JP2005062298A - 光導波路及びその製造方法、並びに光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効果的に信号光を入射させることができ、生産性及びコスト面に優れた光導波路、及びこの光導波路を容易にかつ精度良く製造する方法を提供すること。
【解決手段】 コア層３の光入射側端部の厚みが、コア層３の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路７を製造するに際し、
コア層３の前記光入射側端部に対応した凹部２を基体１に形成する工程と、
凹部２を含む基体１上にコア材層３ａを形成する工程と、
コア材層３ａをコア層３にパターニングする工程と、
コア層３に光入射側端面１０を形成する工程と
を有する、光導波路７の製造方法。コア層３の光入射側端部の厚みが、コア層３の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっていることを特徴とする、光導波路７。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コアとクラッドとの接合体からなり、光源モジュール、光インターコネクション、光通信等に好適な光導波路及びその製造方法、並びにディスプレイ等の光情報処理装置に関するものである。

これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上させるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延やノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。

こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。

光導波路からの出射光は、その導波路端面の形状やＮＡ（開口数）などにより、放射光の角度が制限されている。このため、所望の光ビーム形状を得るには、微小レンズなどを取り付ける必要があった。

他方、光導波路をディスプレイの光源モジュールとして用いることも知られている。例えば、映像ソフト、ゲーム、コンピュータ画面、映画等を自分だけの大画面で楽しめるヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：ＨＭＤ）の開発がなされており、サングラスのようにかけるだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるパーソナルなディスプレイがある（米国特許第5,467,104号公報参照）。

このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤ（light-emitting diode：発光ダイオード）が使われているが、ＬＥＤ光はコヒーレント性がなく、放射角が広く、集光して３色を合波することが難しい。そこで、３色のＬＥＤ光を光導波路に通して合波し、均一な白色光を作り出す技術が知られている（例えば、後記の非特許文献１参照。）。

図１３は、米Lumileds Lighting, LLCが開発したＬＥＤ及び光導波路を使ったモジュールの構造例である。

図１３に示すように、バックライト・モジュール８０は、プリント基板８１上に実装されたＲＧＢ３種類のＬＥＤモジュール８２、光導波路８３、２個の反射ミラー８４ａ、８４ｂ、導光板８５で構成され、ＬＥＤモジュール８２は９ｍｍ間隔で直線状に実装されている。ＬＥＤモジュール８２から放射されたＲＧＢそれぞれのＬＥＤ光８６は、反射ミラー８４ａ、８４ｂによる反射と光導波路８３内での反射によって混ざり合い、ほぼ均一な白色光になり、これを液晶パネルの背面に照射する。

光導波路８３は、ＬＥＤモジュール８２からの信号光８６を光導波路８３を通して合波し、得られた白色光を平面にて取り出すことができる。しかしながら、出射される光信号は集光されることなく、広がったビーム形状となるので、任意のスポット径を作り出すことができない。

上記したヘッドマウントディスプレイに適用するには、集光した点光源が要求される。従って、導波光（出射光）を効率良く集光するためには、別途、レンズなどの光学部品を用いて集光させることになる。このように、光学部品などを用いた場合、光導波路と光学部品との光軸調整などが必要となり、またコストが高く、生産性を悪化させる。

一方、点光源として好適な出射光を作り出す光導波路が提案されている。図１４は、上記のような点光源の出射光を作り出す従来例による光導波路の概略図である。

図１４に示す光導波路８７によれば、コア層を３種類の赤色光用コア８８Ｒ、緑色光用コア８８Ｇ及び青色光用コア８８Ｂに分け、これらの光入射面側にそれぞれＬＥＤからなる赤色光源８９Ｒ、緑色光源８９Ｇ及び青色光源８９Ｂを配置し、かつ直線状の緑色光用コア８８Ｇの前位にて赤色光用コア８８Ｒ及び青色光用コア８８Ｂをそれぞれ緑色光用コア８８Ｇに合流させる。これによって、各色の信号光８９Ｒ、８９Ｇ及び８９Ｂを合波し、共通コア８８で集光して出射することができる。

日経エレクトロニクス2003.3.31号 p.127

しかしながら、上記の特許文献１のような従来例による光導波路８７は、図１４（ｂ）に同図（ａ）のＸ−Ｘ線概略断面図を示すように、そのコア８８（及び８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂ）の厚さは光導波路８７内において常に一定となる。即ち、従来例による光導波路は、コアの横幅を変えることはできても、コアの厚みを任意に変化させることは不可能である。レーザー光やＬＥＤ光などの光信号を導波する場合には、光導波路端面９３におけるコアの面積が大きい方が光結合効率を上げることができるが、上述したように、従来例による光導波路ではその端面９３におけるコアの厚みを任意に変えることができないので、光結合効率を飛躍的に改善することはできない。レーザーやＬＥＤ等の光源と光導波路との間にレンズ等の光学部品を配し、光を集光してコアに入射させることも可能だが、部品点数が増えるため、生産性を悪化させる。

また、図１４に示すような光導波路８７は、赤色光用コア８８Ｒ及び青色光用コア８８Ｂの曲線形状によって、そのカーブ域でコア層からクラッド層への漏れ光が多くなるために、全体の長さｄを大きくしなければ、許容光損失を実現することができない。

図１５は、図１４に示すような光導波路８７において、光導波路８７全体の長さｄと損失との関係をコア間のピッチを変化させて（２００μｍ、４００μｍ、６００μｍ）、測定した結果のグラフである。

図１５より明らかなように、この光導波路８７は、赤色光用コア８８Ｒ及び青色光用コア８８Ｂが曲線形状をなしているために、許容光損失（２ｄＢ以下）を実現するには、ピッチが大きくなるほど大きい長さｄが必要となり、例えばピッチが４００μｍのときその長さは２０ｍｍ以上が必要となる。

また、この光導波路８７は、光入射面積が小さく、赤色光用コア８８Ｒ及び青色光用コア８８Ｂを含めて各コアの厚みが小さくて光導波路８７内において常に一定であるために、光源からの入射光量が少ない。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、効果的に信号光を入射させることができ、生産性及びコスト面に優れた光導波路、及びこの光導波路を容易にかつ精度良く製造する方法を提供することにある。

即ち、本発明は、コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路において、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっていることを特徴とする、光導波路に係るものである。

また、コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路であって、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路を製造するに際し、
前記コア層の前記光入射側端部に対応した凹部を基体に形成する工程と、
前記凹部を含む前記基体上にコア材層を形成する工程と、
前記コア材層を前記コア層にパターニングする工程と、
前記コア層に光入射側端面を形成する工程と
を有する、光導波路の製造方法に係るものである（以下、本発明の第１の製造方法と称することがある。）。

また、コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路であって、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路を製造するに際し、
前記コア層の前記光入射側端部に対応した凸部を有する成形空間にコア材を注入して 、前記コア層を成形する工程と、
前記コア層に光入射側端面を形成する工程と
を有する、光導波路の製造方法に係るものである（以下、本発明の第２の製造方法と称することがある。）。

さらに、上記した本発明の光導波路と、この光導波路のコア層に光を入射させる光入射手段と、前記コア層からの出射光を受け入れる受光手段とを有する、光情報処理装置に係るものである。

本発明によれば、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっているので、上記した従来例による光導波路のようにコアの厚みが光導波路内において常に一定のものと比べて、前記コア層の光入射側端面を大きくすることができ、レンズ等の光学部品を特に用いなくても、効果的に光源からの信号光を前記コア層に入射させて光結合効率を飛躍的に改善することができ、生産性及びコスト面に優れている。

また、その製造方法は、前記コア層に直接加工を行わないので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路を作製することができる。

本発明の光導波路は上述したような優れた効果を奏するので、光通信やディスプレイ等の光情報処理装置として好適に用いることができる。

本発明の光導波路は、前記コア層の前記光入射側端部の横幅が、前記コア層の光出射側端部の横幅よりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっていることが好ましい。これにより、より効果的に光源からの信号光を前記コア層に入射させることができ、光結合効率を一層向上することができる。

また、前記コア層の前記光入射側の前記厚さ又は前記横幅が、前記光入射側から前記光出射側へ４５度以上、９０度未満の角度で直線的に小さくなっていることが好ましい。前記角度が４５度未満の場合、前記コア層に入射した信号光が前記クラッド層へ抜け易くなり、９０度以上の場合、コア層自体が厚くなってクラッド層との界面が光入射面と平行になり、光源からの信号光がクラッド層へやはり漏出し易くなる。

本発明の第１の光導波路の製造方法は、前記コア層を前記基体から剥離した後、前記凹部に対応する位置にて前記コア層を切断することが好ましい。

本発明の第２の光導波路の製造方法は、前記コア層を成形型から分離した後に、前記凸部に対応する位置にて前記コア層を切断することが好ましい。

また、下部クラッド層上に前記コア層を形成することが好ましい。さらに、前記コア層上に更に上部クラッド層を形成してもよい。

本発明に基づく光導波路において、前記コア層は入射した信号光を導波する役割を果たし、前記クラッド層は前記コア層内に信号光を閉じ込める役割を果たす。前記コア層は高い屈折率を持つ材料からなり、前記クラッドは前記コア層より低い屈折率の材料で構成されることが好ましい。

また、前記コア層が光硬化性樹脂からなるのがよい。これは、光（特に紫外線）照射によって露光パターンに対応したコアにパターン化することが容易となり、またクラッド材としても有利なためである。こうした光硬化性樹脂としては、特開２０００−３５６７２０号公報に記載されたオキセタン樹脂等の高分子有機材料が挙げられる。このような高分子有機材料は、３９０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下の波長の可視光を９０％以上透過するものがよい。なお、コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。

光導波路材料として、下記のオキセタン環を有するオキセタン化合物からなる上記したオキセタン樹脂、又は下記のオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化（重合）のための連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始剤を含む組成物が用いられるのがよい。

そして、本発明は、光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

第１の実施の形態
図１及び図２は、本発明に基づく光導波路の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。図３は、本発明に基づく光導波路の概略図である。

まず、図１（ａ）に示すように、基体１に、後述するコア層の光入射側端部に対応した凹部２を角度θで形成する。基体１としては、例えばシリコン基板やガラス基板等を用いることができる。また、凹部２は、例えばウェットエッチング、ドライエッチング又はダイシングカットなどの方法によって容易に形成することができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、凹部２を含む基体１上にコア材層３ａを形成する。そして、図１（ｃ）に示すように、コア材層３ａをコア層３にパターニングする。具体的には、凹部２を含む基体１上に形成されたコア材層３ａ上に、例えばストライプ状の開口を有するフォトマスク（図示省略）を形成し、このフォトマスクを介してコア材層３ａに対して紫外線ＵＶを照射する。これにより、フォトマスクの開口に対応する部分では、コア材が硬化する。紫外線ＵＶを照射してから所定の時間が経過した後、フォトマスクにより紫外線ＵＶが照射されず、未硬化状態の部分を、例えばアセトンにより溶解除去し、更にフォトマスクを除去する。これにより、例えば平面形状が帯状のコア層３が形成される。

次に、図１（ｄ）に示すように、コア層３を含む基体１上に下部クラッド層４を形成する。具体的には、コア層３を含む基体１上に下部クラッド材を塗布し、紫外線ＵＶを照射することによって下部クラッド材を硬化させ、下部クラッド層４を形成することができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、コア層３及び下部クラッド層４からなる接合体５ａを基体１から剥離する。そして、図２（ｆ）に示すように、下部クラッド層４の露出面及びコア層３上に、例えば下部クラッド層４と同様の材料を用い、下部クラッド層４と同様の方法により、上部クラッド層６を形成する。

なお、コア層３は高い屈折率を持つ材料で構成され、下部クラッド層４及び上部クラッド層６はコア層３より低い屈折率の材料で構成されることが好ましい。

また、コア層３が光硬化性樹脂からなるのがよい。これは、光（特に紫外線）照射によって露光パターンに対応したコアにパターン化することが容易となり、またクラッド材としても有利なためである。こうした光硬化性樹脂としては、特開２０００−３５６７２０号公報に記載されたオキセタン樹脂等の高分子有機材料が挙げられる。このような高分子有機材料は、３９０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下の波長の可視光を９０％以上透過するものがよい。なお、コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。

光導波路材料として、下記のオキセタン環を有するオキセタン化合物からなる上記したオキセタン樹脂、又は下記のオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化（重合）のための連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始剤を含む組成物が用いられるのがよい。

次に、図２（ｇ）に示すように、コア層３と、下部クラッド層４と、上部クラッド層６とからなる接合体５ｂにおいて、凹部２に対応する位置にて接合体５ｂを切断する。ここで、前記切断は、例えばダイサーを用いることができる。

以上のようにして、図３に示すような、コア層３とクラッド層４、６との接合体からなり、コア層３の光入射側端部８の厚みが、コア層３の光出射側端部９の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路７を作製することができる。

ここで、光導波路７に基板（図示省略）を貼り付けて、この基板により光導波路７を支持固定することも可能である（以下、他の実施の形態も同様。）。また、図１（ｃ）でそのまま基体１を残し、この状態で切断等の工程を行い、これを本発明に基づく光導波路として使用することも勿論可能である。

また、図１（ａ）及び図３（ｂ）において、コア層３の光入射側の厚さを、前記光入射側から前記光出射側へ４５度以上、９０度未満の角度θで直線的に小さくすることが好ましい。４５度未満の場合、コア層３に入射した信号光がクラッド層４、６へ抜け易くなり、９０度以上の場合、コア層３自体が厚くなってクラッド層４、６との界面が光入射面と平行になり、光源からの信号光がクラッド層４、６へやはり漏出し易くなる。

本実施の形態によれば、コア層３の光入射側端部８の厚みが、コア層３の光出射側端部９の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっているので、上記した従来例による光導波路のようにコアの厚みが光導波路内において常に一定のものと比べて、コア層３の光入射側端面１０を大きくすることができ、レンズ等の光学部品を特に用いなくても、効果的に光源からの信号光をコア層３に入射させて光結合効率を飛躍的に改善することができ、生産性及びコスト面に優れている。

また、その製造方法は、コア層３に直接加工を行わないので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路を作製することができる。

第２の実施の形態
本発明の光導波路は、前記コア層の前記光入射側端部の横幅が、前記コア層の光出射側端部の横幅よりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっていることが好ましい。

例えば、図４（ａ）に示すように、基体１に、上記の第１の実施の形態と同様にして後述するコア層の光入射側端部に対応した凹部２を形成する。

次に、凹部２を含む基体１上にコア材層を形成し、図４（ｂ）に示すように、前記コア材層をコア層３にパターニングする。具体的には、凹部２を含む基体１上に形成された前記コア材層上に、図４（ｂ）に示すような形状の開口を有するフォトマスク（図示省略）を形成し、このフォトマスクを介してコア材層に対して紫外線ＵＶを照射する。これにより、フォトマスクの開口に対応する部分では、コア材が硬化する。紫外線ＵＶを照射してから所定の時間が経過した後、フォトマスクにより紫外線ＵＶが照射されず、未硬化状態の部分を、例えばアセトンにより溶解除去し、更にフォトマスクを除去する。これにより、図４（ｂ）に示すような形状のコア層３が形成される。

次いで、上記の第１の実施の形態と同様の方法により、コア層３を含む基体１上に前記下部クラッド層を形成し、コア層３及び前記下部クラッド層からなる接合体を基体１から剥離した後、この接合体の前記下部クラッド層の露出面及びコア層３上に前記上部クラッド層を形成し、凹部２に対応する位置にてコア層３を切断する（図示省略）。

これにより、図５に示すような、コア層３の光入射側端部８の厚みが、コア層３の光出射側端部９の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなり、かつコア層３の光入射側端部８の横幅が、コア層３の光出射側端部８の横幅よりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路１１を作製することができる。

上述したように、従来例による光導波路は、図１４に示すように、赤色光用コア８８Ｒ及び青色光用コア８８Ｂの曲線形状及びコアの厚みが光導波路８７内において常に一定であるために、全体の長さｄが大きくなってしまう。

図６は、図中に示すように光入射面から光出射面にかけて幅方向端面を直線的に傾斜させたコア形状とした場合、光導波路の長さｄと光損失との関係を示すものであって、コアの光入射側端面（In）の長さｌを変化させて（２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ）、測定した結果のグラフである。なお、コアの光出射側端面（Out）の長さｌ’は共通に５０μｍとした。

図６より明らかなように、コアの光入射側端面の長さｌが大きくなるほど、許容光損失（２ｄＢ以下）を実現するにはより大きな長さｄが必要となることが分かる。但し、許容光損失（２ｄＢ以下）とするための光導波路長ｄは、上記の長さｌの規定によって１０ｍｍ以下と短くすることができるが、これは、コア幅端面が直線的に傾斜しているためにコアからクラッドへの漏れ光が少なくなるからである。このことは、図５に示した光入射部の長さｄに対しても同様である。

これに関連して、図５に示すような本実施の形態による光導波路１１のコア層３の光入射側端部８についても、コア層３の傾斜角度θ’を上記のｌ’／ｌの望ましい比率範囲に対応して、４５度以上、９０度未満に形成することが好ましい。４５度未満の場合、コア層３に入射した信号光がクラッド層４、６へ抜け易くなり、９０度以上の場合、コア層自体が厚くなってクラッド層との界面が光入射面と平行になり、光源からの信号光がクラッド層へやはり漏出し易くなる。このように、コア層３の光入射側端部８の横幅を、コア層３の光出射側端部９の横幅よりも大きくすると共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくしかつ角度θ’を上記した範囲内とすることにより、光損失を抑え、かつ長さｄをより小さくすることができ、光導波路１１全体の大きさもより小さくすることができる。これと同様の理由により、図５（ｃ）に示すコア層３の角度θも４５度以上、９０度未満に形成することが好ましい。これは、上記の第１の実施の形態による光導波路７の角度θ（図１（ａ）及び図３（ｂ））についても同様である。

本実施の形態によれば、コア層３の光入射側端部８の厚みが、コア層３の光出射側端部９の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなりかつ角度θを上記した範囲内とし、また、コア層３の光入射側端部８の横幅が、コア層３の光出射側端部９の横幅よりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなりかつ角度θ’を上記した範囲内とするので、上記した従来例による光導波路のようにコアの厚みが光導波路内において常に一定のものと比べて、コア層３の光入射側端面１０を大きくすることができ、レンズ等の光学部品を特に用いなくても、効果的に光源からの信号光をコア層３に入射させて光結合効率を飛躍的に改善することができ、生産性及びコスト面に優れている。

また、その製造方法は、コア層３に直接加工を行わないので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路を作製することができる。

第３の実施の形態
図７（ａ）の左図は、上記した第１の実施の形態による光導波路の製造工程において、前記凹部を有する基体１上にコア層３を形成したときの概略断面図であり、同右図は、この場合に最終的に得られる光導波路の概略断面図である。

本発明に基づく光導波路は、図７（ａ）に示すような光導波路に代えて、例えば図７（ｂ）の左図に示すように、上記と同様にして基体１上にコア層３を形成した後、更にこのコア層３上に別途形成したコア層３’を配してもよい。これによって得られる光導波路は、同右図に示すように、コア層３、３’の光入射側端面１０がより大きくなり、一層効果的に光源からの信号光をコア層３、３’に入射することができる。

但し、光導波路において、コア層３の光出射側端面１２は小さい方が出射光をより集光し易いので、例えば、後から配するコア層３’を図７（ｃ）に示すような形状とし、同右図に示すように、コア層３の光入射側端面１０をより大きく、かつ光出射側端面１２の大きさは変化させないで作製してもよい。

第４の実施の形態
上述した第１の実施の形態では、前記基板上に前記下部クラッド層、前記コア層及び前記上部クラッド層をそれぞれ塗布によって形成する、本発明に基づく第１の製造方法について説明した。本実施の形態では、本発明に基づく第２の製造方法について説明する。即ち、本発明の第２の製造方法は、コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路であって、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路を製造するに際し、前記コア層の前記光入射側端部に対応した凸部を有する成形空間にコア材を注入して、前記コア層を成形する工程と、前記コア層に光入射側端面を形成する工程とを有する。

例えば図８（ａ）に示すように、上型１３及び下型１４に、後述するコア層の前記光入射側端部に対応する前記凹部を有する基体１を配し、後述するコア層の前記光入射側端部に対応する凸部を有する成形空間１５にコア材（図示省略）を注入し、しかる後に、上型１３及び下型１４を外して、図８（ｂ）に示すような、前記凹部を含む基体１上にコア材層３ａを形成する。そして、コア材層３ａを例えば上記した第１の実施の形態と同様の方法により、パターニングして前記コア層を形成すればよい。

ここで、予め成形空間１５をコア材層３ａのパターニング後の形状としておけば、その成形空間１５にコア材を注入しただけで、図８（ｃ）に示すような、パターニング後の形状を予め有するコア材層３ａを形成することができる。この後は、紫外線ＵＶを照射してコア材を硬化させて前記コア層を形成すればよい。この場合、フォトマスク等を必要とせず、より少ない工程数で前記コア層を形成することができる。

第５の実施の形態
本発明に基づく光導波路は、上述したように、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっているので、前記コア層の光入射側端面を大きくすることができ、効果的に信号光を前記コア層に入射させることができるが、図９に示すように、コア層３の光入射側端面１０にレンズ１６等の光学部品を配してもよい。この場合、ＬＥＤ等の光源からの信号光をより効果的にコア層３に入射させることができ、光結合効率をより飛躍的に改善することができる。

また、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっているので、レンズ１６等の光学部品を配する際の位置合せは容易である。

第６の実施の形態
上述した第１〜５の実施の形態では、下部クラッド層４と、コア層３と、上部クラッド層６との接合体５ｂからなる光導波路について説明した。前記下部及び上部クラッド層は、前記コア層を通る信号光が外部に洩れないように遮断する役割を担っているが、ＬＥＤ等の光源からの信号光によっては前記コア層だけでなく、前記下部及び上部クラッド層に渡って導波することがある。この場合、前記コア層のみならず、前記下部及び上部クラッド層からも光が出射し、光導波路全体が発光することが考えられる。

そこで、図１０に示すように、前記上部クラッド層を設けずに光導波路１７を作製してもよい。これによれば、ＬＥＤ等からの信号光がコア層３だけでなく、クラッド層にまで導波した場合でも、前記上部クラッド層分が低減されているので、より出射光範囲１８を小さくすることができる。

第７の実施の形態
前記コア層の前記光入射側端部について、上記に前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて直線的に小さくなっている例を説明したが、例えば図１１（ａ）に示すように、コア層３の光入射側端部８の厚みが、光入射側１９から光出射側２０にかけて多段階で小さくなるように形成されていてもよい。

また、コア層３の光入射側端部８以外の部分の厚みは均一であってよいが、例えば図１１（ｂ）に示すように、徐々に光出射側２０’に向けて小さくなるように形成してもよい。この場合、コア層３の光出射側端面１２がより小さく形成されているので、出射光をより効果的に集光することができる。

第８の実施の形態
上述した各実施の形態はいずれも、光導波路はいわば点光源として好適であって出射光はビーム径の絞られた次段への信号光として好適なものとなる。本実施の形態は、そのような点光源としての光導波路を光情報処理装置、例えばディスプレイに適用した例である。

本発明に基づく光導波路は、ＬＥＤ等の光源からの信号光を効果的に前記コア層に入射して合波し、所望のビーム径に集光して出射させる。そして、各色の信号光の強度やカラーバランスを制御することによって、出射光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は目的とする色情報をもつ信号光として次段のたとえばスクリーンへ投影され、フルカラーの画像の再生が可能なディスプレイを得ることができる。

図１２は、こうしたディスプレイをヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）３０に適用した例を示すものであって、本発明に基づく光導波路２５を単位画素相当としてこれらを例えば紙面垂直方向に多数個ライン状に配列し、各光導波路２５からのビーム径の絞られた出射光２９を走査板（scanned image plane）３１に通した後、この走査板３１と光学的に共役関係にある人間の眼球３２の網膜３３上に光学レンズ３４等によって焦点（スポット）を結ばせるように構成している。この結像点は一ライン分、網膜３３上に形成されるが、これは走査板３１によって網膜３３上でラインとは直交する方向に走査されることによって、臨場感あふれる映像をパーソナルに体感することができる。

このようなディスプレイでは、一般に、光源の赤色ＬＥＤ２７Ｒ、緑色ＬＥＤ２７Ｇ、青色ＬＥＤ２７Ｂの発光光はコヒーレント性がなく、放射角が広くて３色を合波するのが困難であるとされるが、本実施の形態のようにＬＥＤからの光を光導波路２５の前記コア層に効果的に導入した後に、所望のビーム径に集光できるため、この光導波路２５はいわば点光源としてディスプレイに非常に有利となる。

なお、このヘッドマウントディスプレイ３０は、サングラスのように装着した状態で、プロジェクタやカメラ、コンピュータ、ゲーム機などに組み込むことにより、コンパクトな映像装置を提供することができる。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。

例えば、本発明に基づく光導波路の構成材料や層構成も様々に変化させてよく、例えば上述した各実施の形態においてニオブ酸リチウム等の無機系の材料を用い、これをＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基体上にコア材として成膜し、レジストマスクを用いて所定パターンにエッチングすることによって、上述したコア層と同等のコア層を形成することができる。

また、上述した光導波路を含む光学系の構成は適宜変更してよく、例えば走査手段としてマイクロミラーデバイスやポリゴンミラー等を採用してよいし、投影をスクリーン上に行ってもよい。

なお、本発明は、ＬＥＤ又はレーザーを用いた光導波路を光源とするディスプレイ等をはじめ、例えばレーザーを用いた光導波路からの信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させる光通信等の如き種々の光情報処理に広く適用可能である。

本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態による、光導波路の製造方法の一例を工程順に示 す概略断面図である。 同、光導波路の製造方法の概略断面図である。 同、光導波路の概略図である。 本発明の第２の実施の形態による、光導波路の製造方法の概略平面図である 。 同、光導波路の概略図である。 同、コア層の端部の長さｄと損失との関係をコア層の光入射側端部の長さを 変化させて測定した結果のグラフである。 本発明の第３の実施の形態による、光導波路の概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態による、光導波路の製造方法の概略図である。 本発明の第５の実施の形態による、光導波路の概略断面図である。 本発明の第６の実施の形態による、光導波路の概略断面図である。 本発明の第７の実施の形態による、光導波路のコア層の概略断面図である 。 本発明の第８の実施の形態による、本発明の光導波路を適用したディスプ レイの一例の模式図である。 従来例による光導波路を適用したディスプレイの模式図である。 同、光導波路の概略図である。 同、光導波路の長さｄと損失との関係をピッチを変化させて測定した結果 のグラフである。

符号の説明

１…基体、２…凹部、３ａ…コア材層、３…コア層、４…下部クラッド層、
５ａ、５ｂ…接合体、６…上部クラッド層、７、１１、１７、２５…光導波路、
８…光入射側端部、９…光出射側端部、１０…光入射側端面、１２…光出射側端面、
１３…上型、１４…下型、１５…成形空間、１６…レンズ、１８…出射光範囲、
１９…入射側、２０、２０’…出射側、２７Ｒ…赤色ＬＥＤ、２７Ｇ…緑色ＬＥＤ、
２７Ｂ…青色ＬＥＤ、２９…出射光、３０…ヘッドマウントディスプレイ、
３１…走査板、３２…眼球、３３…網膜、３４…光学レンズ

Claims (17)

1. コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路において、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっていることを特徴とする、光導波路。
2. 前記コア層の前記光入射側端部の横幅が、前記コア層の光出射側端部の横幅よりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている、請求項１に記載した光導波路。
3. 前記コア層の前記光入射側の前記厚さ又は前記横幅が、前記光入射側から前記光出射側へ４５度以上、９０度未満の角度で直線的に小さくなっている、請求項１又は２に記載した光導波路。
4. 下部クラッド層上に前記コア層が形成されている、請求項１に記載した光導波路。
5. 前記コア層上に更に上部クラッド層が形成されている、請求項４に記載した光導波路。
6. 前記コア層が高分子材料からなる、請求項１に記載した光導波路。
7. コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路であって、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路を製造するに際し、
   前記コア層の前記光入射側端部に対応した凹部を基体に形成する工程と、
   前記凹部を含む前記基体上にコア材層を形成する工程と、
   前記コア材層を前記コア層にパターニングする工程と、
   前記コア層に光入射側端面を形成する工程と
   を有する、光導波路の製造方法。
8. 前記コア層を前記基体から剥離した後、前記凹部に対応する位置にて前記コア層を切断する、請求項７に記載した光導波路の製造方法。
9. コア層とクラッド層との接合体からなる光導波路であって、前記コア層の光入射側端部の厚みが、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きいと共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなっている光導波路を製造するに際し、
   前記コア層の前記光入射側端部に対応した凸部を有する成形空間にコア材を注入して 、前記コア層を成形する工程と、
   前記コア層に光入射側端面を形成する工程と
   を有する、光導波路の製造方法。
10. 前記コア層を成形型から分離した後に、前記凸部に対応する位置にて前記コア層を切断する、請求項９に記載した光導波路の製造方法。
11. 前記コア層の前記光入射側端部の横幅を、前記コア層の光出射側端部の横幅よりも大きく形成する共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくする、請求項７又は９に記載した光導波路の製造方法。
12. 前記コア層の前記光入射側の前記厚さ又は前記横幅を、前記光入射側から前記光出射側へ４５度以上、９０度未満の角度で直線的に小さくする、請求項１１に記載した光導波路の製造方法。
13. 下部クラッド層上に前記コア層を形成する、請求項７又は９に記載した光導波路の製造方法。
14. 前記コア層上に更に上部クラッド層を形成する、請求項１３に記載した光導波路の製造方法。
15. 前記コア層を高分子材料を用いて形成する、請求項７又は９に記載した光導波路の製造方法。
16. 請求項１〜６のいずれか１項に記載した光導波路と、この光導波路のコア層に光を入射させる光入射手段と、前記コア層からの出射光を受け入れる受光手段とを有する、光情報処理装置。
17. 前記出射光を走査手段によって走査して投影するディスプレイとして構成された、請求項１６に記載した光情報処理装置。

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