JP4488287B2 - ビーム集光用レンズ - Google Patents

Description

この発明は、半導体レーザから射出された２方向にビーム広がり角の異なる光を、効率良く集光させる場合に好適な、ビーム集光用レンズに関するものである。

半導体レーザから射出された光を集光させるビーム集光用レンズとしては、例えば、下記特許文献１および２に記載されたものが知られている。いずれの従来技術も、２個のシリンドリカルレンズを母線が互いに直交するように配置し、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向にビーム広がり角の異なる半導体レーザからの光を、ほぼ円形のビームに集光させることを目的として提案されている。

特開昭５７−１７６０１４号公報 特開２００１−１８８１５１号公報

しかしながら、２個のシリンドリカルレンズを母線が互いに直交するように配置した構成では、実際には、光源からの光を必ずしも効率よく集光するビーム集光用レンズとはなっていない。図１２は、このような構成のビーム集光用レンズで光を集光したときのスポットダイアグラムである。２個のシリンドリカルレンズによる構成では、シリンドリカル面がパワーを有する（レンズとしての屈折力を有する）断面に広がる光は集光するが、それとは異なる方向に広がる光はきちんと集光されないという欠点がある。図示のとおり、水平方向および垂直方向に対して45度の方向では集光が不十分で、集光中心から離れた位置にも光量が拡散している。

また、この集光が不十分な方向での集光を良好とするために、さらに多くのシリンドリカルレンズを用いて集光することは、設計も調整も複雑になり現実的でない。

本発明は、半導体レーザから射出された光などの、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向にビーム広がり角の異なる光を、簡易な構成で効率良く集光させるビーム集光用レンズを提供することを目的とするものである。

本発明に係るビーム集光用レンズは、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向についてビーム広がり角が互いに異なる、半導体レーザの出射光が、該半導体レーザのカバーガラスを除く他の光学部材を介さずに入射されるビーム集光用レンズにおいて、
該ビーム集光用レンズは、少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられた１枚のレンズで構成されており、この１枚のレンズにより、入射された前記半導体レーザの出射光を集光し、
前記ビーム集光用レンズのアナモフィックな非球面は、所定の方向において光軸近傍の曲率が０とされ、以下の条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことを特徴とするものである。

Ｌ_１＝｛ｎＣＬ（β_２−１）｝／｛（β_２−ｎ）（ｎβ_１−１）＋（ｎ−１）（ｎ−１）β_２｝ ・・・（１）
Ｌ_２＝｛ｎβ_２ＣＬ（１−β_１）｝／｛β_２（ｎ−１）（１−ｎ）＋（ｎβ_１−１）（ｎ−β_２）｝ ・・・（２）

ただし、
β_１、β_２・・・入射光のビーム広がり角が広い方向を長軸方向とし、この長軸方向と略直交し入射光のビーム広がり角が狭い方向を短軸方向としたとき、入射光の長軸方向断面と短軸方向断面とでの結像倍率の絶対値のうち、結像倍率の絶対値の大きい方の結像倍率をβ_１、他方の結像倍率をβ_２とする
ｎ・・・ビーム集光用レンズを構成する材料の使用波長に対する屈折率
ＣＬ・・・光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離
Ｌ_１・・・ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離
Ｌ_２・・・ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離

なお、上記「ＣＬ」、「Ｌ_１」、「Ｌ_２」は、光源からビーム集光用レンズ、または、ビーム集光用レンズから集光点までの間に、光源のカバーガラスなどの平行平面板が含まれている場合には、そのカバーガラスが無いと仮定したときの数値とする。すなわち、実際の幾何学的寸法から
（ｎ_ＣＧ−１）ｄ_ＣＧ／ｎ_Ｃ を引いた数値とする。ただし、ｎ_ＣＧはカバーガラスを構成する材料の使用波長に対する屈折率、ｄ_ＣＧはカバーガラスの厚みである。

また、前記ビーム集光用レンズはプラスチックで構成されていることが好ましい。

また、前記１枚構成のビーム集光用レンズにおいて、前記アナモフィックな非球面は下記式（３）により表されることが好ましい。

また、前記１枚構成のビーム集光用レンズは、入射された前記半導体レーザの出射光を集光させて光ファイバに対して出射させるものとして用いることが好ましい。
また、本発明に係る他のビーム集光用レンズは、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向についてビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を、集光させるビーム集光用レンズにおいて、
該ビーム集光用レンズは１枚のレンズで構成され、このレンズの少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられており、
前記ビーム集光用レンズのアナモフィックな非球面は、所定の方向において光軸近傍の曲率が０とされ、上記条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことを特徴とするものである。

本発明によるビーム集光用レンズによれば、少なくとも１面にアナモフィックな非球面を用いた１枚のレンズ構成により、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向にビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を、簡易な構成で効率良く集光させることができる。

以下、本発明の比較形態および実施形態に係るビーム集光用レンズについて図面を用いて説明する。
＜比較形態＞
まず、本発明の比較形態を、図１を用いて説明する。図１では説明のために、拡大して記載された部材がある。この比較形態に係るビーム集光用レンズ１は、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向（以下、この２方向を「縦横方向」と称することがある）についてビーム広がり角が互いに異なる、半導体レーザ２の出射光が入射されるもので、この光を集光させて光ファイバ３に対して出射させるものである。

本明細書で「ビーム広がり角」とは、楕円錐状にビームが広がっていく際における円錐頂角の全角を示すものである。上記楕円錐とは、底面が楕円であって、この楕円の長径と短径との交点とこの楕円錐の頂点とを結ぶ直線が底面に垂直となる形状を示すものである。現在、一般に半導体レーザからの出射光は断面楕円状の発散光とされ、ビーム広がり角は、半導体レーザの活性層に対して水平方向に10度程度で垂直方向に30度程度というように、1：2.5から1：3程度となっている。図１では、光軸方向をＺ軸、半導体レーザから射出される光のビーム広がり角の狭い方向（以下、「短軸方向」と称することがある）をＸ軸、半導体レーザから射出される光のビーム広がり角の広い方向（以下、「長軸方向」と称することがある）をＹ軸としている。

このビーム集光用レンズ１は正のパワーを有する２枚のレンズ１ａ、１ｂで構成され、この２枚のレンズの少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられている。アナモフィックな非球面は、下記式（３）により表される。

少なくとも１面にアナモフィックな非球面を用いることにより、縦横方向にビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を、簡易な構成で効率良く集光させることができる。縦横方向にビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を集光させる場合に、従来の、２個のシリンドリカルレンズを、入射光の縦横方向に略一致するように母線が互いに直交するように配置した構成では、２つの母線方向に対して45度の方向では集光が不十分で、集光中心から離れた位置にも光量が拡散していた。本発明によればアナモフィックな非球面という連続的な１つの曲面を用いることにより、縦横方向の光だけでなく、従来集光が不十分であった方向に広がる状態で入射された光も、集光中心に近づくように集光させることができる。

ビーム集光用レンズ１は、コア径100μｍ以下の光ファイバ３に入射させるものとして設計されているので、光ファイバ３の入射位置近傍で集光位置が点に近づくように、このビーム集光用レンズ１においてアナモフィックな非球面を設定することが望ましい。すなわち、光ファイバ３の入射位置近傍で光軸と直交する面において、ビームスポットが集光中心に対しより直径の小さい円形に近づくように、アナモフィックな非球面を設定することが望ましい。

また、比較形態に係るビーム集光用レンズ１は、２枚のレンズ１ａ、１ｂのうち少なくとも１枚をプラスチックで構成することにより、安価かつ容易に製造することができる。

また、２枚のレンズ１ａ、１ｂのうちいずれか１枚をプラスチックで構成する場合には、集光点側のレンズ１ｂを、プラスチックで構成することが好ましい。他方のレンズ１ａは、プラスチックより屈折率の大きい材料、例えばガラスで構成する。これは、角度の大きい光を大きく屈折させる側のレンズを屈折率の大きい材料で構成し、他方のレンズを屈折率の小さいプラスチックで構成することにより、収差の発生を抑えつつ安価なビーム集光用レンズとすることができるからである。現状の半導体レーザを用いると、ビーム集光用レンズへの入射光のＹＺ断面へのビーム広がり角が、ＸＺ断面へのビーム広がり角ならびにＸＺ断面およびＹＺ断面での集光角よりも大きくなる、という事情に基づいている。

したがって、例えば、半導体レーザ光源が現状のものより直円錐に近いビーム広がり角で出力できるようになった場合には、２つのレンズの入射光のビーム広がり角と出射光の集光角を比較し、その角度が最も大となる側のレンズを屈折率の大きい材料で構成し、他方のレンズをプラスチックで構成することが好ましい。

また、２つのレンズの入射光のビーム広がり角と出射光の集光角が現状より小さくなった場合には、２枚のレンズをともにプラスチックで構成して、安価でありながら収差の発生を抑えたビーム集光用レンズとすることも可能である。

ここで、比較形態に係るビーム集光用レンズの比較例について説明する。なお、以下の比較例（実施形態に係るビーム集光用レンズの実施例も含む）においても、光軸方向をＺ軸、半導体レーザから射出される光の短軸方向をＸ軸、半導体レーザから射出される光の長軸方向をＹ軸としている。また、以下の実施例に係る各ビーム集光用レンズも、光源としての半導体レーザから出射された光を集光させ、光ファイバに入射させるものであるが、各概略構成図には半導体レーザおよび光ファイバの記載を省略し、出力点４および集光点５として示している。また、６は半導体レーザのカバーガラスである。

図２は比較例１に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図である。このビーム集光用レンズ１１は正のパワーを有する２枚のレンズ１１ａ、１１ｂで構成され、レンズ１１ａの集光点側の面およびレンズ１１ｂの光源側の面にアナモフィックな非球面が用いられている。アナモフィックな非球面は上記式（３）により表される。

下記表１の上段に、この比較例に係るビーム集光用レンズ１１のレンズデータの具体的数値として、レンズ面等の各面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）（ただし、アナモフィックな非球面については表１の下段を参照のこと）、各レンズ等の中心厚および各レンズ等の間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、ならびにλ＝815ｎｍの光に対する屈折率Ｎを示す。なお、曲率半径、面間隔および屈折率に対応させた面番号の数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表１の下段に、各アナモフィックな非球面の非球面係数を示す。

下記表２に、この比較例に係るビーム集光用レンズ１１について、λ＝815ｎｍの光に対する、光源側レンズ１１ａの光源側の面（第３面）から光源までの距離、集光点側レンズ１１ｂの集光点側の面（第６面）から集光点までの距離、光源から集光点までの距離、ＸＺ断面焦点距離、ＹＺ断面焦点距離、ＸＺ断面結像倍率、およびＹＺ断面結像倍率の各値を示す。

図３は比較例２に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図である。このビーム集光用レンズ２１は正のパワーを有する２枚のレンズ２１ａ、２１ｂで構成され、レンズ２１ａの集光点側の面およびレンズ２１ｂの光源側の面にアナモフィックな非球面が用いられている。アナモフィックな非球面は上記式（３）により表される。また、レンズ２１ａはガラス材料で構成され、レンズ２１ｂはプラスチック材料で構成されている。

下記表３の上段に、この比較例に係るビーム集光用レンズ２１のレンズデータとして、上述した比較例１の表１と同様の項目について具体的数値を示す。また、表３の下段に、各アナモフィックな非球面の非球面係数を示す。

下記表４に、この比較例に係るビーム集光用レンズ２１について、上述した比較例１の表２と同様の項目の各値を示す。

＜実施形態＞
次に、本発明の実施形態について説明する。この実施形態に係るビーム集光用レンズの比較形態のものとの相違点は、１枚のレンズで構成され、このレンズの少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられている点である。その構成図は比較形態の説明に用いた図１において、２枚構成のビーム集光用レンズ１を１枚構成のものに変更したものと大略同様であるので省略する。アナモフィックな非球面は上記式（３）により表される。実施形態に係るビーム集光用レンズも、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向についてビーム広がり角が互いに異なる、半導体レーザの出射光を集光させ、光ファイバに入射させるものとして好適である。

実施形態に係るビーム集光用レンズも、少なくとも１面にアナモフィックな非球面を用いることにより、光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向の光だけでなく、従来集光が不十分であった方向に広がる状態で入射された光も、集光中心に近づくように集光させることができ、縦横方向にビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を、簡易な構成で効率良く集光させることができる。

アナモフィックな非球面の設定は、所定位置（光ファイバの入射位置近傍）で集光位置が点に近づくように、また、所定位置で光軸と直交する面において、ビームスポットが集光中心に対しより直径の小さい円形に近づくように行うことが望ましい。

実施形態に係るビーム集光用レンズは、１枚構成であるので、比較形態のものよりもアライメント調整に有利となり、レンズ製造コストも安価となるという利点がある。しかし、２枚構成であれば２枚のレンズの位置を調整することにより、縦横方向にビーム広がり角の異なる光を所定位置に点状に集光するために縦横方向で異なる倍率を設定することが比較的容易であるが、１枚構成ではレンズ設計のパラメータが少なくなるので結像関係の調整が複雑になりやすい。

そこで、１枚構成のビーム集光用レンズにおいて、このような結像関係の調整を容易にするために、ビーム集光用レンズのアナモフィックな非球面は、所定の方向において光軸近傍の曲率を０とし、以下の条件式（１）および（２）を満足するように構成されることが好ましい。

Ｌ_１＝｛ｎＣＬ（β_２−１）｝／｛（β_２−ｎ）（ｎβ_１−１）＋（ｎ−１）（ｎ−１）β_２｝ ・・・（１）
Ｌ_２＝｛ｎβ_２ＣＬ（１−β_１）｝／｛β_２（ｎ−１）（１−ｎ）＋（ｎβ_１−１）（ｎ−β_２）｝ ・・・（２）

ただし、
β_１、β_２・・・入射光のビーム広がり角が広い方向を長軸方向とし、この長軸方向と略直交し入射光のビーム広がり角が狭い方向を短軸方向としたとき、入射光の長軸方向断面と短軸方向断面とでの結像倍率の絶対値のうち、結像倍率の絶対値の大きい方の結像倍率をβ_１、他方の結像倍率をβ_２とする
ｎ・・・ビーム集光用レンズを構成する材料の使用波長に対する屈折率
ＣＬ・・・光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離
Ｌ_１・・・ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離
Ｌ_２・・・ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離

条件式（１）および（２）は近軸結像式を基本として求めた式である。アナモフィックな非球面の所定の方向における光軸近傍の曲率を０とすることで、条件式（１）および（２）のように単純な形に近軸結像式を表すことができる。そしてそれにより、１枚構成のビーム集光用レンズであっても、縦横方向にビーム広がり角の異なる光を効率良く集光させるような、出力点とレンズ、およびレンズと集光点の位置を容易に設定することができる。

なお、上記「ＣＬ」、「Ｌ_１」、「Ｌ_２」は、光源からビーム集光用レンズ、または、ビーム集光用レンズから集光点までの間に、光源のカバーガラスなどの平行平面板が含まれている場合には、そのカバーガラスが無いと仮定したときの数値とする。すなわち、実際の幾何学的寸法から
（ｎ_ＣＧ−１）ｄ_ＣＧ／ｎ_Ｃ を引いた数値とする。ただし、ｎ_ＣＧはカバーガラスを構成する材料の使用波長に対する屈折率、ｄ_ＣＧはカバーガラスの厚みである。

また、実施形態に係るビーム集光用レンズも比較形態に係るものと同様に、プラスチックで構成することにより安価かつ容易に製造することができる。

ここで、実施形態に係るビーム集光用レンズの実施例について説明する。図４は実施例３に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図である。このビーム集光用レンズ３１は１枚のレンズ３１ａで構成され、レンズ３１ａの集光点側の面は上記式（３）により表されるアナモフィックな非球面が用いられている。また、レンズ３１ａの光源側の面は下記式（４）により表されるＹ軸方向にシリンドリカルな非球面が用いられている。「Ｙ軸方向にシリンドリカルな非球面」とは、ＸＺ断面が見かけ上平面になる非球面をいう。

下記表５の上段に、この実施例に係るビーム集光用レンズ３１のレンズデータの具体的数値として、レンズ面等の各面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）（ただし、Ｙ軸方向にシリンドリカルな非球面およびアナモフィックな非球面については表５の下段を参照のこと）、各レンズ等の中心厚および各レンズ等の間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、ならびにλ＝815ｎｍの光に対する屈折率Ｎを示す。なお、曲率半径、面間隔および屈折率に対応させた面番号の数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表５の下段に各非球面の非球面係数を示す。

下記表６に、この実施例に係るビーム集光用レンズ３１について、λ＝815ｎｍの光に対する、光源側の面（第３面）から光源までの距離、集光点側の面（第４面）から集光点までの距離、光源から集光点までの距離、ＸＺ断面焦点距離、ＹＺ断面焦点距離、ＸＺ断面結像倍率、およびＹＺ断面結像倍率の各値を示す。

図５は実施例４に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図である。このビーム集光用レンズ４１は１枚のレンズ４１ａで構成され、レンズ４１ａの集光点側の面は上記式（３）により表されるアナモフィックな非球面が用いられている。また、レンズ４１ａの光源側の面は上記式（４）により表されるＹ軸方向にシリンドリカルな非球面が用いられている。また、レンズ４１ａはプラスチック材料で構成されている。

下記表７の上段に、この実施例に係るビーム集光用レンズ４１のレンズデータとして、上述した実施例３の表５と同様の項目について具体的数値を示す。また、表７の下段に、各非球面の非球面係数を示す。

下記表８に、この実施例に係るビーム集光用レンズ４１について、上述した実施例３の表６と同様の項目の各値を示す。

また、このビーム集光用レンズ４１は、集光点側のアナモフィックな非球面のＹＺ断面光軸近傍の曲率が０とされるとともに、条件式（１）および（２）を満足している。図５には、条件式（１）および（２）に用いられている、光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離ＣＬ、ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離Ｌ_１、ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離Ｌ_２、および、カバーガラスが無いと仮定したときの数値を計算するためのカバーガラスの厚みｄ_ＣＧを示している。

すなわち、このビーム集光用レンズ４１は、β_１＝-2.34108、β_２＝-0.86731、ｎ＝1.57039、ＣＬ＝15.316であるので、条件式（１）および（２）の右辺にこれらの数値を代入して計算すると、Ｌ_１＝-4.040、Ｌ_２＝6.269となる。この位置に半導体レーザ光源位置および集光点位置を設定しているので、このビーム集光用レンズ４１は、縦横方向にビーム広がり角の異なる光を効率良く所定位置に集光させ得るものとなっている。

図６は実施例５に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図である。このビーム集光用レンズ５１は１枚のレンズ５１ａで構成され、レンズ５１ａの集光点側の面は上記式（３）により表されるアナモフィックな非球面が用いられている。また、レンズ５１ａの光源側の面は上記式（４）により表されるＹ軸方向にシリンドリカルな非球面が用いられている。

下記表９の上段に、この実施例に係るビーム集光用レンズ５１のレンズデータとして、上述した実施例３の表５と同様の項目について具体的数値を示す。また、表９の下段に、各非球面の非球面係数を示す。

下記表１０に、この実施例に係るビーム集光用レンズ５１について、上述した実施例３の表６と同様の項目の各値を示す。

また、このビーム集光用レンズ５１は、集光点側のアナモフィックな非球面のＹＺ断面光軸近傍の曲率が０とされるとともに、条件式（１）および（２）を満足している。図６には省略されているが、光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離ＣＬ、ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離Ｌ_１、ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離Ｌ_２、および、カバーガラスが無いと仮定したときの数値を計算するためのカバーガラスの厚みｄ_ＣＧは、図５と略同様に示すことができる。

すなわち、このビーム集光用レンズ５１は、β_１＝-2.34108、β_２＝-0.86728、ｎ＝1.87190、ＣＬ＝15.316であるので、条件式（１）および（２）の右辺にこれらの数値を代入して計算すると、Ｌ_１＝-3.801、Ｌ_２＝5.899となる。この位置に半導体レーザ光源位置および集光点位置を設定しているので、このビーム集光用レンズ５１は、縦横方向にビーム広がり角の異なる光を効率良く所定位置に集光させ得るものとなっている。

図７〜図１１は、本発明の比較例１，２、実施例３〜５に係るビーム集光用レンズ１１、２１、３１、４１、５１の、集光位置（集光点を含み光軸に直交する断面）におけるスポットダイアグラムである。各スポットダイアグラムにおいて、半導体レーザ光源およびスポットダイアグラムのスケールは、前述した従来例のものと同一に設定している。図示されるとおり、本発明の比較例１，２、実施例３〜５に係るビーム集光用レンズ１１、２１、３１、４１、５１によれば、縦横方向の光だけでなく、従来集光が不十分であった方向に広がる状態で入射された光も、集光中心に近づくように集光され、簡易な構成で効率の良い集光が達成されていることが明らかである。

本発明に係るビーム集光用レンズとしては、上述したものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。

例えば、上述したビーム集光用レンズは、半導体レーザから出射された光を集光させ、コア径100μｍ以下の光ファイバに入射させるものとして説明したが、本発明に係るビーム集光用レンズの用途としてはこれに限られるものではない。光ファイバのコア径はモードに応じてより大径にもより小径にも変更可能であるし、長軸方向と短軸方向についてビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を集光させるビーム集光用レンズとして、他の用途に用いることも可能である。また上記説明と逆に、略円形状の断面となる放射光を入射させて長軸方向と短軸方向について集光角が互いに異なる状態で出射させて集光させるビーム集光用レンズとすることもできる。アナモフィックな非球面は、その用途に応じて設定されることが望ましい。

また、本発明に係るビーム集光用レンズとしては、所定のアナモフィックな非球面以外の面に、シリンドリカルな非球面を用いることができる。シリンドリカルな非球面を用いることにより、縦横方向にビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を所定の集光点に集光させるための、レンズ設計の自由度が増す。シリンドリカルな非球面としては、上記実施例に用いられたＹ軸方向にシリンドリカルな非球面に限られず、例えば、下記式（５）により表されるＸ軸方向にシリンドリカルな非球面（ＹＺ断面が見かけ上平面になる非球面）を用いてもよい。

本発明の比較形態に係るビーム集光用レンズの構成を表す図 比較例１に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図 比較例２に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図 実施例３に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図 実施例４に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図 実施例５に係るビーム集光用レンズの概略構成を示す断面図 比較例１に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム 比較例２に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム 実施例３に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム 実施例４に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム 実施例５に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム 従来例に係るビーム集光用レンズの集光作用を示すスポットダイアグラム

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１、５１ ビーム集光用レンズ
２ 半導体レーザ
３ 光ファイバ
４ 出力点、光源
５ 集光点
６ カバーガラス

Claims (5)

1. 光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向についてビーム広がり角が互いに異なる、半導体レーザの出射光が、該半導体レーザのカバーガラスを除く他の光学部材を介さずに入射されるビーム集光用レンズにおいて、
   該ビーム集光用レンズは、少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられた１枚のレンズで構成されており、この１枚のレンズにより、入射された前記半導体レーザの出射光を集光し、
   前記ビーム集光用レンズのアナモフィックな非球面は、所定の方向において光軸近傍の曲率が０とされ、以下の条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことを特徴とするビーム集光用レンズ。
   Ｌ _１ ＝｛ｎＣＬ（β _２ −１）｝／｛（β _２ −ｎ）（ｎβ _１ −１）＋（ｎ−１）（ｎ−１）β _２ ｝ ・・・（１）
   Ｌ _２ ＝｛ｎβ _２ ＣＬ（１−β _１ ）｝／｛β _２ （ｎ−１）（１−ｎ）＋（ｎβ _１ −１）（ｎ−β _２ ）｝ ・・・（２）
   ただし、
   β _１ 、β _２ ・・・入射光のビーム広がり角が広い方向を長軸方向とし、この長軸方向と略直交し入射光のビーム広がり角が狭い方向を短軸方向としたとき、入射光の長軸方向断面と短軸方向断面とでの結像倍率の絶対値のうち、結像倍率の絶対値の大きい方の結像倍率をβ _１ 、他方の結像倍率をβ _２ とする
   ｎ・・・ビーム集光用レンズを構成する材料の使用波長に対する屈折率
   ＣＬ・・・光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離
   Ｌ _１ ・・・ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離
   Ｌ _２ ・・・ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離
2. プラスチックで構成されていることを特徴とする請求項１記載のビーム集光用レンズ。
3. 前記アナモフィックな非球面が、下記式（３）により表されることを特徴とする請求項１または２記載のビーム集光用レンズ。
   

   
4. 入射された前記半導体レーザの出射光を集光させて光ファイバに対して出射させることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載のビーム集光用レンズ。
5. 光軸と直交する面内で互いに略直交する２方向についてビーム広がり角が互いに異なる状態で入射された光を、集光させるビーム集光用レンズにおいて、
   該ビーム集光用レンズは１枚のレンズで構成され、このレンズの少なくとも１面にアナモフィックな非球面が用いられており、
   前記ビーム集光用レンズのアナモフィックな非球面は、所定の方向において光軸近傍の曲率が０とされ、以下の条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことを特徴とするビーム集光用レンズ。
   Ｌ_１＝｛ｎＣＬ（β_２−１）｝／｛（β_２−ｎ）（ｎβ_１−１）＋（ｎ−１）（ｎ−１）β_２｝ ・・・（１）
   Ｌ_２＝｛ｎβ_２ＣＬ（１−β_１）｝／｛β_２（ｎ−１）（１−ｎ）＋（ｎβ_１−１）（ｎ−β_２）｝ ・・・（２）
   ただし、
   β_１、β_２・・・入射光のビーム広がり角が広い方向を長軸方向とし、この長軸方向と略直交し入射光のビーム広がり角が狭い方向を短軸方向としたとき、入射光の長軸方向断面と短軸方向断面とでの結像倍率の絶対値のうち、結像倍率の絶対値の大きい方の結像倍率をβ_１、他方の結像倍率をβ_２とする
   ｎ・・・ビーム集光用レンズを構成する材料の使用波長に対する屈折率
   ＣＬ・・・光源からビーム集光用レンズによる集光点までの距離
   Ｌ_１・・・ビーム集光用レンズの光源側レンズ面頂点から光源までの距離
   Ｌ_２・・・ビーム集光用レンズの集光点側レンズ面頂点から集光点までの距離

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