JPH07110443A - 非球面テレセントリックレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 たとえ、アレイピッチが異なる光導波路アレ
イ同士でも、軸上、軸外を問わず高い結合効率を得られ
るとともに実用化に耐えうる程度に諸収差が小さく且つ
コンパクトで安価な非球面テレセントリックレンズを提
供する。 【構成】 第１群レンズ４と第２群レンズ５とからなる
両テレセントリック光学系は、光結合装置用の結合光学
系を構成する。ＬＤアレイをこの結合光学系の物体面の
物体高範囲内に配置し、光ファイバーアレイをこの結合
光学系に関してその共役点に配置する。この結果、ＬＤ
アレイからの出射光が、像位置に配置された光ファイバ
ーアレイに全て同じ角度状態で入射し、物体距離が変化
しても倍率が変化しないから、光結合するアレイ同士の
間において一定した高い光結合効率が得られる。また、
組立時に特段の注意を払わなくても精度の高い光結合を
実現できる。この結合光学系は、第１群、第２群レンズ
４、５の各第２面を非球面としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アレイ状に配置されて
いる光導波路アレイ同士の光結合に用いて好適な非球面
テレセントリックレンズの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＬＤ素子がアレイ状に並んでい
るＬＤアレイと光ファイバーがアレイ状に並んでいる光
ファイバーアレイとの間の光結合を行う有限倍率光学系
（以下、単に「光学系」と称する）に関する技術は、例
えば実開平 4-133208 号公報において既に知られてい
る。

【０００３】この実開平 4-133208 号公報には、光結合
装置に用いる２種類の光学系技術が開示されているが、
その第１の技術は、図１７に示すように、所要数のＬＤ
素子８１から成るＬＤアレイ８２を共通レンズＬの物体
位置に並列的に配置し、さらに、同数の光ファイバー８
３から成る光ファイバーアレイ８４を共通レンズＬの像
位置に並列的に配置して、ＬＤアレイ８２上の各ＬＤ素
子８１から出射された光束が、共通レンズＬを介して光
ファイバーアレイ８４上の各光ファイバー８３に入射す
るように構成したものである。

【０００４】この場合、ＬＤアレイ８２側の各ＬＤ素子
８１の間隔（以下、「アレイピッチ」という）と光ファ
イバーアレイ８４側の各光ファイバー８３のアレイピッ
チとの比は、当然のことながら共通レンズＬの結像倍率
に依存することになる。

【０００５】一方、第２の技術は、図１８に示すよう
に、所要数（例えば４個）の単レンズＬ1 〜Ｌ4 から成
るレンズアレイＬ0 を設け、それぞれの単レンズＬ1 〜
Ｌ4 の物***置に、ＬＤアレイ９２を構成する各ＬＤ素
子９１ａ〜９１ｄを配置すると共に、それぞれの像位置
に光ファイバーアレイ９４を構成する各光ファイバー９
３ａ〜９３ｄを配置して、各々の光結合部分を、１つの
ＬＤ素子９１（例えば９１ａ）と１つの単レンズＬ（例
えばＬ1 ）と１つの光ファイバー９３（例えば９３ａ）
を１組とする独立した単位ユニットとして構成したもの
である。

【０００６】この技術では、各々の単位ユニット（光結
合部分）の間のアレイピッチが同一のピッチとなり、各
単位ユニットのＬＤ素子９１ａ〜９１ｄから出射した光
束が、それぞれの単レンズＬ1 〜Ｌ4 を介して、各素子
９１ａ〜９１ｄとペアになっている各光ファイバー９３
ａ〜９３ｄに入射することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された第１の技術では、並設された複数の光フ
ァイバー８３の内、単レンズＬの光軸近くに配置されて
いる光ファイバーについては高い光結合効率が得られる
が、光軸から離れた位置に配置された光ファイバーには
ＬＤ素子８１からの出射光束が斜めに入射する関係で、
光軸から離れた位置に配置された光ファイバーに係る光
結合効率は低下する結果となる。

【０００８】そのため、各々の光結合部分における光結
合効率が「バラ」つくことになり、「各々の光結合部分
において一定の高い光結合効率を得る」というこの種の
光結合装置に本来的に求められている目的を果し得ない
という問題が生じる。

【０００９】しかも、この第１の技術では、ＬＤアレイ
８２側のアレイピッチと光ファイバーアレイ８４のアレ
イピッチとを単レンズＬの結像倍率に一致させる必要が
あるため、これら三者８２、８４、Ｌを光結合装置とし
て組立てるときに、ＬＤアレイ８２と単レンズＬと光フ
ァイバーアレイ８４との３者間の距離を、正確に調整し
なければならないという問題も生じる。

【００１０】一方、第２の技術では、それぞれの光結合
部分が単位ユニット化されているため、個々の光導波路
素子間の光結合部分において一定の高い光結合効率を得
ることが原理的に可能ではあるが、アレイピッチの異な
る光導波路アレイ同士の光結合に適用することができな
いということが構成上の大きな欠陥となっている。

【００１１】加えて、複数の単レンズから成るレンズア
レイＬ0 を製造するには複雑な工程を必要とするため、
その製造が容易ではなく、当然のことながら製造コスト
の増大を招くという問題があり、さらには、ＬＤアレイ
９２、レンズアレイＬ0 、光ファイバーアレイ９４を光
結合装置として組立てる際に、３つのアレイ９２、Ｌ0
、９４の各光軸を正確に合致させながら、これら３者
の組立て位置を正確に位置決めしければならないため、
組立て作業に要するコストの上昇を招くという問題をも
発生する。

【００１２】本発明者等は、これら従来技術の持つ欠陥
ないし問題を解決することを鋭意研究した結果、光導波
路アレイを構成する個々の光導波路素子を結合するとき
の光学系に、物体側および像側の光路が共にテレセント
リックとなる光学系（以下、「両テレセントリック光学
系」という）を用いれば、アレイピッチの異なる光導波
路アレイ同士の光結合が可能であり、しかも、光導波路
アレイを構成する個々の光導波路素子の間が一定の高い
光結合効率で結合され、さらに、光導波路アレイ同士を
結合するときの光学系の製造が容易で、製造コストおよ
び組立てコストの上昇を招くことのない光結合装置が得
られるということを見出した。

【００１３】ところで、両テレセントリック光学系は、
物体空間および像空間において軸外の主光線が光軸と平
行になる光学系として知られているが、本発明者等の研
究の結果、この光学系を光導波路アレイ同士の光結合に
用いると次のような大きな利点が生じることが分った。

【００１４】すなわち、 （ａ） アレイピッチが異なる光導波路アレイ同士の光
結合に関しては、両テレセントリック光学系の結像倍率
を両方のアレイピッチの比に設定することにより可能に
なる。

【００１５】（ｂ） 両テレセントリック光学系を光結
合に使用した場合には、物体面に配置された一方の光導
波路アレイからの出射光が、軸上および軸外を問わず
に、全て同じ角度状態で像面に配置された他方の光導波
路アレイに入射することになるので、光導波路アレイを
構成する各光導波路素子の間で一定した高い光結合効率
を実現することができる。

【００１６】（ｃ） 両テレセントリック光学系におい
て物体高および像高の範囲を光導波路アレイの幅（アレ
イピッチ×光導波路数）に対して充分に広くすることに
より、光結合装置として組立てる際における光軸方向と
垂直方向の光導波路アレイの位置決め精度を緩和するこ
とができる。

【００１７】何故ならば、両テレセントリック光学系に
おいては、一方の光導波路アレイを物体高の範囲内に配
置し、他方の光導波路アレイをこの光学系に関してその
共役点に配置すれば、自動的に精度の高い光結合を実現
することができるので、必ずしも、各々の光導波路アレ
イを構成する各素子間の光軸を合わせる必要がないから
である。

【００１８】（ｄ） 両テレセントリック光学系におい
ては、物体距離が変化しても倍率が変化しないから、こ
の特徴を利用すれば、光軸方向における光導波路アレイ
の位置決め精度を緩和することもできる。

【００１９】このように、両テレセントリック光学系を
光導波路アレイ同士の光結合に使用した場合には、上述
したような優れた特性を得ることができるが、これを実
現するには、次に述べるような問題を解決しなければな
らない。

【００２０】それは、従来から知られている両テレセン
トリック光学系は、主に半導体集積回路の製造に用いら
れる回路パターン露光装置内の光学系や投影検査装置の
光学系として実用化されている関係で、その光学系がい
ずれも多数枚のレンズを組合せた複雑で且つ大型な構成
のものとなり、且つ、著しく高価なものであった。

【００２１】従って、このような従来型の両テレセント
リック光学系を、小型で安価であることが要求される光
導波路アレイ同士の光結合を目的とする光学系にそのま
ま適用することは、余りにも障害が多く且つ著しく困難
なことであった。

【００２２】そのため、光導波路アレイ同士の光結合に
関して実用に耐え得る程度にコンパクト化され、しか
も、軸上から軸外まで良好に収差補正がなされ、さら
に、製造が容易で且つ安価な両テレセントリック光学系
を開発し、これを光結合装置用の有限倍率光学系として
使用する必要が生じた。

【００２３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その第１の目的は、アレイピッチが異なる光
導波路アレイ同士の光結合を実現することが可能であ
り、しかも、一方の光導波路アレイからの出射光を他方
の光導波路アレイに入射させる際に、軸上および軸外を
問わず、自動的に一定した高い光結合効率で入射させる
ことができ、さらに、光結合装置として組立てる際に、
必ずしも光導波路アレイを構成する各素子間の光軸を合
わせる必要がなく、且つ、光軸方向と垂直方向の光導波
路アレイの位置決め精度を緩和し得る非球面テレセント
リックレンズを提供することにある。

【００２４】本発明の第２の目的は、実用化に耐え得る
程度にコンパクトで、製造が容易で且つ安価でありなが
ら、諸収差が良好な非球面テレセントリックレンズを提
供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記第１および第２の目
的を達成するために、本発明は、少なくとも１面の非球
面を含む両テレセントリック光学系であって、物体面と
像面との間に結像レンズが配置される有限倍率光学系に
おいて、前記物体面とこの物体面よりTT／( |M| + 1 )
だけ離れた光軸上の位置に設定されたＰ点との間に存在
するレンズ群を第１レンズ群とし、前記Ｐ点と前記像面
との間に存在するレンズ群を第２レンズ群としたとき、 （１） 0.5 |M| ＜ f2 ／ f1 ＜ 2.0|M| （２） 0.01 ＜ △／|Ra|(NA)⁴ ＜ 0.3 （３） 1／4.5 ＜ |M||Ra|／|Rb| ＜ 4.5 但し、TT：物像間距離 Ｍ：倍率 f1：第１レンズ群の焦点距離 f2：第２レンズ群の焦点距離 Ra：|M| ≧1のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶
対値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面
である |M| ＜ 1のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶対
値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面で
ある NA：上記Raの属するレンズ群側の開口数 △：上記Raの面の非球面量に関するものであり、上記定
義のNAの軸上周辺光線がレンズ面と交差する点の光軸か
らの高さにおける、非球面と近軸曲率半径Raの基準球面
との間の光軸に平行な方向への変位量を示し、その符号
は、Ra＜0のときは像側への変位が正となる Ra ＞ 0のときは物体側への変位が正となる Rb：|M| ≧1のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶
対値が最も小さい面の曲率半径 |M|＜1のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶対値が
最も小さい面の曲率半径 の諸条件を満足するように構成したことを特徴とするも
のである。

【００２６】

【作用】上記のように構成された本発明の非球面テレセ
ントリックレンズは、物体面に配置された一方の光導波
路アレイからの出射光が、軸上および軸外を問わずに全
て同じ角度状態で像位置に配置された他方の光導波路ア
レイに入射するから、光結合するアレイ同士の間におい
て一定した高い光結合効率が得られる。

【００２７】また、一方の光導波路アレイを物体高の範
囲内に配置し、他方の光導波路アレイをこの光学系に関
してその共役点に配置すれば、自動的に精度の高い光結
合を実現することができ、さらには、物体距離が変化し
ても倍率が変化しない、という両テレセントリック光学
系の有利な特性を活用して、一方の光導波路アレイと他
方の光導波路アレイとを光結合させるようにしたもので
ある。

【００２８】

【実施例】本発明に係る非球面テレセントリックレンズ
は、物体面と像面との間に結像レンズが配置される有限
倍率光学系において、前記物体面とこの物体面よりTT／
(|M| ＋ 1 ）だけ離れた光軸上の位置に設定されたＰ点
との間に存在するレンズ群を第１レンズ群とし、前記Ｐ
点と前記像面との間に存在するレンズ群を第２レンズ群
としたとき、 （１） 0.5 |M| ＜ f2 ／ f1 ＜ 2.0|M| （２） 0.01 ＜ △／|Ra|(NA)⁴ ＜ 0.3 （３） 1/4.5 ＜ |M||Ra|／|Rb| ＜ 4.5 但し、TT：物像間距離 Ｍ：倍率 f1：第１レンズ群の焦点距離 f2：第２レンズ群の焦点距離 Ra：|M| ≧１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶
対値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面
である |M| ＜１のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶対値
が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面であ
る NA：上記Raの属するレンズ群側の開口数 △：上記Raの面の非球面量に関するものであり、上記定
義のNAの軸上周辺光線がレンズ面と交差する点の光軸か
らの高さにおける、非球面と近軸曲率半径Raの基準球面
との間の光軸に平行な方向への変位量を示し、その符号
は、 Ra＜０のときは像側への変位が正となる Ra＞０のときは物体側への変位が正となる Rb：|M| ≧１のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶
対値が最も小さい面の曲率半径 |M| ＜１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶対値
が最も小さい面の曲率半径 の諸条件を満足するように構成されている。本発明は、
物体面に配置された一方の光導波路アレイから出射され
た光束を、例えばＬＤ素子がアレイ状にＬＤアレイから
出射された光束を、結像光学系（有限倍率光学系）を介
して、像面に配置された他方の、例えば光ファイバーア
レイのような光導波路アレイに入射させるに際して、そ
の結像光学系に両テレセントリック光学系を用いるとい
うことを根幹とするものであるが、結像光学系が両テレ
セントリックであるためには、入射瞳と射出瞳とがレン
ズより略無限遠の位置にあることが必要である。この必
要性を実現するための条件が（１）式の条件である。

【００２９】この場合、 f2 ／ f1 の値が（１）式の上
限を超えると、射出瞳が像面よりレンズ側方向の有限距
離に位置するか、または、入射瞳が物体側よりレンズか
ら離れる方向の有限距離に位置することになって、両テ
レセントリック光学系を構成し得ないことになる。

【００３０】逆に、 f2 ／ f1 の値が（１）式の下限を
下回ると、射出瞳が像側でレンズから離れる方向の有限
距離に位置するか、或いは、入射瞳が物体面よりレンズ
側方向の有限距離に位置することになって、両テレセン
トリック光学系を構成することができなくなる。

【００３１】さて、（２）式の条件であるが、これは光
学系における球面収差およびコマ収差の補正を良好に行
うための条件である。この場合、△／|Ra|(NA)⁴ の値が
（２）式の上限を超えると、球面収差が補正過剰になる
と共に上方性のコマが発生し、逆に（２）式の下限を下
回ると、球面収差が補正不足になると同時に下方性のコ
マが発生して、球面収差およびコマ収差の補正が共に困
難となる。

【００３２】さらに、（３）式の条件であるが、これは
像面湾曲と歪曲収差の補正を良好に行うための条件であ
る。この場合、|M| ≧１のときに、|M||Ra| ／|Rb|の値
が（３）式の上限を超えると、像面湾曲は補正不足とな
り歪曲収差は樽型となる。逆に（３）式の下限を下回る
と、像面湾曲は補正過剰になり歪曲収差は糸巻き型とな
っていずれも補正が困難になる。一方、|M| ＜１のとき
に、|M||Ra| ／|Rb|の値が（３）式の上限および下限を
超えると、|M| ≧１の場合と逆の理由によっていずれも
補正困難になる。

【００３３】次に、本発明に係る非球面テレセントリッ
クレンズの具体的な実施例について説明するが、各実施
例における最大物体高は０．２mmであり、また、レンズ
の各光学面は、特段の記載がない限り球面として形成さ
れている。なお、各図および各実施例の数値表に用いら
れている記号の意味は、次の通りである。

【００３４】Ｍ：倍率 f1：第１レンズ群の焦点距離 f2：第２レンズ群の焦点距離 Ra：|M| ≧１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶
対値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面
である |M| ＜１のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶対値
が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面であ
る NA：上記Raの属するレンズ群側の開口数 △：上記Raの面の非球面量に関するものであり、上記定
義のNAの軸上周辺光線がレンズ面と交差する点の光軸か
らの高さにおける、非球面と近軸曲率半径Raの基準球面
との間の光軸に平行な方向への変位量を示し、その符号
は Ra＜０のときは、像側への変位が正となる Ra＞０のときは、物体側への変位が正となる。

【００３５】Rb：|M| ≧１のときは、第２レンズ群中の
曲率半径の絶対値が最も小さい面の曲率半径 |M| ＜１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶対値
が最も小さい面の曲率半径 ｒ：各レンズの入射面、出射面、接合面における曲率半
径および非球面での近軸曲率半径で、添数字は、物体側
（図の左側）から数えて付したものである ｄ：各レンズの軸上厚およびレンズ間の軸上間隔で、添
数字は、物体側から数えて付したものである ｎ：波長１５５０nmにおける各レンズ硝材の屈折率

【００３６】図１は、本発明の第１実施例に係る非球面
テレセントリックレンズの構成を示す断面図である。こ
の光学系は、光軸Ｏ上に物体側（図の左側）から順次に
配置された両凸単レンズの第１群レンズ１と２枚接合レ
ンズの第２群レンズ２、３から成る２群３枚の結合光学
系として、構成されている。

【００３７】この場合、第２群レンズ２、３の内、前方
に位置するレンズ２は、凸面を物体側に向けたメニスカ
スレンズとして、また、後方のレンズ３は、両凸レンズ
として構成され、且つ、第１群レンズ１の像側の面ｒ2
のみが非球面として構成されている例である。

【００３８】そして、この非球面形状は、光軸Ｏ方向の
距離をＺ、光軸Ｏに対する垂直方向の距離をＹ、近軸曲
率半径をｒ、円錐定数をｋ、非球面係数をそれぞれＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄとしたときに、 Ｚ＝(Y² ／r)／[1+{1-(1+ k)(Y／r)²}]^1/2＋AY⁴ ＋BY⁶ ＋CY⁸ ＋DY¹⁰…（４） の式で表される形状として構成されている。そして、こ
の２群３枚の結合光学系は、下記の第１実施例の数値表
に掲げた数値をもって構成されている。

【００３９】 ［第１実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.0 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.234 |M||Ra| / |Rb|= 1.965 倍率＝３ 物体側ＮＡ＝０．３ r1= 17.55844 d1 = 1.0 n = 1.717329 r2= -1.52509（非球面） d2 = 7.215369 r3= 4.77048 d3 = 0.7 n = 1.800211 r4= 2.32825 d4 = 1.3 n = 1.500992 r5= -3.75985

【００４０】第二面非球面係数 K = -0.091109 A = 0.969523 ×10^-1 B = -0.466481 C = 0.115503 ×10⁺¹ D = -0.100208 ×10⁺¹

【００４１】このように構成された第１実施例の光学系
は、図９に示すように、球面収差、非点収差、歪曲収
差、コマ収差がいずれも良好に補正されていて、本発明
の有用性を充分に実証している。

【００４２】図２は、本発明の第２実施例に係る非球面
テレセントリックレンズの構成を示す断面図である。こ
の光学系は、光軸Ｏ上に物体側から順次に配置されたい
ずれも両凸単レンズの第１群レンズ４と第２群レンズ５
から成る２群２枚の結合光学系として構成され、且つ、
第１群レンズ４の像側の面ｒ2 と第２群レンズ５の像側
の面ｒ4 がそれぞれ非球面として構成されている例であ
る。

【００４３】なお、これらの非球面形状は、第１実施例
のときの（４）式で表される形状として構成されてい
る。そして、この２群２枚の結合光学系は、下記の第２
実施例の数値表に掲げた数値をもって構成されている。

【００４４】 ［第２実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.0 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.131 |M||Ra| / |Rb|= 1.234 倍率＝３ 物体側ＮＡ＝０．３ r1= 3.66462 d1 = 2.1 n = 1.781632 r2= -2.04125（非球面） d2 = 6.434874 r3= 70.41386 d3 = 2.0 n = 1.781632 r4= -4.96129（非球面）

【００４５】第２面非球面係数 K = -30.944427 A = -0.336889 B = 0.547098 C = -0.605930 D = 0.351683

【００４６】第４面非球面係数 K = 2.434663 A = 0.278724 ×10^-2 B = 0.274238 ×10^-2 C = -0.177119 ×10^-2 D = 0.400610 ×10^-3 このように構成された第２実施例の光学系は、図１０に
示すように、２群２枚の結合光学系でありながら、球面
収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差がいずれも良好に
補正されていて本発明の有用性を充分に実証している。

【００４７】図３は、本発明の第３実施例に係る非球面
テレセントリックレンズの構成を示す断面図である。こ
の光学系は、光軸Ｏ上に物体側から順次に配置された単
レンズの第１群レンズ６と第２群レンズ７から成る２群
２枚の結合光学系として構成され、且つ、第１群レンズ
２１と第２群レンズ２２の全ての面ｒ1 〜ｒ4 がいずれ
も非球面として構成されている例である。

【００４８】なお、これらの非球面形状も、第１実施例
のときの（４）式で表される形状として構成されてい
る。そして、この２群２枚の結像光学系は、下記の第３
実施例の数値表に掲げた数値を有するように構成されて
いる。

【００４９】 ［第３実施例の数値表］ f2 / f1 = 7.5 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.086 |M||Ra| / |Rb|= 0.773 倍率＝５ 物体側ＮＡ＝０．５ r1= 4.67763 （非球面） d1 = 1.8 n = 1.781632 r2= -1.95156 （非球面） d2 =21.843434 r3= 12.61547 （非球面） d3 = 2.5 n = 1.781632 r4=-151.57302 （非球面）

【００５０】第１面非球面係数 K = -4.753964 A = 0.323109 ×10^-2 B = -0.359152 ×10^-1 C = 0.224084 D = -0.246315

【００５１】第２面非球面係数 K = -0.895544 A = -0.185074 ×10^-2 B = 0.552512 ×10^-2 C = -0.152644 ×10^-2 D = 0.257684 ×10^-2

【００５２】第３面非球面係数 K = -1.436050 A = 0.124723 ×10^-4 B = -0.799087 ×10^-6 C = -0.452088 ×10^-7 D = -0.256539 ×10^-8

【００５３】第４面非球面係数 K = -1008.730697 A = 0.139842 ×10^-4 B = -0.837037 ×10^-6 C = -0.916792 ×10^-7 D = -0.144690 ×10^-8

【００５４】このように構成された第３実施例の光学系
も、図１１に示すように、２群２枚の結合光学系であり
ながら、球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差がい
ずれも良好に補正されていて本発明の有用性を充分に証
明している。

【００５５】図４〜図８は、本発明の第４〜第８実施例
に係る非球面テレセントリックレンズの構成を示す断面
図である。これらの光学系は、第３実施例と同様に、光
軸Ｏ上に物体側から順次に配置された、いずれも単レン
ズの第１群レンズ８，１０，１２，１４，１６と第２群
レンズ９，１１，１３，１５，１７から成る２群２枚の
結合光学系として構成され、且つ、第１群レンズ８，１
０，１２，１４，１６と第２群レンズ９，１１，１３，
１５，１７の全ての面ｒ1 〜ｒ4 が、いずれも非球面と
して構成されている。

【００５６】なお、これらの非球面形状も、第１実施例
のときの（４）式で表される形状として構成されてい
る。そして、これら第４〜第８実施例に係る非球面テレ
セントリックレンズは、それぞれ下記に第４〜第８実施
例の数値表に掲げる数値の通りに構成されている。

【００５７】 ［第４実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.0 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.017 |M||Ra| / |Rb|= 2.170 倍率＝５ 物体側ＮＡ＝０．５ r1= 4.20861 （非球面） d1 = 2.0 n = 1.781632 r2= -1.96855 （非球面） d2 = 2.465197 r3= -111.01157 （非球面） d3 = 2.0 n = 1.781632 r4= -4.53526 （非球面）

【００５８】第１面非球面係数 K = -9.201722 A = -0.388873 ×10^-1 B = -0.336547 C = 0.125637 ×10⁺¹ D = -0.160432 ×10⁺¹

【００５９】第２面非球面係数 K = -0.821093 A = -0.701470 ×10^-2 B = -0.686934 ×10^-2 C = 0.204066 ×10^-2 D = -0.997296 ×10^-3

【００６０】第３面非球面係数 K = 8227.615826 A = -0.588077 ×10^-2 B = -0.235515 ×10^-2 C = -0.722101 ×10^-3 D = 0.223291 ×10^-3

【００６１】第４面非球面係数 K = -0.035207 A = -0.692868 ×10^-3 B = -0.130206 ×10^-2 C = -0.203669 ×10^-4 D = 0.710131 ×10^-5

【００６２】 ［第５実施例の数値表］ f2 / f1 = 4.0 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.131 |M||Ra| / |Rb|= 3.984 倍率＝４ 物体側ＮＡ＝０．４ r1= 3.85359（非球面） d1 = 2.0 n = 1.885302 r2= -2.48972（非球面） d2 = 7.54 r3= -6.21570（非球面） d3 = 2.0 n = 1.447093 r4= -2.5（非球面）

【００６３】第１面非球面係数 K = -1.516928 A = -0.804004 ×10^-2 B = 0.564553 ×10^-1 C = -0.642494 ×10^-1 D = 0.262041 ×10^-1

【００６４】第２面非球面係数 K = -4.879199 A = -0.195682 ×10^-1 B = 0.138083 ×10^-2 C = 0.153172 ×10^-1 D = -0.752284 ×10^-2

【００６５】第３面非球面係数 K = 14.074074 A = -0.666089 ×10^-2 B = -0.865276 ×10^-2 C = 0.251266 ×10^-2 D = -0.686215 ×10^-3

【００６６】第４面非球面係数 K = 0.355031 A = 0.146480 ×10^-2 B = 0.372368 ×10^-5 C = -0.340039 ×10^-3 D = 0.113078 ×10^-3

【００６７】 ［第６実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.984 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.229 |M||Ra| / |Rb|= 0.419 倍率＝４ 物体側ＮＡ＝０．４ r1= 1.71573（非球面） d1 = 2.1 n = 1.500992 r2= -1.42631（非球面） d2 = 8.57 r3= 13.62915（非球面） d3 = 2.0 n = 1.885302 r4= -13.62915（非球面）

【００６８】第１面非球面係数 K = 3.085359 A = 0.941270 ×10^-1 B = -0.506864 ×10⁺¹ C = 0.277788 ×10⁺² D = -0.522989 ×10⁺²

【００６９】第２面非球面係数 K = -0.792813 A = 0.750659 ×10^-2 B = -0.457900 ×10^-1 C = 0.777945 ×10^-1 D = -0.486099 ×10^-1

【００７０】第３面非球面係数 K = -0.820118 A = 0.191981 ×10^-3 B = 0.646080 ×10^-4 C = 0.202339 ×10^-4 D = -0.305816 ×10^-5

【００７１】第４面非球面係数 K = -0.889164 A = 0.239131 ×10^-3 B = 0.214253 ×10^-3 C = -0.232320 ×10^-4 D = 0.118753 ×10^-5

【００７２】 ［第７実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.985 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.249 |M||Ra| / |Rb|= 0.713 倍率＝４ 物体側ＮＡ＝０．４ r1= 1.74073（非球面） d1 = 2.1 n = 1.500992 r2= -1.41304（非球面） d2 = 8.191007 r3= 56.81675（非球面） d3 = 2.0 n = 1.885302 r4= -7.93027（非球面）

【００７３】第１面非球面係数 K = 0.885109 A = 0.133848 B = -0.455078 ×10⁺¹ C = 0.256103 ×10⁺² D = -0.487610 ×10⁺²

【００７４】第２面非球面係数 K = -0.972848 A = 0.316990 ×10^-2 B = -0.611655 ×10^-1 C = 0.112321 D = -0.747379 ×10^-1

【００７５】第３面非球面係数 K = 45.307039 A = -0.117275 ×10^-2 B = 0.117779 ×10^-3 C = 0.286070 ×10^-4 D = -0.807520 ×10^-5

【００７６】第４面非球面係数 K = 0.946657 A = -0.551475 ×10^-3 B = 0.262789 ×10^-3 C = -0.306713 ×10^-4 D = 0.744380 ×10^-7

【００７７】 ［第８実施例の数値表］ f2 / f1 = 3.0 Δ/ |Ra|(NA)⁴ = 0.051 |M||Ra| / |Rb|= 0.981 倍率＝３ 物体側ＮＡ＝０．３ r1= 9.39463（非球面） d1 = 2.0 n = 1.885302 r2= -1.95352（非球面） d2 = 6.858767 r3= 39.27386（非球面） d3 = 2.0 n = 1.885302 r4= -5.97607（非球面）

【００７８】第１面非球面係数 K = -918.144282 A = -0.120003 ×10^-1 B = 0.720885 C = -0.225511 ×10⁺¹ D = 0.732515

【００７９】第２面非球面係数 K = -0.777750 A = -0.505298 ×10^-2 B = -0.809391 ×10^-2 C = 0.554615 ×10^-1 D = -0.631385 ×10^-1

【００８０】第３面非球面係数 K = -944.890668 A = 0.104411 ×10^-2 B = -0.192351 ×10^-2 C = -0.419458 ×10^-3 D = 0.225927 ×10^-3

【００８１】第４面非球面係数 K = -1.487734 A = -0.214640 ×10^-3 B = -0.999795 ×10^-3 C = -0.267828 ×10^-3 D = 0.119987 ×10^-3

【００８２】このように構成された第４〜第８実施例の
光学系も、それぞれ図１２〜図１６に示すように、いず
れも２群２枚の結合光学系でありながら、本発明が利用
されるところの光結合、例えば、ＬＤ素子がアレイ状に
並んでいるＬＤアレイと、光ファイバーがアレイ状に並
んでいる光ファイバーアレイとの光結合に好適に用いら
れる程度に、その球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ
収差のいずれもが良好に補正されている。

【００８３】以上、基本となる実施例および複数の具体
的実施例について説明したが、本発明は、これに限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々
に変形実施することが可能である。

【００８４】例えば、本発明を単一の光導波路同士の光
結合に適用するところは当然に可能であり、この場合で
も上記の経済的効果が得られることはいうまでもない。
また、本発明を応用して、光アイソレータなどの光学素
子を光導波路アレイ間に配置することも可能であるが、
この場合は、前記の実施例に若干の手直しを行うことで
対応が可能である。尚、物体、像面に光導波路以外のも
のが配置される光学系にも本発明を適用することができ
る。

【００８５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、両
テレセントリック光学系の結像倍率を両方のアレイピッ
チの比に設定することにより、アレイピッチが異なる光
導波路アレイ同士の光結合を実現することが可能であ
り、しかも、一方の光導波路アレイからの出射光を他方
の光導波路アレイに入射させる際に、軸上および軸外を
問わず、自動的に一定した高い光結合効率で入射させる
ことができ、さらに、光結合装置として組立てる際に、
必ずしも光導波路アレイを構成する各素子間の光軸を合
わせる必要がなく、且つ、光軸方向と垂直方向の光導波
路アレイの位置決め精度を緩和することができ、延いて
は、組み上げコストの大幅な低減化を実現し得る非球面
テレセントリックレンズを提供することができる。

【００８６】また、本発明によれば、上記の効果を奏し
得る上に、光導波路アレイ同士の光結合において実用化
に耐え得る程度にコンパクトで、諸収差の補正がなされ
た非球面テレセントリックレンズを安価に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図５】本発明の第５実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図６】本発明の第６実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図７】本発明の第７実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図８】本発明の第８実施例に係る非球面テレセントリ
ックレンズの構成を示す断面図である。

【図９】第１実施例に係る非球面テレセントリックレン
ズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を表
す総合収差図である。

【図１０】第２実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１１】第３実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１２】第４実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１３】第５実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１４】第６実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１５】第７実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１６】第８実施例に係る非球面テレセントリックレ
ンズの示す球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差を
表す総合収差図である。

【図１７】従来から知られた光結合装置用の有限倍率光
学系の代表的な１つの例を説明するための説明図であ
る。

【図１８】従来から知られた光結合装置用の有限倍率光
学系の代表的な他の例を説明するための説明図である。

【符号の説明】

Ｏ 光軸 Ｌ0 レンズアレイ １，４，６，８，１０，１２，１４，１６ 第１群レン
ズ ２，３，５，７，９，１１，１３，１５，１７ 第２群
レンズ ８１，９１ａ〜９１ｄ ＬＤ素子 ８２，９２ ＬＤアレイ ８３，９３ａ〜９３ｄ 光ファイバー ８４，９４ 光ファイバーアレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１面の非球面を含む両テレセ
   ントリック光学系であって、物体面と像面との間に結像
   レンズが配置される有限倍率光学系において、前記物体
   面とこの物体面よりTT／( |M| + 1 ）だけ離れた光軸上
   の位置に設定されたＰ点との間に存在するレンズ群を第
   １レンズ群とし、前記Ｐ点と前記像面との間に存在する
   レンズ群を第２レンズ群としたとき、 （１） 0.5 |M| ＜ f2 ／ f1 ＜ 2.0|M| （２） 0.01 ＜ △／|Ra|(NA)⁴ ＜ 0.3 （３） 1／4.5 ＜ |M||Ra|／|Rb| ＜ 4.5 但し、TT：物像間距離 Ｍ：倍率 f1：第１レンズ群の焦点距離 f2：第２レンズ群の焦点距離 Ra：|M| ≧１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶
   対値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非球面
   である。|M| ＜１のときは、第２レンズ群中の曲率半径
   の絶対値が最も小さい面の曲率半径であり、この面は非
   球面である。 NA：上記Raの属するレンズ群側の開口数 △：上記Raの面の非球面量に関するものであり、上記定
   義のNAの軸上周辺光線がレンズ面と交差する点の光軸か
   らの高さにおける、非球面と近軸曲率半径Raの基準球面
   との間の光軸に平行な方向への変位量を示し、その符号
   は、Ra＜０のときは像側への変位が正となる。Ra＞０の
   ときは物体側への変位が正となる。 Rb：|M| ≧１のときは、第２レンズ群中の曲率半径の絶
   対値が最も小さい面の曲率半径 |M| ＜１のときは、第１レンズ群中の曲率半径の絶対値
   が最も小さい面の曲率半径 の諸条件を満足するように構成したことを特徴とする非
   球面テレセントリックレンズ。