R 2 . Substituting the equation for ν=1 into the equation for ν=2, 1/N 22 ′= 2 〓 〓 =1 N〓′−N〓/N〓N〓′R〓+1/N 1 1 + 2 〓 〓 〓 =1 N〓′−N〓/2N〓′ 2 R〓(1−R〓 2 /〓〓′)
sin 2 i〓 In other words, the following equation (6) is obtained.

1/N22′=ψT+1/N1 1+ΔT …(6) ここで、ΔT=Δ1+Δ2,ψT=ψ1+ψ2,ψ〓(ν=
1,2)は(3)式で用いたものと同じとする。
1/N 22 ′=ψ T +1/N 1 1T …(6) Here, Δ T = Δ 1 + Δ 2 , ψ T = ψ 1 + ψ 2 , ψ〓(ν=
1, 2) are the same as those used in equation (3).

第1面と第2面への入射角の関係は第1図にお
いてスネルの屈折則と三角公式を用いて、次式(7)
となる。
The relationship between the angle of incidence on the first and second surfaces is expressed by the following equation (7) using Snell's law of refraction and the trigonometric formula in Figure 1.
becomes.

sin i2=(R1/R2)(N1/N2)sini1 …(7) 収差補正は、(6)式の右辺第1頁のパワー(ψT
を正にしたまま、第3項の収差項(ΔT)を0に
すればよい。(6)式に(5)式の近軸式と(7)式を代入し
て、収差項ΔTは次式(8)となる。
sin i 2 = (R 1 / R 2 ) (N 1 / N 2 ) sini 1 … (7) The aberration correction is the power (ψ T ) on the first page of the right side of equation (6).
The third aberration term (Δ T ) may be set to 0 while keeping Δ T positive. By substituting the paraxial equation of equation (5) and equation (7) into equation (6), the aberration term ΔT becomes the following equation (8).

ΔT=1/2[ψ1/n1′+ψ2/n1′n2′(R1/R22 −N1 2R1 2ψTψ1ψ2−ψTR1 2/n21 2′]×sin2i
1…(8) ここで、(3)式で用いたと同様に、 n1′=N′1/N1,n2′=N2′/N1,ψ〓=N〓′−N〓/
N〓N〓′R〓(ν=1,2),ψT=ψ1+ψ2 とおいた。なお、この収差項ΔTは収差そのもの
を意味しない。
Δ T = 1/2 [ψ 1 /n 1 ′+ψ 2 /n 1 ′n 2 ′ (R 1 /R 2 ) 2 −N 1 2 R 1 2 ψ T ψ 1 ψ 2 −ψ T R 1 2 / n 21 2 ′]×sin 2 i
1 …(8) Here, as used in equation (3), n 1 ′=N′ 1 /N 1 , n 2 ′=N 2 ′/N 1 , ψ〓=N〓′−N〓/
We set N〓N〓′R〓(ν=1,2), ψ T = ψ 1 + ψ 2 . Note that this aberration term ΔT does not mean an aberration itself.

いま、収差補正(ΔT=0)の目安をつけるた
め式(8)の主要な第1,2項のみ考えると(第3,
4項は通常1桁小さい値で無視できる)、ψT>0
(全体として凸レンズ)にしてΔT=0にするため
にはψ1>0,ψ2<0、すなわち第2層(N2′)が
1層(N1′)より低屈折率で(N1′>N2′>N1)、
第1,2面曲率半径に少なくともR1>√2′R2
関係に選ぶことが必要である。
Now, in order to get a rough idea of aberration correction (ΔT=0), considering only the main terms 1 and 2 of equation (8),
The fourth term is usually one order of magnitude smaller and can be ignored), ψ T > 0
(Convex lens as a whole) In order to make Δ T = 0, ψ 1 > 0, ψ 2 < 0, that is, the second layer (N 2 ') must have a lower refractive index than the first layer (N 1 ') and (N 1 ′>N 2 ′>N 1 ),
It is necessary to select the radii of curvature of the first and second surfaces so that at least R 1 >√ 2 ′R 2 is satisfied.

具体的な数値例を示すと、第1図において平行
入射の場合(1/1=0)として、n1′=N1′/
N1=1.5,(1.6),同じ順にn2′=N2′/N1=1.4,
(1.5),とすると(8)式の3次近似計算により各々
R2/R1=0.462,(0.414)でΔT=0になる。その
ときのレンズパワーとその配分ψT(=ψ1+ψ2
は、R1=1に対して各々ψT=0.23(=0.33−0.1),
ψT=0.275(=0.375−0.1)となる。すなわち、本
例では第2面の凹レンズ効果により約30%のパワ
ー損失を伴なうが、3次収差ΔTを0にできる。
To give a specific numerical example, in Figure 1, in the case of parallel incidence ( 1/1 = 0), n 1 ′=N 1 ′/
N 1 = 1.5, (1.6), in the same order n 2 ′ = N 2 ′ / N 1 = 1.4,
(1.5), then by the cubic approximation calculation of equation (8), each
R 2 /R 1 = 0.462, (0.414) and Δ T = 0. Lens power and its distribution at that time ψ T (=ψ 1 + ψ 2 )
are respectively ψ T =0.23 (=0.33−0.1) for R 1 =1,
ψ T =0.275 (=0.375−0.1). That is, in this example, a power loss of about 30% is caused by the concave lens effect of the second surface, but the third-order aberration ΔT can be reduced to zero.

光線追跡によると上記より大きい値R2/R1
0.5,(0.455)で各々NA0.17,(0.2)の範囲で
収差を|TSAnax|/R10.002にできることがわ
かる。それは5次以上の収差を打ち消すよう3次
収差を幾分残した方がよいことを意味する。すな
わち、正確な計算で得られる最適なR2/R1の値
は約1.1倍大きくなる。従つて、R2/R1を上述の
式(2)が成立する範囲に選択できる。
According to ray tracing, the value larger than the above is R 2 /R 1 =
0.5 and (0.455), the aberration can be reduced to |TSA nax |/R 1 0.002 in the range of NA0.17 and (0.2), respectively. This means that it is better to leave some third-order aberration to cancel out fifth-order and higher-order aberrations. That is, the optimal value of R 2 /R 1 obtained by accurate calculation is approximately 1.1 times larger. Therefore, R 2 /R 1 can be selected within a range where the above equation (2) is satisfied.

γR2/R1<1.1γ C 波長分波器 第3図は、第1図の本発明同心2層先球ロツド
レンズ10を波長分波器に適用した実施例を示
す。第3図に示すように、入光用光フアイバ15
Aからの波長多重光はレンズ10で平行光にされ
て回折格子16に入射し、その波長λ1,λ2,λ3
に応じた方向に反射される。反射された一次回折
光は再びレンズ10を通り隣り合つた光フアイバ
列15Bに送られる。いま、光フアイバ15A,
15Bの外径を125μmとし、波長多重数を8とす
ると、少なくとも0.125×(8+2)=1.25mmの半
分の像高まで低収差で使えるレンズが必要にな
る。
γR 2 /R 1 <1.1γ C Wavelength Demultiplexer FIG. 3 shows an embodiment in which the concentric two-layer spherical tip rod lens 10 of the present invention shown in FIG. 1 is applied to a wavelength demultiplexer. As shown in FIG.
The wavelength-multiplexed light from A is collimated by the lens 10 and enters the diffraction grating 16, and its wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 . . .
It is reflected in the direction according to the direction. The reflected first-order diffracted light passes through the lens 10 again and is sent to the adjacent optical fiber array 15B. Now, optical fiber 15A,
If the outer diameter of 15B is 125 μm and the number of multiplexed wavelengths is 8, a lens that can be used with low aberrations at least half the image height of 0.125×(8+2)=1.25 mm is required.

そこで、レンズ第1層11をポリスチレン(nD
=1.59,アツベ数μ=31)、またはポリカーボネ
イト(nD=1.59,μ=30)、第2層12をポリメ
チルメタクリレート(nD=1.49,μ=57)または
アクリル(nD=1.49,μ=57)としたとき、平行
光入射で3次収差ΔT=0にするには、(8)式から
R2/R1=0.42とすればよいことが分かる。なお、
光線追跡によると、上述の0.42の値よりわずかに
大きい値R2/R1=0.46で、NA0.2の範囲におい
て(横収差)/R10.002できるので、R2/R1
としてはこの値0.46を採用する。パワーψT
0.271/R1であり、(6)式の第1項により同心点C
−像面がP′間距離2′は2 ′=1/(N2′ψT)=2.48R1 …(9) となる。
Therefore, the lens first layer 11 is made of polystyrene (n D
The second layer 12 is made of polymethyl methacrylate (n D =1.49, μ=57) or acrylic ( n D =1.49, μ = 57), in order to make the third-order aberration Δ T = 0 with parallel light incidence, from equation (8),
It can be seen that it is sufficient to set R 2 /R 1 =0.42. In addition,
According to ray tracing, the value R 2 /R 1 = 0.46, which is slightly larger than the value of 0.42 mentioned above, can be calculated as (lateral aberration) /R 1 0.002 in the range of NA 0.2, so this value of R 2 /R 1 can be obtained. Adopt the value 0.46. Power ψ T =
0.271/R 1 , and by the first term of equation (6), the concentric point C
- The distance 2 ' between the image plane and P' is 2 '=1/( N2'ψT )= 2.48R1 ...(9).

さらに、回折格子16の格子間隔d、波長多重
の隣接波長差δλ、中心波長λ、光フアイバ外径
Dとすると、波長多重波の一回折波が一列に並べ
られた光フアイバに分離できるための条件は次式
(10)となる。
Furthermore, if the grating interval d of the diffraction grating 16, the difference between adjacent wavelengths in wavelength multiplexing δλ, the center wavelength λ, and the outer diameter of the optical fiber are The condition is the following formula
(10) becomes.

δλ/d2′D …(10) 仮に、D=125μm、δλ=0.04μm、d=2μmと
すると、(10)式から2′6.25mmとなり、(9)式にこ
2′の値を代入すると、第1面の曲率半径R1
2.5mmが必要になる。いま、R1=2.5mmとして光軸
附近で使うときの横収差は、上述の光線追跡の結
果により開口数NA0.2の範囲で、5μmになる。
δλ/d 2 ′D …(10) If D = 125 μm, δλ = 0.04 μm, and d = 2 μm, then 2 ′6.25 mm is obtained from equation (10), and this value of 2 ′ is substituted into equation (9). Then, the radius of curvature of the first surface R 1
2.5mm is required. Now, when using R 1 = 2.5 mm near the optical axis, the lateral aberration is 5 μm in the range of numerical aperture NA 0.2, according to the above-mentioned ray tracing results.

従つて、光フアイバ15A,15Bがシングル
モード用(例えばコア径10μmφ,NA0.1)
であれば、そのコア径内にほぼ収差が収まり、レ
ンズ10の開口数NAが光フアイバ15Aの開口
数NAより大きい分(0.2−0.1=0.1)だけ傾いた
光軸で、すなわち像高6.25×0.10.63(mm)まで
使える。これにより、レンズ10には約10本の光
フアイバ15が並べられるので、波長多重数は8
である(第3図において0次回折光の位置が空
く)。
Therefore, the optical fibers 15A and 15B are for single mode (for example, core diameter 10 μmφ, NA 0.1)
If so, the aberration will almost fall within the core diameter, and the optical axis will be tilted by the amount that the numerical aperture NA of the lens 10 is larger than the numerical aperture NA of the optical fiber 15A (0.2-0.1=0.1), that is, the image height is 6.25× Can be used up to 0.10.63 (mm). As a result, approximately 10 optical fibers 15 are arranged in the lens 10, so the number of wavelengths multiplexed is 8.
(The position of the 0th order diffracted light is vacant in FIG. 3).

さて、このような分波器用レンズでは、光波長
が広範囲にわたるときには、色消しの必要、すな
わち、波長の違いによる焦点距離の違いを無くさ
なければならない。
Now, in such a demultiplexer lens, when the light wavelengths range over a wide range, it is necessary to eliminate the need for achromatization, that is, to eliminate the difference in focal length due to the difference in wavelength.

この色消し条件は次式(11)で与えられる。す
なわち、(6)式の収差項ΔTを省略して、 1/N22′=ψ1+ψ2+1/N1 1 ここで、ψ〓′=N〓′−N〓/N〓N〓′R〓(ν=1
,2) 平行入射として、1→∞で書き換えると、 1/N2′ 1/2′=N1′−N1/N1N1′ 1/R1+N2
−N2/N2N2′ 1/R2N1′/N1=n1′,N2′/N1=n2′ とおき、N1=1(空気)とすると、 1/2′=(1−1/n1′)n2′/R1 +(n2′/n1′−1)1/R2 波長を変えたときの変化分は次式となる。
This achromatic condition is given by the following equation (11). That is, omitting the aberration term ΔT in equation (6), 1/N 22 ′=ψ 12 +1/N 1 1where, ψ〓′=N〓′−N〓/N〓N 〓′R〓(ν=1
, 2) As parallel incidence, rewriting as 1 →∞, 1/N 21/2 ′=N 1 ′−N 1 /N 1 N 1 ′ 1/R 1 +N 2
-N 2 /N 2 N 2 ′ 1/R 2 N 1 ′/N 1 = n 1 ′, N 2 ′/N 1 = n 2 ′, and if N 1 = 1 (air), then 1/2 ′=(1-1/n 1 ′)n 2 ′/R 1 +(n 2 ′/n 1 ′-1) 1/R 2 The amount of change when changing the wavelength is given by the following equation.

δ(1/2)=δn1′/n1′ n2′/R1+(1−1/n1
′)δn2′/R1+δn2′/n1′R2−n2′δn1′/n12R
2 波長で2′が変わらない条件はδ(1/2′)=
0,このとき、右辺は δn1′(n2′/n12 1/R1−n2′/R2n12)+{
(1−1/n1′)1/R1+1/n1′R2′}δn2′=0 である。この式を書き換えて、次式が得られる。
δ ( 1/2 ) = δn 1 ′/n 1 ′ n 2 ′/R 1 + (1-1/n 1
′)δn 2 ′/R 1 +δn 2 ′/n 1 ′R 2 −n 2 ′δn 1 ′/n 12 R
The condition that 2 ′ does not change between two wavelengths is δ( 1/2 ′)=
0, then the right side is δn 1 ′(n 2 ′/n 12 1/R 1 −n 2 ′/R 2 n 12 )+{
(1-1/n 1 ′)1/R 1 +1/n 1 ′R 2 ′}δn 2 ′=0. Rewriting this equation, we get the following equation.

δn1′/δn2′={1/R+1/n1′(1/R2−1/
R1)}/[n2′/n12(1/R2−1/R1)] =n1′/n2′[1/R1/{1/n1′(1/R2−1/
R1)}+1]=n1′/n2′{1+n1′/R1/R2−1} ここで、δn1′/δn2′=D1/D2 とすれば次式(11)となる。すなわち、第1層
11と第2層12の媒質に着目する光波長帯での
分散係数(dn′ν/dλ;ν=1,2,λは波長)
D1,D2を次式(11)を満足するように選択すれ
ばよい。
δn 1 ′/δn 2 ′={1/R+1/n 1 ′(1/R 2 −1/
R 1 )}/[n 2 ′/n 12 (1/R 2 −1/R 1 )] =n 1 ′/n 2 ′[1/R 1 /{1/n 1 ′(1/R 2 -1/
R 1 )}+1]=n 1 ′/n 2 ′{1+n 1 ′/R 1 /R 2 −1} Here, if δn 1 ′/δn 2 ′=D 1 /D 2 , then the following equation (11 ). That is, the dispersion coefficient in the optical wavelength band focusing on the medium of the first layer 11 and the second layer 12 (dn'ν/dλ; ν=1, 2, λ is the wavelength)
D 1 and D 2 may be selected so as to satisfy the following equation (11).

D1/D2=n1′/n2′[1+n1′/(R1/R2−1)]…
(11) 次に、本実施例がどの程度上式(11)を満足する
かを調べる。アツベ数μは、一般に次式(12)で
定義される。
D 1 /D 2 =n 1 ′/n 2 ′[1+n 1 ′/(R 1 /R 2 −1)]…
(11) Next, it is examined to what extent this embodiment satisfies the above equation (11). The Atsube number μ is generally defined by the following equation (12).

μ=(nB−1)/(nA−nC) …(12) ここで、nA,nB,nCは用いる波長帯の内の波長
の低、中、高の順での屈折率とする。第1層11
と第2層12のアツベ数をμ1,μ2とすると、(11)
式の分散係数D1,D2との関係は次式(13)とな
る。
μ = (n B −1) / (n A − n C ) … (12) Here, n A , n B , n C are the refraction of the wavelength in the order of low, middle, and high within the wavelength band used. rate. First layer 11
and the Atsube numbers of the second layer 12 are μ 1 and μ 2 , (11)
The relationship between the dispersion coefficients D 1 and D 2 of the equations is as shown in the following equation (13).

D1/D2=(μ2/μ1)(nB1−1) /(nB2−1) …(13) 本実施例の第1層11、第2層12のn,μの
数値はD線(0.59μm)の値であるが、近似的に
光通信波長帯に使えるとして(13)式に代入する
と、D1/D21.6となる。
D 1 /D 2 = (μ 21 ) (n B1 −1) / (n B2 −1) (13) The values of n and μ of the first layer 11 and second layer 12 in this example are This is the value for the D line (0.59 μm), but if it is substituted into equation (13) assuming that it can be used approximately in the optical communication wavelength band, it becomes D 1 /D 2 1.6.

一方、R2/R1=0.46,n1′=1.59のときに、
(11)式の右辺2.5なので、略60%色消し条件が
満足されていることが分る。レンズ10の材質と
してガラス材を用いれば、その種類が多いので、
100%近く色消し条件を満足する選択が可能にな
る。
On the other hand, when R 2 /R 1 = 0.46, n 1 ′ = 1.59,
Since the right side of equation (11) is 2.5, it can be seen that approximately 60% of the achromatic condition is satisfied. If glass material is used as the material of the lens 10, there are many types, so
It becomes possible to make a selection that satisfies the achromatic condition nearly 100%.

例えば、第1層11にアツベ数(μ)が35〜40
程度のTiFN5,F8,F14,F5,F15,F3第2層
12にアツベ数70〜80程度のFK52,FK51,FK5
の1対を選べばよい。
For example, the first layer 11 has an Atsube number (μ) of 35 to 40.
TiFN5, F8, F14, F5, F15, F3 second layer 12 of about 70 to 80 FK52, FK51, FK5
All you have to do is choose one pair.

以上述べた例はシングルモード光フアイバに適
したレンズのものであるが、多モード光フアイバ
ー(例えば、コア径50μm.NA0.2)を使う場合に
は、レンズの開口数NAを高くするように第1層
11と第2層12の屈折率を各々1.7,1.6程度に
し、色消しのためのアツベ数として各々30,60程
度のものを選ぶ。例えば、第1層11にSF15,
BaSF14,BaSF55,SFN64,SF1,SF18,
SF10,SF53などの材質を選択し,第2層12に
SK5,SK13,DSK52,SK14,SK7,SK3,SK4
などの材質を選択する。
The examples described above are for lenses suitable for single-mode optical fibers, but when using multi-mode optical fibers (for example, core diameter 50 μm, NA 0.2), it is recommended to increase the numerical aperture NA of the lens. The refractive index of the first layer 11 and the second layer 12 is set to be about 1.7 and 1.6, respectively, and the Abbe numbers for achromatization are selected to be about 30 and 60, respectively. For example, SF15 in the first layer 11,
BaSF14, BaSF55, SFN64, SF1, SF18,
Select a material such as SF10 or SF53 and use it for the second layer 12.
SK5, SK13, DSK52, SK14, SK7, SK3, SK4
Select materials such as

D マトリツクス光交換器 第4図は本発明レンズをマトリツクス光交換器
に適用した実施例の概略を示す。ここで、30は
第1図の同心2層先球ロツドレンズを多数並列に
または立体的に一体に連結して形成した1次元
(列)または2次元(面)のアレーレンズであり、
本図のように第2層12の基板上に半円状波形の
第1層11を積層している。また、各アレーレン
ズ30の後端面には、それぞれ光フアイバ群31
A〜31Dを各先球部13に対応して接続してい
る。35は前後左右の四方に配設した4体のアレ
ーレンズ30の囲の中で移動自在に設置されたビ
ームスプリツタであり、アレーレンズ30を介し
ての光フアイバ間の光の交換を行う。
D Matrix optical exchanger FIG. 4 schematically shows an embodiment in which the lens of the present invention is applied to a matrix optical exchanger. Here, 30 is a one-dimensional (row) or two-dimensional (plane) array lens formed by connecting a large number of concentric two-layer spherical-tip rod lenses shown in FIG. 1 in parallel or three-dimensionally,
As shown in this figure, the first layer 11 having a semicircular waveform is laminated on the substrate of the second layer 12. Further, on the rear end surface of each array lens 30, an optical fiber group 31 is provided.
A to 31D are connected to each tip ball portion 13 in a corresponding manner. A beam splitter 35 is movably installed within the four array lenses 30 arranged in the front, rear, left and right directions, and exchanges light between the optical fibers via the array lenses 30.

本図に示すように、光フアイバ端13Aからの
光信号をビームスプリツタ35を介してモニタ用
光フアイバ31Cで受信し、この光フアイバ31
Cにより継ぐべき相手側番号を読みとり、不図示
のサーボ駆動系ビームスプリツタ5を移動させて
相手側フアイバ端31Bに光信号を送るものであ
る。加入者数が多くなる程、アレーレンズ30間
の長い距離を平行ビーム(コリメートビーム)3
6が走るので、低収差のレンズが必要であり、ま
たアレーレンズ30としては多数個のレンズを並
べるので、モールド技術で一体成形し易いレンズ
構成が望まれる。例えばアレーレンズ30に樹脂
を用い、その第1層11、第2層12の各々の列
を別々に一体成形して、その後に張り合わせれば
上述の要請を略満足できるレンズが容易に得られ
る。
As shown in this figure, the optical signal from the optical fiber end 13A is received by the monitoring optical fiber 31C via the beam splitter 35, and the optical fiber 31C receives the optical signal from the optical fiber end 13A.
C, the number of the other party to be connected is read, and a servo drive system beam splitter 5 (not shown) is moved to send an optical signal to the fiber end 31B of the other party. The larger the number of subscribers, the longer the distance between the array lenses 30 is parallel beam (collimated beam) 3
6 runs, a lens with low aberration is required, and since the array lens 30 involves arranging a large number of lenses, a lens configuration that can be easily molded in one piece using a molding technique is desired. For example, if resin is used for the array lens 30, each row of the first layer 11 and second layer 12 is integrally molded separately, and then bonded together, a lens that substantially satisfies the above-mentioned requirements can be easily obtained.

さらに、送信、並びに受信用光フアイバ31
A,31Bにシングルモード光フアイバ(コア径
10μm,NA0.1)を用いれば、アレーレンズ30
から出射する平行ビーム36の直径Bは、次式
(14)で与えられる。
Further, an optical fiber 31 for transmission and reception
A, 31B are single mode optical fibers (core diameter
10μm, NA0.1), the array lens 30
The diameter B of the parallel beam 36 emitted from is given by the following equation (14).

B2(2′+R1)NA/N2′0.5R1 …(14) このときの回折によるビームの発散半角δdif
次式(15)となる。
B2( 2 ′+R 1 )NA/N 2 ′0.5R 1 (14) In this case, the divergence half angle δ dif of the beam due to diffraction is given by the following equation (15).

δdifλ/B …(15) また、収差によるビームの乱れ角δabは次式
(16)となる。
δ dif λ/B (15) Moreover, the beam disturbance angle δ a b due to aberration is expressed by the following equation (16).

δab0.002 R1N2′/(2′+R1) …(16) δdifδabを設計の目安とすると、λ1.3μmと
してR13mmとなる。このときの平行ビーム3
6は300mm走つて+0.3mm拡がる程度なので、その
平行性は比較的良く、この拡がりを許容するなら
ば、約50×50のマトリツクス光交換器用レンズ3
0ができる。
δ a b0.002 R 1 N 2 ′/( 2 ′+R 1 ) (16) If δ dif δ a b is used as a design guideline, R 1 is 3 mm assuming λ1.3 μm. Parallel beam 3 at this time
6 runs 300mm and spreads by +0.3mm, so its parallelism is relatively good, and if this spread is allowed, the matrix optical exchanger lens 3 of about 50 x 50
0 is possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば以下の効
果が得られる。
As explained above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

光フアイバなどの光学素子との密着・一体性
を保ちながら、簡単な同心2球面構成で球面収
差とコマ収差の補正ができ、さらに2層材質の
選択によつて色収差補正ができる。
While maintaining close contact and integrity with optical elements such as optical fibers, spherical aberration and comatic aberration can be corrected with a simple configuration of two concentric spheres, and chromatic aberration can be corrected by selecting the materials of the two layers.

成形性のよい材質(例えば、樹脂)をレンズ
材として使用すればモールド技術で多数個を同
時に一体成形することができ、そのままアレー
レンズとしても、また切り離して個別レンズと
しても使用できる。
If a material with good moldability (for example, resin) is used as the lens material, a large number of lenses can be integrally molded at the same time using a molding technique, and the lens can be used as an array lens or as an individual lens when separated.

性能、機能、および量産性に於て、近年のマ
イクロオプテイクスの要求に答えることのでき
るレンズの提供ができる。
It is possible to provide a lens that can meet the demands of recent micro-optics in terms of performance, functionality, and mass productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の同心2層先球ロツドレンズの
構成例を示す拡大断面図、第2図は従来の先球ロ
ツドレンズの構成を示す拡大断面図、第3図は第
1図の本発明ロツドレンズを波長分波器に用いた
実施例を示す正面図、第4図は本発明レンズをマ
トリツクス光交換器に用いた実施例を示す平面図
である。 10……同心2層先球ロツドレンズ、11……
第1層、12……第2層、13……先球部、1
4,24……媒質、20……先球ロツドレンズ、
15,15A,15B……光フアイバ、16……
回折格子、30……アレーレンズ、31A〜31
C……光フアイバ、35……ビームスプリツタ、
36……平行ビーム。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an example of the configuration of a concentric two-layer spherical tip rod lens of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the configuration of a conventional spherical tip rod lens, and FIG. FIG. 4 is a front view showing an embodiment in which the lens of the present invention is used in a wavelength demultiplexer, and FIG. 4 is a plan view showing an embodiment in which the lens of the present invention is used in a matrix optical exchanger. 10... Concentric two-layer tip ball rod lens, 11...
1st layer, 12... 2nd layer, 13... tip ball section, 1
4, 24...Medium, 20...Top rod lens,
15, 15A, 15B...Optical fiber, 16...
Diffraction grating, 30...Array lens, 31A-31
C...Optical fiber, 35...Beam splitter,
36...Parallel beam.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ロツド端面に集光点または発光点が位置する
先球ロツドレンズにおいて、該レンズの先球部を
第1層と第2層からなる2層に形成し、かつ前記
先球部の周囲媒質(屈折率N1)と前記第1層
(屈折率N1′≡N2)、および該第1層と前記第2層
(屈折率N2′≡N3)の境界面を互いに同心球面
(曲率半径R1,R2)に形成し、該曲率半径の比
R2/R1を下記(A)式の範囲に選択したことを特徴
とするレンズ。 γR2/R1<1.1γ …(A) ここで、γは下記(B)式を満足するR2/R1の値。 ψ1/n1′+ψ2/n1′n2′(R1/R22−N1 2R1 2ψTψ
1ψ2−R1 2ψT/n21 2′=0…(B) ここで、 n1′=N1′/N1, n2′=N2′/N1′, ψ〓=N〓′−N〓/N〓N〓′R〓(ν=1,2),
ψT=ψ1 +ψ2 であり、12′は前記同心球面の同心点から
前記周囲媒質を進む光線と光軸の交わる点、およ
び前記第2層中を進む光線と光軸の交わる点まで
の距離。 2 集光点または発光点が位置する前記ロツド端
面は前記同心球面の同心点と前記像点間距離を半
径とする球面に形成されたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載のレンズ。 3 前記第1層の媒質と前記第2層の媒質の着目
する光波長帯での分散係数(dn〓′/dλ;ν=1,
2;λは波長)D1,D2は次式(C)を満足するよう
に選択されたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項または第2項記載のレンズ。 D1/D2=n1′/n2′〔1+n1′/(R1/R2−1)〕…
(C) 4 1次元、もしくは2次元アレー状に一体成形
された特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか
の項に記載のレンズ。
[Scope of Claims] 1. In a spherical tip rod lens in which a condensing point or a light emitting point is located on the rod end surface, the spherical tip portion of the lens is formed into two layers consisting of a first layer and a second layer; The interface between the surrounding medium (refractive index N 1 ) and the first layer (refractive index N 1 ′≡N 2 ), and the first layer and the second layer (refractive index N 2 ′≡N 3 ) They are formed into mutually concentric spherical surfaces (radii of curvature R 1 , R 2 ), and the ratio of the radii of curvature is
A lens characterized in that R 2 /R 1 is selected within the range of formula (A) below. γR 2 /R 1 <1.1γ...(A) Here, γ is the value of R 2 /R 1 that satisfies the following formula (B). ψ 1 /n 1 ′+ψ 2 /n 1 ′n 2 ′(R 1 /R 2 ) 2 −N 1 2 R 1 2 ψ T ψ
1 ψ 2 −R 1 2 ψ T /n 21 2 ′=0…(B) Here, n 1 ′=N 1 ′/N 1 , n 2 ′=N 2 ′/N 1 ′, ψ〓 =N〓′−N〓/N〓N〓′R〓(ν=1,2),
ψ T = ψ 1 + ψ 2 , and 1 and 2 ' are the points where the optical axis intersects with the ray of light traveling through the surrounding medium from the concentric point of the concentric sphere, and the point where the optical axis intersects with the ray of light traveling through the second layer. distance to. 2. The lens according to claim 1, wherein the rod end surface on which the condensing point or the light emitting point is located is formed into a spherical surface whose radius is the concentric point of the concentric spherical surface and the distance between the image points. . 3 Dispersion coefficients (dn〓′/dλ; ν=1,
2; λ is wavelength) D 1 and D 2 are selected so as to satisfy the following formula (C). D 1 /D 2 =n 1 ′/n 2 ′ [1+n 1 ′/(R 1 /R 2 −1)]…
(C) 4. The lens according to any one of claims 1 to 3, which is integrally molded in a one-dimensional or two-dimensional array shape.
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