JPH03200106A - Optical waveguide lens - Google Patents

Optical waveguide lens

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JPH03200106A
JPH03200106A JP33870489A JP33870489A JPH03200106A JP H03200106 A JPH03200106 A JP H03200106A JP 33870489 A JP33870489 A JP 33870489A JP 33870489 A JP33870489 A JP 33870489A JP H03200106 A JPH03200106 A JP H03200106A
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JP
Japan
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optical waveguide
lens
layer
refractive index
clad layer
Prior art date
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Application number
JP33870489A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Tada
多田 昌実
Norisada Horie
堀江 教禎
Hayami Hosokawa
速美 細川
Maki Yamashita
山下 牧
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the optical waveguide lens which can be easily produced and is suitable for mass production by forming an optical waveguide layer having a uniform thickness and the refractive index larger than the refractive index of a clad layer which is curved in a part of the region to form a curved surface by using an org. material or inorg. material which cures from a liquid state on the above-mentioned clad layer. CONSTITUTION:The clad layer 1 which is curved in a part of the region to form the curved surface is formed on a substrate 3 by using the org. material or inorg. material which cures from the liquid state. The optical waveguide layer 2 having the uniform thickness and the refractive index larger than the refractive index of the clad layer 1 is formed on this clad layer 1 by using the org. material or inorg. material which cures from the liquid state. A recessed part 2 A having the curved surface on the recessed part 1 A formed on the clad layer 1 is formed on the optical waveguide layer 2 as well. The optical waveguide layer inserted above and below by these recesses parts 1 A and 2 A is a diodesic lens 4. The optical waveguide lens is easily produced by an integral molding technique using a stamper, etc., in this way and this lens is suitable for mass production. The cost is reduced and the inexpensive supply of the optical waveguide lens is possible.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 この発明は、二次元導波路に形成される光導波路レンズ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide lens formed in a two-dimensional waveguide.

従来技術とその問題点 従来の光導波路レンズの一例としてジオデシック・レン
ズがある。ジオデシック・レンズは二次元導波路の一部
の領域を湾曲させて、適当な曲面とすることにより導波
光に対してレンズ作用を行なわせるものである。基板上
の光導波層に形成されたジオデシック・レンズの例とし
ては、ガラス、  L I N b Oa等の基板上に
ジオデシック・レンズとなるべき湾曲面を形成し、この
湾曲面を含む基板上面にイオン交換法により光導波層を
形成したものがある。
Prior art and its problems An example of a conventional optical waveguide lens is a geodesic lens. A geodesic lens is a device in which a part of a two-dimensional waveguide is curved to form an appropriately curved surface, thereby performing a lens action on guided light. As an example of a geodesic lens formed on an optical waveguide layer on a substrate, a curved surface to be a geodesic lens is formed on a substrate such as glass or LINb Oa, and the top surface of the substrate including this curved surface is There is one in which an optical waveguide layer is formed by an ion exchange method.

基板上にジオデシック・レンズを作製するためには、基
板上面のジオデシック・レンズを作製すべき部分を球面
状に研磨加工する必要がある。また無収差レンズとする
には非球面加工が必要である。このために従来は、超音
波衝撃加工、ダイヤモンドホーニング、ダイヤモンド切
削、研磨などが利用されていた。
In order to fabricate a geodesic lens on a substrate, it is necessary to polish the portion of the upper surface of the substrate where the geodesic lens is to be fabricated into a spherical shape. In addition, aspherical processing is required to create an aberration-free lens. Conventionally, methods such as ultrasonic impact processing, diamond honing, diamond cutting, and polishing have been used for this purpose.

しかしながら上記湾曲面加工方法は、コンピュータ制御
の高精度で特殊な装置による長い加工時間を必要とし量
産性に劣るという問題点がある。
However, the above curved surface machining method has the problem that it requires a long machining time using a computer-controlled, high-precision, special device, and is inferior in mass productivity.

発明の概要 発明の[I的 この発明は、比較的容品に作製することかでき、かつ大
量生産に適する光導波路レンズを提供することを[j的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention is to provide an optical waveguide lens that can be manufactured in a relatively compact manner and is suitable for mass production.

発明の(を成および効果 この発明による光導波路レンズは、液状から硬化する有
機材料または無機材料を用いて、一部の領域が湾曲して
曲面となったクラッド層が基板上に形成されており、こ
のクラシト層上に、液状から硬化する有機材料または無
機材寧]を用いて一様な厚さでかつクラッド層よりも屈
折率の大きい光導波層が形成されていることを特徴とす
る。
The optical waveguide lens according to the invention has a cladding layer in which a part of the region is curved to form a curved surface using an organic or inorganic material that hardens from a liquid state on a substrate. The cladding layer is characterized in that an optical waveguide layer having a uniform thickness and a higher refractive index than the cladding layer is formed on the cladding layer using an organic material or an inorganic material that hardens from a liquid state.

この発明によると、液状から硬化する打機材料または無
機材料を用いて光導波層どともに光導波路レンズを作製
しているので、スタンバ等を用いた一体成形技術で比較
的容易に光導波路レンズを作製することができる。した
がって大量生産に適したものとなるとともに再現性が高
いものとなる。さらにコストか大幅に下がり光導波路レ
ンズを低価格で供給することができるようになる。
According to this invention, since the optical waveguide lens is manufactured together with the optical waveguide layer using a perforated material or an inorganic material that hardens from a liquid state, the optical waveguide lens can be manufactured relatively easily using an integral molding technique using a stand bar or the like. It can be made. Therefore, it becomes suitable for mass production and has high reproducibility. Furthermore, the cost will be significantly reduced, making it possible to supply optical waveguide lenses at low prices.

実施例の説明 第1図(A)は光導波路レンズを有する光導波路の一例
を示す斜視図、第1図(B)は第1図(^)のr−1線
に沿う断面図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1(A) is a perspective view showing an example of an optical waveguide having an optical waveguide lens, and FIG. 1(B) is a sectional view taken along line r-1 in FIG. 1(^).

光導波路はガラスなどの基板3上に屈折率n。The optical waveguide is formed on a substrate 3 made of glass or the like with a refractive index n.

のクラッド層1が形成されている。クラッド層1の一部
には湾曲面をもつ四部IAが形成されている。クラッド
層1上に屈折率n2の光導波層2が形成されている。光
導波層2の厚さは一様となっている。光導波層2の屈折
率n2はクラッド層1の屈折率n1よりも大きい。光導
波層2上にもクラッド層1に形成された四部IA上にお
いて湾曲面をもつ四部2Aが形成される。これらの四部
IAと2Aによって上下が挾まれた光導波層部分がジオ
デシック・レンズ4となる。光導波層2およびクラッド
層1はたとえば紫外線硬化樹脂(UV硬化樹脂)を用い
て形成することができる。
A cladding layer 1 is formed. A portion of the cladding layer 1 is formed with four portions IA having a curved surface. An optical waveguide layer 2 having a refractive index n2 is formed on the cladding layer 1. The thickness of the optical waveguide layer 2 is uniform. The refractive index n2 of the optical waveguide layer 2 is larger than the refractive index n1 of the cladding layer 1. Also on the optical waveguide layer 2, a four part 2A having a curved surface is formed on the four part IA formed in the cladding layer 1. The portion of the optical waveguide layer sandwiched between the top and bottom by these four portions IA and 2A becomes the geodesic lens 4. The optical waveguide layer 2 and the cladding layer 1 can be formed using, for example, an ultraviolet curing resin (UV curing resin).

光導波層2内に導入された光は光導波層2内を伝搬し、
ジオデシック・レンズ4の領域を通過するときにフェル
マーの原理に従って曲線を描いて進行しその方向を変え
る。このジオデシック・レンズ4のレンズ作mによって
光は集光する。
The light introduced into the optical waveguide layer 2 propagates within the optical waveguide layer 2,
When passing through the area of the geodesic lens 4, it travels in a curved line according to Fermat's principle and changes its direction. The light is focused by the lens formation m of the geodesic lens 4.

第2図は第1図に示すジオデシック・レンズを含む光導
波層の製造工程の一例を示している。ここでは、クラッ
ド層および光導波層の材料としてUV硬化樹脂が用いら
れている。
FIG. 2 shows an example of the manufacturing process of an optical waveguide layer including the geodesic lens shown in FIG. Here, UV curable resin is used as the material for the cladding layer and the optical waveguide layer.

まず、光導波層の原盤を電子ビーム描画法により作製す
る。基板IC上に電子ビーム・レジストをrn /li
L 、  このレジスト上に四部のパターンを電子ビー
ムにより描画後、現像することにより、基板10上に四
部形状の残膜レジスト11をもつ原盤を作製する(第2
図(^))。
First, a master disk for the optical waveguide layer is produced by an electron beam lithography method. rn/li electron beam resist on substrate IC
L, by drawing a four-part pattern on this resist with an electron beam and developing it, a master having a four-part residual film resist 11 on the substrate 10 is produced (second
Figure (^)).

次にこの1(;I盤上に電鋳法によりニッケル(Ni)
+2Aを■1枯させ(第2図(B) ) 、原盤を分離
することによりニラゲル製スタンバ12を11?る(第
2図(C))。
Next, nickel (Ni) was deposited on this 1 (;
By drying +2A by ■1 (Fig. 2 (B)) and separating the master disc, the Nilagel stand bar 12 was changed to 11? (Figure 2 (C)).

続いて、透明基板3上にクラッド層の材料であるUV硬
化樹脂1Cを注入し、その上にニッケル・スタンバ12
を乗せ、基板3とニッケル・スタンバ12との間に間隔
が所定値となるように、u、板3とスタンバ12との間
に圧力を加え、また必要ならば振動を与える。そして基
板3の裏面から紫外線を照射し、UV硬化樹脂を硬化さ
せる(第2図(D))。
Next, UV curing resin 1C, which is the material of the cladding layer, is injected onto the transparent substrate 3, and a nickel standby 12 is placed on top of it.
A pressure is applied between the board 3 and the nickel standber 12 so that the distance between the board 3 and the nickel standber 12 becomes a predetermined value, and vibration is applied if necessary. Then, ultraviolet rays are irradiated from the back surface of the substrate 3 to cure the UV curing resin (FIG. 2(D)).

UV硬化樹脂が硬化したのちスタンバ12を剥離する(
第2図(E))。これにより基板3の一面上にUV硬化
樹脂による四部IAをもつクラッド層1が形成される。
After the UV curing resin has hardened, peel off the stand bar 12 (
Figure 2 (E)). As a result, a cladding layer 1 having four portions IA made of UV curable resin is formed on one surface of the substrate 3.

次に光導波層2の凹部2Aを形成するためのスタンバ1
3を第2図(A)〜(C)に示す工程と同じ方法により
作製する。
Next, a stand bar 1 for forming the recess 2A of the optical waveguide layer 2
No. 3 is produced by the same method as the steps shown in FIGS. 2(A) to (C).

続いて、すでに作製されたクラッド層1上に光導波層の
材料であるUV硬化樹脂2Cを注入し、その上にニッケ
ル・スタンバ13を乗せ、クラッド層1とニッケル・ス
タンバ13との間の間隔が所定値となるように、基板3
とスタンバ13との間に圧力を加え、また必要ならば振
動を与える。ここで用いるUV硬化樹脂2Cはクラッド
層1を形成するときに用いたUV硬化樹脂ICよりも屈
折率の大きいものとする。UV硬化樹脂はフッ素含有量
を変えることによりその屈折率を変えることができる。
Next, UV curing resin 2C, which is the material for the optical waveguide layer, is injected onto the cladding layer 1 that has already been produced, and the nickel stumper 13 is placed on top of it, and the distance between the cladding layer 1 and the nickel stumper 13 is adjusted. The substrate 3
Pressure is applied between the stand bar 13 and the stand bar 13, and vibration is applied if necessary. The UV curable resin 2C used here has a higher refractive index than the UV curable resin IC used when forming the cladding layer 1. The refractive index of UV-curable resins can be changed by changing the fluorine content.

そして基板3の裏面から紫外線を照射しUV硬化樹脂を
硬化させる(第2図(F))。
Then, ultraviolet rays are irradiated from the back surface of the substrate 3 to harden the UV curing resin (FIG. 2(F)).

UV硬化樹脂が硬化したのちスタンバ13を剥離する(
第2図(G))。これにより基板3の一面上にUV硬化
樹脂による光導波路レンズが形成される。
After the UV curing resin has hardened, remove the stand bar 13 (
Figure 2 (G)). As a result, an optical waveguide lens made of UV curing resin is formed on one surface of the substrate 3.

上述の製造工程においてはスタンバ12とスタンバ13
を別個のものとし、それぞれ別にスタンバ】2および1
3を作製しているが一方のスタンバのみを利用して光導
波路レンズを作製することもできる。またクラッド層1
上にUV硬化樹脂をスピンコードすることにより光導波
層2を形成することもできる。
In the above manufacturing process, the standby bar 12 and standby bar 13 are
2 and 1, each with a separate standby standby] 2 and 1
3, but it is also possible to fabricate an optical waveguide lens using only one standber. Also, cladding layer 1
The optical waveguide layer 2 can also be formed by spin-coding a UV curable resin thereon.

第3図(^)は他の実施例を示すもので光導波路レンズ
をHする光導波路の一例を示す斜視図、第3図(B)は
第3図(A)の■−■線に沿う断面図である。これらの
図において第1図(A) 、 (B)に示すものと同一
物には同一符号を付して説明を省略する。
Fig. 3 (^) shows another embodiment, and is a perspective view showing an example of an optical waveguide that connects an optical waveguide lens, and Fig. 3 (B) is along the line ■-■ of Fig. 3 (A). FIG. In these figures, the same components as those shown in FIGS. 1(A) and 1(B) are designated by the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

第3図(A) 、 (B)に示す光導波路は、クラッド
層コ−の一部に湾曲面をもつ凸部IBが形成されている
。光導波層2上にも、クラッド層〕に形成された凸部I
Bにおいて湾曲面をもつ凸部2Bが形成されることとな
る。これらの凸部IBと2Bによって上下が挾まれた光
導波層部分がジオデシック・レンズ5となる。
In the optical waveguide shown in FIGS. 3A and 3B, a convex portion IB having a curved surface is formed in a part of the cladding layer. Also on the optical waveguide layer 2, there is a convex portion I formed in the cladding layer.
A convex portion 2B having a curved surface is formed at B. The portion of the optical waveguide layer sandwiched between the top and bottom by these convex portions IB and 2B becomes the geodesic lens 5.

第3図(A) 、 (B)に示す光導波路においても光
導波層2内に導入された光は光導波層2内を伝搬し、ジ
オデシック・レンズ4の領域を通過するときにフェルマ
ーの原理に従って曲線を描いて進行しその方向を変える
。このジオデシック・レンズ4のレンズ作用によって光
は集光する。
In the optical waveguides shown in FIGS. 3(A) and 3(B), the light introduced into the optical waveguide layer 2 propagates within the optical waveguide layer 2, and when passing through the area of the geodesic lens 4, Fermat's principle is applied. It moves in a curved line and changes its direction. The light is focused by the lens action of the geodesic lens 4.

第3図(^)、(B)に示すジオデシック・レンズを含
む光導波層の作製は凸部2Bおよび3Bが形成されるよ
うなスタンバを作製することにより第2図(A)〜(G
)の製造工程と同様にして行なうことができる。
The optical waveguide layer including the geodesic lenses shown in FIGS. 3(A) to 3(B) can be fabricated by fabricating a standber in which convex portions 2B and 3B are formed.
) can be carried out in the same manner as the manufacturing process.

上述の実施例においてはクラッド層1および光導波層2
の材料としてUV硬化樹脂が利用されているが、この発
明はこれに限らず他の液状から加熱等により硬化する有
機材料、無機材料を用いることもできる。熱硬化性無機
材料の例としては。
In the above embodiment, the cladding layer 1 and the optical waveguide layer 2
Although a UV-curable resin is used as the material, the present invention is not limited to this, and other liquid organic materials or inorganic materials that can be cured by heating or the like can also be used. Examples of thermosetting inorganic materials include:

熱硬化性膜形成用塗布液を挙げることかできる。Examples include coating liquids for forming thermosetting films.

多くの種類の塗布液があるが、焼成後膜形成物としてZ
rO、TiO、AN  O,5in22   2  2
3 1ダを含むものが好適である。また光導波層2に非線形
角゛機材料を利用することもできる。
There are many types of coating liquids, but Z
rO, TiO, AN O, 5in22 2 2
Those containing 31 Da are preferred. Furthermore, a nonlinear angular mechanical material can also be used for the optical waveguide layer 2.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(^)、(B)はこの発明の実施例を示すもので
、 (A)は光導波路レンズを有する光導波路の一例を
示す斜視図、(B)は第1図(A)のI−1線に沿う断
面図である。 第2図(^)〜(G)は第1図に示すジオデシック・レ
ンズを含む光導波層の製造工程の一例を示すものである
。 第3図(^)、(B)は他の実施例を示すもので。 (^)は光導波路レンズをHする光導波路の一例を示す
斜視図、(B)は第3図(^)の■−■線に沿う断面図
である。 1・・・クラッド層。 2・・・光導波層。 1、A、2A・・・四部 1B、2B・・・凸部。 3・・・基板。 4.5・・・ジオデシック・レンズ。 以  上
FIGS. 1(^) and (B) show examples of the present invention. (A) is a perspective view showing an example of an optical waveguide having an optical waveguide lens, and (B) is a perspective view of an example of the optical waveguide having an optical waveguide lens. It is a sectional view along the I-1 line. FIGS. 2(^) to (G) show an example of the manufacturing process of an optical waveguide layer including the geodesic lens shown in FIG. 1. Figures 3 (^) and (B) show other embodiments. (^) is a perspective view showing an example of an optical waveguide that connects an optical waveguide lens, and (B) is a sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 3 (^). 1...Clad layer. 2... Optical waveguide layer. 1, A, 2A...four parts 1B, 2B...convex part. 3... Board. 4.5...Geodesic lens. that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 液状から硬化する有機材料または無機材料を用いて、一
部の領域が湾曲して曲面となったクラッド層が基板上に
形成されており、このクラッド層上に、液状から硬化す
る有機材料または無機材料を用いて一様な厚さでかつク
ラッド層よりも屈折率の大きい光導波層が形成されてい
ることを特徴とする光導波路レンズ。
A cladding layer with a curved surface in some areas is formed on a substrate using an organic material or an inorganic material that hardens from a liquid state. An optical waveguide lens characterized in that an optical waveguide layer is formed of a material with a uniform thickness and a refractive index higher than that of a cladding layer.
JP33870489A 1989-09-26 1989-12-28 Optical waveguide lens Pending JPH03200106A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33870489A JPH03200106A (en) 1989-12-28 1989-12-28 Optical waveguide lens
US07/588,332 US5138687A (en) 1989-09-26 1990-09-26 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same
US07/925,613 US5511142A (en) 1989-09-26 1992-08-06 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

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JP (1) JPH03200106A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9110466B2 (en) 2010-03-29 2015-08-18 Daihen Corporation Programming method for a robot, programming apparatus for a robot, and robot control system
CN111480262A (en) * 2017-11-21 2020-07-31 应用材料公司 Method of manufacturing waveguide combiner
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