(57)【要約】【課題】  先端に簡便かつ高精度に形成可能なレンズ形状を有する光導波路と、これを容易かつ低コストで製造できる方法、並びに光導波路を用いた光情報処理装置を提供すること。【解決手段】  コア２１とクラッド２２、３２との接合体からなり、光出射側又は／及び光入射側でのコア２１の端部が凸レンズ部２８や凹レンズ部７８となるように、露光マスク４２を用いた紫外線４３による露光処理を経てコア材２１Ａがパターン化されている光導波路２３、７３。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドとの接合体からなる光導波路において、光出射側又は／及び光入射側での前記コアの端部がレンズ形状となるように、露光処理を経てコア材がパターン化されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア材の非露光部が溶解除去されて、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項３】
前記コア材の非露光部が、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアとなり、その露光部がクラッドとなっている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項４】
露光及び現像処理によりコア形状にパターン化されたレジストマスクを用いて前記コア材がエッチングされて、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項５】
下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアが形成されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項６】
前記コア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドが形成されている、請求項５に記載した光導波路。
【請求項７】
凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面が、実質的にクラッドからなる平坦面となっている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項８】
前記コア材が光硬化性樹脂からなる、請求項１に記載した光導波路。
【請求項９】
コアとクラッドとの接合体からなる光導波路の製造方法において、露光処理を経てコア材をパターニングして、光出射側又は／及び光入射側での前記コアの端部をレンズ形状に形成することを特徴とする、光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を溶解除去して、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、請求項９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアとし、その露光部をクラッドとして残す、請求項９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１２】
露光及び現像処理によりレジストをコア形状にパターン化し、得られたレジストマスクを用いて前記コア材を所定パターンに溶解又はエッチングして、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、請求項９に記載して光導波路の製造方法。
【請求項１３】
下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成する、製造方法９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記コア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドを形成する、請求項１３に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１５】
凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面を、実質的にクラッドからなる平坦面に形成する、請求項９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１６】
前記コア材として光硬化性樹脂を用いる、請求項９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜８のいずれか１項に記載した光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置。
【請求項１８】
前記出射光が走査手段で走査されて投影されるディスプレイとして構成した、請求項１７に記載した光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとクラッドとの接合体からなり、光源モジュール、光インターコネクション、光通信等に好適な光導波路及びその製造方法、並びにディスプレイ等の光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これ迄、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上させるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
【０００３】
こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００４】
光導波路からの出射光は、その導波路端面の形状やＮＡ（開口数）などにより、放射光の角度が制限されている。このため、所望の光ビーム形状を得るには、微小レンズ等を取り付ける必要があった。また、光導波路の端面を加工してレンズ効果をもたせる技術も知られている。例えば、溶剤にて球面化する手法（後記の特許文献１：特開平１０−２３９５３８号公報）、有機溶剤に浸透、乾燥させて球面化する手法（後記の特許文献２：特開平１１−３２６６８９号公報）、感光性樹脂に浸透させる方法（後記の特許文献３：特開平５−１０７４２７号公報）、レンズ形成型を押し付けて先端を球面化する手法(後記の特許文献４：特開平８−７５９３５号公報)、先端部を加熱し、軟化させて球面化する手法（後記の特許文献５：特許第３１１２５７２号公報）、ファイバ先端に加熱した球状鋳型を押し付ける手法（後記の特許文献６：特開２００１−３５００３７号公報）等がある。
【０００５】
他方、光導波路をディスプレイの光源モジュールとして用いることも知られている。例えば、映像ソフト、ゲーム、コンピュータ画面、映画等を自分だけの大画面で楽しめるヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display ; HMD）の開発がなされており、サングラスのようにかけるだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるパーソナルなディスプレイがある（米国特許第５,４６７,１０４号公報参照）。
【０００６】
このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色、緑色、青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）が使われているが、ＬＥＤ光はコヒーレント性が無く、放射角が広く、集光して３色を合波することが難しい。そこで、３色のＬＥＤ光を光導波路に通して合波し、均一な白色等の信号光を作り出す技術が知られている（後記の非特許文献１：日経エレクトロニクス２００３．３．３１号，Ｐ．１２７）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３９５３８号公報（第２頁特許請求の範囲、第４頁第６欄１５行目〜第５頁第８欄１３行目）
【特許文献２】特開平１１−３２６６８９号公報（第２頁特許請求の範囲、第４頁第５欄３９行目〜第６欄４２行目）
【特許文献３】特開平５−１０７４２７号公報（第２頁特許請求の範囲、第２頁第２欄４８行目〜第３頁第３欄２９行目、図２）
【特許文献４】特開平８−７５９３５号公報（第２頁特許請求の範囲、第３頁第３欄１８行目〜第４欄１７行目、図１）
【特許文献５】特許第３１１２５７２号公報（第１頁特許請求の範囲、第２頁第７欄１１行目〜第２頁第９欄３９行目）
【特許文献６】特開２００１−３５００３７号公報（第２頁〜第３頁特許請求の範囲、第６頁第９欄３２行目〜第１０欄１９行目、図１〜図３）
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００３．３．３１号，Ｐ１２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した特許文献１〜６のいずれも、光導波路を作製した後に、その端面を後加工してレンズ部を形成しているので、その後加工のばらつきによってレンズ部を精度良く作製することが困難である。
【０００９】
これを特許文献６を例にとって説明すると、図１１（ａ）に示すように、コア１と、これを被覆するクラッド２との接合体からなる光ファイバ３を形成した後にその端面を切断し、しかる後にその切断面４に加熱した凸球面鋳型５を押し付けるか、或いは端面４を溶剤で溶解する。これによって、図１１（ｂ）に示すように、球面状凹構造６を形成する。
【００１０】
次に、図１１（ｃ）に示すように、球面状凹構造６に高屈折率の屈折率整合材７を充填し、硬化させてレンズ部８を形成する。
【００１１】
このようにして作製されたレンズ部付きの光ファイバを成形した後にその端面を切断し、しかる後にその切断面４に加熱した凸球面鋳型５を押し付けるか、或いは端面４を溶剤で溶解する。これによって、図１１（ｂ）に示すように、球面状凹構造６を形成する。
【００１２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、球面状凹構造６に高屈折率の屈折率整合剤７を充填し、硬化させてレンズ部８を形成する。
【００１３】
このようにして作製されたレンズ部付きの光ファイバ３は、理解容易のために断面ハッチングを省略した図１１（ｄ）に示すように、例えばＬＥＤ等の光源９からの信号光１０をコア１に入射させ、グラッド２との界面で反射させながら出射側のレンズ部８に導き、ここで所定のビーム径に集束し、得られた出射光１１を次段の光学系に導くことができる。なお、上記の特許文献６には、レンズ部８へコア径の小さな光ファイバ（図示せず）からの信号光を集光してコア１に入射させ，レンズ部８とは反射側の端面から出射する例が述べられているが、図１１（ｄ）に示したように光ファイバ３を用いることも可能であると考えられる。
【００１４】
しかしながら、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示した光ファイバは、レンズ部８を形成するのに、図１１（ａ）、（ｂ）に示したようにファイバ先端に加熱した凸球面鋳型５を押し付けて球面状凹構造６を形成しているため、鋳型５の押し付け圧力や位置などのばらつきにより、ファイバ先端を精度良く加工することが困難であり、また個々のファイバを後加工するために量産性に乏しい。
【００１５】
また、上記した特許文献４も特許文献６と同様に、レンズ成形型によって光ファイバ先端を球面化し、また特許文献１〜３や５においても、光ファイバを作製した後に、その端面を溶剤や樹脂等により後加工してレンズ部を形成しているため、上記した特許文献６と同様に、後加工のばらつきによってレンズ部を精度良く形成することが困難である。
【００１６】
更に、上記の非特許文献１による光源モジュールは、白色光を平面にて取り出すことができるが、任意のスポット形状を作り出すことができない。ヘッドマウントディスプレイに適用するには、集光した点光源が要求されるが、平面状の白色光をスポットに変換するためには、複雑な構成からなるレンズ系を光導波路に付け足すこととなる。こうしたレンズ系を含めて光源モジュールを作製するには、高度な技術を必要とし、コストも増大し易い。ゲーム機、パソコンなどのアプリケーションには低コスト化が要求されるので、こうした従来技術は好ましくない。
【００１７】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、先端に簡便かつ高精度に形成可能なレンズ形状を有する光導波路と、これを容易かつ低コストで製造できる方法、並びに光導波路を用いた光情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
即ち、本発明は、コアとクラッドとの接合体からなる光導波路において、光出射側又は／及び光入射側での前記コアの端部がレンズ形状となるように、露光処理を経てコア材がパターン化されていることを特徴とする光導波路に係るものである。
【００１９】
また、本発明は、コアとクラッドとの接合体からなる光導波路の製造方法において、露光処理を経てコア材をパターニングして、光出射側又は／及び光入射側での前記コアの端部をレンズ形状に形成することを特徴とする光導波路の製造方法に係るものである。
【００２０】
また、本発明は、本発明の上記光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置も提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光導波路とその製造方法によれば、コアの端部がレンズ形状となるように露光処理を経てコア材をパターニングしているので、コア端部のレンズ形状によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させたり、或いは入射光を効率良く集光することができる。
【００２２】
しかも、従来技術のように光導波路を作製した後に後加工する手法とは異なって、光導波路の作製プロセスにおいて露光処理を用いてレンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。
【００２３】
そして、本発明の光導波路と、この光導波路への信号光の入射手段と、この光導波路からの出射光の受光手段とによって、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を受光手段に入射させて、光情報処理を有効に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明において、前記レンズ形状を高精度かつ容易に得るには、次の（１）〜（３）のいずれかを行うことが望ましい。
（１）前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を溶解除去して、凸面又は凹  面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成すること。
（２）前記コア材を所定パターンに露光し、その非露光部を、凸面又は凹面からなる前  記レンズ形状を端部に有するコアとし、その露光部をクラッドとして残し、露光部（ク  ラッド）の屈折率を非露光のコア材の屈折率よりも低下させること。
（３）露光及び現像処理によりレジストをコア形状にパターン化し、得られたレジスト  マスクを用いて前記コア材を所定パターンに溶解又はエッチングして、凸面又は凹面か  らなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成すること。
【００２５】
また、光導波路の構造としては、下層のクラッド上に、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状を端部に有するコアを形成してよいが、このコア上から前記下層のクラッド上にかけて上層のクラッドを形成することができる。但し、光導波路への入射光がコアからクラッドへ漏れ出て出射光の光束が広がったり、光の損失が増えるのを防止する上で、前記上層クラッドを設けないことが望ましい。
【００２６】
また、凸面又は凹面からなる前記レンズ形状が存在する前記接合体の端面は、レンズ形状のコア先端部が露出してよいが、このレンズ形状部分を囲むように実質的にクラッドからなる平坦面となっているのがよい。
【００２７】
また、前記コア材が光硬化性樹脂からなるのがよい。これは、光（特に紫外線）照射によって露光パターンに対応したコアにパターン化することが容易となり、またクラッド材としても有利なためである。こうした光硬化性樹脂としては、特開２０００−３５６７２０号公報に記載されたオキセタン樹脂等の高分子有機材料が挙げられる。このような高分子有機材料は、３９０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下の波長の可視光を９０％以上透過するものがよい。コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。
【００２８】
光導波路材料として、下記のオキセタン環を有するオキセタン化合物からなる上記したオキセタン樹脂、又は下記のオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化（重合）のために連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始剤を含む組成物が用いられるのがよい。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
そして、本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。
【００３１】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。
【００３２】
第１の実施の形態
図１〜図４は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。
【００３３】
本実施の形態による光導波路２３は、図１及び図２に示すように、屈折率が高いコア２１と、屈折率が低い下層クラッド２２及び上層クラッド３２との接合体が基板２０上に設けられた構造からなっていて（これらのコアとクラッドとの比屈折率差は０．１〜４．０％である。）、光導波路先端部分であるコア２１の光出射側端部が後述の露光処理によって凸面形状のレンズ部２８となっている。このレンズ部２８は、コア２１の先端部としてその頂部が露出してよいが、上層クラッド３２（更には下層クラッド２２）によって被覆されていて、光導波路の光出射面２４が実質的にクラッドからなる平坦面となっている。
【００３４】
この光導波路２３は、具体的には、コア２１が厚さ４０μｍ×幅５０μｍであり、コア２１とクラッド２２及び３２との比屈折率差は１．７％である。
【００３５】
また、これらのコア及びクラッドは、光硬化性樹脂によって形成することができる。例えば特開２０００−３５６７２０号公報に開示されている高分子有機導波路材料であるオキセタン樹脂（例えばソニーケミカル社製）を使用することが好適である。また、ポリシラン（例えば商品名グラシア、日本ペイント社製）なども使用してよい。コアやクラッドに適した屈折率を有するポリマー系材料がそれぞれに存在するが、これらは上記メーカー等より入手することができる。
【００３６】
このように、コア２１の先端部に凸面形状のレンズ部（凸レンズ部）２８が形成されているので、図１（Ａ）の断面ハッチングを省略した図１（Ｂ）に示すように、光導波路２３の光入射面２５側に配置した光源（例えばＬＥＤ）２９からコア２１に入射した信号光３０は、上層クラッド３２（更には下層クラッド２２）との界面で全反射しながらコア２１のレンズ部２８に到達し、ここで光束が絞られて、所望のビーム径の或いはコリメートされた出射光３１が得られる。光源２９としては、単色のみならず、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の各光源が使用可能であり、レンズ部２８によって各色又は白色の出射光のビーム形状を制御することができる。
【００３７】
従って、この光導波路２３は、コア２１の先端部自体をレンズ形状にすることによって、凸レンズをコアの光出射側に対向して別途配置することは不要となり、その位置精度が向上する。
【００３８】
一般に、光源２９にＬＥＤを用いる場合には、ＬＥＤの発光光はコヒーレント性が無く、放射角が広いため、所望のビーム径に絞るのが困難であるとされるが、本実施の形態のようにＬＥＤからの光を光導波路２３のコア２１に導入した後にその端部の凸レンズ部２８によって所望のビーム径に集光できるため、この光導波路２３はいわば点光源として使用可能となる（以下、同様）。
【００３９】
コアにレンズ形状を有する上記の光導波路２３の作製プロセスを図３及び図４に示す。ここでは、光導波路材料としてソニーケミカル社製のオキセタン樹脂を用いる場合を例示し、各プロセス段階を断面と平面で示す。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス又はプラスチックス等の基板２０上に、下層クラッド材をスピンコートした後に紫外線照射で硬化させ、厚さが例えば３０μｍの下層クラッド２２を形成する。
【００４１】
次に、図３（ｂ）に示すように、コア用の屈折率が高い材料２１Ａをスピンコート法にて例えば４０μｍ厚に塗布した後、図３（ｃ）に示すように、凸面形状４０の開口４１を有する構造のネガパターンの露光マスク４２を介して、例えば１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線４３を照射する。
【００４２】
次に、図４（ｄ）に示すように、例えばアセトンにて紫外線が照射されていない部分のコア材を除去して、紫外線照射で硬化し、凸レンズ部２８を有する光導波路コア２１を形成する。
【００４３】
次に、図４（ｅ）に示すように、上層クラッド３２を塗布して、光導波路２３を完成する。
【００４４】
本実施の形態によれば、コア２１の端部が凸レンズ形状２８となるように、図３（ｃ）に示した露光処理を経てコア材２１Ａをパターン化しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工する手法とは異なって、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。
【００４５】
そして、コア端部の凸レンズ形状２８によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができるので、光導波路２３はいわば点光源として好適なものとなる。
【００４６】
第２の実施の形態
本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、上述の第１の実施の形態と同様に基板２０上に下層クラッド２２を形成した後に、コア材料２１Ａを塗布及び紫外線照射処理によって積層し、更に、通常のフォトリソグラフィ技術によってフォトレジストの塗布、露光及び現像を行い、コアパターンのレジストマスク５２をコア材２１Ａ上に形成する。
【００４７】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストマスク５２以外の領域にあるコア材２１Ａを溶解除去して、端部に凸レンズ部２８を有するコア２１を形成する。
【００４８】
次に、図５（ｃ）に示すように、上層クラッド３２を上述した第１の実施の形態と同様にして形成し、光導波路２３を完成する。
【００４９】
本実施の形態によれば、コア２１の端部が凸レンズ形状２８となるように、図５（ａ）に示した露光及び現像処理により得られたコアパターンのレジストマスク５２を用いてコア材２１Ａをパターン化しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工するのではなく、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。
【００５０】
そして、コア端部の凸レンズ形状２８によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。
【００５１】
第３の実施の形態
本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、上述の第１の実施の形態と同様に基板２０上に下層クラッド２２を形成した後に、上述のポリシラン（例えば日本ペイント社製のグラシア）からなるコア材料２１Ａを塗布によって積層し、更に、通常のフォトリソグラフィ技術によってフォトレジストの塗布、露光及び現像を行うことによって得られたコアパターンの露光マスク６２を用いてコア材料２１Ａを紫外線で露光処理する。
【００５２】
これによって、図６（ｂ）に示すように、コア材２１Ａのうち露光マスク６２以外の露光部分の屈折率を低下させ、端部に凸レンズ部２８を有する高屈折率のコア２１の周りに密着して低屈折率のクラッド６２を形成する。そして、この後に、図６（ｃ）に示すように、必要あれば、上層クラッド３２を上述した第１の実施の形態と同様にして形成し、光導波路６３を完成する。
【００５３】
本実施の形態によれば、コア２１の端部が凸レンズ形状２８となるように、図６（ａ）に示した露光処理によってコア材２１Ａを選択的に低屈折率化し、所定パターンのコア２１とクラッド６２とを形成しているので、従来のように光導波路を作製した後に後加工するのではなく、光導波路の作製プロセスにおいてコアの凸レンズ形状を高精度にかつ量産性良く簡便に作製することができる。しかも、コア材２１Ａの不要部分を除去するのではなく、コア２１の周りに密着してクラッド６２として残しているので、この状態でもコア２１を十分に保護でき、光導波路として用いることができる。
【００５４】
そして、コア端部の凸レンズ形状２８によって、コリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。
【００５５】
第４の実施の形態
上述の各実施の形態ではコア２１の端部に凸レンズ部２８を形成したが、本実施の形態では、図７（Ａ）に示すように、光導波路の光入射面２５側に凹面形状のレンズ部７８を形成し、この凹レンズ部７８を囲むように上層クラッド３２で被覆して、光導波路７３を作製している。
【００５６】
このような凹レンズ部７８を形成するには、例えば上述の第１の実施の形態において、図３（ｃ）に示したマスク４２の開口端部に凹レンズ部７８に対応した形状の凹面形状（図示せず）を設け、その後は同様にして紫外線照射、非照射部分の除去、上層クラッドの形成を順次行えばよい。
【００５７】
本実施の形態によれば、図７（Ｂ）に示すように、コア２１の凹レンズ部７８を光源２９の側(光入射面２５の側)に配することによって、光源２９からの広範囲の信号光３０を凹レンズ作用によってコア２１中へ効率良く集光することができる。その他、コアの凹レンズ形状を高精度かつ量産性良く簡便に作製できることは、上述の第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
上記において、加工していない導波路出射端面における入射角については、コアとクラッドの屈折率差から開口数（ＮＡ）が決まる。コアの屈折率ｎ1、クラッドの屈折率ｎ2とすると、ＮＡは
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で表せる。このＮＡが大きいほど、発光素子からの光は光導波路に入りやすい。
【００５９】
そこで、上記のように、凹レンズ部７８を光導波路端面に設けた場合、発光素子からの光は光学的に密な光導波路コアに入射すると屈折する。図７に示すように、凹レンズ部の作用がある光導波路端面は、加工していない光導波路のＮＡよりも大きなＮＡを持つ。従って、凹レンズ部の作用によって、発光素子からの受光を光導波路は受けやすくなる。
【００６０】
第５の実施の形態
本実施の形態は、図８（Ａ）に示すように、上述の第１の実施の形態におけるコア２１の凸レンズ部２８と、上述の第４の実施の形態におけるコア２１の凹レンズ部７８とをそれぞれ光出射面２４側及び光入射面２５側に形成し、各レンズ部２８及び７８を囲むように上層クラッド３２で被覆して、光導波路８３を作製している。
【００６１】
このようなレンズ部２８及び７８を形成するには、例えば上述の第１の実施の形態において、図３（ｃ）に示したマスク４２の開口端部に、凸レンズ部２８に対応した形状の凸面形状と、凹レンズ部７８に対応した形状の凹面形状とを設け、その後は同様にして紫外線照射、非照射部分の除去、上層クラッドの形成を順次行えばよい。
【００６２】
本実施の形態によれば、図８（Ｂ）に示すように、コア２１の凹レンズ部７８を光源２９の側（光入射面２５の側）に配することによって、光源２９からの広範囲の信号光３０を凹レンズ作用によってコア２１中へ効率良く集光することができると同時に、コア２１の凸レンズ部２８によってコリメート光や任意のビーム形状の光を効率良く集光して出射させることができる。その他、コアの凸レンズ形状及び凹レンズ形状を高精度かつ量産性良く簡便に作製できることは、上述の第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
第６の実施の形態
図９は、第６の実施の形態を示すものであって、上述した第１の形態において上層クラッド３２を除去した光導波路９３としている。
【００６４】
従って、光入射面２５から入射した信号光が上層クラッドへ入射したり、コア２１から上層クラッドへ漏れ出ることにより、光出射面２４からの出射光の光束が見かけ上拡がること（即ち、コア２１からの絞られた光束以外の光が出射すること）を防止することができる。その他は、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００６５】
第７の実施の形態
上述した各実施の形態はいずれも、光導波路はいわば点光源として好適であって、出射光はビーム径の絞られた次段への信号光として好適なものとなる。本実施の形態は、そのような点光源としての光導波路を光情報処理装置、例えばディスプレイに適用した例である。
【００６６】
図１０（Ａ）に示す光導波路１０３によれば、コアを３種類の赤色光用コア２１Ｒ、緑色光用コア２１Ｇ及び青色光用コア２１Ｂに分け、これらの光入射面２５側にそれぞれＬＥＤからなる赤色光源２９Ｒ、緑色光源２９Ｇ及び青色光源２９Ｂを配置し、かつ直線状の緑色光用コア２１Ｇの光出射側の端部に上述したと同様の凸レンズ部２８を設けると共に、この凸レンズ部２８の前位にて赤色光用コア２１Ｒ及び青色光用コア２１Ｂをそれぞれ緑色光用コア２１Ｇに合流させ、共通コア２１を通して凸レンズ部２８に導く。これによって、各色の信号光３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂを合波し、上述したと同様に凸レンズ部２８で所望のビーム径に集光して出射させる。
【００６７】
そして、各色の信号光の強度やカラーバランスを制御することによって、出射光３１（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は目的とする色情報をもつ信号光として次段の例えばスクリーンへ投影され、フルカラーの画像の再生が可能なディスプレイを得ることができる。
【００６８】
図１０（Ｂ）は、こうしたディスプレイをヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１０５に適用した例を示すものであって、図１０（Ａ）に示した構造の光導波路１０３を単位画素相当としてこれらを例えば紙面垂直方向に多数個ライン状に配列し、各光導波路１０３からのビーム径の絞られた出射光３１を走査板（scanned image plane）１００に通した後、この走査板と光学的に共役関係にある人間の眼球１０１の網膜１０２上に光学レンズ１０４等によって焦点（スポット）を結ばせるように構成している。この結像点は一ライン分、網膜１０２上に形成されるが、これは走査板１００によって網膜上でラインとは直交する方向に走査されることによって、臨場感あふれる映像をパーソナルに体感することができる。
【００６９】
このようなディスプレイでは、一般に、光源のＬＥＤ２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂの発光光は、コヒーレント性が無く、放射角が広くて３色を合波するのが困難であるとされるが、本実施の形態のようにＬＥＤからの光を光導波路１０３のコアに導入した後にその端部の凸レンズ部２８によって所望のビーム径に集光できるため、この光導波路１０３はいわば点光源としてディスプレイに非常に有利となる。
【００７０】
なお、このヘッドマウントディスプレイ１０５は、サングラスのように装着した状態でプロジェクタやカメラ、コンピュータ、ゲーム機などに組み込むことにより、コンパクトな映像装置を提供することができる。
【００７１】
上述した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形することが可能である。
【００７２】
例えば、上述したコアの凸レンズ部２８は、光導波路の光出射側だけでなく、光入射側にも設けると、放射角の広い光源からの光を効果的にコアへ入射させることができる。また、凸レンズ部２８を含む各レンズ部の形状や種類も様々であってよい。
【００７３】
また、上述した光導波路の構成材料や層構成も様々に変化させてよく、例えば上述した第２の実施の形態においてニオブ酸リチウム等の無機系の材料を用い、これをＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基板上にコア材として成膜し、レジストマスクを用いて所定パターンにエッチングすることによって、上述したコア２１と同等のコアを形成することができる。
【００７４】
また、上述した光導波路を含む光学系の構成は適宜変更してよく、例えば走査手段としてマイクロミラーデバイスやポリゴンミラー等を採用してよいし、投影をスクリーン上に行ってもよい。
【００７５】
なお、本発明は、ＬＥＤ又はレーザを用いた光導波路を光源とするディスプレイ等をはじめ、例えばレーザを用いた光導波路からの信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させる光通信等の如き種々の光情報処理に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光導波路の横断面図（Ａ）（図２（Ａ）のＩＡ−ＩＡ線断面図）と、その集光状態を説明するための同様の横断面図（Ｂ）である。
【図２】同、光導波路の縦断面図（Ａ）（図１（Ａ）のIIＡ−IIＡ線断面図）、その光出射側の側面図（Ｂ）、その縦断面図（Ｃ）（図１（Ａ）のIIＣ−IIＣ線断面図）である。
【図３】同、光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。
【図４】同、光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図とその平面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の光導波路の横断面図（Ａ）と、その集光状態を説明するための同様の横断面図（Ｂ）である。
【図８】本発明の題５の実施の形態による光導波路の横断面図（Ａ）と、その集光状態を説明するための同様の横断面図（Ｂ）である。
【図９】本発明の第６の実施の形態による光導波路の縦断面図とその平面図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態による光導波路の平面図（Ａ）と、その光導波路を用いたディスプレイの概略図（Ｂ）である。
【図１１】従来の光導波路の作製プロセスを順次示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
２０…基板、２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ…コア、２１Ａ…コア材、
２２…下層クラッド、２３、６３、７３、８３、９３、１０３…光導波路、
２４…光出射面、２５…光入射面、２８…凸レンズ部、
２９、２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂ…光源、３０、３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ…信号光、
３１…出射光、３２…上層クラッド、４２、６２…露光マスク、４３…紫外線、
５２…レジストマスク、６２…クラッド、７８…凹レンズ部、１００…走査板、
１０２…網膜、１０４…レンズ、１０５…ヘッドマウントディスプレイ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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