(57)【要約】【課題】小型化を図ると同時に、低光損失で２以上の光を合波可能な光合波部材を提供する。【解決手段】２つの第１コア１と、２つの第１コア１によって形成される第１間隙９に配置され、第１コア１の少なくとも一部と接合する接合部７を有し、第１コア１よりも屈折率の低い第２コア２とを備え、第１間隙９が第１コア１の光進行方向Ｄに向かって狭まるテーパ形状を有する光合波部材。【選択図】図１
2015102714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの第１コアと、
前記２つの第１コアによって形成される第１間隙に配置され、前記第１コアの少なくとも一部と接合する接合部を有し、前記第１コアよりも屈折率の低い第２コアとを備え、
前記第１間隙が前記第１コアの光進行方向に向かって狭まるテーパ形状を有する光合波部材。
【請求項２】
前記接合部における前記２つの第１コア及び前記第２コアからなる光軸垂直断面積を小さくするように、前記第１コアの前記第２コアと対向しない側の側壁が光進行方向に向かって勾配を有する請求項１に記載の光合波部材。
【請求項３】
前記接合部は、前記第２コアの両側面が前記２つの第１コアとそれぞれ接合する請求項１又は２に記載の光合波部材。
【請求項４】
前記２つの第１コアと前記第２コアが接合していない非接合部を有する請求項１〜３のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項５】
前記第１間隙の最小幅が前記２つの第１コアの幅以下である請求項１〜４のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項６】
前記第１コア及び前記第２コアが、前記第１コア及び前記第２コアよりも屈折率の低い下部クラッド層上に形成され、又は／及び前記第１コア及び前記第２コアよりも屈折率の低い上部クラッド層に埋設される請求項１〜５のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項７】
前記接合部の前記２つの第１コアにおける、前記第２コアと接合している側面と反対の側面が、前記第２コアよりも屈折率の低い低屈折率部位と接する請求項１〜６のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項８】
前記低屈折率部位が上部クラッド層である請求項７に記載の光合波部材。
【請求項９】
前記２つの第１コア及び前記第２コアの光進行方向上に、前記２つの第１コアと前記第２コアとが共に光学的に接続する第３コアを有する請求項１〜８のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項１０】
前記２つの第１コア又は／及び前記第２コアと、前記第３コアとの間に、第２間隙を有する請求項９に記載の光合波部材。
【請求項１１】
前記２つの第１コアにそれぞれ入射された光が、前記第３コアで合波され、前記２つの第１コアにそれぞれ入射された光と前記第２コアに入射された光が、前記接合部又は／及び前記第３コアで合波される請求項９又は１０に記載の光合波部材。
【請求項１２】
前記第３コアの前記２つの第１コア及び前記第２コアと光学的に接続する接続部の幅が、前記２つの第１コア及び前記第２コアのうちの最大幅に対して２倍以上３倍以下である請求項９〜１１のいずれかに記載の光合波部材。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の光合波部材を用いた光源ユニット。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光源ユニットを用いた照明装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光源ユニットを用いた画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光合波部材、光源ユニット、照明装置、及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光源から出射される異なる波長の光を合波する波長多重光合波装置として、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、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合波光源についての発明が開示されている。特許文献１では、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合波光源が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、内視鏡、小型のプロジェクタ（ピコプロジェクタ）、ヘッドマウントディスプレイ（めがね形状の画像投影装置）等に用いられるような、小型で、かつ複数の異なる波長の光を合波して白色光を出射する照明装置及び画像投影装置では、小型化した合波光源を搭載する必要がある。特許文献１の合波光源において、光の強度分布を均一化するためには、伝搬路を長くせざるを得ず、装置全体が大型化してしまう。
本発明は、上記問題の解決を鑑みたものであり、小型化を図ると同時に、低光損失で２以上の光を合波可能な光合波部材、光源ユニット、照明装置、及び画像投影装置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】
【０００５】
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、２つ以上の第１コアが、第１コアの光進行方向に向かって少なくとも一つの第１コア間の第１間隙が狭まるテーパ部を有し、第１コアよりも屈折率の低い第２コアが、第１間隙に配置され、第２コアの側面の少なくとも一部が第１コアと接合する光合波部材とすることで、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。
【０００６】
すなわち、本発明は、
（１）少なくとも２つの第１コアと、前記２つの第１コアによって形成される第１間隙に配置され、前記第１コアの少なくとも一部と接合する接合部を有し、前記第１コアよりも屈折率の低い第２コアとを備え、前記第１間隙が前記第１コアの光進行方向に向かって狭まるテーパ形状を有する光合波部材、
（２）前記接合部における前記２つの第１コア及び前記第２コアからなる光軸垂直断面積を小さくするように、前記第１コアの前記第２コアと対向しない側の側壁が光進行方向に向かって勾配を有する（１）に記載の光合波部材、
（３）前記接合部は、前記第２コアの両側面が、前記２つの第１コアとそれぞれ接合する（１）又は（２）に記載の光合波部材、
（４）前記２つの第１コアと前記第２コアが接合していない非接合部を有する（１）〜（３）のいずれかに記載の光合波部材、
（５）前記第１間隙の最小幅が前記２つの第１コアの幅以下である（１）〜（４）のいずれかに記載の光合波部材、
（６）前記第１コア及び前記第２コアが、前記第１コア及び前記第２コアよりも屈折率の低い下部クラッド層上に形成され、又は／及び前記第１コア及び前記第２コアよりも屈折率の低い上部クラッド層に埋設される（１）〜（５）のいずれかに記載の光合波部材、
（７）前記接合部の前記２つの第１コアにおける、前記第２コアと接合している側面と反対の側面が、前記第２コアよりも屈折率の低い低屈折率部位と接する（１）〜（６）のいずれかに記載の光合波部材、
（８）前記低屈折率部位が上部クラッド層である（７）に記載の光合波部材、
（９）前記２つの第１コア及び前記第２コアの光進行方向上に前記２つの第１コアと前記第２コアとが共に光学的に接続する第３コアを有する（１）〜（８）のいずれかに記載の光合波部材、
（１０）前記２つの第１コア又は／及び前記第２コアと、前記第３コアとの間に、第２間隙を有する（９）に記載の光合波部材、
（１１）前記２つの第１コアにそれぞれ入射された光が、前記第３コアで合波され、２つの前記２つの第１コアにそれぞれ入射された光と前記第２コアに入射された光が、前記接合部又は／及び前記第３コアで合波される（９）又は（１０）に記載の光合波部材、
（１２）前記第３コアの前記２つの第１コア及び前記第２コアと光学的に接続する接続部の幅が、前記２つの第１コア及び前記第２コアのうちの最大幅に対して２倍以上３倍以下である（９）〜（１１）のいずれかに記載の光合波部材。
（１３）（１）〜（１２）のいずれかに記載の光合波部材を用いた光源ユニット、
（１４）（１３）に記載の光源ユニットを用いた照明装置、
（１５）（１３）に記載の光源ユニットを用いた画像投影装置、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化を図ると同時に、低光損失で２以上の光を合波可能な光合波部材、光源ユニット、照明装置、及び画像投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る光合波部材の一態様を示す平面図である。
【図２】図１に示す光合波部材のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す光合波部材のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１に示す光合波部材のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の光合波部材の比較例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（光合波部材）
本発明の実施の形態に係る光合波部材は、光路である少なくとも２つの第１コアを有するが、図１に示すように、２つの第１コア１はそれぞれが一連の光路であり、この２つの第１コア１の間に形成される第１間隙９に第２コアが配置される。この第２コア２は、２つの第１コア１の少なくとも一部と接合する接合部７を有する。第２コア２は、２つの第１コア１よりも屈折率が低い。そして、第１間隙９は２つの第１コア１の光進行方向Ｄに向かって狭まるテーパ形状を有する。
【００１０】
本発明の光合波部材には、２つの第１コア１及び第２コア２の光進行方向Ｄ上に２つの第１コア１と第２コア２とが共に光学的に接続する第３コア３を有することが好ましい。第３コア３を有することによって、２つの第１コア１及び第２コア２を伝搬してきた光を第３コア３内でより均一に合波できる。さらに第３コア３は、スポット径を変化させるテーパ形状を有していると、合波された光のスポット径を任意の大きさに変化させることができる。スポット径を収縮するとより小さな出力光源が形成でき、光学ユニットの小型化に寄与できる。
【００１１】
本発明の光合波部材の第１コア１及び第２コア２は、図２及び図３に示すように、第１コア１及び第２コア２よりも屈折率の低い下部クラッド層４上に形成され、又は／及び第１コア１及び第２コア２よりも屈折率の低い上部クラッド層５に埋設されることが好ましい。これにより、下部クラッド層４又は／及び上部クラッド層５で、第１コア１及び第２コア２の位置を保持できる利点や、第１コア１及び第２コア２を保護できる利点がある。
本発明の光合波部材の第３コア３は、図４に示すように、第３コア３よりも屈折率の低い下部クラッド層４上に形成され、又は／及び第３コア３よりも屈折率の低い上部クラッド層５に埋設されることが好ましい。これにより、下部クラッド層４又は／及び上部クラッド層５で、第３コア３の位置を保持できる利点や、第３コア３を保護できる利点がある。
下部クラッド層６は、基板６上に設けられることが好ましい。
【００１２】
以下に、本発明の光合波部材に用いられる各部材について詳細に説明する。
【００１３】
［第１コア］
本発明の光合波部材に用いられる第１コア１は光が伝搬する光伝搬路の一つであり、少なくとも２つ存在し、第２コア２、下部クラッド層４、上部クラッド層５よりも屈折率が高く、伝搬する光の波長に対して、光伝送に問題が生じない程度の透明性を有しているとよい。
第１コア１と、第２コア２、下部クラッド層４、上部クラッド層６それぞれとの屈折率差は、以下の式（１）で表される屈折率差が、０．１％以上６．０％以下（下記値に１００を乗じている）であることが好ましく、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、１．０％以上６．０％以下であることがより好ましく、２．０％以上６．０％以下であることがさらに好ましい。
（屈折率差）＝（ｎ１２−ｎ２２）１／２／（２×ｎ１２）・・・（１）
＊ｎ１；高屈折率側の層の屈折率、ｎ２；低屈折率側の層の屈折率
【００１４】
第１コア１の平面視方向からの形状は、略直線又は／及び略曲線であることが好ましい。上記の略直線／略曲線とは、分岐路や、分断された光路ではなく、一連の光路であることをいう。一連の光路であることにより、第１コア１を伝搬する光の構造起因の光損失を低減することができる。第１コア１が曲線であると、第１コア１と第２コア２の接合部７と、非接合部８を容易に設計することができるため好ましい。第１コア１が曲線である場合、曲げによる光損失を抑制するため、その曲率半径は４ｍｍ以上であるとよく、小型化の観点から５０ｍｍ以下であるとよい。より好ましくは８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
【００１５】
第１コア１の幅は、低損失な伝搬ができるという観点から、８μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、第１コア１に光を効率的にとどめられるという観点から、２０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、第３コア３との接続部１５におけるスポット径を小さくし、受光素子との良好な結合損失を得る観点から、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００１６】
本発明の光合波部材には、接合部７における２つの第１コア１及び第２コア２からなる光軸垂直断面積を小さくするように、第１コア１の第２コア２と対向しない側の側壁が光進行方向Ｄに向かって勾配１１を有していることが好ましい。２つの第１コア１及び第２コア２からなる光軸垂直断面積とは、２つの第１コア１及び第２コア２の光軸垂直断面の合計面積のことをいう。これにより、２つの第１コア１及び第２コア２からなる出射のスポット径をより小さくすることができ、低損失化が可能となる。また、勾配１１は、テーパであってもよい。
第１コア１に勾配１１を設ける場合には、上記の範囲内のコア幅であることが好ましい。また、勾配１１の角度は、光損失に悪影響のない範囲であれば特に限定はないが、０．１°以上３．０°以下であると好ましく、０．５°以上２．０°以下であるとより好ましく、０．５°以上２．０°以下であるとさらに好ましい。
【００１７】
２つの第１コア１は、第２コア２の中心線を基準として略線対称な位置に配置すると第２コア２の両側に２つの第１コア１を配置することができるため好ましい。さらに図１及び図３に示すように、第２コア２の両側面は、第２コア２の両側に配置された２つの第１コア１とそれぞれ接合させた接合部７を有することが好ましい。第２コア２の両側に２つの第１コア１が接合する接合部７を有することにより、２つの第１コア１同士を近づけられると共に、第２コア２をそれぞれの第１コア１のクラッド層として機能させられるため、２つの第１コア１及び１つの第２コア２を伝搬する合計３つの光のスポット径（第１コア１ともう一方の第１コア１の外側側面間距離）を小さくすることができる。これにより、２つの第１コア及び第２コアからなる出射のスポット径をより３つのコアを用いても小さくすることができ、低損失化が可能となる。また、出力された光の投影像は、投影中に合波され均一分布に近くなる利点や、第３コア３等の均一光にするための光路をさらに配置する場合に、それらとの結合損失を抑制できる利点がある。
【００１８】
さらに本発明においては、図１及び図２に示すように、第１コア１と第２コア２との少なくとも一部に第１コア１と第２コア２とが接合していない非接合部８を有することが好ましい。非接合部８を有することにより、２つの第１コア１のコア幅及び／又は第２コア２のコア幅を大きく変化させずにそれぞれのコア間のピッチを変化させることができる。これにより、光入射部１３に光を入射するための複数の発光素子が、隣接させることが困難な場合でも低光損失で合波することができる。
【００１９】
第１コア１の下部クラッド層４表面からの高さは、小さければ光出射部１４と受光素子との良好な結合損失が得られ、大きいと光入射部１３と発光素子との良好な結合損失が得られる。上記の観点から第１コア１の高さは、８μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、加工性の観点から、２０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、フォトリソグラフィーでの加工性の観点、及びそれに用いる第１コア形成用樹脂の成膜性の観点から、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２０】
２つの第１コア１間の第１間隙９の幅は、特に制限はないが、最も幅の小さくなる部分は第３コア３を設けない場合には、部材の最も光進行方向側であるとよく、第３コア３を設ける場合には、最も第３コア３側であるとよい。第１間隙９の最小幅は、最小幅を形成する第１コア１の幅以下であると、２つの第１コア及び第２コアを近接させることができるため、投影像の光の均一性が良好であり、第３コア３を設ける場合には、低損失で光出射部１４のスポット径を小さくすることが可能となる。
第１間隙９の最小幅は、第１コア１の幅以下であることが好ましい。これにより、第２コア２の両側に形成された第１コア１をさらに近接させることができ、上述したよりも第１コア及び第２コアからなる出射のスポット径をより小さくすることができ、低損失化が可能となる。
第１間隙９は、５μｍ以上であるとエッチング加工で第１コア１や第２コア２を形成する際に、パターン形状が良好に行えるため好ましい。上記の観点から、第１間隙９は、５μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがさらに好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であると最も好ましい。
【００２１】
本発明の光合波部材は、２つの第１コア１又は／及び第２コア２と、第３コア３との間に、第２間隙１０を有することが好ましい。第２間隙１０に例えばレンズ等を配置することによって、結合損失を抑制することが可能となる。
また、第１コア１や第２コア２をエッチング加工によって形成する場合、第２間隙１０を有しないと、エッチング残りや、第１コア１の蛇行や剥がれが発生しやすいため、プロセス上、第２間隙１０を有することが好ましい。第２間隙１０を有することにより、エッチング液の流れが良好となり、２つの第１コア１同士間、２つの第１コア１と第３コア３間、第２コア２と第３コア３間の解像性が良好となる。なお、第２間隙１０は、空気層でも樹脂で充填されていてもよく、後者の場合、上部クラッド層５で充填するとよい。
第２間隙１０の幅（光軸方向の幅）は、光損失に悪影響のない範囲であれば、特に限定はないが、５μｍ以上４００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２２】
本発明の光合波部材は、図１に示すように、２つの第１コア１における接合部７であって、第２コア２と接合している側面とは反対の側面が第２コア２よりも屈折率の低い低屈折率部位と接していることが好ましい。低屈折率部位は、上部クラッド層５であると第１コア１及び第２コア２の保護と同一材料で形成でき、さらに同時に低屈折率部位を形成することができるため好ましい。
低屈折率部位と接することにより、第２コア２を伝搬する光が接合部７で第１コア１へ漏れ出しても、第１コア１の低屈折率部位側の側面から漏れ出すことを抑制できるため、光を低光損失で伝搬することができる。さらに、第１コア１と第２コア２との接合面と、第１コア１と低屈折率部位との接合面とが、非平行である場合や、第１コア１が曲線を有するコアである場合でも、同様に光の漏れ出しによる光損失の発生を抑制できる。
【００２３】
第１コア１の材料としては、特に限定はなく、上記の屈折率を満たす石英、ガラス、シリコン基板、樹脂フィルム等が好適に挙げられる。第１コア１の材料が石英やガラスの場合は、ファイバ状のものも用いることができ、光ファイバの芯線（光が伝搬する部位）等が好適に用いられる。第１コア１の材料は、任意の位置や形状への加工性の観点から樹脂フィルムであるとより好ましく、フォトリソグラフィー加工や、凹版形成、射出成形できる材料であるとさらに好ましい。他の部位との高い位置精度が得られるという観点からフォトリソグラフィー加工を用いることがより好適である。
フォトリソグラフィー加工の方法としては、下部クラッド層４上に第１コア形成用樹脂ワニスや第１コア形成用樹脂フィルムを塗布、ラミネート、プレス等にて積層した後に、あらかじめ層状に形成した第１コア形成用樹脂層の上にパターン形成用レジストを配置し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等にて所望の形状に第１コア１を加工し、その後にパターン形成用レジストを除去する方法が挙げられる。別のフォトリソグラフィー加工の方法としては、感光性の第１コア形成用樹脂組成物を上記と同様に下部クラッド層４上に積層した後に、所望の形状が描画されたフィルムマスクやガラスマスクを介して活性光線を照射あるいは活性光線のビーム光で所望の形状に直接描画し、エッチング液にて未硬化の第１コア形成用樹脂組成物を除去することによってパターン化する方法が挙げられる。
ワニス状の樹脂組成物の塗布方法としては、スピンコーター、ダイコーター、コンマコーター、カーテンコータ、グラビアコーター等を用いることによってできる。ワニスは、あらかじめ溶媒等で希釈した後に上記の方法等で塗布し、溶媒を乾燥して形成してもよい。樹脂フィルムの積層方法としては、ロールラミネータ、真空ロールラミネータ、平板ラミネータ、真空平板ラミネータ、常圧プレス、真空プレス等を用いて適宜圧力や温度等を加えることによって積層できる。
また、感光性の第１コア形成用樹脂組成物は、活性光線を照射した部位が硬化するネガ型でもよく、活性光線を照射した部位が軟化し、エッチングで除去されるポジ型であってもよい。このときのエッチング液（現像液）の種類としては特に限定はなく、各種溶剤や、アルカリ溶液、それらの混合液等が用いられる。
【００２４】
［第２コア］
本発明の光合波部材に用いられる第２コア２は、光が伝搬する光伝搬路の一つであり、第１コア１よりも屈折率が低く、下部クラッド層４、上部クラッド層５よりも屈折率が高く、伝搬する光の波長に対して、光伝送に問題が出ない程度の透明性を有しているとよい。
第１コア１と、第２コア２、下部クラッド層４、上部クラッド層６の屈折率差は、上述の式（１）で表される屈折率差が、０．１％以上６．０％以下であることが好ましく、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、１．０％以上６．０％以下であるとより好ましく、２．０％以上６．０％以下であることがさらに好ましい。
【００２５】
第２コア２の平面視方向からの形状は、略直線又は／及び略曲線であることが好ましい。上記の略直線／略曲線とは、第２コア２が分岐路や、分断された光路ではなく、一連の光路であることをいう。第２コア２が一連の光路であることにより、第２コア２を伝搬する光の構造起因の光損失を低減することができる。第２コア２が直線であると、第１コア１と第２コア２の接合部７と、非接合部８を容易に設計することができるため好ましい。なお、第２コア２には、適宜テーパや勾配を設けてもよい。
【００２６】
第２コア２の幅は、低損失な伝搬ができるという観点から、５μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、第２コア２に光を効率的にとどめられるという観点から、７μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、第３コア３との結合部におけるスポット径を小さくし、受光素子との良好な結合損失を得る観点から、１０μｍ以上２００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２７】
第２コア２の下部クラッド層４表面からの高さは、小さければ光出射部１４と受光素子との良好な結合損失が得られ、大きければと光入射部１３と発光素子との良好な結合損失が得られる。上記の観点から第２コア２の高さは、８μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、加工性の観点から、２０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、フォトリソグラフィーでの加工性の観点、及びそれに用いる第２コア形成用樹脂の成膜性の観点から、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがさら好ましい。
【００２８】
第１コア１と第２コア２の高さの差は、第３コア３との結合や、投影画像の輝度の不均一さや色むらを抑制する観点から可能な限り小さいことが好ましい。上記の観点から、第１コア１と第２コア２の高さの差は、０μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましく、０μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、０μｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２９】
第２コア２の材料としては特に限定はなく、第１コア１と同様の材料を用いることができる。また、第２コア２の形成方法としては特に限定はなく、第１コア１と同様の方法で形成できる。
【００３０】
本発明の第１コア１と第２コア２は、上記の屈折率差を確保できるのであれば同一の材料から形成してもよい。第１コア１と第２コア２が同一の材料であると、第１コア１と第２コア２の高さの差を抑制することができるので好ましい。
異なる工程で第１コア１と第２コア２を形成する場合、第１コア１を形成した後に、第２コア２を形成しても、第２コア２を形成した後に第１コア１を形成してもよい。このとき、形成された第１コア１と第２コア２の高さの差は上述した範囲内であればよい。
異なる工程で第１コア１と第２コア２を形成する場合、例えば図３に示すように、第１コア１を形成した後に第２コア２を形成すると、第２コア２の一部が第１コア１上にかかるように配置されることになるが、第２コア２を伝搬する大部分の光は第１コア１内又は第１コア１に挟持された第２コア２内を伝搬するため、特に問題はない。また、図示はしていないが、第２コア２を形成した後に、第１コア１を形成すると、第１コア１の一部が第２コア２上にかかるように配置されるが、この場合も前者と同様に第１コア１を伝搬する大部分の光は第２コア２の両脇に配置された第１コア１内を伝搬するため、特に問題はなく、この場合、広義に２つの第１コア１間に第１間隙９が存在することとする。
【００３１】
［第３コア］
本発明の光合波部材に用いられる第３コア３は、図１及び図４に示すように、２つの第１コア１及び第２コア２の光軸上に形成され、２つの第１コア１及び第２コア２から伝搬された光を第３コア３内で合波するためのコアである。第３コア３は、２つの第１コア１を伝搬する光及び第２コア２を伝搬する光の波長に対して悪影響の出ない範囲の透明性を有していればよい。上記の観点から、第３コア３の材料は、第１コア１や第２コア２と同様の材料を用いることができる。また、第１コア１及び第２コア２をポリマー光導波路で形成し、第３コア３として光ファイバ等を用いてもよい。
【００３２】
第３コア３の平面方向からの形状は、直線状でも曲線状でもよく、光進行方向にその垂直断面積を変化させるテーパを有していてもよい。第３コア３は、断面積を小さくするテーパを有していると光出射部１４から出力される光のスポット径を小さくすることができるため好ましい。スポット径を小さくすることによって、光源ユニット、照明装置、及び画像投影装置の小型化が可能となる。
図１に示す第３コア３は、クラッド層（図中では下部クラッド層４及び上部クラッド層５）に埋設されている。第３コア３がクラッド層に埋設されていると、第３コア３の位置の固定が容易となるため好ましい。さらに、図１に示すように、下部クラッド層４上に第３コア３を形成すると、第１コア１や第２コア２との高さ合わせが容易となるため好ましい。
【００３３】
第３コア３の高さが小さい場合は、光出射部１４と受光素子との良好な結合損失が得られ、第３コア３の高さが大きい場合は、第１コア１及び第２コア２との良好な結合損失が得られる。上記の観点から、第３コア３の高さは、８μｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、加工性の観点から、２０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、フォトリソグラフィーでの加工性の観点、及びそれに用いる第３コア形成用樹脂の成膜性の観点から、２０μｍ以上２００μｍ以下であることがさらに好ましい。なお、第３コア３と第１コア１又は第２コア２との厚さの差は、第１コア１及び第２コア２と、第３コア３との結合損失が低減できるという観点から、−２５μｍ以上＋２５μｍ以下であることが好ましく、−１５μｍ以上＋１５μｍ以下であることがより好ましく、−１０μｍ以上＋１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
第３コア３の接続部１５の幅は、２つの第１コア１及び第２コア２からの光を受光でき、光損失に悪影響のない範囲の幅でできるだけ小さいことが好ましい。上記の観点から、第３コア３の接続部１５の幅は、２５μｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以上６００μｍ以下であることがさらに好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下であると最も好ましい。
【００３５】
さらに上記の範囲内で、第３コア３の接続部１５の幅が、２つの第１コア１及び第２コア２のうちの最大幅（３つのコアのうちで最大のコアの幅）に対して２倍以上３倍以下（左右の値も含む、図１中では、ａ／ｂの値）であることが好ましい。第３コア３の接続部１５の幅が、上記の範囲であると、低損失でスポット径を小さく第３コア３に伝搬させることができる利点、第３コア３で効率的に均一化が行われる利点、第３コア３にスポット径を縮小するテーパを設ける場合にも低損失で光の伝搬が行える利点、第３コア３にスポット径を縮小するテーパを設けても光出射部１４から出力される光が均一性に良好であり、干渉縞が発生しにくくなる利点又は／及び視認にしにくくなる利点がある。また上記の効果をより顕著に発現するためには、第３コア３の接続部１５の幅は、２．２倍以上３倍未満であることがより好ましく、２．４倍位上３倍未満であることがさらに好ましい。
本発明における実質的な第１コア１及び第２コア２における最大幅とは、例えば接続点１５において第１コア１に突起や、凹みがある場合でも、実質的に光が伝搬し得る幅をいう。換言すると突起や凹み等は考慮しない幅となる。
【００３６】
本発明における接続部１５とは、３つのコア（２つの第１コア１及び第２コア２）を伝搬したそれぞれの光が、混在する最初の入り口を表し、図１では、第３コア３の第１コア１（又は第２コア２）側の端面を表す。
図５で表す光合波部材における接続部１５であっても、上記の値内であれば同様の効果が得られる。図５のような３つのコア間にそれぞれ間隙を有する光合波部材や３つのコアを同一材料から形成している場合には、光進行反対方向に向かって、最初にコアが分岐する位置、又は、光進行反対方向に向かって、第３コア３の終点（３つのコア側の端面）を接続部１５とする。しかし、図５のような光合波部材をエッチングで形成する場合、間隙にはエッチング残りが発生しやすいため、上記の値を達成することが困難である。そのため、図１に示した本発明の光合波部材の構造であることが好ましい。
【００３７】
［下部クラッド層］
本発明の光合波部材に用いられる下部クラッド層４は、第１コア１よりも屈折率が低く、第１コア１との屈折率差が、上記式（１）の範囲内であるとよい。図２及び図３に示すように、下部クラッド層４上に第１コア１及び第２コア２を形成することによって、所望の形状の第１コア１及び第２コア２を所望の位置に形成できる。また、図４に示すように、第３コア３を同一の下部クラッド層４上に形成してもよい。同一の下部クラッド層４上に第１コア１、第２コア２、第３コア３を形成すると、各コアの高さ合わせが容易であるため好ましい。
【００３８】
［上部クラッド層］
本発明の光合波部材に用いられる上部クラッド層５は、第１コア１及び第２コア２よりも屈折率が低く、第１コア１及び第２コア２との屈折率差が、上記式（１）の範囲内であるとよい。
上部クラッド層５は、第１コア１及び第２コア２の少なくとも上面、さらに側面を覆うように埋設することが好ましい。図１及び図２に示すように、非接合部８で、第１コア１を第２コア２と同一屈折率の材料で、覆っても問題はない。上部クラッド層５で第１コア１及び第２コア２を埋設することによって、第１コア１内を伝搬する光のＮ．Ａ．（開口数）の上昇を抑制でき、第１コア１から第２コア２への光の漏れを抑制することが可能となる。また、図４に示すように、上部クラッド層５で第３コア３を埋設することによって、第３コア３へ広がりの小さな光を伝搬することが可能となるため、光損失の悪化を抑制できる。
なお、第１コア１、第２コア２、第３コア３を覆う上部クラッド層５は、同一でも異なっていてもよい。下部クラッド層４と上部クラッド層５は同一の屈折率であっても異なる屈折率であっても、同一の材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００３９】
［基板］
本発明の光合波部材は基板６を有することによって、光合波部材に強靱性・剛性・フレキシブル性を付与する効果がある。基板６が不要の場合には、後の工程で、剥離除去してもよい。
上記の観点から、本発明の光合波部材に用い得る基板６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、樹脂層付き基板、金属層付き基板、プラスチックフィルム、樹脂層付きプラスチックフィルム、金属層付きプラスチックフィルム、ＦＲ−４基板、電気配線板などが挙げられる。
【００４０】
光合波部材に剛性を付与したい場合には、基板６として剛性及び強靱性のある基板６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、樹脂層付き基板、金属層付き基板、ＦＲ−４基板、電気配線板等が好適に挙げられる。
このときの基板６の厚さは、特に限定はないが、基板６としての強度及び剛性が得られ、かつ低背な光合波部材が得られるという観点から、４０μｍ以上１００００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１０００μｍ以下であることがより好ましい。
【００４１】
光合波部材に柔軟性を付与したい場合には、基板６として柔軟性及び強靭性のある基板６を用いるとよく、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６の厚さは、特に限定はないが、基板６としての強度及びフレキシブル性が得られ、かつ低背な光合波部材が得られるという観点から、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００４２】
［光入射部］
本発明の第１コア１及び第２コア２の光進行反対方向の光軸上には、光入射部１３が設けられる。光入射部１３に入射された光は、接合部７へ伝搬される。さらに第３コア３を有する場合には、光入射部１３に入射された光は、第３コア３へ伝搬され合波される。
本発明では光入射部１３へ光を入射する部材を発光素子と称する。例えば、それ自身が発光する発光素子として、ＬＥＤや、レーザーダイオード等が挙げられる。また、発光素子は、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い。例えば、光ファイバや光導波路等が挙げられる。また、それらの発光素子と光入射部１３との間には適宜レンズ等を用いてもよい。
使用される光は、それぞれが異なる波長でも、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。同一波長であれば、光合波部材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３８０ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の青の光と、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の緑の光と、６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下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。
【００４３】
本発明の光合波部材は、近接させた光源から投影することによって均一光を得ることが可能であるが、第３コア３を有し、２つの第１コア１にそれぞれ入射された光が、第３コア３で合波され、２つの第１コア１にそれぞれ入射された光と第２コア２に入射された光が、接合部７又は／及び第３コア３で合波されることが好ましい。これにより、光合波部材の筐体内で合波することができる。
【００４４】
［受光素子］
本発明の光合波部材のうち、第３コア３を設ける場合には、第３コア３の光進行方向Ｄの光軸上に、光出射部１４が設けられ、光出射部１４より、合波された光が光合波部材外に出力される。本発明の光合波部材のうち、第３コア３を設けない場合には、第１コア１及び第２コア２の光進行方向Ｄの光軸上に、光出射部１４が設けられ、光出射部１４より、合波された光が光合波部材外に出力される。
本発明では光出射部１４の先に設けられる光を受光する部材を受光素子と称する。例えば、受光素子として、フォトダイオードや、光ファイバ、光導波路等が挙げられる。また、それらの受光素子と光出射部１４との間には適宜レンズ等を用いてもよい。なお、出射光を直接照明や、画像投影用の光源として用いてもよい。
発光素子、受光素子として光ファイバを用いる場合の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、ステップインデックス型でもグレーデッドインデックス型でもよい。光ファイバのコア径は、特に制限はないが、直径が１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、発光素子側の光ファイバと、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。
【００４５】
（光源ユニット）
本発明の光源ユニットは、上述の光合波部材にて合波された光を用いてなる光源ユニットである。
本発明の光源ユニットは、２つの第１コア１、第２コア２の光入射部１３に、それぞれ同一波長の光を発する光源を配置すると、光の強度を上げて出力することができる。また、本発明の光源ユニットは、２つの第１コア１、第２コア２の光入射部１３に、異なる波長の光を発する光源を配置すると、それらの合波光を得ることができる。本発明の光源ユニットは、具体的には図１に示すように２つの第１コア１及び第２コア２にそれぞれ、赤、青、緑の波長の光を入射すると、光が混ざり合い白色光を得ることができる。さらにそれらの出力を適宜調整することによって色合いを選択することもできる。
【００４６】
（照明装置、画像投影装置）
本発明の照明装置及び画像投影装置は、上述の光源ユニットを用いてなる。本発明の照明装置としては、例えば上述の光源ユニットから出力された光の出力を適宜調整することによって、所望の光の強度及び色合いの照明光が得られる。本発明の画像投影装置としては、例えば上述の光源ユニットから出力された光が反射液晶等を用いて投影されることによって、所望の色合いの画像が得られる。
【実施例】
【００４７】
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）
＜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。
【００４８】
［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。
【００４９】
［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。
【００５０】
［クラッド層形成用樹脂フィルムの作製］
上記で得られた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、クラッド層形成用樹脂フィルムを得た。
このとき、クラッド層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。
【００５１】
［屈折率の測定］
保護フィルムを剥離した上記で得られた５０μｍのクラッド層形成用樹脂フィルムをシリコン基板（サイズ６０×２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）上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５０℃及び加圧時間３０秒の条件で積層した。次いで、紫外線露光機にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を２０００ｍＪ／ｃｍ2照射し、支持フィルムを剥離し、さらに１６０℃で１時間加熱し、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。
【００５２】
＜第１及び第３コア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第１及び第３コア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。
上記で得られた第１及び第３コア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、第１及び第３コア形成用樹脂フィルムを得た。
このとき、第１及び第３コア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。
【００５３】
［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。
【００５４】
＜第２コア形成用樹脂フィルムの作製＞
［第２コア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、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時間撹拌した。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。
【００５５】
［第２コア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、第２コア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、第２コア形成用樹脂ワニスを得た。
【００５６】
［第２コア形成用樹脂フィルムの作製］
上記第２コア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、第２コア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。
【００５７】
［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。
【００５８】
＜図１の光合波部材の作製例＞
［下部クラッド層の形成］
基板６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、上記で得られた厚さ１５μｍの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、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、厚さ１５μｍの下部クラッド層４を形成した。
【００５９】
［第１コア及び第３コアの形成］
上記で得られた下部クラッド層４形成面に、上記で得られた厚さ５０μｍの第１及び第３コア１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、第１コア１及び第３コア３の所望の形状が描画されたネガ型フォトマスク（仕上がりの形状は後述する）を配置し、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、パターン化した。
得られた第１コア１は、曲率半径１５ｍｍで、長さ３．３３ｍｍの略Ｓ字状で、最小の第１間隙が２０μｍとなるように２本配置され、それぞれの光進行方向Ｄにさらに５０μｍから４０μｍに幅を小さくする勾配（第１間隙は２０μｍのまま保持）を有するような形状（２つの第１コア１の光入射部１３間の距離は２５０μｍ）であった。
得られた第３コア３は、第１コア１と同一の材料で形成され、第１コア１及び第２コア２側の幅１００μｍ、長さ３．１６５ｍｍ、光出射部側の幅８０μｍになるようにテーパを有した形状であった（第１コア１及び第３コア３との間の第２間隙１０の幅５０μｍ）。
【００６０】
［第２コアの形成］
第１コア１形成面側から、上記で得られた厚さ５５μｍの第２コア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。第２コア２の所望の形状が描画されたネガ型フォトマスク（仕上がりの形状は後述する）を配置及び位置合わせし、紫外線露光機（株式会社オーク製作所製「ＥＸＭ−１１７２」）を用いて、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、１％炭酸カリウム水溶液でエッチングし、１７０℃で１時間加熱乾燥及び硬化し、第２コア２を形成した。
第２コア２は、長さ２．３３ｍｍ、幅５０μｍから３５μｍにテーパを有する略直線状で、第１間隙９の中心に配置されるような形状（第２コア２の一部が第１コア１上に形成され、第２コア２は実質５０μｍから２０μｍの幅に縮小されている）であった。尚、第１コア１の非接合部８において、第１コア１を覆う形状で、第２コア形成用材料が、上部クラッド層５の一部として、配置されている。ａ／ｂの値は、２．５であった。
【００６１】
［上部クラッド層の形成］
第２コア２形成面側から、上記で得られた厚さ１００μｍの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、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、上部クラッド層５を形成した。
【００６２】
［光入射部及び光出射部の形成］
得られた光合波部材の光入射部１３となる位置と、光入射部１３より、光軸方向に６．５ｍｍの光出射部１４となる位置に、矩形のダイシングブレードを備えたダイシングソー（株式会社ディスコ社製「ＤＡＣ５５２」）を用いて基板６ごと切断し、端面平滑化を行って光入射部１３と光出射部１４を形成した。
【００６３】
［光損失測定］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、波長８５０ｎｍの赤外光を入射し、光出射部１４から出射された光を、受光素子としてＳＩ１１４の光ファイバを用いて受光し、光損失を測定した。その結果、中央に位置する第２コア２から入力し、光出射部１４から出力された光損失は２．５ｄＢ、両端の第１コア１から入力し、光出射部１４から出力された光損失は平均１．３ｄＢであった。
【００６４】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、中央の第２コア２に４０５ｎｍの青色、左右の第１コア１に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光軸反対方向から光出射部１４から出射された光の色合いを見たところ、均一な白色であり良好であった。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ均一な白色であり良好であった。干渉縞はなかった。
【００６５】
（実施例２）
実施例１において、光入射部１３より、光軸方向に３．３３ｍｍの光出射部１４となる位置に、矩形のダイシングブレードを備えたダイシングソー（株式会社ディスコ社製「ＤＡＣ５５２」）を用いて基板６ごと切断し、端面平滑化を行って第３コア３のない光合波部材を形成した。
【００６６】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、中央の第２コア２に４０５ｎｍの青色、左右の第１コア１に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ均一な白色でありやや良好であった。干渉縞はなかった。
【００６７】
（実施例３）
実施例１において、第１間隙９を広げ（幅３９μｍ）、第３コア３の第１コア１側の幅を大きくして（幅１１９μｍ）、ａ／ｂ値を２．９７５（第１コア１最大幅に対しては２．３８）にした以外は同様の方法で光合波部材を形成した。
【００６８】
［光損失測定］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、波長８５０ｎｍの赤外光を入射し、光出射部１４から出射された光を、受光素子としてＳＩ１１４の光ファイバを用いて受光し、光損失を測定した。その結果、中央に位置する第２コア２から入力し、光出射部１４から出力された光損失は２．９ｄＢ、両端の第１コア１から入力し、光出射部１４から出力された光損失は平均１．８ｄＢであった。
【００６９】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、中央の第２コア２に４０５ｎｍの青色、左右の第１コア１に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光軸反対方向から光出射部１４の色合いを見たところ、均一な白色であり良好であった。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ均一な白色であり良好であった。干渉縞はなかった。
【００７０】
（実施例４）
実施例１において一方の第１コア１に勾配を設けず（幅５０μｍ）、もう一方の第１コア１に２０μｍの勾配を設け（最小幅３０μｍ）、ａ／ｂ値を２（第１コア１最大幅に対しては２．５）にした以外は同様の方法で光合波部材を形成した。
【００７１】
［光損失測定］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、波長８５０ｎｍの赤外光を入射し、光出射部１４から出射された光を、受光素子としてＳＩ１１４の光ファイバを用いて受光し、光損失を測定した。その結果、中央に位置する第２コア２から入力し、光出射部１４から出力された光損失は２．７ｄＢ、両端の第１コア１から入力し、光出射部１４から出力された光損失は平均１．６ｄＢであった。両端の光損失にはばらつきがあった。
【００７２】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第１コア１及び第２コア２に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、中央の第２コア２に４０５ｎｍの青色、左右の第１コア１に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光軸反対方向から光出射部１４の色合いを見たところ、均一な白色であり良好であった。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ均一な白色であり良好であった。干渉縞はなかった。
【００７３】
（比較例１）
＜図５の光合波部材の作製例＞
実施例１において、第１コア１を形成せず、第２コア２よって以下形状のコア（実施例１における第１コア１、第２コア２、第３コア３に相当する部分）を形成した以外は同様の方法で光合波部材を形成した。
１．曲げ半径１５ｍｍ、長さ３．３３ｍｍ、幅５０μｍ、線対称形状で２箇所
２．長さ３．３３ｍｍ、幅５０μｍ
３．上記３つのコアが、最小間隙２０μｍを離して配置
４．光入射部１３はそれぞれ１２５μｍ間隔
５．上記３つのコアの光進行方向（間隙５０μｍ離して）に幅１９０μｍから８０μｍ（光出射部１３）に長さ３．１６５ｍｍかけて縮小するテーパ部を有する第３コア３相当部位（ｂ’／ａ’が３．８）
【００７４】
［光損失測定］
得られた光合波部材の第２コア２の光入射部１３（実施例１において第１コア及び第２コア２の光入射部１３が存在した箇所）から、クラッド直径８０μｍのＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、波長８５０ｎｍの赤外光を入射し、光出射部１４から出射された光を、受光素子としてＳＩ１１４の光ファイバを用いて受光し、光損失を測定した。その結果、中央に位置する第２コア２から入力し、光出射部１４から出力された光損失は３．６ｄＢ、両端の第２コア２から入力し、光出射部１４から出力された光損失は４．５ｄＢであった。
【００７５】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第２コア２に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、４０５ｎｍの青色、左右に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光軸反対方向から光出射部１４の色合いを見たところ、均一な白色であり良好であった。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ色むらが発生していた。干渉縞も縦方向（基板垂直方向）に発生していた。
【００７６】
（比較例２）
比較例１において、光入射部１３より、光軸方向に３．３３ｍｍの光出射部１４となる位置で基板を切断し、第３コア３のない光合波部材を形成した。それ以外は、比較例１と同様の方法で光合波部材を形成した。
【００７７】
［光均一性の評価］
得られた光合波部材の第１コア１に設けられた光入射部１３から、ＧＩ５０の光ファイバを発光素子として用いて、４０５ｎｍの青色、左右に５３２ｎｍの緑色、６３２ｎｍの赤色をそれぞれ入射した。光出射部１４から５ｃｍ離れた位置に投影板をおいて、投影像を観察したところ色むらがやや観測された。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の光合波部材は、小型化を図ると同時に、低光損失で３つの光を合波可能な光合波部材であり、各種光学装置、各種光合波装置、光源ユニット、光インターコネクション、医療用・工業用内視鏡、各種測定機等の照明装置、プロジェクタ、ピコプロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像投影装置などの幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１…第１コア
２…第２コア
３…第３コア
４…下部クラッド層
５…上部クラッド層
６…基板
７…接合部
８…非接合部
９…第１間隙
１０…第２間隙
１１…勾配
１３…光入射部
１４…光出射部
１５…接続部
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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