(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバーコネクタモジュールに用いる非球面光ファイバコネクタレンズ片を提供する。【解決手段】光ファイバーコネクタモジュール１は、表面ガラス４と開口絞り５を具え、該開口絞り５は、中間の絞りであり、それは、表面ガラス４と光ファイバコネクタレンズ片２の間に設置され、デジタル信号光線は、表面ガラス４と開口絞り５を経由した後、光ファイバコネクタレンズ片２によって焦点６上にフォーカスされ、光ファイバにより受信、伝送される。光ファイバコネクタレンズ片２は、半導体レーザ１の波長範囲を制約されず、または、発光源３から焦点６までの距離も格別制約はない。【選択図】図１
0003143438.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーコネクタモジュール中に使用する非球面光ファイバコネクタレンズ片であって、該非球面光ファイバコネクタレンズ片が正屈折率を有する両面凸型透過レンズであり、第１光学面と第２光学面がいずれも非球面から構成され、且つ以下の条件を満足する。
【数１】
0003143438.tif 000019
ここで、fは非球面光ファイバコネクタレンズ片の有効焦点距離であり，d2は、該レンズ片の厚さであり，R1は該レンズ片第１光学面の曲率半径であり，R2は、該レンズ片の第２光学面の曲率半径である非球面光ファイバコネクタレンズ片。
【請求項２】
更に、以下の条件を満足し、
【数２】
0003143438.tif 000020
ここで、fは非球面光ファイバコネクタレンズ片の有効焦点距離であり，Ndは、該レンズ片の屈折率であり、R1は該レンズ片第１光学面の曲率半径である請求項１記載の非球面光ファイバコネクタレンズ片。
【請求項３】
更に、以下の条件を満足し、
【数３】
0003143438.tif 000021
ここで、fは非球面光ファイバコネクタレンズ片の有効焦点距離であり，d2は、該レンズ片の厚さであり，Ndは、該レンズ片の屈折率である請求項１記載の非球面光ファイバコネクタレンズ片。
【請求項４】
前記非球面光ファイバコネクタレンズ片は、ガラス材料から形成される請求項１記載の非球面光ファイバコネクタレンズ片。
【請求項５】
以下の条件を満足し、
【数４】
0003143438.tif 000022
ここで、Ndが該レンズ片の屈折率であり、νdが該レンズ片のアッベ数である請求項４記載の非球面光ファイバコネクタレンズ片。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、光ファイバーコネクタモジュールに用いる非球面光ファイバコネクタレンズ片に関し、半導体レーザが発散する光線を効率的に収集し、フォーカスし、光ファイバ伝送を提供することができる非球面光ファイバコネクタレンズ片に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は、近年重要な産業となっており、光通信ユニット中、光ファイバーコネクタモジュールは、機能的ユニットの光源（例えば、レーザダイオードまたはＬＥＤ等）、光ファイバコネクタレンズ片および光ファイバを含む。レーザダイオードは、デジタル信号光線を発出した後、光ファイバコネクタレンズ片を経過し、デジタル信号光線を光ファイバ上に収集し、光ファイバを経由して伝送する。図１に示すように、光ファイバの直径は小さく、およそ数十μｍ程度であり、且つ光ファイバコネクタレンズ片寸法も小さく、精確なX方向におけるフォーカスの位置決めが必要なだけでなく、Ｚ方向の光軸上の精確なフォーカスの位置決めが必要である。
【０００３】
従来の技術において、光ファイバコネクタレンズ片は、単片式または多片式レンズ片から構成され、多片式レンズ片から構成された光ファイバコネクタレンズ片は、最大の光線を収集でき、良好なフォーカス効果を有するが、単片レンズ片が比較的市場競争能力を備えている。単片レンズ片が構成する光ファイバコネクタレンズ片に対して、短距離の焦点（光源から焦点まで、d1およびd3）の光ファイバコネクタレンズ片は、通常、両面凸型のレンズ片を採用して設計され、例えば、米国特許US5,764,838、US4,932,763、US5,293,269、日本特許JP62059912等がある。従って、光ファイバコネクタレンズ片の直径は通常小さく、長距離の焦点に対して回折現象が発生する可能性があり、回折現象を回避する以外に、整列精度(alignment accuracy)とコネクタ効率(coupling efficiency)も良好でなければならず、例えば、米国特許US5,642,233、US2003/012496、日本特許JP9061665、JP63010119、JP5273463、JP62108217、JP2150816、JP07128616等がある。更に、光ファイバーコネクタモジュールのレーザ光源から射出されるデジタル信号光線は、光ファイバコネクタレンズ片を経過する際に温度上昇を起こし、光ファイバコネクタレンズ片が長期に発熱し、変形することを避けるため、ガラスを材質とするか鋳造ガラス技術により光ファイバコネクタレンズ片を構成する。例えば、日本特許JP63297233、米国特許US2002/114085、台湾特許TW240706、TWD 076092等がある。
【特許文献１】特表２００６−５１６１６７号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバーコネクタモジュールが最も良好な効果を得るために、光ファイバコネクタレンズ片は焦点が小さく、コネクタ効率が高く、光ファイバコネクタレンズ片の物体側の開口数(number aperture on objective side)が大きい等の光学特性を有する必要があり、この効果を達成するため、従来の技術は、通常、回折レンズ片を使用して光ファイバコネクタレンズ片を構成する。例えば、日本特許WO2007145118、JP2006227366，米国特許 US2003012496等がある。しかしながら、回折レンズ片を使用した光ファイバコネクタレンズ片の構成は、製造の困難度を増し、コストも削減困難であるので、簡単な光学曲面、低コストであることに対して改善が必要であり、鋳造ガラス技術によって製造する光ファイバコネクタレンズ片は、光通信産業の迅速な発展を促進することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案の目的は、低コスト、高効率の光ファイバレンズ片を提供し、光ファイバーコネクタモジュールに応用し、両面凸型正屈折度の透過レンズであり、非球面第１光学面と非球面第２光学面を有し、光学特性が以下の条件を満足することである：
【数５】
0003143438.tif 000003
ここで、fは非球面光ファイバコネクタレンズ片の有効焦点距離 (effective focal length)であり，d2は、該レンズ片の厚さであり，Ndは、該レンズ片の屈折率 (refraction index)であり，R1は該レンズ片第１光学面の曲率半径であり，R2は、該レンズ片の第２光学面の曲率半径である。このように、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点位置決め精度を効率的に向上させることができ、高コネクタ効率と高数値の物体側の開口数(number aperture on objective side)等の光学特性を有することができ、簡易且つ低コストの効果を達成し、光ファイバコネクタレンズ片とそのモジュールの応用性を向上させる。
【０００６】
本考案のもう１つの目的は、光ファイバコネクタレンズ片を提供し、ここで、該光ファイバコネクタレンズ片が、更に、ガラス材質で形成され、ガラス精密鋳造法(precision glass molding)によって形成でき、その形成した光ファイバコネクタレンズ片の屈折率が以下の条件を満足することである：
【数６】
0003143438.tif 000004
ここで、Ndは、該レンズ片の屈折率(refraction index)であり，νdは該レンズ片のアッベ数 (Abbe number)である。
【考案の効果】
【０００７】
このように、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点位置決め精度を効率的に向上させることができ、高コネクタ効率と高数値の物体側の開口数(number aperture on objective side)等の光学特性を有し、簡易且つ低コストの効果を達成し、光ファイバコネクタレンズ片とそのモジュールの応用性を向上させる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案をより明確にするため、好適な実施例を挙げ、以下に図面と合わせ、本考案の構造と技術的特徴を説明する。
【０００９】
図１は、本考案の使用説明図である。本考案は、光ファイバーコネクタモジュール１中に応用され、光ファイバコネクタレンズ片２の光軸Ｚに沿って配列され、発光源３は、半導体レーザであり、波長1310nmのデジタル信号光線を射出する。
【００１０】
光ファイバーコネクタモジュール１は、表面ガラス４と開口絞り５を具え、該開口絞り５は、中間の絞りであり、それは、表面ガラス４と光ファイバコネクタレンズ片２の間に設置され（図１参照）、デジタル信号光線は、表面ガラス４と開口絞り５を経由した後、光ファイバコネクタレンズ片２によって焦点６上にフォーカスされ、光ファイバ（図示せず）により受信、伝送される。本考案の光ファイバコネクタレンズ片２は、半導体レーザ１の波長範囲を制約されず、または、発光源３から焦点６までの距離も格別制約はない。
【００１１】
図２は、本考案の構造説明図である。光ファイバコネクタレンズ片２は、両面凸型の非球面透過レンズであり、１つの非球面第１光学面R1と１つの非球面第２光学面R2を有し、屈折率（Nd）が1.5より大きく、アッベ数(νd)が46より大きなガラスまたはプラスチック材質を用いて形成される。その光学特性は以下の条件を満足する：
【数７】
0003143438.tif 000005
ここで、fは非球面光ファイバコネクタレンズ片の有効焦点距離であり，d2は、該レンズ片の厚さであり，Ndは、該レンズ片の屈折率であり，R1は該レンズ片第１光学面の曲率半径であり，R2は、該レンズ片の第２光学面の曲率半径である。
【００１２】
第１光学面R1と第２光学面R2の非球面の方程式（Aspherical Surface Formula）は、式(7)の通りである：
【数８】
0003143438.tif 000006
ここで、cは、曲率であり、hはレンズ片の高さであり、Kは、円錐係数（Conic Constant）であり、A4、A6、A8、A10、A12は、それぞれ４、６、８、１０、１２段階の非球面係数（Nth Order Aspherical Coefficient）である。
【００１３】
上記構成によって、焦点の位置決め精度を効果的に向上させることができ、高コネクタ効率、高数値の物体側の開口数(number aperture)等の光学特性を有することができ、簡易且つ低コストの効果を達成し、光ファイバコネクタレンズ片の応用性を向上させる。
【００１４】
以下にそれぞれ実施例を挙げて説明する。
なお、下記表１〜表６中の記号の定義は以下のとおりである：R（単位：mm）は、第１光学面R1と第２光学面R2の光学面が光軸上にある曲率半径（the radius of curvature）であり、d2（単位：mm）は、光軸上の光ファイバコネクタレンズ片2の厚さであり、fは、該レンズ片の有効焦点距離であり、d2は、該レンズ片の厚さであり、nFは屈折率(refraction index)であり、NAO は物体側の開口数(number aperture on objective side)であり、 NAIは像側の開口数(number aperture on image side)であり、ηは、コネクタ効率(Fiber Coupling Efficiency)である。
【００１５】
＜第１実施例＞
図２、図３は、それぞれ本考案の光ファイバコネクタレンズ片の第１実施例の構造説明図と波面収差(wave front aberration)図である。本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料で、屈折率Nd= 1.58313、アッベ数νd =59.4から形成される。
【００１６】
【表１】
0003143438.tif 000007
【００１７】
表１から以下のとおり計算することができる：
【数９】
0003143438.tif 000008
これらは、式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００１８】
更に、その効果を比較するため、発光源３の波長1310nmのレーザ光線を用いた。レーザ光線の波面は球面波であり、本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図３のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根(root mean square Wavefront Aberration)が0.0321λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを証明した。
【００１９】
＜第２実施例＞
本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料、屈折率Nd= 1.58313、アッベ数νd =59.4から形成された。
【００２０】
【表２】
0003143438.tif 000009
【００２１】
表２から以下のとおり計算できる：
【数１０】
0003143438.tif 000010
以上の結果から、式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００２２】
発光源３が波長1310nmのレーザ光線を用いた例。光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図４のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根が0.0225λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを実証した。
【００２３】
＜第３実施例＞
本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料、屈折率Nd= 1.51424、アッベ数νd =63.7から形成された。
【００２４】
【表３】
0003143438.tif 000011
【００２５】
表３から以下のとおり計算できる：
【数１１】
0003143438.tif 000012
以上の通り、式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００２６】
発光源３が波長1310nmのレーザ光線を用いた。光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図５のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根が0.0563λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを実証した。
【００２７】
＜第４実施例＞
本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料、屈折率Nd= 1.58313、アッベ数νd =59.4から形成される。
【００２８】
【表４】
0003143438.tif 000013
【００２９】
表４から以下のとおり計算できる：
【数１２】
0003143438.tif 000014
以上の結果から、式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００３０】
発光源３が波長1310nmのレーザ光線を用いた。光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図６のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根が0.0278λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを実証した。
【００３１】
＜第５実施例＞
本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料、屈折率Nd= 1.58313、アッベ数νd =59.4から形成される。
【００３２】
【表５】
0003143438.tif 000015
【００３３】
表５から以下のとおり計算できる：
【数１３】
0003143438.tif 000016
以上の結果から、式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００３４】
発光源３が波長1310nmのレーザ光線を用いた。光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図７のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根が0.0502λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを実証した。
【００３５】
＜第６実施例＞
本実施例の光ファイバコネクタレンズ片２は、ガラス材料、屈折率Nd= 1.73077、アッベ数νd =40.5から形成される。
【００３６】
【表６】
0003143438.tif 000017
【００３７】
表６から以下の通り計算できる：
【数１４】
0003143438.tif 000018
以上の結果から式(1)〜式(6)の条件を満足する。
【００３８】
発光源３が波長1310nmのレーザ光線を用いた。光ファイバコネクタレンズ片２の収集と焦点６上へのフォーカスを経て、その焦点６の波面は、図８のようであり、この図から本実施例の波面収差の二乗平均平方根が0.0502λrmsであることが計算でき、本考案の光ファイバコネクタレンズ片は、焦点が小さく、体積が小さく、コネクタ効率が高い利点を有し、本考案の応用性を向上させることができることを実証した。
【００３９】
なお、本考案では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本考案に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本考案の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】光ファイバーコネクタモジュールの説明図である。
【図２】本考案の光ファイバレンズ片の光路図である。
【図３】本考案の第１実施例の波面収差図である。
【図４】本考案の第２実施例の波面収差図である。
【図５】本考案の第３実施例の波面収差図である。
【図６】本考案の第４実施例の波面収差図である。
【図７】本考案の第５実施例の波面収差図である。
【図８】本考案の第６実施例の波面収差図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  光ファイバーコネクタモジュール(fiber coupling unit)
２  光ファイバコネクタレンズ片(fiber coupling lens)
３  発光源(emission point)
４  表面ガラス(cover glass)
５  開口絞り(aperture)
６  焦点(point of focus)
【図１】
0003143438.tif 000023
【図２】
0003143438.tif 000024
【図３】
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【図４】
0003143438.tif 000026
【図５】
0003143438.tif 000027
【図６】
0003143438.tif 000028
【図７】
0003143438.tif 000029
【図８】
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