JPH07318854A - ビーム形状補正光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非等方な放射角を持つ光源と光ファイバーと
の光結合の際に、光結合光学系の導波モードと光ファイ
バーの導波モードとのモードミスマッチを低減させて光
結合効率の高効率化を図る。 【構成】 半導体レーザー１からの非等方な放射角を持
つ光源１からの放射光束２を、光軸回転対称形のコリメ
ータレンズ３により略楕円形状断面を持つ平行光束に変
える。この平行光束を、コリメータレンズ３の後方光軸
Ｐ上に配置されたビーム形状補正レンズ４の水平断面に
形成したシリンダー面による拡大的なビーム形状補正作
用により、略円形断面の平行光束に変える。この略円形
断面の平行光束を光軸回転対称形の集光レンズ５により
光ファイバーＦの入射端面上に集光ビームスポット像と
して集光させる。この結果、非等方な放射角を持つ光源
１と光ファイバーＦとの高効率な光結合が図れることに
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば互いに光軸を含
み且つ互いに直交する２つの断面において放射角が大き
く異なるような光源と、例えばシングルモード光ファイ
バーとの間の光結合用光学系に用いて好適なビーム形状
補正光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定の光源と光ファイバーとの間の光結
合を行う場合には、光源から出射された光束を適宜の結
像光学系を用いて光ファイバーの入射端面上に集光させ
るという方法を用いる。その１つの例として、全ての方
向に放射される出射光束の放射角が等しい光源（以下、
「等方な放射角を持つ光源」という）を使用する場合が
ある。

【０００３】このようなケースでは、図６９に示すよう
に、等方な放射角を持つ光源Ｏ、光軸回転対称形のコリ
メータ光学系Ｌs1、光軸回転対称形の結像光学系Ｌs2、
光ファイバーＦを、光結合光軸（以下、単に「光軸」と
いう）Ｐ上に沿って光源Ｏから順次に配置された光結合
光学系を使用するのが普通である。そして、先ず、光源
Ｏからの放射光束をコリメータ光学系Ｌs1によって円形
断面を持つ平行光束に変え、その後、この円形断面を持
つ平行光束を結像光学系Ｌs2により光ファイバーＦの入
射端面上に円形断面のビームスポットとして集光させる
という方法で光結合を行う。

【０００４】従って、等方な放射角を持つ光源Ｏを用い
るときには、コリメータ光学系Ｌs1と結像光学系Ｌs2と
に、例えば光軸回転対称形の非球面レンズのように充分
に収差の補正された光学系を用いるようにしさえすれ
ば、実質的に真円断面となる集光スポット像を得ること
が可能になる。

【０００５】この場合、光ファイバーＦの持つ導波モー
ドが示すビームスポット形状は、円形断面であるから、
この実質的に真円断面となる集光スポット像が得られる
光学系を用い、且つ、良好に収差補正された光軸回転対
称形のコリメータ光学系Ｌs1と結像光学系Ｌs2とを使用
して、光源Ｏからの等方な放射光束を光ファイバーＦの
入射端面上に集光させるように構成すれば、光結合が困
難と云われる光源とシングルモード光ファイバーとの光
結合の場合であっても、非常に高い光結合効率が得られ
ることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、互いに光軸を含
み且つ互いに直交する断面において放射角が大きく異な
るような光源、例えば発振波長 980nmの半導体レーザー
からの出射光束のように、非等方な放射角を持つ放射光
束を出射する光源（以下、「非等方な放射角を持つ光
源」という）を用いて光結合を行うケースでは、非等方
な放射角を持つ光源から出射される放射光束の最小角と
最大角との角度差が、例えば水平断面とこれに直交する
垂直断面とで大きくなるため、図７０および図７１に示
すように、光源Ｏ′からの放射光束がコリメータ光学系
Ｌs1に入射すると、光軸Ｐを含むそれぞれの断面におけ
る入射光束の光軸Ｐからの高さは、図７０に示すよう
に、水平断面において最も低く、水平断面から垂直断面
の方向に変わるにつれて段々高くなり、図７１に示すよ
うに、垂直断面において最も高くなる。

【０００７】そのため、コリメータ光学系Ｌs1から出射
した段階の光源Ｏ′からの光束の断面形状は、非円形
（例えば長軸と短軸とが大きく異なるような略楕円形）
となり、この状態の平行光束が、結像光学系Ｌs2により
光ファイバーＦの入射端面上に集光されることになる。

【０００８】この結果、結像光学系Ｌs2により作られた
集光スポット像は、水平断面における光束幅が広く（長
軸）、これと直交する垂直断面における光束幅が狭く
（短軸）なる略楕円形断面のビームスポット像となる。
このことは、非等方な放射角を持つ光源Ｏ′を使用する
光結合では、たとえ良好に収差補正された光軸回転対称
形のコリメータ光学系Ｌs1および結像光学系Ｌs2を用い
た場合であっても、略楕円形断面のビームスポット像し
か得られないこと意味する。

【０００９】従って、このような略楕円形断面のビーム
スポット像が、本来円形断面であるビームスポットの導
波モードを示す光ファイバーＦへと導かれると、光ファ
イバーの導波モードとの間にモードミスマッチが生じ
て、高い光結合効率を得ることが著しく困難となる。す
なわち、光結合効率の低下を招くことになる。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、非等方な放射角を
持つ光源と光ファイバーとの光結合の際に、非等方な放
射角を持つ光源からの光束を実質的に円形断面を持つビ
ームスポットとして集光させることにより、光結合光学
系と光ファイバーの導波モードとのモードミスマッチを
低減させて光結合効率の高効率化を図ると共に、構成的
にも簡素で低コストであるビーム形状補正光学系を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るビーム形状補正光学系は、非等方な
放射角を持つ放射光束を出射する光源と、この光源の光
軸上に配置され且つ前記光源からの前記放射光束を平行
光束に変えるコリメータ光学系と、このコリメータ光学
系の後方光軸上に配置され、且つ、前記コリメータ光学
系を経て平行光束に変えられた前記光源からの光束を集
光スポット像として結像せしめる集光スポット形成光学
系とから構成され、前記光源の光軸を含み且つ前記光源
の放射角の小さい方の断面を//断面とし、前記光源の光
軸を含み且つ前記光源の放射角の大きい方の断面を⊥断
面としたときに、前記//断面における前記集光スポット
形成光学系の焦点距離ｆ_//と、前記⊥断面における前記
集光スポット形成光学系の焦点距離ｆ_⊥とがそれぞれ異
なり、

【００１２】 但し、θ_//：前記光源の//断面における放射角の半値全
角 θ_⊥ ：前記光源の⊥断面における放射角の半値全角 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
とするものである。

【００１３】また、上記の目的をよりよく達成するため
に、本発明は、前記集光スポット形成光学系が、前記コ
リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
能を持つ単レンズと、この単レンズからの出射光束を集
光させ得る集光レンズとから構成され、さらに、前記単
レンズの光源側の面と像側の面が、前記//断面にだけ曲
率を持つシリンダー面であって、且つ、前記光源側のシ
リンダー面および前記像側のシリンダー面がいずれも前
記光源側に凹面を向けた面としてそれぞれ形成され、し
かも、これらの両面が前記//断面においてｆ_⊥ ／ｆ_//
倍のビーム形状補正機能を果し得る曲率半径を持ち、

【００１４】 ０．１５＜Ｒ_2//／（ｎ³・Ｒ_1//）＜ ２．５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のシリン
ダー面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のシリンダ
ー面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
とするものである。上記の目的を達成するための他の発
明の構成については、以下実施例の項において、明らか
にする。

【００１５】

【作用】このように構成されたビーム形状補正光学系
は、次のような作用を果す。非等方な放射角を持つ光源
からの光束と光ファイバーとの光結合においては、光軸
回転対称形の光学系を用いた場合、光ファイバーに入射
する集光ビームスポットが楕円形断面のような非円形の
断面を持ち、これが、非等方な放射角を持つ光源と光フ
ァイバーとの光結合効率の低下を招くことになる。この
ときの光結合効率の低下現象を、シングルモード光ファ
イバーを用いた例で見積もると (1)式で表すことができ
る。 但し、η ：光結合効率（０≦η≦１） ω ：シングルモード光ファイバー導波モードのビーム
スポット径 ω_//：水平断面//の集光ビームスポット径 ω_⊥ ：垂直断面⊥の集光ビームスポット径

【００１６】ここで、ω_//とω_⊥ のどちらか一方がω
と一致しており、他方がωのｋ倍である状態を考える。
例えば、ω_⊥＝ω、ω_//＝ｋ・ω、として(1)式に代入
し、整理すると (2)式が得られる。 ｋ² −（２／η）ｋ＋１＝０ … (2) 但し、ｋ：ωの倍率

【００１７】この(2)式により、一定以上の光結合効率
を得るために必要なｋの範囲を算出することができる。
但し、この (2)式は、あくまで理想的な状態下における
ものである。そこで、実際に実現可能な光学系を得ると
きに考慮しなければならない各収差や組立て時のアライ
メント誤差等の光結合効率ηを低下させる要因を予測す
る中でこの (2)式を修正して一定以上の光結合効率ηを
得るために必要なｋ値の範囲を算出する。

【００１８】この算出の結果、実際に実現可能な光学系
での光結合効率ηは、理想的な状態下における光結合効
率ηの80％以上（η≧0.8 ）とすることが望ましいか
ら、このような考慮の下に、η≧0.8 を満足するｋ値の
範囲を算出すると、 (2)式におけるｋ値の範囲は、 ０．５ ≦ｋ≦ ２．０ となる。

【００１９】一方、光源から出射される放射光束の波長
をλ、光源光から放射光束を平行光束に変えるコリメー
タレンズの焦点距離をｆc 、また、水平断面//上に形成
される光結合光学系の焦点距離をｆ_//、さらに、垂直断
面⊥上に形成される光結合光学系の焦点距離をｆ_⊥ 、
光源の水平断面//における放射角の半値全角をθ_//、光
源の垂直断面⊥における放射角の半値全角をθ_⊥ とす
ると、光結合光学系の倍率の絶対値は、水平断面//にお
いて｜ｆ_//| ／｜ｆc | 、垂直断面⊥において｜ｆ_⊥|
／｜ｆc | となる。

【００２０】また、光源のビーム特性がガウスビームで
近似できる場合には、放射角において強度が１／ｃ² で
の全角を 1.7θ_//,1.7θ_⊥ で表すことが可能になるか
ら、光源のビームウエスト径は、水平断面//においてλ
／πsin ( ０．８５θ_//)となり、また、垂直断面⊥に
おいてλ／πsin ( ０．８５θ_⊥ ) となる。従って、
これらの値に光結合光学系の倍率を乗じれば、集光ビー
ムスポットのビームウエスト径ω_//，ω_⊥ を、

【００２１】 として算出することができる。

【００２２】ここで、ω_// ＝ωとすると、ｋ＝ω_⊥／
ω＝ω_⊥／ω//より、 が得られる。

【００２３】この結果に基づいて、実際に実現可能な光
学系での光結合効率ηを、理想的な状態下における光結
合効率ηの８０％以上に設定するための条件を求めれ
ば、 但し、θ_//：前記光源の水平断面//における放射角の半
値全角 θ_⊥ ：前記光源の垂直断面⊥における放射角の半値全
角 となる。

【００２４】本発明に係るビーム形状補正光学系は、こ
の (3)式を満たすような基本構成を持つ単レンズであ
る。そして、本発明では、非等方な放射角を持つ光源か
ら放射され且つ光軸回転対称形のコリメータレンズによ
り非円形断面（例えば略楕円形状断面）の平行光束に変
えられた光束を、この単レンズの持つビーム形状補正作
用を利用して、略円形断面の平行光束に変化させて、こ
の略円形断面の平行光束を集光レンズにより、光結合対
象物に集光ビームスポット像として結像させるか、或い
は、コリメータレンズにより平行光束に変えられた光束
を、単レンズの持つビーム形状補正作用を利用しながら
且つ予め単レンズに付与した集光作用を利用して、略円
形断面を持つ収束光束に変化させて、集光レンズを用い
ずに、光結合対象物に集光ビームスポット像として結像
させる。

【００２５】例えば、コリメータレンズにより略楕円形
状断面の平行光束に変えられた光束を略円形断面の平行
光束に変化させるケースを代表例にして、ビーム形状補
正光学系のより詳細を説明すると、非等方な放射角を持
つ光源と光ファイバーとの光結合の際に、非等方な放射
角を持つ光源からの放射光束を、光軸回転対称形のコリ
メータレンズにより、先ず非円形断面（例えば略楕円形
状断面）を持つ平行光束に変える。

【００２６】この平行光束を (3)式を満たす構成の単レ
ンズのビーム形状補正作用により略円形断面の平行光束
に変化させ、さらに、光軸回転対称形の集光レンズを用
いて、この略円形断面の平行光束を集光レンズの像面
（例えば光ファイバーの入射端面）に集光ビームスポッ
トとして集光させる。この結果、非等方な放射角を持つ
光源側の光学系（ビーム形状補正光学系）の導波モード
と光ファイバーの導波モードとのモードミスマッチは低
減されることになり、高効率の光結合効率が実現される
ことになる。

【００２７】

【実施例】先ず、具体的な実施例の説明に先立って本発
明の根幹となる考え方について説明する。この説明にお
いては、互いに光結合を行う光結合光学系と光ファイバ
ーとの光軸を含み且つ互いに直交する２つの断面、例え
ば水平断面//と垂直断面⊥とを断面例として説明する。

【００２８】但し、ここで水平断面および垂直断面と
は、地球上の重力方向とは関係のないもので、非等方な
放射角を持つ光源の放射角の大きい方を垂直断面とし、
これを⊥断面と表現することとし、放射角の小さい方を
水平断面とし、これを//断面と表現することとしたもの
であって、放射角の大小によって逆の関係で表わしても
よい。

【００２９】先に述べたように、光ファイバーとの光結
合において光ファイバーに入射する集光ビームスポット
が楕円形断面のような非円形の断面を持つ場合には、光
結合効率の低下を招くことになる。この場合、シングル
モード光ファイバーを用いた例における光結合効率を見
積もると (1)式で表すことができる。

【００３０】 但し、η ：光結合効率（０≦η≦１） ω ：シングルモード光ファイバー導波モードのビーム
スポット径 ω_//：水平断面//の集光ビームスポット径 ω_⊥ ：垂直断面⊥の集光ビームスポット径

【００３１】ここで、ω_//またはω_⊥ のいずれか一方
がωと一致し且ついずれか他方がωのｋ倍であるような
状態を想定して (1)式を整理してみる。例えばω_⊥ ＝
ω、ω_//＝ｋωとして (1)式に代入して式を整理すると
(2)式が得られる。 ｋ² −（２／η）・ｋ＋１＝０ … (2)

【００３２】そして、この (2)式より、一定以上の光結
合効率ηを得るために必要なｋ値の範囲を算出すること
ができるが、これはあくまで理想的な状態下で算出し得
るものである。しかし、実際に実現可能な光学系では、
各収差や組立て時のアライメント誤差（光学系としての
整列誤差）などの光結合効率ηを低下させる要因が発生
するから、実際に実現可能な光学系での光結合効率ηを
考えるときには、このことを考慮して、理想的な状態下
における光結合効率ηの８０％以上（η≧0.8 ）を設定
する必要がある。従って、このような考慮の下に、 (2)
式よりη≧0.8 を満足するｋ値の範囲を算出すると、 ０．５ ≦ｋ≦ ２．０ となる。

【００３３】一方、光源から出射される放射光束の波長
をλ、光源からの放射光束を平行光束に変えるコリメー
タレンズの焦点距離をｆc 、また、水平断面//における
光結合集光光学系の焦点距離をｆ_//、さらに、垂直断面
⊥における光結合集光光学系の焦点距離をｆ_⊥ 、光源
の水平断面//における放射角の半値全角をθ_//、光源の
垂直断面⊥における放射角の半値全角をθ_⊥ とする
と、光結合集光光学系の倍率の絶対値は、水平断面//に
おいて｜ｆ_//| ／｜ｆc | 、垂直断面⊥において｜ｆ
_⊥ | ／｜ｆc | となる。

【００３４】ここで、光源のビーム（光束）特性がガウ
スビームで近似できる場合、放射角において強度が１／
ｃ² での全角を 1.7θ_//、 1.7θ_⊥ で表すことが可能
になるから、これに従うと、光源のビームウエスト径
は、水平断面//においてλ／πsin ( ０．８５θ_//) と
なり、垂直断面⊥においてλ／πsin ( ０．８５θ_⊥)
となる。従って、このこれらの値に前述した光結合集
光光学系の倍率を乗じれば集光ビームスポットのビーム
ウエスト径ω_//、ω_⊥ を算出することができる。

【００３５】すなわち、

【００３６】ここで、ω_// ＝ωとすると、ｋ＝ω_⊥／
ω＝ω_⊥／ω_// より、 となる。

【００３７】このことは、実際に実現可能な光学系での
光結合効率ηを、理想的な状態下における光結合効率η
の８０％以上に設定するには、 なる条件式を満たす必要のあることを意味する。

【００３８】そのため、本発明のビーム形状補正光学系
においては、この (3)式を満たすことが最低の条件とな
る。なお、これは、ω_⊥＝ω、ｋ＝ω_// ／ω＝ω_// ／
ω_⊥とした場合でも同様の結果となる。

【００３９】すなわち、この条件は、非等方な放射角を
持つ光源からの光束が、互いに光軸を含み且つ互いに直
交する２つの断面をそれぞれ進行するときに、小さい放
射角に係る光束の光束径を大きくすることによって、小
さい放射角に係る光束の光束径と大きい放射角に係る光
束の光束径とを実質的に同径にするように構成した場合
にも、大きい放射角に係る光束の光束径を小さくするこ
とによって、両方の光束に係る光束径を実質的に同径に
するように構成した場合にも適用し得る条件である。

【００４０】勿論、小さい放射角に係る光束の光束径を
大きくしながら大きい放射角に係る光束の光束径を小さ
くするようにして、両方の光束に係る光束径を実質的に
同径にするように構成した場合にも適用し得る。このよ
うな基本的な考え方を踏まえた上で、本発明に係るビー
ム形状補正光学系の実施例（以下「具体例」という）の
構成および作用を、複数の基本光学系構成毎に且つ複数
のタイプ別に説明する。

【００４１】なお、以下の説明においては、互いにビー
ム形状補正光学系の光軸Ｐを含み且つ互いに直交する２
つの断面として例えば水平断面//と垂直断面⊥を選定
し、これに従って説明するが、これらの符号//、⊥は、
特許請求の範囲に用いられている記号//、⊥を含みはす
るが、必ずしも、特許請求の範囲に用いられた記号//、
⊥と同一概念であることを意味するものではないから、
念のためこのことを付記する。

【００４２】図１および図２は、本発明のビーム形状補
正光学系に係る基本光学系の一構成例を示すもので、こ
のうち、図１は、この一例における水平断面//での光学
系構成と水平断面//での光束の進行状態を示す光路図、
図２は、この１例における垂直断面⊥での光学系構成と
垂直断面⊥での光束の進行状態を示す光路図である。こ
の図１および図２に示される基本光学系は、後述する第
１〜第４タイプに使用される光学系であり、コリメータ
レンズ３により平行光束に変えられた光源１からの放射
光束２、２′の内、

【００４３】（イ） 小さい放射角に係る平行光束（水
平断面//における平行光束）の光束径を大きくすること
（水平断面//での拡大的なビーム形状補正作用）、
（ロ） または、大きい放射角に係る平行光束（垂直断
面⊥における平行光束）の光束径を小さくする（垂直断
面⊥での縮小的なビーム形状補正作用）こと、により、
ビーム形状補正レンズ４を出射した段階における一方の
平行光束の光束径を、他方の平行光束の光束径に実質的
に一致させて略円形断面の平行光束となし、この略円形
断面の平行光束を集光レンズ５によって、光結合対象で
ある光ファイバーＦの入射端面上に実質的な円形断面の
ビームスポット像として集光させるようにしている。

【００４４】図１および図２において、１は、例えば発
振波長 ９８０nmの半導体レーザー（以下、単に「光
源」という）である。この光源１は、例えば図１に示す
ように、その水平断面//において最小の放射角を持ち、
また、「水平断面//から垂直断面⊥の方向に向って変化
する各断面」においては、水平断面//から垂直断面⊥の
方向に向うにつれて放射角が大きくなり、さらに、図２
に示すように、垂直断面⊥において最大の放射角を有す
るような非等方な放射角の放射光束２、２′を出射する
光源として構成されている。

【００４５】３はこの光源１からの非等方な放射光束
２、２′をそれぞれの断面において平行光束に変えるた
めのコリメータレンズであり、自身の前方焦点位置を光
源１の光束出射面に一致させるような状態で光軸Ｐ上に
配置されている。このコリメータレンズ３は、例えば両
凸形の単レンズまたは光源１に凹面或いは凸面を向けた
メニスカス形の光軸回転対称形の単レンズまたは接合レ
ンズから成る所要の焦点距離を有するレンズとして構成
されている。

【００４６】そのため、光源１からの非等方な放射光束
２、２′は、このコリメータレンズ３を経た段階で、図
１に示すように、水平断面//において光軸Ｐからの高さ
が最も低く、水平断面//から垂直断面⊥の方向に変わる
につれてそれぞれの断面での光軸Ｐからの高さが高くな
り、垂直断面⊥において光軸Ｐからの高さが最も高くな
るような略楕円形断面の平行光束に変えられることにな
る。

【００４７】４は本発明の特徴部分をなすビーム形状補
正機能を具えた単レンズ（以下、「ビーム形状補正レン
ズ」という）であり、コリメータレンズ３の後方光軸Ｐ
上に配置されている。このビーム形状補正レンズ４は、
その水平断面//または垂直断面⊥のいずれか一方の断面
における光源側に向いた面（以下、「光源側面」とい
う）と像側に向いた面（以下、「像側面」という）と
が、いずれもシリンダー面として形成され、他方の断面
における光源側面と像側面とがいずれも平面として形成
された単レンズとして構成されている。

【００４８】そして、これら光源側面または像側面に形
成されたシリンダー面と平面の協働作用により、コリメ
ータレンズ３により略楕円形断面の平行光束に変えられ
た放射光束２、２′の水平断面//または／および垂直断
面⊥における光束径を、前述した水平断面//での拡大的
なビーム形状補正作用または垂直断面⊥での縮小的なビ
ーム形状補正作用を創り出すように構成されている。５
は自身の結像点を前述の光ファイバーＦの入射端面上に
一致させるような状態でビーム形状補正レンズ４の後方
光軸Ｐ上に配置された集光レンズである。

【００４９】この集光レンズ５は、前述したように、ビ
ーム形状補正レンズ４から出射された略円形断面の平行
光束を、光ファイバーＦの入射端面上に実質的な円形断
面のビームスポット像として集光させる役割を果すもの
であり、コリメータレンズ３の場合と同様に、例えば両
凸形の単レンズまたは光源１に凹面或いは凸面を向けた
メニスカス形の光軸回転対称形の単レンズまたは接合レ
ンズから成る所要の焦点距離を有するレンズとして構成
されている。

【００５０】次に、ビーム形状補正レンズ４の具体的な
構成タイプおよび詳細データについて、それぞれの具体
例をタイプ別に説明することにする。図５〜図１０に示
すのは、いずれも第１タイプの実施例１〜３に係るビー
ム形状補正レンズ４であって、特許請求の範囲の請求項
２に属するものである。

【００５１】この第１タイプでは、コリメータレンズ３
を経た段階で非円形断面（例えば略楕円形断面）になっ
ている光源１からの平行光束の内、水平断面//における
小さい放射角に係る平行光束、並びに、「水平断面//か
ら垂直断面⊥の方向に向って変化する各断面」における
各々の放射角に係る平行光束（以下、「小さい放射角を
含む各放射角に係る平行光束」という）のそれぞれの光
束径を、水平断面//における光源側の面Ｒ_1//と像側の
面Ｒ_2//で創られた水平断面//での拡大的なビーム形状
補正作用により、垂直断面⊥における大きな放射角に係
る太い平行光束の光束径に略一致させて、各光束がビー
ム形状補正レンズ４を通過する間に実質的に円形断面の
平行光束を得るようにしている。

【００５２】そして、この目的を達するために、第１タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４を、その水平断面//
における光源側の面Ｒ_1//と像側の面Ｒ_2//にだけ曲率を
持つ単レンズとして構成すると共に、光源側の面Ｒ_1//
および像側の面Ｒ_2//をいずれも光源側に凹面を向けた
シリンダー面として形成し、さらに、垂直断面⊥におけ
る光源側の面Ｒ_1⊥と像側の面Ｒ_2⊥を、いずれも平面と
して形成するようにしている。

【００５３】加えて、この第１タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たした上で、（ａ）
集光スポット形成光学系（すなわち、ビーム形状補正
レンズ４＋集光レンズ５）の//断面および⊥断面での焦
点距離をｆ_//およびｆ_⊥としたときに、前述した両方の
シリンダー面Ｒ_1//、Ｒ_2//を、それぞれ、水平断面//に
おいてｆ_⊥ ／ｆ_//倍のビーム形状補正レンズとして作
用し得る曲率半径を持つシリンダー面として形成し、

【００５４】（ｂ） ビーム形状補正レンズ４に使用さ
れる光学材料の屈折率をｎとしたときに、 ０．１５＜ Ｒ_2// ／（ｎ³・Ｒ_1//）＜ ２．５ なる条件式をも満すように構成されている。

【００５５】この場合、条件式の上限を超えると、光源
側のシリンダー面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過ぎて
加工が困難になるという問題を生じる。なお、レンズの
軸上厚（肉厚）を増加させれば曲率半径Ｒ_1//を大きく
することができるが、このように構成したときには、ビ
ーム形状補正光学系全体のコンパクト性を欠くことにな
るので、このような対策は好ましくない。また、条件式
の下限を超える状態のときには、光源１からの放射光束
２、２′の放射角がほぼ等方的な状態であることを意味
するから、条件式の下限を超えると本発明の適用が無意
味となってしまうという問題を生じる。

【００５６】以下、第１タイプの実施例１〜３に係るビ
ーム形状補正レンズ４の具体的な光学的データを表１〜
表３に掲載する。なお、表１のデータは、図５、図６に
示すビーム形状補正レンズ４に、また、表２のデータ
は、図７、図８に示すビーム形状補正レンズ４に、さら
に、表３のデータは、図９、図１０に示すビーム形状補
正レンズ４にそれぞれ対応する。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】

【表３】 この結果、第１タイプでは、ビーム形状補正レンズ４か
ら出射する平行光束が太い略円形断面の平行光束とな
り、この平行光束が、図１に示すように集光レンズ５に
より実質的な円形ビームスポットとして光ファイバーＦ
の入射端面上に集光することになる。図１１〜図１６に
示すのは、いずれも第２タイプの実施例４〜６に係るビ
ーム形状補正レンズ４であって、特許請求の範囲の請求
項３に属するものである。

【００６０】この第２タイプでは、第１タイプの構成と
は異なり、コリメータレンズ３を経た段階で、例えば略
楕円形断面になっている光源１からの平行光束の内、垂
直断面⊥における大きい放射角に係る平行光束、並び
に、「垂直断面⊥から水平断面//の方向に向って変化す
る各断面」における各々の放射角に係る平行光束（以
下、「大きい放射角を含む各放射角に係る平行光束」と
いう）のそれぞれの光束径を、垂直断面⊥における光源
側の面Ｒ_1⊥と像側の面Ｒ_2⊥で創られた垂直断面⊥での
縮小的なビーム形状補正作用により、水平断面//におけ
る小さい放射角に係る細い平行光束の光束径に略一致さ
せて、各光束がビーム形状補正レンズ４を通過する間に
実質的に円形断面の平行光束を得るようにしている。

【００６１】そして、この目的を達するために、第２タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４を、その垂直断面⊥
における光源側の面Ｒ_1⊥と像側の面Ｒ_2⊥にだけ曲率を
持つ単レンズとして構成すると共に、光源側の面Ｒ_1⊥
および像側の面Ｒ_2⊥をいずれも光源側に凸面を向けた
シリンダー面として形成し、さらに、第１タイプとは逆
に、水平断面//における光源側の面Ｒ_1//と像側の面Ｒ
_2//をいずれも平面として形成するようにしている。

【００６２】加えて、この第２タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たした上で、（ｃ）
集光スポット形成光学系（すなわち、ビーム形状補正
レンズ４＋集光レンズ５）の//断面および⊥断面での焦
点距離をｆ_//およびｆ_⊥としたときに、前述した両方の
シリンダー面Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥を、それぞれ、垂直断面⊥に
おいてｆ_//／ｆ_⊥ 倍のビーム形状補正レンズとして作
用し得る曲率半径を持つシリンダー面として形成し、
（ｄ） ビーム形状補正レンズ４に使用される光学材料
の屈折率をｎとしたときに、 ０．１５＜Ｒ_1⊥／（ｎ³・Ｒ_2⊥）＜ ２．５ なる条件式をも満すように構成されている。

【００６３】この場合、条件式の上限を超えると、像側
シリンダー面の曲率半径Ｒ_2⊥が小さくなり過ぎて加工
が困難になるという問題を生じる。なお、レンズの軸上
厚（肉厚）を増加させれば曲率半径Ｒ_2⊥を大きくする
ことができるが、このように構成したときにはビーム形
状補正光学系全体のコンパクト性を欠くことになるの
で、第１タイプの場合と同様にこのような対策は好まし
くない。また、条件式の下限を超える状態のときには、
光源１からの放射光束２、２′の放射角がほぼ等方的な
状態であることを意味するから、条件式の下限を超える
と、第１タイプのときと同様に本発明の適用が無意味と
なってしまうという問題を生じる。

【００６４】以下、第２タイプの実施例４〜６に係るビ
ーム形状補正レンズ４の具体的な光学的データを表４〜
表６に掲載する。なお、表４のデータは、図１１、図１
２に示すビーム形状補正レンズ４に、また、表５のデー
タは、図１３、図１４に示すビーム形状補正レンズ４
に、さらに、表６のデータは、図１５、図１６に示すビ
ーム形状補正レンズ４にそれぞれ対応する。

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】

【表６】 この結果、第２タイプでは、ビーム形状補正レンズ４か
ら出射する平行光束が細い略円形断面の平行光束とな
り、この平行光束が、集光レンズ５により実質的な円形
ビームスポットとして光ファイバーＦの入射端面上に集
光することになる。図１７〜図２２に示すのは、いずれ
も第３タイプの実施例７〜８に係るビーム形状補正レン
ズ４であって、特許請求の範囲の請求項４に属するもの
である。

【００６８】この第３タイプでは、コリメータレンズ３
を経た段階で、例えば略楕円形断面になっている光源１
からの平行光束の内、前述した小さい放射角を含む各放
射角に係る平行光束のそれぞれの光束径を、第１タイプ
の場合と同様に水平断面//での拡大的なビーム形状補正
作用により、垂直断面⊥における大きな放射角に係る太
い平行光束の光束径に略一致させて、各光束がビーム形
状補正レンズ４を通過する間に実質的に円形断面の平行
光束を得るようにしている。

【００６９】そして、この目的を達するために、第３タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４を、水平断面//にお
ける光源側の面Ｒ_1//と像側の面Ｒ_2//にだけ曲率を持つ
単レンズとして構成すると共に、光源側の面Ｒ_1//を光
源側に凸面を向けたシリンダー面として、且つ、像側の
面Ｒ_2//を光源側に凹面を向けたシリンダー面として形
成し、さらに、垂直断面⊥における光源側の面Ｒ_1⊥と
像側の面Ｒ_2⊥をいずれも平面として形成するようにし
ている。なお、この光源側の面Ｒ_1//を、光源側に凸面
を向けたシリンダー面として形成した点が、第３タイプ
と第１タイプとの差となる。

【００７０】加えて、この第３タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たした上で、（ｅ）
集光スポット形成光学系（すなわち、ビーム形状補正レ
ンズ４＋集光レンズ５）の_//断面および_⊥断面での焦点
距離をｆ_//およびｆ_⊥としたときに、前述した両方のシ
リンダー面Ｒ_1//、面2gを、それぞれ、水平断面//にお
いてｆ_⊥／ｆ_//倍のビーム形状補正レンズとして作用し
得る曲率半径を持つシリンダー面として形成し、（ｆ）
ビーム形状補正レンズ４に使用される光学材料の屈折
率をｎとしたときに、 - ２．５ ＜Ｒ_2//／（ ｎ³・Ｒ_1//）＜ − ０．１
８ なる条件式をも満すように構成されている。

【００７１】この場合、条件式の上限を超える状態のと
きには、光源１からの放射光束２、２′の放射角がほぼ
等方的な状態であることを意味するから、条件式の上限
を超えると、第１および第２タイプの場合と同様に本発
明の適用が無意味となってしまうという問題を生じる。

【００７２】一方、条件式の下限を超えると、光源側シ
リンダー面の曲率半径Ｒ1_// が小さくなり過ぎて加工が
困難になるという問題を生じる。なお、レンズの軸上厚
（肉厚）を増加させれば曲率半径Ｒ1_// を大きくするこ
とができるが、このように構成したときにはビーム形状
補正光学系全体のコンパクト性を欠くことになるので、
第１および第２タイプの場合と同様にこのような対策は
好ましくない。

【００７３】以下、第３タイプの実施例７〜９に係るビ
ーム形状補正レンズ４の具体的な光学的データを表７〜
表９に掲載する。なお、表７のデータは、図１７、図１
８に示すビーム形状補正レンズ４に、また、表８のデー
タは図１９、図２０に示すビーム形状補正レンズ４に、
さらに、表９のデータは図２１、図２２に示すビーム形
状補正レンズ４にそれぞれ対応する。

【００７４】

【表７】

【００７５】

【表８】

【００７６】

【表９】 この結果、第３タイプでは、第１タイプのときと同様
に、ビーム形状補正レンズ４から出射する平行光束が太
い略円形断面の平行光束となり、この平行光束が、集光
レンズ５により実質的な円形ビームスポットとして光フ
ァイバーＦの入射端面上に集光することになる。

【００７７】図２３〜図２８に示すのは、いずれも第４
タイプの実施例１０〜１２に係るビーム形状補正レンズ
４であって、特許請求の範囲の請求項５に属するもので
ある。この第４タイプでは、コリメータレンズ３を経た
段階で、例えば略楕円形断面になっている光源１からの
平行光束の内、前述した大きい放射角を含む各放射角に
係る平行光束のそれぞれの光束径を、第２タイプの場合
と同様に垂直断面⊥での縮小的なビーム形状補正作用に
より、水平断面//における小さい放射角に係る細い平行
光束の光束径に略一致させて、各光束がビーム形状補正
レンズ４を通過する間に実質的に円形断面の平行光束を
得るようにしている。

【００７８】そして、この目的を達するために、第４タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４を、その垂直断面⊥
における光源側の面Ｒ_1⊥と像側の面Ｒ_2⊥にだけ曲率を
持つ単レンズとして構成すると共に、光源側の面Ｒ_1⊥
を光源側に凸面を向けたシリンダー面として、且つ、像
側の面Ｒ_2⊥を光源側に凹面を向けたシリンダー面とし
て形成し、さらに、垂直断面⊥における光源側の面Ｒ
_1//と像側の面Ｒ_2//をいずれも平面として形成してい
る。なお、像側の面Ｒ_2⊥を光源側に凹面を向けたシリ
ンダー面として形成した点がこの第４タイプと第２タイ
プとの差となる。

【００７９】加えて、この第４タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たした上で、（ｇ）
集光スポット形成光学系（すなわち、ビーム形状補正
レンズ４＋集光レンズ５）の//断面および⊥断面での焦
点距離をｆ_//およびｆ_⊥としたときに、前述した両方の
シリンダー面Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥を、それぞれ、垂直断面⊥に
おいてｆ_//／ｆ_⊥ 倍のビーム形状補正レンズとして作
用し得る曲率半径を持つシリンダー面として形成し、
（ｈ） ビーム形状補正レンズ４に使用される光学材料
の屈折率をｎとしたときに、 − ２．５ ＜Ｒ_1⊥／（ｎ³・Ｒ_2⊥）＜ - ０．１８ なる条件式をも満すように構成されている。

【００８０】この場合、条件式の上限を超える状態のと
きには、光源１からの放射光束２、２′の放射角がほぼ
等方的な状態であることを意味するから、条件式の上限
を超えると、第１〜第３タイプのときと同様に本発明の
適用が無意味となってしまうという問題を生じる。

【００８１】一方、条件式の下限を超えると、光源側シ
リンダー面の曲率半径Ｒ_1⊥が小さくなり過ぎて加工が
困難になるという問題を生じる。なお、レンズの軸上厚
（肉厚）を増加させれば曲率半径Ｒ_1⊥を大きくするこ
とができるが、このように構成したときには、第１〜第
３タイプの場合と同様に、ビーム形状補正光学系全体の
コンパクト性を欠くことになるのでこのような対策は好
ましくない。

【００８２】以下、第４タイプに係るビーム形状補正レ
ンズ４の実施例１０〜１２の具体的な光学的データを表
１０〜表１２に掲載する。なお、表１０のデータは、図
２３、図２４に示すビーム形状補正レンズ４に、また、
表１１のデータは、図２５、図２６に示すビーム形状補
正レンズ４に、さらに、表１２のデータは、図２７、図
２８に示すビーム形状補正レンズ４にそれぞれ対応す
る。

【００８３】

【表１０】

【００８４】

【表１１】

【００８５】

【表１２】 この結果、第４タイプでは、第２タイプのときと同様
に、ビーム形状補正レンズ４から出射する平行光束が細
い略円形断面の平行光束となり、この平行光束が、集光
レンズ５により実質的な円形ビームスポットとして光フ
ァイバーＦの入射端面上に集光することになる。

【００８６】ところで、図３および図４に示すのは、本
発明のビーム形状補正光学系に係る基本光学系の他の構
成例を示すもので、第５タイプ以降の各タイプに使用さ
れる基本光学系である。そして、図３は、この他の構成
例おける水平断面//での光学系構成と水平断面//での光
束の進行状態を示す光路図、図４は、この他の構成例に
おける垂直断面⊥での光学系構成と垂直断面⊥での光束
の進行状態を示す光路図である。この図３、図４に示す
基本光学系では、ビーム形状補正レンズ４に集光レンズ
の持つ集光作用を付与するように構成して集光レンズを
不要にしたことが特徴となっている。

【００８７】すなわち、図３、図４に示す基本光学系で
は、コリメータレンズ３から出射された非円形断面の平
行光束を、前述した垂直断面⊥での縮小的なビーム形状
補正作用または／および前述した水平断面//での拡大的
なビーム形状補正作用と、後述する種々の集光作用とを
利用して、ビーム形状補正レンズ４を出射した段階にお
ける一方の断面（例えば垂直断面⊥）の収束光束の光束
径と他方の断面（例えば水平断面//）の収束光束の光束
径とを実質的に一致させながら、略円形断面の円錐形状
光束を創り、これを、直接光ファイバーＦの入射端面上
に集光ビームスポット像として集光（収斂）させるよう
にしている。

【００８８】以下、図３、図４に示す基本光学系におけ
るビーム形状補正レンズ４の具体的な構成タイプおよび
詳細データについて、それぞれの具体例をタイプ別に説
明する。図２９〜図３４に示すのは、いずれも第５タイ
プの実施例１３〜１５に係るビーム形状補正レンズ４で
あって、特許請求の範囲の請求項６に属するものであ
る。そして、この第５タイプでは、コリメータレンズ３
を経た段階で、例えば略楕円形断面になっている光源１
からの平行光束２、２′を、

【００８９】（ハ） 先ず、水平断面//における平行光
束については、ビーム形状補正レンズ４に入射したとき
の光束径のまま同レンズ４内を進行させて像側の面に至
らせ、また、垂直断面⊥における光束については、光源
側の面に形成したシリンダー面による垂直断面⊥での縮
小的なビーム形状補正作用を利用することにより、同レ
ンズ４内を進行する間に垂直断面⊥において光束径を少
し縮小させて、それぞれの光束に係る光束径が同レンズ
４の像側の面において略一致するようにし、

【００９０】（ニ） さらに、光束径の略一致したそれ
ぞれの光束が同レンズ４から出射する段階で、水平断面
//と垂直断面⊥とで屈折力が異なる像側の面に形成した
トロイダル面での屈折作用により、それぞれの出射光束
を光ファイバーＦの入射端面に向う収束光束に変える、
という総合作用（合成作用）を創り出し、この総合作用
をもって、同レンズ４を出射した段階における水平断面
//での収束光束の光束径と垂直断面⊥での収束光束の光
束径とを実質的に一致させながら略円形断面の円錐形状
光束を創り、これにより、略円形断面の円錐形状光束を
直接光ファイバーＦの入射端面上に集光ビームスポット
像として集光させるようにしている。

【００９１】そして、この目的を達するために、第５タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の面を、水
平断面//における面Ｒ_1//は平面に且つ垂直断面⊥にお
ける面Ｒ_1⊥は光源側に凸面を向けたシリンダー面にそ
れぞれ形成している。さらに、その像側の面を、水平断
面//における面Ｒ_2//は、光源側に凹面を向けたトロイ
ダル面に且つ垂直断面⊥における面Ｒ_2⊥は、光源側に
凸面を向けたトロイダル面にそれぞれ形成している。

【００９２】加えて、この第５タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同レ
ンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レン
ズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 −０．９５≦｛ｎ・Ｒ_1⊥−（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ
_2//）≦−０．２５ なる条件式をも満すように構成されている。

【００９３】この場合、条件式の上限を超えると、垂直
断面⊥における光源側シリンダー面の曲率半径Ｒ_1⊥が
小さくなり加工が困難になるという問題を生じ、また、
条件式の下限を超えると、軸外において良好な性能を保
持することが困難になるという問題を生じる。以下、第
５タイプに係るビーム形状補正レンズ４の具体的な光学
的データを表１３〜表１５に掲載する。なお、表１３の
データは、図２９、図３０に示す同レンズ４に、また、
表１４のデータは図３１、図３２に示す同レンズ４に、
さらに、表１５のデータは、図３３、図３４に示す同レ
ンズ４にそれぞれ対応する。

【００９４】

【表１３】

【００９５】

【表１４】

【００９６】

【表１５】 この結果、第５タイプでは、第１〜第４タイプの場合と
は異なり、ビーム形状補正レンズ４から出射する各断面
での光束が、細い略円形断面の円形ビームスポット像と
なって光ファイバーＦの入射端面上に集光することにな
る。図３５〜図４０に示すのは、いずれも第６タイプの
実施例１６〜１８に係るビーム形状補正レンズ４であっ
て、特許請求の範囲の請求項７に属するものである。

【００９７】この第６タイプは、第５タイプと実質的に
同タイプであり、しかも、その総合作用も第５タイプと
実質的に同作用であるので、説明の煩雑さを避けるた
め、条件式を除いて、その構成および作用に関する詳細
な説明を省略する。

【００９８】この第６タイプのビーム形状補正レンズ４
では、前述した (3)式を満たし、さらに、同レンズ４に
使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レンズ４の軸
上肉厚をｔとしたときに、 −３．５ ≦｛ｎ・Ｒ_1⊥−（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ
_2//）≦− １．０５ なる条件式をも満すように構成されている。

【００９９】この場合、条件式の上限を超えると、レン
ズ面の傾きに起因する性能の劣化を抑えることが困難に
なるという問題を生じ、また、条件式の下限を超える
と、ビームエキスパンダー４の軸上肉厚ｔが厚くなり過
ぎてビーム形状補正光学系全体のコンパクト性を欠くと
いう問題を生じる。以下、第６タイプに係るビーム形状
補正レンズ４の具体的な光学的データを表１６〜表１８
に掲載する。なお、表１６のデータは、図３５、図３６
に示す同レンズ４に、また、表１７のデータは、図３
７、図３８に示す同レンズ４に、さらに、表１８のデー
タは、図３９、図４０に示す同レンズ４にそれぞれ対応
する。

【０１００】

【表１６】

【０１０１】

【表１７】

【０１０２】

【表１８】 この結果、第６タイプでは、第５タイプの場合と同様
に、ビーム形状補正レンズ４から出射する各断面での光
束が細い略円形断面の円形ビームスポット像となって、
光ファイバーＦの入射端面上に集光することになる。図
４１〜図４６に示すのは、いずれも第７タイプの実施例
１９〜２１に係るビーム形状補正レンズ４であって、特
許請求の範囲の請求項８に属するものである。そして、
この第７タイプでは、コリメータレンズ３を経た段階
で、例えば略楕円形断面になっている光源１からの平行
光束２、２′を、

【０１０３】（ホ） 先ず、ビーム形状補正レンズ４の
光源側の面に形成した水平断面//と垂直断面⊥とで屈折
力が異なるトロイダル面を利用して、水平断面//での光
束については、その光束が同レンズ４内を進行する間に
拡大的なビーム形状補正作用により光束径を少し拡大さ
せ、また、垂直断面⊥での光束については、その光束が
同レンズ４内を進行する間に縮小的なビーム形状補正作
用により光束径を少し縮小させて、それぞれの光束径が
同レンズ４の像側の面において略一致するような収束光
束に変える。

【０１０４】（ヘ） さらに、光束径の略一致したそれ
ぞれの光束が同レンズ４から出射する段階で、水平断面
//における出射光束については、像側面に形成したシリ
ンダー面での屈折作用によりその出射光束を光ファイバ
ーＦの入射端面に向う収束光束に変え、また、垂直断面
⊥における出射光束については、像側の平面を経てその
まま収束方向に進行させることにより光ファイバーＦの
入射端面に向う収束光束に変える、という総合作用を創
り出し、これにより、略円形断面の円錐形状光束を直接
光ファイバーＦの入射端面上に集光ビームスポット像と
して集光させるようにしている。

【０１０５】そして、この目的を達するために、第７タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の面を、水
平断面//における面Ｒ_1//では光源側に凹面を向けたト
ロイダル面として、また、垂直断面⊥における面Ｒ_1⊥
では光源側に凸面を向けたトロイダル面としてそれぞれ
形成し、さらに、その像側の面を、水平断面//における
面Ｒ_2//では光源側に凹面を向けたシリンダー面とし
て、また、垂直断面⊥における面Ｒ_2⊥では平面として
それぞれ形成している。

【０１０６】加えて、この第７タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同レ
ンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レン
ズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 −１ ≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦ −
０．０５ なる条件式をも満すように構成されている。

【０１０７】この場合、条件式の上限を超えると、軸外
において良好な性能を保持することが困難になるという
問題を生じ、条件式の下限を超えると、光源側のトロイ
ダル面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過ぎて加工が困難
になるという問題を生じる。以下、第７タイプに係るビ
ーム形状補正レンズ４の実施例の１９〜２１の具体的な
光学的データを表１９〜表２１に掲載する。なお、表１
９のデータは、図４１、図４２に示す同レンズ４に、ま
た、表２０のデータは、図４３、図４４に示す同レンズ
４に、さらに、表２１のデータは、図４５、図４６に示
す同レンズ４にそれぞれ対応する。

【０１０８】

【表１９】

【０１０９】

【表２０】

【０１１０】

【表２１】 この結果、第７タイプでは、ビーム形状補正レンズ４か
ら出射する各断面での光束が細い略円形断面の円形ビー
ムスポット像となって、光ファイバーＦの入射端面上に
集光することになる。なお、この第７タイプは、小さい
放射角と大きい放射角との差が著しい光源１に適用した
場合に収差的に有利になるという効果を有する。

【０１１１】図４７〜図５２に示すのは、いずれも第８
タイプの実施例２２〜２４に係るビーム形状補正レンズ
４であって、特許請求の範囲の請求項９に属するもので
ある。この第８タイプでは、コリメータレンズ３を経た
段階で、例えば略楕円形断面になっている光源１からの
平行光束２、２′を、先ず、ビーム形状補正レンズ４の
光源側の面に形成したトロイダル面による水平断面//で
の僅かに縮小的なビーム形状補正作用と、垂直断面⊥で
の縮小的なビーム形状補正作用を利用して、それぞれの
光束径が同レンズ４の像側の面において略一致するよう
な収束光束に変える。

【０１１２】さらに、同レンズ４から出射する段階で、
水平断面//での出射光束は、像側の面に形成したシリン
ダー面の屈折作用により、また、垂直断面⊥での出射光
束は、そのまま平面を経て収束方向に直進させることに
より、それぞれ光ファイバーＦの入射端面に向う収束光
束に変えるような総合作用を創り出し、これにより、略
円形断面の円錐形状光束を直接光ファイバーＦの入射端
面上に集光させるようにしている。

【０１１３】そして、この目的を達するために、第８タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の水平断面
//における面Ｒ_1//および垂直断面⊥における面Ｒ
_1⊥を、いずれも光源側に凸面を向けたトロイダル面と
して形成し、さらに、その像側の面を、水平断面//にお
ける面Ｒ_2//は、光源側に凹面を向けたシリンダー面に
且つ垂直断面⊥における面Ｒ_2⊥は、平面にそれぞれ形
成している。

【０１１４】加えて、この第８タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同レ
ンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レン
ズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 ０．０５ ≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／（ ｎ・Ｒ_1// ）
≦ ０．８ なる条件式をも満すように構成されている。

【０１１５】この場合、条件式の上限を超えると、光源
側のトロイダル面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過ぎて
加工が困難になるという問題を生じ、条件式の下限を超
えると、レンズ面の偏心に起因する性能の劣化を小さく
抑えることが困難になるという問題を生じる。以下、第
８タイプに係るビーム形状補正レンズ４の実施例２２〜
２４の具体的な光学的データを表２２〜表２４に掲載す
る。なお、表２２のデータは、図４７、図４８に示す同
レンズ４に、また、表２３のデータは図４９、図５０に
示す同レンズ４に、さらに、表２４のデータは、図５
１、図５２に示す同レンズ４にそれぞれ対応する。

【０１１６】

【表２２】

【０１１７】

【表２３】

【０１１８】

【表２４】 この結果、第８タイプでは、ビーム形状補正レンズ４か
ら出射する各断面での光束が細い略円形断面の円形ビー
ムスポット像となって、光ファイバーＦの入射端面上に
集光することになる。

【０１１９】図５３〜図５６に示すのは、いずれも第９
タイプの実施例２５〜２６に係るビーム形状補正レンズ
４であって、特許請求の範囲の請求項１０に属するもの
である。この第９タイプでは、コリメータレンズ３を経
た段階で、例えば略楕円形断面になっている光源１から
の平行光束２、２′を、

【０１２０】（ト） 先ず、ビーム形状補正レンズ４の
光源側の面に形成した水平断面//と垂直断面⊥とで屈折
力が異なるトロイダル面を利用して、水平断面//での光
束については、その光束が同レンズ４内を進行する間に
拡大的なビーム形状補正作用により光束径を少し拡大さ
せ、また、垂直断面⊥での光束については、その光束が
同レンズ４内を進行する間に縮小的なビーム形状補正作
用により光束径を少し縮小させて、それぞれの光束径が
同レンズ４の像側の面において略一致するような収束光
束に変える。

【０１２１】（チ） さらに、光束径の略一致したそれ
ぞれの光束が同レンズ４から出射する段階で、水平断面
//と垂直断面⊥とで屈折力が異なる像側の面に形成した
トロイダル面での屈折作用により、それぞれの出射光束
を光ファイバーＦの入射端面に向う収束光束に変える、
という総合作用をもって、略円形断面の円錐形状光束を
直接光ファイバーＦの入射端面上に集光させるようにし
ている。

【０１２２】そして、この目的を達するために、第９タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の面を、水
平断面//における面Ｒ_1//では光源側に凹面を向けたト
ロイダル面として、また、垂直断面⊥における面Ｒ_1⊥
では光源側に凸面を向けたトロイダル面としてそれぞれ
形成すると共に、その像側の面Ｒ_2//、Ｒ_2⊥を、いずれ
も光源側に凹面を向けたトロイダル面として形成してい
る。この像側の面にトロイダル面を用いた点がこの第９
タイプと第７タイプとの相違点である。

【０１２３】加えて、この第７タイプのビーム形状補正
レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同レ
ンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レン
ズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 − １ ≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／（ ｎ・Ｒ_1//）≦
− ０．０５ なる２つの条件式をも満すように構成されている。

【０１２４】この場合、第１条件式（上段に記載された
条件式。以下同じ）の上限を超えると、軸外において良
好な性能を保持することが困難になるという問題を生
じ、また、この条件式の下限を超えると、光源側のトロ
イダル面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過ぎて加工が困
難になるという問題を生じる。

【０１２５】一方、第２条件式（下段に記載された条件
式。以下同じ）の上限を超えると、レンズ面の偏心に起
因する性能の劣化を小さく抑えることが困難になるとい
う問題を生じ、また、この条件式の下限を超えると、ビ
ームエキスパンダー４の垂直断面⊥における光源側およ
び像側のトロイダル面の曲率半径Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥が小さく
なって加工が困難になるという問題を生じる。

【０１２６】以下、第９タイプに係るビーム形状補正レ
ンズ４の実施例２５および２６の具体的な光学的データ
を表２５および表２６に掲載する。なお、２５のデータ
は、図５３、図５４に示す同レンズ４に、また、表２６
のデータは図５５、図５６に示す同レンズ４にそれぞれ
対応する。

【０１２７】

【表２５】

【０１２８】

【表２６】 この結果、第９タイプでは、同レンズ４から出射する各
断面での光束が細い略円形断面の円形ビームスポット像
となって、光ファイバーＦの入射端面上に集光すること
になる。なお、この第９タイプは、第７タイプと同様
に、小さい放射角と大きい放射角との差が著しい光源１
に適用した場合に収差的に有利になるという効果を有す
る。

【０１２９】図５７〜図６０に示すのは、いずれも第１
０タイプの実施例ビーム形状補正レンズ４であって、特
許請求の範囲の請求項１１に属するものである。この第
１０タイプでは、コリメータレンズ３を経た段階で、例
えば略楕円形断面になっている光源１からの平行光束
２、２′を、先ず、それぞれの光束がビーム形状補正レ
ンズ４内を進行する間に、同レンズ４の光源側の面に形
成したトロイダル面による水平断面//および垂直断面⊥
でのそれぞれの縮小的なビーム形状補正作用を利用し
て、それぞれの光束径が同レンズ４の像側の面において
略一致するような収束光束に変える。

【０１３０】さらに、光束径の略一致したそれぞれの光
束が同レンズ４から出射する段階で、それぞれの出射光
束を、像側の面に形成したトロイダル面の水平断面//お
よび垂直断面⊥での屈折作用により、それぞれ光ファイ
バーＦの入射端面に向う収束光束に変えるという総合作
用をもって、略円形断面の円錐形状光束を直接光ファイ
バーＦの入射端面上に集光させるようにしている。この
総合作用は、光源側の面におけるビーム形状補正作用に
違いはあるが、基本的には前述した第９タイプの場合と
同様である。

【０１３１】そしてこの目的を達するために、第１０タ
イプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の水平断面
//における面Ｒ_1//および垂直断面⊥における面Ｒ
_1⊥を、いずれも光源側に凸面を向けたトロイダル面と
して形成すると共に、その像側の面Ｒ_2//、Ｒ_2⊥を、い
ずれも光源側に凹面を向けたトロイダル面として形成し
ている。

【０１３２】加えて、この第１０タイプのビーム形状補
正レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同
レンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レ
ンズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 ０．０５ ≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／ｎ・Ｒ_1// ≦
１ なる２つの条件式をも満すように構成されている。

【０１３３】この場合、第１条件式の上限を超えると、
水平断面//における光源側でのトロイダル面の曲率半径
Ｒ_1//が小さくなり過ぎて加工が困難になるという問題
を生じ、また、この条件式の下限を超えると、レンズ面
の偏心に起因する性能の劣化を小さく抑えることが困難
になるという問題を生じる。

【０１３４】一方、第２条件式の上限を超えると、レン
ズ面の偏心に起因する性能の劣化を小さく抑えることが
困難になるという問題を生じ、また、この条件式の下限
を超えると、ビームエキスパンダー４の垂直断面⊥にお
ける光源側および像側のトロイダル面の曲率半径
Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥が小さくなって加工が困難になるという問
題を生じる。以下、第１０タイプに係るビーム形状補正
レンズ４の実施例２７、２８に係る具体的な光学的デー
タを表２７および表２８に掲載する。なお、表２７のデ
ータは図５７、図５８に示す同レンズ４に、また、表２
８のデータは図５９、図６０に示す同レンズ４にそれぞ
れ対応する。

【０１３５】

【表２７】

【０１３６】

【表２８】 この結果、第１０タイプでは、ビーム形状補正レンズ４
から出射する各断面での光束が細い略円形断面の円形ビ
ームスポット像となって、光ファイバーＦの入射端面上
に集光することになる。図６１〜図６４に示すのは、い
ずれも第１１タイプの実施例２９および３０に係るビー
ム形状補正レンズ４であって、特許請求の範囲の請求項
１２に属するものである。

【０１３７】この第１１タイプでは、コリメータレンズ
３を経た段階で、例えば略楕円形断面になっている光源
１からの平行光束２、２′を、そのビーム形状補正作用
にそれぞれ違いはあるが、基本的には第９および第１０
タイプの場合と同様の総合作用をもって、略円形断面の
円錐形状光束を直接光ファイバーＦの入射端面上に集光
させるようにしている。

【０１３８】そして、この目的を達するために、第１１
タイプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の面を、
水平断面//における面Ｒ_1//では光源側に凹面を向けた
トロイダル面として、また、垂直断面⊥における面Ｒ
_1⊥では光源側に凸面を向けたトロイダル面としてそれ
ぞれ形成し、その像側の面を、水平断面//における面Ｒ
_2//では光源側に凹面を向けたトロイダル面として、ま
た、垂直断面⊥における面Ｒ_2⊥では光源側に凸面を向
けたトロイダル面としてそれぞれ形成している。

【０１３９】加えて、この第１１タイプのビーム形状補
正レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同
レンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レ
ンズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 − １ ≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／（ ｎ・Ｒ_1// ）
≦ − ０．０５ なる２つの条件式をも満すように構成されている。

【０１４０】この場合、第１条件式の上限を超えると、
軸外において良好な性能を保持することが困難になると
いう問題を生じ、この条件式の下限を超えると、光源側
のトロイダル面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過ぎて加
工が困難になるという問題を生じる。一方、第２条件式
の上限を超えると、ビームエキスパンダー４の垂直断面
⊥における曲率半径Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥が小さくなって加工が
困難になるという問題を生じ、また、この条件式の下限
を超えると、軸外において良好な性能を保持することが
困難になるという問題を生じる。

【０１４１】以下、第１１タイプに係るビーム形状補正
レンズ４の実施例２９および３０に係る具体的な光学的
データを表２９および表３０に掲載する。なお、表２９
のデータは図６１、図６２に示す同レンズ４に、また、
表３０のデータは図６３、図６４に示す同レンズ４にそ
れぞれ対応する。

【０１４２】

【表２９】

【０１４３】

【表３０】 この結果、第１１タイプでは、ビーム形状補正レンズ４
から出射する各断面での光束が細い略円形断面の円形ビ
ームスポット像となって、光ファイバーＦの入射端面上
に集光することになる。なお、この第１１タイプは、第
７タイプと同様に、小さい放射角と大きい放射角との差
が著しい光源１に適用した場合に収差的に有利になると
いう効果を有する。

【０１４４】図６５〜図６８に示すのは、いずれも第１
２タイプの２つの実施例３１および３２ビーム形状補正
レンズ４であって、特許請求の範囲の請求項１３に属す
るものである。この第１２タイプでは、コリメータレン
ズ３を経た段階で、例えば略楕円形断面になっている光
源１からの平行光束２、２′を、そのビーム形状補正作
用にそれぞれ違いはあるが、基本的には第９〜第１１タ
イプの場合と同様な総合作用をもって、略円形断面の円
錐形状光束を直接光ファイバーＦの入射端面上に集光さ
せるようにしている。

【０１４５】そして、この目的を達するために、第１２
タイプでは、ビーム形状補正レンズ４の光源側の面を、
水平断面//および垂直断面⊥において、いずれも光源側
に凸面を向けたトロイダル面としてそれぞれ形成し、そ
の像側の面を、水平断面//における面Ｒ_2//では光源側
に凹面を向けたトロイダル面として、また、垂直断面⊥
における面Ｒ_2⊥では光源側に凸面を向けたトロイダル
面としてそれぞれ形成している。

【０１４６】加えて、この第１２タイプのビーム形状補
正レンズ４では、前述した (3)式を満たし、さらに、同
レンズ４に使用される光学材料の屈折率をｎとし、同レ
ンズ４の軸上肉厚をｔとしたときに、 ０．０５≦｛（ ｎ−１ ）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦
１ なる２つの条件式をも満すように構成されている。

【０１４７】この場合、第１条件式の上限を超えると、
光源側のトロイダル面の曲率半径Ｒ_1//が小さくなり過
ぎて加工が困難になるという問題を生じ、条件式の下限
を超えると、レンズ面の偏心に起因する性能の劣化を小
さく抑えることが困難になるという問題を生じる。一
方、第２条件式の上限を超えると、ビームエキスパンダ
ー４の垂直断面⊥における曲率半径Ｒ_1⊥、Ｒ_2⊥が小さ
くなって加工が困難になるという問題を生じ、また、こ
の条件式の下限を超えると、軸外において良好な性能を
保持することが困難になるという問題を生じる。

【０１４８】以下、第１２タイプに係るビーム形状補正
レンズ４の実施例３１および３２に係る具体的な光学的
データを表３１および表３２に掲載する。なお、表３１
のデータは図６５、図６６に示す同レンズ４に、また、
表３２のデータは図６７、図６８に示す同レンズ４にそ
れぞれ対応する。

【０１４９】

【表３１】

【０１５０】

【表３２】 この結果、第１２タイプでは、ビーム形状補正レンズ４
から出射する各断面での光束が細い略円形断面の円形ビ
ームスポット像となって、光ファイバーＦの入射端面上
に集光することになる。

【０１５１】以上、種々の具体例について説明したが、
このように構成の図示実施例のビーム形状補正光学系で
は、非等方な放射角を持つ光源から放射され且つ光軸回
転対称形のコリメータレンズにより非円形断面の平行光
束に変えられた光束を、ビーム形状補正光学系の持つビ
ーム形状補正作用を利用して、略円形断面の平行光束に
変化させて、この略円形断面の平行光束を集光レンズに
より、光結合対象物に集光ビームスポット像として結像
させるか、或いは、コリメータレンズにより平行光束に
変えられた光束を、ビーム形状補正光学系のビーム形状
補正作用を利用しながら且つビーム形状補正光学系に予
め付与した集光作用を利用して、略円形断面を持つ収束
光束に変化させて、集光レンズを用いずに、光結合対象
物に集光ビームスポット像として結像させることが可能
になる。

【０１５２】以上、図示の複数の実施例に基づいて説明
したが、本発明は、これに限定されるものではなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲内において種々に変更実施する
ことができることを付記する。

【０１５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のビーム形状
補正光学系では、簡素な構成の光学系を用いながら、非
等方な放射角を持つ光源からの光束を略円形断面の集光
ビームスポット像として集光させることが可能となり、
従来の技術では簡単ではないとされて来た非等方な放射
角を持つ光源と光ファイバーとの光結合時の高効率光結
合を実現することができ、加えて、実現するに際して、
光学系構成を可能な限り簡素にすることによる光学部品
コストおよび組立てコストをそれぞれ低減することも可
能になった。

【０１５４】この結果、非等方な放射角を持つ光源と光
ファイバーとの光結合光学系として、好適な性能を有す
るビーム形状補正光学系が得られるという大きな効果を
奏するに至った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のビーム形状補正光学系に係る基本光学
系の一構成例における水平断面での光学系構成と水平断
面での光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２】図１のビーム形状補正光学系に係る基本光学系
の一構成例における垂直断面での光学系構成と垂直断面
での光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３】図１とは異なるビーム形状補正光学系に係る基
本光学系の構成例における水平断面での光学系構成と水
平断面での光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４】図３のビーム形状補正光学系に係る基本光学系
の構成例における垂直断面での光学系構成と垂直断面で
の光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５】第１タイプに係る実施例１の水平断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６】図５に示す実施例１の垂直断面における光学系
構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図７】第１タイプに係る実施例２の水平断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図８】図７に示す実施例２の垂直断面における光学系
構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図９】第１タイプに係る実施例３の水平断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１０】第９図に示す実施例３の具体例の垂直断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図１１】第２タイプに係る実施例４の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１２】図１１に示す実施例４の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１３】第２タイプに係る実施例５の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１４】図１３に示す実施例５の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１５】第２タイプに係る実施例６の具体例の水平断
面における光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図
である。

【図１６】図１５に示す実施例６の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１７】第３タイプに係る実施例７の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１８】図１７に示す実施例７の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図１９】第３タイプに係る実施例８の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２０】図１９に示す実施例８の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２１】第３タイプに係る実施例９の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２２】図２１に示す実施例９の垂直断面における光
学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２３】第４タイプに係る実施例１０の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図２４】図２３に示す実施例１０の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２５】第４タイプに係る実施例１１の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図２６】図２５に示す実施例１１の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２７】第４タイプに係る実施例１２の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図２８】図２７に示す実施例１２の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図２９】第５タイプに係る実施例１３の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図３０】図２９に示す実施例１３の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３１】第５タイプに係る実施例１４の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図３２】図３１に示す実施例１４の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３３】第５タイプに係る実施例１５の具体例の水平
断面における光学系構成と光束の進行状態とを示す光路
図である。

【図３４】図３３に示す実施例１５の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３５】第６タイプに係る実施例１６の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図３６】図３５に示す実施例１６の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３７】第６タイプに係る実施例１７の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図３８】図３７に示す実施例１７の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図３９】第６タイプに係る実施例１８の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図４０】図３９に示す実施例１８の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４１】第７タイプに係る実施例１９の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図４２】図４１に示す実施例１９の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４３】第７タイプに係る実施例２０の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図４４】図４３に示す実施例２０の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４５】第７タイプに係る実施例２１の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図４６】図４５に示す実施例２１の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４７】第８タイプに係る実施例２２の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図４８】図４７に示す実施例２２の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図４９】第８タイプに係る実施例２３の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図５０】図４９に示す実施例２３の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５１】第８タイプに係る実施例２４の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図５２】図５１に示す実施例２４の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５３】第９タイプに係る実施例２５の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図５４】図５３に示す実施例２５の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５５】第９タイプに係る実施例２６の水平断面にお
ける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図５６】図５５に示す実施例２６の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５７】第１０タイプに係る実施例２７の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図５８】図５７に示す実施例２７の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図５９】第１０タイプに係る実施例２８の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図６０】図５９に示す実施例２８の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６１】第１１タイプに係る実施例２９の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図６２】図６１に示す実施例２９の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６３】第１１タイプに係る実施例３０の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図６４】図６３に示す実施例３０の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６５】第１２タイプに係る実施例３１の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図６６】図６５に示す実施例３１の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６７】第１２タイプに係る実施例３２の水平断面に
おける光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図であ
る。

【図６８】図６７に示す実施例３２の垂直断面における
光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図６９】等方な放射角を持つ光源を用い且つ光軸回転
対称形の結像光学系を使用した場合における光学系構成
と、光源からの光束の進行状態とを説明するための光路
図である。

【図７０】非等方な放射角を持つ光源を用い且つ光軸回
転対称形の結像光学系を使用した場合の水平断面におけ
る光学系構成と光束の進行状態とを示す光路図である。

【図７１】非等方な放射角を持つ光源を用い且つ光軸回
転対称形の図７１に示す結像光学系を使用した場合の垂
直断面における光学系構成と光束の進行状態とを示す光
路図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー（非等方な放射角を持つ光源） ２、２′ 放射光束 ３ コリメータレンズ ４ ビーム形状補正レンズ ５ 集光レンズ Ｆ 光ファイバー Ｐ 光軸 // 水平断面 ⊥ 垂直断面 Ｒ₁ 光源側シリンダー面の曲率半径 Ｒ₂ 像側シリンダー面の曲率半径

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非等方な放射角を持つ放射光束を出射す
   る光源と、この光源の光軸上に配置され且つ前記光源か
   らの前記放射光束を平行光束に変えるコリメータ光学系
   と、このコリメータ光学系の後方光軸上に配置され、且
   つ、前記コリメータ光学系を経て平行光束に変えられた
   前記光源からの光束を集光スポット像として結像せしめ
   る集光スポット形成光学系とから構成され、 前記光源の光軸を含み且つ前記光源の放射角の小さい方
   の断面を//断面とし、前記光源の光軸を含み且つ前記光
   源の放射角の大きい方の断面を⊥断面としたときに、前
   記//断面における前記集光スポット形成光学系の焦点距
   離ｆ_//と、前記⊥断面における前記集光スポット形成光
   学系の焦点距離ｆ_⊥とがそれぞれ異なり、 但し、θ_//：前記光源の//断面における放射角の半値全
   角 θ_⊥ ：前記光源の⊥断面における放射角の半値全角 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とするビーム形状補正光学系。
2. 【請求項２】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能を持つ単レンズと、この単レンズからの出射光束を集
   光させ得る集光レンズとから構成され、 さらに、前記単レンズの光源側の面と像側の面が、前記
   //断面にだけ曲率を持つシリンダー面であって、且つ、
   前記光源側のシリンダー面および前記像側のシリンダー
   面がいずれも前記光源側に凹面を向けた面としてそれぞ
   れ形成され、しかも、これらの両面が前記//断面におい
   てｆ_⊥ ／ｆ_//倍のビーム形状補正機能を果し得る曲率
   半径を持ち、 ０．１５＜Ｒ_2//／（ｎ³・Ｒ_1//）＜ ２．５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のシリンダ
   ー面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
3. 【請求項３】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能を持つ単レンズと、この単レンズからの出射光束を集
   光させ得る集光レンズとから構成され、 さらに、前記単レンズの光源側の面と像側の面が、前記
   ⊥断面にだけ曲率を持つシリンダー面であって、且つ、
   前記光源側のシリンダー面および前記像側のシリンダー
   面がいずれも前記光源側に凸面を向けた面としてそれぞ
   れ形成され、しかも、これらの両面が前記⊥断面におい
   てｆ_//／ｆ_⊥ 倍のビーム形状補正機能を果し得る曲率
   半径を持ち、 ０．１５＜Ｒ_1⊥／（ｎ³・Ｒ_2⊥）＜ ２．５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のシリンダ
   ー面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
4. 【請求項４】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能を持つ単レンズと、この単レンズからの出射光束を集
   光させ得る集光レンズとから構成され、 さらに、前記単レンズの光源側の面と像側の面が、前記
   //断面にだけ曲率を持つシリンダー面であって、且つ、
   前記光源側のシリンダー面が前記光源側に凸面を向けた
   面として、また、前記像側のシリンダー面が前記光源側
   に凹面を向けた面としてそれぞれ形成され、しかも、こ
   れらの両面が前記//断面においてｆ_⊥／ｆ_//倍のビーム
   形状補正機能を果し得る曲率半径を持ち、 − ２．５＜ Ｒ_2//／（ｎ³・Ｒ_1//）＜ − ０．１
   ８ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のシリンダ
   ー面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
5. 【請求項５】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能を持つ単レンズと、この単レンズからの出射光束を集
   光させ得る集光レンズとから構成され、 さらに、前記単レンズの光源側の面と像側の面が、前記
   ⊥断面にだけ曲率を持つシリンダー面であって、且つ、
   前記光源側のシリンダー面が前記光源側に凸面を向けた
   面として、また、前記像側のシリンダー面が前記光源側
   に凹面を向けた面としてそれぞれ形成され、しかも、こ
   れらの両面が前記⊥断面においてｆ_//／ｆ_⊥ 倍のビー
   ム形状補正機能を果し得る曲率半径を持ち、 − ２．５ ＜Ｒ_1⊥／（ｎ³・Ｒ_2⊥）＜ − ０．１
   ８ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のシリンダ
   ー面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
6. 【請求項６】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補正
   された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併せ
   持ち、さらに、その光源側の面にシリンダー面を具え且
   つその像側の面にトロイダル面を具えた単レンズとして
   構成され、 −０．９５≦｛ｎ・Ｒ_1⊥−（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ
   _2//）≦ −０．２５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
   ル面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
7. 【請求項７】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補正
   された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併せ
   持ち、さらに、その光源側の面にシリンダー面を具え且
   つその像側の面にトロイダル面を具えた単レンズとして
   構成され、 −３．５ ≦｛ｎ・Ｒ_1⊥−（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ
   _2//）≦ −１．０５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のシリン
   ダー面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
   ル面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
8. 【請求項８】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補正
   された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併せ
   持ち、さらに、その光源側の面にトロイダル面を具え且
   つその像側の面にシリンダー面を具えた単レンズとして
   構成され、 - １ ≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦ −
   ０．０５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
   ダル面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
9. 【請求項９】 前記集光スポット形成光学系が、前記コ
   リメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源か
   らの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正機
   能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補正
   された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併せ
   持ち、さらに、その光源側の面にトロイダル面を具え且
   つその像側の面にシリンダー面を具えた単レンズとして
   構成され、 ０．０５ ≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ ｎ・Ｒ_1//）≦
   ０．８ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
   ダル面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されて成ることを特徴
   とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学系。
10. 【請求項１０】 前記集光スポット形成光学系が、前記
    コリメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源
    からの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正
    機能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補
    正された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併
    せ持ち、さらに、その光源側の面と像側の面にいずれも
    トロイダル面を具えた単レンズとして構成され、 − １ ≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦ −
    ０．０５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 なる２つの条件式を満足するように構成されて成ること
    を特徴とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学
    系。
11. 【請求項１１】 前記集光スポット形成光学系が、前記
    コリメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源
    からの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正
    機能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補
    正された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併
    せ持ち、さらに、その光源側の面と像側の面にいずれも
    トロイダル面を具えた単レンズとして構成され、 ０．０５≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1// ）≦ １ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 なる２つの条件式を満足するように構成されて成ること
    を特徴とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学
    系。
12. 【請求項１２】 前記集光スポット形成光学系が、前記
    コリメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源
    からの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正
    機能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補
    正された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併
    せ持ち、さらに、その光源側の面と像側の面にいずれも
    トロイダル面を具えた単レンズとして構成され、 − １ ≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦ −
    ０．０５ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 なる２つの条件式を満足するように構成されて成ること
    を特徴とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学
    系。
13. 【請求項１３】 前記集光スポット形成光学系が、前記
    コリメータ光学系を経て平行光束に変えられた前記光源
    からの平行光束の光束径を変化させ得るビーム形状補正
    機能と、このビーム形状補正機能によりビーム形状が補
    正された光束を所望の像面に集光させる集光機能とを併
    せ持ち、さらに、その光源側の面と像側の面にいずれも
    トロイダル面を具えた単レンズとして構成され、 ０．０５≦｛（ｎ−１）ｔ｝／（ｎ・Ｒ_1//）≦ １ 但し、ｎ ：前記単レンズの屈折率 ｔ ：前記単レンズの軸上肉厚 Ｒ_1//：前記単レンズの//断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2//：前記単レンズの//断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 Ｒ_1⊥：前記単レンズの⊥断面における光源側のトロイ
    ダル面の曲率半径 Ｒ_2⊥：前記単レンズの⊥断面における像側のトロイダ
    ル面の曲率半径 なる２つの条件式を満足するように構成されて成ること
    を特徴とする請求項１に記載されたビーム形状補正光学
    系。