JP2020201311A - レンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる媒質下において結合効率のよいレンズ設計を支援するレンズ設計プログラムを提供する。【解決手段】レンズ設計プログラムは、光学部材１の入出力２つのレンズ面１ａ，１ｂについて、光学部材１が第１の媒質２ｂ中にある場合の、光学部材１に入力された光が平行光となる曲率を求め、求めた曲率に基づき、光学部材１が第２の媒質２ａ中にある場合の、光学部材１に入力された光が２つのレンズ面間の中心１ｃで焦点を結ぶ２つのレンズ面間の距離を求め、求めた曲率および距離に基づいた光学部材１を光の発光部３ａから受光部３ｂの間に置き、２つのレンズ面１ａ，１ｂのコーニックを変化させた場合の、第１の媒質２ｂ中および第２の媒質２ａ中における光の結合効率の組を求める処理をコンピュータに実行させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置に関する。

従来、サーバシステム等においては、高密度実装や高速化にともない、データ伝送に光モジュールを用いる場合がある。この光モジュールでは、効率よく光信号を伝送するように、光モジュールにおける発光素子と受光部との間に用いるレンズの設計が行われている。

このレンズ設計に関する従来技術としては、耐熱性を有するレンズを提供するものがある。また、レーザーの波長の変化に対して強い結晶レンズ及び光学素子並びに光ピックアップ光学系を提供するものがある。また、媒質の変更に際し、レンズ群を光軸に沿って移動させることで、屈折率が異なる複数の媒質に対して撮影が可能な光学系を提供するものがある。

特開２０１０−１２８０２７号公報 特開平９−４３４０１号公報 特開２０１６−１３３５７２号公報

サーバシステム等においては、発生する熱の対策のために、液浸による冷却効果を利用する場合がある。このように液浸とする場合は、光モジュールも空気の代わりに冷却液（冷媒）中で使用されることとなる。

しかしながら、上記の従来技術におけるレンズ設計では、空気中での使用が想定され、空気中での環境下で最適化された設計となっている。このため、液浸環境下では、結合効率が低下し、光信号の伝送品質が悪化する場合がある。また、媒質の変更に際し、レンズ群を光軸に沿って移動させる機構などを設ける場合は、大きなコストアップとなる。

図６は、従来のレンズ設計によるレンズブロックを説明する説明図である。図６において、上段のケースＣ１は媒質（空気）２ａ中にレンズブロック１を置いた例であり、下段のケースＣ２は媒質（液体）２ｂ中にレンズブロック１を置いた例である。

図６のケースＣ１に示すように、レンズブロック１は、従来のレンズ設計により、媒質（空気）２ａ中において発光素子３ａからレンズ面１ａより入射した光が平行光となるようにレンズ面１ａの曲率、コーニックが設計されている。また、レンズブロック１のレンズ面１ｂより媒質（空気）２ａ中に照射した光が受光部３ｂに集光するように、レンズ面１ｂの曲率、コーニックが設計されている。このため、媒質（空気）２ａ中において、発光素子３ａからレンズブロック１を介して受光部３ｂへ到達する光信号は、結合効率が１００％となる。

このように設計されたレンズブロック１は、媒質（液体）２ｂ中では、媒質（空気）２ａと屈折率が異なるため、レンズ面１ａより入射した光が平行光とならずに広がり過ぎることとなる。したがって、図６のケースＣ２に示すように、媒質（液体）２ｂ中では、発光素子３ａからレンズブロック１を介して受光部３ｂへ到達する光信号は、結合効率が低下する（例えば１００％から２．４％に低下する）。

例えば、マルチチャンネルの光モジュールでは、一般に発光素子３ａのアレイ（ＶＣＥＳＬアレイ等）は２５０ｕｍ間隔で並んでいる。このため、レンズ径の上限も２５０ｕｍという制約があるため、光が受光部３ｂに入りきらないという問題が生じやすい。

１つの側面では、異なる媒質下において結合効率のよいレンズの設計を支援できるレンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置を提供することを目的とする。

第１の案では、レンズ設計プログラムは、曲率と第１のコーニックとを求める処理と、距離と第２のコーニックとを求める処理と、結合効率の組を求める処理と、出力する処理とをコンピュータに実行させる。曲率と第１のコーニックとを求める処理は、光学部材の入出力２つのレンズ面について、光学部材が第１の媒質中にある場合の、光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求める。距離と第２のコーニックとを求める処理は、求めた曲率に基づき、光学部材が第２の媒質中にある場合の、光学部材に入力された光が２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求める。結合効率の組を求める処理は、求めた曲率および距離に基づいた光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、第１のコーニックと第２のコーニックとの間で２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、第１の媒質中および第２の媒質中における光の結合効率の組を求める。出力する処理は、求めた曲率と、距離と、求めた結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる２つのレンズの第３のコーニックとを出力する。

本発明の１実施態様によれば、異なる媒質下において結合効率のよいレンズの設計を支援できる。

図１は、実施形態のレンズ設計に関する概要を説明する説明図である。 図２は、実施形態のレンズ設計によるレンズブロックを説明する説明図である。 図３は、実施形態にかかる情報処理装置の機能構成例を示すブロック図である。 図４Ａは、実施形態にかかる情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。 図４Ｂは、実施形態にかかる情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。 図４Ｃは、実施形態にかかる情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。 図４Ｄは、実施形態にかかる情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。 図５は、レンズ設計プログラムを実行するコンピュータの一例を示すブロック図である。 図６は、従来のレンズ設計によるレンズブロックを説明する説明図である。

以下、図面を参照して、実施形態にかかるレンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明するレンズ設計プログラム、レンズ設計方法および情報処理装置は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。また、以下の各実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

［概要について］
図１は、実施形態のレンズ設計に関する概要を説明する説明図である。図１に示すように、本実施形態では、一例として、サーバシステム等のデータ伝送に用いられる光モジュールのレンズブロック１に関するレンズ設計を行う。

例えば、レンズブロック１は、光信号によるデータ伝送を行う発光素子３ａと、受光部３ｂとの間に用いられる光学部材の一例である。レンズブロック１は、発光素子３ａからの光を入力する入力側のレンズ面１ａと、レンズブロック１を透過した光を出力する出力側のレンズ面１ｂとを有する。レンズ設計では、レンズブロック１における入出力２つのレンズ面１ａ、１ｂについて、公知の光線追跡法による光学シミュレーションを用いて曲率、コーニック定数（以下、コーニック）、レンズ面１ａ、１ｂ間の距離などを設計する。

具体的には、レンズ面１ａ、１ｂについて、レンズブロック１が液浸環境下で冷媒として用いられる媒質（液体）２ｂ中にある場合の、レンズブロック１に入力された光が平行光となる曲率（Ｒ）と、コーニック（Ｋ_１）とを求める（Ｓ１）。

次いで、レンズブロック１の周りの環境（媒質）を媒質（液体）２ｂから媒質（空気）２ａに変える。そして、求めた曲率（Ｒ）に基づき、レンズブロック１が媒質（空気）２ａ中にある場合の、レンズブロック１に入力された光の焦点がレンズ面１ａ、１ｂ間の中心１ｃとなるレンズ面１ａ、１ｂ間の距離（ＡＢ）を求める（Ｓ２）。

ここで、媒質（液体）２ｂから媒質（空気）２ａに変えると、球面収差が発生する。したがって、媒質（空気）２ａ中でレンズ面１ａ透過後の光の中心１ｃ（焦点位置）での球面収差が最小となるコーニック（Ｋ_２）を求める（Ｓ３）。

次いで、レンズ面１ａ、１ｂのコーニックをＫ_１〜Ｋ_２の範囲で組み合わせて光学シミュレーションを行い、媒質（空気）２ａ中、媒質（液体）２ｂ中それぞれにおける光の結合効率を求める（Ｓ４）。

具体的には、求めた曲率（Ｒ）および距離（ＡＢ）に基づいたレンズブロック１を発光素子３ａから受光部３ｂの間に置き、媒質（空気）２ａ、媒質（液体）２ｂそれぞれの屈折率において、Ｋ_１〜Ｋ_２の間でレンズ面１ａ、１ｂのコーニックを変化させて光学シミュレーションを行う。これにより、媒質（空気）２ａ中、媒質（液体）２ｂ中における光の結合効率の組を求める。そして、求めた結合効率の組み合わせの中で、結合効率が最も良いレンズ面１ａ、１ｂのコーニックの組み合わせを、求めた曲率（Ｒ）および距離（ＡＢ）とともにディスプレイやファイルなどに出力する。

図２は、実施形態のレンズ設計によるレンズブロック１を説明する説明図である。図２に示すように、レンズブロック１は、レンズ設計において出力された値（レンズ面１ａ、１ｂの曲率（Ｒ）、コーニックおよび距離（ＡＢ））をもとに作成されている。このため、レンズブロック１は、媒質（空気）２ａ、媒質（液体）２ｂの異なる媒質下において発光素子３ａからの光を結合効率よく受光部３ｂへ伝送することができる。例えば、レンズブロック１をサーバシステム等の光モジュールに適用することで、使用環境が空気／液浸のいずれの場合であっても、新たな機構を設けるなどのコストを生じさせることなく、効率よく光信号を伝送することができる。

［機能構成について］
図３は、実施形態にかかる情報処理装置の機能構成例を示すブロック図である。図３に示すように、情報処理装置１０は、入力部１１、表示部１２、通信部１３および制御部１４を有する、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）などである。

入力部１１は、キーボード等の入力装置などを介してユーザより入力される各種データの入力処理を行う処理部である。具体的には、入力部１１は、レンズ設計に関する各種データの入力を受け付け、入力されたデータを制御部１４に出力する。例えば、入力部１１が入力を受け付けるレンズ設計に関するデータとしては、屈折率情報、発光素子情報、レンズ径情報、受光部情報、判定値などがある。

屈折率情報は、媒質（空気）２ａの屈折率（例えば１．０）、媒質（液体）２ｂの屈折率（例えば１．２８）、レンズブロック１のレンズ材の屈折率（例えば１．６）などがある。

発光素子情報は、発光素子３ａに関する情報であり、発光径（例えばΦ１２ｕｍ）、光の広がり角（例えば１１度）、波長（例えば８５０ｎｍ）などがある。

レンズ径情報は、レンズ面１ａ、１ｂに関する情報であり、レンズ半径（例えば１２５ｕｍ）、レンズ面使用率（例えば０．８）などがある。

受光部情報は、受光部３ｂに関する情報であり、受光部径（例えばΦ５０ｎｍ）などがある。判定値は、レンズ設計の処理に関する閾値などであり、結合効率の許容下限値（例えば０．８５）などがある。

表示部１２は、制御部１４の制御のもと、ディプレイなどへの表示を行う処理部である。具体的には、表示部１２は、制御部１４が求めたレンズ面１ａ、１ｂの曲率（Ｒ）、距離（ＡＢ）、コーニックの組み合わせなどの情報を表示出力する。すなわち、表示部１２は、出力部の一例である。なお、出力について、本実施形態では表示部１２よりディスプレイに表示して出力する構成を例示するが、紙媒体などへの印刷による出力や、ファイル出力を行う構成であってもよいことは言うまでもないことである。

通信部１３は、制御部１４の制御のもと、有線又は無線を問わず接続する外部機器との通信を行う。通信部１３は、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）等の通信インタフェース等であり、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークを介して接続する光学シミュレータ２０との間の通信を行う。

制御部１４は、レンズブロック１の全体的な処理を司る処理部である。制御部１４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、内部の記憶装置に記憶されているプログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部１４は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されるようにしてもよい。

制御部１４は、距離計算部１４１、パラメータ制御部１４２、シミュレータ呼出部１４３、記憶部１４４および判断部１４５を有し、前述したＳ１〜Ｓ４に関する処理を行う。なお、距離計算部１４１、パラメータ制御部１４２、シミュレータ呼出部１４３および判断部１４５は、プロセッサが有する電子回路の一例やプロセッサが実行するプロセスの一例である。

距離計算部１４１は、入力部１１より入力されたレンズ設計に関するデータをもとに、各種距離に関する計算を行う処理部である。具体的には、距離計算部１４１は、発光素子３ａからレンズ面１ａ間の距離、レンズ面１ｂから受光部３ｂ間の距離、レンズ面１ａ、１ｂの焦点距離およびレンズ面１ａ、１ｂ間の距離などの計算を行う。

パラメータ制御部１４２は、Ｓ１〜Ｓ４に関する処理において、光学シミュレータ２０における光学シミュレーションの各種パラメータを制御する処理部である。例えば、シミュレータ呼出部１４３は、Ｓ１において、屈折率情報から媒質（液体）２ｂの屈折率およびレンズブロック１のレンズ材の屈折率を読み出し、レンズブロック１に入力された光が平行光となるレンズ面１ａ、１ｂの曲率（Ｒ）と、コーニック（Ｋ_１）とを光学シミュレータ２０を用いて求める際のパラメータとする。

また、シミュレータ呼出部１４３は、Ｓ２において、屈折率情報から媒質（空気）２ａの屈折率およびレンズブロック１のレンズ材の屈折率を読み出し、Ｓ１で求めた曲率（Ｒ）とともに、レンズ面１ａ、１ｂ間の距離（ＡＢ）を求める際のパラメータとする。また、シミュレータ呼出部１４３は、Ｓ３において、光学シミュレーションを繰り返して中心１ｃ（焦点位置）での球面収差が最小となるコーニック（Ｋ_２）を求める際に、レンズ面１ａ、１ｂのコーニックを適宜変更する。

また、シミュレータ呼出部１４３は、Ｓ４において、Ｓ１で求めた曲率（Ｒ）およびＳ２で求めた距離（ＡＢ）に基づいたレンズブロック１を発光素子３ａから受光部３ｂの間に置いたものとし、媒質（空気）２ａ、媒質（液体）２ｂそれぞれの屈折率を適用したパラメータとする。次いで、シミュレータ呼出部１４３は、レンズ面１ａ、１ｂのコーニックをＫ_１〜Ｋ_２の範囲で適宜変更して光学シミュレータ２０による光学シミュレーションを実施する。

シミュレータ呼出部１４３は、情報処理装置１０を介して接続する光学シミュレータ２０を呼び出して光学シミュレーションを実施する処理部である。具体的には、シミュレータ呼出部１４３は、光学シミュレータ２０を呼び出し、パラメータ制御部１４２の制御に基づいた光学シミュレーションの各種パラメータを通知して、光学シミュレータ２０に光学シミュレーションを依頼する。次いで、シミュレータ呼出部１４３は、光学シミュレータ２０が行った光学シミュレーションの結果を取得する。

記憶部１４４は、処理の作業領域を提供するＲＡＭなどであり、Ｓ１〜Ｓ４に関する処理などに用いる各種データ（例えば、入力部１１の入力情報や光学シミュレータ２０が行った光学シミュレーション結果など）を記憶する。

判断部１４５は、例えば入力された判定値などと比較することで、Ｓ１〜Ｓ４に関する処理における各種判定を行う処理部である。

光学シミュレータ２０は、情報処理装置１０が設定した条件下で公知の光線追跡法による光学シミュレーションを行う情報処理装置である。光学シミュレータ２０は、通信部１３を介した通信により、情報処理装置１０が設定した条件下での光学シミュレーションを行い、光学シミュレーションの結果（例えば光線追跡の計算結果や結合効率の計算結果など）を情報処理装置１０へ返す。具体的には、光学シミュレータ２０は、モデル作成部２１、光線追跡計算部２２および結合効率算出部２３を有する。

モデル作成部２１は、情報処理装置１０から通知された各種パラメータをもとに、光学シミュレーションの対象となるモデル（レンズブロック１、発光素子３ａ、受光部３ｂの配置や媒質など）を作成する処理部である。

光線追跡計算部２２は、モデル作成部２１が作成したモデルにおいて、光線追跡法による計算を行う処理部である。具体的には、光線追跡計算部２２は、発光素子３ａから発した光の光線追跡を計算する。

結合効率算出部２３は、発光素子３ａから受光部３ｂへの光の結合効率を算出する処理部である。例えば、結合効率算出部２３は、光線追跡計算部２２が計算した光線追跡の結果をもとに、発光素子３ａが発した光の強度と、受光部３ｂが受光した光の強度との比を計算することで結合効率を算出する。

なお、光学シミュレータ２０における光学シミュレーションにおいて、レンズ面１ａ、１ｂの反射、受光部３ｂの反射、媒質（液体）２ｂ中における損失およびレンズブロック１中における損失は、レンズ設計値に与える影響が非常に小さいものとして、無視できるものとする。

［動作について］
図４Ａ〜図４Ｄは、実施形態にかかる情報処理装置１０の動作例を示すフローチャートである。図４Ａ〜４Ｄに示すように、処理が開始されると、入力部１１は、ユーザ（例えば設計者）による情報入力を受け付ける（Ｓ１０）。具体的には、入力部１１は、屈折率情報、発光素子情報、レンズ径情報、受光部情報、判定値などの情報入力を受け付ける。

次いで、距離計算部１４１は、入力された情報をもとに、発光素子３ａ〜レンズ面１ａ間の距離（ＰＡ）を算出する（Ｓ１１）。表示部１２は、距離計算部１４１が算出した距離（ＰＡ）を出力する（Ｓ１２）。

具体的には、距離計算部１４１は、発光素子情報とレンズ径情報とに基づき、発光素子３ａから発せられたすべての光がレンズ面１ａに収まる、発光素子３ａとレンズ面１ａとの距離（ＰＡ）を求める。例えば、距離（ＰＡ）は、距離（ＰＡ）＝レンズ半径＊レンズ面使用率／ｔａｎ（光の拡がり角）として求めることができる。一例として、レンズ半径：１２５ｕｍ、レンズ面使用率：０．８、光の広がり角：１１度とすると、距離（ＰＡ）＝１２５ｕｍ＊０．８／ｔａｎ１１度＝５１４ｕｍとなる。

次いで、距離計算部１４１は、入力された情報をもとに、レンズ面１ｂ〜受光部３ｂ間の距離（ＢＱ）を算出する（Ｓ１３）。表示部１２は、距離計算部１４１が算出した距離（ＢＱ）を出力する（Ｓ１４）。

具体的には、距離計算部１４１は、Ｓ１１と同様、受光部情報とレンズ径情報とに基づき、レンズ面１ｂから発せられたすべての光が受光部３ｂに収まる、レンズ面１ｂと受光部３ｂとの距離（ＢＱ）を求める（Ｓ１３）。なお、本実施形態では、受光部径は十分に大きいことから、レンズ面１ｂと受光部３ｂとの距離（ＢＱ）は、距離（ＰＡ）と等しいものとする。

次いで、制御部１４は、媒質（液体）２ｂ中において、レンズ面１ａ透過後のレンズブロック１内の光が平行光となるレンズ面の曲率（Ｒ）と、コーニックとを求める処理（Ｓ１５〜Ｓ２０）を行う。

具体的には、パラメータ制御部１４２は、媒質（液体）２ｂ中の条件でレンズ面１ａ、１ｂの曲率（Ｒ）とコーニック（Ｋ）との組み合わせを変更して光学シミュレーションを繰り返し、各組み合わせの結合効率を求めるループ処理を実行する（Ｓ１５〜Ｓ１７）。

例えば、パラメータ制御部１４２は、レンズブロック１内側からレンズ面１ａに向かってレンズ半径＊レンズ使用率に等しい平行光源をおき、発光素子位置にシミュレーションの発光素子３ａをおく。次いで、パラメータ制御部１４２は、曲率をレンズ半径（例えば１２５ｕｍ）からレンズ半径１．２倍（例えば１５０ｕｍ）まで、コーニックを−１．０から−３までの範囲で組み合わせて光学シミュレーションを行う。

次いで、判断部１４５は、Ｓ１５〜Ｓ１７のループ処理で得られた各組み合わせの結合効率をもとに、結合効率最大となる曲率（Ｒ）とコーニック（Ｋ）の組み合わせが１つであるか否かを判定する（Ｓ１８）。

結合効率最大となる曲率（Ｒ）とコーニック（Ｋ）の組み合わせが１つである場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、判断部１４５は、１つの曲率（Ｒ）とコーニック（Ｋ）の組み合わせ（結合効率が最も良いパラメータの組み合わせ）を曲率（Ｒ_１）、コーニック（Ｋ_１）として採用する（Ｓ１９）。

結合効率最大となる曲率（Ｒ）とコーニック（Ｋ）の組み合わせが複数ある場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、判断部１４５は、組み合わせの範囲の中の中間値を曲率（Ｒ_１）、コーニック（Ｋ_１）として採用する（Ｓ２０）。

次いで、表示部１２は、Ｓ１９、Ｓ２０で採用された曲率（Ｒ_１）を出力する（Ｓ２１）。なお、発光素子３ａ〜レンズ面１ａの距離（ＰＡ）とレンズ面１ｂ〜受光部３ｂの距離（ＢＱ）が等しい場合は、レンズ面１ｂの曲率およびコーニックもそれぞれＲ_１、Ｋ_１を使用する。これにより、レンズブロック１内の平行光がレンズ面１ｂを通過後に、受光部３ｂで焦点を結ぶこととなる。

次いで、パラメータ制御部１４２は、レンズ面１ａ、１ｂの曲率にＫ_１を適用し、媒質（液体）２ｂ中の条件から媒質（空気）２ａ中の条件に変えて（屈折率を変えて）光学シミュレーションを行い、レンズ面１ａ透過後の光の焦点位置（Ｃ）を求める（Ｓ２２）。ここで、レンズ面１ａから焦点位置（Ｃ）までの距離をＡＣとする。

次いで、距離計算部１４１は、距離（ＡＣ）より、焦点位置（Ｃ）がレンズブロック１の中心１ｃとなる、レンズ面１ａ〜レンズ面１ｂ間の距離（ＡＢ）を算出する（Ｓ２３）。表示部１２は、距離計算部１４１が算出した距離（ＡＢ）を出力する（Ｓ２４）具体的には、距離計算部１４１は、距離ＡＢ＝ＡＣ＊２として距離ＡＢを求める。例えば、ＡＣ＝６４０ｕｍとすると、ＡＢは６４０＊２＝１２８０ｕｍとなる。

次いで、制御部１４は、レンズ面１ａ、１ｂの曲率にＫ_１を適用した上で、媒質（空気）２ａ中の条件でレンズ面１ａ透過後の光が焦点位置（Ｃ）で球面収差最小となるコーニックを求める処理（Ｓ２５〜Ｓ２８）を行う。

具体的には、パラメータ制御部１４２は、媒質（空気）２ａ中の条件でレンズ面１ａのコーニックを変更して光学シミュレーションを繰り返し、各コーニックの結合効率を求めるループ処理を実行する（Ｓ２５〜Ｓ２７）。

次いで、判断部１４５は、Ｓ２５〜Ｓ２７のループ処理で得られた各コーニックの結合効率をもとに、焦点位置（Ｃ）の球面収差が最小となるコーニックをＫ_２として採用する（Ｓ２８）。

次いで、制御部１４は、レンズ面１ａ、１ｂの曲率にＫ_１を適用し、レンズ面１ａ、１ｂのコーニックをＫ_１〜Ｋ_２の間で変更して光学シミュレーションを繰り返し、媒質（空気）２ａ中、媒質（液体）２ｂ中それぞれの結合効率を求める処理（Ｓ２９〜Ｓ３５）を行う。

具体的には、パラメータ制御部１４２は、屈折率を媒質（液体）２ｂ中の条件、媒質（空気）２ａ中の条件でそれぞれ繰り返す第１のループ処理を行う（Ｓ２９〜Ｓ３５）。この第１のループ処理内で、パラメータ制御部１４２は、レンズ面１ａのコーニックをＫ_１〜Ｋ_２の範囲で変えて繰り返す第２のループ処理を行う（Ｓ３０〜Ｓ３４）。この第２のループ処理内で、パラメータ制御部１４２は、レンズ面１ｂのコーニックをＫ_１〜Ｋ_２の範囲で変えて繰り返す第３のループ処理を行う（Ｓ３１〜Ｓ３３）。パラメータ制御部１４２は、このようにパラメータの条件を変更した上で光学シミュレーションを行い、結合効率を求める（Ｓ３２）。

次いで、判断部１４５は、Ｓ２９〜Ｓ３５におけるシミュレーション結果から、結合効率がユーザにより設定された判定値以上となるレンズ面１ａ、１ｂそれぞれのコーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）を選出する（Ｓ３６）。表示部１２は、判断部１４５が選出したコーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）のリストを出力する（Ｓ３７）。

次いで、判断部１４５は、選出したコーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）が１つであるか否かを判定する（Ｓ３８）。コーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）が１つである場合（Ｓ３８：Ｙｅｓ）、Ｓ３７で結合効率が最もよくなる１つの組み合わせを出力済みであることから、制御部１４は処理を終了する。

コーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）が複数ある場合（Ｓ３８：Ｎｏ）、判断部１４５は、組み合わせの範囲の中の結合効率が最もよい（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）を採用する（Ｓ３９）。次いで、表示部１２は、Ｓ３９で採用したコーニックの組み合わせ（Ｋ_Ａ，Ｋ_Ｂ）を最適値として出力し（Ｓ４０）、処理を終了する。

［効果について］
以上のように、情報処理装置１０は、レンズブロック１の入出力２つのレンズ面１ａ、１ｂについて、レンズブロック１が媒質（液体）２ｂにある場合の、レンズブロック１に入力された光が平行光となる曲率（Ｒ_１）と第１のコーニック（Ｋ_１）とを求める。また、情報処理装置１０は、求めた曲率に基づき、レンズブロック１が媒質（空気）２ａにある場合の、レンズブロック１に入力された光がレンズ面１ａ、１ｂ間の中心で焦点を結ぶレンズ面間の距離（ＡＢ）と第２のコーニック（Ｋ_２）とを求める。また、情報処理装置１０は、求めた曲率および距離に基づいたレンズブロック１を発光素子３ａから受光部３ｂの間に置き、第１のコーニックと第２のコーニックとの間でレンズ面１ａ、１ｂのコーニックを変化させた場合の、媒質（空気）２ａ中および媒質（液体）２ｂ中における光の結合効率の組を求める。また、情報処理装置１０は、求めた曲率と、距離と、求めた結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となるレンズ面１ａ、１ｂの第３のコーニックとを出力する。

このレンズブロック１からの出力により、ユーザは、媒質（空気）２ａ、媒質（液体）２ｂの異なる媒質下において結合効率のよいレンズを容易に設計することができる。このようにレンズ設計が行われたレンズブロック１をサーバシステム等の光モジュールに適用することで、使用環境が空気／液浸のいずれの場合であっても、新たな機構を設けるなどのコストを生じさせることなく、効率よく光信号を伝送することができる。

また、情報処理装置１０は、２つのレンズ面１ａ、１ｂそれぞれのコーニックを第１のコーニック（Ｋ_１）と第２のコーニック（Ｋ_２）との間で変化させた場合の結合効率の組を求める。また、情報処理装置１０は、所定の条件を満たす結合効率となる２つのレンズ面１ａ、１ｂそれぞれのコーニック（Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｂ）を第３のコーニックとして出力する。これにより、ユーザは、情報処理装置１０より得られたコーニック（Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｂ）で２つのレンズ面１ａ、１ｂそれぞれのレンズ設計を行うことができる。

また、情報処理装置１０は、求めた結合効率の組み合わせの中で、最大の結合効率となる２つのレンズ面１ａ、１ｂのコーニック（Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｂの最適値）を第３のコーニックとして出力する。これにより、ユーザは、例えば使用環境が空気／液浸のいずれの場合であっても結合効率のよいレンズ設計を容易に行うことができる。

［その他］
図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

例えば、距離計算部１４１、１４２，シミュレータ呼出部１４３などは統合してもよい。また、制御部１４は、モデル作成部２１、光線追跡計算部２２および結合効率算出部２３の機能を有する構成であってもよい。すなわち、情報処理装置１０は、光学シミュレータ２０を兼ねる構成であってもよい。また、図示した各処理は、上記の順番に限定されるものでなく、処理内容を矛盾させない範囲において、同時に実施してもよく、順序を入れ替えて実施してもよい。

さらに、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（またはＭＰＵ、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部または任意の一部を実行するようにしてもよい。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（またはＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行されるプログラム上、またはワイヤードロジックによるハードウエア上で、その全部または任意の一部を実行するようにしてもよいことは言うまでもない。また、各種処理機能は、クラウドコンピューティングにより、複数のコンピュータが協働して実行してもよい。

［ハードウエア構成例について］
ところで、上記の各実施形態で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをコンピュータで実行することで実現できる。そこで、以下では、上記の各実施形態と同様の機能を有するレンズ設計プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図５は、レンズ設計プログラムを実行するコンピュータの一例を示すブロック図である。

図５に示すように、コンピュータ１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ１０１と、データ入力を受け付ける入力装置１０２と、モニタ１０３とを有する。また、コンピュータ１００は、記憶媒体からプログラム等を読み取る媒体読取装置１０４と、各種装置と接続するためのインタフェース装置１０５と、他の情報処理装置等と有線または無線により接続するための通信装置１０６とを有する。また、コンピュータ１００は、各種情報を一時記憶するＲＡＭ１０７と、ハードディスク装置１０８とを有する。また、各装置１０１〜１０８は、バス１０９に接続される。

ハードディスク装置１０８には、図１に示した距離計算部１４１、パラメータ制御部１４２、シミュレータ呼出部１４３、判断部１４５の各処理部と同様の機能を有するレンズ設計プログラム１０８Ａが記憶される。また、ハードディスク装置１０８には、距離計算部１４１、パラメータ制御部１４２、シミュレータ呼出部１４３、判断部１４５に関する各種データが記憶される。入力装置１０２は、例えば、コンピュータ１００の利用者から操作情報等の各種情報の入力を受け付ける。モニタ１０３は、例えば、コンピュータ１００の利用者に対して表示画面等の各種画面を表示する。インタフェース装置１０５は、例えば印刷装置等が接続される。通信装置１０６は、図示しないネットワークと接続され、他の情報処理装置と各種情報をやりとりする。

ＣＰＵ１０１は、ハードディスク装置１０８に記憶されたレンズ設計プログラム１０８Ａを読み出して、ＲＡＭ１０７に展開して実行することで、各種の処理を行う。また、このレンズ設計プログラム１０８Ａは、コンピュータ１００を制御部１４として機能させることができる。

なお、上記のレンズ設計プログラム１０８Ａは、ハードディスク装置１０８に記憶されていなくてもよい。例えば、コンピュータ１００が読み取り可能な記憶媒体に記憶されたレンズ設計プログラム１０８Ａを、コンピュータ１００が読み出して実行するようにしてもよい。コンピュータ１００が読み取り可能な記憶媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等が対応する。また、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ等に接続された装置にレンズ設計プログラム１０８Ａを記憶させておき、コンピュータ１００がこれらからレンズ設計プログラム１０８Ａを読み出して実行するようにしてもよい。

以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、
求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、
求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求め、
求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするレンズ設計プログラム。

（付記２）前記結合効率の組を求める処理は、前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で変化させた場合の前記結合効率の組を求め、
前記出力する処理は、前記所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記１に記載のレンズ設計プログラム。

（付記３）前記出力する処理は、求めた前記結合効率の組み合わせの中で、最大の結合効率となる前記２つのレンズ面のコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記１または２に記載のレンズ設計プログラム。

（付記４）前記第１の媒質は、前記光学部材の周囲を満たす冷媒であり、
前記第２の媒質は、空気である、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか一に記載のレンズ設計プログラム。

（付記５）光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、
求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、
求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求め、
求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とするレンズ設計方法。

（付記６）前記結合効率の組を求める処理は、前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で変化させた場合の前記結合効率の組を求め、
前記出力する処理は、前記所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記５に記載のレンズ設計方法。

（付記７）前記出力する処理は、求めた前記結合効率の組み合わせの中で、最大の結合効率となる前記２つのレンズ面のコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記５または６に記載のレンズ設計方法。

（付記８）前記第１の媒質は、前記光学部材の周囲を満たす冷媒であり、
前記第２の媒質は、空気である、
ことを特徴とする付記５乃至７のいずれか一に記載のレンズ設計方法。

（付記９）光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求める制御部と、
求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する出力部と、
を有することを特徴とする情報処理装置。

（付記１０）前記制御部は、前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で変化させた場合の前記結合効率の組を求め、
前記出力部は、前記所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記９に記載の情報処理装置。

（付記１１）前記出力部は、求めた前記結合効率の組み合わせの中で、最大の結合効率となる前記２つのレンズ面のコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
ことを特徴とする付記９または１０に記載の情報処理装置。

（付記１２）前記第１の媒質は、前記光学部材の周囲を満たす冷媒であり、
前記第２の媒質は、空気である、
ことを特徴とする付記９乃至１１のいずれか一に記載の情報処理装置。

１…レンズブロック
１ａ、１ｂ…レンズ面
１ｃ…中心
２ａ…媒質（空気）
２ｂ…媒質（液体）
３ａ…発光素子
３ｂ…受光部
１０…情報処理装置
１１…入力部
１２…表示部
１３…通信部
１４…制御部
２０…光学シミュレータ
２１…モデル作成部
２２…光線追跡計算部
２３…結合効率算出部
１００…コンピュータ
１０１…ＣＰＵ
１０２…入力装置
１０３…モニタ
１０４…媒体読取装置
１０５…インタフェース装置
１０６…通信装置
１０７…ＲＡＭ
１０８…ハードディスク装置
１０８Ａ…レンズ設計プログラム
１０９…バス
１４１…距離計算部
１４２…パラメータ制御部
１４３…シミュレータ呼出部
１４４…記憶部
１４５…判断部
Ｃ１、Ｃ２…ケース

Claims (6)

1. 光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、
   求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、
   求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求め、
   求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する、
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とするレンズ設計プログラム。
2. 前記結合効率の組を求める処理は、前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で変化させた場合の前記結合効率の組を求め、
   前記出力する処理は、前記所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面それぞれのコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ設計プログラム。
3. 前記出力する処理は、求めた前記結合効率の組み合わせの中で、最大の結合効率となる前記２つのレンズ面のコーニックを前記第３のコーニックとして出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ設計プログラム。
4. 前記第１の媒質は、前記光学部材の周囲を満たす冷媒であり、
   前記第２の媒質は、空気である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ設計プログラム。
5. 光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、
   求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、
   求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求め、
   求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する、
   処理をコンピュータが実行することを特徴とするレンズ設計方法。
6. 光学部材の入出力２つのレンズ面について、前記光学部材が第１の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が平行光となる曲率と第１のコーニックとを求め、求めた前記曲率に基づき、前記光学部材が第２の媒質中にある場合の、前記光学部材に入力された光が前記２つのレンズ面間の中心で焦点を結ぶ前記２つのレンズ面間の距離と第２のコーニックとを求め、求めた前記曲率および前記距離に基づいた前記光学部材を光の発光部から受光部の間に置き、前記第１のコーニックと前記第２のコーニックとの間で前記２つのレンズ面のコーニックを変化させた場合の、前記第１の媒質中および前記第２の媒質中における光の結合効率の組を求める制御部と、
   求めた前記曲率と、前記距離と、求めた前記結合効率の組み合わせの中で所定の条件を満たす結合効率となる前記２つのレンズ面の第３のコーニックとを出力する出力部と、
   を有することを特徴とする情報処理装置。