(57)【要約】  コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供する。温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回折構造を用いることにより、レンズに入射した光の波長が温度に応じて変化することを利用し、樹脂製レンズの屈折率変化によるピント位置の変動を、回折構造を通過した光の回折パワーを変化させることによってキャンセルすることができる。すなわち、環境温度変化が生じたときのピント位置変動を抑制でき、光結合効率を高めることができる。光通信用途に使用される光の波長は環境の変化によらず略一定であることが望ましい為、（２）式のような範囲の温度変化による波長変動が小さい光学素子が使用されることが望ましい。（１）式の値が下限を上回ると、例えば-40℃〜＋100℃という広い環境温度範囲において、樹脂製のレンズに生じるピント位置の変動をキャンセルできるほど十分な回折パワーを得ることができる。一方、（１）式の値が上限を下回ると、回折構造の回折ピッチが小さくなりすぎず、加工しやすくなるため製造容易になる。（１）式を満たす範囲に回折パワーをバランスさせることで、ピント位置の変動を抑制しつつ、製造容易性を確保したレンズを提供できる。０．６≦ｄＰ／Ｐ≦０．８      （１）  ０＜ｄλ／ｄｔ≦０．２        （２）但し、ｄＰ：光路差付与構造による回折パワー[1/mm]  Ｐ：レンズ全系のパワー[1/mm]  ｄλ／ｄｔ：光学素子の温度変化による波長変動
2014073305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、光ファイバーと、光学素子もしくは光ファイバーから出射された光束を集光する光通信用のレンズと、を有する光通信用モジュールあって、
前記レンズは樹脂素材から形成された単一のレンズであり、前記光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）と、前記光ファイバーとは反対側の光学面（Ｓ１面）を有し、前記光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）に温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造を形成しており、以下の式を満足することを特徴とする光通信用モジュール。
０．６≦ｄＰ／Ｐ≦０．８      （１）
０＜ｄλ／ｄｔ≦０．２        （２）
但し、
ｄＰ：前記光路差付与構造による回折パワー[1/mm]
Ｐ：前記レンズ全系のパワー[1/mm]
ｄλ／ｄｔ：前記光学素子の温度変化による波長変動（ｎｍ／℃）
【請求項２】
前記光路差付与構造は、光軸における回転対称な回折面を含むレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光通信用モジュール。
【請求項３】
前記光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値は、前記反光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値よりも大きいレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信用モジュール。
【請求項４】
以下の式を満たすレンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光通信用モジュール。
ｄＰ＞０．５      （３）
【請求項５】
以下の式を満たすレンズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光通信用モジュール。
ｄＰ／Ｍ・Ｐ≧０．２      （４）
但し、
Ｍ：前記レンズの光学系倍率
【請求項６】
前記レンズは、ホルダと一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信用モジュール。
【請求項７】
前記レンズを、前記光学素子を支持する基板に組み付けてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光通信用モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光通信モジュールに搭載されることを特徴とする光通信用のレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に用いられ、例えば半導体レーザ等の光学素子からの光を光ファイバーもしくは受光素子に結合する光通信用のレンズ及び光通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信モジュールにおいて、半導体レーザまたは受光素子と、光ファイバーとの間で効率よく光結合させるために、光結合用のレンズが用いられている。ところで、従来の光結合用のレンズでは、主にガラスレンズをステンレス製の脚部で支持する構成が広く用いられている。しかるに、非球面を有するガラスレンズは一般的に高価であり、顕著なコスト高を招くという問題がある。そこで、高精度な非球面の成形が容易で大量生産を可能とするプラスチック製のレンズを、ガラス製のレンズに置き換えて、半導体レーザまたは受光素子と、光ファイバーとの間で光結合を実現できないかという試みがある。【０００３】
ここで、ガラスレンズと比較して樹脂レンズの特徴の一つに、温度変化に対する屈折率変化及び面形状変化が比較的大きいということがある。光通信用モジュール内部は-40℃〜＋100℃という幅広い温度環境下にさらされる可能性があるが、一般的な樹脂レンズの場合、環境温度変化に応じて屈折率及び面形状が変化するので、それによりピント位置の変動を招くことになる。しかるに、光ファイバー端面への光の結合効率が光源の横モード（ビーム径）で決まることから、レンズの屈折率変化及び面形状変化によりベストフォーカス位置が変動すると、結合効率が大きく変動してしまうという光通信用光学系に固有の問題がある。そのために、線膨張係数が比較的小さいガラス製のレンズが重用されてきたという実情がある。しかし、上述したようにガラス製の非球面レンズは樹脂製と比較して高価であり、光通信用モジュールのコスト削減のためには樹脂製のレンズを用いたいという強いニーズがある。【０００４】
樹脂製のレンズを用いる際の対策として、特許文献１に示すように、温度変化によって光学素子−レンズ間隔が変化するような構成とすることで、環境温度変化によるピント位置変動を抑えることができるが、その効果は屈折率変化及び面形状変化による影響を完全に打ち消すほどに十分とはいえない。すなわち、その効き量が全く異なり、レンズ光学面の温度変化に起因するピント位置の変動の方が支配的で効きが大きいため、補正効果が薄いといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-003857号公報
【特許文献２】特開平11-274646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し、特許文献２に示すように、樹脂製のレンズに波長依存性のある回折構造を付加し、半導体レーザの温度による波長変動（dλ/dT）が生じることを利用して、環境温度変化時のピント位置変動をキャンセルするという技術思想がある。すなわち、樹脂製レンズの温度変化による膨張・収縮によるピント位置変動と、半導体レーザの波長変動によるピント位置変動はレンズに回折構造を付加した場合通常逆方向であり、お互いに打ち消す方向ではある。しかし、特許文献２の技術では、全体パワーに対する回折パワーの比が小さく、-40℃〜＋100℃という広い温度変化において常にピント位置の変動を十分に抑えることはできない。【０００７】
加えて、レンズに回折構造を付加した場合、ピント位置補正に寄与するピント位置変動量は温度変化による波長変動（dλ/dT）に比例する為、半導体レーザの温度変化による波長変動（dλ/dT）が大きい方が、温度変化に伴うピント位置変動の補正には有効であり、引用文献２は波長変動（dλ/dT）が大きいレーザを用いているため、半導体レーザの波長変動によるピント位置変動を十分に押さえやすい発明となっている。しかし光通信ではその性質上波長多重通信などの用途を考慮し光の波長が略一定であることが求められる。そして近年半導体レーザの性能が向上したことにより、より温度変化による波長変動（ｄλ/dT）が小さいレーザが求められる傾向にある。そのため引用文献２の発明では温度変化による波長変動（dλ/dT）が小さいレーザを用いた場合にはピントの位置の変動を抑えることが困難になるという問題も生じる。このように、-40℃〜＋100℃という大きな温度変化が生じても波長変動（ｄλ/dT）を小さく抑えることができる半導体レーザを用いると、回折構造による補正効果が小さくなり、温度変化時のピント位置変動補正機能を十分に発揮できなくなる。これに対し、その回折パワーをより高めることが考えられるが、回折のパワーを高めると回折構造がより微細となり、回折構造が微細になると、レンズ周辺部で回折ピッチが小さくなり、成形金型の加工性や成形性など製造難易度が高まり、製造誤差が生じやすくなる。成形したレンズの回折構造に製造誤差（微細構造のダレ等）が生じると回折効率が低下し、また回折ピッチが波長オーダーになるとベクトル回折の領域に近づくため回折効率が低下し，それらの相乗効果でレンズの結合効率が低下するとともに不要光も増加する。このような結合効率の低下や不要光の増加は、樹脂製のレンズを光通信に用いる際の障害となっている。【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の光通信用モジュールは、光学素子と、光ファイバーと、光学素子もしくは光ファイバーから出射された光束を集光する光通信用のレンズと、を有する光通信用モジュールであって、
樹脂素材から形成された単一のレンズであり、前記光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）と、前記光ファイバーとは反対側の光学面（Ｓ１面）を有し、前記光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）に温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造を形成しており、以下の式を満足することを特徴とする。
０．６≦ｄＰ／Ｐ≦０．８      （１）
０＜ｄλ／ｄｔ≦０．２        （２）
但し、
ｄＰ：前記光路差付与構造による回折パワー[1/mm]
Ｐ：前記レンズ全系のパワー[1/mm]
ｄλ／ｄｔ：前記光学素子の温度変化による波長変動（ｎｍ／℃）【００１０】
本発明によれば、温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回折構造を用いている。これにより、前記レンズに入射した光の波長が温度に応じて変化することを利用し、前記樹脂製レンズの屈折率変化及び面形状変化によるピント位置の変動を、前記回折構造を通過した光の回折パワーを変化させることによってキャンセルすることができ、すなわち環境温度変化が生じたときのピント位置変動を抑制でき、光結合効率を高めることができる。ここで、光通信用途に使用される光の波長は環境の変化によらず略一定であることが望ましい為、（２）式のような範囲の波長変動が小さい光学素子が使用されることが望ましいが、波長変動量が非常に小さいため、レンズの光学面に光路差付与構造を形成した場合に温度変化に伴うピント位置変動の補正が行いにくい。しかし（１）式の値が下限を上回ると、例えば-40℃〜＋100℃という広い環境温度範囲において、樹脂製のレンズに生じるピント位置の変動をキャンセルできるほど十分な回折パワーを得ることができる。一方、（１）式の値が上限を下回ると、回折構造の回折ピッチが小さくなりすぎず、加工しやすくなるため製造容易になる。従って、（１）式を満たす範囲に回折パワーをバランスさせることで、ピント位置の変動を抑制しつつ、製造容易性を確保したレンズを有した光通信用モジュールを提供できる。尚、以下の式を満たすと，より好ましい。
０．６２≦ｄＰ／Ｐ≦０．７７      （１’）【００１１】
「光学素子」とは、例えば半導体レーザを用いることができるが、温度変化による波長変動が生じるものであれば使用できる。「光路差付与構造」とは、例えば回折構造である。【００１２】
一般的な送信用光学系においては光ファイバー側の方が光源側より相対的に開口数（NA）が小さいため、レンズ光学面への光線入射角度は小さくなる。光学面への入射角が小さいほど光の回折効率は大きくなる為、前記光路差付与構造が前記光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）に形成されていることで回折効率を高めることができる。【００１３】
なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。本発明の光路差付与構造は回折構造であることが好ましい。光路差付与構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び／又は位相差が付加される。光路差付与構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、光路差付与構造を設けたレンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束のカップリングレンズへの入射角が異なるため、光路差付与構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。
例えば、レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ光路差を付与させる光路差付与構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。【００１４】
また、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が光軸を中心として複数並ぶことによって構成されており、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光を収束あるいは発散させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、段差は光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、回折構造を設けたレンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束のレンズへの入射角が異なるため、回折構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。例えば、レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ回折次数の回折光を発生させる回折構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。【００１５】
ところで、光路差付与構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。また、光路差付与構造は、一般に、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状） をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。【００１６】
尚、光路差付与構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。 ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。【００１７】
光源から出射して、レンズの光路差付与構造を通過した光束は、Ｘ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。回折構造は、波長変化時の効率低下を抑制するためＸ＝１の１次回折光を用いることが好ましいがこの限りではない。【００１８】
温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造とは、通信モジュールの周辺温度が変化した場合、光通信用のレンズのピント位置が補正される機能を有する光路差付与構造である。【００１９】
請求項２に記載の光通信モジュールは、請求項１に記載の発明において、前記光路差付与構造は、回転対称な回折面を含む光通信用のレンズであることを特徴とする。【００２０】
回転対称な回折面を設けることで、前記レンズの両面で屈折パワーを分散でき、前記回折構造による回折パワーを環境変化によるピント位置変動の補正に使用でき、正弦条件を適切に補正することが可能となる。「回転対称な回折面」とは、回折構造を付与するベースの面が球面もしくは非球面をいう。特に、回折構造を形成する面を回転対称な非球面とすることで、軸上性能／軸外性能を確保することが可能となる。但し、前記光ファイバー側の光学面を平面としても良い。【００２１】
請求項３に記載の光通信モジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、前記光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値は、前記光ファイバーとは反対側の光学面の曲率半径の絶対値よりも大きい光通信用のレンズであることを特徴とする。【００２２】
曲率半径の絶対値が大きい方の前記光ファイバー側の光学面に、前記光路差付与構造を付加することで、前記光路差付与構造の回折ピッチを大きくしやすくなり、製造容易性を高めることができる。また、前記光路差付与構造を付与した光学面への光線入射角が小さくなり、回折効率の低下を防ぐことができる。【００２３】
請求項４に記載の光通信モジュールは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たす光通信用のレンズであることを特徴とする。
ｄＰ＞０．５      （３）【００２４】
前記光路差付与構造の回折パワーが式（３）を満たすことで、例えば-40℃〜＋100℃という広い環境温度範囲において、光結合効率を良好に保つことが可能となる。以下の式を満たすとより好ましい。
０．５＜ｄＰ＜０．７      （３’）【００２５】
請求項５に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たす光通信用のレンズであることを特徴とする。
ｄＰ／Ｍ・Ｐ≧０．２      （４）
但し、
Ｍ：前記レンズの光学系倍率【００２６】
式（４）を満たすことで前記光路差付与構造の回折効率の極端な低下を招くことなく、例えば-40℃〜＋100℃という広い環境温度範囲において、光結合効率を良好に保つことが可能となる。以下の式を満たすとより好ましい。
０．２≦ｄＰ／Ｍ・Ｐ≦０．２５      （４’）【００２７】
請求項６に記載の光通信用のモジュールは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記レンズは、ホルダと一体に形成されている光通信用のレンズであることを特徴とする。【００２８】
レンズは、ホルダと一体に形成されたものであり，例えば同じプラスチック素材から一体成形された脚部が連結されたキャップ型であると好ましい。特に、その脚部が基板上に固定されていると、温度変化による樹脂製の脚部の膨張・収縮によって光学素子とレンズ光学面との間隔が変化するため、デフォーカス補正に有利である。【００２９】
請求項７に記載の光通信モジュールは、請求項１〜６のいずれかに記載の光通信用のレンズを、前記光学素子を支持する基板に組み付けてなることを特徴とする。【００３０】
請求項８に記載の光通信用のレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の光通信モジュールに搭載されることを特徴とする。【００３１】
レンズは、同じプラスチック素材から一体成形された脚部が連結されたキャップ型であると好ましい。例えば、その脚部が基板上に固定されていると、温度変化による樹脂製の脚部の膨張・収縮によって光学素子とレンズ光学面との間隔が変化するため、デフォーカス補正に有利である【００３２】
また、レンズ全系のパワーのうち回折のパワーの占める割合が大きいため、使用温度変化による波長変動が小さい光学素子（例えば半導体レーザ）に使用することが可能となる。光学素子の波長変動（dλ/dT）は、0.2（nm/℃）以下であるのが好ましい。但し、適切な補正効果を得るためには、（ｄλ／ｄＴ）は、０．０１（ｎｍ／℃）以上であることが良く、更に０．１以下であることが望ましい。【００３３】
レンズは、-40℃〜＋100℃の範囲で使用されることが好ましい。光ファイバー側の光学面に変曲点（光軸付近が凸状で周辺が凹状であること、又はその逆）があると、高NAの光を入射しても容易に球面収差補正が可能なため、望ましい。また、ピント変動量は-40℃〜＋100℃の温度域内で数十μm、例えば30〜35μm程度に抑えることが望ましい
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態にかかる光通信モジュール１０の光軸方向断面図である。
【図２】比較例にかかるレンズの断面図である。
【図３】実施例１にかかるレンズの断面図である。
【図４】実施例２にかかるレンズの断面図である。
【図５】実施例３にかかるレンズの断面図である。
【図６】比較例における温度変化による光結合率変化を示す図である。
【図７】実施例１における温度変化による光結合率変化を示す図である。
【図８】実施例２における温度変化による光結合率変化を示す図である。
【図９】実施例３における温度変化による光結合率変化を示す図である。
【図１０】別の実施の形態にかかる光通信モジュール１０の光軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる光通信モジュール１０の光軸方向断面図である。光通信モジュール１０内は、−４０℃〜＋１００℃の範囲で温度変化が生じうる。給電用の棒状の端子１１を有する円板状のステム１２の中央に、チップ搭載部１３が取り付けられ、チップ搭載部１３の側面にヒートシンク１４を介して発光素子としてのレーザチップ１５が取り付けられている。レーザチップ１５は、不図示の配線を介して端子１１に接続されており、その波長変動（ｄλ／ｄＴ）は、約０．１（ｎｍ／℃）程度である。
【００３７】
レーザチップ１５の外側を覆うようにして、レンズ２０が配置されている。レンズ２０は、プラスチック製であり、略円筒状の脚部２１と、脚部２１の端部に設けられたレンズ部２２とから一体的に形成されている。脚部２１の先端２１ｂをステム１２に接着することで、レンズ２０はステム(光学素子を支持する基板)１２に取り付けられている。尚、脚部２１の先端２１ｂは、取り付け基準面である。又、レンズ２０に脚部を設けず、別体のホルダでステム１２に固定しても良い。
【００３８】
レンズ部２２は、光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）を回転対称である凸状もしくは凹状の球面もしくは非球面としており（但し平面でも良い）、温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回転対称な回折構造Ｄを形成している。図１では誇張して示された回折構造Ｄは、光軸を中心とした複数の輪帯形状であって回折面を含み、回折ピッチは３μｍ以上である。有効径φSFの光ファイバー側の光学面（Ｓ２面）は、変曲点を有すると好ましい。又、レンズ部２２は、有効径φSL（＜φSF）の光ファイバーと反対側の光学面（Ｓ１面）を回転対称である凸面の球面もしくは非球面としている。更にレンズ部２２は、以下の式を満足する。
０．６≦ｄＰ／Ｐ≦０．８      （１）
０＜ｄλ／ｄｔ≦０．２        （２）
但し、
ｄＰ：回折構造による回折パワー[1/mm]
Ｐ：レンズ全系のパワー[1/mm]
ｄλ／ｄｔ：レーザチップ１５の温度変化による波長変動（ｎｍ／℃）
【００３９】
レンズ２０の光軸直交方向外側に、隙間を空けて円筒状のステンレス製であるホルダ３０が、ステム１２に溶接されるようにして取り付けられている。ホルダ３０の先端には、より小さい径の円筒状のスリーブ３１が固定され、その内部に光ファイバーＦＢが挿入されているフェルール３２が挿入されており、光ファイバーＦＢの端部はレンズ部２２に対向している。
【００４０】
本実施の形態の光通信モジュール１０の動作を説明する。端子１１を介して給電が行われると、レーザチップ１５が発光し、その出射光束は、レンズ部２２に入射するが、光学面Ｓ１で屈折され、更に光学面Ｓ２の回折面で回折され、且つ光学面Ｓ２が屈折面であるときは屈折パワーが加わり、この作用で、光ファイバーＦＢの端面に集光し、その後光ファイバーＦＢ内を伝播することとなる。ここで、光通信モジュール１０内で温度変化が生じた場合、レーザチップ１５の発光光に波長変化が生じる。一方、レンズ部２２の温度変化に起因した屈折率変化及び面形状変化によりピント位置変動が生じるが、入射光の波長変化により生じた回折パワー変化によって、かかるピント位置変動をキャンセルできる。従って、−４０℃〜＋１００℃の範囲で環境温度変化が生じても、光結合効率を維持できる。尚、本実施の形態では、脚部２１を樹脂で一体成形しているので、脚部２１の熱膨張によりピント位置変動を補助的にキャンセルする効果もある。また、レンズの軸上厚が厚いほうが、脚部２１の長さが長いほうが環境変動によるピント位置変動をキャンセルでき、より抑えることができる。
【００４１】
図１０は、別の実施の形態にかかる光通信モジュール１０の光軸方向断面図である。本実施の形態では、レーザチップの代わりに，ステム１２上に搭載部１３を介して受光素子１６を配置している。それ以外の構成は，上述した実施の形態と同様である。
【００４２】
本実施の形態の動作を説明すると、光ファイバーＦＢの端面から出射した光束は、レンズ部２２に入射するが、光学面Ｓ２の回折面で回折され（光学面Ｓ２が屈折面であるときは屈折パワーが加わり）、更に光学面Ｓ１で屈折されるので、受光素子１６の受光面に適切に集光することとなる。レンズ部２２の温度変化に起因した屈折率変化及び面形状変化によりピント位置変動が生じても、同様の温度変化により光ファイバーＦＢから出射される光束に波長変化が生じるから、入射光の波長変化により生じた回折パワー変化によって、かかるピント位置変動をキャンセルできる。
【００４３】
以下、比較例と比較して、本実施の形態に好適な実施例について説明する。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、レンズの光学面（Ｓ１面、Ｓ２面）は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００４４】
【数１】
2014073305.tif 000003
【００４５】
ここで、Ｘは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【００４６】
また、回折構造を用いた実施例の場合、その回折構造により光源波長の光束に対して与えられる光路差は、数２式の光路差関数に、それぞれ示す係数Ｃ1を代入した数式で規定される。
【００４７】
【数２】
2014073305.tif 000004
【００４８】
ここで、λB：ブレーズ化波長（回折効率が最も高くなる波長）、ｈ：光軸から光軸垂直方向の距離、Ｃ1：光路差関数係数である。尚、本明細書中の実施例及び比較例のλBは全て1310nmである。尚、本明細書中の実施例及び比較例の回折次数は全て１次である。
【００４９】
（比較例）
図２は、比較例にかかるレンズＬＳの断面図である。表１に比較例のレンズデータを示す。尚、ＬＤは発光部であり、ＦＢが光ファイバーの端面であり、Ｓは絞りである。レンズＬＳは、Ｓ１面及びＳ２面が凸状の非球面であって、Ｓ２面に回折構造を設けている。Ｓ１面の有効径φＳＬ＝１．２０５ｍｍであり、Ｓ２面の有効径φＳＦ＝０．８２１ｍｍである。図２に示すように、比較例では、Ｓ１面に比べＳ２面の曲率半径が小さくなっている。
【００５０】
【表１】
2014073305.tif 000005
【００５１】
（実施例１）
図３は、実施例１にかかるレンズＬＳの断面図である。表２に実施例１のレンズデータを示す。尚、ＬＤは発光部であり、ＦＢが光ファイバーの端面であり、Ｓは絞りである。レンズＬＳは、Ｓ１面及びＳ２面が凸状の非球面であって、Ｓ２面に回折構造を設けている。実施例１においては、Ｓ１面の有効径φＳＬ＝１．３４５ｍｍであり、Ｓ２面の有効径φＳＦ＝０．９９９ｍｍである。図３に示すように、実施例１では、Ｓ２面は平坦に近くなり（Ｓ１面に比べＳ２面の曲率半径が大きく）、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
【００５２】
【表２】
2014073305.tif 000006
【００５３】
（実施例２）
図４は、実施例２にかかるレンズＬＳの断面図である。表３に実施例２のレンズデータを示す。尚、ＬＤは発光部であり、ＦＢが光ファイバーの端面であり、Ｓは絞りである。レンズＬＳは、Ｓ１面及びＳ２面が凸状の非球面であって、Ｓ２面に回折構造を設けている。実施例２においては、Ｓ１面の有効径φＳＬ＝１．３３１ｍｍであり、Ｓ２面の有効径φＳＦ＝１．００３ｍｍである。図４に示すように、実施例２では、Ｓ２面は平坦に近くなり（Ｓ１面に比べＳ２面の曲率半径が大きく）、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
【００５４】
【表３】
2014073305.tif 000007
【００５５】
（実施例３）
図５は、実施例３にかかるレンズＬＳの断面図である。表４に実施例３のレンズデータを示す。尚、ＬＤは発光部であり、ＦＢが光ファイバーの端面であり、Ｓは絞りである。レンズＬＳは、Ｓ１面及びＳ２面が凸状の非球面であって、Ｓ２面に回折構造を設けている。実施例３においては、Ｓ１面の有効径φＳＬ＝１．３１４ｍｍであり、Ｓ２面の有効径φＳＦ＝１．００８ｍｍである。図５に示すように、実施例３では、Ｓ２面は平坦に近くなり（Ｓ１面に比べＳ２面の曲率半径が大きく）、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
【００５６】
【表４】
2014073305.tif 000008
【００５７】
表５に、比較例と実施例１〜３の各値をまとめて示す。
【００５８】
【表５】
2014073305.tif 000009
【００５９】
比較例および実施例１〜３のレンズについて、温度変化に対する光結合率の変化を測定した。この測定前にファイバー結合効率が最大となる位置になるよう光ファイバーの位置を微調整した。図６は、比較例にかかる温度変化に対する光結合率の変化を示す図であり、図７〜９は、実施例１〜３にかかる温度変化に対する光結合率の変化を示す図である。図６に示す比較例の場合、環境温度が常温（２０℃）から＋１００℃に上昇すると、光結合効率は３０％近く低下することがわかる。これに対し、図７〜９に示すように、実施例１〜３のいずれも、光結合効率の低下を１０％以内に抑えることができる。特に、実施例３は光結合効率の低下が殆どなく、ガラス製のレンズに匹敵する光学性能を有する。
【００６０】
本発明は、明細書に記載の実施形態や実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態・実施例・技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、光ファイバーから出射した光を受光素子に集光するために、本発明のレンズを用いても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１０            光通信モジュール
１１            端子
１２            ステム
１３            チップ搭載部
１４            ヒートシンク
１５            レーザチップ
２０            レンズ
２１            脚部
２１ｂ          先端
２２            レンズ部
３０            ホルダ
３１            スリーブ
３２            フェルール
ＦＢ            光ファイバー
【図１】
2014073305.tif 000010
【図２】
2014073305.tif 000011
【図３】
2014073305.tif 000012
【図４】
2014073305.tif 000013
【図５】
2014073305.tif 000014
【図６】
2014073305.tif 000015
【図７】
2014073305.tif 000016
【図８】
2014073305.tif 000017
【図９】
2014073305.tif 000018
【図１０】
2014073305.tif 000019
【国際調査報告】
2014073305.tif 000020
2014073305.tif 000021