(57)【要約】【課題】出射光のスポット径を縮小して光学素子との結合損失の発生を抑制し、複数の光を合波可能であり、出射光の強度分布を均一にすることができる小型の光デバイスを提供する。【解決手段】勾配３，４を有し、光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状の光路１と、勾配３，４の外側に設けられ、光路１より屈折率が低い大径光路５とを備え、光路１内で光を伝搬させる機構として機能する光デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
勾配を有し、光伝搬方向に向かって拡大するテーパ形状の光路と、前記勾配の外側に設けられ、前記光路より屈折率が低い大径光路とを備え、前記光路内で光を伝搬させる機構として機能する光デバイス。
【請求項２】
前記光路は、前記勾配として第１勾配及び第２勾配を有し、前記大径光路を伝搬する光のうち、前記第１勾配の少なくとも一部から入射した光を前記第２勾配で反射させ、前記光路内で伝搬するように光の進行方向を調整する光路調整機構として機能する請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記光路の屈折率がｎ１、前記第１勾配の外側に設けられた前記大径光路の屈折率がｎ２、前記第２勾配の外側に設けられた前記大径光路の屈折率がｎ３、前記第１勾配及び前記第２勾配のなすテーパ角の和が（θａ＋θｂ）、前記第１勾配と入射する光のなす角がθ１、前記第２勾配で反射する光の入射角がθ２である場合、
ｓｉｎθ２≧ｎ３／ｎ１であって、
ｎ２・ｃｏｓθ１＝ｎ１・ｓｉｎ（θ２−（θａ＋θｂ））・・・・・（１）
式（１）を満たす角度θ１で前記第１勾配に光が入射する請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光路は、前記勾配として第１勾配及び第２勾配を有し、前記大径光路を伝搬する光のうち、前記第１勾配の少なくとも一部から入射した光を前記第２勾配で屈折させ、光の進行方向を調整する角度調整機構として機能する請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記角度調整機構は、前記第１勾配の少なくとも一部に外側から入射した光を前記第２勾配で屈折させて透過することで、光の角度を変化させる機構である請求項４に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記角度調整機構は、前記第１勾配及び前記第２勾配の勾配角度の基準となる勾配基準線と前記第１勾配に入射する光とのなす角が、前記勾配基準線と前記第２勾配から出射する光とのなす角より大きくする機構である請求項４又は５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記角度調整機構は、前記第１勾配及び前記第２勾配の外側に、光を反射させる反射面である請求項４〜６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
前記勾配が１つであり、前記勾配の少なくとも一部から入射した光を前記勾配と対向する反射面で反射させ、再度前記勾配で反射させることにより、前記光路内で伝搬するように光の進行方向を調整する光路調整機構として機能する請求項１に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記大径光路が、光伝搬方向に向かって拡大するテーパ形状である請求項１〜８のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記光路又は／及び前記大径光路が、略錐台形状である請求項１〜９のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記大径光路に光入射部を有し、前記光入射部の断面積より、前記光路の断面積が小さい請求項１〜１０のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記光路又は／及び前記大径光路が、前記光路又は／及び前記大径光路よりも屈折率の低い第１クラッド層上に設けられた請求項１〜１１のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記光路又は／及び前記大径光路が、前記光路又は／及び前記大径光路よりも屈折率の低い第２クラッド層で覆われている請求項１〜１２のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記光路又は／及び前記大径光路の少なくとも一部が、前記光の波長に対して厚さ又は／及び幅方向の次数が複数の固有モードを有する厚さ又は／及び幅である請求項１〜１３に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記入射される光が、１つ以上の光源からの光である請求項１〜１４のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の光デバイスを用いた光結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光デバイス及び光結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報容量の増大に伴い、幹線及びアクセス系といった通信分野のみならず、ルータ及びサーバ内の情報処理にも光信号を用いる光インターコネクション技術の開発が進められている。特に、ルータ及びサーバ装置内のボード間、又はボード内の短距離信号伝送に光を用いるための光伝送路としては、光ファイバに比べて配線の自由度が高く、かつ高密度化が可能な光導波路を用いることが望ましく、中でも、加工性及び経済性に優れたポリマー材料を用いた光デバイスが有望である。
【０００３】
光デバイスとしての光ファイバ及び光導波路は、一般的に光源（発光素子）及び受光素子と接合して用いられ、例えば光ファイバ、フォトダイオード、及びレーザーダイオード等の他の光学素子と接続して用いられる（例えば、特許文献１参照）。光ファイバ及び光導波路と光学素子とを接続する光結合器としては、光結合効率及び位置合わせトレランス裕度を拡大するという観点から、フォトダイオード等の受光素子に光を入射する径は小さく、レーザーダイオード等の発光素子から発光する光の径は大きくする必要があった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
光デバイスの別の活用例として、光ファイバ及びフォトダイオード等の複数の光源から出射される光を合波して高出力、高輝度な合波光を得るための光合波装置があり、その構造について様々な提案がなされている。
光合波装置としては、例えば、複数の光源から出射された光を第１ファイバ合波器において合波して第１の合波光を形成する複数のファイバ合波光源ユニットからマルチモード光ファイバによって第１の合波光を導波させ、第２ファイバ合波器においてさらに合波して第２の合波光を形成する光合波装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、光デバイスの別の活用例として、波長多重光伝搬構造により、短距離光伝搬で用いられる光伝搬路において更なる低コスト化、小型化、大容量化が図れる光伝搬技術が提案されている。
波長多重光伝搬構造による光合波装置としては、例えば、面発光素子の近接した２以上の発光点から入射した２以上の異なる波長の光を合波して伝搬した後、合波した光を波長選択フィルターにより分波して波長多重伝搬することができる複合化された波長多重光伝搬路構造についての光合波装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４２１４９号広報
【特許文献２】国際公開第２００７／０２６６０１号
【特許文献３】特開２００７−４１３４２号公報
【特許文献４】特開２００９−１９９０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の光導波路は、コアに設けられたテーパによってスポット径を小さくしているが、複数の固有モードを有する光導波路（光ファイバでも同様）で行うと、スポット径を縮小するにつれ、反射角の小さな（反射面の法線に対する入射角又は出射角）光成分が発生し、受光素子として光ファイバや光導波路を用いる場合、結合損失が発生し、光損失の悪化が懸念された。
【０００８】
また、複数の光源から出射される光を合波する光合波装置として、例えば、医療用内視鏡、ピコプロジェクタ(小型の映像投影装置)、電脳眼鏡（眼鏡のグラス部分に画像を投影する装置）等に用いられるような、小型、かつ複数の光（異なる波長の光を含む）を合波して出射する照明装置では、出射光が照らした被照射部において、それぞれの波長の光の強度分布にムラがなく、いずれの波長の光においても分布形状が等しくなることが求められる。換言すると、波長多重合波器の光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布が均一であることが求められる。
【０００９】
特許文献３では、光の強度分布の均一性については触れられておらず、また、小型化の手段についても開示されていない。特許文献３の光合波装置で、光の強度分布を均一化するには、光伝搬路を長くせざるを得ず、装置全体を大型化してしまう。
【００１０】
また、特許文献４では、光の損失については言及しているが、光の強度分布を均一にする手段については開示されていない。なお、特許文献４で述べている光源は、レーザー及びＬＥＤ等の発光素子の他、これらの発光素子が結合された光ファイバ及び光伝送部材等も含まれる。
【００１１】
本発明は、これら課題を解決するためになされたもので、出射光のスポット径を縮小して光学素子との結合損失の発生を抑制し、複数の光を合波可能であり、出射光の強度分布を均一にすることができる小型の光デバイス及び光結合器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、光伝搬方向に向かって拡大するテーパ形状の光路を光路調整機構とすることで、光路内で伝搬するように光の進行方向を調整することで、上記課題を解決し得ることを見出した。本発明は、かかる知見にもとづいて完成したものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、
（１）勾配を有し、光伝搬方向に向かって拡大するテーパ形状の光路と、前記勾配の外側に設けられ、前記光路より屈折率が低い大径光路とを備え、前記光路内で光を伝搬させる機構として機能する光デバイス、
（２）前記光路は、前記勾配として第１勾配及び第２勾配を有し、前記大径光路を伝搬する光のうち、前記第１勾配の少なくとも一部から入射した光を前記第２勾配で反射させ、前記光路内で伝搬するように光の進行方向を調整する光路調整機構として機能する（１）に記載の光デバイス、
（３）前記光路の屈折率がｎ１、前記第１勾配の外側に設けられた前記大径光路の屈折率がｎ２、前記第２勾配の外側に設けられた前記大径光路の屈折率がｎ３、前記第１勾配及び前記第２勾配のなすテーパ角の和が（θａ＋θｂ）、前記第１勾配と入射する光のなす角がθ１、前記第２勾配で反射する光の入射角がθ２である場合、
ｓｉｎθ２≧ｎ３／ｎ１であって、
ｎ２・ｃｏｓθ１＝ｎ１・ｓｉｎ（θ２−（θａ＋θｂ））・・・・・（１）
式（１）を満たす角度θ１で前記第１勾配に光が入射する（２）に記載の光デバイス、
（４）前記光路は、前記勾配として第１勾配及び第２勾配を有し、前記大径光路を伝搬する光のうち、前記第１勾配の少なくとも一部から入射した光を前記第２勾配で屈折させ、光の進行方向を調整する角度調整機構として機能する（１）に記載の光デバイス、
（５）前記角度調整機構は、前記第１勾配の少なくとも一部に外側から入射した光を前記第２勾配で屈折させて透過することで、光の角度を変化させる機構である（４）に記載の光デバイス、
（６）前記角度調整機構は、前記第１勾配及び前記第２勾配の勾配角度の基準となる勾配基準線と前記第１勾配に入射する光とのなす角が、前記勾配基準線と前記第２勾配から出射する光とのなす角より大きくする機構である（４）又は（５）に記載の光デバイス、
（７）前記角度調整機構として、前記第１勾配及び前記第２勾配の外側に、光を反射させる反射面を有する（４）〜（６）のいずれかに記載の光デバイス、
（８）前記勾配が１つであり、前記勾配の少なくとも一部から入射した光を前記勾配と対向する反射面で反射させ、再度前記勾配で反射させることにより、前記光路内で伝搬するように光の進行方向を調整する光路調整機構として機能する（１）に記載の光デバイス、
（９）前記大径光路が、光伝搬方向に向かって拡大するテーパ形状である（１）〜（８）のいずれかに記載の光デバイス、
（１０）前記光路又は／及び前記大径光路が、略錐台形状である（１）〜（９）のいずれかに記載の光デバイス、
（１１）前記大径光路に光入射部を有し、前記光入射部の断面積より、前記光路の断面積が小さい（１）〜（１０）のいずれかに記載の光デバイス、
（１２）前記光路又は／及び前記大径光路が、前記光路又は／及び前記大径光路よりも屈折率の低い第１クラッド層上に設けられた（１）〜（１１）のいずれかに記載の光デバイス、
（１３）前記光路又は／及び前記大径光路が、前記光路又は／及び前記大径光路よりも屈折率の低い第２クラッド層で覆われている（１）〜（１２）のいずれかに記載の光デバイス、
（１４）前記光路又は／及び前記大径光路の少なくとも一部が、前記光の波長に対して厚さ又は／及び幅方向の次数が複数の固有モードを有する厚さ又は／及び幅である（１）〜（１３）に記載の光デバイス、
（１５）前記入射される光が、１つ以上の光源からの光である（１）〜（１４）のいずれかに記載の光デバイス、
（１６）前記（１）〜（１５）のいずれかに記載の光デバイスを用いた光結合器、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出射光のスポット径を縮小して光学素子との結合損失の発生を抑制し、複数の光を合波可能であり、出射光の強度分布を均一にすることができる小型の光デバイス及び光結合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光デバイスの光路及び大径光路の一態様を示す平面図である。
【図２】本発明の光デバイスにおける光路調整機構による光伝搬様式を示す平面図である。
【図３】本発明の光デバイスにおける角度調整機構による光伝搬様式を示す平面図である。
【図４】本発明の光デバイスの光路及び大径光路の別の一態様を示す平面図である。
【図５】本発明の光デバイスの一態様を示す斜視図である。
【図６】本発明の光デバイスの光路及び大径光路の別の一態様を示す平面図である。
【図７】本発明の光デバイスの光路及び大径光路の別の一態様を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る光デバイスは、勾配３，４を有し、光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状の光路１と、その勾配３，４の外側に設けられ、光路１より屈折率が低い大径光路５とを備え、光路１内で光を伝搬させる機構として機能するものである。
本発明の実施の形態に係る光デバイスの一態様としては、図１に示すように、第１勾配３及び第２勾配４を有し、光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状の光路１を備える。光路１は、図２に示すように、第１勾配３の少なくとも一部に最初に外側から入射した光Ｌを第２勾配４で反射させ、光路１内で伝搬するように光の進行方向を調整する光路調整機構である。
本発明の光デバイスにおいて、光路１は外部（光路１を取り巻く領域）よりも屈折率が高いことが必要であるので、図１及び図２に示すように、第１勾配３及び第２勾配４の外側に、光路１より屈折率が低い大径光路５を設けることが好ましい。大径光路５を伝搬する光の一部が光路１に入射する。
【００１７】
［光路調整機構］
本発明の光デバイスは、光路調整機構によって、光路１の外部から入射される光（光成分）を光路１内に閉じ込めることができる。このため、光の集光が可能となり出射される光のスポット径を小さくできる。また、光路１に種々の方向から入射した光を効率的に合波することができる。
光路１の屈折率がｎ１、第１勾配３の外側に設けられた大径光路５の屈折率がｎ２、第２勾配４の外側に設けられた大径光路５の屈折率がｎ３、第１勾配３及び第２勾配４のなすテーパ角の和が（θａ＋θｂ）、第１勾配３と入射する光のなす角がθ１、第２勾配４で反射する光の入射角がθ２である場合、ｓｉｎθ２≧ｎ３／ｎ１であって、以下に示す式（１）を満たす角度θ１で第１勾配３に入射することで、光路１内で伝搬するように光を進行させることができる。
ｎ２・ｃｏｓθ１＝ｎ１・ｓｉｎ（θ２−（θａ＋θｂ））・・・・・（１）
【００１８】
本発明の光デバイスは、第１勾配３及び第２勾配４のなすテーパ角の和（θａ＋θｂ）が、上記式（１）を満たす範囲になるように適宜調整して設計することによって、光路１内で伝搬するように光を進行させることができる。
また、本発明の光デバイスは、光路１の第２勾配４で反射された光が、１回以上第１勾配３又は第２勾配４で反射される機構である場合、１回の反射毎に、勾配基準線Ｓ１と光Ｌとの角度がテーパ角の和（θａ＋θｂ）分小さくなり、結果的に出射される光の広がり角をより小さくできるため好ましい。
なお、ｎ２とｎ３は、同一の屈折率でも異なる屈折率でもよい。ｎ２とｎ３の屈折率が同一である場合は、同一の材料を使用することができるため、使用する材料の種類を低減できるため好ましい。
【００１９】
光路１の外部又は／及び内部に、式（１）を満たす角度θ１以下の入射光となるように光の角度を調整させる角度調整機構を有することが好ましい。角度調整機構を有することによって、効率的に光路１内に光Ｌを導波することが可能となる。このため、光の集光が可能となり、光出射部１５から出射される光のスポット径をより小さくできる。
【００２０】
［角度調整機構］
本発明の実施の形態に係る光デバイスの別の態様は、図３に示すように、第１勾配３及び第２勾配４を有し、光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状の光路１を備え、光を屈折させて、その進行方向を調整する角度調整機構として機能する。
本発明の別の形態に係る光デバイスの角度調整機構としては、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１勾配３の少なくとも一部に外側から入射した光Ｌを第２勾配４で屈折させて透過することで、光の角度を変化させることができる機構であることが好ましい。
この時の第１勾配３と第２勾配４を有する光路１の屈折率は、第１勾配３外側及び第２勾配４外側の屈折率と異なっていれば本発明の効果が得られるが、光路１の屈折率の方が高いと、上述した光路１内に光Ｌを伝搬させる機構を有する光デバイスとの両立が容易となるため好ましい。また、第１勾配３外側の屈折率と第２勾配４外側の屈折率は、後述するように光路１を複数回往復させて使用する場合には、異なる屈折率でもよいが、同一の屈折率であると、光デバイスを形成するのが容易であり、材料の種類も低減できるため好ましい。最も好ましい光デバイスの構造としては、第１勾配３及び第２勾配４が光路１に設けられ、同一の屈折率からなる大径光路５が光路１の両外側に設けられる構造である。
【００２１】
角度調整機構は、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、光路１の両外側が、同一の屈折率からなる構造である場合、第１勾配３及び第２勾配４の勾配角度の基準となる勾配基準線Ｓ１と第１勾配３に入射する光とのなす角θ３が、勾配基準線Ｓ１と第２勾配４から出射する光とのなす角θ４より大きい機構であることが好ましい。このような、角度調整機構である場合、テーパ状の光路１を通過して第２勾配４から出射した光は、勾配基準線Ｓ１に対して平行に近い角度に変換される。
【００２２】
角度調整機構として、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１勾配３及び第２勾配４の外側に、光を反射させる反射面１３を有することが好ましい。第１勾配３及び第２勾配４のそれぞれの外側に配置された反射面１３で光を反射させて、２回以上第１勾配３及び第２勾配４からなる光路１を通過させることによって、より勾配基準線Ｓ１と平行に近い光成分に変換できる。反射面１３にて反射を繰り返すと、やがて上記θ１を満たす角度の光成分が発生し、その成分は次に第１勾配３又は第２勾配４に入射されると光路１内にとどまる。その際に上記θ１を満たさなかった光成分もさらに反射回数を経ることによって、光路１内にとどまるようになる。
反射面１３は、反射金属であってもよく、屈折率の異なる界面反射でもよい。反射による光損失の悪化が少ないという点から、屈折率の異なる界面反射を用いることが好ましい。第１勾配３と第２勾配４のそれぞれの外側に配置される反射面１３は、大径光路５の側面とすることによって容易に形成することができる。
なお、θ３は、θ１より大きく、９０°以下であるとよい。より好ましくはθ１より大きく、４５°以下であり、さらに好ましくは、θ１より大きく、３０°以下である。θ３が小さければ、早い段階で、θ３≦θ１となり、光デバイスを小型化できるため好ましい。
【００２３】
上述した第１勾配３及び第２勾配４の外側に配置されたそれぞれの反射面１３は、図３に示すように平行であっても、図４に示すように非平行であってもよい。非平行の場合、光路１のテーパが拡大する方向と同じ方向に、反射面１３の幅が大きくなるような第３勾配７及び第４勾配８とすることが好ましい。第３勾配７又は第４勾配８で光Ｌが反射されると、第３勾配７又は第４勾配８の勾配基準線Ｓ２との角度が、１回の反射で、テーパ角（θｃ＋θｄ）分、第３勾配７又は第４勾配８の勾配基準線Ｓ２に平行な角度に近づく。つまり、この機構も、光路１の外部又は／及び内部に、光路１内に光を伝搬させ得る角度に変化させる角度調整機構の一つとなる。また、上述した第１勾配３を有する光路１に光を入射し、第１勾配３とは異なる角度の第２勾配４から光を出射して光Ｌの角度を変化させる機構と併用することにより効率的に角度を変化させることができる。
なお、光路１に設けられた第１勾配３と第２勾配４の勾配基準線Ｓ１と、大径光路５に設けられた第３勾配７と第４勾配８の勾配基準線Ｓ２とは、略並行であるとよく、それらのなす角は、０°〜４５°であるとよく、より好ましくは０°〜１０°であるとよく、さらに好ましくは、光路１内に光を伝搬させ得る角度に変化させる機構の効果をより短距離で効率よく発現させる観点から０°〜１°であることが好適である。さらに、勾配基準線Ｓ１と勾配基準線Ｓ２は、同軸であることが好ましい。
【００２４】
上記より、光路１又は／及び大径光路５は、略錐台形状であることが好ましい。ここでの略錐台形状とは、多角錐台、円錐台等を指し、好ましくは四角錐台形状である。なお、四角錐台形状の対向する斜面が、１組平行であっても広義に略錐台形状とする。
光路１に関しては、略錐形状（多角錐、円錐）であっても本発明の効果が得られるが、略錐台形状の小さい方の上面が、光入射部１４側であると、光路１の形成性の観点からよい。この場合でも、光の進行方向に対して略垂直方向に略錐台形状の上面を配置すると、大径光路５を伝搬する光のうち、光の進行方向に対して角度の小さい光成分は、上面から直接光路１に入射できるため、効率的に光の伝搬が行え、角度の大きな光成分や光の軸が光路１とずれた光成分を本発明の機能で、光路１に変換することができる。
【００２５】
また、本発明の光デバイスの、更に別の実施の形態として、例えば、図７に示す例が挙げられる。この例では、勾配３が一つであり（即ち、第１勾配３と第２勾配４が同一の傾斜面である例）、勾配３から光路１に入射された光は、勾配３と対向する反射面１３で反射され、再度勾配３（即ち、第２勾配４が第１勾配３と同一ともいえる例）にて反射される光デバイスであってもよい。
【００２６】
以下に本発明の光デバイスの各部材について詳細に説明する。
【００２７】
［光路］
本発明の実施の形態に係る光デバイスは、図５に示すように、基板１６と、基板１６上に設けられた第１クラッド層９と、第１クラッド層９上に設けられた光路１と、光路１の少なくとも第１勾配３及び第２勾配４を埋設するように、第１クラッド層９上に設けられた大径光路５と、大径光路５を覆うように設けられた第２クラッド層１０とを備える。
本発明の光デバイスに用いられる光路１は、第１クラッド層９、第２クラッド層１０、大径光路５よりも高屈折率であり、光が伝搬する主要な部位である。上記の観点から、光路１は、伝搬する検出光及び光信号の波長に対して、光の伝搬に悪影響の出ない程度の透明性を有していればよい。
光路１の材料は、上記を満たすような、石英、ガラス、樹脂等であれば特に限定がないが、パターンとして第１クラッド層９上に形成する場合には、密着性の観点、形成性の観点から樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
樹脂を用いた光路１の形成方法としては、被写体（第１クラッド層９）上にワニス状の光路形成用樹脂を塗布して積層する、又はフィルム状の光路形成用樹脂をラミネート、プレス等にて積層した後に、露光現像するフォトリソグラフィー加工及び異方性エッチング（ドライエッチング）等を用いてパターンを形成する方法が挙げられる。また、別の形成方法としては、所望の箇所のみにフィルム状又はワニス状のクラッド層形成用樹脂を塗布することによってパターンを形成することができる。高精度な位置合わせが可能である点から、フォトリソグラフィー加工が好適に挙げられ、その観点から、光路形成用樹脂は、現像可能な樹脂層であることが好ましく、感光性の樹脂層であることがさらに好ましい。
【００２９】
光路１の断面形状としては、光が伝搬可能な形状であればよく、矩形、多角形、円、楕円等を採用することができる。上記のフォトリソグラフィー加工で形成する場合には、光路1の断面形状は矩形であると形成しやすいため好ましい。
【００３０】
光路１の厚さに関しては、特に限定するものではないが、１０〜１６０μｍの範囲であることが好ましい。光路１の厚さが１０μｍ以上であると、厚さ幅方向の次数が複数の固有モードを有する光デバイスが得られやすく、光デバイス形成後の受発光素子等との結合において位置合わせトレランスを拡大できる。また、光路１の厚さが１６０μｍ以下であると、光デバイス形成後の受発光素子等との結合において結合効率を向上でき、光デバイス形成後の受発光素子、光ファイバ、又は光デバイスとの結合において位置合わせトレランスが拡大できるという利点がある。上記の観点から、光路１の厚さは、３０〜１５０μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、光路１の厚さは、出力される光の広がり角が上下方向に均等に出力される観点、また出力される光の方向が光路１と略平行方向にできる観点から、厚さが一定であることが好ましい。
【００３１】
光路１の第１勾配３及び第２勾配４で形成するテーパは、光路１の少なくとも一部に形成されていればよい。テーパを形成する第１勾配３及び第２勾配４は、直線状でも湾曲状でもよい。勾配基準線Ｓ１と第１勾配３及び第２勾配４のなすテーパ角の和（θａ＋θｂ）は、上記の式（１）を満たし、光進行方向Ｄに向かって断面積が拡大するような角度であり、光の伝搬に支障がない程度であれば特に限定はない。ただし、光路１のスポット径を小さくする観点から、第１勾配３及び第２勾配４のなすテーパ角の和（θａ＋θｂ）は、０．０５°〜４５°であることが好ましく、０．０５°〜３０°であることがより好ましく、０．０５°〜１０°であることがさらに好ましい。
【００３２】
［大径光路］
大径光路５は、光路１よりも低屈折率な層であって、光を伝搬する部位である。上記の観点から、大径光路５は、伝搬する光に対して、光の伝搬に悪影響の出ない程度の透明性を有していればよい。
大径光路５の材料としては、光路１と屈折率の異なる同種の材料を用いることができるが、第１クラッド層９上に形成する場合には、第１クラッド層９、第２クラッド層１０よりも高屈折率である樹脂を用いると、光の閉じ込め性の観点から好ましい。大径光路５の形成方法は、上述した光路１と同様の方法で行うことができる。大径光路５は、少なくとも光路１の第１勾配３及び第２勾配４の外側に、側壁を有することが好ましい。
大径光路５の厚さに関しては、特に限定するものではないが、光の入射及び出射を光路１に対して効率的に行うという観点から、光路１と同等以上であることが好ましい。
【００３３】
大径光路５の第３勾配７及び第４勾配８で形成するテーパは、大径光路５の少なくとも一部に形成されていればよい。テーパを形成する第３勾配７及び第４勾配８は、直線状でも湾曲状でもよい。大径光路５に第３勾配７及び第４勾配８からなるテーパを設けることによって、効率的に光の角度を緩やかにし、光路１へ光を導入することができる。
勾配基準線Ｓ２と第３勾配７及び第４勾配８とのなす角の和（θｃ＋θｄ）は、光の伝搬に支障がない程度であれば特に限定はない。ただし、光路１のスポット径を小さくする観点から、第３勾配７及び第４勾配８のなすテーパ角の和（θｃ＋θｄ）は、０°超〜４５°であることが好ましく、０°超〜３０°であることがより好ましく、０°超〜１０°であることがさらに好ましい。
【００３４】
大径光路５は、伝搬する光Ｌを第１勾配３及び第２勾配４の勾配基準線Ｓ１と平行に近い光に変換し、さらには光を光路１に留めることができる。さらに、大径光路５は、第３勾配７及び第４勾配８によるテーパを形成する場合、そのテーパ形状が光伝搬方向Ｄに向かって拡大する形状であると、効率的にθ１以下に光Ｌを変換することが可能となる。
大径光路５は、光路１よりも屈折率が低いことが好ましく、その屈折率差は、以下の式（２）で表される屈折率差が、光閉じ込め性の観点及び材料の屈折率制御の容易性の観点から、０．１〜６．０％であることが好ましく、０．５〜６．０％であることがより好ましく、１．０〜６．０％であることがさらに好ましい。
（屈折率差）＝（ｎＨ２−ｎＬ２）１／２／（２×ｎＨ２）・・・（２）
ｎＨ；高屈折率側の層の屈折率
ｎＬ；低屈折率側の層の屈折率
【００３５】
本発明の光デバイスは、図６に示すように、大径光路５に光入射部１４を有し、光入射部１４の断面積より、光路１の断面積が小さい光デバイスとすると、光路１から出射されるスポット径を小さくすることができる。図６に示す光入射部１４は、同一平面の大径光路５断面内に光路１断面を内包するが、この場合、大径光路５と光路１からなる領域を光入射部１４とする。
【００３６】
［第１クラッド層］
光路１及び／又は大径光路５の下方に設けられる第１クラッド層９は、光路１及び／又は大径光路５よりも屈折率が低ければ、それらの光路１及び／又は大径光路５と第１クラッド層９の界面で、全反射を繰り返しながら光が伝搬可能であるため好ましい。
【００３７】
第１クラッド層９の形成方法としては特に限定はないが、例えば、ワニス状のクラッド層形成用樹脂層を塗布したり、フィルム状のクラッド層形成用樹脂層をラミネート及びプレス等を用いて被写体上に積層したりして第１クラッド層９とする方法が挙げられる。第１クラッド層９の材料としては、塗布や積層した後に硬化する観点から、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、光／熱併用硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００３８】
第１クラッド層９の厚さとしては特に限定はないが、光路１及び／又は大径光路５の光の閉じ込め性の観点から５μｍ以上であると好ましく、厚い樹脂層の形成性の観点から２００μｍ以下であるとよい。第１クラッド層９の厚さは、均一な厚さにする制御のしやすさの観点から１０μｍ〜１００μｍの範囲であることがより好ましく、低背化の観点から１０μｍ〜５０μｍの範囲であることがさらに好ましい。
なお、第１クラッド層９は、単層であっても、複数層からなっていてもよく、後述する第２クラッド層１０と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。
【００３９】
光路１又は／及び大径光路５は、光路１又は／及び大径光路５よりも屈折率の低い第１クラッド層９上に具備されることが好ましい。これにより、光路１及び大径光路５からなる光デバイスが各種筐体に直接触れずに搭載することができるため、光の伝搬が良好となる。さらに、光路１又は／及び大径光路５が第１クラッド層９上に具備する場合、光路１又は／及び大径光路５を凹版やフォトリソグラフィー加工によって形成しやすいため好ましい。また、屈折率差を外部が空気の場合と比較して低減させることによって、角度の大きな光成分（反射面の法線に対して光のなす角が小さい光成分）の発生を低減できるため、光の角度を変換する機構をより効率的に発現させることができる。
光路１又は及び大径光路５と、第１クラッド層９の屈折率差は、上記の式（２）で表される屈折率差が、光閉じ込め性の観点及び材料の屈折率制御の容易性の観点から、０．１〜６．０％であることが好ましく、１．０〜６．０％であることがより好ましく、１．５〜６．０％であることがさらに好ましい。
【００４０】
［第２クラッド層］
光路１及び／又は大径光路５を覆う第２クラッド層１０は、光路１及び／又は大径光路５よりも屈折率が低ければ、光路１及び／又は大径光路５の光の閉じ込め性が良好となり、光路１及び／又は大径光路５と第２クラッド層１０間の屈折率差の制御が容易になる。また、光路１及び／又は大径光路５の保護ができるため好ましい。
【００４１】
第２クラッド層１０の形成方法としては特に限定はないが、例えば、ワニス状のクラッド層形成用樹脂層を塗布して積層したり、フィルム状のクラッド層形成用樹脂層をラミネート及びプレス等を用いて被写体上に積層したりして第２クラッド層１０とする方法が挙げられる。第２クラッド層１０の材料としては、積層した後に硬化する観点から、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、光／熱併用硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００４２】
第２クラッド層の厚さとしては特に限定はないが、光路１及び／又は大径光路５の光の閉じ込め性の観点から、光路１及び／又は大径光路５を埋め込み、さらに光路１及び／又は大径光路５の上面から５μｍ以上上方に形成されることが好ましい。第２クラッド層の厚さは、樹脂層の形成性の観点から、第１クラッド層９の表面からの高さが２００μｍ以下であることが好ましい。第２クラッド層の厚さは、フォトリソグラフィー加工性の観点から、第１クラッド層９の表面からの高さが２０μｍ〜１６０μｍの範囲であることがより好ましく、光デバイスへの適度な剛性、強度を確保する観点から、５０μｍ〜１６０μｍの範囲であることがさらに好ましい。
なお、第２のクラッド層１０は、単層であっても、複数層からなっていてもよく、第１クラッド層９と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。
【００４３】
光路１又は／及び大径光路５は、光路１又は／及び大径光路５よりも屈折率の低い第２クラッド層１０で覆われていることが好ましい。屈折率差を外部が空気の場合と比較して低減させることによって、角度の大きな光成分（反射面の法線に対して光のなす角が小さい成分）の発生を低減できるため、光の角度を変換する機構をより効率的に発現させることができる。なお、第２クラッド層１０で覆われていることにより、光路１や大径光路５に異物等が付着することを抑制することができる。
光路１又は及び大径光路５と、第１クラッド層９の屈折率差は、上記の式（２）で表される屈折率差が、光閉じ込め性の観点及び材料の屈折率制御の容易性の観点から、０．１〜６．０％であることが好ましく、１．０〜６．０％であることがより好ましく、１．５〜６．０％であることがさらに好ましい。
なお、第１クラッド層９と第２クラッド層１０は同じ屈折率でも異なる屈折率でもよい。
【００４４】
光路１又は／及び大径光路５の少なくとも一部が、光の波長に対して厚さ又は／及び幅方向の次数が複数の固有モードを有する厚さ又は／及び幅であることが好ましい。これにより、複数の角度の光成分が混在した光となるため、本発明の効果が発現しやすい。
また、光入射部１４に入射する光は１つの光源からの光であってもよいが、２つ以上であってもよく、それらが異なる波長の光であってもよい。異なる波長の場合、出射される光はそれらの光が合波されて出射されるため、例えば赤、青、緑の波長の光を入射すると、白色光が得られる。
【００４５】
［基板］
本発明の光デバイスは、基板１６を有することによって、光デバイスに強靱性、剛性、フレキシブル性を付与する効果がある。基板１６が不要の場合には、後の工程（少なくとも第１クラッド層９を形成した後）で、第１クラッド層９から剥離除去してもよい。
上記の観点から、本発明の光デバイスに用い得る基板１６の材質としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、金属基板、上記各基板上に樹脂層を有する樹脂層付き基板、上記各基板上に金属層を有する金属層付き基板、ＦＲ−４基板、電気配線板等が挙げられる。
なお、基板１６と第１クラッド層９とに接着性がない場合、又は接着性が弱い場合には、基板１６表面に接着層を設けた接着層付き基板であってもよく、基板１６の表面に粗化処理や、カップリング処理を施した基板を用いてもよい。
【００４６】
光デバイスに剛性を付与したい場合には、基板１６として剛性及び強靱性のあるものを用いることが好ましく、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、金属基板、上記各基板上に樹脂層を有する樹脂層付き基板、上記各基板上に金属層を有する金属層付き基板、ＦＲ−４基板、電気配線板等が好適である。
このときの基板１６の厚さは、特に限定はないが、基板１６としての強度及び剛性が得られ、かつ低背な光デバイスが得られるという観点から、４０〜２０００μｍの範囲であることが好ましく、５０〜１０００μｍの範囲であることがより好ましい。
【００４７】
光デバイスに柔軟性を付与したい場合には、基板１６として柔軟性及び強靭性のある基板１６を用いると良く、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドが好適に挙げられる。
このときの基板１６の厚さは、特に限定はないが、基板１６としての強度及びフレキシブル性が得られ、かつ低背な光デバイスが得られるという観点から、５〜２００μｍの範囲であることが好ましく、１０〜１００μｍの範囲であることがより好ましい。
【００４８】
［光源］
大径光路５の端部には、光入射部１４が設けられる。これにより、それらに入射された光が光路１方向（小径から大径方向）へ伝搬し、光路１へ光が伝搬される。
本発明では光入射部１４へ光を入射する部材を光源と呼ぶ。光源としては、例えば、それ自身が発光するＬＥＤ及びレーザーダイオード等が挙げられる。また、光源としては、光を伝搬する媒体であり、光を発光する部位を持つものであってもよく、例えば、光ファイバ及び光導波路等が挙げられる。なお、光源と光入射部１４との間には適宜レンズ等を用いてもよい。
【００４９】
使用される光は、１つの光源からの光でも、２つ以上の光源からの光でも、２つ以上の光がそれぞれ異なる波長でも、同一の波長であってもよく、赤外光、可視光、紫外光が好適に挙げられる。複数の同一波長の光であれば、光デバイスから出力される光量を増加することができ、異なる波長であれば、合波光が得られる。入射される光が可視光線の場合、例えば３８０〜４９５ｎｍの青の光と、４９５〜５７０ｎｍの緑の光と、６２０〜７５０ｎｍの赤の光をそれぞれ入射すれば白色光が出射され、それらの出力差によって色合いも任意に選択可能となる。
【００５０】
［受光素子］
光路１の光入射部１４と対向する位置には、光出射部１５が設けられ、光出射部１５より光が光デバイス外に出力される。本発明では光出射部１５の先に備えられる光を受光する部材を受光素子と呼ぶ。受光素子としては、例えば、フォトダイオード、光ファイバ、及び光導波路等が挙げられる。なお、受光素子と光出射部１５との間には適宜レンズ等を用いてもよい。
【００５１】
光源、受光素子として光ファイバを用いる場合、光ファイバの種類としては、石英光ファイバでもプラスチック光ファイバでもよく、Step−Index型でもGtated-Index型でもよい。光ファイバのコア径は、特に制限はないが、直径が１０μｍ〜１０００μｍであることが好ましく、３０μｍ〜２００μｍであることがより好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがさらに好ましい。なお、光源側の光ファイバと、受光素子側の光ファイバとは、同一の光ファイバであっても異なる光ファイバであってもよい。
【００５２】
［光結合器］
本発明の実施の形態に係る光結合器は、上述の光デバイスの光入射部１４に光源からの光が入射されてなる光源ユニットである。光結合器は、さらに光出射部１５に受光素子を備えていてもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
（実施例１）
［第１、第２クラッド層形成用樹脂フィルムの作製］
＜（Ａ）（メタ）アクリルポリマー（ベースポリマー）の作製＞
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部及び乳酸メチル２３質量部を秤量して移し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を６５℃に上昇させ、メチルメタクリレート４７質量部、ブチルアクリレート３３質量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１６質量部、メタクリル酸１４質量部、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）３質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部、及び乳酸メチル２３質量部の混合物を３時間かけて滴下後、６５℃で３時間撹拌した。さらに９５℃で１時間撹拌を続けて、（Ａ）（メタ）アクリルポリマーの溶液（固形分４５質量％）を得た。
【００５４】
＜重量平均分子量の測定＞
（Ａ）（メタ）アクリルポリマーの重量平均分子量（標準ポリスチレン換算）をＧＰＣ（東ソー株式会社製「ＳＤ−８０２２」、「ＤＰ−８０２０」、「ＲＩ−８０２０」）を用いて測定した結果、３．９×１０４であった。なお、カラムは日立化成株式会社製「Ｇｅｌｐａｃｋ  ＧＬ−Ａ１５０−Ｓ」及び「Ｇｅｌｐａｃｋ  ＧＬ−Ａ１６０−Ｓ」を使用した。
＜酸価の測定＞
（Ａ）（メタ）アクリルポリマーの酸価を測定した結果、７９ｍｇＫＯＨ／ｇであった。なお、酸価は（Ａ）（メタ）アクリルポリマー溶液を中和するのに要した０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液量から算出した。このとき、指示薬として添加したフェノールフタレインが無色からピンク色に変色した点を中和点とした。
【００５５】
＜第１、第２クラッド層形成用樹脂ワニスの調合＞
ベースポリマーとして、（Ａ）（メタ）アクリルポリマー溶液（固形分４５質量％）８４質量部（固形分３８質量部）、（Ｂ）光硬化成分として、ポリエステル骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業株式会社製「Ｕ−２００ＡＸ」）３３質量部、及びポリプロピレングリコール骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業株式会社製「ＵＡ−４２００」）１５質量部、（Ｃ）熱硬化成分として、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型三量体をメチルエチルケトンオキシムで保護した多官能ブロックイソシアネート溶液（固形分７５質量％）（住化バイエルウレタン株式会社製「スミジュールＢＬ３１７５」）２０質量部（固形分１５質量部）、（Ｄ）光重合開始剤として、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「イルガキュア２９５９」）１質量部、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「イルガキュア８１９」）１質量部、及び希釈用有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２３質量部を攪拌しながら混合した。孔径２μｍのポリフロンフィルタ（アドバンテック東洋株式会社製「ＰＦ０２０」）を用いて加圧濾過後、減圧脱泡し、クラッド層形成用樹脂ワニスを得た。
【００５６】
［第１、第２クラッド層形成用樹脂フィルムの作製］
上記で得られた第１、第２クラッド層形成用樹脂ワニスを、支持フィルムであるＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製「コスモシャインＡ４１００」、厚さ５０μｍ）の非処理面上に、塗工機（株式会社ヒラノテクシード製マルチコーター「ＴＭ−ＭＣ」）を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥後、保護フィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製「ピューレックスＡ３１」、厚さ２５μｍ）を貼付け、第１、第２クラッド層形成用樹脂フィルムを得た。
このとき、第１、第２クラッド層形成用樹脂ワニスより形成される樹脂層の厚さは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能である
【００５７】
＜屈折率の測定＞
シリコン基板（サイズ：６０×２０ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ）上に前記光線透過率測定用のサンプルと同様にしてコア部形成用樹脂フィルムを積層、硬化し、屈折率測定用のサンプルを作製した。このサンプルの波長８３０ｎｍにおける屈折率を、プリズム結合式屈折率計（Ｍｅｔｒｉｃｏｎ社製「Ｍｏｄｅｌ２０２０」）を用いて測定した。硬化後の樹脂層の屈折率は１．４９６であった。
【００５８】
［光路形成用樹脂フィルムの作製］
（Ａ）ベースポリマーとして、フェノキシ樹脂（東都化成株式会社製「フェノトートＹＰ−７０」）２６質量部、（Ｂ）光重合性化合物として、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン（新中村化学工業株式会社製「Ａ−ＢＰＥＦ」）３６質量部、及びビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（新中村化学工業株式会社製「ＥＡ−１０２０」）３６質量部、（Ｃ）光重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「イルガキュア８１９」）１質量部、及び１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「イルガキュア２９５９」）１質量部、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４０質量部を用いたこと以外は上述のクラッド層形成用樹脂ワニスの調合と同様の方法及び条件で光路形成用樹脂ワニスを調合した。その後、上記と同様の方法及び条件で加圧濾過さらに減圧脱泡した。
上記で得られた光路形成用樹脂ワニスを、支持フィルムであるＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製「コスモシャインＡ１５１７」、厚さ：１６μｍ）の非処理面上に、上記製造例と同様な方法で塗布乾燥し、次いで保護フィルムとして離型ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製「ピューレックスＡ３１」、厚さ：２５μｍ）を離型面が樹脂側になるように貼り付け、光路形成用樹脂フィルムを得た。
このとき、光路形成用樹脂ワニスより形成される樹脂層の厚さは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能である。
【００５９】
＜屈折率の測定＞
上記と同様の方法で硬化後の樹脂層の屈折率測定を行ったところ、屈折率は１．５７７であった。
【００６０】
［大径光路形成用樹脂フィルムの作製］
＜大径光路形成用樹脂形成用ベースポリマー；（メタ）アクリルポリマ（Ｐ−１）の作製＞
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４２質量部及び乳酸メチル２１質量部を秤量し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を６５℃に上昇させ、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド１４．５質量部、ベンジルアクリレート２０質量部、Ｏ−フェニルフェノール１．５ＥＯアクリレート３９質量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１４質量部、メタクリル酸１２．５質量部、２，２´−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）４質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３７質量部、及び乳酸メチル２１質量部の混合物を３時間かけて滴下後、６５℃で３時間撹拌し、さらに９５℃で１時間撹拌を続けて、（メタ）アクリルポリマー（Ｐ−１）溶液（固形分４５質量％）を得た。
上記と同様な方法で、Ｐ−１溶液の酸価及び重量平均分子量を測定した結果、それぞれ８０ｍｇＫＯＨ／ｇ、３２，０００であった。
【００６１】
＜大径光路形成用樹脂ワニスの調合＞
（Ａ）主鎖にマレイミド骨格を含むアルカリ可溶性（メタ）アクリルポリマーとして、Ｐ−１溶液（固形分４５質量％）６０質量部、（Ｂ）重合性化合物として、エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート（日立化成株式会社製、「ファンクリルＦＡ−３２４Ａ」（「ファンクリル」は登録商標））１５質量部及びエトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート（日立化成株式会社製「ファンクリルＦＡ−３２１Ａ」）１５質量部、フェノールビフェニレン型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製「ＮＣ−３０００」、エポキシ当量２７５ｇ／ｅｑ）１０質量部、（Ｃ）重合開始剤として、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（ＢＡＳＦジャパン株式会社製、「イルガキュア２９５９」）１質量部、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「イルガキュア８１９」）１質量部を広口のポリ瓶に秤量し、撹拌機を用いて、温度２５℃、回転数４００ｍｉｎ−１の条件で、６時間撹拌して、大径光路形成用樹脂ワニスを調合した。その後、孔径２μｍのポリフロンフィルタ（東洋濾紙株式会社製「ＰＦ０２０」）及び孔径０．５μｍのメンブレンフィルタ（東洋濾紙株式会社製「Ｊ０５０Ａ」）を用いて、温度２５℃、圧力０．４ＭＰａの条件で加圧濾過した。続いて、真空ポンプ及びベルジャーを用いて減圧度５０ｍｍＨｇの条件で１５分間減圧脱泡し、大径光路形成用樹脂ワニスを得た。
【００６２】
＜大径光路形成用樹脂フィルムの作製＞
上記大径光路形成用樹脂ワニスを、ＰＥＴフィルム（東洋紡績株式会社製「Ａ１５１７」、厚さ１６μｍ）の非処理面上に塗工機（株式会社ヒラノテクシード製マルチコーター「ＴＭ−ＭＣ」）を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥し、次いで保護フィルムとして離型ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製「ピューレックスＡ３１」、厚さ２５μｍ）を貼付け、大径光路形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚さは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能である。
【００６３】
＜屈折率の測定＞
上記と同様の方法で硬化後の樹脂層の屈折率測定を行ったところ、屈折率は１．５５５であった。
【００６４】
［図１の光デバイスの作製例］
＜第１クラッド層の形成＞
基板１６として１００ｍｍ×１００ｍｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン株式会社製ポリイミド「カプトンＥＮ」、厚さ；２５μｍ）を用い、一方の面に、上記で得られた１５μｍ厚さの第１クラッド層形成用樹脂フィルムの保護フィルムを剥離した後に、真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製「ＭＶＬＰ−５００」）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度９０℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着して、ラミネートした。続いて、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製「ＥＸＭ−１１７２」）を用いて、第１クラッド層形成用樹脂フィルムの支持フィルム側から紫外線（波長３６５ｎｍ）を３０００ｍＪ／ｃｍ２で照射した。その後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、第１クラッド層９を形成した。
【００６５】
＜光路の形成＞
次いで、上記で形成した第１クラッド層９形成面側から、上記で得られた５０μｍ厚さの光路形成用樹脂フィルムを、保護フィルムを剥離した後に、ロールラミネータ（日立化成テクノプラント株式会社製「ＨＬＭ−１５００」）を用い圧力０．４ＭＰａ、温度５０℃、ラミネート速度０．２ｍ／ｍｉｎの条件をラミネートし、次いで上記の真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製「ＭＶＬＰ−５００」）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度７０℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着した。
【００６６】
続いて、光入射部側２５μｍ、光出射部側５０μｍ（光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状を有する）、長さ４．０ｍｍの開口部を有するネガ型フォトマスクを介して、支持フィルム側から上記紫外線露光機を用いて、紫外線（波長３６５ｎｍ）を０．８Ｊ／ｃｍ２で照射し、次いで８０℃で５分間露光後加熱を行った。その後、支持フィルムであるＰＥＴフィルムを剥離し、現像液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート／Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド＝８／２、質量比）を用いてエッチングした。続いて、洗浄液（イソプロパノール）を用いて洗浄し、１００℃で１０分間加熱乾燥し、光路１を形成した。得られた光路１の第１クラッド層９上の厚さは５０μｍであった。
【００６７】
＜大径光路の形成＞
上記で得られた５１μｍ厚さの大径光路形成用樹脂フィルムの保護フィルムを剥離した後に、上記で得られた光路１形成面に、真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製「ＭＶＬＰ−５００」）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度６５℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着して、ラミネートした。続いて、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製「ＥＸＭ−１１７２」）を用いて、光入射部側８０μｍ、光出射部側８０μｍ、長さ５ｍｍの開口部を有するネガ型フォトマスクを介して、上記開口部内に、先に形成した光路１を内包するように位置合わせし、支持フィルム側から紫外線（波長３６５ｎｍ）を２５００ｍＪ／ｃｍ２で照射した。その後、支持フィルムを剥離し、現像液（１％炭酸カリウム水溶液）を用いて、未硬化の大径光路形成用樹脂を除去し、次いで水洗浄を行い、１６０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、パターン化した大径光路５を形成した。得られた大径光路５の厚さは５１μｍで、光路１の勾配基準線Ｓ１と、大径光路５の側壁間の中心とは一致していた。
【００６８】
＜第２クラッド層の形成＞
光路１、大径光路５形成面側から、上記で得られた７５μｍ厚さの第２クラッド層形成用樹脂フィルムの保護フィルムを剥離した後に、真空加圧式ラミネータ（株式会社名機製作所製「ＭＶＬＰ−５００」）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度９０℃、加圧時間３０秒の条件にて加熱圧着して、ラミネートした。続いて、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製「ＥＸＭ−１１７２」）を用いて、第２クラッド層形成用樹脂フィルムの支持フィルム側から紫外線（波長３６５ｎｍ）を３０００ｍＪ／ｃｍ２で照射した。その後、支持フィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、第２クラッド層１０を形成し、光デバイスとした。
【００６９】
＜光入射部及び光出射部の形成＞
上記で得られた光デバイスの大径光路の端面が露出するように、５ｍｍの長さで
ダイシングソー（株式会社ディスコ社製「ＤＡＣ５５２」）を用いて基板１６ごと切断し、端面平滑化を行うとともに光入射部１４及び光出射部１５の形成を行った。
【００７０】
＜光特性＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径１２５μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを発光素子として用いて、光入射部１４中心に接合し、受光素子として、同じくＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを光出射部１５中心に接合した。８５０ｎｍの赤外光を入射し、光結合損失を含む光伝搬損失を測定したところ０．５１ｄＢであった。
発光素子としての光ファイバを基板１６平面方向に１５μｍ移動させたところ、１．２５ｄＢであった。
【００７１】
（実施例２）
［図６の光デバイスの作製例］
実施例１において、光路１の形状を光入射部側２５μｍ、光出射部側５０μｍ（光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状を有する）、長さ５．０ｍｍにした以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００７２】
＜光特性＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径１２５μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを発光素子として用いて、光入射部１４中心に接合し、受光素子として、同じくＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを光出射部１５中心に接合した。８５０ｎｍの赤外光を入射し、光結合損失を含む光伝搬損失を測定したところ０．４８ｄＢであった。
発光素子としての光ファイバを基板１６平面方向に１５μｍ移動させたところ、１．１８ｄＢであった。
【００７３】
（実施例３）
［図４の光デバイスの作製例］
実施例１において、大径光路５の形状を光入射部側８０μｍ、光出射部側９０μｍ（光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状を有する）、長さ５．０ｍｍにした以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００７４】
＜光特性＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径１２５μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを発光素子として用いて、光入射部１４中心に接合し、受光素子として、同じくＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを光出射部１５中心に接合した。８５０ｎｍの赤外光を入射し、光結合損失を含む光伝搬損失を測定したところ０．３７ｄＢであった。
発光素子としての光ファイバを基板１６平面方向に１５μｍ移動させたところ、０．８５ｄＢであった。
【００７５】
（実施例４）
［図４の光デバイスの作製例］
実施例１において、大径光路５の形状を光入射部側１００μｍ、光出射部側１４０μｍ（光伝搬方向Ｄに向かって拡大するテーパ形状を有する）、光路１の形状を光入射部側２５μｍ、光出射部側１００μｍにした以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００７６】
＜光均一性の評価＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバ３本を発光素子として用いて、４０５ｎｍの青色、左右に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ照射した。光軸反対方向から光出射部１５の色合いを見たところ、均一な白色であり良好であった。また、光出射部１５から５ｃｍ離れた場所に投影板をおいて、投影光を確認したところ、光の広がりも大きすぎなく、均一な白色であり、良好であった。
【００７７】
（比較例１）
実施例１において、光路１を形成しなかった以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００７８】
＜光特性＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径１２５μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを発光素子として用いて、光入射部１４中心に接合し、受光素子として、同じくＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを光出射部１５（大径光路５端部）中心に接合した。８５０ｎｍの赤外光を入射し、光結合損失を含む光伝搬損失を測定したところ１．８２ｄＢであった。
発光素子としての光ファイバを基板１６平面方向に１５μｍ移動させたところ、２．９０ｄＢであった。
【００７９】
（比較例２）
実施例２において、大径光路５を形成しなかった以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００８０】
＜光特性＞
得られた光デバイスの光入射部１４（光路１の端部）に、クラッド直径１２５μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを発光素子として用いて、光入射部１４中心に接合し、受光素子として、同じくＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバを光出射部１５中心に接合した。８５０ｎｍの赤外光を入射し、光結合損失を含む光伝搬損失を測定したところ１．０５ｄＢであった。
発光素子としての光ファイバを基板１６平面方向に２０μｍ移動させたところ、３．８７ｄＢであった。
【００８１】
（比較例３）
実施例４において、光路１を形成しなかった以外は同様の方法で光デバイスを作製した。
【００８２】
＜光均一性の評価＞
得られた光デバイスの光入射部１４に、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０（開口数０．２）の光ファイバ３本を発光素子として用いて、４０５ｎｍの青色、左右に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ照射した。光軸反対方向から光出射部１５（大径光路６の出射側端面）の色合いを見たところ、色むらが発生していた。また、光出射部１５（大径光路６の出射側端面）から５ｃｍ離れた場所に投影板をおいて、投影光を確認したところ、色むらが発生していた。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の光デバイス及び光結合器は、出射光のスポット径を縮小して光学素子との結合損失の発生を抑制し、複数の光を合波可能であり、出射光の強度分布を均一にすることができる小型の光デバイス及び光結合器であり、光合波部材、各種光学装置、各種光源ユニット、インターコネクション、照明装置、画像投影用光源等の幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１…光路
３…第１勾配
４…第２勾配
５…大径光路
７…第３勾配
８…第４勾配
９…第１クラッド層
１０…第２クラッド層
１３…反射面
１４…光入射部
１５…光出射部
１６…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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