JP2016102810A

JP2016102810A - 結合光学系

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Publication number: JP2016102810A
Application number: JP2013045148A
Authority: JP
Inventors: 高橋　浩一; Koichi Takahashi; 浩一高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-06-02
Also published as: WO2014136287A1; US20150378104A1

Abstract

【課題】反射面を用いることで複数の光束にも対応可能な結合光学系を提供する。【解決手段】第１光学素子２から出射された光束を第２光学素子３に入射させる結合光学系１において、少なくとも２面の反射面１１、１２を有し、少なくとも１つの反射面は、非回転対称な形状を有する反射面を有し、かつ、少なくとも２つの反射面１１、１２はそれぞれ、第１光学素子２の中心と第２光学素子３の中心を結ぶ軸上主光線に対して偏心して配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、第１光学素子と第２光学素子とを光学的に結合する結合光学系に関する。

従来、マルチコアファイバと複数のシングルコアファイバを結合する光学装置が知られている。例えば、特許文献１には、マルチコアファイバから出射される複数のビームの光軸上に位置し、各ビームの光軸を、互いに平行と異ならせることにより、互いに離間した状態とする第１の光学系Ｓ１と、第１の光学系Ｓ１側において互いに平行と異なる状態である複数のビームの光軸を互いに略平行な状態とする第２の光学系Ｓ２とを備える光学装置が開示されている。

さらに、特許文献２では、マルチコアファイバを分岐するために、複数のコア領域を有するマルチコアファイバと、２本のシングルコアファイバとの間にレンズを介在させた装置が開示されている。この装置におけるレンズは、マルチコアファイバから射出された複数のビームを、互いに離間するように、マルチコアファイバの光軸に対して傾斜する方向に偏向させる。

特許文献３には、マルチモードファイバとシングルモードファイバの開口数を変換する光学系を設けた光ファイバ結合器が開示されている。

特開２０１３−２０２２７号公報特開６０−２１２７１０号公報特開平１１−２６４９１８号公報

特許文献１では、第１光学系と第２光学系によって、両側テレセントリック光学系とすることの開示のみであり、具体的なテレセントリック光学系の構成についての技術開示はない。つまり既存のテレセントリック光学系を利用すれば実現できることである。さらに、第１と第２の光学系のみではそれぞれの光学素子の開口数をカバーできないため、第２の光学系Ｓ２には、各シングルモードファイバに対して１つのコリメータＬ３を必要としている。したがって、多数の光路を扱う場合には、その数に応じたコリメータＬ３が必要となり、装置全体が大型で高コストになる。また、各コリメータＬ３、１つ１つに対して精度の高い位置合わせが必要となる。

特許文献２に開示されるマルチコアファイバ分岐装置では、レンズによってマルチコアファイバのビームが傾斜されるため、その傾斜に合わせるように、シングルコアファイバを傾斜させて配置する必要があった。この場合、マルチコアファイバとシングルコアファイバとの角度調整及び位置合わせが非常に手間がかかり、実用性に困難を伴うものとなっている。

特許文献３では、マルチモードファイバとシングルモードファイバの開口数を変換する光学系を設けていることを特徴としているが、複数のファイバを同時に結合することは困難である。

また、特許文献１〜３では、レンズなどの光学素子を用いたものとなっている。そのため空気以外の媒質中を通過させる必要があり、光学素子を通過する際の分散、色収差の発生、結合効率の低下といった問題がある。

本発明の課題は、結合光学系において、上述する分散、色収差の発生、結合効率の低下を解消することを第１の目的とするものである。また、小型軽量、低コストで光ファイバ等の光学素子同士の結合が可能とすること、広い波長範囲の電磁波への対応、第１光学素子と第２光学素子間において複数の光束を結合可能とすることを更なる目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明に係る結合光学系は、
第１光学素子から出射された光束を第２光学素子に入射させる結合光学系において、
少なくとも２面の反射面を有し、
少なくとも１面は、非回転対称な形状を有する反射面を有し、かつ、前記少なくとも２面の反射面はそれぞれ、前記第１光学素子の中心と前記第２光学素子の中心を結ぶ軸上主光線に対して偏心して配置されることを特徴とするものである。

本発明の結合光学系によれば、第１光学素子から射出された光線は、反射面だけの光学作用により第２光学素子に結像することとなる。この光線の光路は空気以外の媒質中を通過しないため、結合光学系では分散は生じず、色収差が発生することはない。さらに、媒質を通過する際、発生する結合効率の低下を抑制することを可能としている。

本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例１）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例２）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例３）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例４）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例５）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例６）の構成を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例５）について、光学面を光学ユニットで構成した形態を示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例１）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例２）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例３）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例４）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例５）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図本発明の実施形態に係る結合光学系（実施例６）の第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示す図

本発明に係る結合光学系は、その基本構成として以下の構成を採用するものである。
第１光学素子から出射された光束を第２光学素子に入射させる結合光学系において、
少なくとも２面の反射面を有し、
少なくとも１面は、非回転対称な形状を有する反射面を有し、かつ、前記少なくとも２面の反射面はそれぞれ、前記第１光学素子の中心と前記第２光学素子の中心を結ぶ軸上主光線に対して偏心して配置されることを特徴とする。

このような構成の結合光学系を採用することで、第１光学素子から射出された光線は、反射面だけの光学作用により第２光学素子に結像することとなる。この光線の光路は空気以外の媒質中を通過しないため、結合光学系では分散は生じず、色収差が発生することはない。

したがって、少なくとも２枚の反射面の反射率がある帯域の光を含む電磁波は全て結像することが可能となる。例えば、反射面として、ガラスに金をコーティングした表面反射ミラーとした場合には、波長が約４００ｎｍより長い波長側に高い反射率を有するため、可視光、赤外光、テラヘルツ波、マイクロ波等の電波領域の電磁波まで結像することが可能である。また、光通信で用いる場合には、波長多重技術によって複数の波長の光を用いる場合においても、全波長において、同様の性能を発揮することができる。

さらに本発明に係る結合光学系は、以下の構成を採用するものである。
前記第１光学素子は、複数の光束を出射し、前記結合光学系は、前記第１光学素子から出射された複数の光束それぞれを、一括して収斂光とさせ、前記第２光学素子に入射させることを特徴とする。

本発明に係る結像光学系は、反射面によって構成されたものとなっている。したがって、第１光学素子、第２光学素子間において複数の光束を結合する場合には、従来の結合光学系のように各光束毎にレンズ等の光学素子を設ける必要が無く、光学素子の数を扱う光束の数に対して抑えることが可能となる。また、反射面の位置合わせにて結像光学系を構成することが可能となる。以上のことから、結像光学系について大幅な小型軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。

前記結合光学系は、前記第１光学素子側、前記第２光学素子側の少なくとも一方においてテレセントリックであることが望ましい。

ここで、テレセントリックの定義について明らかにしておく。テレセントリックとは、物体側テレセントリックと像側テレセントリックと両側テレセントリックがある。本発明では物体側とは第１光学素子側、像側とは第２光学素子側と同義である。物体側テレセントリックの場合、入射瞳が無限遠にあるため、一般には射出される複数の光束（軸外光線）の全ての主光線が軸上主光線と平行となる。一方、像側テレセントリックの場合は射出瞳が無限遠であるため、同様に入射する複数の光束の全ての主光線が軸上主光線と平行となる。しかしながら、軸外主光線と軸上主光線が平行であることを判断することは難しい。そこで、本発明の説明においては、テレセントリックの定義は、軸外光線の主光線傾角が２度以下の場合をテレセントリックと呼ぶこととする。

第１光学素子、第２光学素子は、光ビームを射出、入射するものを想定している。例えば、光ファイバ、レーザダイオードなどの光源、フォトディテクタなどの受光素子などである。したがって、複数の素子を並べて使う場合、あるいは、複数のコアがあるマルチコアファイバを用いる場合には、それらは平行に並んでいることが一般的である。その場合には、光を取り込む第１光学素子側でも、光を受け取る第２光学素子側でも、いずれか一方はテレセントリックであることが望ましい。テレセントリックであることで、複数の光学素子に対して略垂直な主光線となるため、高い結合効率が期待できる。

前記結合光学系は、前記第１光学素子側は非テレセントリックであり、前記第２光学素
子側は略テレセントリックであることが望ましい。

第２光学素子が複数の入出力端子を有する場合、例えば、複数の光ファイバの束、或いは複数のコアを有するマルチコアファイバ等の場合には、複数の光ファイバは平行な状態である方が取り扱いが単純であり、また、通常のマルチコアファイバのコアはそれぞれが平行な状態である。したがって、複数の光束を同時に結合光学系に効率よく入射するためには、第２光学素子側においてテレセントリックであることが望ましい。一方、第１光学素子側の光束に対して、非テレセントリックとすることで、開口絞りを結合光学系の中間位置付近に設定することが容易となり、第１光学素子から射出する主光線傾角と第２光学素子に入射する主光線傾角のバランスがよくなり、さらに総合的に光学性能を向上させることが可能となる。

前記結合光学系は、第１光学素子と第２光学素子の両側テレセントリックであることが望ましい。

上述したように、第１、第２光学素子は、光ビームを射出、入射するものであり、さらに複数の素子を並べて使う場合、あるいは、複数のコアがあるマルチコアファイバを用いる場合には、それらは平行に並んでいることが一般的である。その場合には、光を取り込む第１光学素子側でも、光を受け取る第２光学素子側でも、どちらもテレセントリックであることが高い結合効率を得るためには望ましい。しかしながら、両側テレセントリックであり、かつ高い光学性能を有するためには、高い収差補正が必要になり、複雑な光学系の構成となる場合が多い。本発明においても、実施例３のように両側テレセントリック光学系を実現するには、４面の反射面を利用している。

前記結合光学系において、第２光学素子に入射する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＡＸ（Telecentric Angle of eXit）とするとき、下記の条件式（
１）を満たすことが望ましい。
ＴＡＸ ≦ ５° ・・・（１）

第２光学素子が複数の入出力端子を有する場合、例えば、複数の光ファイバの束、或いは複数のコアを有するマルチコアファイバ等の場合には、複数の光ファイバは平行な状態である方が取り扱いが単純であり、また、通常のマルチコアファイバのコアはそれぞれが平行な状態である。したがって、複数の光束を同時に結合光学系に効率よく入射するためには、第２光学素子側において軸外光束の主光線は軸上主光線に対して角度がついていると、軸上の結合効率と軸外の結合効率に変化が生じることになる。

上限を超えて大きくなると、軸上光束と軸外光束の結合効率の変化が大きくなり、複数の光束の光強度に違いが生じることになり、特に軸外光束の強度が不足してしまう。

さらに、複数の入出力端子の結合効率の変化を抑えるには、下記の条件式（２）を満たすことが望ましい。
ＴＡＸ ≦ ３° ・・・（２）

前記結合光学系において、第１光学素子から射出する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＡＮ（Telecentric Angle of eNtrance）とするとき、下記の条
件式（３）を満たすことが望ましい。
ＴＡＮ ≦ ５° ・・・（３）

第１光学素子が複数の入出力端子を有する場合、例えば、複数の光ファイバの束、或いは複数のコアを有するマルチコアファイバ等の場合には、複数の光ファイバは平行な状態
である方が取り扱いが単純であり、また、通常のマルチコアファイバのコアはそれぞれが平行な状態である。したがって、複数の光束を同時に結合光学系に効率よく入射するためには、第１光学素子側において軸外光束の主光線は軸上主光線に対して角度がついていると、軸上の結合効率と軸外の結合効率に変化が生じることになる。

さらに、複数の入出力端子の結合効率の変化を抑えるには、下記の条件式（４）を満たすことが望ましい。
ＴＡＮ ≦ ３° ・・・（４）

前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面とするとき、前記結合光学系の開口絞り位置が第１反射面と第２反射面の間であることが望ましい。

第１反射面の役割は第１光学素子から射出した広がりを持った光束に正のパワーによりその広がりを小さくし、第２反射面ではその光束を第２光学素子に集光して結合するように収斂光とする。ここで、第１反射面と第２反射面の間に開口絞りを設けることにより擬似的に両側テレセントリック光学系のような構成になり、第１光学素子側と第２光学素子側のどちらの主光線傾角が小さい角度に抑えられる。

前記少なくとも２面の反射面はいずれも正のパワーを有することが望ましい。

上述したように、第１反射面の役割は第１光学素子から射出した広がりを持った光束に正のパワーによりその広がりを小さくし、第２反射面ではその光束を第２光学素子に集光して結合するように収斂光とするためには、２面の反射面はいずれも正のパワーが必要である。さらに、少なくとも２面の反射面は正のパワーを有することで、光学系全系のパワーを分散させることになり、各面で発生する光線収差を低減させることが可能となる。

前記結合光学系は少なくとも４面の反射面で構成されており、第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面とするとき、第２反射面と第３反射面の間に瞳が形成されていることを特徴とする。

第１反射面と第２反射面によって結合光学系の前群を構成し、前群の後側焦点位置近傍に瞳を形成し、さらに、第３反射面、第４反射面で構成される後群の前側焦点位置に瞳を一致させることによって結合光学系は、両側テレセントリックになる。（実施例３）

第１、第２光学素子はともに平行な複数の入出力である場合には、両側テレセントリックであることで、高い結合効率を達成することが可能となる。

前記結合光学系において、第１反射面の入射角をＡＯＩ（Angle Of Incident）とする
と、下記の条件式（５）を満たすことが望ましい。
ＡＯＩ ≦ ４５゜・・・（５）

第１反射面における反射角を規定するための条件であり、第１反射面で発生する偏心による収差の発生量を抑えるために必要な条件である。上限の４５゜を超えて大きくなると、第１反射面における反射角が大きくなり、第１反射面で発生する偏心収差が増大し、他の反射面で補正することが困難となる。

前記結合光学系において、前記第１反射面と、前記第２反射面は同一面内における偏心
量を有し、第１反射面と第２反射面のＹ−Ｚ面内でのなす角をＡＢＭ（Angle of Mirror
）とするとき、下記の条件式（６）を満たすことが望ましい。
−３０゜ ≦ ＡＢＭ ≦ ６０゜・・・（６）

ＡＢＭは第１反射面に対して第２反射面のなす角度をＣＣＷ（反時計回り）方向を正として定義している。第１反射面に対する第２反射面の向きを制限するものであり、第２反射面の反射方向を制限し、第２反射面における反射角が適正な角度で配備するための条件である。

下限の−３０゜を超えて小さくなると、第２反射面に入射する光線の入射角が大きくなり偏心収差が増大するとともに、第２反射面で反射後の光線の向きが第１光学素子から射出した主光線から離れてしまうため、装置が大型化する。上限の６０゜を超えて大きくなると、第２反射面における反射角が大きくなり、第２反射面が大面積になり、結局装置自体が大型化する。

前記反射面は、少なくとも４面を有し、前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面とするとき、前記第２反射面と前記第３反射面の間に中間像が形成されていることが、より大きな倍率で結合する場合に有効である。

第１反射面と第２反射面によって、第１光学素子から射出した光線の像（中間像）を形成し、第３反射面と第４反射面によって、中間像を第２光学素子にリレーする構成である（実施例４、５）。このような構成にすることによって、２回結像することになるため倍率の設定が容易となり、大きな倍率にすることも可能である。
また、第１、２反射面の合成焦点距離、第３、４反射面の合成焦点距離はいずれも短くすることができるため、各光学面のパワーを大きくすることができる。したがって、大きな開口数の場合にも有効である。

以下、本発明の結合光学系の実施例１〜６について説明する。なお、各実施例の構成パラメータ（数値実施例）は後に示す。

（実施例１）
まず、実施例１〜実施例６で用いる座標系及び偏心面、自由曲面について説明しておく。各実施例において、図１に示すように、軸上主光線は、第１光学素子２内の単位光学素子としてのシングルコアファイバ２ｂの中心を出て、各反射面で反射された後、第２光学素子３（マルチコアファイバ）中心に到る光線で定義する。そして、第１光学素子２内の中心に位置するシングルコアファイバ２ｂの中心を原点として、その軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。

図１には、本実施形態に係る結合光学系（実施例１）についてその構成が示されている。本実施形態の結合光学系１は、シングルファイバ６本（Ｙ−Ｚ断面図である図１では２ａ〜２ｃの３本だけが表示されている。以下すべての実施例においても同様である。）を束ねることで構成された第１光学素子２から射出される互いに平行な光軸を有する光束を、複数のコアを備えるマルチコアファイバ３（第２光学素子３）へ入射させることとしている。マルチコアファイバ３側では、シングルファイバ２ａ〜２ｃから射出された光束が複数のコア毎に入射される。すなわち、第２光学素子３では、第１光学素子２から出射された複数の光束が互いに分離した状態で第２光学素子３に入射されることとなる。

第１光学素子２側ではテレセントリック光学系であるが、絞り位置が第２反射面１２と
第２光学素子３の間に位置しているために、第２光学素子３側での主光線傾角は比較的大きな値を示している。

シングルコアファイバ２ａ〜２ｃ、マルチコアファイバ３の配置は、入射と出射を逆に配置することも可能である。また、互いに平行な光軸を有する光を射出する第１光学素子２には、複数のレーザダイオード（ＬＤ）がアレイ上に配列されたものなどの各種形態を採用することが考えられる。

この実施例１の結合光学系１は、２つの反射面１１、１２にて構成されている。各シングルコアファイバ２ａ〜２ｃのコアから射出された光束は、第１反射面１１にて反射され、その後第２反射面１２にて反射され、第２光学素子３に結像する。

第１光学素子２である複数のシングルコアファイバ２ａ〜２ｃから射出した光束は、軸上主光線に対して偏心して配置されている第１反射面１１によって反射される。次に、同様に軸上主光線に対して偏心した第２反射面１２により反射され、第２光学素子３としてのマルチコアファイバ３の各コア位置に結像する。このような構成によりシングルコアファイバ２ａ〜２ｃから射出された各光束は、マルチコアファイバ３の各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。

少なくとも２枚の反射面である第１反射面１１、第２反射面１２のどちらか一方の面形状は、非回転対称な曲面を有することが第１反射面１１、第２反射面１２が軸上主光線に対して偏心していることで発生する偏心収差を補正するために有効に作用する。

偏心収差は、共軸光学系で発生するザイデル収差とは異なる複雑な収差である。このような光軸に対して非対称な収差を補正するためには、球面などの回転軸を持つ面では収差補正を行うのは困難である。したがって、第１反射面１１、第２反射面１２どちらか一方の形状は、非回転対称な曲面とすることが収差補正上好ましい。さらに、第１反射面１１と第２反射面１２は正のパワーを有することで、光学系全系のパワーを分散させることになり、各面で発生する収差を低減させることが可能となる。

（実施例２）
図２には、本実施形態に係る結合光学系（実施例２）についてその構成が示されている。光束を射出する第１光学素子２にシングルコアファイバ２ａ〜２ｃを、第２光学素子３にマルチコアファイバ３を使用する点については、実施例１と同様である。

この実施例２の結合光学系１は、２つの反射面１１、１２にて構成されている。各シングルコアファイバ２ａ〜２ｃのコアから射出された光束は、第１反射面１１にて反射され、その後第２反射面１２にて反射され、マルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置にマルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置に結像する。このような結合光学系１の構成によりシングルコアファイバ２ａ〜２ｃから射出された各光束は、マルチコアファイバ３の各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。
また、開口絞り位置Ｓは第１反射面１１と第２反射面１２の間に設けているため、第１光学素子２側で非テレセントリック光学系であるが、開口絞り位置Ｓを結合光学系の中心付近としているために、第１光学素子２側と第２光学素子３側のそれぞれでの主光線傾角は比較的小さな値を示している。

さらに、この実施例２では、実施例１では第１光学素子２による出射方向と、第２光学素子２における入射方向が傾斜しているのに対し、略直線状となっている点で異なっている。このような実施例２の配置によれば、出射に使用するシングルコアファイバ２ａ〜２
ｃと、入射に使用するマルチコアファイバ３の関係を略直線状に保つことが可能となる。また、スケールをみても分かるように、結合光学系１の大きさは数ミリメートル程度と極めて小さいものであるため、シングルコアファイバ２ａ〜２ｃとマルチコアファイバ３間に結合光学系１を設置した場合においても、略直線状のファイバとして取り扱うことが可能となり、簡易な取り扱いが可能となっている。

（実施例３）
図３には、本実施形態に係る結合光学系（実施例３）についてその構成が示されている。実施例３の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４を使用した点において、前述の実施例と異なっている。光束を射出する第１光学素子２にシングルコアファイバ２ａ〜２ｃを、第２光学素子３にマルチコアファイバ３を使用する点については、前述の実施例と同様である。

この実施例３の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４にて構成されている。各シングルコアファイバ２ａ〜２ｃのコアから射出された各光束は、第１反射面１１、第２反射面１２、第３反射面１３、第４反射面１４にて順次反射され、マルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置に結像する。このような結合光学系１の構成によりシングルコアファイバ２ａ〜２ｃから射出された各光束は、マルチコアファイバ３の各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。

この実施例３では、第２反射面１２と第３反射面１３との間に瞳が形成されていることを特徴としている。第１反射面１１と第２反射面１２によって結合光学系１の前群を構成し、前群の後側焦点位置近傍に瞳を形成し、さらに、第３反射面１３、第４反射面１４で構成される後群の前側焦点位置に瞳を一致させることとしている。このような結合光学系１では、第１光学素子２と第２光学素子３の両方においてテレセントリックになる。

第２光学素子３において複数の光束を入出力させる場合、例えば、本明細書で扱う実施例のように複数のコアを有するマルチコアファイバ、或いは、複数のシングルコアファイバの束等の場合には、複数のファイバは平行な状態とした方が取り扱いが容易である。通常のマルチコアファイバのコアはそれぞれが平行な状態であるため、そこから射出する光束の光軸（主光線）は平行になっている。したがって、第１光学素子２から射出する複数の光束を同時に結合光学系内に効率よく取り込む、すなわち、結合効率の向上を図るためには、第２光学素子３側においてテレセントリックであることが望ましい。

さらに第１光学素子２と第２光学素子３において双方向で通信を行う場合などの形態では、第２光学素子３が出射側に、第１光学素子２が入射側となる。このような場合、上述した理由と同様の理由によって第１光学素子２側においてもテレセントリックとすることが好ましい

（実施例４）
図４には、本実施形態に係る結合光学系（実施例４）についてその構成が示されている。実施例４の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４を使用した点においては実施例３と同様である。光束を射出する第１光学素子２にシングルコアファイバ２ａ〜２ｃを、第２光学素子３にマルチコアファイバ３を使用する点については、前述の実施例と同様である。

この実施例４の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４にて構成されている。各シングルコアファイバ２ａ〜２ｃのコアから射出された各光束は、第１反射面１１、第２反射面１２、第３反射面１３、第４反射面１４にて順次反射され、マルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置に結像する。このような結合光学系１の構成によりシングル
コアファイバ２ａ〜２ｃから射出された各光束は、マルチコアファイバ３の各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。

この実施例４では、第１光学系側、第２光学素子側ともにテレセントリックになっており、第２反射面１２と第３反射面１３との間で中間像が形成されている。その中間像を第２光学素子に結像するような構成をとる。したがって、２回結像することから、倍率を制御することが容易となる。

また、実施例４の結合光学系では、第１光学素子２のシングルコアファイバの開口数が大きい場合を想定している。この場合には、例えば第１光学素子がマルチモードファイバなどの開口数の大きなファイバと第２光学素子がマルチコアファイバなどの場合の結合に有効である。

（実施例５）
図５には、本実施形態に係る結合光学系（実施例５）についてその構成が示されている。実施例５の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４を使用した点においては実施例３、４と同様である。光束を射出する第１光学素子２にマルチコアファイバを、第２光学素子３にシングルコアファイバを使用する点については、実施例４と逆である。

この実施例５の結合光学系１は、４つの反射面１１〜１４にて構成されている。マルチコアファイバのコアから射出された各光束は、第１反射面１１、第２反射面１２、第３反射面１３、第４反射面１４にて順次反射され、シングルコアファイバ２ａ〜２ｃ（第２光学素子３）の各コア位置に結像する。このような結合光学系１の構成によりマルチコアファイバ３から射出された各光束は、シングルコアファイバ２ａ〜２ｃの各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。

第４実施例と同様に第１光学系側、第２光学素子側ともにテレセントリックになっており、第２反射面１２と第３反射面１３との間で中間像が形成されている。その中間像を第２光学素子３に結像するような構成をとる。したがって、２回結像することから、倍率を制御することが容易となる。この実施例５では、第４反射面１４から第２光学素子３までの距離を長くとることで、第２光学素子３に入射する軸外光束の主光線の傾きを抑えることで、結合効率の向上が図られている。

また、実施例５の結合光学系１では、第１光学素子２のマルチコアファイバも第２光学素子３のシングルコアファイバ２ａ〜２ｃの開口数も大きい場合を想定している。この場合には、例えば第１光学素子２が大きな開口数を有するマルチコアファイバなどであり、第２光学素子３がマルチモードファイバなどである場合の結合に有効である。

（実施例６）
図６には、本実施形態に係る結合光学系（実施例６）についてその構成が示されている。光束を射出する第１光学素子２にシングルコアファイバ２ａ〜２ｃを、第２光学素子３にマルチコアファイバ３を使用する点については、実施例１から４と同様である。

この実施例６の結合光学系１は、２つの反射面１１、１２にて構成されている。各シングルコアファイバ２ａ〜２ｃのコアから射出された光束は、第１反射面１１にて反射され、その後第２反射面１２にて反射され、マルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置にマルチコアファイバ３（第２光学素子３）の各コア位置に結像する。このような結合光学系１の構成によりシングルコアファイバ２ａ〜２ｃから射出された各光束は、マルチコアファイバ３の各コアへと入射され、第１光学素子２と第２光学素子３間で光学的な結合が実現される。

第１光学素子２側では非テレセントリック光学系の設定としており、開口絞り位置Ｓを第１光学素子２と第１反射面１１の中心付近としているために、第１光学素子２側と第２光学素子３側のそれぞれでの主光線傾角は比較的大きな値を示している。

さらに、この実施例６では、実施例２と同様に、第１光学素子２と第２光学素子３が略直線状となっている点で異なっている。このような実施例６の配置によれば、出射に使用するシングルコアファイバ２ａ〜２ｃと、入射に使用するマルチコアファイバ３の関係を略直線状に保つことが可能となる。また、スケールをみても分かるように、結合光学系１の大きさは数ミリメートル程度と極めて小さいものであるため、シングルコアファイバ２ａ〜２ｃとマルチコアファイバ３間に結合光学系１を設置した場合においても、略直線状のファイバとして取り扱うことが可能となり、簡易な取り扱いが可能となっている。

以上、実施例１から実施例６について、その構成を説明したが、表１に各実施例について、第１光学素子側、第２光学素子側でのテレセントリック状態について示しておく。

以上、実施例１〜６についてその構成を説明したが、各実施例において以下の構成を採用することで以下に説明する利点を有することが可能となる。

さらに、このような結合光学系１において、反射面のいずれか１つの媒質はプラスチックであることが好ましい。

反射面がプラスチックで作られていると、金型による射出成形で製造することが可能であり、製造コストが安価にすることが可能となる。

さらに、このような結合光学系１において、反射面のいずれか１つの媒質はガラスであることが好ましい。

反射面がプラスチックで作られていると、金型による射出成形で製造することが可能であり、製造コストが安価にすることが可能となる。さらに、温度等の耐性に優れた性能を持たせることが可能となる。

さらに、このような結合光学系１において、何れか１つの反射面は金属をコーティングされていることが好ましい。

金属は広い波長範囲で高い反射率を有するため、広帯域の光、電磁波を用いる場合に有効である。特に、金は、波長４００ｎｍ以上の可視光、赤外光などの長波長の光、電磁波に対して高い反射率を有するため有効である。

さらに、このような結合光学系１において、何れか１つの反射面は誘電体多層膜をコーティングされていることが好ましい。

誘電体多層膜は誘電体薄膜を積層することで、任意の波長帯で高い反射率を有することができるため、所望の帯域で撮像を行う場合に有効である。特に、狭帯域での使用において有効である。

さらに、このような結合光学系１において、少なくとも２面の反射面の裏面にて一体化されていることが好ましい。図７には、図５で説明した実施例５の構成において、第１反射面１１と第２反射面１２を裏面にて一体化し、光学ユニット１Ａを形成した形態が示されている。

このように複数の反射面がある角度を持って隣接した形態などでは、複数の反射面をその裏面にて一体化させることが可能である。このように、複数の反射面を１個の光学素子とすることでメリットが生じる。第１に、複数の反射面が１つの素子の中にあるため、各反射面の相対的な位置が予め決まっている。そのため、光学素子の相互の位置関係を考慮した組立、調整を行う必要が無く、その工程をカットすることができるため、工程数の削減、コスト削減になる。第２に、１つの光学素子として、金型を製作し、成形による製造が可能である。これにより、大量生産にも対応でき、かつ安定した品質を実現できる。

図７では、第１反射面１１と第２反射面１２を裏面にて一体化した形態を示したが、更に他の面（第３反射面１３、第４反射面１４など）を一体化することで、上述した効果は顕著なものとなる。

以下、本発明の光学装置の実施例１〜６について数値実施例を説明する。なお、各実施例の構成パラメータは後に示す。

まず、以下の実施例の説明で用いる座標系及び偏心面、自由曲面について説明する。各実施例において、図１に示すように、軸上主光線は、第１光学素子２内の単位光学素子としてのシングルコアファイバ２ｂのコア中心を出て、各反射面で反射された後、第２光学素子３（マルチコアファイバ）中心に到る光線で定義する。そして、第１光学素子２内の中心に位置するシングルコアファイバ２ｂの中心を原点として、その軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。

偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。

なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

また、各実施例の結合光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共
軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数は本発明の光学系では不要であるため記載していない。

また、本発明で用いる自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
66
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ
j=1
・・・（ａ）
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。
自由曲面項は、（ｂ）式にて与えられる。
66
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ
j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・（ｂ）
ただし、Ｃ_j （ｊは１以上の整数）は係数である。なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０Ｅ−００５」は「１．０×１０^-5」を意味している。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を有しない自由曲面を用いることでＸ−Ｚ面内、及びＹ−Ｚ面内の偏心により発生する回転非対称な収差を補正させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。長さの単位はｍｍである。以下に各実施例１〜６の数値実施例を示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面を示す。

実施例１から４及び６において、第１光学素子側の光束の位置、光学系の慣例でいう物体高に相当するものは、中心をＦ１（フィールド１）とし、軸外をＦ２からＦ６で定義すると、以下の表２のように設定される。

実施例１から４及び６においては、第２光学素子の軸外の像高（コアの位置）は、Ｘ，Ｙ共に約５０μmとなっている。

実施例５において、第１光学素子側の光束の位置、光学系の慣例でいう物体高に相当するものは、中心をＦ１（フィールド１）とし、軸外をＦ２からＦ６で定義すると、以下の表３のように設定される。

実施例５においては、第２光学素子の軸外の像高（コアの位置）は、Ｘ，Ｙ共に約１２５μmとなっている。

（実施例１）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 7.00
1 FFS[1] -2.22 偏心[1]
2 FFS[2] 2.31 偏心[2]
像面 ∞ 偏心[3]

FFS[1]
Ｃ4 -5.5127e-002 Ｃ6 -5.3904e-002 Ｃ8 6.6771e-003
Ｃ10 2.4128e-003 Ｃ11 -3.5272e-003 Ｃ13 -6.4953e-003
Ｃ15 7.8851e-003 Ｃ17 -1.4933e-002 Ｃ19 -2.0163e-002
Ｃ21 1.1484e-002 Ｃ22 6.1004e-003 Ｃ24 5.4975e-003
Ｃ26 -1.0021e-002 Ｃ28 6.5009e-003
FFS[2]
Ｃ4 8.6001e-002 Ｃ6 8.0515e-002 Ｃ8 1.3885e-002
Ｃ10 5.6544e-003 Ｃ11 2.7342e-003 Ｃ13 1.6493e-002
Ｃ15 -2.1588e-003 Ｃ17 -4.7993e-002 Ｃ19 -2.3777e-003
Ｃ21 -1.2903e-002 Ｃ22 5.9853e-002 Ｃ24 1.3277e-002
Ｃ26 -5.0546e-002 Ｃ28 3.6654e-002

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.21 Ｚ 0.00
α 16.81 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.25 Ｚ 0.00
α 10.15 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.14 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

（実施例２）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 7.00
1 FFS[1] -2.25 偏心[1]
2 （絞り面） -2.25
3 FFS[2] 0.93 偏心[2]
像面 ∞ 偏心[3]

FFS[1]
Ｃ4 -7.7845e-002 Ｃ6 -7.4228e-002 Ｃ8 9.6832e-004
Ｃ10 6.3398e-004 Ｃ11 -7.8254e-004 Ｃ13 -2.3226e-003
Ｃ15 1.5682e-003 Ｃ17 -3.1223e-004 Ｃ19 -3.4569e-003
Ｃ21 5.7663e-003 Ｃ22 8.2889e-003 Ｃ24 -1.8483e-003
Ｃ26 4.7687e-003 Ｃ28 6.3965e-003
FFS[2]
Ｃ4 1.2932e-001 Ｃ6 1.0344e-001 Ｃ8 3.5182e-002
Ｃ10 9.9069e-003 Ｃ11 -4.5661e-001 Ｃ13 -1.4546e+000
Ｃ15 7.8676e-002 Ｃ17 3.7283e+000 Ｃ19 4.1815e+000
Ｃ21 -2.6033e-001

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.23 Ｚ 0.00
α 15.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.00 Ｚ 0.00
α -15.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.12 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

（実施例３）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 6.98
1 FFS[1] -3.44 偏心[1]
2 FFS[2] 4.58 偏心[2]
3 （絞り面） 2.01
4 FFS[3] -1.79 偏心[3]
5 FFS[4] 2.05 偏心[4]
像面 ∞ 偏心[5]

FFS[1]
Ｃ4 -1.9104e-002 Ｃ6 -5.3305e-002 Ｃ8 1.6298e-003
Ｃ10 1.2011e-003 Ｃ11 -9.4356e-003 Ｃ13 -1.5133e-003
Ｃ15 -7.4674e-003 Ｃ17 -3.6057e-003 Ｃ19 2.9045e-003
Ｃ21 6.7383e-003 Ｃ22 2.2605e-002 Ｃ24 -1.8528e-003
Ｃ26 3.7759e-003 Ｃ28 9.5199e-002
FFS[2]
Ｃ4 3.4076e-002 Ｃ6 -2.4023e-002 Ｃ8 3.0931e-003
Ｃ10 8.0351e-003 Ｃ11 -7.4114e-003 Ｃ13 -3.7755e-003
Ｃ15 -2.2197e-002 Ｃ17 -2.1559e-003 Ｃ19 4.6989e-003
Ｃ21 9.6791e-003 Ｃ22 1.1872e-002 Ｃ24 -2.0821e-003
Ｃ26 3.7956e-003 Ｃ28 4.2807e-001
FFS[3]
Ｃ4 -6.7091e-002 Ｃ6 -1.0008e-001 Ｃ7 -7.8788e-006
Ｃ9 3.1025e-005 Ｃ11 -2.4738e-002 Ｃ13 5.5802e-004
Ｃ15 7.5657e-003 Ｃ17 -4.7242e-003 Ｃ19 4.1969e-003
Ｃ21 -4.0770e-004 Ｃ22 2.6547e-001 Ｃ24 -3.9739e-003
Ｃ26 -3.1784e-005 Ｃ28 -6.0903e-002
FFS[4]
Ｃ4 9.2903e-002 Ｃ6 3.8360e-002 Ｃ8 -6.6881e-003
Ｃ10 -9.7244e-003 Ｃ11 -2.3133e-002 Ｃ13 -2.0554e-002
Ｃ15 1.9512e-002 Ｃ17 -1.5766e-002 Ｃ19 5.3190e-002
Ｃ21 -1.4653e-002 Ｃ22 3.7863e-001 Ｃ24 -4.8945e-003
Ｃ26 -3.4467e-002 Ｃ28 9.7846e-004

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.02 Ｚ 0.00
α 20.82 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 13.45 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.00 Ｚ 0.00
α -18.13 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.25 Ｚ 0.00
α -22.20 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.20 Ｚ 0.00
α -1.40 β 0.00 γ 0.00

（実施例４）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 23.37
1 FFS[1] -15.00 偏心[1]
2 FFS[2] 10.61 偏心[2]
3 （中間像） 7.47
4 FFS[3] -6.00 偏心[3]
5 FFS[4] 8.01 偏心[4]
像面 ∞ 偏心[5]

FFS[1]
Ｃ4 -1.2497e-002 Ｃ6 -1.0928e-002 Ｃ8 1.1679e-004
Ｃ10 -2.1559e-004 Ｃ11 2.8041e-005 Ｃ13 4.9629e-005
Ｃ15 -4.5566e-007 Ｃ17 -2.0432e-006 Ｃ19 -4.4983e-006
Ｃ21 1.0706e-007 Ｃ22 -3.4704e-006 Ｃ24 -1.6027e-007
Ｃ26 -1.7393e-006 Ｃ28 9.4325e-007
FFS[2]
Ｃ4 2.4960e-002 Ｃ6 2.0998e-002 Ｃ8 4.3377e-004
Ｃ10 5.0720e-005 Ｃ11 3.9062e-005 Ｃ13 -4.2278e-006
Ｃ15 3.9838e-006 Ｃ17 7.9259e-007 Ｃ19 -2.6788e-006
Ｃ21 -1.0534e-006 Ｃ22 -1.0110e-005 Ｃ24 5.5863e-007
Ｃ26 -1.5815e-006 Ｃ28 6.5141e-007
FFS[3]
Ｃ4 -2.4855e-002 Ｃ6 -2.0946e-002 Ｃ8 -1.2607e-003
Ｃ10 -2.2763e-003 Ｃ11 5.5710e-005 Ｃ13 5.2795e-004
Ｃ15 2.6014e-004 Ｃ17 -1.0835e-005 Ｃ19 -7.7926e-005
Ｃ21 -2.9762e-005 Ｃ22 5.6114e-005 Ｃ24 1.5449e-005
Ｃ26 2.5288e-005 Ｃ28 -4.1348e-007
FFS[4]
Ｃ4 4.1698e-002 Ｃ6 3.6946e-002 Ｃ8 -2.8327e-005
Ｃ10 -6.4870e-004 Ｃ11 7.8453e-005 Ｃ13 3.6890e-004
Ｃ15 8.7348e-005 Ｃ17 6.3856e-006 Ｃ19 6.9074e-006
Ｃ21 -1.5042e-005 Ｃ22 1.7442e-005 Ｃ24 2.2602e-006
Ｃ26 8.4645e-006 Ｃ28 4.9824e-007

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 22.21 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 24.10 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 22.65 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.02 Ｚ 0.00
α 19.05 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.01 Ｚ 0.00
α -0.20 β 0.00 γ 0.00

（実施例５）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 8.33
1 FFS[1] -3.50 偏心[1]
2 FFS[2] 7.51 偏心[2]
3 （中間像） 8.87
4 FFS[3] -7.24 偏心[3]
5 FFS[4] 25.00 偏心[4]
像面 ∞

FFS[1]
Ｃ4 -4.1420e-002 Ｃ6 -3.6927e-002 Ｃ8 -1.3769e-003
Ｃ10 -2.0498e-004 Ｃ11 -5.1136e-005 Ｃ13 -1.5100e-004
Ｃ15 -1.3584e-004 Ｃ17 -4.3828e-006 Ｃ19 -5.6718e-006
Ｃ21 1.6392e-005 Ｃ22 -8.2070e-007 Ｃ24 -1.2453e-006
Ｃ26 -4.3402e-007 Ｃ28 -2.1866e-006
FFS[2]
Ｃ4 2.5625e-002 Ｃ6 2.1156e-002 Ｃ8 4.3239e-004
Ｃ10 1.0932e-003 Ｃ11 -6.3275e-005 Ｃ13 -2.2617e-004
Ｃ15 -1.6653e-004 Ｃ17 -5.0774e-006 Ｃ19 -2.7538e-005
Ｃ21 1.4328e-005
FFS[3]
Ｃ4 -2.5267e-002 Ｃ6 -2.1341e-002 Ｃ8 -3.5638e-004
Ｃ10 -5.4353e-004 Ｃ11 -1.8881e-005 Ｃ13 5.4274e-005
Ｃ15 2.2742e-005 Ｃ17 1.3798e-006 Ｃ19 -5.4585e-007
Ｃ21 -2.4738e-007 Ｃ67 2.0000e+001
FFS[4]
Ｃ4 1.5456e-002 Ｃ6 1.2865e-002 Ｃ8 5.6809e-004
Ｃ10 1.2696e-005 Ｃ11 -1.1743e-005 Ｃ13 8.9931e-005
Ｃ15 3.4653e-005

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 20.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 25.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 25.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 20.00 β 0.00 γ 0.00

（実施例６）
面番号曲率半径面間隔偏心
物体面 ∞ 4.00
1 （絞り面） 3.57
3 FFS[1] -3.57 偏心[1]
4 FFS[2] 1.86 偏心[2]
像面 ∞ 偏心[3]

FFS[1]
Ｃ4 -6.5378e-002 Ｃ6 -6.2497e-002 Ｃ8 5.0760e-003
Ｃ10 1.3543e-003 Ｃ11 -2.9326e-003 Ｃ13 3.3323e-004
Ｃ15 -2.2918e-005 Ｃ17 -1.7928e-002 Ｃ19 -6.9060e-003
Ｃ21 4.9163e-004 Ｃ22 2.5692e-002 Ｃ24 -1.9344e-002
Ｃ26 1.0149e-002 Ｃ28 3.7377e-004
FFS[2]
Ｃ4 8.4002e-002 Ｃ6 7.3804e-002 Ｃ8 2.1710e-002
Ｃ10 8.1022e-004 Ｃ11 -1.6393e-002 Ｃ13 -3.1311e-003
Ｃ15 2.3812e-003 Ｃ17 -5.0951e-001 Ｃ19 -1.4155e-001
Ｃ21 1.2692e-002

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.04 Ｚ 0.00
α 15.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.04 Ｚ 0.00
α -15.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.01 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

図８〜図１３は、それぞれ実施例１〜６について第２光学素子におけるスポットダイアグラムを示した図である。図中、縦軸（Field Position）は第１光学素子の位置を、横軸は計測対象面（第２光学素子）のデフォーカシング量を示している。各スポットダイアグラムの下に示される数値は光線のばらつきの度合いを示す数値（ＲＭＳ）である。

上記した条件式（１）、（２）の各実施例の値を表４に示しておく。

上記した条件式（３）、（４）の各実施例の値を表５に示しておく。

上記した条件式（５）、（６）の各実施例の値を表６に示しておく。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…結合光学系
１１…第１反射面
１２…第２反射面
１３…第３反射面
１４…第４反射面
１Ａ…光学ユニット
Ｓ…開口絞り位置
Ｔ…中間像位置
２…第１光学素子
２ａ〜２ｃ…シングルコアファイバ
３…第２光学素子（マルチコアファイバ）

Claims

第１光学素子から出射された光束を第２光学素子に入射させる結合光学系において、
少なくとも２面の反射面を有し、
少なくとも１面の前記反射面は、非回転対称な形状を有する反射面を有し、かつ、少なくとも２面の前記反射面はそれぞれ、前記第１光学素子の中心と前記第２光学素子の中心を結ぶ軸上主光線に対して偏心して配置されていることを特徴とする
結合光学系。
前記第１光学素子は、複数の光束を出射し、
前記結合光学系は、前記第１光学素子から出射された複数の光束それぞれを、一括して収斂光とさせ、前記第２光学素子に入射させることを特徴とする
請求項１に記載の結合光学系。
前記第２光学素子に入射する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＡＸとするとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする
ＴＡＸ ≦ ５゜・・・（１）
請求項１または請求項２に記載の結合光学系。
前記第２光学素子に入射する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＡＸとするとき、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする
ＴＡＸ ≦ ３゜・・・（２）
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の結合光学系。
前記第１光学素子に入射する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＡＮとするとき、以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする
ＴＡＮ ≦ ５゜・・・（３）
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の結合光学系。
前記第１光学素子に入射する軸外光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差をＴＥＡとするとき、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする
ＴＡＮ ≦ ３゜・・・（４）
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の結合光学系。
前記結合光学系は、前記第１光学素子側、前記第２光学素子側の少なくとも一方においてテレセントリックであることを特徴とする
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の結合光学系。
前記結合光学系は、前記第１光学素子側は非テレセントリックであり、前記第２光学素子側はテレセントリックであることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の結合光学系。
前記結合光学系は、第１光学素子と第２光学素子の両側テレセントリックであることを特徴とする
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の結合光学系。
前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面とするとき、
前記結合光学系の開口絞り位置が第１反射面と第２反射面の間であることを特徴とする
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の結合光学系。
少なくとも２面の前記反射面はいずれも正のパワーを有することを特徴とする
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の結合光学系。
前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面とするとき、
前記第１反射面の入射角であるＡＯＩは、以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする
請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の結合光学系。
ＡＯＩ ≦ ４５゜・・・（５）
前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面とし、
前記第１光学素子を原点として軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、前記Ｚ軸と前記第１反射面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通り前記Ｙ−Ｚ平面に直交する方向をＸ軸正方向とし、前記Ｘ軸、前記Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸としたとき、
前記第１反射面と、前記第２反射面は同一面内における偏心量を有し、前記第１反射面と前記第２反射面のＹ−Ｚ面内でのなす角をＡＢＭは、以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする
−３０゜ ≦ ＡＢＭ ≦ ６０゜・・・（６）
請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の結合光学系。
前記反射面は、少なくとも４面を有し、前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面とするとき、
前記結合光学系の開口絞り位置が前記第２反射面と前記第３反射面の間に形成されていることを特徴とする
請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の結合光学系。
前記反射面は、少なくとも４面を有し、前記第１光学素子側から順に第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面とするとき、
前記第２反射面と前記第３反射面の間に中間像が形成されていることを特徴とする
請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の結合光学系。
前記第１光学素子、前記第２光学素子の何れか一方は光ファイバであることを特徴とする
請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の結合光学系。
前記少なくとも２面の反射面は、２面の反射面の裏面にて一体化されていることを特徴とする
請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の結合光学系。