結合光学系、ファイバ光学系
【課題】マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制可能な結合光学系を提供する。
【解決手段】結合光学系は、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する光学系である。結合光学系は、第１両側テレセントリック光学系と、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第１両側テレセントリック光学系は、一方のマルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が他方のマルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
【解決手段】結合光学系は、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する光学系である。結合光学系は、第１両側テレセントリック光学系と、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第１両側テレセントリック光学系は、一方のマルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が他方のマルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等に用いられるマルチコアファイバ同士を結合させる結合光学系、及びファイバ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求されている。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれている。
【０００３】
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われている。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行うための手段が要求されている。
【０００４】
これに関し、たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを用いることができる（特許文献１、２参照）。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。光通信においては、このようなマルチコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合して使用したいという要望がある。
【０００５】
ここで、２枚のコリメートレンズを介してシングルコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合する技術が存在する（特許文献３参照）。この技術によれば、シングルコアファイバ同士の間隔を伸縮させた場合であっても、結合効率を低下させることなくシングルコアファイバ同士を光学的に結合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１９６５６号公報
【特許文献３】特開昭５８−６８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マルチコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合するために特許文献３の技術を応用する場合、たとえば、図９Ａ及び図９Ｂに示す構成となる。図９Ａ及び図９Ｂは、マルチコアファイバＭ、マルチコアファイバＭ´の軸方向の断面図である。
【０００８】
マルチコアファイバＭ及びＭ´は、２枚のコリメートレンズＬ１及びＬ２を介して光学的に結合される（図９Ａ参照）。２枚のコリメートレンズＬ１及びＬ２は、両側テレセントリック光学系を構成している。また、コリメートレンズＬ１とＬ２の間隔はｓとなっている。
【０００９】
ここで、マルチコアファイバ同士を光学的に結合するために、マルチコアファイバ同士の間隔を調整する場合について述べる。たとえば、図９Ａの状態からマルチコアファイバＭ´及びコリメートレンズＬ２をマルチコアファイバＭ及びコリメートレンズＬ１からαだけ離した場合、図９Ｂに示すように、マルチコアファイバＭのコアＣｃから出射する光は、マルチコアファイバＭ´において対応するコアＣ´ｃに垂直に入射する。一方、マルチコアファイバＭの周辺コアＣａから出射する光は、マルチコアファイバＭ´において対応する周辺コアＣ´ａに入射する際、光束の入射角度が変わる。たとえば、図９Ｂに示すように、コアＣａから出射した光の主光線（コアＣａの光軸と平行な光線）がコリメートレンズＬ１及びコリメートレンズＬ２を介して、マルチコアファイバＭ´のコアＣ´ａの光軸（コアＣ´ａと平行な軸）に対して斜めに入射する。ここで、主光線がコアの断面に対して垂直に入射する場合に結合効率が最適となるが、図９Ｂのように、コアＣ´ａの光軸に対して主光線が斜めに入射した場合、結合効率の低下を招く。また、マルチコアファイバ同士の間隔をαだけ離した場合、コアＣａから出射する光束の一部がコリメートレンズＬ２に入射せず、所謂ケラレが発生する場合がある。すなわち、特許文献３に記載の技術をマルチコアファイバに応用した場合には、結合効率の低下を招くという問題がある。
【００１０】
また、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、マルチコアファイバＭ及びコリメートレンズＬ１を含むファイバ光学系を支持するファイバ光学系支持部材Ｈ１と、マルチコアファイバＭ´及びコリメートレンズＬ２を含むファイバ光学系を支持するファイバ光学系支持部材Ｈ２とを接合することにより、マルチコアファイバ同士を光学的に結合することも可能である。
【００１１】
この場合、ファイバ光学系間の間隔が正確でないと、マルチコアファイバＭからの光の主光線がマルチコアファイバＭ´のコアの光軸に対して斜めに入射する（図９Ｄ参照）。よって、結合効率の低下を招く。
【００１２】
この発明は上記の問題点を解決するものであり、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制可能な結合光学系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】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の結合光学系は、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する光学系である。結合光学系は、第１両側テレセントリック光学系と、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第１両側テレセントリック光学系は、一方のマルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が他方のマルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１レンズと、第２レンズとを含む。第１レンズは、一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を収束させる。第２両側テレセントリック光学系は、第３レンズと、第４レンズとを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光をコリメートさせる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の結合光学系は、請求項２記載の結合光学系であって、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズそれぞれの焦点距離が等しい。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の結合光学系は、請求項２記載の結合光学系であって、第１レンズ及び第４レンズが等しい焦点距離ｆ１を有し、第２レンズ及び第３レンズが等しい焦点距離ｆ２を有する場合、焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２は以下の式を満たす。
ｆ２／ｆ１＞１
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１レンズと、第２レンズとを含む。第１レンズは、一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第２両側テレセントリック光学系は、第３レンズと、第４レンズとを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項６記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１ＧＲＩＮレンズを含む。第１ＧＲＩＮレンズは、一方のマルチコアファイバからの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる。第２両側テレセントリック光学系は、第２ＧＲＩＮレンズを含む。第２ＧＲＩＮレンズは、第１ＧＲＩＮレンズから出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応する他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項７記載の結合光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の結合光学系であって、一方のマルチコアファイバのコアの端面と他方のマルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されている。
また、上記課題を解決するために、請求項８記載のファイバ光学系は、第１ファイバ光学系と、第２ファイバ光学系とを含む。第１ファイバ光学系は、第１マルチコアファイバと、第１両側テレセントリック光学系とを含む。第１マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバである。第１両側テレセントリック光学系は、第１マルチコアファイバからの光の主光線が、第１マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２ファイバ光学系は、第２マルチコアファイバと、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第２マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバである。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が第２マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で第２マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
また、上記課題を解決するために、請求項９記載のファイバ光学系は、請求項８記載の結合光学系であって、第１マルチコアファイバのコアの端面と第２マルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
２つのマルチコアファイバの間に２つの両側テレセントリック光学系を配置する。この構成により、マルチコアファイバ同士を光学的に結合するために、マルチコアファイバ間の間隔（マルチコアファイバと両側テレセントリック光学系とを含むファイバ光学系間の間隔）を調整したとしても、マルチコアファイバ（ファイバ光学系）の光軸方向のシフトに対して一方のマルチコアファイバ（コア）からの主光線が他方のマルチコアファイバ（コア）に常に垂直に入射するようになる。よって、調整精度が十分に確保でき、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合することが容易となる。従って、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に共通のマルチコアファイバを示す図である。
【図２】第１実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図４】第１実施形態の変形例１に係る結合光学系を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形例２に係る結合光学系を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る結合光学系に用いられるレンズを示す図である。
【図８】第３実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図９Ａ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｂ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｃ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｄ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［マルチコアファイバの構成］
図１を参照して、実施形態に共通のマルチコアファイバ１の構成について説明する。マルチコアファイバ１は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図１は、マルチコアファイバ１の斜視図である。図１では、マルチコアファイバ１の先端部分のみを示している。
【００１７】
マルチコアファイバ１は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い素材により形成されている。マルチコアファイバ１は、複数のコアＣｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、クラッド２を含んで構成されている。
【００１８】
コアＣｋは、光源（図示なし）からの光を伝送する伝送路である。コアＣｋはそれぞれ端面Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。端面Ｅｋからは、光源（図示なし）で発せられた光が出射される。コアＣｋから出射される光は、主光線Ｐｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含んでいる。クラッド２よりも屈折率を高めるために、コアＣｋは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。なお、図１では７つのコアＣ１〜Ｃ７を有する構成を示したが、コアＣｋの数は少なくとも２つ以上であればよい。以下の実施形態において、「主光線」とは、コアＣｋの光軸と平行な光線をいう。また、「マルチコアファイバの光軸」とは、コアＣｋの光軸をいう。
【００１９】
クラッド２は、複数のコアＣｋを覆う部材である。クラッド２は、光源（図示なし）からの光をコアＣｋ内に閉じ込める役割を有する。クラッド２は端面２ａを有する。コアＣｋの端面Ｅｋ及びクラッド２の端面２ａは同一面（マルチコアファイバ１の端面１ｂ）を形成している。クラッド２の素材としては、コアＣｋの素材よりも屈折率が低い素材が用いられる。たとえば、コアＣｋの素材が石英ガラスと酸化ゲルマニウムからなる場合には、クラッド２の素材としては石英ガラスを用いる。このように、コアＣｋの屈折率をクラッド２の屈折率よりも高くすることで、光源（図示なし）からの光をコアＣｋとクラッド２の境界面で全反射させる。よって、コアＣｋ内に光を伝送させることができる。なお、各コアはクラッド２内で平行になるよう配置されているが、これに限られない。
【００２０】
＜第１実施形態＞
次に、図２を参照して、第１実施形態に係る結合光学系１０について説明する。図２は、結合光学系１０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。本実施形態において、マルチコアファイバ１は、その中心（断面中心）に配置されたコアＣ１を含む、クラッド２に覆われた７つのコアＣｋ（Ｃ１〜Ｃ７）を有する。マルチコアファイバ１´は、その中心（断面中心）に配置されたコアＣ´１を含む、クラッド２´に覆われた７つのコアＣ´ｋ（Ｃ´１〜Ｃ´７）を有する。各コア（コアＣｋとコアＣ´ｋ）の端面は、平行になるように配置されている。また、各コア（コアＣｋとコアＣ´ｋ）は、一対一に対応付けられている。すなわち、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´とを対向させた場合、あるコアＣｋ（たとえば、Ｃ１）からの光は、対向するコアＣ´ｋ（たとえば、Ｃ´１）に導かれるようになっている。図２では、マルチコアファイバ１の３つのコア（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５）、及び対応するマルチコアファイバ１´の３つのコア（Ｃ´１、Ｃ´２、Ｃ´５）のみを示している。なお、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´との直径、コア径、及びコア配置は等しいものとする。
【００２１】
［結合光学系の構成］
結合光学系１０は、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´との間に配置され、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する。ここで、「光学的に結合する」とは、マルチコアファイバ同士をレンズ等の光学素子を介して間接的に結合することをいう。結合光学系１０は、第１両側テレセントリック光学系１０ａと、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含んで構成されている。本実施形態において、第１両側テレセントリック光学系１０ａ及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂの倍率はそれぞれ１であるとする。
【００２２】
第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線が、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。マルチコアファイバ１は、「第１マルチコアファイバ」の一例である。また、マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系１０ａは、「第１ファイバ光学系」の一例である。
【００２３】
第１両側テレセントリック光学系１０ａは、レンズ１０１と、レンズ１０２を含んで構成されている。なお、第１両側テレセントリック光学系１０ａは、上記機能を有する光学系であれば、２枚のレンズから構成される必要はない。たとえば、３枚以上のレンズを組み合わせてもよい。また、レンズ間にフィルタ等の光学素子を配置してもよい。
【００２４】
レンズ１０１は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０１には、マルチコアファイバ１の各コアＣｋからの光の主光線ＰｒがコアＣ１の光軸に平行な状態でそれぞれ入射される。レンズ１０１は、入射した複数の光（マルチコアファイバ１から出射された光）それぞれをコリメートさせる。コリメートされた光は、レンズ１０２に導かれる。
【００２５】
レンズ１０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、コアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、レンズ１０１を透過する。また、コアＣ１からの光の主光線Ｐｒ１は、直進する。一方、レンズ１０１の中心以外を透過する光（コアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０１でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。
【００２６】
たとえば、レンズ１０１は、コアＣ１の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光をコリメートさせつつ、所定方向に屈折させ、レンズ１０２に入射させる。同様に、レンズ１０１は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光をコリメートさせつつ、所定方向に屈折させ、レンズ１０２に入射させる。本実施形態におけるレンズ１０１は、「第１レンズ」の一例である。
【００２７】
レンズ１０２は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０２には、レンズ１０１を透過した複数の光が入射される。レンズ１０２は、入射した光を収束させ、第２両側テレセントリック光学系１０ｂに導く。
【００２８】
レンズ１０２は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０２により収束される。一方、レンズ１０２の中心以外を透過する光（レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０２により、それぞれの主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）がそれぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折された後、収束される。
【００２９】
たとえば、レンズ１０２は、入射した主光線Ｐｒ２を含む光を、コアＣ２の光軸と平行な方向に屈折させた後、収束させる。同様に、レンズ１０２は、入射した主光線Ｐｒ５を含む光を、コアＣ５の光軸と平行な方向に屈折させた後、収束させる。収束された光それぞれは、結像点ＩＰを二次光源として第２両側テレセントリック光学系１０ｂに入射する。このように、第１両側テレセントリック光学系１０ａにより各コアＣｋから出射される光束の中間像を作ることで、結像点ＩＰにおいて各コアＣｋからの光の間隔（光軸垂直方向）を広くとることができる。よって、任意のコアＣｋからの光（たとえば、コアＣ２からの光）を抜き取り易くなるため、信号検査を容易に行うことが可能となる。また、マルチコアファイバ間に波長透過フィルタやアッテネータ等の光学素子を挿入することができるため、信号処理を容易に行うことが可能となる。本実施形態におけるレンズ１０２は、「第２レンズ」の一例である。
【００３０】
第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した各コアからの主光線がマルチコアファイバ１´の各コアの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。マルチコアファイバ１´は、「第２マルチコアファイバ」の一例である。また、マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、「第２ファイバ光学系」の一例である。
【００３１】
第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、レンズ１０３と、レンズ１０４を含んで構成されている。なお、第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、上記機能を有する光学系であれば、２枚のレンズから構成される必要はない。たとえば、３枚以上のレンズを組み合わせてもよい。また、レンズ間にフィルタ等の光学素子を配置してもよい。
【００３２】
レンズ１０３は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０３は、レンズ１０２（第１両側テレセントリック光学系１０ａ）から出射された光をコリメートさせ、レンズ１０４に出射する。
【００３３】
レンズ１０３は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０３を透過したコアＣ１からの光は、コリメート光として出射される。一方、レンズ１０３の中心以外を透過する光（レンズ１０２を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０３でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。
【００３４】
たとえば、レンズ１０３は、レンズ１０２を透過したコアＣ２からの光（主光線Ｐｒ２を含む）をコリメートさせつつ、所定の方向に屈折させ、レンズ１０４に入射させる。同様に、レンズ１０３は、レンズ１０２を透過したコアＣ５からの光（主光線Ｐｒ５を含む）をコリメートさせつつ、所定の方向に屈折させ、レンズ１０４に入射させる。本実施形態におけるレンズ１０３は、「第３レンズ」の一例である。
【００３５】
レンズ１０４は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０４は、レンズ１０３から出射された複数の光それぞれを収束させ、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００３６】
レンズ１０４は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、コアＣｋからの光それぞれは、レンズ１０４により収束され、且つコアＣｋからの光の主光線ＰｒｋがそれぞれコアＣ´ｋの光軸と平行になるように屈折される。
【００３７】
たとえば、レンズ１０４は、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２がコアＣ´２の光軸に対して平行になるように屈折させ、且つ主光線Ｐｒ２を含む光を収束させる。そして、レンズ１０４は、当該光をコアＣ´２に入射させる。この場合、主光線Ｐｒ２は、コアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、レンズ１０４は、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５がコアＣ´５の光軸に対して平行になるように屈折させ、且つ主光線Ｐｒ５を含む光を収束させる。そして、レンズ１０４は、当該光をコアＣ´５に入射させる。この場合、主光線Ｐｒ５は、コアＣ´５に対して垂直に入射する。本実施形態におけるレンズ１０４は、「第４レンズ」の一例である。
【００３８】
本実施形態において、レンズ１０１、レンズ１０２、レンズ１０３及びレンズ１０４は、等しい焦点距離ｆ１を有するレンズである。この場合、同じレンズを用いて結合光学系１０を構成することができる。よって、製造コストを抑えることが可能となる。なお、各レンズの焦点距離は、許容誤差の範囲内であれば完全に同じでなくともよく、その場合は実質的に等しいものとみなすことができる。
【００３９】
また、本実施形態において、第１両側テレセントリック光学系１０ａに入射する光の開口数と第２両側テレセントリック光学系１０ｂから出射される光の開口数とが等しくなるよう構成されている。従って、開口数の違いによる結合効率の低下を防止することができる。
【００４０】
［光の進み方について］
図２及び図３を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。本実施形態では、マルチコアファイバ１から出射された光をマルチコアファイバ１´に導く構成について説明する。すなわち、本実施形態におけるマルチコアファイバ１は、「一方のマルチコアファイバ」の一例である。マルチコアファイバ１´は、「他方のマルチコアファイバ」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。なお、図３では、コアＣ１、Ｃ２、Ｃ５からの光の主光線Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ５のみを示す。
【００４１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、それぞれ拡散しながら、レンズ１０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でレンズ１０１に入射する。
【００４２】
レンズ１０１に入射した光は、それぞれコリメートされ、レンズ１０２に入射する。なお、コアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０１を透過することにより、所定の方向に屈折する。レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、レンズ１０２に対して垂直に入射する。一方、レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ２〜Ｃ７からの光（主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７を含む）は、レンズ１０１により所定の方向に屈折しているため、レンズ１０２に対して斜め方向から入射する。
【００４３】
レンズ１０２に入射したコアＣ１〜Ｃ７からの光は、レンズ１０２により、それぞれコアＣ１〜Ｃ７の光軸と平行な方向に屈折した後、収束する。収束した光は、結像点ＩＰを二次光源として、レンズ１０３に入射する。
【００４４】
レンズ１０３に入射したコアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、レンズ１０３によりコリメートされつつ、レンズ１０４に対して垂直に入射する。一方、レンズ１０３に入射したコアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０３により、コリメートされつつ所定の方向に屈折し、レンズ１０４に入射する。すなわち、主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７も所定の方向に屈折する。
【００４５】
レンズ１０４に入射した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【００４６】
このように、本実施形態におけるレンズ１０１及びレンズ１０２は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される両側テレセントリック光学系（第１両側テレセントリック光学系１０ａ）を構成している。また、レンズ１０３及びレンズ１０４は、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される両側テレセントリック光学系（第２両側テレセントリック光学系１０ｂ）を構成している。
【００４７】
次に、図２の状態から、マルチコアファイバ同士の間隔を変更した場合の光の進み方について説明する。ここでは、図３のように、マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂ（第２ファイバ光学系）を、マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系１０ａ（第１ファイバ光学系）から離す場合（αだけ移動させる場合）について述べる。
【００４８】
第２ファイバ光学系から第１ファイバ光学系を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系１０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系１０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。なお、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系の間隔を調整可能に構成することで、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間（第１両側テレセントリック光学系１０ａと第２両側テレセントリック光学系１０ｂとの間）に、波長透過フィルタやアッテネータ等の光学素子を配置し易くなる。
【００４９】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。レンズ１０４は、「第１レンズ」に該当する。レンズ１０３は、「第２レンズ」に該当する。レンズ１０２は、「第３レンズ」に該当する。レンズ１０１は、「第４レンズ」に該当する。
【００５０】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る結合光学系１０は、複数のコアＣｋ（コアＣ´ｋ）がクラッド２（クラッド２´）で覆われたマルチコアファイバ同士（マルチコアファイバ１及びマルチコアファイバ１´）を光学的に結合する光学系である。結合光学系１０は、第１両側テレセントリック光学系１０ａと、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。
【００５２】
具体的に、第１両側テレセントリック光学系１０ａは、第１レンズ（レンズ１０１）と、第２レンズ（レンズ１０２）とを含む。第１レンズは、マルチコアファイバ１からの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を収束させる。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第３レンズ（レンズ１０３）と、第４レンズ（レンズ１０４）とを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光をコリメートさせる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００５３】
また、本実施形態に係るファイバ光学系は、第１ファイバ光学系と、第２ファイバ光学系とを含む。第１ファイバ光学系は、第１マルチコアファイバ（マルチコアファイバ１）と、第１両側テレセントリック光学系１０ａとを含む。第１マルチコアファイバは、複数のコアＣｋがクラッド２で覆われたマルチコアファイバである。第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２ファイバ光学系は、第２マルチコアファイバ（マルチコアファイバ１´）と、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含む。第２マルチコアファイバは、複数のコアＣ´ｋがクラッド２´で覆われたマルチコアファイバである。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。
【００５４】
このように、２つのマルチコアファイバ１及び１´の間に２つの両側テレセントリック光学系（第１両側テレセントリック光学系１０ａ及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂ）を配置する。この構成により、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、マルチコアファイバと両側テレセントリック光学系とを含むファイバ光学系間の間隔）を変更した場合であっても、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【００５５】
本実施形態に係る結合光学系１０（ファイバ光学系）に用いられる第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズそれぞれの焦点距離は等しくなっている。
【００５６】
このように、焦点距離が等しいレンズを用いることにより、２つの両側テレセントリック光学系を同じレンズで構成することができる。よって、結合光学系１０の製造コストを抑えることが可能となる。
【００５７】
＜第１実施形態の変形例１＞
第１実施形態で説明した結合光学系１０は、マルチコアファイバの端面が加工されている場合についても用いることが可能である。図４は、結合光学系１０、マルチコアファイバＮ、マルチコアファイバＮ´の軸方向の断面図である。本実施形態におけるマルチコアファイバＮ（Ｎ´）は、その端面が斜状に研磨されている。このような場合であっても、マルチコアファイバ間に結合光学系１０を配置することにより、マルチコアファイバ間の間隔を変更した場合であっても、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。従って、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【００５８】
また、マルチコアファイバＮの端面、及びマルチコアファイバＮ´の端面における斜状の方向は一致している。マルチコアファイバＮから出射した光は結合光学系１０ａを透過後に中間像面Ｘ上に集光される。このとき、中間像面ＸとマルチコアファイバＮの斜状方向は反転している。この中間像面Ｘの各結像点ＩＰから出射した光束は結合光学系１０ｂを透過後に斜状に形成されたマルチコアファイバＮ´の端面に収束する。このとき、中間像面ＸとマルチコアファイバＮ´の斜状方向は反転している。マルチコアファイバＮ等をこのように配置することで、マルチコアファイバＮの各コアＣｋから出射する光をマルチコアファイバＮ´の各コアＣ´ｋに対して最適な光軸方向の位置に収束させることができる。また、マルチコアファイバＮ（コアＣｋ）から出射する光の光束のうち最も強度の強い光線ＰはマルチコアファイバＮ´のコアに対して結合効率が最適になるよう入射される（図４参照）。このため結合効率が低下することなくマルチコアファイバＮとマルチコアファイバＮ´とを接続することができる。
【００５９】
本変形例においても主光線Ｐｒｋは、コアＣｋの光軸と平行な光線とする。端面が斜状に研磨されたマルチコアファイバのコアから出射する光束は、コアの出射端面（空気と隣接）で屈折する。従って、コアから出射する光の光束のうち最も強度の強い光線Ｐは、コアの光軸に対して斜めに出射する。すなわち、斜状に研磨されたマルチコアファイバにおいては、この最も強度の強い光線Ｐと主光線Ｐｒｋとは別の光線となる。なお、平面に研磨されたマルチコアファイバ（第１実施形態等）では、これらの光線が一致している。
【００６０】
＜第１実施形態の変形例２＞
図５を参照して、第１実施形態の変形例２に係る結合光学系１０´について説明する。図５は、結合光学系１０´、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。
【００６１】
第１実施形態では、両側テレセントリック光学系に用いるレンズの焦点距離が全て等しい場合（焦点距離ｆ１）について説明したが、レンズの焦点距離はこれに限られない。
【００６２】
たとえば、レンズ１０２の代わりにレンズ１０１と焦点距離が異なるレンズ１０５を用いた第１両側テレセントリック光学系１０´ａ、及びレンズ１０３の代わりにレンズ１０４と焦点距離が異なるレンズ１０６を用いた第２両側テレセントリック光学系１０´ｂを用いた結合光学系１０´を用いて第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００６３】
レンズ１０５は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０５には、レンズ１０１を透過した複数の光が入射される。レンズ１０５は、入射した光を収束させ、第２両側テレセントリック光学系１０ｂに導く。
【００６４】
レンズ１０５は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０５により収束される。一方、レンズ１０５の中心以外を透過する光（レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０５により、それぞれの主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）がそれぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折された後、収束される。本変形例におけるレンズ１０５の焦点距離は、レンズ１０１と異なる焦点距離ｆ２である。本変形例におけるレンズ１０５は、「第２レンズ」の一例である。
【００６５】
レンズ１０６は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０６は、レンズ１０５（第１両側テレセントリック光学系１０´ａ）から出射された光をコリメートさせ、レンズ１０４に出射する。
【００６６】
レンズ１０６は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０５を透過したコアＣ１からの光は、コリメート光として出射される。一方、レンズ１０６の中心以外を透過する光（レンズ１０５を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０６でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。レンズ１０６の焦点距離は、レンズ１０４と異なる焦点距離ｆ２である。本変形例におけるレンズ１０６は、「第３レンズ」の一例である。
【００６７】
ここで、本変形例におけるレンズ１０１及びレンズ１０４の焦点距離ｆ１と、レンズ１０５及びレンズ１０６の焦点距離ｆ２とは、以下の式（１）を満たすことが望ましい。
【００６８】
ｆ２／ｆ１＞１・・・（１）
【００６９】
このように、焦点距離の異なるレンズを用いて第１両側テレセントリック光学系１０´ａを構成することにより、第１両側テレセントリック光学系１０´ａによって得られる結像点ＩＰにおける中間像は、ｍ倍（＝ｆ２／ｆ１）に拡大される。すなわち、マルチコアファイバ１からの光が第１両側テレセントリック光学系１０´ａを透過した場合、第１両側テレセントリック光学系１０´ａを透過した光の主光線間の間隔ΔＹ２は、マルチコアファイバ１からの光の主光線間の間隔ΔＹ１よりも広くなる。よって、任意のコアＣｋからの光をより抜き取り易くなるため、信号検査を容易に行うことが可能となる。また、拡大された中間像を参照して行うアライメント（マルチコアファイバの光軸に垂直な方向のアライメント）が容易になる。
【００７０】
更に、第１両側テレセントリック光学系１０´ａと同じ焦点距離のレンズを用いて第２両側テレセントリック光学系１０´ｂを構成することにより、第１両側テレセントリック光学系１０´ａによって拡大された中間像を１／ｍ倍（＜１）に縮小することができる。よって、中間像の大きさを変えた場合であってもマルチコアファイバ１´への結合効率を劣化させることがない。また、ファイバ光学系同士の光軸垂直方向のアライメント誤差感度が小さくなる。従って、結合効率を低下させることなくマルチコアファイバ同士を光学的に結合することができる。また、ファイバ光学系間の光軸方向の間隔が長くなるため、調整スペースを十分に確保することができる。すなわち、ファイバ光学系同士の調整を容易に行うことができる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、第２実施形態に係る結合光学系２０について説明する。図６は、結合光学系２０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。第１実施形態と同様の構成等については、詳細な説明を省略する場合がある。
【００７２】
第１実施形態で用いたレンズ１０２及びレンズ１０３と異なる光学素子を用いる場合でも、第１実施形態と同様の効果を奏する結合光学系を構成することが可能である。本実施形態における結合光学系２０は、第１両側テレセントリック光学系２０ａと、第２両側テレセントリック光学系２０ｂとを含んで構成されている。
【００７３】
第１両側テレセントリック光学系２０ａは、レンズ１０１及びプリズム２０１を含んで構成されている。
【００７４】
プリズム２０１は、レンズ１０１から出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。出射された光は、第２両側テレセントリック光学系２０ｂ（プリズム２０２）に導かれる。
【００７５】
プリズム２０１は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの数及び配置に応じた複数の透過面２０１ａを有する。各透過面２０１ａは、レンズ１０１からの光を屈折・透過させ、第２両側テレセントリック光学系２０ｂに導く。図７に示すように、本実施形態では、コアＣ２〜Ｃ７に対応する６つの透過面２０１ａが設けられている。また、本実施形態では、プリズム２０１に平面２０１ｂが設けられている。平面２０１ｂは、コアＣ１からの光をそのまま透過させるよう構成されている。
【００７６】
プリズム２０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、プリズム２０１の平面２０１ｂを透過する。一方、プリズム２０１の中心以外を透過する光（主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）を含む、レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、コリメートされた状態を保ったままプリズム２０１（透過面２０１ａ）により、それぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折され、第２両側テレセントリック光学系２０ｂ（プリズム２０２）に導かれる。本実施形態におけるプリズム２０１は、「第２レンズ」の一例である。
【００７７】
第２両側テレセントリック光学系２０ｂは、プリズム２０２及びレンズ１０４を含んで構成されている。
【００７８】
プリズム２０２は、プリズム２０１から出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま、レンズ１０４に出射する。本実施形態におけるプリズム２０２の構成は、プリズム２０１と同様、６つ透過面２０２ａ及び１つの平面２０２ｂを含んで構成されている（図７参照）。
【００７９】
プリズム２０２は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、プリズム２０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、プリズム２０２の平面２０２ｂを透過する。一方、プリズム２０２の中心以外を透過する光（プリズム２０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、コリメートされた状態を保ったまま、透過面２０２ａにおいて所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。本実施形態におけるプリズム２０２は、「第３レンズ」の一例である。
【００８０】
［光の進み方について］
次に、図６を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。
【００８１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、それぞれ拡散しながら、レンズ１０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でレンズ１０１に入射する。
【００８２】
レンズ１０１に入射した光は、それぞれコリメートされ、プリズム２０１に入射する。なお、コアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０１を透過することにより、所定の方向に屈折される。レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、プリズム２０１の平面２０１ｂに対して垂直に入射する。一方、レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ２〜Ｃ７からの光（主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７を含む）は、レンズ１０１により所定の方向に屈折しているため、プリズム２０１の透過面２０１ａそれぞれに入射する。
【００８３】
プリズム２０１に入射した光のうちコアＣ２〜Ｃ７からの光は、プリズム２０１により、コリメートされた状態を保ったまま、コアＣ２〜Ｃ７の光軸と平行な方向に屈折する。屈折した光は、プリズム２０２に垂直に入射する。コアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったままプリズム２０１を透過し、プリズム２０２に垂直に入射する。
【００８４】
プリズム２０２に入射した光のうちコアＣ２〜Ｃ７からの光は、プリズム２０２（透過面２０２ａ）により、コリメートされた状態を保ったまま、所定の方向に屈折し、レンズ１０４に入射する。すなわち、主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７も所定の方向に屈折する。コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、コリメートされた状態を保ったまま、平面２０２ｂを透過し、レンズ１０４に垂直に入射する。
【００８５】
レンズ１０４に入射した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【００８６】
このように、本実施形態におけるレンズ１０１及びプリズム２０１は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系２０ａを構成している。また、本実施形態におけるプリズム２０２及びレンズ１０４は、第１両側テレセントリック光学系２０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される第２両側テレセントリック光学系２０ｂを構成している。
【００８７】
また、第１実施形態と同様に、第２ファイバ光学系（マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系２０ｂ）から第１ファイバ光学系（マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系２０ａ）を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系２０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系２０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。レンズ１０４は、「第１レンズ」に該当する。プリズム２０２は、「第２レンズ」に該当する。プリズム２０１は、「第３レンズ」に該当する。レンズ１０１は、「第４レンズ」に該当する。
【００８９】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００９０】
本実施形態に係る結合光学系２０は、第１両側テレセントリック光学系２０ａと、第２両側テレセントリック光学系２０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系２０ａは、第１レンズ（レンズ１０１）と、第２レンズ（プリズム２０１）とを含む。第１レンズは、マルチコアファイバ１からの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第２両側テレセントリック光学系２０ｂは、第３レンズ（プリズム２０２）と、第４レンズ（レンズ１０４）とを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００９１】
このように、第２レンズ及び第３レンズとしてプリズム２０１及びプリズム２０２を用いて両側テレセントリック系を構成した場合であっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、ファイバ光学系間の間隔）を変更したときに、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。更に、プリズム２０１及びプリズム２０２を用いることにより、第１両側テレセントリック光学系２０ａと第２両側テレセントリック光学系２０ｂとの間の光をコリメート光とすることができる。よって、第１両側テレセントリック光学系２０ａと第２両側テレセントリック光学系２０ｂとの距離（第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との距離）が長くなった場合であっても結合効率の低下をより抑えることができる。
【００９２】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第３実施形態に係る結合光学系３０について説明する。図８は、結合光学系３０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。図８では、コアＣｋからの光のうち、その主光線Ｐｒｋのみを示している。また、主光線Ｐｒｋの光路は模式的なものである。第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成等については、詳細な説明を省略する場合がある。
【００９３】
［結合光学系の構成］
本実施形態における結合光学系３０は、第１両側テレセントリック光学系３０ａと、第２両側テレセントリック光学系３０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系３０ａは、ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ３０１を含んで構成されている。第２両側テレセントリック光学系３０ｂは、ＧＲＩＮレンズ３０２を含んで構成されている。
【００９４】
ＧＲＩＮレンズ３０１は、その中心からの距離に応じて内部の屈折率に勾配を持たせたレンズである。本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０１は、中心から外側に行くほど屈折率が小さくなっている。ＧＲＩＮレンズ３０１には、マルチコアファイバ１の各コアＣｋからの光それぞれの主光線ＰｒがコアＣｋの光軸に平行な状態で入射される。ＧＲＩＮレンズ３０１は、入射した光を屈折率に応じて所定方向に屈折させ、ＧＲＩＮレンズ３０２に導く。本実施形態において、ＧＲＩＮレンズ３０１は、「第１ＧＲＩＮレンズ」の一例である。
【００９５】
ＧＲＩＮレンズ３０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。コアＣ１からの主光線Ｐｒ１は、そのままＧＲＩＮレンズ３０１を直進する。一方、ＧＲＩＮレンズ３０１の中心以外を透過する光（コアＣ２〜Ｃ７からの光）は、屈折率の勾配に基づいて所定方向に屈折される。
【００９６】
たとえば、ＧＲＩＮレンズ３０１は、コアＣ２の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０１は、主光線Ｐｒ２がコアＣ２の光軸と平行になるように出射させる。同様に、ＧＲＩＮレンズ３０１は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０１は、主光線Ｐｒ５がコアＣ５の光軸と平行になるように出射させる。
【００９７】
ＧＲＩＮレンズ３０２は、ＧＲＩＮレンズ３０１と同様に、その中心からの距離に応じて内部の屈折率に勾配を持たせたレンズである。ＧＲＩＮレンズ３０２には、ＧＲＩＮレンズ３０１から出射された光が入射される。ＧＲＩＮレンズ３０２は、入射した光を屈折させ、マルチコアファイバ１´のコアＣｋに導く。本実施形態において、ＧＲＩＮレンズ３０２は、「第２ＧＲＩＮレンズ」の一例である。
【００９８】
ＧＲＩＮレンズ３０２は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。コアＣ１からの主光線Ｐｒ１は、そのままＧＲＩＮレンズ３０２を直進する。一方、ＧＲＩＮレンズ３０２の中心以外を透過する光（ＧＲＩＮレンズ３０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、ＧＲＩＮレンズ３０２で所定の方向に屈折される。
【００９９】
たとえば、ＧＲＩＮレンズ３０２は、コアＣ２の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０２は、主光線Ｐｒ２がコアＣ´２の光軸と平行になるように出射させる。同様に、ＧＲＩＮレンズ３０２は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０２は、主光線Ｐｒ５がコアＣ´５の光軸と平行になるように出射させる。
【０１００】
［光の進み方について］
次に、図８を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。
【０１０１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、ＧＲＩＮレンズ３０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でＧＲＩＮレンズ３０１に入射する。
【０１０２】
ＧＲＩＮレンズ３０１に入射した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化する。その結果、ＧＲＩＮレンズ３０１に入射した光は、所定の方向に屈折し、ＧＲＩＮレンズ３０１の出射面近傍で収束する。なお、ＧＲＩＮレンズ３０１の中心を透過するコアＣ１からの主光線Ｐｒ１は屈折せず直進する。
【０１０３】
ＧＲＩＮレンズ３０１内部を透過した光は、ＧＲＩＮレンズ３０２に入射する。ＧＲＩＮレンズ３０２に入射した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化する。その結果、ＧＲＩＮレンズ３０２に入射した光は、所定の方向に屈折し、ＧＲＩＮレンズ３０２の出射面近傍で収束する。なお、ＧＲＩＮレンズ３０２の中心を透過するコアＣ１からの主光線Ｐｒ１は屈折せず直進する。
【０１０４】
ＧＲＩＮレンズ３０２内部を透過した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化し、コアＣ´１〜Ｃ´７に収束する。またＧＲＩＮレンズ３０２内部を透過した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【０１０５】
このように、本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０１は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系３０ａを構成している。また、本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０２は、第１両側テレセントリック光学系３０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される第２両側テレセントリック光学系３０ｂを構成している。また、ＧＲＩＮレンズ３０１とＧＲＩＮレンズ３０２とは同等の屈折率分布を持っている。
【０１０６】
また、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、第２ファイバ光学系（マルチコアファイバ１´、及び第２両側テレセントリック光学系３０ｂ）から第１ファイバ光学系（マルチコアファイバ１、及び第１両側テレセントリック光学系３０ａ）を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系３０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系３０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。
【０１０７】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。ＧＲＩＮレンズ３０２は、「第１ＧＲＩＮレンズ」に該当する。ＧＲＩＮレンズ３０１は、「第２ＧＲＩＮレンズ」に該当する。
【０１０８】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【０１０９】
本実施形態に係る結合光学系３０は、第１両側テレセントリック光学系３０ａと、第２両側テレセントリック光学系３０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系３０ａは、ＧＲＩＮレンズ３０１を含む。ＧＲＩＮレンズ３０１は、マルチコアファイバ１からの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる。ＧＲＩＮレンズ３０２は、ＧＲＩＮレンズ３０１から出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応するマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【０１１０】
このように、ＧＲＩＮレンズを用いて両側テレセントリック系を構成した場合であっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、ファイバ光学系間の間隔）を変更したときに、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。更に、ＧＲＩＮレンズを用いることにより、両側テレセントリック光学系を小型化することができる。従って、結合光学系３０（ファイバ光学系）自体を小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１´ マルチコアファイバ
１ｂ 端面
２、２´ クラッド
２ａ 端面
１０ 結合光学系
１０ａ 第１両側テレセントリック光学系
１０ｂ 第２両側テレセントリック光学系
１０１、１０２、１０３、１０４ レンズ
Ｃｋ、Ｃ´ｋ コア
Ｅｋ 端面
Ｐｒｋ 主光線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等に用いられるマルチコアファイバ同士を結合させる結合光学系、及びファイバ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求されている。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれている。
【０００３】
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われている。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行うための手段が要求されている。
【０００４】
これに関し、たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを用いることができる（特許文献１、２参照）。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。光通信においては、このようなマルチコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合して使用したいという要望がある。
【０００５】
ここで、２枚のコリメートレンズを介してシングルコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合する技術が存在する（特許文献３参照）。この技術によれば、シングルコアファイバ同士の間隔を伸縮させた場合であっても、結合効率を低下させることなくシングルコアファイバ同士を光学的に結合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１９６５６号公報
【特許文献３】特開昭５８−６８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マルチコアファイバ同士（コア同士）を光学的に結合するために特許文献３の技術を応用する場合、たとえば、図９Ａ及び図９Ｂに示す構成となる。図９Ａ及び図９Ｂは、マルチコアファイバＭ、マルチコアファイバＭ´の軸方向の断面図である。
【０００８】
マルチコアファイバＭ及びＭ´は、２枚のコリメートレンズＬ１及びＬ２を介して光学的に結合される（図９Ａ参照）。２枚のコリメートレンズＬ１及びＬ２は、両側テレセントリック光学系を構成している。また、コリメートレンズＬ１とＬ２の間隔はｓとなっている。
【０００９】
ここで、マルチコアファイバ同士を光学的に結合するために、マルチコアファイバ同士の間隔を調整する場合について述べる。たとえば、図９Ａの状態からマルチコアファイバＭ´及びコリメートレンズＬ２をマルチコアファイバＭ及びコリメートレンズＬ１からαだけ離した場合、図９Ｂに示すように、マルチコアファイバＭのコアＣｃから出射する光は、マルチコアファイバＭ´において対応するコアＣ´ｃに垂直に入射する。一方、マルチコアファイバＭの周辺コアＣａから出射する光は、マルチコアファイバＭ´において対応する周辺コアＣ´ａに入射する際、光束の入射角度が変わる。たとえば、図９Ｂに示すように、コアＣａから出射した光の主光線（コアＣａの光軸と平行な光線）がコリメートレンズＬ１及びコリメートレンズＬ２を介して、マルチコアファイバＭ´のコアＣ´ａの光軸（コアＣ´ａと平行な軸）に対して斜めに入射する。ここで、主光線がコアの断面に対して垂直に入射する場合に結合効率が最適となるが、図９Ｂのように、コアＣ´ａの光軸に対して主光線が斜めに入射した場合、結合効率の低下を招く。また、マルチコアファイバ同士の間隔をαだけ離した場合、コアＣａから出射する光束の一部がコリメートレンズＬ２に入射せず、所謂ケラレが発生する場合がある。すなわち、特許文献３に記載の技術をマルチコアファイバに応用した場合には、結合効率の低下を招くという問題がある。
【００１０】
また、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、マルチコアファイバＭ及びコリメートレンズＬ１を含むファイバ光学系を支持するファイバ光学系支持部材Ｈ１と、マルチコアファイバＭ´及びコリメートレンズＬ２を含むファイバ光学系を支持するファイバ光学系支持部材Ｈ２とを接合することにより、マルチコアファイバ同士を光学的に結合することも可能である。
【００１１】
この場合、ファイバ光学系間の間隔が正確でないと、マルチコアファイバＭからの光の主光線がマルチコアファイバＭ´のコアの光軸に対して斜めに入射する（図９Ｄ参照）。よって、結合効率の低下を招く。
【００１２】
この発明は上記の問題点を解決するものであり、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制可能な結合光学系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】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の結合光学系は、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する光学系である。結合光学系は、第１両側テレセントリック光学系と、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第１両側テレセントリック光学系は、一方のマルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が他方のマルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１レンズと、第２レンズとを含む。第１レンズは、一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を収束させる。第２両側テレセントリック光学系は、第３レンズと、第４レンズとを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光をコリメートさせる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の結合光学系は、請求項２記載の結合光学系であって、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズそれぞれの焦点距離が等しい。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の結合光学系は、請求項２記載の結合光学系であって、第１レンズ及び第４レンズが等しい焦点距離ｆ１を有し、第２レンズ及び第３レンズが等しい焦点距離ｆ２を有する場合、焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２は以下の式を満たす。
ｆ２／ｆ１＞１
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１レンズと、第２レンズとを含む。第１レンズは、一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第２両側テレセントリック光学系は、第３レンズと、第４レンズとを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項６記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、第１両側テレセントリック光学系は、第１ＧＲＩＮレンズを含む。第１ＧＲＩＮレンズは、一方のマルチコアファイバからの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる。第２両側テレセントリック光学系は、第２ＧＲＩＮレンズを含む。第２ＧＲＩＮレンズは、第１ＧＲＩＮレンズから出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応する他方のマルチコアファイバのコアに入射させる。
また、上記課題を解決するために、請求項７記載の結合光学系は、請求項１〜５のいずれかに記載の結合光学系であって、一方のマルチコアファイバのコアの端面と他方のマルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されている。
また、上記課題を解決するために、請求項８記載のファイバ光学系は、第１ファイバ光学系と、第２ファイバ光学系とを含む。第１ファイバ光学系は、第１マルチコアファイバと、第１両側テレセントリック光学系とを含む。第１マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバである。第１両側テレセントリック光学系は、第１マルチコアファイバからの光の主光線が、第１マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２ファイバ光学系は、第２マルチコアファイバと、第２両側テレセントリック光学系とを含む。第２マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバである。第２両側テレセントリック光学系は、第１両側テレセントリック光学系を透過した主光線が第２マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で第２マルチコアファイバに対して出射される光学系である。
また、上記課題を解決するために、請求項９記載のファイバ光学系は、請求項８記載の結合光学系であって、第１マルチコアファイバのコアの端面と第２マルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
２つのマルチコアファイバの間に２つの両側テレセントリック光学系を配置する。この構成により、マルチコアファイバ同士を光学的に結合するために、マルチコアファイバ間の間隔（マルチコアファイバと両側テレセントリック光学系とを含むファイバ光学系間の間隔）を調整したとしても、マルチコアファイバ（ファイバ光学系）の光軸方向のシフトに対して一方のマルチコアファイバ（コア）からの主光線が他方のマルチコアファイバ（コア）に常に垂直に入射するようになる。よって、調整精度が十分に確保でき、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合することが容易となる。従って、マルチコアファイバ同士（ファイバ光学系同士）を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に共通のマルチコアファイバを示す図である。
【図２】第１実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図４】第１実施形態の変形例１に係る結合光学系を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形例２に係る結合光学系を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る結合光学系に用いられるレンズを示す図である。
【図８】第３実施形態に係る結合光学系を示す図である。
【図９Ａ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｂ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｃ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【図９Ｄ】発明が解決する課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［マルチコアファイバの構成］
図１を参照して、実施形態に共通のマルチコアファイバ１の構成について説明する。マルチコアファイバ１は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図１は、マルチコアファイバ１の斜視図である。図１では、マルチコアファイバ１の先端部分のみを示している。
【００１７】
マルチコアファイバ１は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い素材により形成されている。マルチコアファイバ１は、複数のコアＣｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、クラッド２を含んで構成されている。
【００１８】
コアＣｋは、光源（図示なし）からの光を伝送する伝送路である。コアＣｋはそれぞれ端面Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。端面Ｅｋからは、光源（図示なし）で発せられた光が出射される。コアＣｋから出射される光は、主光線Ｐｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含んでいる。クラッド２よりも屈折率を高めるために、コアＣｋは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。なお、図１では７つのコアＣ１〜Ｃ７を有する構成を示したが、コアＣｋの数は少なくとも２つ以上であればよい。以下の実施形態において、「主光線」とは、コアＣｋの光軸と平行な光線をいう。また、「マルチコアファイバの光軸」とは、コアＣｋの光軸をいう。
【００１９】
クラッド２は、複数のコアＣｋを覆う部材である。クラッド２は、光源（図示なし）からの光をコアＣｋ内に閉じ込める役割を有する。クラッド２は端面２ａを有する。コアＣｋの端面Ｅｋ及びクラッド２の端面２ａは同一面（マルチコアファイバ１の端面１ｂ）を形成している。クラッド２の素材としては、コアＣｋの素材よりも屈折率が低い素材が用いられる。たとえば、コアＣｋの素材が石英ガラスと酸化ゲルマニウムからなる場合には、クラッド２の素材としては石英ガラスを用いる。このように、コアＣｋの屈折率をクラッド２の屈折率よりも高くすることで、光源（図示なし）からの光をコアＣｋとクラッド２の境界面で全反射させる。よって、コアＣｋ内に光を伝送させることができる。なお、各コアはクラッド２内で平行になるよう配置されているが、これに限られない。
【００２０】
＜第１実施形態＞
次に、図２を参照して、第１実施形態に係る結合光学系１０について説明する。図２は、結合光学系１０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。本実施形態において、マルチコアファイバ１は、その中心（断面中心）に配置されたコアＣ１を含む、クラッド２に覆われた７つのコアＣｋ（Ｃ１〜Ｃ７）を有する。マルチコアファイバ１´は、その中心（断面中心）に配置されたコアＣ´１を含む、クラッド２´に覆われた７つのコアＣ´ｋ（Ｃ´１〜Ｃ´７）を有する。各コア（コアＣｋとコアＣ´ｋ）の端面は、平行になるように配置されている。また、各コア（コアＣｋとコアＣ´ｋ）は、一対一に対応付けられている。すなわち、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´とを対向させた場合、あるコアＣｋ（たとえば、Ｃ１）からの光は、対向するコアＣ´ｋ（たとえば、Ｃ´１）に導かれるようになっている。図２では、マルチコアファイバ１の３つのコア（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５）、及び対応するマルチコアファイバ１´の３つのコア（Ｃ´１、Ｃ´２、Ｃ´５）のみを示している。なお、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´との直径、コア径、及びコア配置は等しいものとする。
【００２１】
［結合光学系の構成］
結合光学系１０は、マルチコアファイバ１とマルチコアファイバ１´との間に配置され、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する。ここで、「光学的に結合する」とは、マルチコアファイバ同士をレンズ等の光学素子を介して間接的に結合することをいう。結合光学系１０は、第１両側テレセントリック光学系１０ａと、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含んで構成されている。本実施形態において、第１両側テレセントリック光学系１０ａ及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂの倍率はそれぞれ１であるとする。
【００２２】
第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線が、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。マルチコアファイバ１は、「第１マルチコアファイバ」の一例である。また、マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系１０ａは、「第１ファイバ光学系」の一例である。
【００２３】
第１両側テレセントリック光学系１０ａは、レンズ１０１と、レンズ１０２を含んで構成されている。なお、第１両側テレセントリック光学系１０ａは、上記機能を有する光学系であれば、２枚のレンズから構成される必要はない。たとえば、３枚以上のレンズを組み合わせてもよい。また、レンズ間にフィルタ等の光学素子を配置してもよい。
【００２４】
レンズ１０１は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０１には、マルチコアファイバ１の各コアＣｋからの光の主光線ＰｒがコアＣ１の光軸に平行な状態でそれぞれ入射される。レンズ１０１は、入射した複数の光（マルチコアファイバ１から出射された光）それぞれをコリメートさせる。コリメートされた光は、レンズ１０２に導かれる。
【００２５】
レンズ１０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、コアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、レンズ１０１を透過する。また、コアＣ１からの光の主光線Ｐｒ１は、直進する。一方、レンズ１０１の中心以外を透過する光（コアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０１でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。
【００２６】
たとえば、レンズ１０１は、コアＣ１の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光をコリメートさせつつ、所定方向に屈折させ、レンズ１０２に入射させる。同様に、レンズ１０１は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光をコリメートさせつつ、所定方向に屈折させ、レンズ１０２に入射させる。本実施形態におけるレンズ１０１は、「第１レンズ」の一例である。
【００２７】
レンズ１０２は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０２には、レンズ１０１を透過した複数の光が入射される。レンズ１０２は、入射した光を収束させ、第２両側テレセントリック光学系１０ｂに導く。
【００２８】
レンズ１０２は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０２により収束される。一方、レンズ１０２の中心以外を透過する光（レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０２により、それぞれの主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）がそれぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折された後、収束される。
【００２９】
たとえば、レンズ１０２は、入射した主光線Ｐｒ２を含む光を、コアＣ２の光軸と平行な方向に屈折させた後、収束させる。同様に、レンズ１０２は、入射した主光線Ｐｒ５を含む光を、コアＣ５の光軸と平行な方向に屈折させた後、収束させる。収束された光それぞれは、結像点ＩＰを二次光源として第２両側テレセントリック光学系１０ｂに入射する。このように、第１両側テレセントリック光学系１０ａにより各コアＣｋから出射される光束の中間像を作ることで、結像点ＩＰにおいて各コアＣｋからの光の間隔（光軸垂直方向）を広くとることができる。よって、任意のコアＣｋからの光（たとえば、コアＣ２からの光）を抜き取り易くなるため、信号検査を容易に行うことが可能となる。また、マルチコアファイバ間に波長透過フィルタやアッテネータ等の光学素子を挿入することができるため、信号処理を容易に行うことが可能となる。本実施形態におけるレンズ１０２は、「第２レンズ」の一例である。
【００３０】
第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した各コアからの主光線がマルチコアファイバ１´の各コアの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。マルチコアファイバ１´は、「第２マルチコアファイバ」の一例である。また、マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、「第２ファイバ光学系」の一例である。
【００３１】
第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、レンズ１０３と、レンズ１０４を含んで構成されている。なお、第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、上記機能を有する光学系であれば、２枚のレンズから構成される必要はない。たとえば、３枚以上のレンズを組み合わせてもよい。また、レンズ間にフィルタ等の光学素子を配置してもよい。
【００３２】
レンズ１０３は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０３は、レンズ１０２（第１両側テレセントリック光学系１０ａ）から出射された光をコリメートさせ、レンズ１０４に出射する。
【００３３】
レンズ１０３は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０３を透過したコアＣ１からの光は、コリメート光として出射される。一方、レンズ１０３の中心以外を透過する光（レンズ１０２を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０３でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。
【００３４】
たとえば、レンズ１０３は、レンズ１０２を透過したコアＣ２からの光（主光線Ｐｒ２を含む）をコリメートさせつつ、所定の方向に屈折させ、レンズ１０４に入射させる。同様に、レンズ１０３は、レンズ１０２を透過したコアＣ５からの光（主光線Ｐｒ５を含む）をコリメートさせつつ、所定の方向に屈折させ、レンズ１０４に入射させる。本実施形態におけるレンズ１０３は、「第３レンズ」の一例である。
【００３５】
レンズ１０４は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０４は、レンズ１０３から出射された複数の光それぞれを収束させ、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００３６】
レンズ１０４は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、コアＣｋからの光それぞれは、レンズ１０４により収束され、且つコアＣｋからの光の主光線ＰｒｋがそれぞれコアＣ´ｋの光軸と平行になるように屈折される。
【００３７】
たとえば、レンズ１０４は、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２がコアＣ´２の光軸に対して平行になるように屈折させ、且つ主光線Ｐｒ２を含む光を収束させる。そして、レンズ１０４は、当該光をコアＣ´２に入射させる。この場合、主光線Ｐｒ２は、コアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、レンズ１０４は、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５がコアＣ´５の光軸に対して平行になるように屈折させ、且つ主光線Ｐｒ５を含む光を収束させる。そして、レンズ１０４は、当該光をコアＣ´５に入射させる。この場合、主光線Ｐｒ５は、コアＣ´５に対して垂直に入射する。本実施形態におけるレンズ１０４は、「第４レンズ」の一例である。
【００３８】
本実施形態において、レンズ１０１、レンズ１０２、レンズ１０３及びレンズ１０４は、等しい焦点距離ｆ１を有するレンズである。この場合、同じレンズを用いて結合光学系１０を構成することができる。よって、製造コストを抑えることが可能となる。なお、各レンズの焦点距離は、許容誤差の範囲内であれば完全に同じでなくともよく、その場合は実質的に等しいものとみなすことができる。
【００３９】
また、本実施形態において、第１両側テレセントリック光学系１０ａに入射する光の開口数と第２両側テレセントリック光学系１０ｂから出射される光の開口数とが等しくなるよう構成されている。従って、開口数の違いによる結合効率の低下を防止することができる。
【００４０】
［光の進み方について］
図２及び図３を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。本実施形態では、マルチコアファイバ１から出射された光をマルチコアファイバ１´に導く構成について説明する。すなわち、本実施形態におけるマルチコアファイバ１は、「一方のマルチコアファイバ」の一例である。マルチコアファイバ１´は、「他方のマルチコアファイバ」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。なお、図３では、コアＣ１、Ｃ２、Ｃ５からの光の主光線Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ５のみを示す。
【００４１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、それぞれ拡散しながら、レンズ１０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でレンズ１０１に入射する。
【００４２】
レンズ１０１に入射した光は、それぞれコリメートされ、レンズ１０２に入射する。なお、コアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０１を透過することにより、所定の方向に屈折する。レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、レンズ１０２に対して垂直に入射する。一方、レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ２〜Ｃ７からの光（主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７を含む）は、レンズ１０１により所定の方向に屈折しているため、レンズ１０２に対して斜め方向から入射する。
【００４３】
レンズ１０２に入射したコアＣ１〜Ｃ７からの光は、レンズ１０２により、それぞれコアＣ１〜Ｃ７の光軸と平行な方向に屈折した後、収束する。収束した光は、結像点ＩＰを二次光源として、レンズ１０３に入射する。
【００４４】
レンズ１０３に入射したコアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、レンズ１０３によりコリメートされつつ、レンズ１０４に対して垂直に入射する。一方、レンズ１０３に入射したコアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０３により、コリメートされつつ所定の方向に屈折し、レンズ１０４に入射する。すなわち、主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７も所定の方向に屈折する。
【００４５】
レンズ１０４に入射した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【００４６】
このように、本実施形態におけるレンズ１０１及びレンズ１０２は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される両側テレセントリック光学系（第１両側テレセントリック光学系１０ａ）を構成している。また、レンズ１０３及びレンズ１０４は、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される両側テレセントリック光学系（第２両側テレセントリック光学系１０ｂ）を構成している。
【００４７】
次に、図２の状態から、マルチコアファイバ同士の間隔を変更した場合の光の進み方について説明する。ここでは、図３のように、マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂ（第２ファイバ光学系）を、マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系１０ａ（第１ファイバ光学系）から離す場合（αだけ移動させる場合）について述べる。
【００４８】
第２ファイバ光学系から第１ファイバ光学系を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系１０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系１０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。なお、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系の間隔を調整可能に構成することで、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間（第１両側テレセントリック光学系１０ａと第２両側テレセントリック光学系１０ｂとの間）に、波長透過フィルタやアッテネータ等の光学素子を配置し易くなる。
【００４９】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。レンズ１０４は、「第１レンズ」に該当する。レンズ１０３は、「第２レンズ」に該当する。レンズ１０２は、「第３レンズ」に該当する。レンズ１０１は、「第４レンズ」に該当する。
【００５０】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る結合光学系１０は、複数のコアＣｋ（コアＣ´ｋ）がクラッド２（クラッド２´）で覆われたマルチコアファイバ同士（マルチコアファイバ１及びマルチコアファイバ１´）を光学的に結合する光学系である。結合光学系１０は、第１両側テレセントリック光学系１０ａと、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。
【００５２】
具体的に、第１両側テレセントリック光学系１０ａは、第１レンズ（レンズ１０１）と、第２レンズ（レンズ１０２）とを含む。第１レンズは、マルチコアファイバ１からの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を収束させる。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第３レンズ（レンズ１０３）と、第４レンズ（レンズ１０４）とを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光をコリメートさせる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００５３】
また、本実施形態に係るファイバ光学系は、第１ファイバ光学系と、第２ファイバ光学系とを含む。第１ファイバ光学系は、第１マルチコアファイバ（マルチコアファイバ１）と、第１両側テレセントリック光学系１０ａとを含む。第１マルチコアファイバは、複数のコアＣｋがクラッド２で覆われたマルチコアファイバである。第１両側テレセントリック光学系１０ａは、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される光学系である。第２ファイバ光学系は、第２マルチコアファイバ（マルチコアファイバ１´）と、第２両側テレセントリック光学系１０ｂとを含む。第２マルチコアファイバは、複数のコアＣ´ｋがクラッド２´で覆われたマルチコアファイバである。第２両側テレセントリック光学系１０ｂは、第１両側テレセントリック光学系１０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される光学系である。
【００５４】
このように、２つのマルチコアファイバ１及び１´の間に２つの両側テレセントリック光学系（第１両側テレセントリック光学系１０ａ及び第２両側テレセントリック光学系１０ｂ）を配置する。この構成により、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、マルチコアファイバと両側テレセントリック光学系とを含むファイバ光学系間の間隔）を変更した場合であっても、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【００５５】
本実施形態に係る結合光学系１０（ファイバ光学系）に用いられる第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズそれぞれの焦点距離は等しくなっている。
【００５６】
このように、焦点距離が等しいレンズを用いることにより、２つの両側テレセントリック光学系を同じレンズで構成することができる。よって、結合光学系１０の製造コストを抑えることが可能となる。
【００５７】
＜第１実施形態の変形例１＞
第１実施形態で説明した結合光学系１０は、マルチコアファイバの端面が加工されている場合についても用いることが可能である。図４は、結合光学系１０、マルチコアファイバＮ、マルチコアファイバＮ´の軸方向の断面図である。本実施形態におけるマルチコアファイバＮ（Ｎ´）は、その端面が斜状に研磨されている。このような場合であっても、マルチコアファイバ間に結合光学系１０を配置することにより、マルチコアファイバ間の間隔を変更した場合であっても、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。従って、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。
【００５８】
また、マルチコアファイバＮの端面、及びマルチコアファイバＮ´の端面における斜状の方向は一致している。マルチコアファイバＮから出射した光は結合光学系１０ａを透過後に中間像面Ｘ上に集光される。このとき、中間像面ＸとマルチコアファイバＮの斜状方向は反転している。この中間像面Ｘの各結像点ＩＰから出射した光束は結合光学系１０ｂを透過後に斜状に形成されたマルチコアファイバＮ´の端面に収束する。このとき、中間像面ＸとマルチコアファイバＮ´の斜状方向は反転している。マルチコアファイバＮ等をこのように配置することで、マルチコアファイバＮの各コアＣｋから出射する光をマルチコアファイバＮ´の各コアＣ´ｋに対して最適な光軸方向の位置に収束させることができる。また、マルチコアファイバＮ（コアＣｋ）から出射する光の光束のうち最も強度の強い光線ＰはマルチコアファイバＮ´のコアに対して結合効率が最適になるよう入射される（図４参照）。このため結合効率が低下することなくマルチコアファイバＮとマルチコアファイバＮ´とを接続することができる。
【００５９】
本変形例においても主光線Ｐｒｋは、コアＣｋの光軸と平行な光線とする。端面が斜状に研磨されたマルチコアファイバのコアから出射する光束は、コアの出射端面（空気と隣接）で屈折する。従って、コアから出射する光の光束のうち最も強度の強い光線Ｐは、コアの光軸に対して斜めに出射する。すなわち、斜状に研磨されたマルチコアファイバにおいては、この最も強度の強い光線Ｐと主光線Ｐｒｋとは別の光線となる。なお、平面に研磨されたマルチコアファイバ（第１実施形態等）では、これらの光線が一致している。
【００６０】
＜第１実施形態の変形例２＞
図５を参照して、第１実施形態の変形例２に係る結合光学系１０´について説明する。図５は、結合光学系１０´、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。
【００６１】
第１実施形態では、両側テレセントリック光学系に用いるレンズの焦点距離が全て等しい場合（焦点距離ｆ１）について説明したが、レンズの焦点距離はこれに限られない。
【００６２】
たとえば、レンズ１０２の代わりにレンズ１０１と焦点距離が異なるレンズ１０５を用いた第１両側テレセントリック光学系１０´ａ、及びレンズ１０３の代わりにレンズ１０４と焦点距離が異なるレンズ１０６を用いた第２両側テレセントリック光学系１０´ｂを用いた結合光学系１０´を用いて第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００６３】
レンズ１０５は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０５には、レンズ１０１を透過した複数の光が入射される。レンズ１０５は、入射した光を収束させ、第２両側テレセントリック光学系１０ｂに導く。
【００６４】
レンズ１０５は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０５により収束される。一方、レンズ１０５の中心以外を透過する光（レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０５により、それぞれの主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）がそれぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折された後、収束される。本変形例におけるレンズ１０５の焦点距離は、レンズ１０１と異なる焦点距離ｆ２である。本変形例におけるレンズ１０５は、「第２レンズ」の一例である。
【００６５】
レンズ１０６は、１枚の凸レンズからなる。レンズ１０６は、レンズ１０５（第１両側テレセントリック光学系１０´ａ）から出射された光をコリメートさせ、レンズ１０４に出射する。
【００６６】
レンズ１０６は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０５を透過したコアＣ１からの光は、コリメート光として出射される。一方、レンズ１０６の中心以外を透過する光（レンズ１０５を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、レンズ１０６でコリメートされつつ、所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。レンズ１０６の焦点距離は、レンズ１０４と異なる焦点距離ｆ２である。本変形例におけるレンズ１０６は、「第３レンズ」の一例である。
【００６７】
ここで、本変形例におけるレンズ１０１及びレンズ１０４の焦点距離ｆ１と、レンズ１０５及びレンズ１０６の焦点距離ｆ２とは、以下の式（１）を満たすことが望ましい。
【００６８】
ｆ２／ｆ１＞１・・・（１）
【００６９】
このように、焦点距離の異なるレンズを用いて第１両側テレセントリック光学系１０´ａを構成することにより、第１両側テレセントリック光学系１０´ａによって得られる結像点ＩＰにおける中間像は、ｍ倍（＝ｆ２／ｆ１）に拡大される。すなわち、マルチコアファイバ１からの光が第１両側テレセントリック光学系１０´ａを透過した場合、第１両側テレセントリック光学系１０´ａを透過した光の主光線間の間隔ΔＹ２は、マルチコアファイバ１からの光の主光線間の間隔ΔＹ１よりも広くなる。よって、任意のコアＣｋからの光をより抜き取り易くなるため、信号検査を容易に行うことが可能となる。また、拡大された中間像を参照して行うアライメント（マルチコアファイバの光軸に垂直な方向のアライメント）が容易になる。
【００７０】
更に、第１両側テレセントリック光学系１０´ａと同じ焦点距離のレンズを用いて第２両側テレセントリック光学系１０´ｂを構成することにより、第１両側テレセントリック光学系１０´ａによって拡大された中間像を１／ｍ倍（＜１）に縮小することができる。よって、中間像の大きさを変えた場合であってもマルチコアファイバ１´への結合効率を劣化させることがない。また、ファイバ光学系同士の光軸垂直方向のアライメント誤差感度が小さくなる。従って、結合効率を低下させることなくマルチコアファイバ同士を光学的に結合することができる。また、ファイバ光学系間の光軸方向の間隔が長くなるため、調整スペースを十分に確保することができる。すなわち、ファイバ光学系同士の調整を容易に行うことができる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、第２実施形態に係る結合光学系２０について説明する。図６は、結合光学系２０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。第１実施形態と同様の構成等については、詳細な説明を省略する場合がある。
【００７２】
第１実施形態で用いたレンズ１０２及びレンズ１０３と異なる光学素子を用いる場合でも、第１実施形態と同様の効果を奏する結合光学系を構成することが可能である。本実施形態における結合光学系２０は、第１両側テレセントリック光学系２０ａと、第２両側テレセントリック光学系２０ｂとを含んで構成されている。
【００７３】
第１両側テレセントリック光学系２０ａは、レンズ１０１及びプリズム２０１を含んで構成されている。
【００７４】
プリズム２０１は、レンズ１０１から出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。出射された光は、第２両側テレセントリック光学系２０ｂ（プリズム２０２）に導かれる。
【００７５】
プリズム２０１は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの数及び配置に応じた複数の透過面２０１ａを有する。各透過面２０１ａは、レンズ１０１からの光を屈折・透過させ、第２両側テレセントリック光学系２０ｂに導く。図７に示すように、本実施形態では、コアＣ２〜Ｃ７に対応する６つの透過面２０１ａが設けられている。また、本実施形態では、プリズム２０１に平面２０１ｂが設けられている。平面２０１ｂは、コアＣ１からの光をそのまま透過させるよう構成されている。
【００７６】
プリズム２０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、レンズ１０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、プリズム２０１の平面２０１ｂを透過する。一方、プリズム２０１の中心以外を透過する光（主光線（Ｐｒ２〜Ｐｒ７）を含む、レンズ１０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、コリメートされた状態を保ったままプリズム２０１（透過面２０１ａ）により、それぞれのコア（Ｃ２〜Ｃ７）の光軸と平行な方向に屈折され、第２両側テレセントリック光学系２０ｂ（プリズム２０２）に導かれる。本実施形態におけるプリズム２０１は、「第２レンズ」の一例である。
【００７７】
第２両側テレセントリック光学系２０ｂは、プリズム２０２及びレンズ１０４を含んで構成されている。
【００７８】
プリズム２０２は、プリズム２０１から出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま、レンズ１０４に出射する。本実施形態におけるプリズム２０２の構成は、プリズム２０１と同様、６つ透過面２０２ａ及び１つの平面２０２ｂを含んで構成されている（図７参照）。
【００７９】
プリズム２０２は、その中心がコアＣ´１の光軸上に位置するよう設けられる。この場合、プリズム２０１を透過したコアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったまま、プリズム２０２の平面２０２ｂを透過する。一方、プリズム２０２の中心以外を透過する光（プリズム２０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、コリメートされた状態を保ったまま、透過面２０２ａにおいて所定の方向に屈折される。すなわち、各光の主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７が所定の方向に屈折される。本実施形態におけるプリズム２０２は、「第３レンズ」の一例である。
【００８０】
［光の進み方について］
次に、図６を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。
【００８１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、それぞれ拡散しながら、レンズ１０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でレンズ１０１に入射する。
【００８２】
レンズ１０１に入射した光は、それぞれコリメートされ、プリズム２０１に入射する。なお、コアＣ２〜Ｃ７からの光は、レンズ１０１を透過することにより、所定の方向に屈折される。レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、プリズム２０１の平面２０１ｂに対して垂直に入射する。一方、レンズ１０１から出射した光のうち、コアＣ２〜Ｃ７からの光（主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７を含む）は、レンズ１０１により所定の方向に屈折しているため、プリズム２０１の透過面２０１ａそれぞれに入射する。
【００８３】
プリズム２０１に入射した光のうちコアＣ２〜Ｃ７からの光は、プリズム２０１により、コリメートされた状態を保ったまま、コアＣ２〜Ｃ７の光軸と平行な方向に屈折する。屈折した光は、プリズム２０２に垂直に入射する。コアＣ１からの光は、レンズ１０１でコリメートされた状態を保ったままプリズム２０１を透過し、プリズム２０２に垂直に入射する。
【００８４】
プリズム２０２に入射した光のうちコアＣ２〜Ｃ７からの光は、プリズム２０２（透過面２０２ａ）により、コリメートされた状態を保ったまま、所定の方向に屈折し、レンズ１０４に入射する。すなわち、主光線Ｐｒ２〜Ｐｒ７も所定の方向に屈折する。コアＣ１からの光（主光線Ｐｒ１を含む）は、コリメートされた状態を保ったまま、平面２０２ｂを透過し、レンズ１０４に垂直に入射する。
【００８５】
レンズ１０４に入射した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【００８６】
このように、本実施形態におけるレンズ１０１及びプリズム２０１は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系２０ａを構成している。また、本実施形態におけるプリズム２０２及びレンズ１０４は、第１両側テレセントリック光学系２０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される第２両側テレセントリック光学系２０ｂを構成している。
【００８７】
また、第１実施形態と同様に、第２ファイバ光学系（マルチコアファイバ１´及び第２両側テレセントリック光学系２０ｂ）から第１ファイバ光学系（マルチコアファイバ１及び第１両側テレセントリック光学系２０ａ）を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系２０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系２０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。レンズ１０４は、「第１レンズ」に該当する。プリズム２０２は、「第２レンズ」に該当する。プリズム２０１は、「第３レンズ」に該当する。レンズ１０１は、「第４レンズ」に該当する。
【００８９】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００９０】
本実施形態に係る結合光学系２０は、第１両側テレセントリック光学系２０ａと、第２両側テレセントリック光学系２０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系２０ａは、第１レンズ（レンズ１０１）と、第２レンズ（プリズム２０１）とを含む。第１レンズは、マルチコアファイバ１からの光をコリメートさせる。第２レンズは、第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第２両側テレセントリック光学系２０ｂは、第３レンズ（プリズム２０２）と、第４レンズ（レンズ１０４）とを含む。第３レンズは、第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる。第４レンズは、第３レンズから出射された光を、マルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【００９１】
このように、第２レンズ及び第３レンズとしてプリズム２０１及びプリズム２０２を用いて両側テレセントリック系を構成した場合であっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、ファイバ光学系間の間隔）を変更したときに、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。更に、プリズム２０１及びプリズム２０２を用いることにより、第１両側テレセントリック光学系２０ａと第２両側テレセントリック光学系２０ｂとの間の光をコリメート光とすることができる。よって、第１両側テレセントリック光学系２０ａと第２両側テレセントリック光学系２０ｂとの距離（第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との距離）が長くなった場合であっても結合効率の低下をより抑えることができる。
【００９２】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第３実施形態に係る結合光学系３０について説明する。図８は、結合光学系３０、マルチコアファイバ１、マルチコアファイバ１´の軸方向の断面図である。図８では、コアＣｋからの光のうち、その主光線Ｐｒｋのみを示している。また、主光線Ｐｒｋの光路は模式的なものである。第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成等については、詳細な説明を省略する場合がある。
【００９３】
［結合光学系の構成］
本実施形態における結合光学系３０は、第１両側テレセントリック光学系３０ａと、第２両側テレセントリック光学系３０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系３０ａは、ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ３０１を含んで構成されている。第２両側テレセントリック光学系３０ｂは、ＧＲＩＮレンズ３０２を含んで構成されている。
【００９４】
ＧＲＩＮレンズ３０１は、その中心からの距離に応じて内部の屈折率に勾配を持たせたレンズである。本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０１は、中心から外側に行くほど屈折率が小さくなっている。ＧＲＩＮレンズ３０１には、マルチコアファイバ１の各コアＣｋからの光それぞれの主光線ＰｒがコアＣｋの光軸に平行な状態で入射される。ＧＲＩＮレンズ３０１は、入射した光を屈折率に応じて所定方向に屈折させ、ＧＲＩＮレンズ３０２に導く。本実施形態において、ＧＲＩＮレンズ３０１は、「第１ＧＲＩＮレンズ」の一例である。
【００９５】
ＧＲＩＮレンズ３０１は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。コアＣ１からの主光線Ｐｒ１は、そのままＧＲＩＮレンズ３０１を直進する。一方、ＧＲＩＮレンズ３０１の中心以外を透過する光（コアＣ２〜Ｃ７からの光）は、屈折率の勾配に基づいて所定方向に屈折される。
【００９６】
たとえば、ＧＲＩＮレンズ３０１は、コアＣ２の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０１は、主光線Ｐｒ２がコアＣ２の光軸と平行になるように出射させる。同様に、ＧＲＩＮレンズ３０１は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０１は、主光線Ｐｒ５がコアＣ５の光軸と平行になるように出射させる。
【００９７】
ＧＲＩＮレンズ３０２は、ＧＲＩＮレンズ３０１と同様に、その中心からの距離に応じて内部の屈折率に勾配を持たせたレンズである。ＧＲＩＮレンズ３０２には、ＧＲＩＮレンズ３０１から出射された光が入射される。ＧＲＩＮレンズ３０２は、入射した光を屈折させ、マルチコアファイバ１´のコアＣｋに導く。本実施形態において、ＧＲＩＮレンズ３０２は、「第２ＧＲＩＮレンズ」の一例である。
【００９８】
ＧＲＩＮレンズ３０２は、その中心がコアＣ１の光軸上に位置するよう設けられる。コアＣ１からの主光線Ｐｒ１は、そのままＧＲＩＮレンズ３０２を直進する。一方、ＧＲＩＮレンズ３０２の中心以外を透過する光（ＧＲＩＮレンズ３０１を透過したコアＣ２〜Ｃ７からの光）は、ＧＲＩＮレンズ３０２で所定の方向に屈折される。
【００９９】
たとえば、ＧＲＩＮレンズ３０２は、コアＣ２の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ２を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０２は、主光線Ｐｒ２がコアＣ´２の光軸と平行になるように出射させる。同様に、ＧＲＩＮレンズ３０２は、コアＣ５の光軸に対して平行な状態で入射された主光線Ｐｒ５を含む光を所定方向に屈折させ、出射後にその光を収束させる。またＧＲＩＮレンズ３０２は、主光線Ｐｒ５がコアＣ´５の光軸と平行になるように出射させる。
【０１００】
［光の進み方について］
次に、図８を参照して、本実施形態に係る光の進み方について説明する。
【０１０１】
マルチコアファイバ１のコアＣ１〜Ｃ７それぞれから光が出射される。出射された光は、ＧＲＩＮレンズ３０１に入射する。ここで、コアＣ１〜Ｃ７からの光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ１〜Ｃ７の光軸に平行な状態でＧＲＩＮレンズ３０１に入射する。
【０１０２】
ＧＲＩＮレンズ３０１に入射した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化する。その結果、ＧＲＩＮレンズ３０１に入射した光は、所定の方向に屈折し、ＧＲＩＮレンズ３０１の出射面近傍で収束する。なお、ＧＲＩＮレンズ３０１の中心を透過するコアＣ１からの主光線Ｐｒ１は屈折せず直進する。
【０１０３】
ＧＲＩＮレンズ３０１内部を透過した光は、ＧＲＩＮレンズ３０２に入射する。ＧＲＩＮレンズ３０２に入射した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化する。その結果、ＧＲＩＮレンズ３０２に入射した光は、所定の方向に屈折し、ＧＲＩＮレンズ３０２の出射面近傍で収束する。なお、ＧＲＩＮレンズ３０２の中心を透過するコアＣ１からの主光線Ｐｒ１は屈折せず直進する。
【０１０４】
ＧＲＩＮレンズ３０２内部を透過した光は、内部の屈折率の勾配により、光の向きが変化し、コアＣ´１〜Ｃ´７に収束する。またＧＲＩＮレンズ３０２内部を透過した光の主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７それぞれは、コアＣ´１〜Ｃ´７の光軸に対して平行に出射され、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して入射する。すなわち、主光線Ｐｒ１〜Ｐｒ７は、コアＣ´１〜Ｃ´７に対して垂直に入射する。たとえば、コアＣ２からの光の主光線Ｐｒ２は、対応するコアＣ´２に対して垂直に入射する。同様に、コアＣ５からの光の主光線Ｐｒ５は、対応するコアＣ´５に対して垂直に入射する。
【０１０５】
このように、本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０１は、マルチコアファイバ１からの光の主光線Ｐｒｋが、マルチコアファイバ１の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系３０ａを構成している。また、本実施形態におけるＧＲＩＮレンズ３０２は、第１両側テレセントリック光学系３０ａを透過した主光線Ｐｒｋがマルチコアファイバ１´の光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態でマルチコアファイバ１´に対して出射される第２両側テレセントリック光学系３０ｂを構成している。また、ＧＲＩＮレンズ３０１とＧＲＩＮレンズ３０２とは同等の屈折率分布を持っている。
【０１０６】
また、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、第２ファイバ光学系（マルチコアファイバ１´、及び第２両側テレセントリック光学系３０ｂ）から第１ファイバ光学系（マルチコアファイバ１、及び第１両側テレセントリック光学系３０ａ）を離したとしても、マルチコアファイバ１に対する第１両側テレセントリック光学系３０ａの配置関係、及びマルチコアファイバ１´に対する第２両側テレセントリック光学系３０ｂの配置関係には変化がない。よって、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であってもコアＣｋからの主光線Ｐｒｋは、コアＣ´ｋに対して垂直に入射する。すなわち、第１ファイバ光学系と第２ファイバ光学系との間隔を変更した場合であっても結合効率の劣化を抑えることが可能となる。つまり、第１ファイバ光学系及び第２ファイバ光学系という異なる２つの光学系を結合することでマルチコアファイバ同士の光結合をするときに、結合効率の低下を抑制することができる。
【０１０７】
なお、マルチコアファイバ１´からの光をマルチコアファイバ１に導くことも可能である。この場合、マルチコアファイバ１´は、「一方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１は、「他方のマルチコアファイバ」に該当する。マルチコアファイバ１´の中心に配置されたコアＣ´１の光軸は、「一方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。マルチコアファイバ１の中心に配置されたコアＣ１の光軸は、「他方のマルチコアファイバの光軸」の一例である。ＧＲＩＮレンズ３０２は、「第１ＧＲＩＮレンズ」に該当する。ＧＲＩＮレンズ３０１は、「第２ＧＲＩＮレンズ」に該当する。
【０１０８】
［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。
【０１０９】
本実施形態に係る結合光学系３０は、第１両側テレセントリック光学系３０ａと、第２両側テレセントリック光学系３０ｂとを含む。第１両側テレセントリック光学系３０ａは、ＧＲＩＮレンズ３０１を含む。ＧＲＩＮレンズ３０１は、マルチコアファイバ１からの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる。ＧＲＩＮレンズ３０２は、ＧＲＩＮレンズ３０１から出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応するマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに入射させる。
【０１１０】
このように、ＧＲＩＮレンズを用いて両側テレセントリック系を構成した場合であっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マルチコアファイバ間の間隔（或いは、ファイバ光学系間の間隔）を変更したときに、一方のマルチコアファイバ（コア）からの光を他方のマルチコアファイバ（コア）に確実に導くことができる。たとえば、本実施形態の構成を用いてファイバ光学系同士を接合する場合、ファイバ光学系同士の間隔に誤差があったとしても、マルチコアファイバ１からの主光線Ｐｒｋをマルチコアファイバ１´のコアＣ´ｋに対して垂直に入射させることができるため、結合効率の低下を抑制することができる。また、レンズによるケラレ等が生じないため、結合効率の低下を抑制することができる。すなわち、マルチコアファイバ同士を光学的に結合する場合に、結合効率の低下を抑制することができる。更に、ＧＲＩＮレンズを用いることにより、両側テレセントリック光学系を小型化することができる。従って、結合光学系３０（ファイバ光学系）自体を小型化することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１´ マルチコアファイバ
１ｂ 端面
２、２´ クラッド
２ａ 端面
１０ 結合光学系
１０ａ 第１両側テレセントリック光学系
１０ｂ 第２両側テレセントリック光学系
１０１、１０２、１０３、１０４ レンズ
Ｃｋ、Ｃ´ｋ コア
Ｅｋ 端面
Ｐｒｋ 主光線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する結合光学系であって、
一方の前記マルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系と、
前記第１両側テレセントリック光学系を透過した前記主光線が他方の前記マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される第２両側テレセントリック光学系と、
を含むことを特徴とする結合光学系。
【請求項２】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる第１レンズと、
前記第１レンズから出射された光を収束させる第２レンズと、
を有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第２レンズから出射された光をコリメートさせる第３レンズと、
前記第３レンズから出射された光を、前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第４レンズと、
を有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、及び前記第４レンズそれぞれの焦点距離が等しいことを特徴とする請求項２記載の結合光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ及び前記第４レンズが等しい焦点距離ｆ１を有し、前記第２レンズ及び前記第３レンズが等しい焦点距離ｆ２を有する場合、焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２は以下の式を満たすことを特徴とする請求項２記載の結合光学系。
ｆ２／ｆ１＞１
【請求項５】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる第１レンズと、
前記第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる第２レンズと、
を有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる第３レンズと、
前記第３レンズから出射された光を、前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第４レンズと、
を有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項６】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる第１ＧＲＩＮレンズを有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第１ＧＲＩＮレンズから出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応する前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第２ＧＲＩＮレンズを有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項７】
前記一方のマルチコアファイバのコアの端面と前記他方のマルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の結合光学系。
【請求項８】
複数のコアがクラッドで覆われた第１マルチコアファイバと、
前記第１マルチコアファイバからの光の主光線が、前記第１マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系と、
を有する第１ファイバ光学系と、
複数のコアがクラッドで覆われた第２マルチコアファイバと、
前記第１両側テレセントリック光学系を透過した前記主光線が前記第２マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で前記第２マルチコアファイバに対して出射される第２両側テレセントリック光学系と、
を有する第２ファイバ光学系と、
を含むことを特徴とするファイバ光学系。
【請求項９】
前記第１マルチコアファイバのコアの端面と前記第２マルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されていることを特徴とする請求項８記載のファイバ光学系。
【請求項１】
複数のコアがクラッドで覆われたマルチコアファイバ同士を光学的に結合する結合光学系であって、
一方の前記マルチコアファイバからの光の主光線が、当該マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系と、
前記第１両側テレセントリック光学系を透過した前記主光線が他方の前記マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で当該マルチコアファイバに対して出射される第２両側テレセントリック光学系と、
を含むことを特徴とする結合光学系。
【請求項２】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる第１レンズと、
前記第１レンズから出射された光を収束させる第２レンズと、
を有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第２レンズから出射された光をコリメートさせる第３レンズと、
前記第３レンズから出射された光を、前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第４レンズと、
を有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、及び前記第４レンズそれぞれの焦点距離が等しいことを特徴とする請求項２記載の結合光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ及び前記第４レンズが等しい焦点距離ｆ１を有し、前記第２レンズ及び前記第３レンズが等しい焦点距離ｆ２を有する場合、焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２は以下の式を満たすことを特徴とする請求項２記載の結合光学系。
ｆ２／ｆ１＞１
【請求項５】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光をコリメートさせる第１レンズと、
前記第１レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる第２レンズと、
を有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第２レンズから出射された光を、コリメートされた状態を保ったまま出射させる第３レンズと、
前記第３レンズから出射された光を、前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第４レンズと、
を有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項６】
前記第１両側テレセントリック光学系は、
前記一方のマルチコアファイバからの光を、屈折率の勾配に応じて屈折させる第１ＧＲＩＮレンズを有し、
前記第２両側テレセントリック光学系は、
前記第１ＧＲＩＮレンズから出射された光を、屈折率の勾配に応じて屈折させることにより、対応する前記他方のマルチコアファイバのコアに入射させる第２ＧＲＩＮレンズを有することを特徴とする請求項１記載の結合光学系。
【請求項７】
前記一方のマルチコアファイバのコアの端面と前記他方のマルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の結合光学系。
【請求項８】
複数のコアがクラッドで覆われた第１マルチコアファイバと、
前記第１マルチコアファイバからの光の主光線が、前記第１マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で出射される第１両側テレセントリック光学系と、
を有する第１ファイバ光学系と、
複数のコアがクラッドで覆われた第２マルチコアファイバと、
前記第１両側テレセントリック光学系を透過した前記主光線が前記第２マルチコアファイバの光軸に平行な状態で入射され、且つ平行な状態で前記第２マルチコアファイバに対して出射される第２両側テレセントリック光学系と、
を有する第２ファイバ光学系と、
を含むことを特徴とするファイバ光学系。
【請求項９】
前記第１マルチコアファイバのコアの端面と前記第２マルチコアファイバのコアの端面とが平行になるように配置されていることを特徴とする請求項８記載のファイバ光学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【公開番号】特開２０１３−１０５１５２（Ｐ２０１３−１０５１５２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０８７７（Ｐ２０１１−２５０８７７）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]