(57)【要約】【課題】本発明は、光通信システムに用いられる鏡筒と対物レンズを一体化した鏡筒一体型レンズに関し、光通信システムの大容量高速通信化に適応した生産性の良い鏡筒一体型レンズを提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、鏡筒１に有限系の対物レンズ２を一体化した鏡筒一体型レンズ３において、対物レンズ２の開口数ＮＡ１を０．７５≦ＮＡ１≦０．８５、拡大倍率Ｍを４≦Ｍ≦６、曲率半径ｒ１，ｒ２の比を０．９２≦｜ｒ１／ｒ２｜＜１．０、焦点距離ｆと軸上厚みｄの比ｆ／ｄを０．５０≦ｆ／ｄ≦０．５８としたのである。【選択図】図１
2012220703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出力された発散光束を光ファイバに集光させる光通信用の鏡筒一体型レンズであって、前記鏡筒一体型レンズは、鏡筒とこの鏡筒の内周部分で硝材をプレス成形して一体化された有限系の対物レンズからなり、以下の条件を満たすことを特徴とした鏡筒一体型レンズ。
０．７５≦ＮＡ１≦０．８５
４≦Ｍ≦６
０．９２≦｜ｒ１／ｒ２｜＜１．０
０．５０≦ｆ／ｄ≦０．５８
ただし、ＮＡ１は対物レンズのレーザ光源側の開口数、Ｍは拡大倍率、ｒ１はレーザ光源側の曲率半径、ｒ２は光ファイバ側の曲率半径、ｆは対物レンズの焦点距離、ｄは対物レンズの軸上厚みとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる有限系の鏡筒一体型レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光通信システムにおけるレーザ光源から射出された発散光束を光ファイバに集光させる光学系は、図１に示すように、筒状の鏡筒１の内周部分に対物レンズ２を一体化した構造（以下、鏡筒一体型レンズと称す）が知られている。
【０００３】
そして、昨今、光通信システムの大容量高速通信化が進められる中、鏡筒一体型レンズ３による結合効率の最大化を目的とした対物レンズ２の高ＮＡ化が進められている。
【０００４】
具体的には、対物レンズ２としては当初ＮＡが０．２程度のボールレンズを使用していたが、対物レンズ２のレーザ光源４側の開口数ＮＡを大きくして対物レンズ２とレーザ光源４の間隔を小さくしてレーザ光源４から射出された発散光を効率よく対物レンズ２に入射することで結合効率を高める手法が検討されている。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、鏡筒一体型レンズ３は、図２に示すように、鏡筒１の内周部分に硝材５を配置し成形金型６でプレス成形することで鏡筒１の内周部分に対物レンズ２を圧接一体化する構造であるため、対物レンズ２の形状に対する制約条件が鏡筒１を一体化しないものに比べ厳しくなる。
【０００８】
すなわち、鏡筒１の内周部分で硝材５をプレス成形する場合、プレス成形により変形した硝材５の外周端が鏡筒１の内周面を圧接し一体化する構造となり、この鏡筒１の内部における対物レンズ２を挟んだ光ファイバ７側とレーザ光源４側との気密性を確保するため、鏡筒１と対物レンズ２の当接部分の厚みｔ（以後、コバ厚みと称す）を確保する必要がある。
【０００９】
また、鏡筒１の内周部分で硝材５をプレス成形するため硝材径Ｄが鏡筒１の内径Ｗ（対物レンズ２の外径に等しい）により制約される。また、対物レンズ２を高ＮＡ化する場合には、光ファイバ７側あるいはレーザ光源４側のレンズ面の曲率半径ｒ１，ｒ２の少なくとも一方を小さくする必要がある。
【００１０】
しかしながら、対物レンズ２における曲率半径ｒ１，ｒ２が高ＮＡ化により小さくなる方向であるのに対して、対物レンズ２において鏡筒１との当接面積を大きくするにはコバ厚みｔを大きくする必要があり硝材５の体積を大きくする必要があり、これは硝材径Ｄを大きくする方向となる。
【００１１】
そして、高ＮＡな対物レンズ２をプレス成形する成形金型６の成形面の曲率半径（対物レンズの曲率半径ｒ１，ｒ２と同等）に対して硝材半径（硝材径Ｄ／２）が大きくなりすぎると、成形金型６と硝材５の間の空隙８が大きくなってしまいプレス成形におけるエアー溜まりの原因となってしまうことから、鏡筒１内でのプレス成形が非常に困難なものとなってしまう。なお、対物レンズ２においてコバ厚みｔを大きくするにしても鏡筒１の内径Ｗにより硝材径Ｄが制約される。
【００１２】
さらに、このような有限系の対物レンズ２を単玉で実現する場合、レーザ光源４が有する非点隔差や、レーザ光源４と光ファイバ７の物像間距離、レーザ光源４に対する作動距離ＷＤなどからレンズ設計に対する制約が厳しくなる。
【００１３】
そこで、本発明はこのような問題を解決し光通信システムの大容量高速通信化に適応する生産性が高い有限系の鏡筒一体型レンズ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】
【００１４】
そして、この目的を達成するために本発明は、有限系の対物レンズを一体化した鏡筒一体型レンズにおいて、対物レンズは、レーザ光源側の開口数ＮＡ１を０．７５≦ＮＡ１≦０．８５、レーザ光源側の開口数ＮＡ１と光ファイバ側の開口数ＮＡ２との比（以下、拡大倍率と称する）Ｍを４≦Ｍ≦６、対物レンズのレーザ光源側の曲率半径ｒ１と光ファイバ側の曲率半径ｒ２の比を０．９２≦｜ｒ１／ｒ２｜＜１．０、対物レンズの焦点距離ｆと軸上厚みｄの比ｆ／ｄを０．５０≦ｆ／ｄ≦０．５８としたのである。
【発明の効果】
【００１５】
この構造により本発明は、生産性が高い有限系の鏡筒一体型レンズを提供することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光通信システムの光学系を示す断面図
【図２】同光学系を構成する鏡筒一体型レンズの成形方法を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態における有限系の鏡筒一体型レンズについて図を用いて説明する。
【００１８】
図１は光通信システムの光学系を示した断面図であり、半導体チップを有するレーザ光源４と、このレーザ光源４から射出された発散光束を光ファイバ７に集光させる鏡筒一体型レンズ３から構成されている。
【００１９】
鏡筒一体型レンズ３は、ステンレスからなる筒状の鏡筒１の内周部分に対物レンズ２を一体化したもので、鏡筒１の一端面がレーザ光源４に取り付ける基準面となっている。また、鏡筒一体型レンズ３は、図２に示すように、筒状の鏡筒１の内周部分に球状の硝材５を配置し硝材５の温度を熱転移点以上のプレス成形可能な温度に昇温させ成形金型６でプレス成形する。そして、プレス変形により鏡筒１の内周部分に広がった硝材５が鏡筒１の内周側面を圧接することで一体化される構造となっている。
【００２０】
また、このような鏡筒一体型レンズ３で光通信システムの大容量高速通信に対応するために対物レンズ２におけるレーザ光源４側の開口数ＮＡ１が０．７５以上であることが必要である。ただし開口数ＮＡ１が０．８５を越えると対物レンズ２のレーザ光源４側の曲率半径ｒ１や光ファイバ７側の曲率半径ｒ２が小さくなり過ぎて成形金型６の加工が困難となることから好ましくない。
【００２１】
また、有限系の対物レンズ２における拡大倍率Ｍは、光ファイバ７の入射条件として光ファイバ７側の開口数ＮＡ２が０．１５〜０．２であることが好ましく、レーザ光源４側の開口数ＮＡ１が０．７５以上であることから４倍以上に設定する必要がある。ただし、拡大倍率が６倍を越えてしまうとレーザ光源４のもつ非点隔差の結合効率に与える影響が顕著となることから好ましくない。
【００２２】
また、鏡筒１の内部で硝材５をプレス成形する鏡筒一体型レンズ３においては対物レンズ２と鏡筒１の当接部分つまりコバ厚みｔを確保することが重要であり、焦点距離ｆと対物レンズ２の軸上厚みｄの比ｆ／ｄが０．５以下であればコバ厚みｔを確保した状態で焦点距離ｆが小さくなるため作動距離ＷＤの確保が困難となり、ｆ／ｄが０．５８以上であればレーザ光源４と光ファイバ７の物像間距離が大きくなり光学系全体が大型化してしまう。
【００２３】
また、対物レンズ２におけるレーザ光源４側の曲率半径ｒ１と光ファイバ７側の曲率半径ｒ２との比を０．９２≦｜ｒ１／ｒ２｜＜１とすることが好ましく、｜ｒ１／ｒ２｜が０．９２未満であると軸外収差が悪くなり、１以上であると軸外収差が悪くなるとともに開口数ＮＡ１も小さくなるため好ましくない。
【００２４】
つまり、光通信システムの大容量高速通信化に対応する有限系の鏡筒一体型レンズ３においては、レーザ光源４側の開口数ＮＡ１を０．７５≦ＮＡ１≦０．８５、拡大倍率Ｍを４≦Ｍ≦６、焦点距離ｆと軸上厚みｄの比を０．５０≦ｆ／ｄ≦０．５８、対物レンズ２のレーザ光源４側の曲率半径ｒ１と光ファイバ７側の曲率半径ｒ２の比を０．９２≦｜ｒ１／ｒ２｜＜１とすることで生産性を高められるのである。
【００２５】
（実施例）
次に、本発明の大容量高速通信化対応可能な鏡筒一体型レンズ３の具体例として、対物レンズ２がレーザ光源４から射出された発散光を光ファイバ７に集光させる有限系の設計例を実施例１〜３を挙げるとともに、この比較対象として比較例１，２を挙げて説明する。
【００２６】
まず、各実施例及び比較例の主要値を（表１）に示す。
【００２７】
【表１】
2012220703.tif 000003
【００２８】
（表１）において、ＮＡ１はレーザ光源４側の開口数、ＮＡ２は光ファイバ７側の開口数、Ｍは拡大倍率、ｒ１はレーザ光源４側の曲率半径、ｒ２は光ファイバ７側の曲率半径、ｆは焦点距離、ＷＤは作動距離を示している。
【００２９】
また、対物レンズ２における非球面形状は、（数１）で与えられる。
【００３０】
【数１】
2012220703.tif 000004
【００３１】
但し、Ｘ（ｈ）は光軸からの高さｈにおける非球面上の点から非球面頂点の接平面までの距離、ｈは光軸からの高さ、Ｃｊは対物レンズ２の第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／ｒｊ）、Ｋｊは対物レンズ２の第ｊ面の円錐定数、Ａｊ，ｎは対物レンズ２の第ｊ面のｎ次の非球面係数とする。
【００３２】
次に、各対物レンズ２の非球面データを（表２）に示す。
【００３３】
【表２】
2012220703.tif 000005
【００３４】
（表１）に示したように、実施例１及び比較例１，２の鏡筒一体型レンズ３は、拡大倍率Ｍを５．８近傍としてレンズ設計を行った結果、作動距離ＷＤや軸上収差において差はみられなかったものの、レーザ光源４側の曲率半径ｒ１と光ファイバ７側の曲率半径ｒ２の比｜ｒ１／ｒ２｜が０．９６２と０．９２〜１の範囲内となった実施例１の対物レンズ２では軸外収差が０．０１７と良好であるのに対して、｜ｒ１／ｒ２｜が１．０５２と上限を超えた値となった比較例１の対物レンズ２では軸外収差が０．０２７２で、｜ｒ１／ｒ２｜が０．９１４と下限を下回った値となった比較例２の対物レンズ２では軸外収差が０．０２２６と共に実使用上で問題が生じる値となった。
【００３５】
また、実施例２は拡大倍率を５とし、実施例３は拡大倍率を４として、ＮＡ、ｆ／ｄ、｜ｒ１／ｒ２｜を許容範囲内で振った設計例を示したもので、いずれの設計例においても良好な結果を得ることが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、鏡筒一体型レンズの生産性を高められるという効果を有し、特に大容量高速通信に適応した光通信システムに用いる有限系の高ＮＡの鏡筒一体型レンズにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００３７】
１  鏡筒
２  対物レンズ
３  鏡筒一体型レンズ
４  レーザ光源
５  硝材
７  光ファイバ
【図１】
2012220703.tif 000006
【図２】
2012220703.tif 000007