JP2011028140A

JP2011028140A - レンズ

Info

Publication number: JP2011028140A
Application number: JP2009176029A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kameda; 博史亀田; Hideyuki Imai; 秀行今井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】簡易で低コストな構成で高効率に光を反射させることのできるレンズを提供する。
【解決手段】光が入出射する凸状のレンズ面１１を有するものであって、レンズ面１１と対向する面には、レンズ面１１から入射した光を反射させる反射面１２が形成され、レンズ厚ｔは屈折率をｎ、レンズ面１１の焦点距離をｆとすると、０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２の範囲であるように形成される。また、反射面１２は所定波長帯域の光を反射させるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射した光を反射させて入射方向に光を戻す光学系に用いられるレンズに関し、特に１部材で光の集光及び反射をなすことのできるレンズに関する。

光通信用機器などにおいて、光を出射させる光ファイバーと光を入射させる光ファイバーとを近接配置し、これらの光ファイバーと対向するようにコリメートレンズを設けて、一方の光ファイバーから出射された光を平行光とし、コリメートレンズに対して光ファイバーとは反対側において対向するようにミラーを設けて、コリメートレンズからの光を反射させ、ミラーで反射した光を、コリメートレンズを経て他方の光ファイバーに入射させることで、２つの光ファイバーを光学的に結合する光学系が用いられることがある。

このような光学系において、従来はコリメートレンズとミラーなどの反射部材とを設けていたため、少なくともこれら２つの部品と光ファイバーとの位置合わせを行う必要があった。そのため、コリメートレンズと反射部材を機器内に組み付けるための鏡筒が必要となっており、部品点数が多くコストアップにつながっていた。また、複数の部品からなるため、これらの組立精度を十分に確保するのが難しく、誤差が生じる原因となっていた。

一方で、屈折率分布を有した材料からなるロッドレンズを用いて、光ファイバーからの光を反射させて、別の光ファイバーに光を戻すものが知られている。このような光学系としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２００２−３２８２５９号公報

しかし、ロッドレンズは材料に屈折率分布を持たせたものであるため、製造が困難で高コストとなる。また、ロッドレンズの端面で光を反射させた場合、反射位置における波面半径が有限の値となるため、反射後にガウシアンビームが発散し、ロスが生じる。このため、効率を高くすることができないという問題があった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、簡易で低コストな構成で高効率に光を結合させることのできるレンズを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るレンズは、光が入出射する凸状のレンズ面を有するレンズにおいて、
前記レンズ面と対向する面には、前記レンズ面から入射した光を反射させる反射面が形成され、レンズ厚ｔは屈折率をｎ、前記レンズ面の焦点距離をｆとすると、０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２の範囲であることを特徴として構成されている。

また、本発明に係るレンズは、前記反射面は所定波長帯域の光を反射させるように構成されることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るレンズは、前記反射面は平面状に形成されることを特徴として構成されている。

本発明に係るレンズによれば、レンズ面と対向する面には、レンズ面から入射した光を反射させる反射面が形成され、レンズ厚ｔは屈折率をｎ、レンズ面の焦点距離をｆとすると、０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２の範囲であることにより、ロッドレンズ等の特殊なレンズを用いることなく、光ファイバー等からの光を別の光ファイバー等に高効率に結合させることができ、簡易で低コストな構成で高効率に光を結合させることができる。

また、本発明に係るレンズによれば、反射面は所定波長帯域の光を反射させるように構成されることにより、反射面を多層膜フィルターなどで簡易に構成することができる。

さらに、本発明に係るレンズによれば、反射面は平面状に形成されることにより、レンズ面で平行光とされた光をそのままレンズ面側に反射させて光学的な結合をなすこととなり、より簡易な構成で光を結合させることができる。

本実施形態におけるレンズを有する光学系の概要図である。レンズの斜視図である。鏡筒を有するレンズの斜視図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態におけるレンズを有する光学系の概要図を示している。この図に示すように、本実施形態の光学系は、２つの光ファイバー２、３が近接配置され、これらの光ファイバー２、３に対向するようにレンズ１が配置される。

一方の光ファイバー２からは光が出射され、他方の光ファイバー３には、一方の光ファイバー２からの光がレンズ１で反射された光が入射される。すなわち、レンズ１によって２つの光ファイバー２、３が光学的に結合される。

レンズ１は、光ファイバー２、３の光軸方向に沿って所定の厚みを有するレンズ本体１０からなり、光ファイバー２、３と対向する面には、レンズ面１１が形成されている。レンズ面１１は、光ファイバー２からの発散光を平行光にすると共に、反射した光を光ファイバー３の端面に集光するコリメートレンズとして機能するように形成されている。

図２には、レンズ１の斜視図を示している。この図に示すように、レンズ１を構成するレンズ本体１０は、略円筒状をなすように形成されており、一方の端面に凸状のレンズ面１１が形成されている。レンズ面１１は、非球面レンズからなるが、球面レンズであってもよい。また、レンズ面１１の焦点距離はｆであり、レンズ１は屈折率ｎのガラスまたは樹脂材からなる透明な材質によって形成される。

また、レンズ１は鏡筒付のものであってもよい。図３には、鏡筒付のレンズ１の斜視図を示している。この図において、レンズ１を構成するレンズ本体１０は、図２と同形状に形成される。そして、レンズ本体１０の周面を取り囲むように、中空円筒状の金属材からなる鏡筒２０が設けられる。鏡筒２０が設けられることにより、機器内においてレンズ１を取り付けやすくすることができる。

図１に示すように、レンズ１のレンズ面１１と反対側の端面には、反射面１２が形成されている。レンズ１の反射面１２側は平面状に形成されており、反射面１２は多層膜フィルター１２ａによって構成されている。レンズ面１１から入射した光は、反射面１２において反射し、レンズ面１１に戻って光ファイバー３に向かって出射される。

反射面１２の構成としては様々なものが考えられる。反射面１２は、少なくとも光ファイバー３から出射される波長帯域の光を反射するように構成されていればよく、当該波長帯域を含むように所定波長以上の光のみを反射させる、あるいは所定波長以下の光のみを反射させる、または所定波長帯の光のみを反射させるように形成される。また、反射面１２は、光を全反射するものに限られず、部分反射させるものであってもよい。反射面１２を構成する多層膜フィルター１２ａの材質としては、ＭｇＦ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｚｒ₂Ｏ₃などの一般的な材料を用いることができる。

また、光ファイバー２からの光が、波長多重により複数の波長帯域を含む場合、反射面１２において一方の波長帯域の光のみを反射させ、他方の波長帯域の光を透過させるように構成してもよい。この場合には、レンズ１によって波長毎に光を分波させることができる。

図１の光学系において、レンズ面１１と光ファイバー２、３との距離ＷＤは、レンズ面１１の焦点距離ｆとなるように設定される。レンズ１は、レンズ面１１から反射面１２までの所定のレンズ厚ｔを有しており、このレンズ厚ｔは、レンズ面１１の焦点距離ｆとレンズ１の屈折率ｎにより、好ましくはｔ＝ｆ×ｎと表されるように形成される。なお、凸状からなるレンズ面１１におけるレンズ厚ｔの基準は、図１にも示すようにレンズ主点となるレンズ面１１の頂点部である。

レンズ厚ｔをこのようにすることで、図１の光学系が共焦点系となり、レンズ面１１と光ファイバー２、３との距離ＷＤに若干の誤差が生じても、効率よく結合をなすことができる。特に、上記条件を満たすことで、反射面１２による反射位置がビームウエスト位置となるため、理論的には波面半径が無限大となり、反射面１２におけるロスを極小化することができる。

また、少なくともこれらの関係が０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２となるように設定することで、上記条件に近い状態とすることができ、ロスを少なくすることができる。

このように、レンズ１の一方の面を凸状のレンズ面１１とし、他方の面を反射面１２とし、さらにレンズ厚ｔを０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２の条件に設定することで、通常のレンズを用いて光ファイバー２からの光を光ファイバー３に高効率に結合させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では２本の光ファイバー２、３を光学的に結合させる光学系を示したが、光ファイバーではなく光導波路であってもよい。

１レンズ
２光ファイバー
３光ファイバー
１０レンズ本体
１１レンズ面
１２反射面
１２ａ多層膜フィルター
２０鏡筒

Claims

光が入出射する凸状のレンズ面を有するレンズにおいて、
前記レンズ面と対向する面には、前記レンズ面から入射した光を反射させる反射面が形成され、レンズ厚ｔは屈折率をｎ、前記レンズ面の焦点距離をｆとすると、０．８＜ｔ／（ｆ×ｎ）＜１．２の範囲であることを特徴とするレンズ。
前記反射面は所定波長帯域の光を反射させるように構成されることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
前記反射面は平面状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のレンズ。