JP2000266950A - Optical wave-guide - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光インタ
ーコネクション、光集積回路や光センサーの分野におい
て使用され、光を所望の経路で伝送させる導光路に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light guide path used in the fields of optical communication, optical interconnection, optical integrated circuits and optical sensors for transmitting light through a desired path.
【０００２】[0002]
【従来の技術】板状導光媒体に形成されたいわゆる導光
路は、高機能あるいは多機能で小型の光デバイスが実現
できるため、光通信、光インターコネクション、光集積
回路や光センサーの分野で広く利用されている。2. Description of the Related Art A so-called light guide path formed in a plate-shaped light guide medium can realize a high-performance or multi-functional and small-sized optical device, and is used in the fields of optical communication, optical interconnection, optical integrated circuit and optical sensor. Widely used.
【０００３】光は周囲より屈折率の高い領域に閉じ込め
られる性質を持つため、板状の導光媒体内に屈折率の高
い「コア」とよばれる経路を作ることによって導光路が
形成される。コアより屈折率の低い周囲の領域は「クラ
ッド」と呼ばれる。例えばJ.Appl.Phys.Lett., 51, No.
7 (1980), P.3563-3565 においては、ガラス中に銀を拡
散させることによって周囲より屈折率の高い線状のコア
領域を３次元的に作成し、導光路を形成している。Since light has the property of being confined in a region having a higher refractive index than its surroundings, a light guide path is formed by creating a path called a “core” having a high refractive index in a plate-like light guide medium. The surrounding area with a lower refractive index than the core is called the "cladding". For example, J. Appl. Phys. Lett., 51, No.
7 (1980), pp. 3563-3565, three-dimensionally create a linear core region having a higher refractive index than the surroundings by diffusing silver into glass to form a light guide path.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
屈折率を変化させてコアとクラッドを形成する方法は、
製造プロセスが複雑で時間がかかる難点がある。その結
果として、導光路を用いたデバイスは安価に製造するこ
とが困難である。However, the method of forming the core and the clad by changing the refractive index as described above is as follows.
The manufacturing process is complicated and time-consuming. As a result, it is difficult to manufacture a device using the light guide path at low cost.
【０００５】例えば前記J.Appl.Phys.Lett., 51, No.7
(1980), P.3563-3565 では、板状のガラスにストライプ
状に銀の薄膜を形成し、さらにそれを覆うように両面に
アルミニウムの薄膜を形成して、対向するアルミニウム
面に電圧をかけながら２２０°Ｃの高温にし、その後さ
らに３７０°Ｃで３時間保持することによって銀原子を
ガラス中に拡散させてコアを形成する。コア形成の後に
金属膜を除去し、同様に処理した２つのガラス板を貼り
合せることによって、光軸に垂直な断面のコア形状が概
略円形の導光路を得る。したがって、この方法は、真空
蒸着で薄膜を形成する、高熱をかけて長時間保持する、
金属膜を除去するなどの、面倒で時間がかかる工程を多
数要する。For example, the aforementioned J. Appl. Phys. Lett., 51, No. 7
(1980), P.3563-3565, a thin silver film is formed in a strip on a glass plate, and a thin aluminum film is formed on both sides so as to cover it. While keeping the temperature at 220 ° C. while maintaining the temperature at 370 ° C. for 3 hours, silver atoms are diffused into the glass to form a core. After forming the core, the metal film is removed, and two glass plates that have been processed in the same manner are bonded to each other to obtain a light guide path whose cross section perpendicular to the optical axis has a substantially circular core shape. Therefore, this method forms a thin film by vacuum evaporation, holds for a long time with high heat,
Many complicated and time-consuming steps such as removal of a metal film are required.
【０００６】また別の先行例として、「光集積回路( 改
訂増補版) 」西原，春名，栖原著，オーム社，(1993)，
P.170-178 に記載された導光路がある。それは、ＬｉＮ
ｂＯ 3 中にＴｉあるいはプロトンを拡散させて高屈折率
なコア領域を形成するというもので、真空蒸着で薄膜を
形成する、高熱をかけて長時間保持する、金属膜を除去
するなどの、面倒で時間がかかる工程が必要なことは同
様である。As another prior example, “Optical Integrated Circuit (Revised)
Nishihara, Haruna, Suhara, Ohmsha, (1993),
There is a light guide path described on pages 170-178. It is LiN
bO ThreeHigh refractive index by diffusing Ti or protons inside
A thin core by vacuum evaporation.
Form, hold for a long time with high heat, remove metal film
The need for tedious and time-consuming processes such as
It is like.
【０００７】他方、特開平８−２８６０５５や特開平１
０−３１１９１７では、導光路に対するグレーティング
として働く周期構造を有するが、グレーティングが光軸
に沿った方向の周期構造であるため、伝播する光を閉じ
込めることはできない。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
Although 0-31917 has a periodic structure that functions as a grating for the light guide path, it cannot confine propagating light because the grating has a periodic structure in the direction along the optical axis.
【０００８】以上要するに、従来の技術では、安価かつ
簡便に導光路を製作することができなかった。[0008] In short, in the prior art, it was not possible to manufacture a light guide path cheaply and simply.
【０００９】本発明は上記事実を考慮し、安価かつ簡便
に製作することができる導光路を提供することが目的で
ある。An object of the present invention is to provide a light guide path which can be manufactured inexpensively and simply in consideration of the above fact.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明に係る導光路は、光軸に対し
て垂直な面内でのみ光制御能力を有するフレネルレンズ
構造部を、板状の導光媒体の片面又は両面の所定位置に
設定された光路に沿って連続的に形成することにより構
成されたことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a light guide path having a Fresnel lens structure having a light control capability only in a plane perpendicular to an optical axis. , Formed continuously along an optical path set at a predetermined position on one or both sides of a plate-shaped light guide medium.
【００１１】上記構成の本発明の作用を機能的な側面と
製法的な側面から以下に説明する。まず、機能的な側面
であるが、ここでは導光路としての機能がどのようにし
て確保されるかを説明する。導光路に入射された伝播光
は、板状の導光媒体の片面又は両面の所定位置に設定さ
れた光路に沿って連続的に形成されたフレネルレンズ構
造部の制約を受ける。このフレネルレンズ構造部は導光
路の光軸に対して垂直な面内でのみ光制御能力を有する
ため、言い換えれば導光路の光軸に沿った面内では伝播
光を曲げる能力をもたないため、入射された伝播光は伝
播方向が曲げられることなく、導光路の光軸に沿って伝
播されていく。しかし、前記の如くフレネルレンズ構造
部は導光路の光軸に対して垂直な面内では光制御能力を
有するため、当該垂直な面内においてはフレネルレンズ
としての性質が発揮され、伝播光の伝播方向を所望の方
向（例えば１点に集光される方向）へ曲げることが可能
となる。よって、伝播光が導光路外（即ち、導光媒体の
板厚方向に対して直交する媒体内方向）へ逸脱するのを
防止することができる。従って、伝播光は、フレネルレ
ンズ構造部の拘束を受けつつ、導光路の光軸に沿って確
実に伝播される。The operation of the present invention having the above structure will be described below from a functional aspect and a manufacturing aspect. First, regarding the functional aspect, here, how to secure the function as a light guide path will be described. The propagating light incident on the light guide path is restricted by the Fresnel lens structure continuously formed along the light path set at a predetermined position on one or both sides of the plate-shaped light guide medium. Since the Fresnel lens structure has light control ability only in a plane perpendicular to the optical axis of the light guide, in other words, it does not have the ability to bend propagating light in a plane along the optical axis of the light guide. The incident propagating light propagates along the optical axis of the light guide without bending the propagation direction. However, as described above, since the Fresnel lens structure has light control ability in a plane perpendicular to the optical axis of the light guide path, the property as a Fresnel lens is exhibited in the perpendicular plane, and The direction can be bent in a desired direction (for example, a direction in which light is condensed at one point). Therefore, it is possible to prevent the propagating light from deviating outside the light guide path (that is, in the medium direction perpendicular to the thickness direction of the light guide medium). Therefore, the propagating light is reliably propagated along the optical axis of the light guide path while being restricted by the Fresnel lens structure.
【００１２】次に、製作的な側面であるが、ここでは本
発明の導光路はどのようにして製作され、どういう生産
性をもたらすかを説明する。本発明の導光路は導光媒体
の片面又は両面にフレネルレンズ構造部を形成すること
により構成されるため、言い換えれば導光媒体の表面に
フレネルレンズ構造部の形状を付与するのみで導光路を
形成することができるため、従来技術のように真空蒸着
で薄膜を形成する、高熱をかけて長時間保持する、金属
膜を除去するなどの、面倒で時間がかかるプロセスを要
せず、短時間で製作することができる。また、このこと
より、導光路の生産コストを大幅に削減することができ
る。Next, in terms of manufacturing, here, how the light guide path of the present invention is manufactured and what kind of productivity is provided will be described. Since the light guide path of the present invention is formed by forming a Fresnel lens structure on one or both sides of the light guide medium, in other words, the light guide path is formed only by giving the shape of the Fresnel lens structure to the surface of the light guide medium. It can be formed in a short time without the need for troublesome and time-consuming processes such as forming a thin film by vacuum evaporation, holding for a long time by applying high heat, and removing the metal film as in the conventional technology. Can be manufactured. In addition, this can significantly reduce the production cost of the light guide path.
【００１３】また、本発明の目的は請求項１記載の本発
明を具体的にした請求項２以下の発明によっても達成さ
れる。すなわち、請求項２記載の本発明に係る導光路
は、請求項１に記載の発明において、前記フレネルレン
ズ構造部は前記導光媒体の片面に形成されており、当該
フレネルレンズ構造部は光軸に対して垂直な面内におい
て反対側の面に焦点を有する反射鏡として機能すること
を特徴とするものである。[0013] The object of the present invention is also achieved by the invention of claim 2 or the following which embodies the present invention of claim 1. That is, in the light guide path according to the present invention described in claim 2, in the invention described in claim 1, the Fresnel lens structure is formed on one surface of the light guide medium, and the Fresnel lens structure is connected to the optical axis. And functions as a reflecting mirror having a focal point on the opposite surface in a plane perpendicular to.
【００１４】また、請求項３記載の本発明に係る導光路
は、請求項１に記載の発明において、前記フレネルレン
ズ構造部は前記導光媒体の両面に形成されており、当該
一対のフレネルレンズ構造部は光軸に対して垂直な面内
において互いに反対側の面に焦点をそれぞれ有する反射
鏡として機能することを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the light guide path according to the first aspect, the Fresnel lens structure is formed on both surfaces of the light guide medium, and the pair of Fresnel lenses is provided. The structural part is characterized in that it functions as reflecting mirrors each having a focal point on a surface opposite to each other in a plane perpendicular to the optical axis.
【００１５】また、請求項４記載の本発明に係る導光路
は、請求項１に記載の発明において、前記フレネルレン
ズ構造部は前記導光媒体の両面に形成されており、当該
一対のフレネルレンズ構造部は光軸に垂直な面内におい
て共通の焦点を有する共焦点型の反射鏡として機能する
ことを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide path according to the first aspect, the Fresnel lens structure is formed on both surfaces of the light guide medium, and the pair of Fresnel lenses is provided. The structure is characterized in that it functions as a confocal reflector having a common focal point in a plane perpendicular to the optical axis.
【００１６】また、請求項５記載の本発明に係る導光路
は、請求項１に記載の発明において、前記フレネルレン
ズ構造部は前記導光媒体の片面に形成されており、当該
フレネルレンズ構造部が形成された面と反対側の面に
は、光軸に垂直な面内成分のみ反転させるリトロー光学
素子が形成されていることを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the light guide path according to the first aspect of the present invention, the Fresnel lens structure is formed on one surface of the light guide medium. A Littrow optical element for inverting only an in-plane component perpendicular to the optical axis is formed on a surface opposite to the surface on which is formed.
【００１７】さらに、請求項６記載の本発明に係る導光
路は、請求項５に記載の発明において、前記リトロー光
学素子の光軸に垂直な面内構造は、頂角が９０度となる
ように平面を組み合わせて形成したＶ型構造の反射面を
少なくとも１組以上単設又は並設した構造であることを
特徴とするものである。Further, in the light guide path according to the present invention described in claim 6, in the invention described in claim 5, the in-plane structure perpendicular to the optical axis of the Littrow optical element has an apex angle of 90 degrees. At least one or more sets of reflecting surfaces of a V-shaped structure formed by combining flat surfaces are provided alone or side by side.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１を用
いて本発明の第１実施形態に係る導光路１０について説
明する。なお、この第１実施形態が請求項１及び請求項
２記載の本発明の一実施形態に相当する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment A light guide 10 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The first embodiment corresponds to one embodiment of the present invention described in claims 1 and 2.
【００１９】図１（Ａ）には本実施形態に係る導光路１
０の全体斜視図（俯瞰図）が示されており、又同図
（Ｂ）には導光路１０を光軸１２に対して垂直な方向に
切断した場合の断面図が示されており、更に同図（Ｂ）
には導光路１０を光軸１２に沿った方向に切断した場合
の断面図が示されている。FIG. 1A shows a light guide path 1 according to this embodiment.
0 is an overall perspective view (overhead view), and FIG. 2B is a cross-sectional view when the light guide path 10 is cut in a direction perpendicular to the optical axis 12. Fig. (B)
2 shows a cross-sectional view when the light guide path 10 is cut in a direction along the optical axis 12.
【００２０】これらの図に示されるように、本実施形態
に係る導光路１０は、矩形平板状に形成された導光媒体
１４の上面１４Ａの所定位置に設定された光路に沿って
後述するフレネルレンズ構造部２２を連続して形成する
ことにより構成されている。より具体的に説明すると、
まず導光媒体１４についてであるが、本実施形態では光
に対して透明なアクリル樹脂によって導光媒体１４が構
成されている。また、導光路１０の代表的な抽出光路で
あるエリアＡ、エリアＢは伝播光１６（同図（Ｂ）、
（Ｃ）参照）の入射端面１８、出射端面２０を含むスト
レート部としてそれぞれ構成されており、エリアＡとエ
リアＢの中間部に設定されたエリアＣは伝播光１６が屈
曲しながら伝播される屈曲部として構成されている。従
って、導光路１０は全体としては平面視で蛇行した形状
に設定されており、光軸１２も同様の蛇行した軸とな
る。As shown in these figures, a light guide path 10 according to the present embodiment is formed by a Fresnel filter (described later) along an optical path set at a predetermined position on an upper surface 14A of a light guide medium 14 formed in a rectangular flat plate shape. It is configured by forming the lens structure 22 continuously. More specifically,
First, regarding the light guide medium 14, in the present embodiment, the light guide medium 14 is formed of an acrylic resin that is transparent to light. Areas A and B, which are representative extraction light paths of the light guide path 10, are propagating light 16 (FIG.
(See (C)), each of which is configured as a straight portion including the incident end face 18 and the outgoing end face 20, and the area C, which is set in the middle part between the area A and the area B, is bent where the propagation light 16 is propagated while bending It is configured as a unit. Therefore, the light guide path 10 is set to have a meandering shape in plan view as a whole, and the optical axis 12 also has a similar meandering axis.
【００２１】上述した導光路１０の下面は導光媒体１４
の下面１４Ｂの一部でもあり、平坦面によって構成され
ている。これに対して、導光路１０の上面は導光媒体１
４の上面１４Ａとは異なり、フレネルレンズ構造部２２
によって構成されている。フレネルレンズ構造部２２を
上方から観た場合、多数の平行な溝が形成された構造と
なっている（図１（Ａ）参照）。また、フレネルレンズ
構造部２２は、光軸１２に対して垂直な面内でのみ光制
御能力を有するようになっている。すなわち、このフレ
ネルレンズ構造部２２は、光軸１２に沿った面内におい
ては平面の全反射と同等の機能しかなく、伝播光１６を
曲げる能力は備えていないが（図１（Ｃ）参照）、光軸
１２に対して垂直な面内においては導光路１０の下面に
焦点を有する反射鏡として機能し、伝播光１６を導光路
１０の下面中央へ向けて曲げる能力を備えている（図１
（Ｂ）参照）。The lower surface of the above-described light guide path 10 is
Is also a part of the lower surface 14B, and is constituted by a flat surface. On the other hand, the upper surface of the light guide path 10 is
4 is different from the upper surface 14A of the Fresnel lens structure 22.
It is constituted by. When viewed from above, the Fresnel lens structure 22 has a structure in which a number of parallel grooves are formed (see FIG. 1A). The Fresnel lens structure 22 has a light control capability only in a plane perpendicular to the optical axis 12. In other words, the Fresnel lens structure 22 has only a function equivalent to total internal reflection in a plane along the optical axis 12 and does not have the ability to bend the propagating light 16 (see FIG. 1C). In a plane perpendicular to the optical axis 12, it functions as a reflector having a focal point on the lower surface of the light guide path 10, and has the ability to bend the propagation light 16 toward the center of the lower surface of the light guide path 10 (FIG. 1).
(B)).
【００２２】なお、フレネルレンズ構造部２２を上面に
持つ導光路１０の屈折率と導光媒体１４の一般の部分の
屈折率とは同一であり、この点において本実施形態は従
来技術と区別されるものである。The refractive index of the light guide 10 having the Fresnel lens structure 22 on the upper surface is the same as the refractive index of the general portion of the light guide medium 14, and in this respect, the present embodiment is distinguished from the prior art. Things.
【００２３】次に、本実施形態の作用並びに効果につい
て説明する。Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
【００２４】まず、本実施形態に係る導光路１０の機能
的な側面（即ち、導光路としての機能がどのようにして
確保されるか）について説明する。導光路１０のエリア
Ａ側の入射端面１８から入射された伝播光１６は、導光
路１０の上面を構成しているフレネルレンズ構造部２２
の制約を受ける。すなわち、フレネルレンズ構造部２２
は、導光路１０の光軸１２に沿った面内では伝播光１６
を曲げる能力をもたないが、導光路１０の光軸１２に対
して垂直な面内では伝播光１６を曲げる能力（光制御能
力）を有するため、伝播光１６はその制約を受ける。具
体的には、図１（Ｃ）に示される如く、導光路１０の光
軸１２に沿った面内では、伝播光１６は曲げられること
なく平行光として導光媒体１４中を伝播されていく。こ
れに対して、図１（Ｂ）に示される如く、導光路１０の
光軸１２に対して垂直な面内では、伝播光１６はフレネ
ルレンズ構造部２２によって焦点に向けて集光されるる
ように曲げられる。よって、伝播光１６が導光路１０外
（即ち、導光媒体１４の板厚方向に対して直交する媒体
内方向）へ逸脱するのを防止することができる。従っ
て、伝播光１６は、フレネルレンズ構造部２２による拘
束を受けつつ、導光路１０の光軸１２に沿って確実に伝
播され、エリアＢ側の出射端面２０から出射される。First, a functional aspect of the light guide 10 according to the present embodiment (that is, how a function as a light guide is secured) will be described. The propagating light 16 incident from the incident end face 18 on the area A side of the light guide path 10 is transmitted to the Fresnel lens structure part 22 forming the upper surface of the light guide path 10.
Subject to the restrictions. That is, the Fresnel lens structure 22
Are propagating light 16 in a plane along the optical axis 12 of the light guide 10.
Does not have the ability to bend, but has the ability to bend the propagating light 16 (light control ability) in a plane perpendicular to the optical axis 12 of the light guide path 10, so that the propagating light 16 is restricted. Specifically, as shown in FIG. 1C, in a plane along the optical axis 12 of the light guide path 10, the propagating light 16 propagates in the light guide medium 14 as parallel light without being bent. . On the other hand, as shown in FIG. 1B, in a plane perpendicular to the optical axis 12 of the light guide path 10, the propagating light 16 is focused by the Fresnel lens structure 22 toward the focal point. Can be bent. Accordingly, it is possible to prevent the propagation light 16 from deviating outside the light guide path 10 (that is, in the medium direction perpendicular to the thickness direction of the light guide medium 14). Accordingly, the propagation light 16 is reliably propagated along the optical axis 12 of the light guide path 10 while being constrained by the Fresnel lens structure 22, and is emitted from the emission end face 20 on the area B side.
【００２５】次に、本実施形態に係る導光路１０の製作
的な側面（即ち、どのようにして製作され、どういう生
産性をもたらすか）について説明する。本実施形態に係
る導光路１０は導光媒体１４の上面１４Ａの所定位置に
フレネルレンズ構造部２２を形成することにより構成さ
れるため、言い換えれば導光媒体１４の表面にフレネル
レンズ構造部２２の形状を付与するのみで導光路１０を
形成することができるため、従来技術のように真空蒸着
で薄膜を形成する、高熱をかけて長時間保持する、金属
膜を除去するなどの、面倒で時間がかかるプロセスを要
せず、短時間で製作することができる。また、このこと
より、導光路１０の製造コストを大幅に削減することが
できる。よって、本実施形態によれば、安価かつ簡便に
導光路１０を製作することができる。Next, a manufacturing aspect of the light guide path 10 according to the present embodiment (that is, how to manufacture the light guide path 10 and what kind of productivity is provided) will be described. Since the light guide path 10 according to the present embodiment is formed by forming the Fresnel lens structure 22 at a predetermined position on the upper surface 14A of the light guide medium 14, in other words, the Fresnel lens structure 22 is formed on the surface of the light guide medium 14. Since the light guide path 10 can be formed only by giving a shape, it is troublesome and time-consuming to form a thin film by vacuum evaporation, hold for a long time by applying high heat, and remove a metal film as in the related art. However, it can be manufactured in a short time without such a process. In addition, the manufacturing cost of the light guide path 10 can be significantly reduced. Therefore, according to the present embodiment, the light guide path 10 can be manufactured inexpensively and easily.
【００２６】さらに言及すると、本実施形態に係る導光
路１０は基本的には導光媒体１４の表面にフレネルレン
ズ構造部２２を設けることによって成り立つものである
が、フレネルレンズ構造部２２をなす表面形状の付与は
機械加工でも行えるし、射出成形などの成形加工でも行
える。また、フレネルレンズ構造部２２はストライプ状
の溝の集合体として構成されるため、単結晶ダイヤモン
ドバイトによる切削のような高精度かつ高速な機械加工
のみによって形成することも可能である。加えて、前述
したようにフレネルレンズ構造部２２の設定という表面
形状を付与するのみで導光路としての機能を担保（実
現）することができるので、プラスチック材料を使った
射出成形等の所謂転写成形加工によって大量に同一製品
を生産することもできる。従って、フレネルレンズ構造
部２２の設定という手法を用いた本実施形態に係る導光
路１０は、大量生産に非常に好適であり、かなりのコス
トダウンを図ることができるものと思われる。〔第２実
施形態〕次に、図２を用いて、本発明の第２実施形態に
ついて説明する。なお、前述した実施形態と同一構成部
分については、同一番号を付してその説明を省略する。
また、この第２実施形態が請求項１及び請求項３記載の
本発明の一実施形態に相当する。More specifically, the light guide path 10 according to the present embodiment is basically formed by providing the Fresnel lens structure 22 on the surface of the light guide medium 14. The shape can be imparted by machining or by molding such as injection molding. Further, since the Fresnel lens structure 22 is configured as an aggregate of stripe-shaped grooves, it can be formed only by high-precision and high-speed machining such as cutting with a single-crystal diamond tool. In addition, as described above, the function as the light guide path can be ensured (realized) only by providing the surface shape of the Fresnel lens structure portion 22, so-called transfer molding such as injection molding using a plastic material. The same product can be produced in large quantities by processing. Therefore, the light guide path 10 according to the present embodiment using the method of setting the Fresnel lens structure portion 22 is very suitable for mass production, and it is considered that the cost can be considerably reduced. [Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
Further, the second embodiment corresponds to one embodiment of the present invention described in claims 1 and 3.
【００２７】図２には、導光路３０を光軸１２に対して
垂直な方向に切断した場合の断面図が示されている。な
お、光軸１２に沿った方向に切断した場合の断面形状は
前述した第１実施形態と同様であるので省略する（この
点は、後述する第３実施形態以降についても同様であ
る）。FIG. 2 is a cross-sectional view when the light guide path 30 is cut in a direction perpendicular to the optical axis 12. Note that the cross-sectional shape when cut in the direction along the optical axis 12 is the same as that of the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted (the same applies to a third embodiment and later to be described later).
【００２８】この図に示されるように、この実施形態で
は、導光媒体１４の上面１４Ａ及び下面１４Ｂの双方に
フレネルレンズ構造部２２が形成されており、これによ
り導光路３０が構成されている点に特徴がある。各フレ
ネルレンズ構造部２２は、光軸１２に対して垂直な面内
において、当該フレネルレンズ構造部２２が形成された
側の面と反対側の面（対向する面）に焦点を有する反射
鏡として機能するように設定されている。As shown in this figure, in this embodiment, the Fresnel lens structure 22 is formed on both the upper surface 14A and the lower surface 14B of the light guide medium 14, thereby forming the light guide path 30. There is a feature in the point. Each Fresnel lens structure 22 is a reflecting mirror having a focal point on a surface (opposite surface) opposite to the surface on which the Fresnel lens structure 22 is formed in a plane perpendicular to the optical axis 12. It is set to work.
【００２９】上記構成によっても、前述した第１実施形
態と同様の作用並びに効果が得られる。さらに、本実施
形態では、伝播光１６を集光することにより当該伝播光
１６を拘束し、当該伝播光１６が導光路３０外（即ち、
導光媒体１４の板厚方向に対して直交する媒体内方向）
へ逸脱するのを防止する役目を果たすフレネルレンズ構
造部２２が互いに対向して一対設けられているため、当
該伝播光１６の導光路３０外への逸脱防止効果がより一
層高められるものと期待される。 〔第３実施形態〕次に、図３を用いて、本発明の第３実
施形態について説明する。なお、前述した実施形態と同
一構成部分については、同一番号を付してその説明を省
略する。また、この第３実施形態が請求項１及び請求項
４記載の本発明の一実施形態に相当する。With the above configuration, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the propagating light 16 is condensed by condensing the propagating light 16, and the propagating light 16 is out of the light guide path 30 (that is,
(Inward direction perpendicular to the thickness direction of the light guide medium 14)
Since the Fresnel lens structure portions 22 serving to prevent the light from deviating are provided in a pair facing each other, the effect of preventing the propagation light 16 from deviating to the outside of the light guide path 30 is expected to be further enhanced. You. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Further, the third embodiment corresponds to one embodiment of the present invention described in claims 1 and 4.
【００３０】図３に示されるように、この実施形態の導
光路４０においても、導光媒体１４の上面１４Ａ及び下
面１４Ｂの双方にフレネルレンズ構造部４２が形成され
ている点で前述した第２実施形態と同様の構成といえ
る。但し、本実施形態では、光軸１２に対して垂直な面
内において、一対のフレネルレンズ構造部２２が共通の
焦点をもつ所謂共焦点型の反射鏡として機能するように
設定されている点で、前述した第２実施形態とは相違し
ている。As shown in FIG. 3, also in the light guide path 40 of this embodiment, the above-described second structure in that the Fresnel lens structure 42 is formed on both the upper surface 14A and the lower surface 14B of the light guide medium 14. It can be said that the configuration is the same as that of the embodiment. However, in the present embodiment, in a plane perpendicular to the optical axis 12, the pair of Fresnel lens structures 22 is set to function as a so-called confocal reflector having a common focus. This is different from the above-described second embodiment.
【００３１】上記構成によっても、前述した第１実施形
態及び第２実施形態と同様の作用並びに効果が得られ
る。 〔第４実施形態〕次に、図４を用いて、本発明の第４実
施形態について説明する。なお、前述した実施形態と同
一構成部分については、同一番号を付してその説明を省
略する。また、この第４実施形態が請求項１、請求項
５、及び請求項６記載の本発明の一実施形態に相当す
る。With the above configuration, the same operation and effect as those of the first and second embodiments can be obtained. [Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Further, the fourth embodiment corresponds to one embodiment of the present invention described in claims 1, 5 and 6.
【００３２】図４に示されるように、この実施形態に係
る導光路５０では、導光媒体１４の上面１４Ａにフレネ
ルレンズ構造部２２が形成されており、当該フレネルレ
ンズ構造部２２は対向する面である下面１４Ｂ側に焦点
をもつように設定されている。また、フレネルレンズ構
造部２２と対向する導光媒体１４の下面１４Ｂ側には、
直角二面ミラーと等価のリトロー光学素子５２が形成さ
れている。より具体的に説明すると、このリトロー光学
素子５２は、導光媒体１４の下面１４Ｂにおけるフレネ
ルレンズ構造部２２との対向位置に設定され、光軸１２
に対して平行な３本のＶ溝５４を形成することにより構
成されている。従って、このリトロー光学素子５２を光
軸１２に対して垂直な断面内でみると、頂角が９０度と
なるように平面を組み合わせたＶ型構造の一対の反射面
５４Ａを３組並設させたものとしてみえる。なお、本実
施形態では、３本のＶ溝５４を形成したが、少なくとも
１本以上のＶ溝５４が形成されていればよい。As shown in FIG. 4, in the light guide path 50 according to this embodiment, the Fresnel lens structure 22 is formed on the upper surface 14A of the light guide medium 14, and the Fresnel lens structure 22 is opposed to the opposite surface. Is set to have a focal point on the lower surface 14B side. Further, on the lower surface 14B side of the light guide medium 14 facing the Fresnel lens structure 22,
A Littrow optical element 52 equivalent to a right-angled two-sided mirror is formed. More specifically, the Littrow optical element 52 is set at a position facing the Fresnel lens structure 22 on the lower surface 14B of the light guide medium 14, and the optical axis 12
Are formed by forming three V-grooves 54 that are parallel to. Therefore, when the Littrow optical element 52 is viewed in a section perpendicular to the optical axis 12, three pairs of reflecting surfaces 54A having a V-shaped structure in which planes are combined so that the apex angle is 90 degrees are arranged in parallel. Looks like In the present embodiment, three V-grooves 54 are formed, but it is sufficient that at least one or more V-grooves 54 are formed.
【００３３】上記構成によれば、フレネルレンズ構造部
２２で反射して集光された伝播光１６はリトロー光学素
子５２へ入射される。リトロー光学素子５２では、光軸
１２に対して垂直な面内成分においては、Ｖ溝５４の反
射面５４Ａにて、入射した伝播光１６を正確に来た方向
へ反射させる。このようなリトロー光学素子５２を使用
した本実施形態によれば、導光媒体１４の対向面（上面
１４Ａ及び下面１４Ｂ）の平行度が多少悪くても、光軸
１２に垂直な面内成分においては、リトロー光学素子５
２からの反射光である伝播光１６がフレネルレンズ構造
部２２へ必ず戻されるため、前述した第１実施形態及び
第２実施形態と同様の作用並びに効果が得られる。さら
に、前記の如く、導光媒体１４の対向面（上面１４Ａ及
び下面１４Ｂ）の平行度が多少悪くても性能が確保され
ることから、導光媒体１４の平行度に対する精度を緩和
することができるというメリットもある。According to the above configuration, the propagating light 16 reflected and collected by the Fresnel lens structure 22 is incident on the Littrow optical element 52. In the Littrow optical element 52, for the in-plane component perpendicular to the optical axis 12, the propagating light 16 that has entered is reflected by the reflecting surface 54 </ b> A of the V-groove 54 in the direction in which it came exactly. According to the present embodiment using such a Littrow optical element 52, even if the parallelism of the opposing surfaces (the upper surface 14A and the lower surface 14B) of the light guide medium 14 is somewhat poor, the in-plane component perpendicular to the optical axis 12 can be obtained. Is the Littrow optical element 5
Since the propagating light 16 which is the reflected light from the light source 2 is always returned to the Fresnel lens structure 22, the same operation and effect as those of the above-described first and second embodiments can be obtained. Further, as described above, since the performance is ensured even if the parallelism between the opposing surfaces (the upper surface 14A and the lower surface 14B) of the light guide medium 14 is somewhat poor, the accuracy with respect to the parallelism of the light guide medium 14 can be relaxed. There is also an advantage that you can do it.
【００３４】上述した作用・効果について若干の補足を
すると、本実施形態のリトロー光学素子５２は前述した
ように直角二面ミラーと等価のものであり、コーナーキ
ューブリフレクター等を含む広範な意味でのリトロー光
学素子ではない。従って、リトロー光学素子５２へ入射
された伝播光１６は光軸１２に対して垂直な面内成分に
ついては正確に来た方向へ反射して戻されるが、光軸１
２に沿った方向（光の伝播方向）に対しては伝播光１６
を戻さずに進ませる。よって、光信号の伝播という観点
からの支障は来さない。A little supplement to the operation and effect described above is that the Littrow optical element 52 of this embodiment is equivalent to a right-angled two-sided mirror as described above, and has a broad sense including a corner cube reflector and the like. It is not a Littrow optical element. Therefore, the propagating light 16 incident on the Littrow optical element 52 reflects the in-plane component perpendicular to the optical axis 12 in the direction in which it came exactly, but returns the optical axis 1
2 (propagation direction of light)
Let go without returning. Therefore, there is no problem from the viewpoint of propagation of the optical signal.
【００３５】なお、上述した各実施形態では、導光媒体
１４としてアクリル樹脂を使用したが、使用する波長の
光を透過する媒質であればすべて適用可能であり、例え
ばポリカーボネート、ポリスチレン、非晶質ポリオレフ
ィン、ガラス、半導体などを使用してもよい。量産性の
観点からは、プラスチック材料が有利であろう。In each of the embodiments described above, the acrylic resin is used as the light guide medium 14. However, any medium can be used as long as it transmits light of the used wavelength. For example, polycarbonate, polystyrene, amorphous Polyolefin, glass, semiconductor and the like may be used. From the viewpoint of mass production, a plastic material may be advantageous.
【００３６】また、上述した各実施形態では、矩形平板
状の導光媒体１４を使用したが、板状であればそれでよ
く、湾曲形状をなしていてもよいし、曲面形状をなして
いてもよい。また、外形についても、矩形に限らず、適
用対象に合わせて種々の外形を選択すればよい。In each of the above embodiments, the light guide medium 14 in the form of a rectangular flat plate is used. However, the light guide medium 14 may have a plate shape, and may have a curved shape or a curved shape. Good. Also, the external shape is not limited to a rectangle, and various external shapes may be selected according to the application object.
【００３７】さらに、上述した各実施形態で示したフレ
ネルレンズ構造部２２、４２はブレーズした形状のもの
であったが、本発明におけるフレネルレンズ構造部の概
念はこれよりも広範なものである。例えば、１段或るい
は多段ステップからなる所謂バイナリグレーティング構
造のものであってもよい。Further, although the Fresnel lens structure portions 22 and 42 shown in each of the above embodiments have a blazed shape, the concept of the Fresnel lens structure portion in the present invention is wider. For example, a so-called binary grating structure having one or multiple steps may be used.
【００３８】また、フレネルレンズ構造部２２、４２は
溝の峰部と谷部とで反射光に丁度２πの光路差を与える
ように設定するのが効率上は望ましいが、仮にこの条件
を満たさなかったとしても、効率に程度差が生じるだけ
で、本発明の機能自体は基本的には発揮される。It is desirable in terms of efficiency that the Fresnel lens structure portions 22 and 42 be set so that the reflected light has an optical path difference of exactly 2π between the peak and the valley of the groove, but this condition is not satisfied. Even if the efficiency differs, the function of the present invention itself is basically exhibited.
【００３９】さらに、上述した各実施形態では、フレネ
ルレンズ構造部２２、４２やリトロー光学素子５２を伝
播方向に連続して形成したが、これに限らず、「連続
的」に形成されていればよい。例えば、第１実施形態を
例にして説明すると、伝播光１６は導光路１０の光軸１
２に沿ってジグザグに伝播していく（図１（Ｃ）参
照）。よって、少なくとも伝播光１６が導光路１０の上
面で反射される位置にフレネルレンズ構造部２２が設定
されていればよいことになる。従って、請求項１に記載
された「連続的」とは、完全に連続しているケースと、
不連続ではあるが所定の間隔で配置され巨視的には連続
しているケースの両方を含む。Further, in each of the above-described embodiments, the Fresnel lens structure portions 22 and 42 and the Littrow optical element 52 are formed continuously in the propagation direction. However, the present invention is not limited to this. Good. For example, when the first embodiment is described as an example, the propagation light 16 is the optical axis 1 of the light guide path 10.
The light propagates in zigzag along the line 2 (see FIG. 1C). Therefore, it is only necessary that the Fresnel lens structure 22 is set at a position where at least the propagation light 16 is reflected on the upper surface of the light guide path 10. Therefore, “continuous” according to claim 1 means a case that is completely continuous,
This includes both cases that are discontinuous but arranged at predetermined intervals and that are macroscopically continuous.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る導光路
は、光軸に対して垂直な面内でのみ光制御能力を有する
フレネルレンズ構造部を、板状の導光媒体の片面又は両
面の所定位置に設定された光路に沿って連続的に形成す
ることにより構成されているので、安価かつ簡便に製作
することができるという優れた効果を有する。As described above, the light guide path according to the present invention comprises a Fresnel lens structure having a light control capability only in a plane perpendicular to the optical axis, which is formed on one or both sides of a plate-shaped light guide medium. Since it is formed by forming continuously along the optical path set at a predetermined position, there is an excellent effect that it can be manufactured inexpensively and easily.
【図１】 第１実施形態に係る導光路の斜視図及び断面
図である。FIG. 1 is a perspective view and a sectional view of a light guide path according to a first embodiment.
【図２】 第２実施形態に係る導光路の光軸直角方向の
断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to an optical axis of a light guide path according to a second embodiment.
【図３】 第３実施形態に係る導光路の光軸直角方向の
断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a light guide path according to a third embodiment in a direction perpendicular to the optical axis.
【図４】 第４実施形態に係る導光路の光軸直角方向の
断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a light guide path according to a fourth embodiment in a direction perpendicular to the optical axis.
１０ 導光路 １２ 光軸 １４ 導光媒体 １４Ａ 上面 １４Ｂ 下面 １６ 伝播光 ２２ フレネルレンズ構造部 ３０ 導光路 ４０ 導光路 ４２ フレネルレンズ構造部 ５０ 導光路 ５２ リトロー光学素子 ５４Ａ 反射面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light guide path 12 Optical axis 14 Light guide medium 14A Upper surface 14B Lower surface 16 Propagation light 22 Fresnel lens structure part 30 Light guide path 40 Light guide path 42 Fresnel lens structure part 50 Light guide path 52 Littrow optical element 54A Reflection surface
フロントページの続き (72)発明者 経塚 信也 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 BA06 2H047 KA01 PA24 QA02 QA04 QA05 TA43 Continuing on the front page (72) Inventor Shinya Kyozuka 430 Border, Nakai-cho, Nakai-machi, Ashigarashimo-gun, Kanagawa Prefecture Green Tech Fuji Xerox Co., Ltd. F-term (reference) 2H038 BA06 2H047 KA01 PA24 QA02 QA04 QA05 TA43
Claims (6)
力を有するフレネルレンズ構造部を、板状の導光媒体の
片面又は両面の所定位置に設定された光路に沿って連続
的に形成することにより構成されたことを特徴とする導
光路。A Fresnel lens structure having light control capability only in a plane perpendicular to the optical axis is continuously formed along an optical path set at a predetermined position on one or both sides of a plate-shaped light guide medium. A light guide path, characterized by being formed in a light guide.
体の片面に形成されており、 当該フレネルレンズ構造部は光軸に対して垂直な面内に
おいて反対側の面に焦点を有する反射鏡として機能する
ことを特徴とする請求項１に記載の導光路。2. The Fresnel lens structure is formed on one surface of the light guide medium, and the Fresnel lens structure is a reflecting mirror having a focal point on an opposite surface in a plane perpendicular to the optical axis. The light guide according to claim 1, wherein the light guide functions.
体の両面に形成されており、 当該一対のフレネルレンズ構造部は光軸に対して垂直な
面内において互いに反対側の面に焦点をそれぞれ有する
反射鏡として機能することを特徴とする請求項１に記載
の導光路。3. The Fresnel lens structure is formed on both sides of the light guide medium, and the pair of Fresnel lens structures focuses on opposite surfaces in a plane perpendicular to the optical axis. The light guide path according to claim 1, wherein the light guide path functions as a reflector having the light guide.
体の両面に形成されており、 当該一対のフレネルレンズ構造部は光軸に垂直な面内に
おいて共通の焦点を有する共焦点型の反射鏡として機能
することを特徴とする請求項１に記載の導光路。4. A confocal reflector having a common focal point in a plane perpendicular to the optical axis, wherein the Fresnel lens structures are formed on both surfaces of the light guide medium. The light guide path according to claim 1, wherein the light guide path functions as:
体の片面に形成されており、 当該フレネルレンズ構造部が形成された面と反対側の面
には、光軸に垂直な面内成分のみを反転させるリトロー
光学素子が形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の導光路。5. The Fresnel lens structure is formed on one surface of the light guide medium, and the surface opposite to the surface on which the Fresnel lens structure is formed has only an in-plane component perpendicular to the optical axis. The light guide path according to claim 1, wherein a Littrow optical element for inverting the optical path is formed.
内構造は、頂角が９０度となるように平面を組み合わせ
て形成したＶ型構造の反射面を少なくとも１組以上単設
又は並設した構造であることを特徴とする請求項５に記
載の導光路。6. The in-plane structure perpendicular to the optical axis of the Littrow optical element has at least one or more sets of reflecting surfaces of a V-shaped structure formed by combining planes so that an apex angle is 90 degrees. The light guide path according to claim 5, wherein the light guide path is provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11070197A JP2000266950A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Optical wave-guide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11070197A JP2000266950A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Optical wave-guide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000266950A true JP2000266950A (en) | 2000-09-29 |
Family
ID=13424560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11070197A Pending JP2000266950A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Optical wave-guide |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000266950A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100395616C (en) * | 2004-12-11 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Focusing lens and back light module adopting focusing lens |
| CN100451688C (en) * | 2004-03-10 | 2009-01-14 | 西铁城电子股份有限公司 | Lens having fresnel lens surface(s) and lighting apparatus using it |
| WO2021047138A1 (en) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | 神盾股份有限公司 | Optical sensor, optical sensing system, and manufacturing method for optical sensor |
-
1999
- 1999-03-16 JP JP11070197A patent/JP2000266950A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100451688C (en) * | 2004-03-10 | 2009-01-14 | 西铁城电子股份有限公司 | Lens having fresnel lens surface(s) and lighting apparatus using it |
| CN100395616C (en) * | 2004-12-11 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Focusing lens and back light module adopting focusing lens |
| WO2021047138A1 (en) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | 神盾股份有限公司 | Optical sensor, optical sensing system, and manufacturing method for optical sensor |
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