光学元件

摘要

提供一种能够简单地进行光学对准的光学元件。在光传输路径与发光元件或受光元件的两者之间，光学元件(100)被配置为介于从两者中的一方被输送给另一方的光的路径上。该光学元件的至少一个面具有第1聚光区域和第2聚光区域，以通过该发光元件或该受光元件的中心、该光学元件的中心和该光传输路径的端面的中心的光线的路径为光轴，该第1聚光区域的面(105)形成为使来自该一方的光被该另一方接收，该第2聚光区域的面(107)形成为使来自该一方的光在该光学元件与该另一方之间的规定位置处成像，该第2聚光区域的面构成为在该第2聚光区域中通过的光在该规定位置处形成环或其一部分的像。

权利要求

1.一种光学元件，该光学元件被配置为在光传输路径与发光元件或受光元件之间，介于从两者中的一方输送给另一方的光的路径上，其中，该光学元件的至少一个面由第1聚光区域的面和第2聚光区域的面构成，该第1聚光区域的面被形成为使来自该一方的光被该另一方接收，该第2聚光区域的面是以光轴为中心的环状的面或该环状的面一部分，且该第2聚光区域是以该第1聚光区域的顶点为基准，在规定的范围内的环状曲面，并被构成为使通过了该第2聚光区域的光在该光学元件与该另一方之间的规定位置处形成环或该环的一部分的像，其中，该光轴是通过该发光元件或该受光元件的中心、该光学元件的中心和该光传输路径的端面的中心的光线的路径。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

该至少一个面是该光学元件的射出侧的面。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其中，

该光学元件被构成为，将通过该第1聚光区域的面的顶点和该光传输路径的端面的中心的光线的路径作为光轴，使入射到该光学元件的入射侧的面的光成为与该光轴平行的光束，入射到该射出侧的面。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

第1聚光区域和第2聚光区域被形成为，在设作为第1聚光区域的焦点距离的倒数的折射力为φ0、设作为第2聚光区域的焦点距离的倒数的折射力为φj、将通过该第1聚光区域的面的顶点和该光传输路径的端面的中心的光线的路径作为光轴、设第1聚光区域的面的顶点与第2聚光区域的面的顶点在光轴方向上的距离为lj时，满足1.4φ0＜φj＜1/lj。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中，

第1聚光区域和第2聚光区域形成为还满足2.0φ0＜φj。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

该第1聚光区域和该第2聚光区域被形成为，来自该一方的光在通过了该第1聚光区域后的路径与来自该一方的光在通过了该第2聚光区域后的路径互不重合。

7.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

在将通过该第1聚光区域的面的顶点和该光传输路径的端面的中心的光线的路径作为光轴时，该第1聚光区域的面是以该光轴为中心轴而使曲线旋转规定角度得到的形状。

8.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

在将通过该第1聚光区域的面的顶点和该光传输路径的端面的中心的光线的路径作为光轴时，该第2聚光区域的面是以该光轴为中心轴而使曲线旋转规定角度得到的形状。

9.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

该至少一个面具有多个第2聚光区域。

10.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

该第1聚光区域和该第2聚光区域被形成为，相比于该至少一个面仅由该第1聚光区域形成的光学元件而言，从该一方输送给该另一方的光的量减少10％至40％。

说明书

光学元件

技术领域

[0001] 本发明涉及用于将光传输路径与发光元件或受光元件光学耦合起来的光学元件。

背景技术

[0002] 在光通信中，为了将光传输路径与发光元件或受光元件光学耦合起来而使用光学元件。在这种光学元件中，基于安全和通信规格等原因而有时需要减少光量。以往在这种情况下，使用包含光吸收剂的材料的光学元件以及在表面安装有遮挡光的膜的光学元件(例如，专利文献1)。此外，还开发出了在表面设置槽部以使光量减少的光学元件(例如，专利文献2)。

[0003] 另一方，例如在包括发光元件、光传输路径以及将两者光学耦合起来的光学元件的光学系统中，发光元件与光学元件的光学对准是耗费劳力的作业。

[0004] 尚未开发出为了将光传输路径与发光元件或受光元件光学耦合起来而例如能够简单进行与发光元件间的光学对准的光学元件。

[0005] 在先技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开平11-119063

[0008] 专利文献2：日本特开2008-145678

发明内容

[0009] 发明要解决的课题

[0010] 因此，对于用于将光传输路径与发光元件或受光元件光学耦合起来的例如能够简单进行与发光元件间的光学对准的光学元件存在需求。

[0011] 用于解决课题的手段

[0012] 本发明的光学元件被配置为在光传输路径与发光元件或受光元件之间，介于从两者中的一方被输送给另一方的光的路径上。该光学元件的至少一个面具有第1聚光区域和第2聚光区域，并且以通过该发光元件或该受光元件的中心、该光学元件的中心和该光传输路径的端面的中心的光线的路径为光轴，该第1聚光区域的面形成为来自该一方的光被该另一方接收，该第2聚光区域的面形成为来自该一方的光在该光学元件与该另一方之间的规定位置处成像，该第2聚光区域的面是以该光轴为中心的环状的面或其一部分，构成为在该第2聚光区域中通过的光在该规定位置处形成环或其一部分的像。

[0013] 根据本发明，通过对第1聚光区域的面的面积与第2聚光区域的面的面积之间的比率进行调整，能够使从一方发送给另一方的光量减少为期望的程度。此外，通过对由在第2聚光区域中通过的光形成的环或其一部分的像进行观察，能够简单地实施光学系统的光学对准。

[0014] 在本发明的第1实施方式的光学元件中，该至少一个面是该光学元件的射出侧的面。

[0015] 本发明的第2实施方式的光学元件基于第1实施方式的光学元件，入射到该光学元件的入射侧的面的光成为与该光轴平行的光束，构成为入射到该射出侧的面。

[0016] 在本发明的第3实施方式的光学元件中，在将第1聚光区域的折射力设为φ0、将第2聚光区域的折射力设为φj、将第1聚光区域的面的顶点与第2聚光区域的面的顶点在光轴方向上的距离设为lj时，第1聚光区域和第2聚光区域形成为满足1.4φ0＜φj＜1/lj。

[0017] 根据本实施方式，通过第2聚光区域的面的光线的大部分的量不会被该另一方接收。

[0018] 在本发明的第4实施方式的光学元件中，第1聚光区域和第2聚光区域还形成为满足2.0φ0＜φj。

[0019] 本发明的第5实施方式的光学元件以来自该一方的光在通过该第1聚光区域后的路径与来自该一方的光在通过该第2聚光区域后的路径互不重合的方式，形成该第1聚光区域和该第2聚光区域。

[0020] 根据本实施方式，在第2聚光区域中通过后的路径不与在第1聚光区域中通过后的路径重合，因此由在第2聚光区域中通过的光形成的环或其一部分的像变得鲜明而利于观察。

[0021] 在本发明的第6的实施方式的光学元件中，该第1聚光区域的面是以该光轴为中心轴而使曲线旋转规定角度得到的形状。

[0022] 在本发明的第7的实施方式的光学元件中，该第2聚光区域的面是以该光轴为中心轴而使曲线旋转规定角度得到的形状。

[0023] 根据本实施方式，通过改变该规定的角度，能够调整第1聚光区域的面的面积与第2聚光区域的面的面积的比率。

[0024] 在本发明的第8的实施方式的光学元件中，该至少一个面具有多个第2聚光区域。

[0025] 根据本实施方式，通过改变第2聚光区域的数量，能够调整第1聚光区域的面的面积与第2聚光区域的面的面积的比率。

[0026] 本发明的第9的实施方式的光学元件以相比该至少一个面仅由该第1聚光区域形成的光学元件而言，从该一方被输送给该另一方的光的量减少10％至40％的方式，形成该第1聚光区域和该第2聚光区域。

附图说明

[0027] 图1是表示包含本发明的光学元件的光学系统的结构的一例的图。

[0028] 图2是用于说明光学元件的出射面的第1聚光区域和第2聚光区域的图。

[0029] 图3是表示用于对由第2聚光区域形成的像进行拍摄的装置的图。

[0030] 图4是表示由第2聚光区域形成的像的一例的图。

[0031] 图5是用于说明使用由第2聚光区域形成的圆环的形状的像实施的光学系统的位置调整方法的流程图。

[0032] 图6是用于说明光学元件的出射面的第1聚光区域和第2聚光区域的图。

[0033] 图7是用于说明光学元件的出射面的第1聚光区域和第2聚光区域的图。

[0034] 图8是表示包含比较例的出射面的光轴的截面的形状的图。

[0035] 图9是表示包含实施例1的出射面的光轴的截面的形状的图。

[0036] 图10是表示包含实施例2的出射面的光轴的截面的形状的图。

[0037] 图11是表示包含实施例3的出射面的光轴的截面的形状的图。

[0038] 图12是表示包含实施例3的出射面的光轴的截面的形状的图。

[0039] 图13是表示包含实施例5的出射面的光轴的截面的形状的图。

具体实施方式

[0040] 图1是表示包括本发明的光学元件100的光学系统的结构的一例的图。光学系统包括发光元件200、光传输路径300和用于将两者光学耦合的光学元件100。从发光元件200放射的发散光束被光学元件100的入射面101形成为平行光束，并被光学元件100的棱镜全反射面103反射，被光学元件100的出射面104会聚在光传输路径300上。

[0041] 图2是用于说明光学元件100的出射面104的第1聚光区域和第2聚光区域的图。第1聚光区域形成为使通过第1聚光区域的面105的光被光纤接收，第2聚光区域形成为使通过第2聚光区域的面107的面的光中的规定量的光不被光纤300接收。将通过光学元件100的两面的曲率中心和作为光传输路径的光纤300的端面的中心的直线作为光轴。图2是包含光轴OP的剖视图。在图2中，光轴OP与光纤300的中心轴一致。光纤300由包含中心轴的光芯301以及形成在该光芯301的周围的包层303构成。

[0042] 由单点划线示出与光轴平行的光线在通过第1聚光区域的面105后的路径。光学元件100的出射面104的第1聚光区域的面105形成为与光轴平行的光束会聚在光纤300的端面的中心。也可以代之形成为，第1聚光区域的面105使得与光轴平行的光束会聚在光轴OP上或其周围的、光纤300的端面的中心的附近的点。这样，第1聚光区域的面105形成为使通过该面的光被光纤接收。

[0043] 光学元件100的出射面104的第2聚光区域的面107以将在出射面上与光轴间的距离为hja的圆和与光轴间的距离为hjb的圆作为与第1聚光区域的面105的边界而形成为环状。由实线示出与光轴平行的光线在通过第2聚光区域的面107后的路径。第2聚光区域的面107形成为使与光轴平行行进且通过第2聚光区域的面107的光线在与光轴垂直的面150上会聚在与光轴间的距离为hφj的点上。上述点的集合是由第2聚光区域形成在面150上的像，其形状是圆环状。

[0044] 将第1聚光区域的折射力用φ0表示，将第2聚光区域的折射力用φj表示。这里，φ0和φj为正。折射力是焦点距离的倒数。lj是第1聚光区域的面105的顶点与第2聚光区域的面107的顶点在光轴方向、即透镜下垂方向上的距离。这里，面的顶点指的是面的曲率中心。

[0045] 这里，面150需要位于比第1聚光区域的面105的顶点靠近光纤300的位置处。因此，需要满足以下的条件。

[0046] lj＜1/φj   (1)

[0047] 式(1)可如下进行变形。

[0048] φj＜1/lj

[0049] 为了使得通过第2聚光区域的面107的光线的大部分的量不被光纤300接收，则需要第2聚光区域的折射力φj充分大于第1聚光区域的折射力φ0。具体而言，优选满足以下的条件。

[0050] 1.4φ0＜φj   (2)

[0051] 进而，更优选满足以下的条件。

[0052] 2.0φ0＜φj   (3)

[0053] 将与光轴平行行进、且在第1聚光区域的面105上通过与光轴间的距离为hja的点的光线与面150的交点用hφja表示，将该光线与光轴构成的角度(锐角)用uja表示。此外，将与光轴平行行进、且在第1聚光区域上通过与光轴间的距离为hjb的点的光线与面150的交点用hφjb表示，将该光线与光轴构成的角度(锐角)用ujb表示。

[0054] 还可以存在多个第2聚光区域。一般地，hja表示第j个接近光轴的第2聚光区域的光轴侧的边界与光轴间的距离，hjb表示第j个接近光轴的第2聚光区域的光轴的相反侧的边界与光轴间的距离。面150的位置可以按照每个第2聚光区域的面而不同。

[0055] 图3是表示用于对由第2聚光区域形成的像进行拍摄的装置的图。像形成在出射面104与光纤300的端面之间的规定的面150上。由设置在相比于面150而言与光学元件100在光轴方向上距离更远的位置处的相机等的拍摄装置400对该像进行拍摄。

[0056] 图4是表示由第2聚光区域形成的像的一例的图。图中的x坐标和y坐标是在与光轴垂直的面上的相互垂直的坐标轴。在图4中，浓度较高的区域是接收到更多的光而更明亮的区域。在图4中，环状的黑色区域相当于由第2聚光区域形成的圆环形状的像。另外，不存在第2聚光区域的情况下，圆的中心的浓度最高，随着与中心的距离越大而浓度缓慢减少。

[0057] 图5是用于说明使用由第2聚光区域形成的圆环形状的像实施的光学系统的位置调整方法的流程图。

[0058] 在图5的步骤S1010中，配置光源200和光学元件100。

[0059] 在图5的步骤S1020中，对由第2聚光区域形成的圆环形状的像进行拍摄。

[0060] 在图5的步骤S1030中，判断所拍摄的像的圆环是否为正圆。为了判断是否为正圆，测定与像的圆环的正圆对应的位置中的至少3点的光量，判断该3点的光量是否相同。若该3点的光量相同，则可判断为圆环是正圆。在所拍摄的像的圆环是正圆的情况下，判断为光源200和光学元件100的中心轴一致而被适当地配置，因此结束处理。在所拍摄的像的圆环并非正圆的情况下，判断为光源200和光学元件100的中心轴不一致，因此前进到步骤S1040。

[0061] 在图5的步骤S1040中，根据所拍摄的像的圆环的形状，以光源200和光学元件100的中心轴一致的方式调整两者的配置。此后，进入步骤S1020。

[0062] 另外，通过测定由第2聚光区域形成的圆环形状的像的光量，除了可实施上述的光学系统的位置调整之外，还可以实施光学元件100的内部应力的测定、异物的检测等。

[0063] 在观察由第2聚光区域形成的图4所示的像的情况下，优选第2聚光区域的光束不与第1聚光区域的光束重合。以下对第2聚光区域的光束不与第1聚光区域的光束重合的条件进行说明。

[0064] 图6是用于说明光学元件100的出射面104的第1聚光区域和第2聚光区域的图。

[0065] 图6是包含光轴OP的剖视图。关于标号，与图2所示的内容同样。而且，将第j个接近光轴的第2聚光区域的光轴侧的边界处的透镜的形成第1聚光区域的面的下垂值用sagja表示。如上述那样，lj是第1聚光区域的面105的顶点与第2聚光区域的面107的顶点在光轴方向上的距离。

[0066] 在图6中，关于以点A、B和C为顶点的三角形，下式成立。

[0067] 【数1】

[0068]

[0069] 关于以点A、D和E为顶点的三角形，下式成立。

[0070] 【数2】

[0071]

[0072] 基于上述的2式而下式成立。

[0073] 【数3】

[0074]

[0075] 基于上述的式可得到下式。

[0076] 【数4】

[0077]

[0078] 在图6中，为了使通过实线示出的第j个接近光轴的第2聚光区域的光束不与通过单点划线示出的第1聚光区域的光束中的光轴侧的相邻部分的光束重合，需要下式成立。

[0079] 【数5】

[0080] hφj＞hφja

[0081] 因此，需要下式成立。

[0082] 【数6】

[0083]

[0084] 图7是用于说明光学元件100的出射面104的第1聚光区域和第2聚光区域的图。

[0085] 图7是包含光轴OP的剖视图。关于标号，与图2所示的内容同样。将第j个接近光轴的第2聚光区域的光轴的相反侧的边界处的透镜的形成第1聚光区域的面的下垂值用sagjb表示。

[0086] 在图7中，关于以点A、G和H为顶点的三角形，下式成立。

[0087] 【数7】

[0088]

[0089] 关于以点A、B和F为顶点的三角形，下式成立。

[0090] 【数8】

[0091]

[0092] 基于上述的2式而下式成立。

[0093] 【数9】

[0094]

[0095] 基于上述的式可得到下式。

[0096] 【数10】

[0097]

[0098] 在图7中，为了使实线示出的第j个接近光轴的第2聚光区域的光束不与通过单点划线示出的第1聚光区域的光束中的光轴的相反侧的相邻部分的光束重合，需要下式成立。

[0099] 【数11】

[0100] hφj＜hφjb

[0101] 因此，需要下式成立。

[0102] 【数12】

[0103]

[0104] 若满足了上述的式(4)和式(5)，则第2聚光区域的光束不与第1聚光区域的光束重合。

[0105] 以下，说明本发明的实施例和比较例。

[0106] 实施例和比较例的光学系统

[0107] 图1示出实施例和比较例的光学系统的结构。光学系统包括发光元件200、光传输路径300以及用于将两者光学耦合的光学元件100。从发光元件200放射的发散光束被光学元件100的入射面101形成为平行光束，被光学元件100的棱镜全反射面103反射，并被光学元件100的出射面104会聚在作为光传输路径的光纤300上。

[0108] 在图1中，将通过发光元件200的中心、入射面101的曲率中心(顶点)、第1聚光区域的面105的曲率中心(顶点)和光纤300的端面的中心的光线的路径作为光轴。将入射面101的曲率中心(顶点)和第1聚光区域的面105的曲率中心(顶点)连结的直线的路径通过光学元件100的中心，因此光轴通过光学元件100的中心。

[0109] 发光元件200是VCSEL光源等的半导体激光光源，波长是850nm。从光源200发出的光束的发散角度按照数值孔径为0.19。光源200与入射面101的距离是0.3158mm，入射面101与使光轴旋转90度的全反射面103的距离是0.9842mm，该全反射面103与出射面104的距离是0.9848mm，出射面104与作为光传输路径的光纤300的端面间的距离是0.3152mm。上述的距离是沿光轴的距离。光纤300的口径(光芯301的直径)为直径50μm，取入角度按照数值孔径为0.2。

[0110] 光学元件100的材料是非晶性热可塑性聚醚酰亚胺(PEI)树脂，折射率是1.663(d线，587.56nm)，阿贝值是20.09(d线，587.56nm)。此外，上述的树脂的半导体激光光源200的波长850nm的折射率是1.638。光学元件100的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂或玻璃。

[0111] 入射面101的形状在所有的实施例和比较例中是相同的，可通过下式表现。

[0112] 【数13】

[0113]

[0114] 【数14】

[0115] c＝1/R

[0116] 【数15】

[0117] r2＝x2+y2

[0118] 这里，r是与光轴垂直的方向的距离，z是以入射面101的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0119] 入射面101是使由上述的数式表现的曲线绕光轴旋转的形状。

[0120] 表1是表示入射面的常数的表。

[0121] 【表1】

[0122]R 0.2020
k -2.5499

[0123] 比较例的出射面

[0124] 图8是表示包含比较例的出射面的光轴的截面的形状的图。比较例的出射面不具备第2聚光区域。

[0125] 包含出射面的光轴的截面的形状可通过以下的数式表示。

[0126] 【数16】

[0127]

[0128] 【数17】

[0129] c＝1/R

[0130] 【数18】

[0131] r2＝x2+y2

[0132] 这里，r是与光轴垂直的方向的距离，z是以出射面的顶点(图8中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。Z以光的行进方向为正。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0133] 出射面是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。

[0134] 表2是表示出射面的常数的表。

[0135] 【表2】

[0136]R -0.2012
k -2.3288

[0137] 被出射面收敛的光束的角度按照数值孔径为0.19。从比较例的发光元件200到光纤300的光耦合效率是78.2％。

[0138] 实施例1的出射面

[0139] 图9是表示包含实施例1的出射面的光轴的截面的形状的图。实施例1具有1个第2聚光区域。

[0140] 出射面的第1聚光区域的面和第2聚光区域的面的形状可通过以下的数式表示。

[0141] 【数19】

[0142]

[0143] 【数20】

[0144] c＝1/R

[0145] 【数21】

[0146] r2＝x2+y2

[0147] c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0148] 第1聚光区域的面是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。这里，r是与光轴间的距离，z是以出射面的顶点(图9中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。

[0149] 表3是表示出射面的第1聚光区域的常数的表。

[0150] 【表3】

[0151]R -0.2012
k -2.3288

[0152] 第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的顶点为基准，在r方向r1＝0.050mm，z方向z1＝-0.005mm的位置处具有顶点的通过上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，上述的数式的r是与通过第2聚光区域的顶点且与光轴平行的直线间的距离，上述的数式的z是以第2聚光区域的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。出射面的第2聚光区域是以第1聚光区域的顶点为基准，在r＝0.046mm到0.080mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0153] 表4是表示出射面的第2聚光区域的常数的表。

[0154] 【表4】

[0155]项目 第2聚光区域
R -0.0500
k 0.0000
r1 0.050
z1 -0.005

[0156] 从实施例1的发光元件200到光纤300的光耦合效率是62.5％，光纤300接收的光量为比较例的情况的79.9％。

[0157] 实施例2的出射面

[0158] 图10是表示包含实施例2的出射面的光轴的截面的形状的图。实施例2具有1个第2聚光区域。

[0159] 出射面的第1聚光区域的面和第2聚光区域的面的形状可通过以下的数式表示。

[0160] 【数22】

[0161]

[0162] 【数23】

[0163] c＝1/R

[0164] 【数24】

[0165] r2＝x2+y2

[0166] c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0167] 第1聚光区域的面是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。这里，r是与光轴间的距离，z是以出射面的顶点(图10中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。

[0168] 表5是表示出射面的第1聚光区域的常数的表。

[0169] 【表5】

[0170]R -0.2012
k -2.3288

[0171] 第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的顶点为基准，在r方向r1＝0.030mm，z方向z1＝-0.001mm的位置处具有顶点的通过上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，上述的数式的r是与通过第2聚光区域的顶点且与光轴平行的直线间的距离，上述的数式的z是以第2聚光区域的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。出射面的第2聚光区域是以第1聚光区域的面的顶点为基准，在r＝0.024mm到0.054mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0172] 表6是表示出射面的第2聚光区域的面的常数的表。

[0173] 【表6】

[0174]项目 第2聚光区域
R -0.0500
k 0.0000
r1 0.030
z1 -0.001

[0175] 实施例2的发光元件200到光纤300的光耦合效率是52.8％，光纤300接收的光量是比较例的情况的67.6％。

[0176] 实施例3的出射面

[0177] 图11是表示包含实施例3的出射面的光轴的截面的形状的图。实施例3具有2个第2聚光区域。

[0178] 出射面的第1聚光区域的面和第2聚光区域的面的形状可通过以下的数式表示。

[0179] 【数25】

[0180]

[0181] 【数26】

[0182] c＝1/R

[0183] 【数27】

[0184] r2＝x2+y2

[0185] c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0186] 第1聚光区域的面是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。这里，r是与光轴间的距离，z是以出射面的顶点(图11中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。

[0187] 表7是表示出射面的第1聚光区域的面的常数的表。

[0188] 【表7】

[0189]R -0.2012
k -2.3288

[0190] 与光轴最近的第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的顶点为基准，在r方向r1＝0.030mm，z方向z1＝-0.003mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，r是与通过上述的顶点且与光轴平行的直线间的距离，z是以上述的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是在r＝0.036mm到0.073mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0191] 表8是表示与光轴最近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0192] 【表8】

[0193]项目 与光轴最近的第2聚光区域
R -0.1000
k 0.0000
r1 0.030
z1 -0.003

[0194] 与光轴第二近的第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的顶点为基准，在r方向r2＝0.050mm，z方向z2＝-0.015mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，上述的数式的r是与通过第2聚光区域的面的顶点且与光轴平行的直线间的距离，上述的数式的z是以第2聚光区域的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是以第1聚光区域的顶点为基准，在r＝0.099mm到0.140mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0195] 表9是表示与光轴第二近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0196] 【表9】

[0197]项目 与光轴第二近的第2聚光区域
R -0.1400
k 0.0000
r2 0.050
z2 -0.015

[0198] 实施例3的发光元件200到光纤300的光耦合效率是62.8％，光纤300接收的光量为比较例的情况的80.3％。

[0199] 实施例4的出射面

[0200] 图12是表示包含实施例4的出射面的光轴的截面的形状的图。实施例4具有2个第2聚光区域。

[0201] 出射面的第1聚光区域的面和第2聚光区域的面的形状可通过以下的数式表示。

[0202] 【数28】

[0203]

[0204] 【数29】

[0205] c＝1/R

[0206] 【数30】

[0207] r2＝x2+y2

[0208] c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0209] 第1聚光区域的面是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。这里，r是与光轴间的距离，z是以出射面的顶点(图12中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。

[0210] 表10是表示出射面的第1聚光区域的面的常数的表。

[0211] 【表10】

[0212]R -0.2012
k -2.3288

[0213] 与光轴最近的第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的面的顶点为基准，在r方向r1＝0.040mm，z方向z1＝-0.004mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，r是与通过上述的顶点且与光轴平行的直线间的距离，z是以上述的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是在r＝0.040mm到0.075mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0214] 表11是表示与光轴最近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0215] 【表11】

[0216]项目 与光轴最近的第2聚光区域
R -0.0700
k 0.0000
r1 0.040
z1 -0.004

[0217] 与光轴第二近的第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的顶点为基准，在r方向r2＝0.080mm，z方向z2＝-0.021mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，上述的数式的r是与通过第2聚光区域的顶点且与光轴平行的直线间的距离，上述的数式的z是以第2聚光区域的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是以第1聚光区域的顶点为基准，在r＝0.101mm到0.136mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0218] 表12是表示与光轴第二近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0219] 【表12】

[0220]项目 与光轴第二近的第2聚光区域
R -0.0900
k 0.0000
r2 0.080
z2 -0.021

[0221] 从实施例4的发光元件200到光纤300的光耦合效率是69.6％，光纤300接收的光量是比较例的情况的89.0％。

[0222] 实施例5的出射面

[0223] 图13是表示包含实施例5的出射面的光轴的截面的形状的图。实施例5具有2个第2聚光区域。

[0224] 出射面的第1聚光区域的面和第2聚光区域的面的形状可通过以下的数式表示。

[0225] 【数31】

[0226]

[0227] 【数32】

[0228] c＝1/R

[0229] 【数33】

[0230] r2＝x2+y2

[0231] c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，i是非球面的阶数，Ai是非球面系数。

[0232] 第1聚光区域是使由上述的数式表示的曲线绕光轴旋转得到的形状。这里，r是与光轴间的距离，z是以出射面的顶点(图13中的r＝0，z＝0的点)为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。

[0233] 表13是表示出射面的第1聚光区域的面的常数的表。

[0234] 【表13】

[0235]R -0.2012
k -2.3288

[0236] 与光轴最近的第2聚光区域的面是使以第1聚光区域的面的顶点为基准，在r方向r1＝0.030mm，z方向z1＝0.000mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，上述的数式的r是与通过第2聚光区域的面的顶点且与光轴平行的直线间的距离，上述的数式的z是以第2聚光区域的面的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是以第1聚光区域的顶点为基准，在r＝0.021mm到0.052mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0237] 表14是表示与光轴最近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0238] 【表14】

[0239]项目 与光轴最近的第2聚光区域
R -0.0400
k 0.0000
r1 0.060
z1 0.000

[0240] 与光轴第二近的第2聚光区域是使以第1聚光区域的面的顶点为基准，在r方向r2＝0.060mm，z方向z2＝-0.008mm的位置处具有顶点的由上述的数式表示的曲线绕出射面的中心轴、即光轴旋转的形状。这里，r是与通过上述的顶点且与光轴平行的直线间的距离，z是以上述的顶点为基准的光轴方向的坐标。z以光的行进方向为正。与光轴最近的第2聚光区域是在r＝0.058mm到0.100mm的范围内的环状曲面(凸部)。

[0241] 表15是表示与光轴第二近的第2聚光区域的面的常数的表。

[0242] 【表15】

[0243]项目 与光轴第二近的第2聚光区域
R -0.0600
k 0.0000
r2 0.060
z2 -0.008

[0244] 从实施例5的发光元件200到光纤300的光耦合效率是46.6％，光纤300接收的光量是比较例的情况的59.7％。

[0245] 实施例的总结

[0246] 表16是表示各实施例的出射面的折射力的表。折射力的单位是毫米的倒数。

[0247] 【表16】

[0248]

[0249] 所有实施例的第2聚光区域的折射力都满足式(2)。此外，与实施例3的光轴第二近的第2聚光区域以外的第2聚光区域的折射力满足式(3)。

[0250] 表17是表示各实施例的l1的值的表。长度的单位是毫米。

[0251] 【表17】

[0252]实施例 l1
实施例1 5.00E-3
实施例2 1.00E-03
实施例3 3.00E-03
实施例4 4.00E-03
实施例5 0.00E-03

[0253] 根据表16可知，与光轴最近的第2聚光区域的折射力的最大值是15.985，其倒数是0.062559。因此，所有的与光轴最近的第2聚光区域的折射力的倒数都在0.062559以上，满足式(1)。

[0254] 表18是表示各实施例的l2的值的表。长度的单位是毫米。

[0255] 【表18】

[0256]实施例 l2
实施例3 1.50E-02
实施例4 2.10E-02
实施例5 8.00E-03

[0257] 根据表16可知，与光轴第二近的第2聚光区域的折射力的最大值是10.639，其倒数是0.093993。因此，所有的与光轴最近的第2聚光区域的折射力的倒数都在0.093993以上，满足式(1)。

[0258] 表19是对各实施例示出式(4)的左边的数值、在右边的计算中使用的数值和右边的数值的表。长度的单位是毫米。

[0259] 【表19】

[0260]

[0261] 根据表19可知，各实施例满足式(4)。

[0262] 表20是对各实施例示出式(5)的左边的数值、在右边的计算中使用的数值和右边的数值的表。长度的单位是毫米。

[0263] 【表20】

[0264]

[0265] 根据表20，各实施例满足式(5)。

[0266] 在各实施例中，通过第2聚光区域而由光纤接收的光量与比较例相比减少10％至40％。

[0267] 如上述那样，第2聚光区域的面通过使曲线绕光轴旋转而形成。也可以使曲线绕光轴旋转360度而形成连续的曲面。或者，在规定的角度范围内，作为一例，可以在从0度到30度、从120度到150度、从240度到270度的角度范围内使曲线绕光轴旋转而形成第2聚光区域的曲面，并在其他的角度范围内保留第1聚光区域的面。这种情况下，也会形成图4所示的圆环的一部分，因此能够根据图5所示的方法进行光学系统的位置调整。

[0268] 在上述的实施例中，对将从发光元件放出的光耦合到光传输路径上的光学元件进行了说明。在其他的实施方式中，还可以使用本发明的光学元件以将从光传输路径放出的光耦合到光电检测器等的受光元件上。