(57)【要約】【課題】受光装置や発光装置との組み付けが容易な高分子光導波路を提供する。【解決手段】クラッド用フィルム基材と、高分子材料からなるコアとを備え、前記コアは、前記クラッド用フィルム基材の片面に形成された導光部と、当該導光部の両端部に形成された反射ミラー面と、少なくともいずれか一方の前記反射ミラー面の外方であって前記クラッド用フィルム基材の凹部に形成された拡張部と、前記拡張部を挟んで前記反射ミラー面に対向する第１の光学素子部とからなり、前記導光部を伝搬した光が前記反射ミラー面で反射して前記第１の光学素子部を通過可能とされた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド用フィルム基材と、高分子材料からなるコアとを備えた高分子光導波路において、前記コアは、前記クラッド用フィルム基材の片面に形成された導光部と、当該導光部の両端部に形成された反射ミラー面と、少なくともいずれか一方の前記反射ミラー面の外方であって前記クラッド用フィルム基材の凹部に形成された拡張部と、前記拡張部を挟んで前記反射ミラー面に対向する第１の光学素子部とからなり、前記導光部を伝搬した光が前記反射ミラー面で反射して前記第１の光学素子部を通過可能とされたことを特徴とする高分子光導波路。
【請求項２】
請求項１に記載の高分子光導波路であって、前記第１の光学素子部が、レンズもしくは反射防止構造体、または反射防止構造を備えたレンズであることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高分子光導波路であって、前記クラッド用フィルム基材の導光部が形成されていない片面に、前記第１の光学素子部を通過した光を通過可能とされた第２の光学素子部が形成されていることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項４】
請求項３に記載の高分子光導波路であって、前記第２の光学素子部が、レンズもしくは反射防止構造体、または反射防止構造を備えたレンズであることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の高分子光導波路であって、前記クラッド用フィルム基材の片面に複数の導光部が形成され、複数の導光部に対応する複数の前記第１の光学素子部が、千鳥状に配置されていることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項６】
クラッド用フィルム基材に、拡張部および第１の光学素子部を形成するための凹部および前記凹部に連通した第１及び第２の貫通孔を形成する工程と、導光部、反射ミラー面を有するコアを形成するためのキャビティが形成された第１の部材のキャビティ形成面に前記クラッド用フィルム基材を前記反射ミラー面と前記第１の光学素子部が対向するよう密着する工程と、前記クラッド用フィルム基材上に樹脂注入口及び排気口が開設された押さえ治具を置き、前記クラッド用フィルム基材に開口された第１及び第２の貫通孔と前記押さえ治具に開設された前記樹脂注入口及び前記排気口とをそれぞれ合致する工程と、  前記押さえ治具を用いて前記第一の部材と前記クラッド用フィルム基材とを固定した後、前記排気口から、前記排気口内、前記第２貫通孔内、前記凹部内、前記キャビティ内、前記第１貫通孔内及び前記樹脂注入口内の空気を吸引しつつ、前記樹脂注入口から、前記樹脂注入口内、前記第１貫通孔内、前記凹部内、前記キャビティ内、前記第２貫通孔内及び前記排気口内にコア形成用の高分子材料を加圧充填する工程と、前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程とを含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高分子光導波路の製造方法であって、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程において、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を第１の貫通孔側から第２の貫通孔側に順次硬化させていくこと、または第２の貫通孔側から第１の貫通孔側に順次硬化させていくことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の高分子光導波路の製造方法であって、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程において、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料の硬化収縮に応じて、前記
拡張部から未硬化の樹脂が供給されることを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれ１項に記載の高分子光導波路の製造方法であって、前記拡張部および第１の光学素子部を形成するための凹部および前記凹部に連通した第１及び第２の貫通孔を形成する工程において、前記クラッド用フィルム基材の前記第１の光学素子部を形成するための凹部の反対面に、第２の光学素子部の形状を一体形成することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルなクラッドフィルムに高分子材料からなるコアが一体に形成された高分子光導波路の構造とその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、従来の高分子光導波路１０１Ａは、クラッドフィルム１１０と、当該クラッドフィルム１１０と一体に形成された高分子材料からなるコア１２０とからなり、コア１２０は、クラッドフィルム１１０の片面に形成された導光部１２１と、クラッドフィルム１１０に開設された２つの貫通孔１１１，１１２内に形成され、導光部１２１の両端部にそれぞれ接続された入光部１２２及び出光部１２３と、導光部１２１と入光部１２２との接続部分に形成されたミラー面１２４と、導光部１２１と出光部１２３との接続部分に形成されたミラー面１２５とから構成されている。入光部１２２の端面１２２ａは、クラッドフィルム１１０の表面と面一に配置されており、この面１２２ａが入光面となる。また、出光部１２３の端面１２３ａも、クラッドフィルム１１０の表面と面一に配置されており、この面１２３ａが出光面となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９−０６６６９９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高分子光導波路１０１Ａは、クラッドフィルムの片面に形成された導光部と、クラッドフィルムに開設された貫通孔内に形成され、導光部の両端部に接続された入光部及び出光部とを有する構成としたので、クラッドフィルムの表面に直接発光側装置及び受光側装置を取り付けることができ、光導波路を備えた光学装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。しかし近年さらなる光学装置の小型化と高性能化が進み、クラッドフィルムと発光側装置及び受光側装置間にレンズ等の光学部品が無いと光損失が大きい場合も増加してきたが、この場合に導波路と光学素子と発光側装置及び受光側装置との３部材間で光軸を合わせる必要が生じ、製造が難しいという課題が顕在化してきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の高分子光導波路は、クラッド用フィルム基材と、高分子材料からなるコアとを備え、前記コアは、前記クラッド用フィルム基材の片面に形成された導光部と、当該導光部の両端部に形成された反射ミラー面と、少なくともいずれか一方の前記反射ミラー面の外方であって前記クラッド用フィルム基材の凹部に形成された拡張部と、前記拡張部を挟んで前記反射ミラー面に対向する第１の光学素子部とからなり、前記導光部を伝搬した光が前記反射ミラー面で反射して前記第１の光学素子部を通過可能とされたことを特徴とする。このことにより、本発明の高分子光導波路は、クラッドフィルムの内部に第１の光学素子部が一体に形成されているため、導波路と光学素子部との位置合わせが不要となり、受光装置や発光装置との組み付けが容易になる。
【０００６】
また、本発明の高分子光導波路は、前記第１の光学素子部が、レンズもしくは反射防止構造体、または反射防止構造を備えたレンズであることを特徴とすることにより、光損失を少なくすることができる。
【０００７】
さらに、本発明の高分子光導波路は、前記クラッド用フィルム基材の導光部が形成され
ていない片面に、前記第１の光学素子部を通過した光を通過可能とされた第２の光学素子部が形成されていることを特徴とすることにより、複数の光学素子を位置合わせ不要で設置することができる。
【０００８】
また、本発明の高分子光導波路は、前記第２の光学素子部が、レンズもしくは反射防止構造体、または反射防止構造を備えたレンズであることを特徴とすることにより、光学装置を小さくして、光損失を少なくできる。
【０００９】
また、本発明の高分子光導波路は、前記クラッド用フィルム基材の片面に複数の導光部が形成され、複数の導光部に対応する複数の前記第１の光学素子部が、千鳥状に配置されていることを特徴とすることにより、光学装置の高密度実装が可能となる。
【００１０】
本発明の高分子光導波路の製造方法は、クラッド用フィルム基材に、拡張部および第１の光学素子部を形成するための凹部および前記凹部に連通した第１及び第２の貫通孔を形成する工程と、導光部、反射ミラー面を有するコアを形成するためのキャビティが形成された第１の部材のキャビティ形成面に前記クラッド用フィルム基材を前記反射ミラー面と前記第１の光学素子部が対向するよう密着する工程と、前記クラッド用フィルム基材上に樹脂注入口及び排気口が開設された押さえ治具を置き、前記クラッド用フィルム基材に開口された第１及び第２の貫通孔と前記押さえ治具に開設された前記樹脂注入口及び前記排気口とをそれぞれ合致する工程と、前記押さえ治具を用いて前記第一の部材と前記クラッド用フィルム基材とを固定した後、前記排気口から、前記排気口内、前記第２貫通孔内、前記凹部内、前記キャビティ内、前記第１貫通孔内及び前記樹脂注入口内の空気を吸引しつつ、前記樹脂注入口から、前記樹脂注入口内、前記第１貫通孔内、前記凹部内、前記キャビティ内、前記第２貫通孔内及び前記排気口内にコア形成用の高分子材料を加圧充填する工程と、前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程とを含むことを特徴とすることにより、クラッドフィルムの内部に第１の光学素子部が一体に形成されて導波路と光学素子部との位置合わせが不要とされた高分子光導波路を容易に提供できる。
【００１１】
また、本発明の高分子光導波路の製造方法は、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程において、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を第１の貫通孔側から第２の貫通孔側に順次硬化させていくこと、または第２の貫通孔側から第１の貫通孔側に順次硬化させていくことを特徴とすることによって、コアの硬化収縮によってコア内に発生する気泡を抑制することができ、コア内での光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できる。
【００１２】
さらに、本発明の高分子光導波路の製造方法は、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料を硬化して前記コアを形成する工程において、前記凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料の硬化収縮に応じて、前記拡張部から未硬化の樹脂が供給されることを特徴とすることによって、コア内に発生する気泡をより抑制することができ、コア内での光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できる。
【００１３】
また、本発明の高分子光導波路の製造方法は、前記拡張部および第１の光学素子部を形成するための凹部および前記凹部に連通した第１及び第２の貫通孔を形成する工程において、前記クラッド用フィルム基材の前記第１の光学素子部を形成するための凹部の反対面に、第２の光学素子部の形状を一体形成することを特徴とすることにより、光学装置を小さくして、かつクラッドフィルムと発光側装置及び受光側装置間で光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高分子光導波路は、クラッドフィルムの内部に第１の光学素子部が一体に形成されているため、導波路と光学素子部との位置合わせが不要となり、受光装置や発光装置との組み付けが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の高分子光導波路の断面を示す図である。
【図２】第１の実施形態の高分子光導波路の平面を示す図である。
【図３】第１の実施形態の高分子光導波路の変形例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の高分子光導波路の製造方法を示すプロセス図を示す。
【図５】従来の高分子光導波路を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態の例について図を参照しながら詳細に説明をする。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための高分子光導波路の断面を示す図である。図２は、本実施形態を説明するための高分子光導波路の平面を示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）は、本実施形態の変形例を示図である。さらに図４は、本実施形態の高分子光導波路の製造方法を示す図である。
【００１８】
図１は、本実施形態の高分子光導波路の断面を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る高分子光導波路１は、クラッド用フィルム基材１０と、当該クラッド用フィルム基材１０と一体に形成された高分子材料からなるコア２０とからなり、コア２０は、クラッド用フィルム基材１０の片面に形成された導光部２１と、当該導光部２１の両端部に形成された反射ミラー面２４、２５と、前記反射ミラー面２４、２５の外方であって前記クラッド用フィルム基材１０の凹部１４に形成された拡張部２７と、前記拡張部２７上の第１の光学素子部２８とを有しており、前記拡張部２７は、クラッド用フィルム基材１０に開設された第１の貫通孔１１および第２の貫通孔１２に連設して形成される。本実施形態の高分子光導波路１の入光部２２は、一方の反射ミラー面２４と、前記拡張部を挟んで前記反射ミラー面２４に対向する第１の光学素子部２８との延長線上に配置され、高分子光導波路１の出光部２３は、他方の反射ミラー面２５と、前記拡張部を挟んで前記反射ミラー面２５に対向する第１の光学素子部２８との延長線上に配置され、入光部２２と出光部２３は、クラッド用フィルム基材１０の前記導光部２１が形成されていない側の面と面一に配置されている。尚、本実施形態では、第１の光学素子部２８はコリメートレンズである場合を示している。
【００１９】
クラッドフィルム１０は、高分子光導波路１を備えた光学装置の用途に応じ、屈折率などの光学的特性、機械的強度、耐熱性、コア２０及び後に説明する金型との密着性、フレキシビリティ及び吸水性等を考慮して材料が選択される。具体的には、コア２０との屈折率差を確保するため、屈折率が１．５５よりも小さく、厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度の脂環式アクリル樹脂フィルムや脂環式オレフィン樹脂フィルムなどを用いることができる。
【００２０】
コア２０は、所要の屈折率と光透過性とを有するものであれば、公知に属する任意の高分子材料をもって形成することもできるが、樹脂硬化光の照射範囲を規制することにより、所要の部分のみを選択的に硬化させることができ、コア２０ひいては高分子光導波路１の製造を容易化できるので、紫外線硬化性樹脂が特に好適である。コア２０の断面形状は矩形であり、その幅及び高さは、高分子光導波路１を備えた光学装置の用途に応じて、１５μｍ〜１００μｍ程度に形成される。導光部２１と入光部２２と出光部２３とは、コア２０の内部における光のロスを回避又は抑制するため、断面形状及び断面積が略同等に形
成される。なお、１枚のクラッドフィルム１０に複数本のコア２０を形成することも可能であり、実用的には、１枚のクラッドフィルム１０に複数本のコア２０が形成されたものの方が、むしろ一般的である。図２には、本実施形態の高分子光導波路１を平面視した図を示す。複数本のコア２０に対し、複数の導光部２１に対応する複数の第１の光学素子部２８が、千鳥状に配置されている。このことにより、光学装置の高密度実装が可能となる。
【００２１】
ミラー面２４は、入光部２２から入射し、第１の光学素子部２８により集光された光を全反射して導光部２１に導くためのものであり、導光部２１及び入光部２２に対して４５°の角度で傾斜する傾斜面をもって形成される。一方、ミラー面２５は、導光部２１を伝播した光を全反射して、第１の光学素子部２８に導くためのものであり、導光部２１及び出光部２３に対して４５°の角度で傾斜する傾斜面をもって形成される。このように、コア２０の所要の部分にミラー面２４、２５を形成すると、入光部２２から入射された光を効率良く出光部２３に導くことができ、かつ第１の光学素子部２８であるコリメートレンズがあるので、高分子光導波路１における光の伝播効率を高めることができる。さらに、本発明の高分子光導波路１は、クラッド用フィルム基材１０の内部に第１の光学素子部２８が一体に形成されているため、導光路２１と第１の光学素子部２８との位置合わせが不要となり、図示はしないが、外部にある受光装置や発光装置との組み付けが容易になる。
【００２２】
また本発明の実施形態では、第１の光学素子部２８がコリメートレンズである場合を示したが、これに限られるものではなく、図３（ａ）に示されるような反射防止構造体３０であっても構わない。反射防止構造体３１は、連続する突起微細構造を有し、突起の高さは約８５０ｎｍ、突起間の周期は約６００ｎｍであり、本実施形態のコリメートレンズと同様に、コア材によって形成されている。このことにより、クラッド用フィルム基材１と発光側装置及び受光側装置間で光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できる。
【００２３】
さらにまた本発明の実施形態の変形例として、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示されるような第２の光学素子３２を設けた高分子光導波路１であってもかまわない。図３（ｂ）に示されるように、第２の光学素子３２であるコリメートレンズが、クラッド用フィルム基材１０の導光部２１が形成されていない片面に配置され、かつ第１の光学素子部２８であるコリメートレンズの上にある。さらに図３（ｃ）は、第１の光学素子部２８と第２の光学素子３２であるそれぞれのコリメートレンズ上に、反射防止構造体３４が形成されている。このことにより、複数の光学素子を位置合わせ不要で設置が可能となり、かつ光学装置を小さくして、光損失を少なくできる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る高分子光導波路の製造方法について説明する。
【００２５】
図４は本実施形態に係る光導波路の製造方法を示すプロセス図であって、この図から明らかなように、本例の光導波路の製造方法は、透明な押さえ治具を用い、鋳型内に充填された紫外線硬化性樹脂を押さえ治具の外側から樹脂硬化光を全面照射することにより硬化することを特徴とする。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、両端に傾斜面を有する溝状のキャビティ４４が形成された第１の部材３０である鋳型を準備する。キャビティ４４は、図１に示した光導波路の導光部２１に相当する溝部４１とミラー面２４，２５に相当する傾斜面４２、４３を有している。第１の部材３０は、樹脂の剥離性が良好で、所要の導光部２１を高精度に形成できることから、例えばニッケル又はニッケル合金などをもって形成される。この第１の部材３０に対するキャビティ４４の形成は、レーザ加工等により素材となるニッケル板又はニッケル合金板に直接キャビティ４４をカッティングすることもできるし、フォトリソグラフィ技術を用いて、ガラス基板上に導光部２１に相当するフォトレジスト製の突条が形
成された原盤を作製した後、電鋳を利用した転写技術を用いて、原盤に形成された突条をニッケル金型又はニッケル合金金型に転写するという方法で行うこともできる。なお、溝部４１及び傾斜面４２、４３には、コア２０の剥離を容易にするための離型材を塗布することもできる。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、クラッド用フィルム基材１０に、拡張部を形成するための凹部１４ａおよび第１の光学素子部を形成するための凹部１４ｂからなる凹部１４、および前記凹部１４に連通した第１及び第２の貫通孔１１、１２を一体に形成する。この加工は、クラッド用フィルム基材１０が軟化する温度で型押しすることなどによって加工することができる。尚、本実施形態では、拡張部および第１の光学素子部を形成するための凹部１４を形成する場合を例示したが、凹部１４を形成する面の反対面も同時に加工することによって図３（ｂ）に示したような同時に第２の光学素子部３２を形成してもかまわない。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１の部材３０のキャビティ形成面に前記クラッド用フィルム基材１０を前記傾斜面４２、４３と前記第１の光学素子部を形成するための凹部１４ｂとが対向するよう密着させる。
【００２９】
次に、図４（ｄ）に示すように、ガラス板や樹脂板などの透明材料をもって構成され、前記クラッドフィルム１０に開設された第１及び第２の貫通孔１１、１２と対応する位置に樹脂注入口５１及び排気口５２が開設され、これら樹脂注入口５１及び排気口５２の壁面に遮光膜５３が形成された押さえ治具５０を置き、第１の貫通孔１１と樹脂注入口５１、及び第２の貫通孔１２と排気孔５２とがそれぞれ合致するように押さえ治具５０をアライメントする。しかる後に、樹脂供給装置のヘッド６１及び吸引装置のヘッド６２を、樹脂注入口５１及び排気口５２にそれぞれ連結し、吸引装置により排気口５２内、第２の貫通孔１２内、凹部１４内、キャビティ４４内、第１の貫通孔１１内及び樹脂注入口５１内の空気を吸引して、圧力が所定値以下に減圧された段階で、樹脂供給装置から第１及び第２の貫通孔１１，１２内及び凹部１４内、キャビティ４４内にコア形成用の紫外線硬化性樹脂を注入する。これにより、第１及び第２の貫通孔１１，１２内及び凹部１４内、キャビティ４４内への紫外線硬化性樹脂の充填が高能率に行われると共に、コア２０内への気泡の混入が防止され、良品の製造を高能率に行うことが可能になる。第１及び第２の貫通孔１１、１２内及び凹部１４内、キャビティ４４内に紫外線硬化性樹脂が充填された段階で、樹脂供給装置からの樹脂の供給を停止する。
【００３０】
最後に、図４（ｅ）に示すように、押さえ治具５０の外面全面から紫外線硬化性樹脂の硬化光Ｌを照射する。前述のように、樹脂注入口５１及び排気口５２の壁面には遮光膜５３が形成されているので、この樹脂硬化光Ｌを全面照射した後においても、樹脂注入口５１内及び排気口５２内に残留した紫外線硬化性樹脂は硬化せず、第１及び第２の貫通孔１１，１２内及び凹部１４内、キヤビティ４４内に注入された紫外線硬化性樹脂のみが選択的に硬化される。硬化後に、クラッド用フィルム基材１０の表面から押さえ治具５０を除去し、第１の部材３０とクラッド用フィルム基材１０の界面を剥離して、製品である光導波路を取り出す（図１参照）。これらの工程を経ることにより、クラッド用フィルム基材１０の内部に第１の光学素子部２８が一体に形成されて導波路と光学素子部との位置合わせが不要とされた高分子光導波路を容易に提供できうる。
【００３１】
尚、本実施形態では、クラッド用フィルム基材１０から第１の部材３０である鋳型を剥離した構造のリッジ型光導波路の製造工程を例示したが、第１の部材３０として、クラッド用フィルム基材１０と同材質の部材を用いて、あらかじめ図４（ａ）に示される第１の部材３０の傾斜面４２、４３に金、銀ないしアルミ等の反射率の高い金属反射膜を蒸着しておき、かつ、図４（ｅ）の工程の最後に第１の部材３０を残せば、本実施形態の製造方
法において、クラッド用フィルム基材１０と第１の部材３０をクラッドとする埋め込み型光導波路も容易に提供できうる。
【００３２】
さらに本実施形態では、凹部内および前記キャビティ内に充填された高分子材料の硬化収縮が生じたとしても、拡張部２７から未硬化の樹脂が供給されることによって、コア内に発生する気泡をより抑制することができ、コア２０内での光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できうる。
【００３３】
また、本実施形態では、紫外線硬化性樹脂の硬化の際、樹脂硬化光Ｌを全面照射した場合を例示したが、第１の貫通孔１１側から第２の貫通孔側１２に順次硬化させていくこと、または第２の貫通孔１２側から第１の貫通孔１１側に順次硬化させてもよく、コアの硬化収縮によってコア内に発生する気泡をさらに抑制することができ、コア２０内での光損失の少ない高分子光導波路を容易に提供できうる。
【符号の説明】
【００３４】
１  高分子光導波路
１０  クラッド用フィルム基材
１１  第１の貫通孔
１２  第２の貫通孔
１４  凹部
２０  コア
２１  導光部
２２  入光部
２３  出光部
２４、２５  反射ミラー面
２７  拡張部
２８  第１の光学素子部
３０  第１の部材
３１、３４  反射防止構造体
３２  第２の光学素子部
３４  反射防止構造
４４  キャビティ
５０  押さえ治具
５１  樹脂注入口
５２  排気口
【図１】
2011248076.tif 000003
【図２】
2011248076.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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