JP3333583B2 - 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ - Google Patents

集光用レンズおよび集光用レンズアレイ

Info

Publication number
JP3333583B2
JP3333583B2 JP11310593A JP11310593A JP3333583B2 JP 3333583 B2 JP3333583 B2 JP 3333583B2 JP 11310593 A JP11310593 A JP 11310593A JP 11310593 A JP11310593 A JP 11310593A JP 3333583 B2 JP3333583 B2 JP 3333583B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
light
optical waveguide
light source
array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP11310593A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06324202A (ja
Inventor
義次 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Optical Industries Co Ltd filed Critical Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority to JP11310593A priority Critical patent/JP3333583B2/ja
Publication of JPH06324202A publication Critical patent/JPH06324202A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3333583B2 publication Critical patent/JP3333583B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は集光用レンズおよび集
光用レンズアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータのネットワークや電話・F
AX等の通信分野では、極めて多量の情報量を伝送可能
な「光通信」が主流となりつつある。
【0003】光通信において、光信号を伝送する光導波
路はコアとグラッドの二重構造で構成され、光信号はコ
アとクラッドの界面で全反射を繰り返しつつ伝送され
る。光導波路に「入射端面」から入射した光線が上記
「界面」で全反射しつつ伝送されるためには、上記入射
端面における光線の入射角θ0が、コアの屈折率:n1
クラッドの屈折率:n2に対し、条件 sinθ0<√(n1 2ーn2 2) を満足しなければならない。勿論「n1>n2」である。
上記入射角:θ0を、以下では「臨界入射角」と呼ぶ。
【0004】従って、「信号を乗せた光線」が光導波路
の光軸に対して限界入射角:θ0以上で入射すれば、こ
の光線は上記界面において全反射されず、一部がグラッ
ド側に逃げてしまい、光は有効に伝送されないことにな
る。即ち、信号を乗せた光線が有効に光導波路中を伝送
されるためには、光導波路の入射端面に入射させる光は
光軸に対する角度が臨界入射角:θ0以下でなければな
らない。
【0005】光導波路として一般的な「シングルモード
ファイバー」においては、臨界入射角:θ0は5°前後
である。一方、光通信に用いられる「信号発生装置」と
しては、制御が容易で安価な半導体レーザーやLEDが
一般に用いられる。周知の如く、半導体レーザーやLE
Dから放射される光は発散光であり、発光面付近を中心
に広がっている。
【0006】特に半導体レーザーからの放射発散光の光
強度は、「発散角」が大きくなるにつれて減少する「正
規分布」型の分布となっている。このような特性は半値
半角(最大光量を持つ方向と、最大光量の半分の光量を
持つ方向のなす角度)として表現され、一般に10°〜
20°程度である。
【0007】通信に於いては「ノイズの少ない強い信号
が伝送される」ことが何よりも重要であり、光通信の場
合には、光源からの光を効率良く光導波路に取り込む必
要がある。従って、前述したような特性を持つ半導体レ
ーザーやLEDから発せられる発散光を広い発散角にわ
たって取り込み、かつ、取り込んだ光を「光導波路によ
り伝送可能なくらいの緩い角度」で集束させる光学系が
必要になる。
【0008】また、このような分野に用いられる各種デ
バイスは非常に小型であるため、ミクロンオーダーの位
置調整が必要であり、位置調整が簡便に行えることも光
学系に必要な特性である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、わずか2枚の構成で
ありながら、半導体レーザー等の光源から発せられる発
散性の光を効率良く光導波路に入射させることができ、
しかも、位置調整の簡便な集光用レンズの提供を目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の「集光用レン
ズ」は、図1に示すように「光源1からの発散性の光を
光導波路3の入射端面に集光させるレンズ系2」であっ
て、光源1側から光導波路3側ヘ向かって、第1レンズ
2A,第2レンズ2Bを配してなり、第1レンズ2Aに
より光源1からの発散性の光を実質的な平行光束とし、
第1レンズ2Aの焦点距離をf1、第2レンズ2Bの焦
点距離をf2、第1レンズ2Aの光導波路3側レンズ面
の曲率半径をr2、第1レンズ2Aの光軸上肉厚をd1
するとき、これらが条件 (1) 2.3<f2/f1<3.3 (2) 0.4<|r2|/f1<1.2 (3) 1.4<d1/|r2|<2.4 を満足することを特徴とする。
【0011】「光源」としては、半導体レーザーやLE
D等を用いることができ、「光導波路」としては、上記
シングルモードファイバーを初めとする種々のものを用
いることができる。
【0012】この発明の「集光用レンズアレイ」は、上
記請求項1記載の集光用レンズを複数個、アレイ配列し
て構成される(請求項2)。アレイ配列される各集光用
レンズは互いに別個独立していてもよいが、図2に示す
ように、複数の第1レンズを第1レンズ群20Aとして
一体的に形成し、複数の第2レンズを第2レンズ群20
Bとして一体的に形成し、これら第1レンズ群20Aと
第2レンズ群20Bとを対向させて配備することにより
構成してもよい。
【0013】図2において、符号10は半導体レーザー
アレイやLEDアレイ等の光源アレイを示し、符号30
は光ファイバーアレイ等の光導波路アレイを示す。これ
ら光源アレイや光導波路アレイにおける各光源、光導波
路の配列ピッチは互いに等しく、これらの配列ピッチは
また集光用レンズの配列ピッチに等しい。
【0014】集光用レンズの配列は図2の例のように1
次元的でも良いし、光源や光導波路の配列に応じて2次
元的としてもよい。また請求項1記載の集光用レンズの
第1レンズおよび第2レンズ、あるいは請求項3記載の
集光用レンズアレイにおける第1レンズ群や第2レンズ
群は、所謂マイクロレンズあるいはマイクロレンズアレ
イとして形成することが出来る。
【0015】
【作用】図1に示すように、光源1から放射された発散
性の光は第1レンズ2Aにより略平行光にされた後、第
2レンズ2Bにより集束光にされ、光導波路3の入射端
面に入射する。
【0016】条件(1)は、光源からの発散光を広く第
1レンズ2Aに取り込みながら、第2レンズ2Bによ
り、光導波路3において伝送可能な角度で光を集束させ
るための条件である。この発明の集光用レンズは、光源
側に配される第1レンズ2Aと光導波路側に配される第
2レンズ2Bとの位置調整を簡便にする(第1,第2レ
ンズ2A,2B間の光軸方向の位置調整を不要にする)
ため、両レンズ2A,2B間において、光を光軸に対し
略平行な光としている。
【0017】従って、球面収差が小さい状態では第1レ
ンズ2Aが光源1から取り込める光線の最大角をθ1
光導波路3によって伝送され得る光線が光軸に対してな
す角の内の最大のものをθ2とすると、これらの角:
θ1,θ2と、第1レンズ2Aの焦点距離:f1、第2レ
ンズ2Bの焦点距離:f2との間には、関係: sinθ1/sinθ2=f2/f1 が成立する。
【0018】条件(1)の下限を越えると、光源1から
第1レンズ2Aに取り込める光束の発散角範囲が小さく
なるか、第2レンズ2Bを射出した光束の収束角が光導
波路3によって伝送可能な角度を越えてしまうかのいず
れかとなり、光源1と光導波路3の結合効率が低くな
る。
【0019】また、条件(1)の上限を越えると、第1
レンズ2Aが取り込める光束の発散角範囲は大きくなる
が、第1レンズ2Aのレンズ径が大きくなり、大きな球
面収差を発生してしまう。また、光源1が半導体レーザ
ーの場合は、前述のように発散角に対する光強度が正規
分布をなしているため、発散角が大きくなるほど光強度
は小さくなる。そのため必要以上の発散角をカバーする
ような大径レンズにする効果は小さい。
【0020】観点を変えると、条件(1)の上限を超え
ることは、第2レンズ2Bから出射して光導波路3に到
る光の収束角が必要以上に小さくなることを意味し、光
導波路3側でのFナンバーを大きくしてしまう。光の波
動としての面を考慮すると、Fナンバー大なることによ
り、光導波路3の入射端面上で一定のエネルギーを包括
する光の径はFナンバー小なる場合よりも大きくなって
しまい、光導波路3としてシングルモードファイバーが
用いられる場合などは、コアの径が大きくても10μm
程度しかないため、大量の光がファイバーの端面で失わ
れてしまうことになる。
【0021】条件(2)は、第1レンズ2Aを射出した
光が、光軸に対し略平行光となる状態を保ったまま球面
収差を最小限に抑えるための条件である。第1レンズ2
Aでは、球面収差の発生量を最小限に抑えるため、第1
面(光源1側のレンズ面)での光線の屈折角と第2面
(光導波路3側のレンズ面)での屈折角が均等になるよ
うにする必要があり、条件(2)の上限を越えると、第
1レンズ2Aの屈折力が第1面に集中し、球面収差の発
生が大となる。条件(2)の下限を越えると逆に、第1
レンズ2Aの屈折力が第2面に集中し、やはり球面収差
の発生が大となってしまう。
【0022】条件(3)も、第1レンズ2Aを射出した
光が、光軸に対し略平行光となる状態を保ったまま球面
収差を最小限に抑えるための条件である。条件(3)の
上限を越えると、第2面での光線高さが高くなり過ぎて
レンズ周辺部を通る光線が屈折過剰となり、下限を越え
ると第2面での光線高さが低くなり過ぎてレンズ周辺部
を通る光線が屈折不足となる。ともに結果として、第1
レンズ2Aを射出した光線が略平行光となりにくくな
る。
【0023】
【実施例】以下に、この発明の「集光用レンズ」に関す
る実施例を6例挙げる。図1に示すように、記号:ri
(i=1〜5),di(i=0〜4)を定める。
【0024】「ri」に関し、i=1〜4は光源側から
数えて第i番目のレンズ面の曲率半径を表す。また「d
i」に関し、i=1〜3は光源側から数えて第i番目と
第i+1番目のレンズ面間の光軸上面間隔、i=0は光
源から第1番目の屈折面までの光軸上の距離を表す。ま
た、d4は、集光用レンズの最終面と光導波路入射端面
との光軸上の距離を表す。また、第jレンズ(J=1,
2)の、波長1300nmの光に対する屈折率をnj
表す。長さの単位はmmである。
【0025】実施例1 i rii j nj 0 0.1 1 0.8 0.5 1 1.7676 2 ー0.31 6.0 3 0.7 0.5 2 1.7676 4 ∞ 0.670 条件式のパラメータの値 f2/f1=2.52,|r2|/f1=0.86,d1
|r2|=1.61 。
【0026】実施例2 i rii j nj 0 0.1 1 0.2 0.5 1 1.48 2 ー0.24 6.0 3 0.45 0.5 2 1.48 4 ∞ 0.669 条件式のパラメータの値 f2/f1=2.60,|r2|/f1=0.67,d1
|r2|=2.08 。
【0027】実施例3 i rii j nj 0 0.1 1 0.18 0.5 1 1.44698 2 ー0.23 6.0 3 0.45 0.5 2 1.44698 4 ∞ 0.747 条件式のパラメータの値 f2/f1=2.78,|r2|/f1=0.63,d1
|r2|=2.17 。
【0028】実施例4 i rii j nj 0 0.1 1 0.55 0.5 1 1.7676 2 ー0.32 6.0 3 0.85 0.5 2 1.7676 4 ∞ 0.910 条件式のパラメータの値 f2/f1=3.15,|r2|/f1=0.91,d1
|r2|=1.56 。
【0029】実施例5 i rii j nj 0 0.1 1 0.23 0.5 1 1.48 2 ー0.24 6.0 3 0.55 0.5 2 1.48 4 ∞ 0.924 条件式のパラメータの値 f2/f1=3.07,|r2|/f1=0.64,d1
|r2|=2.08 。
【0030】実施例6 i rii j nj 0 0.1 1 0.2 0.5 1 1.44698 2 ー0.23 6.0 3 0.5 0.5 2 1.44698 4 ∞ 0.887 条件式のパラメータの値 f2/f1=3.00,|r2|/f1=0.62,d1
|r2|=2.17 図3〜図8に順次、上記実施例1〜6のレンズ構成を示
す。
【0031】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
集光用レンズおよび集光用レンズアレイを提供できる。
この発明の集光用レンズは上記の如き構成となっている
から、光源、特に半導体レーザーからの光をシングルモ
ードファイバー等の光導波路に結合効率良く入射させる
ことができる。また第1,第2レンズ間において光束が
実質的な平行光束であるので、第1,第2レンズ間の間
隔の調整がラフで良く、細かい位置調整が容易である。
【0032】請求項2,3記載の集光用レンズアレイ
は、1次元若しくは2次元的にアレイ配列された光源と
光導波路とを効率良く結合でき、請求項3記載の集光用
レンズアレイは、複数の第1レンズ、第2レンズがそれ
ぞれ第1,第2レンズ群として一体化されているので取
扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の集光用レンズを説明するための図で
ある。
【図2】この発明の集光用レンズアレイを説明するため
の図である。
【図3】実施例1の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【図4】実施例2の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【図5】実施例3の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【図6】実施例4の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【図7】実施例5の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【図8】実施例6の集光用レンズのレンズ構成を示す図
である。
【符号の説明】
1 光源 2 集光用レンズ 3 光導波路 2A 第1レンズ 2B 第2レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 3/00 - 3/14 G02B 6/26 G02B 6/30 - 6/34 G02B 6/42 G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04 G02B 27/00 G02B 27/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源からの発散性の光を光導波路の入射端
    面に集光させるレンズ系であって、 光源側から光導波路側ヘ向かって、第1および第2レン
    ズを配してなり、第1レンズにより光源からの発散性の
    光を実質的な平行光束とし、第1レンズの焦点距離をf
    1、第2レンズの焦点距離をf2、第1レンズの光導波路
    側レンズ面の曲率半径をr2、第1レンズの光軸上肉厚
    をd1とするとき、これらが条件 (1) 2.3<f2/f1<3.3 (2) 0.4<|r2|/f1<1.2 (3) 1.4<d1/|r2|<2.4 を満足することを特徴とする集光用レンズ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の集光用レンズを複数個、ア
    レイ配列して成る集光用レンズアレイ。
  3. 【請求項3】請求項2記載の集光用レンズアレイにおい
    て、 複数個の第1レンズが第1レンズ群として一体的に形成
    され、複数個の第2レンズが第2レンズ群として一体的
    に形成され、これら第1レンズ群と第2レンズ群とが対
    向して配備されていることを特徴とする集光用レンズア
    レイ。
JP11310593A 1993-05-14 1993-05-14 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ Expired - Fee Related JP3333583B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11310593A JP3333583B2 (ja) 1993-05-14 1993-05-14 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11310593A JP3333583B2 (ja) 1993-05-14 1993-05-14 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06324202A JPH06324202A (ja) 1994-11-25
JP3333583B2 true JP3333583B2 (ja) 2002-10-15

Family

ID=14603619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11310593A Expired - Fee Related JP3333583B2 (ja) 1993-05-14 1993-05-14 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3333583B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6912090B2 (en) * 2003-03-18 2005-06-28 Lucent Technologies Inc. Adjustable compound microlens apparatus with MEMS controller
JP2009198736A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Fujinon Corp 照明装置および内視鏡装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06324202A (ja) 1994-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4919506A (en) Single mode optical fiber coupler
US4807954A (en) Optical coupling device
US4253727A (en) Optical coupler for optical fibres
US4944567A (en) Fiber optic laser beam delivery system
US4422733A (en) Cladded spherical lens having uneven refractive index
US4054364A (en) Apparatus for transmitting light through Cassegrain optics
EP1454173B1 (en) Focusing fiber optic
JPH0466323B2 (ja)
US5301249A (en) Catoptric coupling to an optical fiber
US6832859B1 (en) Free space optical system with multiple function detectors
JPH11316318A (ja) 光学結合装置
US5477372A (en) Optical scanner
JP3333583B2 (ja) 集光用レンズおよび集光用レンズアレイ
JP2009122146A (ja) ビーム変換器及び受光デバイス
JPH08234097A (ja) 光学レンズ系
US5148190A (en) Scanning optical system with plural focusing units
JP3441013B2 (ja) 光結合レンズ
JPS6281614A (ja) 光結合器
JPS6338909A (ja) レンズ付光フアイバ
KR20030062968A (ko) 회전 비축대칭 비구면 렌즈
JP4416129B2 (ja) 先端に高屈折率層を形成したレンズ付き光ファイバおよびそのレンズ付き光ファイバを用いた光結合モジュール
JPH116955A (ja) 光学系
JP2651797B2 (ja) 光ファイバ光結合装置
JPS62191803A (ja) 非対称球面加工集束性ロツドレンズ
JPH0151803B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110726

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees