JP2005062394A - Optical waveguide and its manufacturing method, and optical information processor - Google Patents

Optical waveguide and its manufacturing method, and optical information processor Download PDF

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JP2005062394A JP2003291405A JP2003291405A JP2005062394A JP 2005062394 A JP2005062394 A JP 2005062394A JP 2003291405 A JP2003291405 A JP 2003291405A JP 2003291405 A JP2003291405 A JP 2003291405A JP 2005062394 A JP2005062394 A JP 2005062394A
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健二 鈴木
Hidehiko Nakada
英彦 中田
Takahiro Arakida
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide having a lens shape, which can easily be formed with high precision, atop, a method of easily manufacturing it at a low cost, and an optical information processor using the optical waveguide. <P>SOLUTION: Disclosed are optical waveguides 23 and 73 which are composed of a joined body of a core 21 and clads 22 and 32 and have a core material 21A patterned through exposure, using an exposure mask 42, to ultraviolet rays 43 so that end parts of the core 21 on a light projection side and/or a light incidence end are a convex lens part 28 and a concave lens part 78. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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。   The present invention relates to an optical waveguide composed of a joined body of a core and a clad, suitable for a light source module, optical interconnection, optical communication, and the like, a manufacturing method thereof, and an optical information processing apparatus such as a display.

これ迄、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。   Until now, information transmission between relatively short distances, such as between boards in electronic equipment or between chips in boards, has been mainly performed by electrical signals, but in order to further improve the performance of integrated circuits, It is necessary to increase the signal speed and the signal wiring density. However, in the electric signal wiring, it is difficult to increase the speed of the electric signal and increase the density of the electric signal wiring due to problems such as signal delay due to the time constant of the wiring and generation of noise.

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、種々の箇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。   Optical wiring (optical interconnection) that solves these problems is drawing attention. Optical wiring can be applied to various locations such as between electronic devices, between boards in electronic devices, or between chips in a board. For example, chips are mounted for transmission of signals over a short distance such as between chips. It is possible to construct an optical transmission / communication system in which an optical waveguide is formed on a substrate that is used as a transmission path for signal-modulated laser light or the like.

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、微小レンズ等を取り付ける必要があった。また、光導波路の端面を加工してレンズ効果をもたせる技術も知られている。例えば、溶剤にて球面化する手法(後記の特許文献1:特開平10−239538号公報)、有機溶剤に浸透、乾燥させて球面化する手法(後記の特許文献2:特開平11−326689号公報)、感光性樹脂に浸透させる方法(後記の特許文献3:特開平5−107427号公報)、レンズ形成型を押し付けて先端を球面化する手法(後記の特許文献4:特開平8−75935号公報)、先端部を加熱し、軟化させて球面化する手法(後記の特許文献5:特許第3112572号公報)、ファイバ先端に加熱した球状鋳型を押し付ける手法(後記の特許文献6:特開2001−350037号公報)等がある。   The angle of the emitted light from the optical waveguide is limited by the shape of the waveguide end face, NA (numerical aperture), and the like. For this reason, in order to obtain a desired light beam shape, it was necessary to attach a micro lens or the like. In addition, a technique for processing the end face of an optical waveguide to give a lens effect is also known. For example, a method of spheronizing with a solvent (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 10-239538 described later), a method of spheroidizing by penetrating an organic solvent and drying (Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 11-326689 described later) Gazette), a method of penetrating a photosensitive resin (Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 5-107427 described later), a method of pressing a lens forming die to make the tip spherical (Patent Document 4: Japanese Patent Laid-Open No. 8-75935 described later). No. 3), a method of heating and softening the tip (spherical patent document 5: Japanese Patent No. 312572), and a method of pressing a heated spherical mold on the fiber tip (patent document 6: Japanese Patent Laid-open No. 2001-350037).

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)。   On the other hand, it is also known to use an optical waveguide as a light source module of a display. For example, the development of a head mounted display (HMD) that allows you to enjoy video software, games, computer screens, movies, etc. on your own large screen has been developed. There is a personal display that can be easily felt anytime and anywhere (see US Pat. No. 5,467,104).

このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色、緑色、青色の発光ダイオード(LED)が使われているが、LED光はコヒーレント性が無く、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、均一な白色等の信号光を作り出す技術が知られている(後記の非特許文献1:日経エレクトロニクス2003.3.31号,P.127)。   Red, green, and blue light emitting diodes (LEDs) are used as the light source for this head mounted display, but the LED light is not coherent, has a wide radiation angle, and is condensed to combine the three colors. It is difficult. Therefore, a technique is known in which three colors of LED light are combined through an optical waveguide to generate signal light such as uniform white (non-patent document 1: Nikkei Electronics 2003.3.31 described later, P 127).

特開平10−239538号公報(第2頁特許請求の範囲、第4頁第6欄15行目〜第5頁第8欄13行目)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-239538 (claims on the second page, page 4, column 6, line 15 to page 5, column 8, line 13) 特開平11−326689号公報(第2頁特許請求の範囲、第4頁第5欄39行目〜第6欄42行目)JP 11-326689 A (2nd page claims, page 4, column 5, line 39 to column 6, line 42) 特開平5−107427号公報(第2頁特許請求の範囲、第2頁第2欄48行目〜第3頁第3欄29行目、図2)Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-107427 (claim 2nd page, second page, second column, 48th line to third page, third column, 29th line, FIG. 2) 特開平8−75935号公報(第2頁特許請求の範囲、第3頁第3欄18行目〜第4欄17行目、図1)JP-A-8-75935 (claims on page 2, claims 3, page 3, column 3, line 18 to column 4, line 17, FIG. 1) 特許第3112572号公報(第1頁特許請求の範囲、第2頁第7欄11行目〜第2頁第9欄39行目)Japanese Patent No. 3112572 (claims on page 1, claims 2, page 2, column 7, line 11 to page 2, column 9, line 39) 特開2001−350037号公報(第2頁〜第3頁特許請求の範囲、第6頁第9欄32行目〜第10欄19行目、図1〜図3)JP 2001-350037 A (pages 2 to 3 claims, page 6, column 9, line 32 to column 10, line 19, FIGS. 1 to 3) 日経エレクトロニクス2003.3.31号,P127Nikkei Electronics 2003.3.31, P127

上記した特許文献1〜6のいずれも、光導波路を作製した後に、その端面を後加工してレンズ部を形成しているので、その後加工のばらつきによってレンズ部を精度良く作製することが困難である。   In any of the above-mentioned Patent Documents 1 to 6, since the lens portion is formed by post-processing the end face after the optical waveguide is manufactured, it is difficult to accurately manufacture the lens portion due to variations in processing thereafter. is there.

これを特許文献6を例にとって説明すると、図11(a)に示すように、コア1と、これを被覆するクラッド2との接合体からなる光ファイバ3を形成した後にその端面を切断し、しかる後にその切断面4に加熱した凸球面鋳型5を押し付けるか、或いは端面4を溶剤で溶解する。これによって、図11(b)に示すように、球面状凹構造6を形成する。   Explaining this by taking Patent Document 6 as an example, as shown in FIG. 11A, after forming an optical fiber 3 composed of a joined body of a core 1 and a clad 2 covering the core 1, the end face is cut, Thereafter, the heated convex spherical mold 5 is pressed against the cut surface 4 or the end surface 4 is dissolved with a solvent. As a result, a spherical concave structure 6 is formed as shown in FIG.

次に、図11(c)に示すように、球面状凹構造6に高屈折率の屈折率整合材7を充填し、硬化させてレンズ部8を形成する。   Next, as shown in FIG. 11 (c), the spherical concave structure 6 is filled with a refractive index matching material 7 having a high refractive index and cured to form a lens portion 8.

このようにして作製されたレンズ部付きの光ファイバを成形した後にその端面を切断し、しかる後にその切断面4に加熱した凸球面鋳型5を押し付けるか、或いは端面4を溶剤で溶解する。これによって、図11(b)に示すように、球面状凹構造6を形成する。   After molding the optical fiber with the lens portion thus produced, its end face is cut, and then the heated convex spherical mold 5 is pressed against the cut face 4, or the end face 4 is dissolved with a solvent. As a result, a spherical concave structure 6 is formed as shown in FIG.

次に、図11(c)に示すように、球面状凹構造6に高屈折率の屈折率整合剤7を充填し、硬化させてレンズ部8を形成する。   Next, as shown in FIG. 11C, the spherical concave structure 6 is filled with a refractive index matching agent 7 having a high refractive index and cured to form a lens portion 8.

このようにして作製されたレンズ部付きの光ファイバ3は、理解容易のために断面ハッチングを省略した図11(d)に示すように、例えばLED等の光源9からの信号光10をコア1に入射させ、グラッド2との界面で反射させながら出射側のレンズ部8に導き、ここで所定のビーム径に集束し、得られた出射光11を次段の光学系に導くことができる。なお、上記の特許文献6には、レンズ部8へコア径の小さな光ファイバ(図示せず)からの信号光を集光してコア1に入射させ,レンズ部8とは反射側の端面から出射する例が述べられているが、図11(d)に示したように光ファイバ3を用いることも可能であると考えられる。   The optical fiber 3 with a lens portion manufactured in this way has the signal light 10 from the light source 9 such as an LED as the core 1 as shown in FIG. Then, it is guided to the lens unit 8 on the exit side while being reflected at the interface with the grad 2, and is focused on a predetermined beam diameter, and the resulting emitted light 11 can be guided to the next stage optical system. In Patent Document 6 described above, signal light from an optical fiber (not shown) having a small core diameter is condensed on the lens unit 8 and is incident on the core 1, and the lens unit 8 is formed from the end surface on the reflection side. Although an example of emission is described, it is considered possible to use the optical fiber 3 as shown in FIG.

しかしながら、図11(c)及び(d)に示した光ファイバは、レンズ部8を形成するのに、図11(a)、(b)に示したようにファイバ先端に加熱した凸球面鋳型5を押し付けて球面状凹構造6を形成しているため、鋳型5の押し付け圧力や位置などのばらつきにより、ファイバ先端を精度良く加工することが困難であり、また個々のファイバを後加工するために量産性に乏しい。   However, the optical fiber shown in FIGS. 11C and 11D has the convex spherical mold 5 heated at the tip of the fiber as shown in FIGS. 11A and 11B to form the lens portion 8. Since the spherical concave structure 6 is formed by pressing the fiber tip, it is difficult to accurately process the fiber tip due to variations in the pressing pressure and position of the mold 5, and to post-process individual fibers. Poor mass productivity.

また、上記した特許文献4も特許文献6と同様に、レンズ成形型によって光ファイバ先端を球面化し、また特許文献1〜3や5においても、光ファイバを作製した後に、その端面を溶剤や樹脂等により後加工してレンズ部を形成しているため、上記した特許文献6と同様に、後加工のばらつきによってレンズ部を精度良く形成することが困難である。   Also, in Patent Document 4 described above, the tip of the optical fiber is made spherical by a lens mold as in Patent Document 6, and in Patent Documents 1 to 3 and 5, the end surface is made of a solvent or resin after the optical fiber is manufactured. Since the lens portion is formed by post-processing by, for example, it is difficult to form the lens portion with high accuracy due to variations in post-processing as in the case of Patent Document 6 described above.

更に、上記の非特許文献1による光源モジュールは、白色光を平面にて取り出すことができるが、任意のスポット形状を作り出すことができない。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が、平面状の白色光をスポットに変換するためには、複雑な構成からなるレンズ系を光導波路に付け足すこととなる。こうしたレンズ系を含めて光源モジュールを作製するには、高度な技術を必要とし、コストも増大し易い。ゲーム機、パソコンなどのアプリケーションには低コスト化が要求されるので、こうした従来技術は好ましくない。   Further, the light source module according to Non-Patent Document 1 can extract white light in a plane, but cannot create an arbitrary spot shape. In order to apply to a head mounted display, a focused point light source is required, but in order to convert planar white light into a spot, a lens system having a complicated configuration is added to the optical waveguide. In order to manufacture a light source module including such a lens system, advanced technology is required, and the cost is likely to increase. Such a prior art is not preferable because cost reduction is required for applications such as game machines and personal computers.

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、先端に簡便かつ高精度に形成可能なレンズ形状を有する光導波路と、これを容易かつ低コストで製造できる方法、並びに光導波路を用いた光情報処理装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to manufacture an optical waveguide having a lens shape that can be easily and accurately formed at the tip, and to manufacture this easily and at low cost. And an optical information processing apparatus using an optical waveguide.

即ち、本発明は、コアとクラッドとの接合体からなる光導波路において、光出射側又は/及び光入射側での前記コアの端部がレンズ形状となるように、露光処理を経てコア材がパターン化されていることを特徴とする光導波路に係るものである。   That is, according to the present invention, in an optical waveguide composed of a joined body of a core and a clad, the core material is subjected to an exposure process so that the end of the core on the light emitting side and / or the light incident side has a lens shape. The present invention relates to an optical waveguide characterized by being patterned.

また、本発明は、コアとクラッドとの接合体からなる光導波路の製造方法において、露光処理を経てコア材をパターニングして、光出射側又は/及び光入射側での前記コアの端部をレンズ形状に形成することを特徴とする光導波路の製造方法に係るものである。   Further, the present invention provides a method of manufacturing an optical waveguide comprising a joined body of a core and a clad, wherein the core material is patterned through an exposure process, and the end of the core on the light emitting side and / or the light incident side is formed. The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide, characterized by being formed into a lens shape.

また、本発明は、本発明の上記光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置も提供するものである。   The present invention also provides an optical information processing apparatus having the optical waveguide according to the present invention, an incident means for entering signal light into the optical waveguide, and a light receiving means for receiving light emitted from the optical waveguide. is there.

本発明の光導波路とその製造方法によれば、コアの端部がレンズ形状となるように露光処理を経てコア材をパターニングしているので、コア端部のレンズ形状によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させたり、或いは入射光を効率良く集光することができる。   According to the optical waveguide and the manufacturing method thereof of the present invention, the core material is patterned through the exposure process so that the end of the core has a lens shape. Beam-shaped light can be efficiently collected and emitted, or incident light can be efficiently collected.

しかも、従来技術のように光導波路を作製した後に後加工する手法とは異なって、光導波路の作製プロセスにおいて露光処理を用いてレンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。   Moreover, unlike the conventional technique in which the optical waveguide is manufactured and then post-processed, the lens shape can be easily manufactured with high accuracy and high productivity by using an exposure process in the optical waveguide manufacturing process. .

そして、本発明の光導波路と、この光導波路への信号光の入射手段と、この光導波路からの出射光の受光手段とによって、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受光手段に入射させて、光情報処理を有効に行うことができる。   And by the optical waveguide of the present invention, the incident means of the signal light to the optical waveguide, and the light receiving means of the emitted light from the optical waveguide, the optical waveguide is efficiently condensed into a predetermined light beam and emitted, Alternatively, it is possible to effectively perform optical information processing by causing the signal light emitted after efficiently entering the optical waveguide to enter the light receiving means.

本発明において、前記レンズ形状を高精度かつ容易に得るには、次の(1)〜(3)のいずれかを行うことが望ましい。
(1)前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を溶解除去して、凸面又は凹 面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成すること。
(2)前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を、凸面又は凹面からなる前 記レンズ形状を端部に有するコアとし、その露光部をクラッドとして残し、露光部(ク ラッド)の屈折率を非露光のコア材の屈折率よりも低下させること。
(3)露光及び現像処理によりレジストをコア形状にパターン化し、得られたレジスト マスクを用いて前記コア材を所定パターンに溶解又はエッチングして、凸面又は凹面か らなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成すること。
In the present invention, in order to obtain the lens shape with high accuracy and ease, it is desirable to perform any of the following (1) to (3).
(1) The core material is exposed to a predetermined pattern, and the non-exposed portion is dissolved and removed to form a core having the lens shape consisting of a convex surface or a concave surface at an end portion.
(2) The core material is exposed to a predetermined pattern, and the non-exposed portion is a core having the lens shape consisting of a convex surface or a concave surface at the end, the exposed portion is left as a clad, and an exposed portion (cladd) Lower the refractive index of the core material than that of the non-exposed core material.
(3) The resist is patterned into a core shape by exposure and development processing, and the core material is dissolved or etched into a predetermined pattern using the obtained resist mask, and the lens shape consisting of a convex surface or a concave surface is formed at the end. Forming a core having.

また、光導波路の構造としては、下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成してよいが、このコア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドを形成することができる。但し、光導波路への入射光がコアからクラッドへ漏れ出て出射光の光束が広がったり、光の損失が増えるのを防止する上で、前記上層クラッドを設けないことが望ましい。   In addition, as a structure of the optical waveguide, a core having the lens shape having a convex surface or a concave surface at the end may be formed on the lower clad, but the upper clad is formed on the lower clad from the core. Can be formed. However, in order to prevent light incident on the optical waveguide from leaking from the core to the clad and spreading the luminous flux of the emitted light or increasing light loss, it is desirable not to provide the upper clad.

また、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面は、レンズ形状のコア先端部が露出してよいが、このレンズ形状部分を囲むように実質的にクラッドからなる平坦面となっているのがよい。   Further, the end surface of the joined body in which the lens shape formed of a convex surface or a concave surface exists may expose the lens-shaped core tip, but a flat surface substantially made of a clad so as to surround the lens-shaped portion. It is good to be.

また、前記コア材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。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。   The core material may be made of a photocurable resin. This is because it is easy to pattern the core corresponding to the exposure pattern by irradiation with light (particularly ultraviolet rays), and it is also advantageous as a clad material. Examples of such a photocurable resin include high molecular organic materials such as oxetane resins described in JP 2000-356720 A. Such a polymer organic material preferably transmits 90% or more of visible light having a wavelength of 390 nm or more and 850 nm or less. As the core material and the clad material, an inorganic material may be used in addition to the photocurable resin.

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)のために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。   As the optical waveguide material, the above-mentioned oxetane resin composed of an oxetane compound having the following oxetane ring, or polysilane composed of the following oxirane compound having an oxirane ring can be used. A composition containing a cationic polymerization initiator capable of initiating polymerization by reaction is preferably used.

Figure 2005062394
Figure 2005062394

そして、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。   Then, the present invention provides a display configured so that a signal beam that is efficiently condensed into a predetermined light flux by an optical waveguide and emitted, or signal light emitted after being efficiently incident on the optical waveguide is scanned and projected by a scanning unit. The signal light can be effectively used for optical information processing such as optical communication configured to make the signal light incident on a light receiving element (such as an optical wiring or a photodetector) of the next stage circuit.

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1の実施の形態
図1〜図4は、本発明の第1の実施の形態を示すものである。
First Embodiment FIGS. 1 to 4 show a first embodiment of the present invention.

本実施の形態による光導波路23は、図1及び図2に示すように、屈折率が高いコア21と、屈折率が低い下層クラッド22及び上層クラッド32との接合体が基板20上に設けられた構造からなっていて(これらのコアとクラッドとの比屈折率差は0.1〜4.0%である。)、光導波路先端部分であるコア21の光出射側端部が後述の露光処理によって凸面形状のレンズ部28となっている。このレンズ部28は、コア21の先端部としてその頂部が露出してよいが、上層クラッド32(更には下層クラッド22)によって被覆されていて、光導波路の光出射面24が実質的にクラッドからなる平坦面となっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical waveguide 23 according to the present embodiment includes a bonded body of a core 21 having a high refractive index, a lower clad 22 and an upper clad 32 having a low refractive index provided on a substrate 20. (The relative refractive index difference between the core and the clad is 0.1 to 4.0%), and the light emission side end portion of the core 21 which is the tip portion of the optical waveguide is the exposure described later. The lens portion 28 is formed into a convex surface by the processing. The lens portion 28 may be exposed at the top portion as the tip portion of the core 21, but is covered with the upper layer clad 32 (and further the lower layer clad 22), so that the light emitting surface 24 of the optical waveguide is substantially separated from the clad. It has become a flat surface.

この光導波路23は、具体的には、コア21が厚さ40μm×幅50μmであり、コア21とクラッド22及び32との比屈折率差は1.7%である。   Specifically, in the optical waveguide 23, the core 21 is 40 μm thick × 50 μm wide, and the relative refractive index difference between the core 21 and the clads 22 and 32 is 1.7%.

また、これらのコア及びクラッドは、光硬化性樹脂によって形成することができる。例えば特開2000−356720号公報に開示されている高分子有機導波路材料であるオキセタン樹脂(例えばソニーケミカル社製)を使用することが好適である。また、ポリシラン(例えば商品名グラシア、日本ペイント社製)なども使用してよい。コアやクラッドに適した屈折率を有するポリマー系材料がそれぞれに存在するが、これらは上記メーカー等より入手することができる。   Moreover, these cores and clads can be formed of a photocurable resin. For example, it is preferable to use an oxetane resin (for example, manufactured by Sony Chemical Corporation), which is a polymer organic waveguide material disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-356720. Polysilane (for example, trade name Gracia, manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) may also be used. There are polymer materials each having a refractive index suitable for the core and the cladding, and these can be obtained from the above manufacturers.

このように、コア21の先端部に凸面形状のレンズ部(凸レンズ部)28が形成されているので、図1(A)の断面ハッチングを省略した図1(B)に示すように、光導波路23の光入射面25側に配置した光源(例えばLED)29からコア21に入射した信号光30は、上層クラッド32(更には下層クラッド22)との界面で全反射しながらコア21のレンズ部28に到達し、ここで光束が絞られて、所望のビーム径の或いはコリメートされた出射光31が得られる。光源29としては、単色のみならず、R(赤)、G(緑)及びB(青)の三色の各光源が使用可能であり、レンズ部28によって各色又は白色の出射光のビーム形状を制御することができる。   Thus, since the convex lens part (convex lens part) 28 is formed at the tip of the core 21, as shown in FIG. 1B in which the cross-sectional hatching in FIG. The signal light 30 incident on the core 21 from a light source (for example, LED) 29 disposed on the light incident surface 25 side of 23 is totally reflected at the interface with the upper clad 32 (and further the lower clad 22), and the lens portion of the core 21 28, where the luminous flux is narrowed down to obtain a desired beam diameter or collimated outgoing light 31. As the light source 29, not only a single color but also three light sources of R (red), G (green), and B (blue) can be used, and the beam shape of the emitted light of each color or white is changed by the lens unit 28. Can be controlled.

従って、この光導波路23は、コア21の先端部自体をレンズ形状にすることによって、凸レンズをコアの光出射側に対向して別途配置することは不要となり、その位置精度が向上する。   Therefore, in the optical waveguide 23, by making the tip of the core 21 itself into a lens shape, it is not necessary to separately arrange a convex lens facing the light emitting side of the core, and the positional accuracy is improved.

一般に、光源29にLEDを用いる場合には、LEDの発光光はコヒーレント性が無く、放射角が広いため、所望のビーム径に絞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23のコア21に導入した後にその端部の凸レンズ部28によって所望のビーム径に集光できるため、この光導波路23はいわば点光源として使用可能となる(以下、同様)。   In general, when an LED is used as the light source 29, the emitted light of the LED is not coherent and has a wide radiation angle, so that it is difficult to narrow down to a desired beam diameter. Since the light from the LED is introduced into the core 21 of the optical waveguide 23 and then converged to a desired beam diameter by the convex lens portion 28 at the end thereof, the optical waveguide 23 can be used as a point light source (hereinafter, referred to as “light source”). The same).

コアにレンズ形状を有する上記の光導波路23の作製プロセスを図3及び図4に示す。ここでは、光導波路材料としてソニーケミカル社製のオキセタン樹脂を用いる場合を例示し、各プロセス段階を断面と平面で示す。   The manufacturing process of the optical waveguide 23 having a lens shape in the core is shown in FIGS. Here, a case where an oxetane resin manufactured by Sony Chemical Co., Ltd. is used as an optical waveguide material is illustrated, and each process step is shown by a cross section and a plane.

まず、図3(a)に示すように、ガラス又はプラスチックス等の基板20上に、下層クラッド材をスピンコートした後に紫外線照射で硬化させ、厚さが例えば30μmの下層クラッド22を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a lower clad material is spin-coated on a substrate 20 such as glass or plastic, and then cured by ultraviolet irradiation to form a lower clad 22 having a thickness of, for example, 30 μm.

次に、図3(b)に示すように、コア用の屈折率が高い材料21Aをスピンコート法にて例えば40μm厚に塗布した後、図3(c)に示すように、凸面形状40の開口41を有する構造のネガパターンの露光マスク42を介して、例えば10mW/cm2の紫外線43を照射する。 Next, as shown in FIG. 3B, the material 21A having a high refractive index for the core is applied to a thickness of, for example, 40 μm by a spin coating method, and then the convex shape 40 is formed as shown in FIG. For example, ultraviolet rays 43 of 10 mW / cm 2 are irradiated through a negative pattern exposure mask 42 having a structure having an opening 41.

次に、図4(d)に示すように、例えばアセトンにて紫外線が照射されていない部分のコア材を除去して、紫外線照射で硬化し、凸レンズ部28を有する光導波路コア21を形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, the core material in a portion not irradiated with ultraviolet rays, for example, with acetone is removed and cured by ultraviolet irradiation to form an optical waveguide core 21 having a convex lens portion 28. .

次に、図4(e)に示すように、上層クラッド32を塗布して、光導波路23を完成する。   Next, as shown in FIG. 4E, the upper layer clad 32 is applied to complete the optical waveguide 23.

本実施の形態によれば、コア21の端部が凸レンズ形状28となるように、図3(c)に示した露光処理を経てコア材21Aをパターン化しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工する手法とは異なって、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。   According to the present embodiment, since the core material 21A is patterned through the exposure process shown in FIG. 3C so that the end of the core 21 has the convex lens shape 28, the optical waveguide is conventionally used. Unlike the method of post-processing after manufacturing, the convex lens shape of the core can be easily manufactured with high accuracy and high productivity in the optical waveguide manufacturing process.

そして、コア端部の凸レンズ形状28によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができるので、光導波路23はいわば点光源として好適なものとなる。   Since the collimated light and the light having an arbitrary beam shape can be efficiently condensed and emitted by the convex lens shape 28 at the end of the core, the optical waveguide 23 is suitable as a point light source.

第2の実施の形態
本実施の形態では、図5(a)に示すように、上述の第1の実施の形態と同様に基板20上に下層クラッド22を形成した後に、コア材料21Aを塗布及び紫外線照射処理によって積層し、更に、通常のフォトリソグラフィ技術によってフォトレジストの塗布、露光及び現像を行い、コアパターンのレジストマスク52をコア材21A上に形成する。
Second Embodiment In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, after forming the lower cladding 22 on the substrate 20 as in the first embodiment, the core material 21A is applied. In addition, the photoresist is applied, exposed and developed by a normal photolithography technique to form a resist mask 52 having a core pattern on the core material 21A.

次に、図5(b)に示すように、レジストマスク52以外の領域にあるコア材21Aを溶解除去して、端部に凸レンズ部28を有するコア21を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the core material 21 </ b> A in the region other than the resist mask 52 is dissolved and removed to form the core 21 having the convex lens portion 28 at the end.

次に、図5(c)に示すように、上層クラッド32を上述した第1の実施の形態と同様にして形成し、光導波路23を完成する。   Next, as shown in FIG. 5C, the upper clad 32 is formed in the same manner as in the first embodiment described above, and the optical waveguide 23 is completed.

本実施の形態によれば、コア21の端部が凸レンズ形状28となるように、図5(a)に示した露光及び現像処理により得られたコアパターンのレジストマスク52を用いてコア材21Aをパターン化しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工するのではなく、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。   According to the present embodiment, the core material 21A is used using the resist mask 52 of the core pattern obtained by the exposure and development processing shown in FIG. 5A so that the end of the core 21 has the convex lens shape 28. Therefore, instead of post-processing after manufacturing the optical waveguide as in the prior art, the convex lens shape of the core can be easily manufactured with high accuracy and high productivity in the optical waveguide manufacturing process.

そして、コア端部の凸レンズ形状28によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。   Then, the convex lens shape 28 at the end of the core can efficiently collect and emit collimated light or light having an arbitrary beam shape.

第3の実施の形態
本実施の形態では、図6(a)に示すように、上述の第1の実施の形態と同様に基板20上に下層クラッド22を形成した後に、上述のポリシラン(例えば日本ペイント社製のグラシア)からなるコア材料21Aを塗布によって積層し、更に、通常のフォトリソグラフィ技術によってフォトレジストの塗布、露光及び現像を行うことによって得られたコアパターンの露光マスク62を用いてコア材料21Aを紫外線で露光処理する。
Third Embodiment In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, after the lower clad 22 is formed on the substrate 20 as in the first embodiment, the polysilane (for example, Using a core pattern exposure mask 62 obtained by laminating a core material 21A made of Nippon Paint's Gracia) by coating, and further applying, exposing and developing a photoresist by a normal photolithography technique The core material 21A is exposed to ultraviolet rays.

これによって、図6(b)に示すように、コア材21Aのうち露光マスク62以外の露光部分の屈折率を低下させ、端部に凸レンズ部28を有する高屈折率のコア21の周りに密着して低屈折率のクラッド62を形成する。そして、この後に、図6(c)に示すように、必要あれば、上層クラッド32を上述した第1の実施の形態と同様にして形成し、光導波路63を完成する。   As a result, as shown in FIG. 6B, the refractive index of the exposed portion of the core material 21A other than the exposure mask 62 is lowered, and the core material 21A is closely attached around the high refractive index core 21 having the convex lens portion 28 at the end. Thus, the clad 62 having a low refractive index is formed. Thereafter, as shown in FIG. 6C, if necessary, the upper clad 32 is formed in the same manner as in the first embodiment described above, and the optical waveguide 63 is completed.

本実施の形態によれば、コア21の端部が凸レンズ形状28となるように、図6(a)に示した露光処理によってコア材21Aを選択的に低屈折率化し、所定パターンのコア21とクラッド62とを形成しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工するのではなく、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。しかも、コア材21Aの不要部分を除去するのではなく、コア21の周りに密着してクラッド62として残しているので、この状態でもコア21を十分に保護でき、光導波路として用いることができる。   According to the present embodiment, the core material 21A is selectively reduced in refractive index by the exposure process shown in FIG. 6A so that the end of the core 21 has the convex lens shape 28, and the core 21 having a predetermined pattern is formed. Since the optical waveguide and the clad 62 are formed, the convex lens shape of the core is simply manufactured with high accuracy and high mass productivity in the optical waveguide manufacturing process, instead of post-processing after manufacturing the optical waveguide as in the prior art. be able to. In addition, since unnecessary portions of the core material 21A are not removed but are closely adhered around the core 21 and left as the clad 62, the core 21 can be sufficiently protected even in this state and can be used as an optical waveguide.

そして、コア端部の凸レンズ形状28によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。   Then, the convex lens shape 28 at the end of the core can efficiently collect and emit collimated light or light having an arbitrary beam shape.

第4の実施の形態
上述の各実施の形態ではコア21の端部に凸レンズ部28を形成したが、本実施の形態では、図7(A)に示すように、光導波路の光入射面25側に凹面形状のレンズ部78を形成し、この凹レンズ部78を囲むように上層クラッド32で被覆して、光導波路73を作製している。
Fourth Embodiment In each of the above-described embodiments, the convex lens portion 28 is formed at the end of the core 21, but in this embodiment, as shown in FIG. 7A, the light incident surface 25 of the optical waveguide. A concave lens portion 78 is formed on the side, and the optical waveguide 73 is manufactured by covering the concave lens portion 78 with the upper clad 32 so as to surround the concave lens portion 78.

このような凹レンズ部78を形成するには、例えば上述の第1の実施の形態において、図3(c)に示したマスク42の開口端部に凹レンズ部78に対応した形状の凹面形状(図示せず)を設け、その後は同様にして紫外線照射、非照射部分の除去、上層クラッドの形成を順次行えばよい。   In order to form such a concave lens portion 78, for example, in the first embodiment described above, a concave surface shape corresponding to the concave lens portion 78 at the opening end portion of the mask 42 shown in FIG. After that, ultraviolet irradiation, removal of the non-irradiated portion, and formation of the upper clad may be sequentially performed in the same manner.

本実施の形態によれば、図7(B)に示すように、コア21の凹レンズ部78を光源29の側(光入射面25の側)に配することによって、光源29からの広範囲の信号光30を凹レンズ作用によってコア21中へ効率良く集光することができる。その他、コアの凹レンズ形状を高精度かつ量産性良く簡便に作製できることは、上述の第1の実施の形態と同様である。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 7B, by arranging the concave lens portion 78 of the core 21 on the light source 29 side (light incident surface 25 side), a wide range of signals from the light source 29 is obtained. The light 30 can be efficiently condensed into the core 21 by the concave lens action. In addition, the fact that the concave lens shape of the core can be easily produced with high accuracy and high mass productivity is the same as in the first embodiment described above.

上記において、加工していない導波路出射端面における入射角については、コアとクラッドの屈折率差から開口数(NA)が決まる。コアの屈折率n1、クラッドの屈折率n2とすると、NAは

Figure 2005062394
で表せる。このNAが大きいほど、発光素子からの光は光導波路に入りやすい。 In the above description, the numerical aperture (NA) is determined from the difference in refractive index between the core and the clad for the incident angle at the waveguide exit end face that is not processed. Refractive index n 1 of the core, and the refractive index n 2 of the cladding, NA is
Figure 2005062394
It can be expressed as The larger the NA, the easier the light from the light emitting element enters the optical waveguide.

そこで、上記のように、凹レンズ部78を光導波路端面に設けた場合、発光素子からの光は光学的に密な光導波路コアに入射すると屈折する。図7に示すように、凹レンズ部の作用がある光導波路端面は、加工していない光導波路のNAよりも大きなNAを持つ。従って、凹レンズ部の作用によって、発光素子からの受光を光導波路は受けやすくなる。   Therefore, when the concave lens portion 78 is provided on the end face of the optical waveguide as described above, light from the light emitting element is refracted when entering the optically dense optical waveguide core. As shown in FIG. 7, the end face of the optical waveguide having the function of the concave lens portion has a larger NA than that of the unprocessed optical waveguide. Therefore, the optical waveguide easily receives light from the light emitting element by the action of the concave lens portion.

第5の実施の形態
本実施の形態は、図8(A)に示すように、上述の第1の実施の形態におけるコア21の凸レンズ部28と、上述の第4の実施の形態におけるコア21の凹レンズ部78とをそれぞれ光出射面24側及び光入射面25側に形成し、各レンズ部28及び78を囲むように上層クラッド32で被覆して、光導波路83を作製している。
Fifth Embodiment In this embodiment, as shown in FIG. 8A, the convex lens portion 28 of the core 21 in the above-described first embodiment and the core 21 in the above-described fourth embodiment. The concave lens portion 78 is formed on the light emitting surface 24 side and the light incident surface 25 side, respectively, and is covered with the upper clad 32 so as to surround the lens portions 28 and 78, thereby producing the optical waveguide 83.

このようなレンズ部28及び78を形成するには、例えば上述の第1の実施の形態において、図3(c)に示したマスク42の開口端部に、凸レンズ部28に対応した形状の凸面形状と、凹レンズ部78に対応した形状の凹面形状とを設け、その後は同様にして紫外線照射、非照射部分の除去、上層クラッドの形成を順次行えばよい。   In order to form such lens portions 28 and 78, for example, in the first embodiment described above, a convex surface having a shape corresponding to the convex lens portion 28 is formed at the opening end portion of the mask 42 shown in FIG. A shape and a concave shape corresponding to the concave lens portion 78 are provided, and thereafter, ultraviolet irradiation, removal of a non-irradiation portion, and formation of an upper clad may be sequentially performed in the same manner.

本実施の形態によれば、図8(B)に示すように、コア21の凹レンズ部78を光源29の側(光入射面25の側)に配することによって、光源29からの広範囲の信号光30を凹レンズ作用によってコア21中へ効率良く集光することができると同時に、コア21の凸レンズ部28によってコリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。その他、コアの凸レンズ形状及び凹レンズ形状を高精度かつ量産性良く簡便に作製できることは、上述の第1の実施の形態と同様である。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 8B, by arranging the concave lens portion 78 of the core 21 on the light source 29 side (light incident surface 25 side), a wide range of signals from the light source 29 is obtained. The light 30 can be efficiently condensed into the core 21 by the concave lens action, and at the same time, collimated light and light having an arbitrary beam shape can be efficiently condensed and emitted by the convex lens portion 28 of the core 21. In addition, the convex lens shape and concave lens shape of the core can be easily manufactured with high accuracy and high productivity, as in the first embodiment.

第6の実施の形態
図9は、第6の実施の形態を示すものであって、上述した第1の形態において上層クラッド32を除去した光導波路93としている。
Sixth Embodiment FIG. 9 shows a sixth embodiment, which is an optical waveguide 93 from which the upper layer clad 32 is removed in the first embodiment described above.

従って、光入射面25から入射した信号光が上層クラッドへ入射したり、コア21から上層クラッドへ漏れ出ることにより、光出射面24からの出射光の光束が見かけ上拡がること(即ち、コア21からの絞られた光束以外の光が出射すること)を防止することができる。その他は、上述した第1の実施の形態と同様の作用効果が得られる。   Accordingly, when the signal light incident from the light incident surface 25 enters the upper clad or leaks from the core 21 to the upper clad, the light flux of the emitted light from the light exit surface 24 is apparently expanded (that is, the core 21). It is possible to prevent the light other than the narrowed light flux from being emitted). In other respects, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

第7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。
Seventh Embodiment In each of the above-described embodiments, the optical waveguide is suitable as a point light source, and the emitted light is suitable as signal light to the next stage with a narrowed beam diameter. The present embodiment is an example in which such an optical waveguide as a point light source is applied to an optical information processing apparatus such as a display.

図10(A)に示す光導波路103によれば、コアを3種類の赤色光用コア21R、緑色光用コア21G及び青色光用コア21Bに分け、これらの光入射面25側にそれぞれLEDからなる赤色光源29R、緑色光源29G及び青色光源29Bを配置し、かつ直線状の緑色光用コア21Gの光出射側の端部に上述したと同様の凸レンズ部28を設けると共に、この凸レンズ部28の前位にて赤色光用コア21R及び青色光用コア21Bをそれぞれ緑色光用コア21Gに合流させ、共通コア21を通して凸レンズ部28に導く。これによって、各色の信号光30R、30G及び30Bを合波し、上述したと同様に凸レンズ部28で所望のビーム径に集光して出射させる。   According to the optical waveguide 103 shown in FIG. 10A, the core is divided into three types of red light core 21R, green light core 21G, and blue light core 21B. A red light source 29R, a green light source 29G, and a blue light source 29B are arranged, and a convex lens portion 28 similar to that described above is provided at the end of the linear green light core 21G on the light emission side. At the front position, the red light core 21R and the blue light core 21B are joined to the green light core 21G and guided to the convex lens portion 28 through the common core 21. As a result, the signal lights 30R, 30G, and 30B of the respective colors are combined and condensed to a desired beam diameter by the convex lens portion 28 and emitted as described above.

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31(R,G,B)は目的とする色情報をもつ信号光として次段の例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。   Then, by controlling the intensity and color balance of the signal light of each color, the emitted light 31 (R, G, B) is projected onto the next stage, for example, a screen as signal light having target color information, and a full-color image is obtained. Can be obtained.

図10(B)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)105に適用した例を示すものであって、図10(A)に示した構造の光導波路103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103からのビーム径の絞られた出射光31を走査板(scanned image plane)100に通した後、この走査板と光学的に共役関係にある人間の眼球101の網膜102上に光学レンズ104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102上に形成されるが、これは走査板100によって網膜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。   FIG. 10B shows an example in which such a display is applied to a head mounted display (HMD) 105. The optical waveguide 103 having the structure shown in FIG. A plurality of light beams arranged in a line in the vertical direction and having a reduced beam diameter from each optical waveguide 103 are passed through a scanned image plane 100 and then optically conjugate with this scanning plate. A focus (spot) is formed on the retina 102 of a human eyeball 101 by an optical lens 104 or the like. This imaging point is formed on the retina 102 for one line, and this is scanned by the scanning plate 100 in the direction perpendicular to the line on the retina, so that a realistic image can be experienced personally. Can do.

このようなディスプレイでは、一般に、光源のLED29R、29G、29Bの発光光は、コヒーレント性が無く、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103のコアに導入した後にその端部の凸レンズ部28によって所望のビーム径に集光できるため、この光導波路103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。   In such a display, in general, the light emitted from the LEDs 29R, 29G, and 29B as the light source has no coherent property and has a wide radiation angle, so that it is difficult to combine the three colors. Thus, after the light from the LED is introduced into the core of the optical waveguide 103, it can be condensed to a desired beam diameter by the convex lens portion 28 at the end thereof, so that the optical waveguide 103 is very advantageous for a display as a point light source. Become.

なお、このヘッドマウントディスプレイ105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。   The head mounted display 105 can be provided in a compact video apparatus by being incorporated in a projector, a camera, a computer, a game machine or the like while being mounted like sunglasses.

上述した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形することが可能である。   The embodiment described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.

例えば、上述したコアの凸レンズ部28は、光導波路の光出射側だけでなく、光入射側にも設けると、放射角の広い光源からの光を効果的にコアへ入射させることができる。また、凸レンズ部28を含む各レンズ部の形状や種類も様々であってよい。   For example, if the convex lens portion 28 of the core described above is provided not only on the light exit side of the optical waveguide but also on the light incident side, light from a light source having a wide radiation angle can be effectively incident on the core. Further, the shape and type of each lens unit including the convex lens unit 28 may be various.

また、上述した光導波路の構成材料や層構成も様々に変化させてよく、例えば上述した第2の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)によって基板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21と同等のコアを形成することができる。   In addition, the constituent material and the layer configuration of the optical waveguide described above may be variously changed. For example, in the second embodiment described above, an inorganic material such as lithium niobate is used, and this is formed by CVD (chemical vapor phase). A core equivalent to the core 21 described above can be formed by forming a film on the substrate as a core material by a growth method and etching into a predetermined pattern using a resist mask.

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。   In addition, the configuration of the optical system including the above-described optical waveguide may be changed as appropriate. For example, a micromirror device or a polygon mirror may be employed as a scanning unit, or projection may be performed on a screen.

なお、本発明は、LED又はレーザ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。   In the present invention, for example, a display using an optical waveguide using an LED or a laser as a light source, for example, signal light from the optical waveguide using a laser is incident on a light receiving element (optical wiring, photodetector, etc.) of the next stage circuit. It can be widely applied to various optical information processing such as optical communication.

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。   The present invention relates to a display configured to scan and project the signal light emitted after being efficiently condensed into a predetermined light beam and emitted from the optical waveguide, or after being efficiently incident on the optical waveguide, The present invention can be effectively used for optical information processing such as optical communication configured to cause signal light to be incident on a light receiving element (such as an optical wiring or a photodetector) of the next stage circuit.

本発明の第1の実施の形態による光導波路の横断面図(A)(図2(A)のIA−IA線断面図)と、その集光状態を説明するための同様の横断面図(B)である。1A is a cross-sectional view (A) of the optical waveguide according to the first embodiment of the present invention (cross-sectional view taken along the line IA-IA in FIG. 2A), and a similar cross-sectional view for explaining the light collection state (FIG. B). 同、光導波路の縦断面図(A)(図1(A)のIIA−IIA線断面図)、その光出射側の側面図(B)、その縦断面図(C)(図1(A)のIIC−IIC線断面図)である。FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the optical waveguide (A) (a sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG. 1A), a side view of the light emitting side thereof, and a longitudinal sectional view thereof (C) (FIG. 1A). IIC-IIC line sectional view). 同、光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view and a plan view sequentially showing the optical waveguide manufacturing process. 同、光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view and a plan view sequentially showing the optical waveguide manufacturing process. 本発明の第2の実施の形態による光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which shows sequentially the manufacturing process of the optical waveguide by the 2nd Embodiment of this invention, and its top view. 本発明の第3の実施の形態による光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which shows sequentially the manufacturing process of the optical waveguide by the 3rd Embodiment of this invention, and its top view. 本発明の第4の実施の形態の光導波路の横断面図(A)と、その集光状態を説明するための同様の横断面図(B)である。It is the cross-sectional view (A) of the optical waveguide of the 4th Embodiment of this invention, and the same cross-sectional view (B) for demonstrating the condensing state. 本発明の題5の実施の形態による光導波路の横断面図(A)と、その集光状態を説明するための同様の横断面図(B)である。It is the cross-sectional view (A) of the optical waveguide by embodiment of the subject 5 of this invention, and the same cross-sectional view (B) for demonstrating the condensing state. 本発明の第6の実施の形態による光導波路の縦断面図とその平面図である。It is the longitudinal cross-sectional view and its top view of the optical waveguide by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態による光導波路の平面図(A)と、その光導波路を用いたディスプレイの概略図(B)である。It is the top view (A) of the optical waveguide by the 7th Embodiment of this invention, and the schematic (B) of the display using the optical waveguide. 従来の光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the preparation processes of the conventional optical waveguide sequentially.

符号の説明Explanation of symbols

20…基板、21、21R、21G、21B…コア、21A…コア材、
22…下層クラッド、23、63、73、83、93、103…光導波路、
24…光出射面、25…光入射面、28…凸レンズ部、
29、29R、29G、29B…光源、30、30R、30G、30B…信号光、
31…出射光、32…上層クラッド、42、62…露光マスク、43…紫外線、
52…レジストマスク、62…クラッド、78…凹レンズ部、100…走査板、
102…網膜、104…レンズ、105…ヘッドマウントディスプレイ
20 ... Substrate, 21, 21R, 21G, 21B ... Core, 21A ... Core material,
22 ... lower cladding, 23, 63, 73, 83, 93, 103 ... optical waveguide,
24 ... light exit surface, 25 ... light entrance surface, 28 ... convex lens portion,
29, 29R, 29G, 29B ... light source, 30, 30R, 30G, 30B ... signal light,
31 ... outgoing light, 32 ... upper cladding, 42, 62 ... exposure mask, 43 ... ultraviolet light,
52 ... resist mask, 62 ... cladding, 78 ... concave lens part, 100 ... scanning plate,
102 ... Retina, 104 ... Lens, 105 ... Head mounted display

Claims (18)

コアとクラッドとの接合体からなる光導波路において、光出射側又は/及び光入射側での前記コアの端部がレンズ形状となるように、露光処理を経てコア材がパターン化されていることを特徴とする光導波路。   In an optical waveguide composed of a joined body of a core and a clad, the core material is patterned through an exposure process so that the end of the core on the light emitting side and / or the light incident side has a lens shape. An optical waveguide characterized by 前記コア材の非露光部が溶解除去されて、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項1に記載した光導波路。   2. The optical waveguide according to claim 1, wherein a core having the lens shape having a convex surface or a concave surface at an end portion is formed by dissolving and removing a non-exposed portion of the core material. 前記コア材の非露光部が、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアとなり、その露光部がクラッドとなっている、請求項1に記載した光導波路。   2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the non-exposed portion of the core material is a core having the lens shape having a convex surface or a concave surface at an end portion, and the exposed portion is a clad. 露光及び現像処理によりコア形状にパターン化されたレジストマスクを用いて前記コア材がエッチングされて、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項1に記載した光導波路。   The core material is etched by using a resist mask patterned into a core shape by exposure and development processing, thereby forming a core having the convex lens shape or the concave lens shape at an end. Optical waveguide. 下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項1に記載した光導波路。   The optical waveguide according to claim 1, wherein a core having an end portion having the lens shape formed of a convex surface or a concave surface is formed on a lower clad. 前記コア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドが形成されている、請求項5に記載した光導波路。   The optical waveguide according to claim 5, wherein an upper clad is formed from the core to the lower clad. 凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面が、実質的にクラッドからなる平坦面となっている、請求項1に記載した光導波路。   The optical waveguide according to claim 1, wherein an end surface of the joined body in which the lens shape including a convex surface or a concave surface exists is a flat surface substantially including a clad. 前記コア材が光硬化性樹脂からなる、請求項1に記載した光導波路。   The optical waveguide according to claim 1, wherein the core material is made of a photocurable resin. コアとクラッドとの接合体からなる光導波路の製造方法において、露光処理を経てコア材をパターニングして、光出射側又は/及び光入射側での前記コアの端部をレンズ形状に形成することを特徴とする、光導波路の製造方法。   In a method of manufacturing an optical waveguide comprising a joined body of a core and a clad, patterning a core material through an exposure process, and forming an end of the core on the light exit side and / or the light entrance side into a lens shape A method of manufacturing an optical waveguide, characterized by: 前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を溶解除去して、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、請求項9に記載した光導波路の製造方法。   The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 9, wherein the core material is exposed to a predetermined pattern, and the non-exposed portion is dissolved and removed to form a core having the convex or concave lens shape at the end. 前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアとし、その露光部をクラッドとして残す、請求項9に記載した光導波路の製造方法。 The optical waveguide manufacturing method according to claim 9, wherein the core material is exposed in a predetermined pattern, the non-exposed portion is a core having the convex or concave surface at the end, and the exposed portion is left as a clad. Method. 露光及び現像処理によりレジストをコア形状にパターン化し、得られたレジストマスクを用いて前記コア材を所定パターンに溶解又はエッチングして、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、請求項9に記載して光導波路の製造方法。   The resist is patterned into a core shape by exposure and development processing, and the core material is dissolved or etched into a predetermined pattern using the obtained resist mask to form a core having the lens shape consisting of a convex surface or a concave surface at the end. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 9. 下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、製造方法9に記載した光導波路の製造方法。   The manufacturing method of the optical waveguide as described in the manufacturing method 9 which forms the core which has the said lens shape which consists of a convex surface or a concave surface in a lower layer clad. 前記コア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドを形成する、請求項13に記載した光導波路の製造方法。   The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 13, wherein an upper clad is formed from the core to the lower clad. 凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面を、実質的にクラッドからなる平坦面に形成する、請求項9に記載した光導波路の製造方法。   The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 9, wherein an end surface of the joined body having the lens shape formed of a convex surface or a concave surface is formed on a flat surface substantially formed of a clad. 前記コア材として光硬化性樹脂を用いる、請求項9に記載した光導波路の製造方法。   The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 9, wherein a photocurable resin is used as the core material. 請求項1〜8のいずれか1項に記載した光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置。   An optical information processing apparatus comprising: the optical waveguide according to any one of claims 1 to 8; an incident means for inputting signal light into the optical waveguide; and a light receiving means for receiving light emitted from the optical waveguide. 前記出射光が走査手段で走査されて投影されるディスプレイとして構成した、請求項17に記載した光情報処理装置。


The optical information processing apparatus according to claim 17, configured as a display on which the emitted light is projected by being scanned by a scanning unit.


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WO2020196489A1 (en) * 2019-03-28 2020-10-01 Tdk株式会社 Integrated optical device

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