JPH0638128B2 - 光結合用レンズ - Google Patents
光結合用レンズInfo
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- JPH0638128B2 JPH0638128B2 JP22193585A JP22193585A JPH0638128B2 JP H0638128 B2 JPH0638128 B2 JP H0638128B2 JP 22193585 A JP22193585 A JP 22193585A JP 22193585 A JP22193585 A JP 22193585A JP H0638128 B2 JPH0638128 B2 JP H0638128B2
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- Japan
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- lens
- refracting surface
- light beam
- laser diode
- optical fiber
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Landscapes
- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光源と光回路間に配設され、光源と光回路を
光学的に結合する光結合用レンズに関する。
光学的に結合する光結合用レンズに関する。
従来、この種の光結合用レンズとしては、種々のものが
実施化され、例えば、IEEE/OSA LT-2NO.3、PP305-311に
記載された第１従来例が知られている。
実施化され、例えば、IEEE/OSA LT-2NO.3、PP305-311に
記載された第１従来例が知られている。
第１実施例は第２図に示すように、レーザダイオード１
からのレーザビームを単一モード光フアイバ２に集束さ
せる光結合器としてレーザダイオード１と単一モード光
フアイバ２との間に配設した単一のレンズ３がある。
からのレーザビームを単一モード光フアイバ２に集束さ
せる光結合器としてレーザダイオード１と単一モード光
フアイバ２との間に配設した単一のレンズ３がある。
レーザダイオード１の射出面とレンズ３の主面間の距離
をＡ、レンズ３の主面と単一モード光フアイバ２の入射
面との間の距離をＢ、レンズ３の焦点距離をＦとする
と、以下の結合公式を満たすようにレーザダイオード
１、レンズ３および単一モード光フアイバ２が配設され
ている。
をＡ、レンズ３の主面と単一モード光フアイバ２の入射
面との間の距離をＢ、レンズ３の焦点距離をＦとする
と、以下の結合公式を満たすようにレーザダイオード
１、レンズ３および単一モード光フアイバ２が配設され
ている。
また、電子通信学会論文誌(B)，J65-B，NO.４，第374〜
381頁に記載された第２従来例が知られている。
381頁に記載された第２従来例が知られている。
第２従来例は第３図に示すように、レーザダイオード１
の射出面と単一モード光フアイバ２の入射面との間に第
１レンズ４および第２レンズ５を同一光軸上に配設した
ものである。
の射出面と単一モード光フアイバ２の入射面との間に第
１レンズ４および第２レンズ５を同一光軸上に配設した
ものである。
第１従来例の単一のレンズ３および第２従来例の第１レ
ンズ４として球レンズが用いられているので、加工が容
易である、近軸近似による設計が容易である、レンズパ
ラメータの再現性が極めて高い、などの長所が得られ
る。
ンズ４として球レンズが用いられているので、加工が容
易である、近軸近似による設計が容易である、レンズパ
ラメータの再現性が極めて高い、などの長所が得られ
る。
しかしながら、このような従来の構成では、屈折面の球
面形状は一点から発した発散光束を一点に集束させた
り、光軸に平行な光束に変換したり、あるいは平行光束
を一点に集束させるのに最も適したものではなく、光軸
から離れた屈折面の部分を通過する近軸領域外の光線に
対しては、大きな収差が生ずる。このため、レーザビー
ムの広がり角の大きいレーザダイオード１を光源として
用いた場合、球レンズでは十分高い結合効率が得られな
い。
面形状は一点から発した発散光束を一点に集束させた
り、光軸に平行な光束に変換したり、あるいは平行光束
を一点に集束させるのに最も適したものではなく、光軸
から離れた屈折面の部分を通過する近軸領域外の光線に
対しては、大きな収差が生ずる。このため、レーザビー
ムの広がり角の大きいレーザダイオード１を光源として
用いた場合、球レンズでは十分高い結合効率が得られな
い。
一点から放射状に発する発散光束を平行光束に変換する
理想的な屈折面は光線の理論およびSnellの法則によ
り、双曲面形状となる。
理想的な屈折面は光線の理論およびSnellの法則によ
り、双曲面形状となる。
第４図において、レンズ６は光軸Ｚを軸とする回転対称
の形状を有し、回転半径をｒ、屈折率をｎ、レーザダイ
オード１の射出面と後側屈折面７の頂点との間の距離を
ｌ、レーザダイオード１からのレーザビームの広がり角
をθ0とすれば、双曲面形状は以下の式で表される。
の形状を有し、回転半径をｒ、屈折率をｎ、レーザダイ
オード１の射出面と後側屈折面７の頂点との間の距離を
ｌ、レーザダイオード１からのレーザビームの広がり角
をθ0とすれば、双曲面形状は以下の式で表される。
ここで、θ0は遠方放射界が中心最大値の1/eとなる角，
ｗ0は平行ビームの界が中心最大値の１／ｅとなる幅で
ある。
ｗ0は平行ビームの界が中心最大値の１／ｅとなる幅で
ある。
双曲面形状の後側屈折面７を有するレンズ６を用いれ
ば、高い結合効率が得られる反面、レンズ６の後側屈折
面７を双曲面形状に加工することが面倒であり、しか
も、レンズパラメータの再現性が低下するという問題点
があつた。
ば、高い結合効率が得られる反面、レンズ６の後側屈折
面７を双曲面形状に加工することが面倒であり、しか
も、レンズパラメータの再現性が低下するという問題点
があつた。
そこで、この発明は前記問題点に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、収差特性を向上させ、加
工性を良好にし、レンズパラメータの再現性の向上を図
つた光結合用レンズを提供することにある。
で、その目的とするところは、収差特性を向上させ、加
工性を良好にし、レンズパラメータの再現性の向上を図
つた光結合用レンズを提供することにある。
前記目的を達成するこの発明の構成は近軸領域を球面と
し、近軸領域外を、球面と連接し、連接箇所における接
線と同一の傾きを有する円錐面とした屈折面を備えたこ
とを要旨とする。
し、近軸領域外を、球面と連接し、連接箇所における接
線と同一の傾きを有する円錐面とした屈折面を備えたこ
とを要旨とする。
前記構成において、レンズの屈折面は中心部の球面と、
これと連接する円錐面とで理想的な双曲面形状に近いも
のとしたので、光源からの広がり角の大きい発散光束で
あつても屈折面に入射すると、平行光束に変換され、ま
た、平行光束が逆向きに屈折面に入射すると、光回路の
入射面に集束する光束となる。
これと連接する円錐面とで理想的な双曲面形状に近いも
のとしたので、光源からの広がり角の大きい発散光束で
あつても屈折面に入射すると、平行光束に変換され、ま
た、平行光束が逆向きに屈折面に入射すると、光回路の
入射面に集束する光束となる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図はこの発明の光結合用レンズに係る第１実施例を
示す構成図である。
示す構成図である。
図面において、１１はレンズで、レーザダイオード１２
からの発散光束を平行光束に変換できるようにしたもの
である。発散光束から平行光束への変換はレンズ１１の
後側屈折面１３によつて行われる。レンズ１１の後側屈
折面１３は広がり角の小さい近軸領域の部分では、近軸
近似に基づく曲率半径Ｒの球面をなし、広がり角の大き
い近軸領域外の部分では、双曲線の漸近線に従う円錐面
をなし、これら２つの面を組合せたものである。
からの発散光束を平行光束に変換できるようにしたもの
である。発散光束から平行光束への変換はレンズ１１の
後側屈折面１３によつて行われる。レンズ１１の後側屈
折面１３は広がり角の小さい近軸領域の部分では、近軸
近似に基づく曲率半径Ｒの球面をなし、広がり角の大き
い近軸領域外の部分では、双曲線の漸近線に従う円錐面
をなし、これら２つの面を組合せたものである。
レンズ１１は光軸Ｚを軸とする回転対称の形状を有し、
回転半径をｒ、屈折率をｎ、レーザダイオード１２の射
出面と後側屈折面１３の頂点との間の距離をｌとすれ
ば、曲率半径Ｒおよび双曲線は以下の式で表される。
回転半径をｒ、屈折率をｎ、レーザダイオード１２の射
出面と後側屈折面１３の頂点との間の距離をｌとすれ
ば、曲率半径Ｒおよび双曲線は以下の式で表される。
Ｒ＝(n-1)ｌ 双曲線の漸近線及びその傾きαは以下の式で与えられ
る。
る。
レンズ１１の前側屈折面１４はこれに平行光束が入射す
るので、Ｚ軸に直交する平面形状に形成されている。ま
た、レンズ１１のＺ軸方向の長さも任意である。
るので、Ｚ軸に直交する平面形状に形成されている。ま
た、レンズ１１のＺ軸方向の長さも任意である。
次に加工方法を説明する。
まず、透明体の後側を漸近線に基づく円錐形に削り、次
いで、円錐形の先端を曲率半径Ｒをもつ球面に削つて研
磨する。
いで、円錐形の先端を曲率半径Ｒをもつ球面に削つて研
磨する。
あるいは透明体の後側を漸近線に基づく円錐台に削り、
これに曲率半径Ｒの球レンズを割切したものを接着して
研磨する。
これに曲率半径Ｒの球レンズを割切したものを接着して
研磨する。
また、結合作用を説明すれば、レーザダイオード１２か
らの発散光束を図示しない光フアイバに収束させて両者
を結合するには、レーザダイオード１２側のレンズ１１
に加えて、これと同様の屈折面形状を有する図示しない
レンズを逆向きに対向させて図示省略の光フアイバ側に
配設した構成において、レーザダイオード１２の射出面
からレーザビームを放射すると、レンズ１１の後側屈折
面１３はほぼ双曲面形状であるので、光源１２からの発
散光束は広がり角θ0の大小に関係なく平行光束に変換
されて光フアイバ側のレンズに入射する。そして、光フ
アイバ側のレンズでは、ビーム幅ｗ0の大きい平行光束
であつても、双曲面形状に近い前側屈折面によつて光フ
アイバの入射面に集束する。
らの発散光束を図示しない光フアイバに収束させて両者
を結合するには、レーザダイオード１２側のレンズ１１
に加えて、これと同様の屈折面形状を有する図示しない
レンズを逆向きに対向させて図示省略の光フアイバ側に
配設した構成において、レーザダイオード１２の射出面
からレーザビームを放射すると、レンズ１１の後側屈折
面１３はほぼ双曲面形状であるので、光源１２からの発
散光束は広がり角θ0の大小に関係なく平行光束に変換
されて光フアイバ側のレンズに入射する。そして、光フ
アイバ側のレンズでは、ビーム幅ｗ0の大きい平行光束
であつても、双曲面形状に近い前側屈折面によつて光フ
アイバの入射面に集束する。
第５図はこの発明の第２実施例を示す構成図である。
この第２実施例はレーザダイオード１２と光フアイバ１
５間に単一のレンズ１６を配設して両者を結合できるよ
うにしたものである。
５間に単一のレンズ１６を配設して両者を結合できるよ
うにしたものである。
この単一のレンズ１６は前側屈折面１７にも後側屈折面
１８と同様中心部の球面と、これに連接する円錐面とか
らなるほぼ双曲面形状をなしている。
１８と同様中心部の球面と、これに連接する円錐面とか
らなるほぼ双曲面形状をなしている。
設計に際しては、平行光束のビーム幅ｗ0を適当に選
び、広がり角θ1、ビーム幅ｗ0、屈折率ｎから後側屈折
面１８を、入射角θ2、ビーム幅ｗ0、屈折率ｎから前側
屈折面１７を前記した曲率半径の式と漸近線の式を用い
て夫々決定する。
び、広がり角θ1、ビーム幅ｗ0、屈折率ｎから後側屈折
面１８を、入射角θ2、ビーム幅ｗ0、屈折率ｎから前側
屈折面１７を前記した曲率半径の式と漸近線の式を用い
て夫々決定する。
但し、光フアイバ１５のように入射角θ2が小さい場合
は前側屈折面１７を曲率半径の式に基づく球面とするこ
とができる。
は前側屈折面１７を曲率半径の式に基づく球面とするこ
とができる。
この実施例の加工方法，結合作用については第１実施例
とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、近
軸領域内を球面とし、近軸領域外を、球面と連接し、連
接箇所における接線と同一の傾きを有する円錐面とした
屈折面を備えた構成としたので、理想的な双曲面形状の
屈折面を有するレンズに比べて収差特性は少し低下する
ものの従来の球レンズに比べれば、かなり高い結合効率
が得られる。しかも、屈折面を容易に加工できるばかり
でなく、レンズパラメータの再現性を向上させることが
できる。
軸領域内を球面とし、近軸領域外を、球面と連接し、連
接箇所における接線と同一の傾きを有する円錐面とした
屈折面を備えた構成としたので、理想的な双曲面形状の
屈折面を有するレンズに比べて収差特性は少し低下する
ものの従来の球レンズに比べれば、かなり高い結合効率
が得られる。しかも、屈折面を容易に加工できるばかり
でなく、レンズパラメータの再現性を向上させることが
できる。
第１図はこの発明の結合用レンズに係る第１実施例を示
す構成図、第２図は第１従来例を示す構成図、第３図は
第２従来例を示す構成図、第４図は理想的な後側屈折面
を有するレンズを示す構成図、第５図は第２実施例を示
す構成図である。 １１…レンズ、１２…レーザダイオード、１３…後側屈
折面、１５…光フアイバ、１６…レンズ、１７…前側屈
折面、１８…後側屈折面、Ｒ…曲率半径。
す構成図、第２図は第１従来例を示す構成図、第３図は
第２従来例を示す構成図、第４図は理想的な後側屈折面
を有するレンズを示す構成図、第５図は第２実施例を示
す構成図である。 １１…レンズ、１２…レーザダイオード、１３…後側屈
折面、１５…光フアイバ、１６…レンズ、１７…前側屈
折面、１８…後側屈折面、Ｒ…曲率半径。
Claims (1)
- 【請求項１】光源と光回路間に配設され、光源と光回路
を光学的に結合する光結合用レンズにおいて、 近軸領域を球面とし、近軸領域外を球面と連接し、連接
箇所における接線と同一の傾きを有する円錐面とした屈
折面を備えたことを特徴とする光結合用レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22193585A JPH0638128B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 光結合用レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22193585A JPH0638128B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 光結合用レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281615A JPS6281615A (ja) | 1987-04-15 |
| JPH0638128B2 true JPH0638128B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16774462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22193585A Expired - Lifetime JPH0638128B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | 光結合用レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638128B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0650888Y2 (ja) * | 1988-10-07 | 1994-12-21 | 株式会社小糸製作所 | 照明装置 |
| JPH0734041B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1995-04-12 | 松下電工株式会社 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
| JPH0736042B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1995-04-19 | 松下電工株式会社 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
| JPH0736041B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1995-04-19 | 松下電工株式会社 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
| JPH03100801U (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-22 | ||
| JP2769078B2 (ja) * | 1992-12-28 | 1998-06-25 | エイチイー・ホールディングス・インコーポレーテッド・ディービーエー・ヒューズ・エレクトロニクス | 光ファイバ内臓パワー分割器／結合器 |
| JP3067968B2 (ja) | 1994-11-11 | 2000-07-24 | 株式会社精工技研 | 光源結合用光ファイバインターフェイスおよびその製造方法 |
| US6349159B1 (en) * | 1999-09-02 | 2002-02-19 | Agilent Technologies, Inc. | Lenses that launch high bandwidth modes into a fiber optic cable while eliminating feedback to a laser |
| JP3979168B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2007-09-19 | ヤマハ株式会社 | 鍵盤楽器の押鍵検出装置における発光部構造 |
| JP2006195097A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Moritex Corp | レンズ付きファイバ及びレンズ付きファイバにおける非球面レンズ形成方法 |
| JP5919530B2 (ja) | 2010-12-21 | 2016-05-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光学式検知装置およびそれを用いた機器 |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP22193585A patent/JPH0638128B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6281615A (ja) | 1987-04-15 |
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