JP2004333885A - 光学装置及びこれに用いるレンズ部材 - Google Patents

Abstract

【課題】光源、レンズ、及び光ファイバの位置調整が容易で、かつ光ファイバへの入射光の結合効率の高効率化が可能な光学装置及びこれに用いるレンズ部材を提供する。
【解決手段】端面１１を傾斜状に形成した光ファイバ１０と、該光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１からずれた位置に配置され上記ファイバ端面１１に対して光を出射する光源２０と、上記光ファイバ１０と光源２０の間に配置されるレンズ部材３０とを有する光学装置１において、
上記レンズ部材３０は光源２０からの光を上記ファイバ端面１１に集光するレンズ３１と、該レンズ３１を保持・固定する鏡筒３２からなり、
上記レンズ３１はその光軸Ｏ_２が上記光源２０の発光点とファイバ端面１１の中心点とを結ぶ直線に略一致するように上記鏡筒３２の中心軸Ｃ_２に対して傾斜配置する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオード等の光源から出射した光をレンズで集光して光ファイバに入射させる光学装置及びこれに用いるレンズ部材に関し、より詳細にはファイバ端面が斜めに切断された光ファイバに対して、光源からの光をレンズによって集光する光学装置及びこれに用いるレンズ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザダイオード等の光源から出射した光を、レンズによって収束させて、光ファイバのファイバ端面に集光する光学装置が知られている。このような光学装置においては、レーザダイオードとレンズと光ファイバとを同軸に配置すると、レーザダイオードから発せられた光の一部が、光ファイバの中心軸に直交するように形成されたファイバ端面で反射され、入射したときと同じ光路でレーザダイオードの発光点に戻り、この反射光がレーザダイオードの発振特性の不安定化及び雑音増加を引起こすという問題を生じる。
【０００３】
そこで、図２に示すように、ファイバ端面１１を光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１に対して斜めに切断して、ファイバ端面１１からの反射光がレーザダイオードに戻るのを防止する構造が考えられている。ここで、光ファイバ１０から光が出射されると仮定した場合、ファイバ端面１１が傾斜していることから、図２に示すように出射光はファイバ端面１１において若干傾いて出射される。逆にこのような傾斜しているファイバ端面１１への入射光は、この角度分だけ傾いている場合が最も効率よく結合することになる。
【０００４】
このようにレーザダイオードからの光をファイバ端面に対して傾けて入射させる方法としては、例えば特許文献１の図２に記載されているように、光ファイバの中心軸をレーザダイオード及びレンズの光軸に対して傾けて配置する方法がある。しかしこの場合、配置の際の角度調整が非常に難しく、作業コストの増加を招くという問題がある。
他の方法としては、例えば特許文献１の図３に記載されているように、レーザダイオードの光軸とレンズの光軸、及び光ファイバの中心軸が平行になるように、かつレーザダイオードの光軸と光ファイバの中心軸とがずれるように配置することにより、レーザダイオードからの光をファイバ端面に対して傾けて入射させる方法がある。また特許文献１に記載の発明では、レーザダイオードを所定の角度だけ傾斜させ、レーザダイオードの光軸と、レーザダイオードの発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ光の中央線とが一致するように配置することにより、レーザダイオードからレンズに入射する光の量を増やし、光の利用効率をあげている。
【０００５】
【特許文献１】
実開平０５−０２００１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにレーザダイオードの光軸と光ファイバの中心軸とがずれるように配置する場合、レーザダイオードからの光をファイバ端面に集光するためには、レンズも光ファイバの中心軸上からずらして配置する必要があるが、このようにレンズを配置すると、レーザダイオードの発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ光の中央線はレンズの光軸に対して傾きを有する。しかしレンズは中央線と光軸が一致したときに収差が最良となるように設計されているので、このような状態では角度のずれによる軸外収差が発生し、光ファイバへの結合効率の低下を招くことになる。特に、レンズのレンズ面がアナモルフィック面、トーリック面等の回転非対称面の場合には、角度のずれによる軸外収差の悪化が顕著となる。だが、レンズの取付時に角度調整を行って光軸を中央線に一致させることは、光ファイバの角度調整と同様非常に難しく、作業コストの増加を招く。
【０００７】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、光源、レンズ、及び光ファイバの位置調整が容易で、かつ光ファイバへの入射光の結合効率の高効率化が可能な光学装置及びこれに用いるレンズ部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、端面を傾斜状に形成した光ファイバと、該光ファイバの中心軸からずれた位置に配置され上記ファイバ端面に対して光を出射する光源と、上記光ファイバと光源の間に配置されるレンズ部材とを有する光学装置において、上記レンズ部材は光源からの光を上記ファイバ端面に集光するレンズと、該レンズを保持・固定する鏡筒からなり、上記レンズはその光軸が上記光源の発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線に略一致するように上記鏡筒の中心軸に対して傾斜配置したことを特徴として構成されている。
【０００９】
また本発明は、上記レンズのレンズ面はアナモルフィック面、トーリック面等の回転非対称面であることを特徴として構成されている。
【００１０】
また本発明は、上記レンズ部材は鏡筒の中心軸が上記光ファイバの中心軸と略平行となるように配置されることを特徴として構成されている。
【００１１】
また本発明は、上記レンズ部材の鏡筒は外周面を中心軸に対して回転非対称形状に形成してなることを特徴として構成されている。
【００１２】
また本発明は、端面を傾斜状に形成した光ファイバと該光ファイバの中心軸からずれた位置に配置される光源との間に配置され、光源からの光を上記ファイバ端面に集光するレンズと、該レンズを保持・固定する鏡筒からなるレンズ部材において、上記レンズは光ファイバの中心軸が上記光源の発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線となす角度分だけその光軸を鏡筒の中心軸に対して傾斜させて配置したことを特徴として構成されている。
【００１３】
また本発明は、上記ファイバ端面の傾斜角度をθａ、光ファイバの屈折率をｎとすると、上記レンズの光軸が鏡筒の中心軸に対して有する傾斜角度θｄは、θｄ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎθａ）−θａの関係にあることを特徴として構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態における光学装置の模式図、図２は光ファイバから光が出射すると仮定した場合のファイバ端面の拡大図、図３はレンズ部材の断面図、図４はレンズ部材の正面図である。
本実施形態における光学装置１は図１に示すように、端面１１が中心軸Ｃ_１に対して斜めに形成された光ファイバ１０と、この光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１からずれた位置に配置されファイバ端面１１に対して光を出射する光源たるレーザダイオード２０と、光ファイバ１０とレーザダイオード２０の間に配置されるレンズ部材３０とを有する。
【００１５】
ファイバ端面１１は光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１に対して斜めに切断される。
これにより、ファイバ端面１１での反射光は入射角度と同一の角度で反射するので、反射光がレーザダイオード２０から入射したときと同一の光路をたどってレーザダイオード２０の発光点に戻ることを防止することができる。
【００１６】
ここで、レーザダイオード２０から出射された光のファイバ端面１１への入射角度について説明する。図２に示すように、光ファイバ１０から光が出射されると仮定した場合、ファイバ端面１１が傾斜していることから、出射光はファイバ端面１１において若干傾いて出射される。ファイバ端面１１の傾斜角度をθａ、出射光の傾斜角度をθｄ、ファイバコアの屈折率をｎとすると、空気の屈折率は１であるから、以下のような関係となる。
ｓｉｎ（θａ＋θｄ）＝ｎ・ｓｉｎθａ
つまり、出射光の傾斜角度をθｄは、
θｄ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎθａ）−θａ
となる。例としてｎ＝１．４５、θａ＝８°としたとき、θｄ≒３．６°となる。
つまり、この条件においてファイバ端面１１からの出射光は約３．６°傾いて出射されることになる。逆に、このような傾斜しているファイバ端面１１への入射光は、この角度θｄだけ傾いている場合が最も効率よく結合することになる。
【００１７】
光ファイバ１０に対して光を出射するレーザダイオード２０は、図１に示すように、その光軸Ｏ_１が光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１と平行になるように配置される。また、レーザダイオード２０が発した入射光のファイバ端面１１への入射角が決まれば、レーザダイオード２０の光軸Ｏ_１と光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１とのずれも決まる。すなわち、レーザダイオード２０と光ファイバ１０との軸方向の距離をＤとすれば、レーザダイオード２０の光軸Ｏ_１と光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１とのずれはＤｔａｎθｄとなる。つまり、レーザダイオード２０はＤｔａｎθｄだけ、光軸Ｏ_１が光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１からずれた位置に配置される。これにより、レーザダイオード２０が発した光はファイバ端面１１に対して角度θｄを有して入射するようになる。
【００１８】
レンズ部材３０は、レーザダイオード２０から発せられた光をファイバ端面１１に集光するレンズ３１と、このレンズ３１を保持し、またレンズ３１の位置決めに使用される鏡筒３２からなる。このレンズ部材３０は、光ファイバ１０とレーザダイオード２０の間に、かつレーザダイオード２０の発光点とファイバ端面１１の中心点とを結ぶ光の中央線Ｌがレンズ３１の中心を通るように配置される。
レンズ３１はガラスや光学樹脂等からなるものであり、プレス成形により鏡筒３２に対して一体的に成形される。なお本実施形態においては、レンズ３１のレンズ面はアナモルフィック面、トーリック面等の回転非対称面とする。また、このレンズ３１は図３に示すように、その光軸Ｏ_２が鏡筒３２の中心軸Ｃ_２に対して角度θｄだけ傾斜した状態で一体的に成形される。
鏡筒３２はステンレスなどの金属からなる。また、鏡筒３２は例えば図４に示すように、上下部分に固定平面部３２ａを形成するなどして、外周面が中心軸Ｃ_２に対して回転非対称に形成されており、周方向に対して方向性を有するようにする。なお、鏡筒３２の外周面の形状については図４に示したものに限らず、例えば方形状など回転非対称な他の形状であってもよい。
【００１９】
このように、レンズ３１をその光軸Ｏ_２が鏡筒３２の中心軸Ｃ_２に対して角度θｄだけ傾斜した状態で一体的に成形することにより、レンズ部材３０を取付時に角度調整を行わなくても、鏡筒３２の中心軸Ｃ_２が光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１と平行になるように配置すれば、レンズ３１の光軸Ｏ_２が光の中央線Ｌと一致するので、軸外収差が発生しなくなり結合効率を高めることができると共に、その位置調整が容易となる。特に、レンズ３１のレンズ面が回転非対称面の場合はこのような効果は顕著に現れる。
また、レンズ３１はその光軸Ｏ_２が鏡筒３２の中心軸Ｃ_２に対して傾斜していることから、鏡筒３２の中心軸Ｃ_２に対して回転非対称であるが、鏡筒３２はその外周面が中心軸Ｃ_２に対して回転非対称に形成されていることから周方向に方向性を有するので、周方向についてもレンズ３１を予め定めた位置に固定することが可能となる。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態では、レーザダイオード２０の光軸Ｏ_１を光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１と平行になるように配置したが、例えばレーザダイオード２０の光軸Ｏ_１を光ファイバ１０の中心軸Ｃ_１に対して角度θｄだけ傾斜した状態で配置するようにして、レーザダイオード２０の光軸Ｏ_１と光の中央線Ｌが一致するようにしても良い。これにより、レーザダイオード２０からレンズ３１に入射する光の量を増やし、光の利用効率をあげることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上本発明によれば、レンズはその光軸が光源の発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線に略一致するように鏡筒の中心軸に対して傾斜配置したことから、レンズ部材を取付時に角度調整を行わなくても、レンズの光軸が光源とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線と一致して角度のずれがなくなるので、軸外収差が発生しなくなり結合効率を高めることができる。特に、レンズのレンズ面がアナモルフィック面、トーリック面等の回転非対称面の場合はこのような効果は顕著に現れる。
【００２２】
また本発明によれば、レンズ部材は鏡筒の中心軸が光ファイバの中心軸と略平行となるように配置されることから、その位置調整が容易となる。
【００２３】
また本発明によれば、鏡筒は外周面を中心軸に対して回転非対称形状に形成されてなることから、鏡筒は周方向に方向性を有し、レンズを周方向について予め定めた位置に固定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における光学装置の模式図である。
【図２】光ファイバから光が出射すると仮定した場合のファイバ端面の拡大図である。
【図３】レンズ部材の断面図である。
【図４】レンズ部材の正面図である。
【符号の説明】
１ 光学装置
１０ 光ファイバ
１１ ファイバ端面
２０ レーザダイオード
３０ レンズ部材
３１ レンズ
３２ 鏡筒
３２ａ 固定平面部
Ｌ 光の中央線
Ｏ_１ レーザダイオードの光軸
Ｏ_２ レンズの光軸
Ｃ_１ 光ファイバの中心軸
Ｃ_２ 鏡筒の中心軸

Claims (6)

1. 端面を傾斜状に形成した光ファイバと、該光ファイバの中心軸からずれた位置に配置され上記ファイバ端面に対して光を出射する光源と、上記光ファイバと光源の間に配置されるレンズ部材とを有する光学装置において、
   上記レンズ部材は光源からの光を上記ファイバ端面に集光するレンズと、該レンズを保持・固定する鏡筒からなり、
   上記レンズはその光軸が上記光源の発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線に略一致するように上記鏡筒の中心軸に対して傾斜配置したことを特徴とする光学装置。
2. 上記レンズのレンズ面はアナモルフィック面、トーリック面等の回転非対称面であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 上記レンズ部材は鏡筒の中心軸が上記光ファイバの中心軸と略平行となるように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の光学装置。
4. 上記レンズ部材の鏡筒は外周面を中心軸に対して回転非対称形状に形成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 端面を傾斜状に形成した光ファイバと該光ファイバの中心軸からずれた位置に配置される光源との間に配置され、光源からの光を上記ファイバ端面に集光するレンズと、該レンズを保持・固定する鏡筒からなるレンズ部材において、
   上記レンズは光ファイバの中心軸が上記光源の発光点とファイバ端面の中心点とを結ぶ直線となす角度分だけその光軸を鏡筒の中心軸に対して傾斜させて配置したことを特徴とするレンズ部材。
6. 上記ファイバ端面の傾斜角度をθａ、光ファイバの屈折率をｎとすると、上記レンズの光軸が鏡筒の中心軸に対して有する傾斜角度θｄは、θｄ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎθａ）−θａの関係にあることを特徴とする請求項５記載のレンズ部材。

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