JP2005148468A - 光導波路、光源モジュール及び光情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の入射光を効率良く光出射側に伝搬して出射し、不所望の入射光の伝搬を防止することのできる光導波路、この光導波路を用いた光源モジュール及び光情報処理装置を提供すること。
【解決手段】基板1、コア層6、クラッド層2及び5との接合体からなり、コア層6への入射光をその光出射側へ導くように構成され、クラッド層2及び5への入射光を光出射側に伝搬するのを防止するための金属層4が、クラッド層2及び5の光透過断面を遮蔽するパターンに形成されている、光導波路160。
【選択図】 図1
【解決手段】基板1、コア層6、クラッド層2及び5との接合体からなり、コア層6への入射光をその光出射側へ導くように構成され、クラッド層2及び5への入射光を光出射側に伝搬するのを防止するための金属層4が、クラッド層2及び5の光透過断面を遮蔽するパターンに形成されている、光導波路160。
【選択図】 図1
Description
本発明は、コア層とクラッド層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ディスプレイ等の光情報処理装置に関するものである。
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を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の発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
こうした問題を解決する光配線(光インターコネクッション)が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能であり、例えば、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ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。
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デイ画面で楽しめるヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display)の開発が成されており、サングラスのように掛けるだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるパーソナルなディスプレイがある(米国特許第5,467,104号公報参照)。
このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色、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種のLED光を光導波路に通して合波し、均一な白色光を作り出す技術が知られている(日経エレクトロニクス2003.3.31号,p127)。
また、図39に示すような構造の光導波路183も知られている(後述の特許文献1参照)。
この光導波路183は、図39(A)及び(B)に示すように、半導体基板又は誘電体基板からなる所定厚さのInP基板101上に、例えば、厚さ0.5μmのInPからなるクラッド層102が形成され、この上に、入射面127側での幅が50μm、出射面135側の幅が2μmであって直線状傾斜面155を有するInGaAsからなるコア層106が形成されている。
そして、クラッド層102及びコア層106を覆うようにして、例えば、厚さ1μmのInPからなるクラッド層105が形成され、光導波路183が構成されている。
そして、図39(C)に示すように、この光導波路183のクラッド層102上の入射側に、例えば、光源としてのレーザ169(何色でもよい)を配置し、このレーザ169から発する光ビームを入射面127からコア層106内に入射すると、光ビームは極太線で表すように、コア層106の幅の変化に伴ってその広がりが狭くなるように変化して集光した後に、出射面135から外部に出射する。
また、別の従来例として、図40に示すような構造の光導波路184も知られている(後述の特許文献2参照)。
この例においては、光導波路184は、光が伝わるコア層106及びクラッド層143を有し2層構造となっていて、凹部を有するほぼ四角形のクラッド層143の上面に設けられた凹部に、四角形のコア層106が充填されている。このクラッド層143はコア層106を保持する基板としての役割をかねており、更に、コア層106内を伝わる波長の光を吸収するための光吸収剤122及び/又は光散乱遮断剤等を含んでいる。
また、別の従来例として、図41に示すような構造の光導波路184も知られている(後述の特許文献3参照)。
この例においては、光導波路モジュールパッケージ151内に搭載された基板142と、この基板142上に所定の形状に形成されたクラッド層143、及びコア層106からなる光導波路185と、基板142上の所定位置に実装されたLED141と、基板142上に形成された光ファイバ搭載部150と、基板142に形成された波長多重フィルタ148と、この波長多重フィルタ148の後方に配置されたフォトダイオード実装用キャリア147とからなり、このフォトダイオード実装用キャリア147はフォトダイオード素子146を具備し、波長多重フィルタ148は蒸着された金属膜149とこのフィルタ148のほぼ中央にピンホール145とを具備する。
この構造の光導波路185によれば、LED141からの光は、一部がLED用の光導波路185に入射して光導波路185内を伝搬する。そしてこの光導波路185内を伝搬した光は、波長多重フィルタ148で全反射され、光ファイバ用の光導波路185から光ファイバの伝送路(図示せず)に入射して伝搬する。
また、光ファイバ140の伝送路からの光は光ファイバ140から光ファイバ用の光導波路185に入射し、波長多重フィルタ148のピンホール145を透過した後にフォトダイオード素子146で受光される。
しかし、例えば、図39に示した従来例では、光源としてレーザ169の替わりにLED(発光ダイオード)を用いた場合に、LEDの光はレーザ光と違って拡散する傾向があるために、光源からの発光光がコア層106のみならずクラッド層102及び105等にも入射してこれらの内部を伝搬した後に、コア層106の出射面135側のそれぞれのクラッド層の断面から入射光が出射してしまう。
そのために、コア層106からの出射光にクラッド層102及び105からの出射光が混合してコア層106からの明瞭な出射光を視認することが難しいために、点光源としてのビーム径が広がって、ディスプレイ用の光通信用又はディスプレイ用としては不適となってしまう。
また、図40に示した従来例では、クラッド層143の全体に光吸収剤122等を添加するが、コア層106内に入射した入射光がクラッド層143との界面において反射しながらコア層106内を伝搬する際に、光伝播損失が悪化する恐れがある。
加えて、炭素粉等をクラッド層143内に混ぜた場合には、この光吸収剤122等がクラッド層143内で均一に分布しにくいために、コア層106とクラッド層143との界面において屈折率がそれぞれ異なる領域が生じてしまい、その混合の不均一性により、導波路184の伝播損失などが局所的に変化する懸念もある。
また、図41に示した従来例では、このような送信光及び受信光の波長を変えて送受信を同じに動作させるモジュール151において、フォトダイオード素子146にLED141からの入射光が回り込んだ場合に、光ファイバ140の光に対して雑音となるために、モジュールの受信特性の劣化が生じる。
また、LED141からの発光光の光導波路185への入射効率は最大50%程度であり、光導波路185に入射しない残りのLED141からの発光光は、空気中又は光導波路185に隣接するクラッド層143内を迷光となって伝播していく。
この迷光が、波長多重フィルタ148を透過してフォトダイオード素子146に入射して受信特性に劣化が生じるのを防止するために、波長多重フィルタ148にピンホール145を設ける。
しかし、このピンホール145を設けた波長多重フィルタ148を光導波路185の光出射側端面に設置して、クラッド層143内の伝播光(迷光)を除去しようとしても、ピンホール145とコア層106の出射面との位置合わせが困難で手間が掛かるために位置ずれが生じ易くなり、受信特性を劣化させる原因となると共に、この波長多重フィルタ148を用いるモジュール151の生産性が低下してしまう。
また、波長多重フィルタ148は迷光の主成分であるLED141からの発光波長を遮断するが、大きい角度で入射する迷光成分を完全に遮断することはできない。そのために波長多重フィルタ148の光入射側に例えばCrO等からなる光反射性及び光吸収性を有する金属膜149を設けることができるが、作製工程の増加につながってしまう。
また、光導波路185、クラッド層143及び基板142内に掛けて、光伝搬方向と交差する方向に所定幅の溝を設け、波長多重フィルタ148と同様の構造のピンホールを有する金属板を差し込むことにより、波長多重フィルタ148と同様の効果を期待できるが、光導波路185を分断することになりコア層106の光伝搬性能を低下させることになってしまう。
本発明は、上記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、所望の入射光を効率良く光出射側に伝搬して出射し、不所望の入射光の伝搬を防止することのできる光導波路、この光導波路を用いた光源モジュール及び光情報処理装置を提供することにある。
即ち、本発明は、コア層とクラッド層との接合体からなり、前記コア層への入射光をその光出射側へ導くように構成された光導波路において、前記クラッド層への入射光を光出射側に伝搬するのを防止するための光伝搬防止手段が、前記クラッド層の光透過断面を遮蔽するパターンに形成されていることを特徴とする光導波路に係り、及びこの光導波路とこの光導波路に光を入射する光源とを有する光源モジュール、更にこの光導波路からの出射光を受光する受光手段を有する光情報処理装置も提供するものである。
本発明による光導波路は、前記クラッド層への入射光を光出射側に伝搬するための光伝搬防止手段が、前記クラッド層の光透過断面を遮蔽するパターンに形成されているために、前記光伝搬防止手段によって前記クラッド層への種々の角度からの入射光の伝播が防止され、前記コア層に入射する入射光のみが光出射側へ伝搬することができ、前記コア層からの出射光に前記クラッド層からの出射光が生じないので、前記コア層から所望のサイズ及び光量の明瞭な出射光を出射することができる。
また、上記の光導波路に、この光導波路に信号光を入射する光源と、前記光導波路からの出射光を受光する受光手段とを設けることにより、所望のスポットサイズの出射光を用いて光情報処理装置を構成することができる。
本発明においては、前記クラッド層内に入射した入射光を前記クラッド層の光出射側に伝搬させないために、前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層の幅方向及び厚さ方向における対向辺間又は対角線上で貫通して延びていてよい。
更に、前記クラッド層内に入射した入射光を前記クラッド層の光出射側に伝搬させないために、前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層の幅方向及び厚さ方向における対向辺間又は対角線上で部分的に設けられていてよい。
更に、前記クラッド層内に入射した入射光を前記クラッド層の光出射側に伝搬させないために、部分的に設けられた前記光伝搬防止手段が、前記対向辺又は前記対角の双方からそれぞれ延びる第1の連続層と、前記対向辺より内側の領域に設けられた第2の連続層とからなり、前記第1及び第2の連続層が、光伝搬方向に対して相互に重複するように配置されていてよい。
また、前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層に埋め込まれていて前記コア層との界面に実際的に存在していないのが望ましい。
また、光出射用の前記コア層からの出射光の色バランスを保つために、異なる光強度を有する複数の前記光源に応じて光入射用の前記コア層が複数個設けられ、かつ、これらのコア層が光出射側で合流して各入射光が均一に合波されるように構成されるのが望ましい。
また、前記クラッド層内に入射した入射光を前記クラッド層の光出射側に伝搬させないために、前記光伝搬防止手段が、前記複数のコア層の合流点よりも少なくとも光出射側に設けられているのが望ましい。
また、前記コア層の形状保持のために支持体としての前記クラッド層上に前記コア層が形成され、前記コア層の保護のために前記コア層上に別のクラッド層が形成されてもよい。
また、前記別のクラッド層内に入射した入射光を前記別のクラッド層の光出射側に伝搬させないために、前記別のクラッド層にも、上記の光伝搬防止手段が設けられているのが望ましい。
また、前記クラッド層内に入射した入射光を前記クラッド層の光出射側に伝搬させないために、前記光伝搬防止手段が、光吸収性及び/又は光反射性を有する金属又は半金属又は半導体からなっているのが望ましい。
また、上記の光導波路と、この光導波路に光を入射する光源とを組み合わせて光源モジュールとして使用することができる。
また、前記光導波路によって発光ダイオード又はレーザ光等の光源からの光を集光することができる。
また、前記コア層が光硬化性樹脂によって形成されるのがよい。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層にパターン化することが容易となり、またクラッド層の構成材料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以下の波長の可能可視光を90パーセント以上透過するものがよい。なお、コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。
また、上記の光導波路材料としては、例えば、オキセタン環を有するオキセタン化合物からなるオキセタン樹脂、又は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。
そして、本発明は、上記の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、上記の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、上記の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装置等に有効に用いることができる。
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
第1の実施の形態
本実施の形態による光導波路は、図1(A)の光導波路160の平面図のA―A’線断面図、図1(B)の平面図、及び、図1(C)の側面図に示すように、所定厚さ及び形状の基板1上に、クラッド層2、クラッド層5及びコア層6が順次所定厚さに積層形成されており、クラッド層2に設けられた溝部3及びクラッド層5に掛けて金属層4が2箇所設けられている。なお、上記の図1(A)は図1(B)の平面図のA―A’線断面図である。また、この光導波路はコア層6の上面及び側面が大気中に露出しているエアリッジ型の光導波路である。
本実施の形態による光導波路は、図1(A)の光導波路160の平面図のA―A’線断面図、図1(B)の平面図、及び、図1(C)の側面図に示すように、所定厚さ及び形状の基板1上に、クラッド層2、クラッド層5及びコア層6が順次所定厚さに積層形成されており、クラッド層2に設けられた溝部3及びクラッド層5に掛けて金属層4が2箇所設けられている。なお、上記の図1(A)は図1(B)の平面図のA―A’線断面図である。また、この光導波路はコア層6の上面及び側面が大気中に露出しているエアリッジ型の光導波路である。
そして、この金属層4は上方向に開口した断面略コの字形状であって幅が例えば数10μmであり、クラッド層2及びクラッド層5内における光伝搬を防止するための光伝搬防止手段として、光伝搬方向に対して直交する方向に2本並置されている。それぞれの金属層4は、クラッド層2からクラッド層5の片方の側面から他方の側面に掛けてかつクラッド層の厚さ方向全体に亘って、連続して形成されている(以下、同様)。また、コア層6は基板1等よりも光導波路160の幅方向で狭い形状である。
また、この構造においては、基板1上に屈折率のそれぞれ異なる高分子材料を順次積層し、パターニングされたコア層6と各クラッド層2及び5との積層体が形成される。コア層6の屈折率は各クラッド層2及び5の屈折率よりも大きいものとする。
次に、図2(A)の光導波路160のA―A’線断面図及び図2(B)の平面図に示すように、コア層6、クラッド層2及びクラッド層5の入射面側に光源となるLED12が設けられている。なお、上記の図2(A)は図2(B)の平面図のA―A’線断面図である。
そして、このLED12からの発光光の内コア層6の入射面27からコア層6内に入射した入射光は、コア層6の屈折率が大気及びクラッド層5の屈折率よりも大きいために、コア層6と大気との界面及びコア層6とクラッド層5との界面において反射しコア層6の出射面35から出射光として出射する。なお、本実施の形態ではコア層6が一箇所しかないが、実際には本実施の形態はディスプレイに適用するので3箇所設けられているものとし、他の2箇所は図示省略する。
本実施の形態によれば、LED12からクラッド層2及びクラッド層5に入射する様々な角度からの入射光は、このクラッド層2及びクラッド層5にその光通過断面を遮蔽する如くに埋設された(以下、同様)金属層4に吸収され、また衝突した後に反射し、それ以上はクラッド層2及びクラッド層5の光出射側に伝搬しないために、コア層6に入射する入射光のみが光出射側へ伝搬することができ、コア層6から明瞭な出射光を出射することができる。
また、コア層6とクラッド層5との界面において、クラッド層2及び5に埋設された金属層4とコア層6との接触が少ないために、この界面における光反射性が変化しにくくて比較的均一となり、コア層6に入射した入射光の光伝播性を保持することができる。
次に、図3〜図4の断面図及び図5〜図8の平面図に示すように、上記の光導波路160の作製工程を図1のA−A’線断面で説明する。
まず、図3(a)及び図5(a)に示す例えばシリコンやガラスからなる所定厚さの基板1上に、図3(b)及び図5(b)に示すように、有機材料からなるクラッド材料2aを硬化後の厚さが例えば30μm程度となるように塗布し、クラッド材料2aの層を形成する。
このクラッド材料2aの材質として、光硬化性樹脂が好ましく、例えば、オキセタン樹脂、ポリシラン及びカチオン重合開始前からなる光硬化性樹脂組成物を用い、これを塗布後に加熱処理する。次に、クラッド材料2aに対して、例えば、超高圧水銀ランプを用いて、紫外線UVを全面的に照射することにより、有機材料からなるクラッド材料2aを硬化させて屈折率が1.51程度のクラッド層2を形成する。なお、クラッド材料2aを完全に硬化させると、屈折率は例えば0.025程度大きくなる。
次に、図3(c)及び図6(c)に示すように、クラッド層2の所定個所に所定幅の溝部3を、基板1の上面が露出するまでパターニングプロセス、ドライエッチング又はダイサー加工等により加工し形成する。この溝部3は光伝搬方向に対して直行する方向にクラッド層2の片方の側面から他方の側面に掛けて連続して形成する。また、溝部3の溝幅は溝形成を容易に行うために数10μm程度とする。
次に、図3(d)及び図6(d)に示すように、クラッド層2の露出面、基板1の露出面及び溝部3内壁に、光伝搬を防止する所定厚さの金属材料4a又は半導体材料等をフォトレジスト等の形成手段によって形成する。
次に、図3(e)及び図7(e)に示すように、上記の工程で形成された金属材料4aをスパッタリング等の加工手段で所定形状に加工する。その結果、この金属層4は上方向に開口した略コの字形状となり、クラッド層2内における光伝搬を防止するために、光伝搬方向に対して直行する方向にクラッド層2の片方の側面から他方の側面に掛けて連続して形成される。
なお、金属層4の上部はクラッド層2上に残留するがこの部分は研削して除去することにより、クラッド層5とコア層6との界面に接する金属層4の面積を減少させて界面の屈折率を均一化できるために、光反射性を保つことができてコア層6内の光伝搬性能を維持することができる。
ここで、クラッド層2及びクラッド層5内における光伝搬を防止するための金属層4の構成材料としては、例えば、Al、Ti、Au、Pt、Ni及びCu等のメタル材料、又はSi等の半導体材料等の光吸収性又は光反射性材料を用いることができる。また、クラッド層2及びクラッド層5内に、金属層4を少なくとも1箇所に設ければ十分に光伝搬防止効果を発揮することができるが、複数個所に設けてもよい。
次に、図4(f)及び図7(f)に示すように、クラッド層2上に残留する金属層4の頂部の高さまで、クラッド材料をクラッド層2の上面及び金属層4の内部等に被着させて埋め込みクラッド層5を形成する。この形成されたクラッド層5により金属層4の頂部の高さで表面を平坦化することができる。
このクラッド層5の材質についてはクラッド層2と同じものでもよいが、コア層6における光伝搬性を保持するためには、コア層6の材質との屈折率の差が大きい材質であるのが望ましい。また、金属層4の上方開口の幅が狭ければ金属材料を充填してもよい。
次に、図4(g)及び図8(g)に示すように、基板1等よりも狭い幅でストライプ形状であるコア層6を、平坦化されたクラッド層5上の光導波路160の中央部に形成する。このコア層6は、クラッド層5上に、例えば、上記と同様の光硬化性樹脂組成物からなるコア材料を所定厚さに塗布してコア材料の層を形成した後に、これをパターニングプロセスによって所定の形状にパターニングし形成する。
また、このコア層6の形成方法としては、例えば、上記したコア層パターンに相当する開口を有するフォトマスクを介してコア材料に対し紫外線を選択的に照射する。これにより、フォトマスクの開口に対応する部分では、コア材料が硬化してコア層6を上記したパターンに形成する。次に、紫外線が照射されなかった未硬化状態のコア材料を溶解除去する。これにより、屈折率が1.56程度のコア層6を形成することもできる。
こうした作製工程によって、クラッド層2及び5上にコア層6を形成することができ、光導波路160を作製することができる。
次に、図9について、光導波路161への光入射及び光導波状況等を説明する。
図9に示す光導波路161は光導波路160の構造を流用しており、一部が曲線状傾斜面57からなる3種類のコア部分26a、26b及び26cにコア層を分け、これらの光入射面27a、27b及び27c側にそれぞれ光源である9R、9G及び9Bを配置し、光出射面35の前位にてコア部分26a及び26cをそれぞれコア部分26bに合流させ、共通コア部分28を通して出射面35に光を導いて出射する構造である。
各コア層26a、26b及び26cの各光入射面27a、27b及び27cは同一面に存在し、コア部分26aは直線状であり、コア部分26b及び26cには曲線状傾斜面57が設けられている。
加えて、各光入射面27a、27b及び27cと共通コア部分28との間に金属層24aが設けられ、共通コア部分28においては金属層24bが設けられている。この金属層24a及び金属層24bの構造や配置等は上記の金属層4同様であり、図9及び後述の図10においては簡略化して示している。ここで、金属層24aについては必ずしも設けることを要しない。
このように、各光入射面27a、27b及び27cと共通コア部分28との間に金属層24aが設けられていることにより、各光入射面27a、27b及び27c側のクラッド層5に入射した入射光の光伝搬を防止することができ、各コア層26a、26b及び26cを伝搬する光のみを共通コア部分28に向かって伝播することができる。
更に、共通コア部分28と出射面35との間に金属層24bが設けられていることにより、各コア層26a、26b、26c及び共通コア部分28等からクラッド層5に漏れた光があってもその光伝搬を防止することができ、各コア層26a、26b及び26cの合成波のみを出射面35から出射することができる。
次に、図10について、光導波路162への光入射及び光導波状況等を説明する。
図10に示す光導波路162は光導波路161の構造を流用しており、一部が曲線状傾斜面57からなる3種類のコア部分26a、26b及び26cにコア層を分け、これらの光入射面27a、27b及び27c側にそれぞれ光源である3色のLED9R、9G及び9Bを配置し、光出射面35の前位にて、まずコア部分26cをコア部分26bに合流させて共通コア部分38とし、更に、この共通コア部分38にコア部分26a合流させて共通コア部分28とし、この共通コア部分28を通して出射面35に光を導いて出射する構造である。
加えて、コア部分26b及び26cの各光入射面27b及び27cは同一面に存在し、コア部分27aの光入射面27aは、各光入射面27b及び27cの存在する面にとは別の面に存在する。更に、コア部分26bは直線状であるがコア部分26a及び26cには曲線状傾斜面57が設けられ、その傾斜角度はコア部分26cよりもコア部分26aが急峻である。
加えて、各光入射面27b及び27cと共通コア部分38との間に金属層24aが設けられ、共通コア部分38のクラッド層5に金属層24bが設けられ、コア部分27aの光入射面27a及び光入射面27aと共通コア部分28との合流点の間に金属層24cが設けられ、この合流点と出射面35との間に金属層24dが設けられている。
このように、各光入射面27b及び27cと共通コア部分38との間に金属層24aが設けられていることにより、各光入射面27b及び27c側からクラッド層5に入射した入射光の光伝搬を防止することができ、各コア部分26b及び26cを伝搬する光のみを共通コア部分38に向かって伝播することができる。
加えて、コア部分26bと26cとの合流点から後位の共通コア部分38に金属層24bが設けられていることにより、この共通コア部分38からクラッド層5に漏れた光があってもその光伝搬を防止することができ、各コア部分26b及び26cの合成光のみを伝搬することができる。
加えて、光入射面27a及び光入射面27aと共通コア部分28との合流点の間に金属層24cが設けられていることにより、光入射面27a側からクラッド層5に入射した入射光の光伝搬を防止することができ、コア部分26aを伝搬する光のみを共通コア部分28に向かって伝播することができる。
加えて、コア部分26aと共通コア部分38との合流点から後位の共通コア部分28に金属層24dが設けられていることにより、この共通コア部分28からクラッド層5に漏れた光があってもその光伝搬を防止することができ、各コア部分26a、26b及び26cの合成波のみを出射面35から出射することができる。
ここで、光源である9R、9G及び9Bはそれぞれ光強度が異なり、緑色、青色及び赤色の順に光強度が強くなる、そのためにそれぞれの光源の光をそのままコア層6に入射すると赤みがかった光が合成されてしまう。そこで、図10に示すように、各コア部分26a、26b及び26cの配置を工夫し、かつコア部分26a及び26cのそれぞれの曲線状傾斜面57を異ならせることにより、共通コア部分28に伝搬するそれぞれの入射光量を均一化し、光強度のバランスの取れた出射光を合成することができる。
第2の実施の形態
本実施の形態による光導波路は、図11〜図12に示すように、上記の光導波路160と同様の構造の光導波路において、その端部を例えば傾斜角45°で除去して傾斜面25を設け、かつ基板37が光透過性を有する材質からなる光導波路163である以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態による光導波路は、図11〜図12に示すように、上記の光導波路160と同様の構造の光導波路において、その端部を例えば傾斜角45°で除去して傾斜面25を設け、かつ基板37が光透過性を有する材質からなる光導波路163である以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
この光導波路163の構造については、図11(A)のA―A’線断面図、図11(B)の平面図及び図12に示すように、光導波路160と同じ構造の光導波路の端部を傾斜角45°で除去してミラー状の傾斜面25を設け、基板37を光透過性の高い材質にし、傾斜面25直下の基板37の下側にLED12を設けている。そして傾斜面25には、各クラッド層2、クラッド層5及びコア層6の一部が露出している。図11(A)は図11(B)のA―A’線断面図である。
次に、このLED12からの発光光は基板37を透過して傾斜面25に対して斜め45°で入射してミラー効果で反射した後に、各クラッド層2、クラッド層5及びコア層6内に入射する。
このLED12からの発光光の内、コア層6内に入射した入射光は、コア層6の屈折率が大気及びクラッド層5の屈折率よりも大きいために、コア層6と大気との界面及びコア層6とクラッド層5との界面において反射してコア層6を通してコア層6の出射面から出射光として出射する。
他方、LED12からクラッド層2及びクラッド層5に入射した入射光は、このクラッド層2及びクラッド層5に埋設された金属層4に衝突した後に吸収、反射するために、それ以上はクラッド層2及びクラッド層5の光出射側に伝搬することはない。
また、本実施の形態によれば、LED12を光導波路153への光入射面の大きい側に配置してコア層6に発光光を効率良く入射させることができ、LED12等の光源の配置自由度を高めることができる。
また、各クラッド層2、クラッド層5及びコア層6の端面が傾斜面となり垂直面であるよりも面積がそれぞれ広くなったために、光源から入射する光量がそれぞれ増加し、コア層6を伝播する光量を増加させると共に、クラッド層2及びクラッド層5内に入射する光の伝搬防止を行うことができる。
次に、図12に示すように、光導波路163の作製工程を説明する。
まず、図12(a)に示すように、上記の光導波路150と同じ構造の光導波路を作製する。次に、光導波路のコア層6、クラッド層5、クラッド層2及び基板1を順次上方からダイサーカットすることによって、45°のミラー状態となる傾斜面25を形成する。
次に、図12(b)に示すように、傾斜面25の形成された光導波路から基板1を剥離する。
次に、図12(c)に示すように、基板1の設けられていた位置に光透過性を有する別の基板37を設けることにより、本実施の形態の光導波路163は完成する。
ここで、ダイサーカットは、必要ならば45°ミラー加工だけでなく他の角度に形成してもよい。
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。
第3の実施の形態
本実施の形態では、図13に示すように、本実施の形態における光導波路が、コア層6の幅方向の形状が入射面側から出射面側に向かって光進行方向に沿って幅が直線的に狭くなる、直線状傾斜面56を有する台形状をなしている光導波路164である以外は、上述の第1の実施の形態を同様である。
本実施の形態では、図13に示すように、本実施の形態における光導波路が、コア層6の幅方向の形状が入射面側から出射面側に向かって光進行方向に沿って幅が直線的に狭くなる、直線状傾斜面56を有する台形状をなしている光導波路164である以外は、上述の第1の実施の形態を同様である。
本実施の形態については、図14を参照しつつ、光導波路164への光入射と光導波状況を説明する。なおコア層6の光入射面側の幅は光導波路154の各側面まで到達するように拡大されているものとする。
図14(a)は、光導波路164のうち、例えばコア層6について各LED9R、9G、9Bからの光を同時に入射面27から入射し、出射面35から出射する状態を示している。この時に、入射面27の幅をA(μm)、出射面35の幅をB(μm)、及び入射面27から出射面35までの距離をd(mm)とする。そして、コア層6の幅を直線状傾斜面56によって光入射面27から光出射面35へと直線的に小さくしている。この直線状傾斜面56によってコア層6とクラッド層5との界面での全反射が向上し、コア層6内での光導波を効率良く行える。
図14(b)には、入射面27から出射面35までの長さd(mm)と光損失(dB)との相関特性を示す。これによれば、出射面35の幅Bを50μmに固定し、光導波路164の許容光損失をグラフ中に破線で示す2dB以下と設定した場合に、入射面の幅Aを200μmとした条件aでは、光損失が2dB以下になるには、入射面27から出射面35までの長さdの下限は約0.7mmとなり、また、入射面27の幅Aを300μmとした条件bでは、光損失が2dB以下になるには、入射面27から出射面35までの長さdの下限は約1.5mmとなる。同様に、入射面27の幅Aを条件c、d、eのように広げていくと、光損失が2dB以下になるには、入射面27から出射面35までの長さdの下限は約3.0mm、約6.8mm、約15.0mmと大きくなる傾向がある。
この結果から、出射面35の幅Bを一定にしたとき、入射面27の幅Aを狭くして直線状傾斜面56の傾斜角を小さくすれば、光損失を2dB以下に抑え、かつ、入射面27から出射面35までの長さdを比較的短くすることができる。従って、直線状傾斜面56による光導波効率を確実に向上させるには、上記の幅Aを規定することが望ましいことが分る。
これに対し、図15(a)に示す光導波路165では、それぞれが曲線状傾斜面16からなる3種類のコア部分26a、26b及び26cにコア層を分け、これらの光入射面27a、27b及び27c側にそれぞれ光源である9R、9G及び9Bを配置し、光出射面135の前位にてコア部分26a及び26cをそれぞれコア部分26bに合流させ、共通コア部分15を通して出射面135に光を導びいて出射する構造としている。ここで、出射面135の幅を50μmと固定し、隣接するコア部分間のピッチをP(μm)、及び入射面27a、27b及び27cから出射面135までの距離をd(mm)とすると、光入射面27a、27b及び27cから出射面までの長さd(mm)と、光損失(dB)との相関特性は図15(b)のようになる。
これによれば、光導波路165の許容光損失を破線で示す2dB以下と設定した場合に、隣接するコア部分間のピッチPを200μmとする条件aでは、入射面27a、27b及び27cから出射面135までの長さdは約6mm以上必要であり、同様に隣接するコア部分間ピッチPを400μm、600μmとすれば、入射面27a、27b及び27cから出射面135までの長さdは約20mm以上、約60mm以上必要となる。
この結果から、隣接するコア部分間のピッチPを狭くしてコア部分26a及び26cの曲線状傾斜面16の傾斜角を緩やかにしても、光損失を2dB以下に抑えるには上記の長さdを約6mm以上と大きくする必要がある。これは、コア部分26a及び26cの曲線状傾斜面16の傾斜角がなおも急であるためにそこでのコア層6からクラッド層5への光漏出を十分に抑制できないため、上記の長さdを大きくしないと、曲線状傾斜面16の傾斜面を緩やかにして上記の光漏出を減らすことができないからである。
これに対し、図14に示した光導波路164の場合、コア層6の傾斜面56を直線状としているため、その傾斜角(即ち、入射面27の幅A)をコントロールしさえすれば、コア層6とクラッド層5との界面での全反射が増え、コア層6内での光導波効率が向上し、かつ光導波路長dも小さくすることができる。なお、図15の光導波路165では、光入射面が狭いため、各光源を対応する入射面に配置する自由度が小さく、かつ光入射量のロスも大きいが、図14の光導波路154では、各光源に共通の入射面27を幅Aに亘って形成しているので、光源の配置を容易に行え、入射光量も増加する。
次に、上述の図11に示したような光導波路163の構造においては、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、光導波路163の光出射面35から出射する出射光は所望のスポットサイズ及び十分な光量の信号光として、次段の例えばスクリーンに投影され、フルカラーの画像の再生が可能なディスプレイを得ることができる。
図16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)20に適用した例を示すものであって、図11に示した光導波路163を単位画素相当として、紙面垂直方向に多数個ライン状に配し、赤色光源9R、緑色光源9G及び青色光源9Bからの各色の光を各単位画素毎に合波し、光導波路163からのビーム径の絞られた出射光190を走査板(scanned image plane)21に通した後、この走査板21と光学的に共役関係にある人間の眼球18の網膜17上に光学レンズ19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1ライン分、網膜17上に形成されるが、これは走査板21によって網膜17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。
なお、このヘッドマウントディスプレイ20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。
次に、図17に示すように、上述のヘッドマウントディスプレイ20を使用したサングラス状のディスプレイ観察用のメガネ48について説明する。
左蔓部50a、右蔓部50b、左レンズ部49a及び右レンズ部49bからなるメガネ48においては、左レンズ部49aの左下部にヘッドマウントディスプレイ20が設けられ、右レンズ部49bの右下部にヘッドマウントディスプレイ20が設けられている。
このメガネ48においては、各レンズ部に設けられた各ヘッドマウントディスプレイ20からの入射光を左眼及び右眼で画像として観察する構造であるために、左レンズ部49a及び右レンズ部49bに光透過性は必要ないが、左レンズ部49a及び右レンズ部49bに光透過性を付与することにより、各ヘッドマウントディスプレイ20からの光入射による画像のみならず、左レンズ部49a及び右レンズ部49bを介して眼前の光を入射させて観察することができる。
また、左レンズ部49a及び右レンズ部49bの周囲にフードを設けて外光を遮断することにより、各ヘッドマウントディスプレイ20からの入射光をより鮮明な画像として観察することができる。
次に、図18に示すように、ヘッドマウントディスプレイ20の構成については、赤色光源9R、緑色光源9G及び青色光源9Bからなり基板47の凹部に設けられたLED12からの各色の光が、光導波路163の45°ミラー状態の傾斜面25を有するコア層6に入射して光伝搬し、出射光として出射面44から出射し、走査用の光反射板40の光反射面41に衝突反射した後に、この光反射板40と光学的に共役関係にある人間の眼42の網膜上に入射するように、光学レンズ等によって焦点(スポット)を結ばせるようにしている。
なお、赤色光源9R、緑色光源9G及び青色光源9BからなるLED12の光については、コア層6への入射前に合波するものとして図示を簡略化している。また、上述の光導波路163においてはLEDからの発光光は基板37を透過した後にコア層6に入射する構造であるが、本例では、基板等を介することなく直接コア層6に入射する構造である。
次に、図19〜図21に示すように、光導波路160のコア層6をクラッド層13で覆った例を各断面図の参照下に幾つか説明する。以下の各例においては、上述の第1の実施の形態と同様の作用効果を期待できるものとする。
まず、図19(A)の光導波路164のA−A’線断面図及び図19(B)の背面図に示すように、光導波路160のコア層6の上面及び側面をクラッド材料で覆うことにより、クラッド層13を形成して光導波路164とする。図19(A)は図19(B)のA−A’線の断面図である。
これにより、コア層6を外部からの衝撃等から保護して形状を保持し易くすることができる。
次に、図20(A)の光導波路165の断面図に示すように、大気中に露出しているコア層6の上面及び側面をクラッド材料で覆うことにより、クラッド層13を形成し、クラッド層2及び5内に形成された金属層4と同形の金属層14をクラッド層13内の同様の位置に2箇所設置する。そして、この金属層14は上方向に開口した略コの字形状であり、クラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止するために、光伝搬方向に対して直交する方向に形成されている。
本例によれば、コア層6を外部からの衝撃等から保護して形状を保持し易くすることができると共に、クラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止することができる。
次に、図20(B)の光導波路166の断面図に示すように、大気中に露出しているコア層6の上面及び側面をクラッド材料で覆うことにより、クラッド層13を形成し、クラッド層2及び5内に形成された金属層4と同形の金属層14をクラッド層13内の同様の位置に2箇所設置する。そして、この金属層14は下方向に開口した略コの字形状であり、クラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止するために、光伝搬方向に対して直交する方向に形成されている。
これにより、コア層6を外部からの衝撃等から保護して形状を保持し易くすることができ、クラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止することができると共に、コア層6とクラッド層13との界面における金属層14の接触領域が狭くすることによって、界面における屈折率を安定させてコア層6内を伝搬する光をより効率良く伝搬することができる。
次に、図21(C)の光導波路167の断面図に示すように、大気中に露出しているコア層6の上面及び側面をクラッド材料で覆うことにより、クラッド層13を形成し、このクラッド層13内にクラッド層2及び5内に形成された金属層4と同様の位置に板状の金属層14を2箇所設置する。そして、この金属層14はクラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止するために、光伝搬方向に対して直交する方向に形成されている。
本例によれば、コア層6を外部からの衝撃等から保護して形状を保持し易くすることができ、クラッド層13内にLED12から入射する入射光の光伝搬を防止することができる。また、コア層6とクラッド層13との界面における金属層4の接触領域をより狭くすることができるために、この界面における屈折率が安定してコア層6内を伝搬する光をより効率良く伝搬することができる。また、金属層14が板形状で比較的単純な形状であるために比較的容易に形成することができる。
各種の変形例
次に、図22〜図24に示すように、光導波路160の変形例を各平面図の参照下に幾つか説明する。
次に、図22〜図24に示すように、光導波路160の変形例を各平面図の参照下に幾つか説明する。
まず、図22(A)に示すように、光導波路168においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、コア層6の幅方向の形状が入射面側から出射面側に向かって光伝搬方向に沿って幅が直線的に狭くなる直線状傾斜面56を有する台形状をなしている。
そして、クラッド層5及びクラッド層2内に、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面まで上記の金属層4と同じ構造の金属層24aが光伝搬方向とは直交して設けられている。なお、以下の図においては各金属層の表示は簡略化して表示する。
本例によれば、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層24aによって伝搬を防止されて、クラッド層5及びクラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
次に、図22(B)に示すように、光導波路169においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、クラッド層5及びクラッド層2において、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から中央部に向かって、光伝搬方向に直交して延びる第1の連続層の一部である金属層24bと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面及び右側面より内側で、光伝搬方向に対して直交して延びる第2の連続層である金属層24cと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する右側面から中央部に向かって、光伝搬方向に直交して延びる第1の連続層の一部である金属層24bとが形成されている。なお、左側面と右側面とは対向辺である。また、第1の連続層は金属層24b及び24dからなる。
そして、光入射面側から最初に金属層24bが配置され、この金属層24bの後位に金属層24cが配置され、この金属層24cの後位に金属層24dが配置され、それぞれが光伝搬方向において相互に重複するような構造になっている。
本例によれば、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光は、相互に重複するように順次配置されている金属層24b、金属層24c及び金属層24dによって順次伝搬を防止され、クラッド層5及びクラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
図23(A)に示す例は、光導波路170においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、クラッド層5及びクラッド層2において、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から中央部に向かって、光伝搬方向に直交して延びる金属層24bと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する右側面から中央部に向かって、光伝搬方向に直交して延びる金属層24dと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面及び右側面より内側で、光伝搬方向に対して直交して延びる金属層24cと、が形成されている。
そして、光入射面側から最初に金属層24b及び金属層24dが同位で配置され、金属層24及びと金属層24dの後位に金属層24cが配置され、それぞれが光伝搬方向において相互に重複するような構造になっている。
本例によれば、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光は、相互に重複するように順次配置されている金属層24b、金属層24d及び金属層24cによって順次伝搬を防止され、クラッド層5及びクラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
次に、図23(B)に示すように、光導波路171においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、クラッド層5及びクラッド層2において、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面及び右側面より内側で、光伝搬方向に対して直交して延びる金属層24cと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から中央部に向かって光伝搬方向に直交して延びる金属層24bと、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する右側面から中央部に向かって光伝搬方向に直交して延びる金属層24dとが形成されている。
そして、光入射面側から最初に金属層24cが配置され、金属層24cの後位に金属層24b及び金属層24dが同位で配置され、それぞれが光伝搬方向において相互に重複するような構造になっている。
本例によれば、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光は、相互に重複するように順次配置されている金属層24c、金属層24b及び金属層24dによって順次伝搬を防止され、クラッド層5及びクラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
図24(A)に示す光導波路172においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、クラッド層5及びクラッド層2において、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に掛けて、光伝搬方向に対して傾斜して延びる金属層24aが形成されている。
そして、この傾斜角θは0°(光伝搬方向に対して平行状態)から±90°以内であればよく、例えば30°である。即ち、金属層24aは左右の両側面間に亘って延びていればよいが、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面と光出射面または光入射面との接する角部と、右側面と光入射面または光出射面との接する角部とを結ぶ対角線上に位置するのが限界位置である。
次に、図24(B)に示すように、光導波路173においては、図13に示す光導波路164と同様の構造であり、クラッド層5及びクラッド層2において、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面と光出射面との接する角部から、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する右側面と光入射面との接する角部に掛けて、対角線上に、光伝搬方向に対して傾斜して延びる金属層24aが形成されている。
これとは逆に、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面と光入射面との接する角部から、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する右側面と光出射面との接する角部に掛けて、光伝搬方向に対して傾斜して延びる金属層24aが形成されてもよい。
本例によれば、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層5及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に掛けて延びる金属層24aによって伝搬を防止され、クラッド層5及びクラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層24aが光伝搬方向に対して傾斜して延びているために、クラッド層5及びクラッド層2の光入射面から入射する入射光の吸収、反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
図25に示すように、金属層4又は14の形状については、図25(A)に示すような上方が開口されたコの字型の断面構造以外に、図25(B)に示すような上方が開口された逆台形型の断面構造や、図25(C)に示すような上方が開口されたV字型の断面構造としてもよい。
図26〜図37は、光導波路の他の変形例を示す。
まず、図26(a)に示すように、本例においては、所定厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を形成した後に、この基板1の下面を支持部材52上に固定する。更に、クラッド層2及び基板1に貫通しかつ光伝播方向に対して直交した溝部11を所定の位置に2箇所に設ける。
次に、図26(b)に示すように、溝部11によって分割されたクラッド層2上に、これらのクラッド層2を連結して支持するように連続して所定厚さ及び幅のコア層6を形成する。その後、支持部材52を分割された基板1の下面から剥離する。
次に、図26(c)に示すように、溝部11と同形状で板状の金属板10を溝部11内に基板1側から挿入し、図27(d)に示すように、光導波路174を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、基板1及びクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属層10によって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、この金属板10を溝部11から抜き差し可能な構造とすることによって、クラッド層2内における金属板10の占める面積を調整し、クラッド層2内における光伝搬防止性能を制御することができる。
図28(a)に示す例においては、所定厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を形成した後に、このクラッド層2を加熱することによって、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる2枚の板状の金属板10aを、クラッド層2の所定の位置に上方から押し付けて圧入する。
次に、図28(b)に示すように、板状の金属板10aをクラッド層2内に埋設した後に冷却して固定する。
次に、図28(c)に示すように、板状の金属板10aが埋設されたクラッド層2上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して光導波路175を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属層10aによって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、クラッド層2に溝部を設けることなく金属層10aを埋設することができるために、溝部の形成工程を省くことができる。
図29(a)に示す例においては、所定厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を形成した後に、このクラッド層2と基板1との接合体を複数離間して配置し、隣接する接合体の間に、高さがこの接合体の厚さと同じであり、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる2枚の板状の金属板10をそれぞれ配置する。
次に、図29(b)に示すように、複数のクラッド層2と基板1との接合体と複数の板状の金属板10とを接着剤等によって接合して一体化する。
次に、図29(c)に示すように、複数の板状の金属板10を介して接合されたクラッド層2上に、所定厚さ及び幅のコア層6を形成して光導波路176を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属板10によって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、基板1又はクラッド層2に金属板10を埋設するための溝部を設ける工程を省くことができる。
図30(a)に示す例においては、所定厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を形成した後に、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる位置に、紫外線を部分的に2個所で照射する。ここで、このクラッド層2の材質としては、紫外線を照射すると屈折率が高まるものが望ましい。
次に、図30(b)に示すように、紫外線を照射された部分は屈折率が高まったクラッド層変質部2a、2bとなる。
次に、図30(c)に示すように、一部にクラッド層変質部2a、2bが形成されたクラッド層2上に、所定厚さ及び幅のコア層6を形成して光導波路177を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びるクラッド層変質部2a、2bによって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、クラッド層2に溝部を設けることなくクラッド層変質部2a、2bを形成することができるために、溝部の形成工程を省くことができる。
図31(a)に示す例においては、所定厚さの基板1を形成した後に、その上部を後述のクラッド層2と同じ厚みに部分的に除去して溝部11とし突起部8を2箇所に設ける。この突起部8は、後述のクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる位置に設ける。ここで、基板1及びこれに連続する突起部8の材質としては例えば金属であるが望ましい。
次に、図31(b)に示すように、基板1上の溝部11内にクラッド材料を充填することによって、クラッド層2内に金属製の突起部8が埋設された構造を形成することができる。
次に、図31(c)に示すように、一部に突起部8が形成されたクラッド層2上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して光導波路178を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属製の突起部8によって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、クラッド層2に溝部を設けることなく突起部8を埋設する構造とすることができ、クラッド層2内の光伝搬防止構造を基板1の形成時に同時に形成することができるために、溝部の形成工程等を省くことができる。
図32(a)に示す例においては、所定厚さの基板1を形成した後に、その上部を後述のクラッド層2と同じ厚みに部分的に除去して溝部11とし突起部8を4箇所に設ける。この突起部8は、後述のクラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる位置に設ける。ここで、基板1及びこれに連続する突起部8の材質としては金属が望ましい。
次に、図32(b)に示すように、基板1上の溝部11内にクラッド材料を充填することによって、クラッド層2内に金属製の突起部8が埋設された構造を形成することができる。
次に、図32(c)に示すように、一部に突起部8が形成されたクラッド層2上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して光導波路179を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属製の突起部8によって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、クラッド層2に溝部を設けることなく突起部8を埋設する構造とすることができ、クラッド層2内の光伝搬防止構造を基板1の形成時に同時に形成することができるために、溝部の形成工程等を省くことができる。
図33(a)に示す例においては、所定厚さの基板1を形成した後に、その上に所定厚さの光吸収剤含有層22を形成し、更にその上に所定厚さのクラッド層2を形成する。この光吸収剤含有層22は光吸収剤をクラッド材料に混合した材質である。
次に、図33(b)に示すように、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる溝部23を、所定の位置に2箇所設ける。
次に、図33(c)に示すように、溝部23と同形状で板状の金属板10aを溝部23内に上方から挿入する。
次に、図33(d)に示すように、金属板10aの挿入されたクラッド層2上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して、光導波路180を作製する。
本例によれば、光吸収剤含有層22の光入射面から入射する入射光は、この光吸収剤含有層22に含有される光吸収剤によって吸収されて伝搬を防止されるので、光吸収剤含有層22の光出射面側から出射されることはない。クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属層10aによって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
図34(a)に示す例においては、所定厚さの基板1を形成した後にその上に所定厚さのクラッド層2を形成した後に、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる溝部54を、所定の位置に1箇所設ける。
次に、図34(b)に示すように、溝部54と同形状で板状の金属板10aを溝部54内に上方から挿入する。
次に、図34(c)に示すように、溝部54に金属板10aを挿入したクラッド層2上に、所定厚さのクラッド層53を形成した後に、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる溝部55を、溝部54とは異なる所定の位置に1箇所設ける
次に、図34(d)に示すように、溝部55と同形状で板状の金属板10aを溝部55内に上方から挿入する。
次に、図34(e)に示すように、金属板10aの挿入されたクラッド層53上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して、光導波路181を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は、クラッド層2の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属層10aによって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、クラッド層53の光入射面から入射する入射光は、クラッド層53の光伝搬方向に対する左側面から右側面に貫通して光伝搬方向に対して直交して延びる金属層10aによって伝搬を防止され、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。
図35〜図37には、クラッド層2内の光伝搬防止構造の他の変形例を示す。
まず、図35(a)に示すように、所定の厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を設ける。このクラッド層2の形成においては、クラッド層2の上面が、光入射面側の下端から光出射面側の上端にかけて光伝搬方向において上昇するような傾斜面65を構成するように形成する。更に、この傾斜面65上に所定厚さの金属板10bを設ける。
次に、図35(b)に示すように、金属板10b上にクラッド層43をこの層の上面が水平になるように形成する。
次に、図35(c)に示すように、クラッド層43上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して、光導波路182を作製する。
本例によれば、クラッド層43の光入射面から入射する入射光は金属層10bによって伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10bが光伝搬方向に対して上下方向に傾斜して延びているために、クラッド層43の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。また、コア層6とクラッド層43との界面には、実質的に金属層10bが存在しないので、その界面での反射特性が良好となる(以下、同様)。
図36(A)に示す例では、所定の厚さの基板1上に所定厚さのクラッド層2を設ける。このクラッド層2の形成においては、クラッド層2の上面が、光入射面側の上端から光出射面側の下端にかけて光伝搬方向において下降するような傾斜面65を構成するように形成する。更に、この傾斜面65上に所定厚さの金属板10bを設ける。更に、金属板10b上にクラッド層43をこの層の上面が水平になるように形成し、クラッド層43上に所定厚さ及び幅のコア層6を形成して、光導波路183を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層10bによって伝搬を防止されて、クラッド層43の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10bが光伝搬方向に対して垂直方向に傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止できる。
次に、図36(B)に示す例では、所定の厚さの基板1上にクラッド層2を形成するが、このクラッド層2においては、光入射面側の上端から光出射面側に向けて光伝搬方向において下降するように傾斜して配置される金属板10cと、更に光出射面側の上端に向けて光伝搬方向において下降するように傾斜して配置される金属板10dとが形成されている。
そして、金属板10cと金属板10dとは互いに接触することなく、光伝搬方向において互いに重複するように配置され、金属板10cが金属板10dの上方に位置するように形成して、光導波路184を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層10c及び10dによって順次伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10c及び10dが光伝搬方向において斜め方向に傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
次に、図36(C)に示す例では、所定の厚さの基板1上にクラッド層2を形成するが、このクラッド層2においては、光入射面側の上端から光出射面側に向けて光伝搬方向に対して下降するように傾斜して配置される金属板10eと、クラッド層2の内部で光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10fと、光出射面側の下端に向けて光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10gとが形成されている。
そして、金属板10eと金属板10fと金属板10gとは互いに接触することなく、光伝搬方向において互いに重複するように配置され、金属板10fが金属板10e及び金属板10gの上方に位置するように形成して、光導波路185を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層10e、10f及び10gによって順次伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10e、10f及び10gが光伝搬方向に対して傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
次に、図37(A)に示す例では、所定の厚さの基板1上にクラッド層2を形成するが、このクラッド層2においては、光入射面側の上端から光出射面側に向けて光伝搬方向に対して下降するように傾斜して配置される金属板10eと、クラッド層2の内部で光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10fと、光出射面側の下端に向けて光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10gとが形成されている。
そして、金属板10eと金属板10fと金属板10gとは互いに接触することなく、光伝搬方向において互いに重複するように配置され、金属板10fが金属板10e及び金属板10gの下方に位置するように形成して、光導波路186を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層10e、10f及び10gによって順次伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10e、10f及び10gが光伝搬方向に対して傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
次に、図37(B)に示す例では、所定の厚さの基板1上にクラッド層2を形成するが、このクラッド層2においては、光入射面側の上端から光出射面側に向けて光伝搬方向に対して下降するように傾斜して配置される金属板10eと、クラッド層2の内部で光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10fと、光出射面側の下端に向けて光伝搬方向に対して更に下降するように傾斜して配置される金属板10gとが形成されている。
そして、金属板10eと金属板10fと金属板10gとは互いに接触することなく、光伝搬方向において互いに重複するように配置され、金属板10fが金属板10e及び金属板10gの間に位置するように形成して、光導波路187を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は金属層10e、10f及び10gによって順次伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10e、10f及び10gが光伝搬方向において傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
図37(C)に示す例では、所定の厚さの基板1上にクラッド層2を形成するが、このクラッド層2においては、光入射面側の上端から光出射面側に向けて光伝搬方向に対して下降するように傾斜して配置される金属板10cと、金属板10cよりも後位において基板1からクラッド層2の厚み方向の中ほどまで延びている金属板10hとが形成されている。
そして、金属板10cと金属板10hとは互いに接触することなく、光伝搬方向に対して互いに重複するように配置されて光導波路188を作製する。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は10c及び10hによって順次伝搬を防止されて、クラッド層2の光出射面側から出射されることはない。また、金属層10cが光伝搬方向に対して傾斜して延びているために、クラッド層2の光入射面から入射する入射光の反射面積が増加し、より効果的に光伝搬を防止することができる。
図38に示す光導波路189においては、金属層24eは、クラッド層2及びクラッド層5内における光伝搬を防止するために、光伝搬方向に対して直交する方向にクラッド層2及びクラッド層5の片方の側面から他方の側面に掛けて形成されると共に光入射面の角部にまで連設されており、全体としてコの字形の平面形状を有している。
本例によれば、クラッド層2の光入射面から入射する入射光は24eによって伝搬が防止されることにより、光伝搬方向のみならずクラッド層2の外部方向にも伝搬する光を防止することができる。更に一点鎖線で示すように、光入射面側にコア層6の部分を残して金属板を設ければ、クラッド層2に入射する光も直接遮断することができる。
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。
以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。
例えば、基板、各クラッド層、各光源、各金属層及び各金属板の形状、サイズ、設置個数、設置場所、材質及び厚さ等は、所望の効果を実現できるならば、様々に変えてもよい。特に、金属層の本数は1本でもよく、その本数やパターン、サイズ等は種々変更してよい。
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い。例えば、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、上述したコア層と同等のコア層を形成することができる。また、台形状のコア層と同様の形状にクラッド層等を形成してもよい。
また、光導波路のコア形状は、直線状傾斜面を幅方向端面に有するタイプのみならず、曲線状傾斜面を幅方向端面に有するコア層としてもよい。コア層の作製は成形型による成形で行ってもよい。
また、上述した光導波路を含む光学系の構成は適宜変更してよく、例えば、走査手段としてマイクロミラーデバイスやポリゴンミラー等を採用してよいし、投影をスクリーン上に行ってもよい。
なお、本発明は、LEDを光源とするディスプレイをはじめ、例えば、レーザを用いて光導波路からの信号光を次段回路の受光素子(光配線やフォトディテクタ等)に入射させる光通信等の如き種々の光情報処理に広く適用可能である。
本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子(光配線やフォトディテクタ等)に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。
1、37、47…基板、2、5、13、43、53…クラッド層、
2a…クラッド層変質部、2b…クラッド材料、3、11、54,55…溝部、
4、14、24a、24b、24c、24d…金属層、4a…金属材料、
6、26a、26b、26c…コア層、8…突起部、9R、9G、9B…LED光源、
17…網膜、18…眼球、19…光学レンズ、20…ヘッドマウントディスプレイ、
21…走査板、
160、161、162、163、163、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189…光導波路
2a…クラッド層変質部、2b…クラッド材料、3、11、54,55…溝部、
4、14、24a、24b、24c、24d…金属層、4a…金属材料、
6、26a、26b、26c…コア層、8…突起部、9R、9G、9B…LED光源、
17…網膜、18…眼球、19…光学レンズ、20…ヘッドマウントディスプレイ、
21…走査板、
160、161、162、163、163、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189…光導波路
Claims (15)
- コア層とクラッド層との接合体からなり、前記コア層への入射光をその光出射側へ導くように構成された光導波路において、前記クラッド層への入射光を光出射側に伝搬するのを防止するための光伝搬防止手段が、前記クラッド層の光透過断面を遮蔽するパターンに形成されている、光導波路。
- 前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層の幅方向及び厚さ方向における対向辺間又は対角線上で貫通して延びている、請求項1に記載の光導波路。
- 前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層の幅方向及び厚さ方向における対向辺間又は対角線上で部分的に設けられている、請求項1に記載の光導波路。
- 部分的に設けられた前記光伝搬防止手段が、前記対向辺又は前記対角の双方からそれぞれ延びる第1の連続層と、前記対向辺より内側の領域に設けられた第2の連続層とからなり、前記第1及び第2の連続層が、光伝搬方向に対して相互に重複するように配置されている、請求項3に記載の光導波路。
- 前記光伝搬防止手段が、前記クラッド層に埋め込まれていて前記コア層との界面に実際的に存在していない、請求項1に記載の光導波路。
- 前記コア層が複数個設けられ、これらのコア層が光出射側で合流して、各入射光が合波されるように構成された、請求項1に記載の光導波路。
- 前記光伝搬防止手段が、前記複数のコア層の合流点よりも少なくとも光出射側に設けられている、請求項6に記載の光導波路。
- 前記クラッド層上に前記コア層が形成されている、請求項1に記載の光導波路。
- 前記コア層上に別のクラッド層が形成されている、請求項1に記載の光導波路。
- 前記別のクラッド層にも、請求項1〜7のいずれか1項に記載した光伝搬防止手段が設けられている、請求項9に記載の光導波路。
- 前記光伝搬防止手段が、光吸収性及び/又は光反射性を有する金属又は半金属又は半導体からなっている、請求項1に記載の光導波路。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載した光導波路と、この光導波路に光を入射する光源とを有する、光源モジュール。
- 前記光源が発光ダイオード又はレーザ光である、請求項12に記載の光導波路。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載した光導波路と、この光導波路に光を入射する光源と、前記光導波路からの出射光を受光する受光手段とを有する光情報処理装置。
- 前記出射光を走査手段で走査して投影するディスプレイとして構成した、請求項14に記載の光情報処理装置。
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