JPH07294778A - Optical coupling lens - Google Patents

Optical coupling lens

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JPH07294778A
JPH07294778A JP8978094A JP8978094A JPH07294778A JP H07294778 A JPH07294778 A JP H07294778A JP 8978094 A JP8978094 A JP 8978094A JP 8978094 A JP8978094 A JP 8978094A JP H07294778 A JPH07294778 A JP H07294778A
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optical
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optical axis
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Yoshitsugu Kono
義次 河野
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Abstract

PURPOSE:To realize an optical coupling lens having a high optical coupling rate. CONSTITUTION:This lens is used for optically coupling the luminous flux from a semiconductor laser or light emitting diode which is a light source 10 to the incident end face of an optical fiber 20 and is composed of a single lens. The lens face on the optical fiber side is an aspherical face symmetrical with the optical axis. The max. height of the ray passing this aspherical face, defined as hmax, the aspherical face value at the max. height hmax, defined as Z(hmax), and the radius of curvature on the optical axis of the aspherical face, defined as r, satisfy conditions: (1-1)0.8{r-sq. rt. (r<2>-hmax<2>)}>Z(hmax)>{r-sq. rt. (r<2>hmax<2>)}.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は光結合レンズ、より詳
細には半導体レーザーもしくは発光ダイオードから放射
される光束を光ファイバの入射端面に光結合させるため
のレンズに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling lens, and more particularly to a lens for optically coupling a light beam emitted from a semiconductor laser or a light emitting diode to an incident end face of an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュータネットワークを初めとする
通信分野で、伝送可能な情報料の多さから、光通信が主
流となりつつある。光通信の信号源としては、制御の容
易性や安価であること等の理由から、一般に半導体レー
ザーや発光ダイオード(以下、それぞれ、LDおよびL
EDと略記する)が用いられている。また、信号を乗せ
られた光を伝送する伝送体としては一般に、光ファイバ
が使用されている。
2. Description of the Related Art In the field of communication such as computer networks, optical communication is becoming the mainstream due to the large amount of information that can be transmitted. As a signal source for optical communication, a semiconductor laser or a light emitting diode (hereinafter, LD and L, respectively) is generally used because of their ease of control and inexpensiveness.
(Abbreviated as ED) is used. Further, an optical fiber is generally used as a transmission body that transmits the light carrying the signal.

【0003】光結合レンズは、上記LD,LEDから放
射される光束を光ファイバの入射端面に光結合させるた
めのレンズである。光源から放射される全光量に対し、
光ファイバに確実に送りこまれて、光ファイバにより伝
送される光量の比を「光結合率」と呼ぶが、ノイズの少
ない強い信号が伝送されるためには、光結合レンズによ
る光結合率が有効に大きいことが必要である。
The optical coupling lens is a lens for optically coupling the light flux emitted from the LD or LED to the incident end face of the optical fiber. For the total amount of light emitted from the light source,
The ratio of the amount of light that is reliably sent to the optical fiber and transmitted by the optical fiber is called the "optical coupling rate". The optical coupling rate by the optical coupling lens is effective for transmitting a strong signal with less noise. It is necessary to be big.

【0004】[0004]

【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、光結合率の大きい新
規な光結合レンズの提供を目的とする(請求項1〜
4)。この発明の他の目的は、光結合率が大きく、光結
合の途上で各種の測定やスイッチングを容易に実施し得
る新規な光結合レンズの提供にある(請求項3,4)。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel optical coupling lens having a large optical coupling rate (claims 1 to 1).
4). Another object of the present invention is to provide a novel optical coupling lens having a large optical coupling rate and capable of easily performing various measurements and switching during optical coupling (claims 3 and 4).

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明の「光結合レン
ズ」は、光源であるLDもしくはLEDから放射される
光束を、光ファイバの入射端面に光結合させるためのレ
ンズである(請求項1〜4)。
The "optical coupling lens" of the present invention is a lens for optically coupling the light flux emitted from the LD or LED, which is the light source, to the incident end face of the optical fiber. ~ 4).

【0006】請求項1記載の光結合レンズは、単一のレ
ンズにより構成され、このレンズの、光ファイバ側のレ
ンズ面が「光軸対称の非球面」である。
The optical coupling lens described in claim 1 is composed of a single lens, and the lens surface of this lens on the optical fiber side is an "optical axis symmetric aspherical surface".

【0007】この非球面を通過する光線の最大高さをh
max、最大高さ:hmaxにおける非球面値をZ(hmax)、
上記非球面の光軸上の曲率半径をrとするとき、これら
は、条件 (1−1) 0.8{r−√(r2−hmax 2)}>Z(h
max)>{r−√(r2−hmax 2)} を満足する。
The maximum height of a ray passing through this aspherical surface is h
max, maximum height: aspheric value in h max Z (h max),
Assuming that the radius of curvature of the aspherical surface on the optical axis is r, these conditions (1-1) 0.8 {r-√ (r 2 -h max 2 )}> Z (h
max )> {r−√ (r 2 −h max 2 )} is satisfied.

【0008】なお、「光軸対称の非球面」は、この明細
書において、光軸に合致させてZ軸を、光ファイバ側に
向かって正としてとり、光軸に直交する方向に座標:h
を取るとき、光軸上における曲率半径をr、円錐定数を
K、高次の非球面係数をA,B,Cとするとき、 Z(h)=(1/r)h2/[1+√{1−(K+1)(1/r)2
2}]+A・h4+B・h6+C・h8 (1) なる式で表される曲線を光軸の回りに回転することによ
り得られる曲面である。
In this specification, the "optical axis symmetric aspherical surface" means that the Z axis is aligned with the optical axis, the Z axis is positive toward the optical fiber side, and the coordinate is h in the direction orthogonal to the optical axis.
Where r is the radius of curvature on the optical axis, K is the conical constant, and A, B, and C are high-order aspherical coefficients, Z (h) = (1 / r) h 2 / [1 + √ {1- (K + 1) (1 / r) 2
h 2 }] + A · h 4 + B · h 6 + C · h 8 (1) A curved surface obtained by rotating the curve represented by the formula around the optical axis.

【0009】レンズの光源側のレンズ面は、これを球面
とすることができる。あるいは、光源側のレンズ面も、
光軸対称の非球面としてもよい(請求項2)。
The lens surface on the light source side of the lens may be a spherical surface. Alternatively, the lens surface on the light source side,
It may be an aspherical surface having optical axis symmetry (claim 2).

【0010】請求項3記載の光結合レンズは、光源側か
ら光ファイバ側へ向かって、第1,第2レンズを配して
成る。「第1レンズ」は、光源からの光束を、光軸に平
行な平行光束とする。「第2レンズ」は、第1レンズに
よる平行光束を、光ファイバの入射端面に向かって集光
させる。
An optical coupling lens according to a third aspect has a first lens and a second lens arranged from the light source side toward the optical fiber side. The "first lens" converts the light flux from the light source into a parallel light flux parallel to the optical axis. The “second lens” focuses the parallel light flux from the first lens toward the incident end face of the optical fiber.

【0011】第1レンズの光ファイバ側のレンズ面は、
光軸対称の非球面であり、この非球面を通過する光線の
最大高さをhmax、最大高さ:hmaxにおける非球面値を
Z(hmax)、上記非球面の光軸上の曲率半径をrとする
とき、これらは、条件 (2−1) 0.8{r−√(r2−hmax 2)}>Z(h
max)>{r−√(r2−hmax 2)} を満足する。
The lens surface on the optical fiber side of the first lens is
It is an optical axis symmetric aspherical surface, and the maximum height of a ray passing through this aspherical surface is h max , the aspherical surface value at the maximum height: h max is Z (h max ), and the curvature of the aspherical surface on the optical axis is When the radius is r, these are given by the condition (2-1) 0.8 {r-√ (r 2 -h max 2 )}> Z (h
max )> {r−√ (r 2 −h max 2 )} is satisfied.

【0012】また、第1および第2レンズの焦点距離を
それぞれf1,f2とするとき、これらは、条件 (2−2) 0.15<|f1/f2|<0.25 を満足する。
When the focal lengths of the first and second lenses are f 1 and f 2 , respectively, they satisfy the condition (2-2) 0.15 <| f 1 / f 2 | <0.25. Be satisfied.

【0013】請求項3記載の光結合レンズにおいても、
第1レンズの光ファイバ側のレンズ面以外の1以上のレ
ンズ面にも、光軸対称の非球面を採用することができ
る。例えば、請求項4記載の光結合レンズのように、第
1レンズの光ファイバ側のレンズ面とともに、第2レン
ズの光源側のレンズ面も光軸対称の非球面とすることが
できる。
Also in the optical coupling lens according to claim 3,
An optical axis symmetric aspherical surface can be adopted for one or more lens surfaces other than the lens surface on the optical fiber side of the first lens. For example, as in the optical coupling lens according to the fourth aspect, the lens surface on the optical fiber side of the first lens and the lens surface on the light source side of the second lens can be aspherical surfaces that are symmetrical about the optical axis.

【0014】[0014]

【作用】この発明の光結合レンズにより、光源からの光
束を結合される光ファイバは、良く知られたように、一
般に軸芯部分が高屈折率:n1のコア部で、その周囲
を、低屈折率:n2のクラッド層が囲繞した構成となっ
ている。
As is well known, the optical fiber in which the light beam from the light source is coupled by the optical coupling lens of the present invention is generally a core portion having a high refractive index: n 1 at the axial core portion, and the periphery thereof, It has a structure in which a cladding layer having a low refractive index: n 2 is surrounded.

【0015】光ファイバの入力端面(ファイバの軸心方
向に直交する)を光結合レンズの光軸と直交させた状態
で、光結合レンズから入射端面のコア部に入射する光線
の上記軸芯に対する角度をθとすると、この光線が光フ
ァイバにより伝送される条件、即ち、コア部に入射した
光線が、コア部とクラッド層との境界部において、コア
部側へ全反射される条件は、周知の通り、「sinθ<
√(n1 2−n2 2)」であり、θの臨界角:θ0は、シン
グルモードファイバにおいては、一般に6度前後であ
る。
With the input end face of the optical fiber (perpendicular to the axial direction of the fiber) being orthogonal to the optical axis of the optical coupling lens, the light beam entering the core of the incident end face from the optical coupling lens with respect to the above-mentioned axis center. If the angle is θ, the condition under which this light beam is transmitted by the optical fiber, that is, the condition that the light beam incident on the core part is totally reflected to the core part side at the boundary part between the core part and the clad layer is well known. As shown in “sin θ <
√ (n 1 2 −n 2 2 ) ”, and the critical angle of θ: θ 0 is generally around 6 degrees in a single mode fiber.

【0016】即ち、光結合効率を高めるためには、光結
合レンズからの光束が、6度程度以下の収束角で、光フ
ァイバのコア部に入射するようにしなければならない。
このとき、光結像レンズに球面収差があると、光結合率
が大きく影響される。
That is, in order to improve the optical coupling efficiency, the light flux from the optical coupling lens must be incident on the core portion of the optical fiber at a convergence angle of about 6 degrees or less.
At this time, if the optical imaging lens has spherical aberration, the optical coupling rate is greatly affected.

【0017】条件(1−1),(2−1)は、光結合レ
ンズの球面収差を光結合率の観点から規制する条件であ
る。条件(1−1),(1−2)の下限を超えると、非
球面を用いない状態となり球面収差が補正不足となる。
球面収差が補正不足だと、光ファイバのコア部に、上記
臨界角を超える角度で入射する光線が多くなり、光結合
率が低下する。
The conditions (1-1) and (2-1) are conditions for controlling the spherical aberration of the optical coupling lens from the viewpoint of the optical coupling rate. When the lower limits of the conditions (1-1) and (1-2) are exceeded, the aspherical surface is not used and spherical aberration is insufficiently corrected.
If the spherical aberration is insufficiently corrected, a large number of rays are incident on the core portion of the optical fiber at an angle exceeding the above-mentioned critical angle, and the optical coupling rate is reduced.

【0018】また条件(1−1),(2−1)の上限を
超えると、球面収差が補正過剰となって、入射端面で、
コア部からはみ出す光線が増え、やはり光結合率が低下
してしまう。
If the upper limits of the conditions (1-1) and (2-1) are exceeded, spherical aberration will be overcorrected, and at the entrance end face,
The number of light rays protruding from the core portion increases, and the optical coupling rate also decreases.

【0019】請求項3,4記載の光結合レンズでは、光
源からの光束が第1レンズにより光軸に平行な平行光束
とされ、次いで第2レンズにより光ファイバの入射端面
に向けて集光される。従って、第1レンズと第2レンズ
との間の、平行光束の部分を利用して、各種の測定やス
イッチングを行うことができる。
In the optical coupling lens of the third and fourth aspects, the light flux from the light source is made into a parallel light flux parallel to the optical axis by the first lens, and then is condensed by the second lens toward the incident end face of the optical fiber. It Therefore, various measurements and switching can be performed by utilizing the portion of the parallel light flux between the first lens and the second lens.

【0020】この発明の光結合レンズに対し、光源とし
て用いられるLD,LEDは、発散性の光束を放射す
る。この発散性の光束は、発散角の増大とともに釣鐘型
の曲線を描いて光強度が低下する正規分布型の光強度分
布を有し、この特性を表す「半値半角(放射光束におけ
る最大光強度の1/2の強度を持つ発散角範囲の1/2
の角度領域)」は周知の如く10〜20度である。
With respect to the optical coupling lens of the present invention, LDs and LEDs used as light sources emit divergent light flux. This divergent light beam has a normal distribution type light intensity distribution in which a bell-shaped curve is drawn and the light intensity decreases with an increase in the divergence angle. 1/2 of divergence angle range with 1/2 intensity
As is well known, the angle region of 10) is 10 to 20 degrees.

【0021】このような光源から放射される発散性の光
束の、発散の起点を中心として、光軸に対し30度傾く
光線を連ねてできる円錐状の領域を考えると、この円錐
状領域に放射される光量は、全放射光量の95%以上と
なる。
Considering a conical area formed by connecting light rays inclined by 30 degrees with respect to the optical axis around the origin of divergence of a divergent light beam emitted from such a light source, the conical area is radiated. The emitted light amount is 95% or more of the total emitted light amount.

【0022】従って、光結合レンズに、光源からの光を
十分に取り込むには、開口数:NAとしては0.5(=
sin33度)程度あれば十分であることになる。この
ように取り込んだ光束は、光ファイバの入射端面に向か
って、前記の6度程度の収束角で収束されねばならな
い。
Therefore, in order to sufficiently take in the light from the light source into the optical coupling lens, the numerical aperture: NA is 0.5 (=
About 33 degrees) is sufficient. The light flux thus captured must be converged toward the incident end face of the optical fiber at the convergence angle of about 6 degrees.

【0023】請求項3,4記載の発明の光結合レンズの
ように、第1,第2レンズにより光結合レンズを構成す
る場合、第1レンズの焦点距離と、第2レンズの焦点距
離の比は、光源からの光を十分に取り込み、尚且つ効率
良く光ファイバに入射させるために、各レンズのNAの
比の、逆数程度、即ち、|f1/f2|≒(第2レンズの
NA)/(第1レンズのNA)である必要がある。
When the optical coupling lens is composed of the first and second lenses as in the optical coupling lens of the third and fourth aspects, the ratio of the focal length of the first lens to the focal length of the second lens. Is a reciprocal of the ratio of NA of each lens, that is, | f 1 / f 2 | ≈ (NA of the second lens) in order to sufficiently take in the light from the light source and to efficiently enter the optical fiber. ) / (NA of the first lens).

【0024】条件(2−2)は、この条件を定めたもの
で、上限を超えると、第1レンズが光源から取り込む光
量が少なくなったり、あるいは、光ファイバに入射する
光線で前記臨界角:θ0を超えるものが多くなって光結
合率が低下したりする。また、下限を超えると、第1レ
ンズのNAが必要以上に大きくなって、レンズによる収
差補正が困難な状況になったり、光ファイバの入射端面
における光束径が大きくなってコア部をはみ出す部分が
大きくなったりする。
The condition (2-2) defines this condition. When the upper limit is exceeded, the amount of light taken in from the light source by the first lens becomes small, or the critical angle of the light beam incident on the optical fiber is: Many exceed θ 0 and the optical coupling rate decreases. On the other hand, when the value goes below the lower limit, the NA of the first lens becomes unnecessarily large, which makes it difficult to correct aberrations by the lens, or the light beam diameter at the incident end face of the optical fiber becomes large, so that a portion protruding from the core portion may be left out. It grows up.

【0025】[0025]

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。EXAMPLES Specific examples will be described below.

【0026】光源側から数えて第i番目のレンズ面の曲
率半径(光軸対称の非球面に於いては光軸上の曲率半
径)を「ri(請求項1,2記載のレンズに対してi=
1,2、請求項3,4記載のレンズに対してi=1〜
4)」、光源側から数えて第i番目のレンズ面と第i+
1番目のレンズ面との光軸上の面間隔を「di(請求項
1,2記載のレンズに対してi=1、請求項3,4記載
のレンズに対してi=1〜3)」で表し、光源側から数
えて第j番目のレンズ材質の、波長:1300nmの光
に対する屈折率を「nj(請求項1,2記載のレンズに
対してj=1、請求項3,4記載のレンズに対してj=
1,2)」で表す。
The radius of curvature of the i-th lens surface counted from the light source side (the radius of curvature on the optical axis in the case of an aspherical surface symmetric with respect to the optical axis) is represented by "r i (for the lenses according to claims 1 and 2). I =
1, 2 and i = 1 to 1 with respect to the lenses according to claims 3 and 4.
4) ”, counting from the light source side, the i-th lens surface and the i + th lens surface
The surface distance on the optical axis from the first lens surface is represented by “d i (i = 1 for the lenses described in claims 1 and 2, i = 1 to 3 for the lenses described in claims 3 and 4). The refractive index of the j-th lens material counted from the light source side for light having a wavelength of 1300 nm is represented by “n j (j = 1 for the lenses described in claims 1 and 2, claims 3, 4). For the lens described, j =
1, 2) ".

【0027】また光源であるLDもしくはLEDの発光
端面から、第1レンズ面までの光軸上の距離を「d
0(i=0)」とし、最も光ファイバ側にあるレンズ面
から光ファイバの入射端面に到る光軸上の距離を、請求
項1,2記載のレンズに対して「d2(i=2)」、請
求項3,4記載の発明に対して「d4(i=4)」でそ
れぞれ表す。
The distance on the optical axis from the light emitting end surface of the LD or LED, which is the light source, to the first lens surface is "d".
0 (i = 0) ", and the distance on the optical axis from the lens surface closest to the optical fiber to the incident end surface of the optical fiber is" d 2 (i = 2) ”and the inventions described in claims 3 and 4 are represented by“ d 4 (i = 4) ”.

【0028】非球面に就いては、光軸上の曲率半径とと
もに、式(1)における円錐定数:K,高次の非球面係
数:A,B,Cを与えて形状を特定する。
Regarding the aspherical surface, the shape is specified by giving the radius of curvature on the optical axis, the conical constant K in the equation (1), and the high-order aspherical surface coefficients A, B, and C.

【0029】実施例1は請求項1記載の発明の実施例、
実施例2は請求項2記載の発明の実施例である。
The first embodiment is an embodiment of the invention according to claim 1,
The second embodiment is an embodiment of the invention described in claim 2.

【0030】実施例1 i rii j n 0 0.385 1 1.000 1.983 1 1.76817 2 −1.000 5.927 。Example 1 i r i d i j n j 0 0.385 1 1.000 1.983 1 1.76817 2 -1.000 5.927.

【0031】非球面 第2面:K=−1.07116,A=0.481868
×10 ̄, B=−0.308759×10~1,C= 0.3821
57 。
Aspherical second surface: K = -1.07116, A = 0.481868
× 10¯ 2, B = -0.308759 × 10 ~ 1, C = 0.3821
57.

【0032】条件式の値 0.8{r−√(r2−hmax 2)}=−0.132, Z(hmax)=−0.148 {r−√(r2−hmax 2)}=−0.165
Value of conditional expression 0.8 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.132, Z (h max ) = − 0.148 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.165
.

【0033】実施例2 i rii j nj 0 0.390 1 1.000 1.975 1 1.76817 2 −1.000 5.857 。Example 2 i r i d i j j n j 0 0.390 1 1.000 1.975 1 1.76817 2 -1.000 5.857.

【0034】非球面 第1面:K=−0.15273×102,A=−0.1
57173 第2面:K=−0.958719,A=−0.1355
63×10~1, B= 0.707348×10~2,C=−0.4127
26×10~2
Aspheric surface First surface: K = -0.15273 × 10 2 , A = -0.1
57173 Second surface: K = -0.958719, A = -0.1355
63 × 10 to 1 , B = 0.707348 × 10 to 2 , C = −0.4127
26 × 10 ~ 2 .

【0035】条件式の値 0.8{r−√(r2−hmax 2)}=−0.160 Z(hmax)=−0.182 {r−√(r2−hmax 2)}=−0.200
Value of conditional expression 0.8 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.160 Z (h max ) = − 0.182 {r−√ (r 2 −h max 2 ). } = -0.200
.

【0036】実施例3は請求項3記載の発明の実施例、
実施例4は請求項4記載の発明の実施例である。
Embodiment 3 is an embodiment of the invention according to claim 3,
Embodiment 4 is an embodiment of the invention described in claim 4.

【0037】実施例3 i rii j nj 0 0.140 1 0.900 1.793 1 1.76817 2 −0.900 5.0 3 3.970 0.969 2 1.76817 4 ∞ 4.592 。Example 3 i r i d i j n j 0 0.140 1 0.900 1.793 1 1.76817 2 -0.900 5.0 3 3.970 0.969 2 1.76817 4 ∞ 4.592.

【0038】非球面 第2面:K=−1.00752,A=−0.98532
2×10~1, B=−0.180772×10~1,C= 0.5383
19×10~1
Aspheric surface Second surface: K = -1.00752, A = -0.98532.
2 × 10 to 1 , B = −0.180772 × 10 to 1 , C = 0.5383
19 × 10 ~ 1 .

【0039】条件式の値 0.8{r−√(r2−hmax 2)}=−0.122, Z(hmax)=−0.143 {r−√(r2−hmax 2)}=−0.152 |f1/f2|=0.199
Value of conditional expression 0.8 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.122, Z (h max ) = − 0.143 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = - 0.152 | f 1 / f 2 | = 0.199
.

【0040】実施例4 i rii j nj 0 0.140 1 0.900 1.793 1 1.76817 2 −0.900 5.0 3 3.970 0.969 2 1.76817 4 ∞ 4.592 。Example 4 i r i d i j n j 0 0.140 1 0.900 1.793 1 1.76817 2 -0.900 5.0 3 3.970 0.969 2 1.76817 4 ∞ 4.592.

【0041】非球面 第2面:K=−1.05375,A=−0.90721
×10~1, B=−0.195993×10~1,C= 0.7036
04×10~1 第3面:K= 0.132517×10,A= 0.1
19979×10~1, B=−0.546435×10~2
Aspheric surface Second surface: K = -1.05375, A = -0.90721
× 10 to 1 , B = -0.195993 × 10 to 1 , C = 0.703
04 × 10 ~ 1 third surface: K = 0.132517 × 10, A = 0.1
19979 × 10 ~ 1 , B = -0.546435 × 10 ~ 2
.

【0042】条件式の値 0.8{r−√(r2−hmax 2)}=−0.122, Z(hmax)=−0.144 {r−√(r2−hmax 2)}=−0.152
Value of conditional expression 0.8 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.122, Z (h max ) = − 0.144 {r−√ (r 2 −h max 2 )} = − 0.152
.

【0043】|f1/f2|=0.199
│f 1 / f 2 │ = 0.199
.

【0044】図1〜4に順次、上記実施例1〜4の光結
合レンズの光結合状態を示す。これらの図において、符
号10は光源、符号20は光ファイバを示している。
1 to 4 show the optical coupling states of the optical coupling lenses of Examples 1 to 4 in order. In these figures, reference numeral 10 indicates a light source and reference numeral 20 indicates an optical fiber.

【0045】なお、上記実施例1,2における「光結合
率」は、実施例1が58%(−2.4dB)、実施例2
が63%(−2dB)である。1個のボールレンズ(実
施例1,2における非球面量を0としたもの)による光
結合では、9%(−10.5dB)である。
The "optical coupling rate" in the above Examples 1 and 2 was 58% (-2.4 dB) in Example 1 and Example 2
Is 63% (-2 dB). The optical coupling by one ball lens (the amount of aspherical surface in Examples 1 and 2 is 0) is 9% (-10.5 dB).

【0046】上記実施例3,4における光結合率は、実
施例3が67%(−1.7dB)、実施例4が69%
(−1.6dB)である。ボールレンズ(実施例3,4
における第1レンズで非球面量を0としたもの)と凸レ
ンズ(実施例3における第2レンズ)の組合せで光結合
を行った場合は24%(−6.2dB)である。
The optical coupling rates in Examples 3 and 4 were 67% (-1.7 dB) in Example 3 and 69% in Example 4.
(-1.6 dB). Ball lens (Examples 3 and 4)
When the optical coupling is performed by the combination of the first lens in (1) with an aspheric amount of 0) and the convex lens (the second lens in Example 3), it is 24% (-6.2 dB).

【0047】なお、上記実施例1〜4とも、光源として
は波長:1300nmの光を放射する半導体レーザー、
光ファイバとしては、シングルモードファイバで一般的
な、直径:0.01mmのものを想定している。
In each of the first to fourth embodiments, the light source is a semiconductor laser that emits light having a wavelength of 1300 nm,
The optical fiber is assumed to have a diameter of 0.01 mm, which is a general single-mode fiber.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光結合レンズを提供できる。この発明の光結合
レンズは、上記の如き構成となっているので、光源であ
るLDあるいはLEDからの光束を高い光結合率をもっ
て有効に、光ファイバに光結合させることができる(請
求項1〜4)。
As described above, according to the present invention, a novel optical coupling lens can be provided. Since the optical coupling lens of the present invention is configured as described above, it is possible to effectively optically couple the light flux from the LD or LED, which is the light source, to the optical fiber with a high optical coupling rate. 4).

【0049】また、請求項3,4記載の光結合レンズ
は、第1レンズと第2レンズとの間において、光束が平
行光束になるので、この部分において、各種の測定やス
イッチングを行うことができる。
Further, in the optical coupling lens according to the third and fourth aspects, since the light flux is a parallel light flux between the first lens and the second lens, various measurements and switching can be performed in this portion. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の光結合レンズの光結合状態を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical coupling state of an optical coupling lens of Example 1.

【図2】実施例2の光結合レンズの光結合状態を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an optical coupling state of an optical coupling lens of Example 2.

【図3】実施例3の光結合レンズの光結合状態を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an optical coupling state of an optical coupling lens of Example 3.

【図4】実施例4の光結合レンズの光結合状態を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an optical coupling state of an optical coupling lens of Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光源(LD,LED) 20 光ファイバ 10 Light source (LD, LED) 20 Optical fiber

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源である半導体レーザーもしくは発光ダ
イオードから放射される光束を、光ファイバの入射端面
に光結合させるためのレンズであって、 単一のレンズにより構成され、 光ファイバ側のレンズ面が、光軸対称の非球面であり、 上記非球面を通過する光線の最大高さをhmax、最大高
さ:hmaxにおける非球面値をZ(hmax)、上記非球面の
光軸上の曲率半径をrとするとき、これらが、条件 (1−1) 0.8{r−√(r2−hmax 2)}>Z(h
max)>{r−√(r2−hmax 2)} を満足することを特徴とする光結合レンズ。
1. A lens for optically coupling a light beam emitted from a semiconductor laser or a light emitting diode, which is a light source, to an incident end face of an optical fiber, the lens surface being formed by a single lens Is an axisymmetric aspherical surface, the maximum height of a ray passing through the aspherical surface is h max , the aspherical surface value at the maximum height: h max is Z (h max ), on the optical axis of the aspherical surface. When the radius of curvature of r is r, these are given by the condition (1-1) 0.8 {r-√ (r 2 -h max 2 )}> Z (h
max )> {r−√ (r 2 −h max 2 )}.
【請求項2】請求項1記載の光結合レンズにおいて、 光源側のレンズ面も光軸対称の非球面であることを特徴
とする光結合レンズ。
2. The optical coupling lens according to claim 1, wherein the lens surface on the light source side is also an aspherical surface symmetric with respect to the optical axis.
【請求項3】光源である半導体レーザーもしくは発光ダ
イオードから放射される光束を、光ファイバの入射端面
に光結合させるためのレンズであって、 光源からの光束を、光軸に平行な平行光束とする第1レ
ンズと、 この第1レンズによる平行光束を光ファイバの入射端面
に向かって集光させる第2レンズとを有し、 上記第1レンズの光ファイバ側のレンズ面が、光軸対称
の非球面であり、 上記非球面を通過する光線の最大高さをhmax、最大高
さ:hmaxにおける非球面値をZ(hmax)、上記非球面の
光軸上の曲率半径をrとするとき、これらが、条件 (2−1) 0.8{r−√(r2−hmax 2)}>Z(h
max)>{r−√(r2−hmax 2)} を満足し、 第1および第2レンズの焦点距離をそれぞれf1,f2
するとき、これらが、条件 (2−2) 0.15<|f1/f2|<0.25 を満足することを特徴とする光結合レンズ。
3. A lens for optically coupling a light beam emitted from a semiconductor laser or a light emitting diode as a light source to an incident end face of an optical fiber, wherein the light beam from the light source is a parallel light beam parallel to an optical axis. And a second lens for condensing the parallel light flux from the first lens toward the incident end surface of the optical fiber, and the lens surface of the first lens on the optical fiber side has an optical axis symmetry. It is an aspherical surface, and the maximum height of a ray passing through the aspherical surface is h max , the aspherical surface value at the maximum height: h max is Z (h max ), and the radius of curvature of the aspherical surface on the optical axis is r. to time, these are conditions (2-1) 0.8 {r-√ (r 2 -h max 2)}> Z (h
max )> {r−√ (r 2 −h max 2 )}, and when the focal lengths of the first and second lenses are f 1 and f 2 , respectively, these conditions (2-2) 0 An optical coupling lens characterized by satisfying 0.15 <| f 1 / f 2 | <0.25.
【請求項4】請求項1記載の光結合レンズにおいて、 第2レンズの光源側のレンズ面も光軸対称の非球面であ
ることを特徴とする光結合レンズ。
4. The optical coupling lens according to claim 1, wherein the lens surface on the light source side of the second lens is also an aspheric surface symmetric with respect to the optical axis.
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