JPWO2009041571A1

JPWO2009041571A1 - 交差型導光路

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Publication number: JPWO2009041571A1
Application number: JP2009534402A
Authority: JP
Inventors: 和貴伊勢; 伊藤　直樹; 直樹伊藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2011-01-27
Also published as: US20100166369A1; TW200931088A; CN101809478A; WO2009041571A1

Abstract

【課題】簡単な構成で、２以上の導光路が交差する光量損失をこれまで以上に少なくすることを可能とした交差型導光路を提供すること。【解決手段】第１の導光路１１の入射側導光路１１Ａの幅寸法ｄと射出側導光路１１Ｂの幅寸法ｄに対し、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ１および射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ２がｄ＜Ｗ１＝Ｗ２に設定されている。第１の導光路１１では入射側導光路１１Ａから射出され、前記交差点１３を介して伝搬される光の殆どは、漏れなく射出側導光路１１Ｂで取得され、第２の導光路１２では入射側導光路１２Ａから射出され、前記交差点１３を介して伝搬される光の殆どは、漏れなく射出側導光路１２Ｂで取得される。このため、光量損失を大幅に低減することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２本の導光路が交差する交差点を備えた導光路に係わり特に交差点における光量の損失を低減する交差型導光路に関する。

導光路の交差部の損失を低減する発明としては、例えば以下の特許文献が存在している。

特許文献１では、導光路部分の屈折率ｎ１と、交差部分の屈折率n２との関係を高くしてｎ２＞ｎ１となるように構成することにより実現している。

特許文献２および３に記載の発明は、ともに交差部の幅を他の部分よりも狭くしてスポットサイズを拡大することにより、損失を低減するというものである。
特開昭５０−９２１４９号公報特開平５−６０９２９号公報特開２００３−１３１０５４号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、導光路部分の屈折率と交差部分の屈折率を異なる材料で形成しなければならない。そのためには、例えば交差部分の樹脂を変更したり、または露光時間に比例して屈折率が変わる樹脂を用いたり、あるいはクラッドの相対屈折率を薄膜などで変化させたりする必要がある。しかし、いずれの場合も製造時において屈折率を変化させるための工程が別途必要になるという問題がある。

また特許文献２，３の場合には、交差部の幅を狭めるには導光路の寸法を徐々に絞る必要があるところ、入射側を絞った場合には、導光路内を全反射で進む光はかならずコアから漏れ出てしまうため、損失効率を低減させにくいという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な構成で、２以上の導光路が交差する光量損失をこれまで以上に少なくすることを可能とした交差型導光路を提供することを目的としている。

本発明は、少なくも２以上の導光路が交差点で交差する交差型導光路であって、
前記交差点の前後において、射出側の導光路の幅寸法が、これに対応する入射側の導光路の幅寸法よりも広いことを特徴とするものである。

本願発明では、交差点において、射出側の幅寸法を広げるようにすることで光量の損失を減らすことができる。

しかも従来のように、導光路の寸法を交差点に近づくにつれて徐々に絞る必要がないため、導光路内を全反射で進む光がコアから漏れ出てしまうことがなく、損失効率を効果的に低減させることができる。

上記においては、前記射出側の導光路の幅方向の中心線が、前記入射側の導光路の幅方向の中心線に対し幅方向にシフトされることが好ましい。

上記手段では、入射側の中心線と射出側の中心線をシフトすることにより、射出側導光路自体の幅寸法の広がり過ぎを抑えることができる。すなわち、射出側度光路の幅寸法を最適なものとすることができる。

さらには、すべての射出側の導光路の幅寸法が、個々の対応する入射側の導光路の幅寸法よりも広いことが好ましい。

交差点で交わる複数の導光路のすべてについて、光量損失を低減させることが可能となる。

さらには、前記交差点で交差する第１の導光路と第２の導光路が設けられ、前記第１の導光路と第２の導光路との交差角度φが９０°であるものが好ましい。

導光路は転写により形成されること多いが、その場合、交差角度が鋭角であるほど形状の正確な転写が困難となる。上記のように２本の導光路を交差角度９０°で交差させることにより、所望の形状をより正確に転写した、性能の安定した導光路となる。

本発明の導光路では、射出側導光路の幅寸法を、入射側導光路の幅寸法よりも広げることで、ほぼすべての光を射出側導光路が取得することが可能となる。このため、交差点における光の漏れを防止することができ、光量の損失を大幅に低減することが可能となる。

また交差点における出射側導光路の幅寸法を、損失を低減するのに最適な幅寸法に設定することができる。このため、出射側導光路の幅寸法が必要以上に広くなることがなくなり、小型・軽量化が可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図、図２は本発明の第２の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図である。

本発明の導光路は、例えば携帯電話などの電子機器内において、光源から放たれた光を特定のキースイッチまで導き、その周囲を照光して外部から見やすくするためのものとして利用される。

なお、以下においては省略して説明するが、本発明の交差型導光路１０Ａを構成する第１の導光路１１、第２の導光路１２および交差点１３はすべて同じ材料で形成されており、従来の導光路と同様に、中心側に設けられたコアと、その外周側に設けられたクラッドを有している。

図１に示すように、交差型導光路１０Ａは、交差点１３を挟んで、図示Ｘ（−）側に入射側導光路１１Ａを有し、図示Ｘ（＋）側に射出側導光路１１Ｂを有している。同様に、交差点１３を挟んで、図示Ｙ（−）側に入射側導光路１２Ａを有し、図示Ｙ（＋）側に射出側導光路１２Ｂを有している。

入射側導光路１１Ａと射出側導光路１１Ｂとが第１の導光路１１を形成し、入射側導光路１２Ａと射出側導光路１２Ｂとが第２の導光路１２を形成している。

第１の実施の形態に示す交差型導光路１０Ａは、第１の導光路１１と第２の導光路１２とが互いに垂直に交差する場合を示している。このため、第１の導光路１１では、光は入射側導光路１１Ａから前記交差点１３を介して射出側導光路１１Ｂに向かって伝搬され、第２の導光路１２では、光は入射側導光路１２Ａから前記交差点１３を介して射出側導光路１２Ｂに向かって伝搬される。なお、前記交差点１３は、下記の原点Ｏ、交点Ｐ_１、交点Ｑ_１および交点Ｒ_１で囲まれた部分が相当する。

前記交差点１３には、壁面がないため、入射側導光路から交差点に入射する光は導光路の全反射角度θを最大として広がる。このため、以下に説明するように、射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法を広くして光を可能な限り取得するようにすれば、交差点１３における光の漏れによる損失を小さくすることが可能となる。

図１に示すように、第１の実施の形態では、第１の導光路１１の入射側導光路１１Ａの幅寸法と射出側導光路１１Ｂの幅寸法とを共にｄとし、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ１と射出側導光路１１Ｂの幅寸法とを共にＷ２とすると、前記ｄと前記Ｗ１，Ｗ２とはｄ＜Ｗ１＝Ｗ２の関係を有して構成されている。

このようにｄ＜Ｗ１＝Ｗ２に設定しておくと、第１の導光路１１では入射側導光路１１Ａから射出され、前記交差点１３を介して伝搬される光の殆どを、漏れなく射出側導光路１１Ｂで取得することができ、同じく第２の導光路１２では入射側導光路１２Ａから射出され、前記交差点１３を介して伝搬される光の殆どを、漏れなく射出側導光路１２Ｂで取得することが可能となる。このため、交差型導光路１０Ａにおける光量損失を大幅に低減することが可能となる。

ここで、第１の導光路１１の入射側導光路１１Ａと第２の導光路１２の入射側導光路１２Ａとの交点を原点Ｏ（座標（０，０））、第１の導光路１１の入射側導光路１１Ａと第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂとの交点をＰ_１、第２の導光路１２の入射側導光路１２Ａと第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂとの交点をＱ_１、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂと第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂとの交点をＲ_１とする。このとき、入射側導光路１１Ａと１２Ａから角度θで射出される光線を、射出側導光路１１Ｂと１２Ｂのそれぞれで全て取り込む形状として前記交点Ｐ_１、交点Ｒ_１、交点Ｑ_１の各座標は以下のようになる。

θとしては、導光路内を光が全反射するときの全反射角度をとればよい。なお、第１の導光路２１と第２の導光路２２に入射する光の波長が異なる場合には、前記θは波長の短い方の全反射角度を選択する。また光に複数の波長が混在して含まれる場合には、θが最大となる波長が選択される。

したがって、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂおよび第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２は、

である。

前記射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２が、数１以下になればなるほど光の漏れが多くなる。また数１以上になればなるほど、射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２が広くなり、交差型導光路１０Ａとして大型化してしまう。よって、前記ｄとＷ１，Ｗ２とは、数１の関係を有することが好ましい。

このように、第１の実施の形態では、第１，第２の導光路１１，１２の射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を、共に数１以上に設定しておくことが、光の漏れを防止する上では効果的である。

ただし、射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を単に拡大しただけでは十分とはいえない。

すなわち、図１に示すように、２方向から光が入射する交差型導光路１０Ａの場合には、入射側導光路１１Ａの幅方向の中心線Ｌｘ−Ｌｘを基準とした場合に、前記中心線Ｌｘ−Ｌｘから交点Ｑ_１までの距離ａと、中心線Ｌｘ−Ｌｘから交点Ｒ_１までの距離ｂとではａ＜ｂの関係がある。同様に、入射側導光路１２Ａの幅方向の中心線Ｌｙ−Ｌｙを基準とした場合に、前記中心線Ｌｙ−Ｌｙから交点Ｐ_１までの距離ａと、前記中心線Ｌｙ−Ｌｙから交点Ｒ_１までの距離ｂとではａ＜ｂの関係がある。

このため、以下に説明するように、射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅方向の中心線をシフトすることが好ましい。

すなわち、図１に示すように、第１の導光路１１では、入射側導光路１１Ａの幅方向の中心線Ｌｘ−Ｌｘに対し、射出側導光路１１Ｂの幅方向の中心線Ｌａ−Ｌａが幅方向Ｙ（−）に所定のシフト量ｃだけシフトされるように、前記射出側導光路１１Ｂを設定する。同様に、第２の導光路１２では、第２の導光路１２の入射側導光路１２Ａの幅方向の中心線Ｌｙ−Ｌｙに対し、射出側導光路１２Ｂの幅方向の中心線Ｌｂ−Ｌｂが幅方向Ｘ（＋）に所定のシフト量ｃだけシフトされるように、前記射出側導光路１２Ｂを設定する。

このように設定すると、単に幅寸法を広げるだけではなく、射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法を上記数１で示す最適な幅寸法Ｗ１，Ｗ２に設定することができる。このため、必要以上に射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２が広がることがなくなり、無駄を少なくして交差型導光路１０Ａを小型化または軽量化することが可能となる。

なお、２本の交差する導光路の双方の射出側導波路の幅寸法を広げる構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂと第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂいずれか一方の幅寸法Ｗ１，Ｗ２のみを広くする構成であってもよい。この場合、幅寸法Ｗ１，Ｗ２を広げた側の導光路の光量損失を低減することができることはいうまでもないことである。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２に示す本発明の第２の実施の形態に示す交差型導光路１０Ｂは、上記第１の実施の形態に示した交差型導光路１０Ａの変形例に相当するものである。このため、以下においては主に異なる点について説明する。

図２に示す第２の実施の形態では、第１の導光路１１の入射側導光路１１Ａの幅寸法ｄ１と第２の導光路１２の入射側導光路１２Ａの幅寸法ｄ２とを異ならせた点（ｄ１≠ｄ２）が第１の実施の形態と相違している。

このため、第２の実施の形態では、図２中の交点Ｐ_２、交点Ｒ_２、交点Ｑ_２の各座標は以下のようになる。

したがって、第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ１は、

となる。

また第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂの幅寸法Ｗ２は、

となる。

よって、上記同様に第１の導光路１１の射出側導光路１１Ｂの幅寸法Ｗ１を数２以上に設定し、且つ第２の導光路１２の射出側導光路１２Ｂの幅寸法Ｗ２を数３以上に設定すると、光の漏れを防止することができる。

そして、第２の実施の形態においては、図２に示すように、第１の導光路１１について、入射側導光路１１Ａの幅方向の中心線Ｌｘ−Ｌｘに対し、射出側導光路１１Ｂの幅方向の中心線Ｌａ−Ｌａが幅方向Ｙ（−）に所定のシフト量ｃ１だけシフトされるように、前記射出側導光路１１Ｂを設定し、第２の導光路１２については、第２の導光路１２の入射側導光路１２Ａの幅方向の中心線Ｌｙ−Ｌｙに対し、射出側導光路１２Ｂの幅方向の中心線Ｌｂ−Ｌｂが幅方向Ｘ（＋）に所定のシフト量ｃ２だけシフトされるように、前記射出側導光路１２Ｂを設定する。

これにより、射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法を上記数２、数３で示す最適な幅寸法Ｗ１、Ｗ２にそれぞれ設定することができる。よって、必要以上に射出側導光路１１Ｂ，１２Ｂの幅寸法Ｗ１、Ｗ２の広がりを抑え、交差型導光路１０Ｂの小型化または軽量化を図ることが可能となる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図３は本発明の第３の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図である。第３の実施の形態に示す交差型導光路１０Ｃが、上記第１および第２の実施の形態に示す交差型導光路１０Ａ，１０Ｂと異なる点は、第１の導光路１１と第２の導光路１２とが垂直以外の関係で交差する点にある。

第３の実施の形態では、交差点２３を挟んで、図示Ｘ（−）側に第１の導光路２１の入射側導光路２１Ａを示し、図示Ｘ（＋）側に射出側導光路２１Ｂを示している。また交差点２３を挟んで、図示Ｙ（−）側に、第２の導光路２２の入射側導光路２２Ａを示し、図示Ｙ（＋）側に射出側導光路２２Ｂを示している。なお、前記交差点２３は、下記の原点Ｏ、交点Ｐ_３、交点Ｑ_３および交点Ｒ_３で囲まれた部分である。

ここで、第１の導光路２１の入射側導光路２１Ａの幅寸法をｄ１、第２の導光路２２の入射側導光路２２Ａの幅寸法をｄ２で示している。また第１の導光路２１の中心線Ｌ１−Ｌ１と第２の導光路２２の中心線Ｌ２−Ｌ２との間の交差角度をφとする。

次に、第１の導光路２１の入射側導光路２１Ａと第２の導光路２２の入射側導光路２２Ａとの交点を原点Ｏ（座標（０，０））とし、第１の導光路２１の入射側導光路２１Ａと第２の導光路２２の射出側導光路２２Ｂとの交点をＰ_３（座標（Ｐｘ，Ｐｙ））とし、第２の導光路２２の入射側導光路２２Ａと第１の導光路２１の射出側導光路２１Ｂとの交点をＱ_３（座標（Ｑｘ，Ｑｙ））とし、第１の導光路２１の射出側導光路２１Ｂと第２の導光路２２の射出側導光路２２Ｂとの交点をＲ_３（座標（Ｒｘ，Ｒｙ））とする。
すると、前記交点Ｐ_３、交点Ｑ_３、交点Ｒ_３の各座標の値は以下のようになる。

よって、第１の導光路２１の射出側導光路２１Ｂの幅寸法Ｗ１は、

となる。

また第２の導光路２２の射出側導光路２２Ｂの幅寸法Ｗ２は、

となる。

このように、第１の導光路２１と第２の導光路２２とが交差するときの各交点Ｐ_３、交点Ｑ_３、交点Ｒ_３の座標を上記のように設定すれば、十分な幅寸法Ｗ１、Ｗ２を確保することができ、射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂでは入射側導光路２１Ａ，２２Ａから入射する光を確実に取得することが可能となる。

なお、各交点Ｐ_３、交点Ｑ_３、交点Ｒ_３の座標は、必ずしも上記の値に完全に一致する必要はないが、可能な限り上記の値に近づけるようにすることで光量損失を低減することが可能となる。さらには、必要以上に射出側導光路の幅寸法が広がることを防止できるため、小型化ないしは軽量化することが可能となる。

またこの場合、図３に示すように、射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅方向の中心線Ｌａ，Ｌｂを、入射側導光路２１Ａ，２２Ａの幅方向の中心線Ｌ１，Ｌ２からそれぞれの幅方向に適度なシフト量ｃ４，ｃ５だけシフトさせることにより、さらなる光量損失の低減を図ることが可能である。

以下の実施例は、入射側導光路２１Ａ，２２Ａの幅寸法をｄ１＝ｄ２＝０．０５ｍｍ、交差角度をφ＝９０°、全反射角度をθ＝１０°とした場合である。
この場合、各交点Ｐ_３、交点Ｑ_３、交点Ｒ_３の座標は以下のようになる。

Ｐ_３（Ｐｘ，Ｐｙ）＝Ｐ_３（−０．０９，０．００５３）
Ｑ_３（Ｑｘ，Ｑｙ）＝Ｑ_３（０．０５０，０．０２２）
Ｒ_３（Ｒｘ，Ｒｙ）＝Ｒ_３（０．０６９，０，１２９）

表１は本願発明と比較例とのシミュレーション結果を示している。
表１中、比較例１は射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を入射側導光路２１Ａ，２２Ａの幅寸法ｄ１，ｄ２に一致させた場合、比較例２は単に射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を入射側導光路２２Ａの幅寸法ｄ１，ｄ２よりも広げた場合をそれぞれ示している。また実施例１は射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を広げるとともに射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの中心線Ｌ１，Ｌ２を幅方向に所定量だけシフトさせた場合を示している。

表１の比較例１と比較例２に示すように、単に射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅寸法Ｗ１，Ｗ２を入射側導光路２１Ａ，２２Ａの幅寸法ｄ１，ｄ２よりも広げただけでも光量損失を低減する効果を得ることができるが、０にすることはできない。

これに対し、本願発明である実施例１に示すように、さらに射出側導光路２１Ｂ，２２Ｂの幅方向の中心線をシフトさせることにより、光線としての漏れ損失を０にすることができることがわかる。

以上のように、本願発明では従来のように、導光路の寸法を交差点に近づくにつれて徐々に絞る必要がない。このため、導光路内を全反射で進む光がコアから漏れ出てしまうことがなく、損失効率を効果的に低減させることが可能である。

上記実施の形態では、２本の導光路が一つの交差点で交差する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２本以上の導光路が一つの交差点で交差する構成であってもよく、この場合多少計算が複雑になるが上記同様の方法により各交点の座標および射出側導光路の幅寸法を設定することが可能である。

また上記実施の形態では、射出側導光路について、幅方向の中心線のシフト量については求めていないが、最適なシフト量は前記したＯＰＱＲの座標から計算することができる。

本発明の第１の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図、本発明の第２の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図、図３は本発明の第３の実施の形態を説明するための交差型導光路の平面図、

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ交差型導光路
１１，２１第１の導光路
１１Ａ，２１Ａ第１の導光路の入射側導光路
１１Ｂ，２１Ｂ第１の導光路の射出側導光路
１２，２２第２の導光路
１２Ａ，２２Ａ第２の導光路の入射側導光路
１２Ｂ，２２Ｂ第２の導光路の射出側導光路
１３，２３交差点
ｄ，ｄ１，ｄ２入射側導光路の幅寸法
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２射出側導光路の幅寸法
θ 導光路の全反射角度
φ 第１の導光路と第２の導光路との交差角度

Claims

少なくとも２以上の導光路が交差点で交差する交差型導光路であって、
前記交差点の前後において、射出側の導光路の幅寸法が、これに対応する入射側の幅寸法よりも広いことを特徴とする交差型導光路。
前記射出側の導光路の幅方向の中心線が、前記入射側の導光路の幅方向の中心線に対し幅方向にシフトされている請求項１記載の交差型導光路。
すべての射出側の導光路の幅寸法が、個々の対応する入射側の導光路の幅寸法よりも広い請求項１記載の交差型導光路。
前記交差点で交差する第１の導光路と第２の導光路が設けられ、前記第１の導光路と第２の導光路との交差角度φが９０°である請求項１に記載の交差型導光路。