JP2015102714A - Optical multiplexer member, light source unit, illumination device, and image projection device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical multiplexing member, a light source unit, an illumination device, and an image projection device.
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。 Various proposals have been made as a wavelength multiplexing optical multiplexing device that combines light of different wavelengths emitted from a plurality of light sources (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, light emitted from a plurality of light sources is combined in a first fiber multiplexer to form a first combined light from a plurality of fiber combined light source units by a multimode optical fiber. An invention relating to a combined light source that guides wave light and further combines it in a second fiber multiplexer to form second combined light is disclosed. Patent Document 1 provides a combined light source for combining light emitted from a plurality of light sources to obtain combined light with high output and high brightness.
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。
However, for example, it is small and used for an endoscope, a small projector (pico projector), a head-mounted display (eyeglass-shaped image projection device), etc. In an illumination device and an image projection device that emit light, it is necessary to mount a miniaturized combined light source. In the combined light source of Patent Document 1, in order to make the light intensity distribution uniform, the propagation path must be lengthened, and the entire apparatus becomes large.
The present invention has been made in view of solving the above-described problems. An optical multiplexing member, a light source unit, an illuminating device, and an image projecting device capable of multiplexing two or more lights with low optical loss while at the same time achieving miniaturization. The purpose is to provide.
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。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors have found that two or more first cores have a first gap between at least one first core narrowing in the light traveling direction of the first core. A second core having a tapered portion and having a refractive index lower than that of the first core is disposed in the first gap, and at least a part of the side surface of the second core is an optical multiplexing member that joins the first core. The present inventors have found that the above problems can be solved. The present invention has been completed based on such knowledge.
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。
That is, the present invention
(1) The first core includes a joining portion that is disposed in a first gap formed by at least two first cores and the two first cores and that joins at least a part of the first core. A second core having a low refractive index, and an optical multiplexing member having a tapered shape in which the first gap is narrowed toward the light traveling direction of the first core,
(2) The side wall of the first core that is not opposed to the second core has a light traveling direction so as to reduce an optical axis vertical cross-sectional area composed of the two first cores and the second core in the joint portion. The optical multiplexing member according to (1) having a gradient toward
(3) The optical multiplexing member according to (1) or (2), wherein the joint portion has both side surfaces of the second core joined to the two first cores, respectively.
(4) The optical multiplexing member according to any one of (1) to (3), which includes a non-joined portion in which the two first cores and the second core are not joined.
(5) The optical multiplexing member according to any one of (1) to (4), wherein a minimum width of the first gap is equal to or less than a width of the two first cores.
(6) The first core and the second core are formed on a lower cladding layer having a refractive index lower than that of the first core and the second core, and / or from the first core and the second core. The optical multiplexing member according to any one of (1) to (5), embedded in an upper cladding layer having a low refractive index,
(7) A side surface of the two first cores of the joint opposite to the side surface joined to the second core is in contact with a low refractive index portion having a lower refractive index than the second core (1). The optical multiplexing member according to any one of to (6),
(8) The optical multiplexing member according to (7), wherein the low refractive index portion is an upper cladding layer,
(9) There is a third core in which the two first cores and the second core are optically connected together in the light traveling direction of the two first cores and the second core. ) The optical multiplexing member according to any one of
(10) The optical multiplexing member according to (9), having a second gap between the two first cores or / and the second core and the third core,
(11) The light respectively incident on the two first cores is combined by the third core, and the light incident on the two first cores and the light incident on the second core. Are combined at the joint or / and the third core (9) or the optical multiplexing member according to (10),
(12) The width of the connection portion of the third core that is optically connected to the two first cores and the second core is greater than a maximum width of the two first cores and the second core. The optical multiplexing member according to any one of (9) to (11), which is 2 times or more and 3 times or less.
(13) A light source unit using the optical multiplexing member according to any one of (1) to (12),
(14) A lighting device using the light source unit according to (13),
(15) An image projection device using the light source unit according to (13),
Is to provide.
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。 According to the present invention, it is possible to provide an optical multiplexing member, a light source unit, an illuminating device, and an image projecting device that can multiplex two or more lights with low optical loss while achieving miniaturization.
(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。
(Optical multiplexing member)
The optical multiplexing member according to the embodiment of the present invention has at least two first cores that are optical paths. As shown in FIG. 1, each of the two first cores 1 is a series of optical paths. The second core is disposed in the first gap 9 formed between the two first cores 1. The second core 2 has a joint 7 that joins at least a part of the two first cores 1. The second core 2 has a lower refractive index than the two first cores 1. The first gap 9 has a tapered shape that narrows in the light traveling direction D of the two first cores 1.
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。 In the optical multiplexing member of the present invention, the third core 3 in which the two first cores 1 and 2 are optically connected together in the light traveling direction D of the two first cores 1 and the second core 2. It is preferable to have. By having the third core 3, the light propagated through the two first cores 1 and the second core 2 can be multiplexed more uniformly in the third core 3. Furthermore, if the third core 3 has a tapered shape that changes the spot diameter, the spot diameter of the combined light can be changed to an arbitrary size. By shrinking the spot diameter, a smaller output light source can be formed, contributing to the miniaturization of the optical unit.
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。
The first core 1 and the second core 2 of the optical multiplexing member of the present invention are formed on the lower cladding layer 4 having a refractive index lower than that of the first core 1 and the second core 2 as shown in FIGS. Or / and embedded in the upper cladding layer 5 having a lower refractive index than the first core 1 and the second core 2. Thereby, there is an advantage that the position of the first core 1 and the second core 2 can be held by the lower clad layer 4 and / or the upper clad layer 5 and the advantage that the first core 1 and the second core 2 can be protected.
As shown in FIG. 4, the third core 3 of the optical multiplexing member of the present invention is formed on the lower cladding layer 4 having a refractive index lower than that of the third core 3 and / or has a refractive index higher than that of the third core 3. It is preferable to be buried in the lower upper cladding layer 5. Accordingly, there is an advantage that the position of the third core 3 can be held by the lower clad layer 4 and / or the upper clad layer 5 and an advantage that the third core 3 can be protected.
The lower cladding layer 6 is preferably provided on the substrate 6.
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。 Below, each member used for the optical multiplexing member of this invention is demonstrated in detail.
[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)=(n1 2−n2 2)1/2/(2×n1 2)・・・(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
[First core]
The first core 1 used in the optical multiplexing member of the present invention is one of light propagation paths through which light propagates, and there are at least two, which are more refracted than the second core 2, the lower cladding layer 4, and the upper cladding layer 5. It is desirable that the rate is high and the transparency of the light to propagate does not cause a problem in optical transmission.
The refractive index difference between the first core 1 and the second core 2, the lower cladding layer 4, and the upper cladding layer 6 is such that the refractive index difference represented by the following formula (1) is 0.1% or more. It is preferably 0% or less (the following value is multiplied by 100), and is 1.0% or more and 6.0% or less from the viewpoint of optical confinement and the ease of controlling the refractive index of the material. Is more preferably 2.0% or more and 6.0% or less.
(Refractive index difference) = (n 1 2 −n 2 2 ) 1/2 / (2 × n 1 2 ) (1)
* N 1 ; refractive index of the high refractive index side layer, n 2 ; refractive index of the low refractive index side layer
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。 The shape of the first core 1 from the plan view direction is preferably a substantially straight line and / or a substantially curved line. The above-mentioned substantially straight line / substantially curved line refers to a series of optical paths, not a branched path or a divided optical path. Due to the series of optical paths, the optical loss due to the structure of the light propagating through the first core 1 can be reduced. It is preferable that the first core 1 is a curved line because the joint portion 7 and the non-joint portion 8 of the first core 1 and the second core 2 can be easily designed. When the first core 1 is a curve, the radius of curvature is preferably 4 mm or more and 50 mm or less from the viewpoint of miniaturization in order to suppress optical loss due to bending. More preferably, they are 8 mm or more and 30 mm or less, More preferably, they are 10 mm or more and 20 mm or less.
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。 The width of the first core 1 is preferably 8 μm or more and 1.0 mm or less from the viewpoint that low loss propagation is possible, and from the viewpoint that light can be efficiently kept in the first core 1, the width is 20 μm or more and 500 μm or less. More preferably, it is more preferably 20 μm or more and 200 μm or less from the viewpoint of reducing the spot diameter at the connection portion 15 with the third core 3 and obtaining good coupling loss with the light receiving element.
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。
In the optical multiplexing member of the present invention, the side of the first core 1 that does not face the second core 2 so as to reduce the vertical cross-sectional area of the optical axis composed of the two first cores 1 and the second core 2 in the joint portion 7. It is preferable that the side wall has a gradient 11 toward the light traveling direction D. The optical axis vertical cross-sectional area including the two first cores 1 and the second core 2 refers to the total area of the optical axis vertical cross sections of the two first cores 1 and the second core 2. As a result, the spot diameter of the light emitted from the two first cores 1 and the second core 2 can be further reduced, and the loss can be reduced. Further, the gradient 11 may be a taper.
When providing the gradient 11 in the 1st core 1, it is preferable that it is a core width within said range. The angle of the gradient 11 is not particularly limited as long as it does not adversely affect the optical loss, but is preferably 0.1 ° to 3.0 °, preferably 0.5 ° to 2.0 °. More preferably, it is 0.5 ° or more and 2.0 ° or less.
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。 It is preferable that the two first cores 1 be disposed at substantially line-symmetrical positions with respect to the center line of the second core 2 because the two first cores 1 can be disposed on both sides of the second core 2. Further, as shown in FIGS. 1 and 3, it is preferable that both side surfaces of the second core 2 have joint portions 7 that are respectively joined to the two first cores 1 disposed on both sides of the second core 2. By having the joint portions 7 where the two first cores 1 are joined on both sides of the second core 2, the two first cores 1 can be brought close to each other, and the second cores 2 are clad layers of the first cores 1. Therefore, a total of three light spot diameters (distance between the outer side surfaces of the first core 1 and the other first core 1) propagating through the two first cores 1 and the second core 2 are reduced. can do. As a result, the spot diameter of the emission composed of the two first cores and the second core can be reduced even if three cores are used, and the loss can be reduced. Further, the projected image of the output light is combined during the projection and close to a uniform distribution, and when an optical path for making uniform light such as the third core 3 is further arranged, the coupling loss with them is lost. There is an advantage that can be suppressed.
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。 Furthermore, in the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the non-joint portion 8 in which the first core 1 and the second core 2 are not joined to at least a part of the first core 1 and the second core 2. It is preferable to have. By having the non-joining part 8, the pitch between the respective cores can be changed without largely changing the core width of the two first cores 1 and / or the core width of the second core 2. Thereby, even if it is difficult to make a plurality of light emitting elements for entering light into the light incident portion 13 adjacent to each other, it is possible to multiplex them with low light loss.
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。 If the height from the surface of the lower cladding layer 4 of the first core 1 is small, a good coupling loss between the light emitting portion 14 and the light receiving element is obtained, and if it is large, a good coupling loss between the light incident portion 13 and the light emitting element is obtained. Is obtained. From the above viewpoint, the height of the first core 1 is preferably 8 μm or more and 1.0 mm or less, more preferably 20 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of workability, and the viewpoint of workability in photolithography. From the viewpoint of the film formability of the first core forming resin used therefor, it is more preferably 20 μm or more and 200 μm or less.
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。
The width of the first gap 9 between the two first cores 1 is not particularly limited. However, when the third core 3 is not provided, the portion with the smallest width is the most light traveling direction side of the member. In the case where the third core 3 is provided, it is preferable that the third core 3 is closest to the third core 3 side. If the minimum width of the first gap 9 is equal to or smaller than the width of the first core 1 forming the minimum width, the two first cores and the second core can be brought close to each other, and thus the uniformity of the light of the projected image is improved. When the third core 3 is provided, the spot diameter of the light emitting portion 14 can be reduced with low loss.
The minimum width of the first gap 9 is preferably less than or equal to the width of the first core 1. Thereby, the 1st core 1 formed in the both sides of the 2nd core 2 can be made to approach further, and the spot diameter of the radiation which consists of the 1st core and the 2nd core can be made smaller than mentioned above, Loss can be reduced.
The first gap 9 is preferably 5 μm or more because the pattern shape can be satisfactorily formed when the first core 1 and the second core 2 are formed by etching. From the above viewpoint, the first gap 9 is preferably 5 μm or more and 1.0 mm or less, more preferably 10 μm or more and 500 μm or less, further preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and 10 μm or more and 50 μm or less. Most preferred.
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。
The optical multiplexing member of the present invention preferably has a second gap 10 between the two first cores 1 or / and the second core 2 and the third core 3. By disposing, for example, a lens or the like in the second gap 10, it is possible to suppress coupling loss.
In addition, when the first core 1 and the second core 2 are formed by etching, if there is no second gap 10, etching residue, meandering or peeling of the first core 1 is likely to occur. It is preferable to have two gaps 10. By having the second gap 10, the flow of the etching solution becomes good, and between the two first cores 1, between the two first cores 1 and the third core 3, and between the second core 2 and the third core 3. The resolution becomes good. The second gap 10 may be filled with an air layer or a resin. In the latter case, the second gap 10 may be filled with the upper cladding layer 5.
The width of the second gap 10 (width in the optical axis direction) is not particularly limited as long as it does not adversely affect the optical loss, but is preferably 5 μm or more and 400 μm or less, and preferably 10 μm or more and 300 μm or less. More preferably, it is 10 μm or more and 100 μm or less.
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。
As shown in FIG. 1, the optical multiplexing member of the present invention is a joint portion 7 in two first cores 1, and the side surface opposite to the side surface joined to the second core 2 is from the second core 2. Is preferably in contact with a low refractive index portion having a low refractive index. The low refractive index portion is preferably the upper clad layer 5 because it can be formed of the same material as the protection of the first core 1 and the second core 2 and the low refractive index portion can be formed at the same time.
By contacting the low refractive index portion, even if light propagating through the second core 2 leaks to the first core 1 at the junction 7, it is prevented from leaking from the side surface of the first core 1 on the low refractive index portion side. Therefore, light can be propagated with low optical loss. Furthermore, the joint surface between the first core 1 and the second core 2 and the joint surface between the first core 1 and the low refractive index portion are non-parallel, or the first core 1 is a core having a curve. Even in some cases, the occurrence of light loss due to light leakage can be similarly suppressed.
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。
The material for the first core 1 is not particularly limited, and preferable examples include quartz, glass, a silicon substrate, and a resin film that satisfy the above refractive index. When the material of the first core 1 is quartz or glass, a fiber-shaped material can be used, and an optical fiber core wire (portion where light propagates) or the like is preferably used. The material of the first core 1 is more preferably a resin film from the viewpoint of processability to an arbitrary position and shape, and further preferably a material that can be subjected to photolithography, intaglio formation, and injection molding. It is more preferable to use photolithography from the viewpoint that high positional accuracy with other parts can be obtained.
As a photolithography processing method, a first core formed in advance in a layer shape after applying a first core-forming resin varnish or a first core-forming resin film on the lower cladding layer 4 by laminating, pressing, or the like. There is a method of disposing a pattern forming resist on the forming resin layer, processing the first core 1 into a desired shape by reactive ion etching (RIE) or the like, and then removing the pattern forming resist. . As another photolithography processing method, a photosensitive first core forming resin composition is laminated on the lower clad layer 4 in the same manner as described above, and then a film mask or glass mask on which a desired shape is drawn is used. There is a method of patterning by irradiating actinic rays or drawing directly into a desired shape with actinic rays and removing the uncured first core-forming resin composition with an etching solution.
As a coating method of the varnish-like resin composition, a spin coater, a die coater, a comma coater, a curtain coater, a gravure coater, or the like can be used. The varnish may be formed by previously diluting with a solvent or the like and then applying the varnish by the above method or the like and drying the solvent. As a method for laminating the resin film, it can be laminated by appropriately applying pressure, temperature or the like using a roll laminator, a vacuum roll laminator, a flat plate laminator, a vacuum flat plate laminator, a normal pressure press, a vacuum press or the like.
In addition, the photosensitive first core forming resin composition may be a negative type in which a portion irradiated with actinic rays is cured, or a positive type in which a portion irradiated with actinic rays is softened and removed by etching. Good. The kind of etching solution (developer) at this time is not particularly limited, and various solvents, alkaline solutions, mixed solutions thereof and the like are used.
[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。
[Second core]
The second core 2 used in the optical multiplexing member of the present invention is one of light propagation paths through which light propagates, has a lower refractive index than the first core 1, and is lower than the lower cladding layer 4 and the upper cladding layer 5. It is preferable that the refractive index is high and the light has a transparency that does not cause a problem with respect to the wavelength of propagating light.
The refractive index difference between the first core 1, the second core 2, the lower cladding layer 4, and the upper cladding layer 6 is such that the refractive index difference represented by the above formula (1) is 0.1% or more and 6.0%. Or less, more preferably 1.0% or more and 6.0% or less, and more preferably 2.0% or more and 6.0% from the viewpoint of light confinement and the ease of controlling the refractive index of the material. More preferably, it is as follows.
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。 The shape of the second core 2 from the plan view direction is preferably a substantially straight line and / or a substantially curved line. The above-mentioned substantially straight line / substantially curved line means that the second core 2 is not a branch path or a divided optical path but a series of optical paths. Since the second core 2 is a series of optical paths, optical loss due to the structure of light propagating through the second core 2 can be reduced. It is preferable that the second core 2 is a straight line because the joint portion 7 and the non-joint portion 8 between the first core 1 and the second core 2 can be easily designed. In addition, you may provide a taper and a gradient in the 2nd core 2 suitably.
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。 The width of the second core 2 is preferably 5 μm or more and 1.0 mm or less from the viewpoint that low-loss propagation is possible, and from the viewpoint that light can efficiently remain in the second core 2, the width is 7 μm or more and 500 μm or less. More preferably, it is more preferably 10 μm or more and 200 μm or less from the viewpoint of reducing the spot diameter at the joint portion with the third core 3 and obtaining a good coupling loss with the light receiving element.
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。 If the height from the surface of the lower cladding layer 4 of the second core 2 is small, a good coupling loss between the light emitting part 14 and the light receiving element can be obtained, and if it is large, a good coupling between the light incident part 13 and the light emitting element is obtained. Loss is obtained. From the above viewpoint, the height of the second core 2 is preferably 8 μm or more and 1.0 mm or less, more preferably 20 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of workability, and the viewpoint of workability in photolithography. From the viewpoint of the film formability of the second core forming resin used therefor, it is more preferably 20 μm or more and 200 μm or less.
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。 The difference in height between the first core 1 and the second core 2 is preferably as small as possible from the viewpoint of coupling with the third core 3 and suppressing uneven brightness and color unevenness in the projected image. From the above viewpoint, the difference in height between the first core 1 and the second core 2 is preferably 0 μm or more and 25 μm or less, more preferably 0 μm or more and 15 μm or less, and 0 μm or more and 10 μm or less. Further preferred.
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。 The material for the second core 2 is not particularly limited, and the same material as that for the first core 1 can be used. Moreover, there is no limitation in particular as a formation method of the 2nd core 2, It can form by the method similar to the 1st core 1. FIG.
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。
The first core 1 and the second core 2 of the present invention may be formed of the same material as long as the above refractive index difference can be secured. It is preferable that the first core 1 and the second core 2 are made of the same material because a difference in height between the first core 1 and the second core 2 can be suppressed.
When forming the first core 1 and the second core 2 in different steps, the first core 1 is formed after the second core 2 is formed even if the second core 2 is formed after the first core 1 is formed. May be. At this time, the height difference between the formed first core 1 and second core 2 may be within the above-described range.
When forming the first core 1 and the second core 2 in different steps, for example, as shown in FIG. 3, if the second core 2 is formed after forming the first core 1, a part of the second core 2 becomes the first Although most of the light propagating through the second core 2 propagates in the first core 1 or the second core 2 sandwiched between the first cores 1, the light is disposed on the first core 1. Therefore, there is no particular problem. Although not shown, when the first core 1 is formed after the second core 2 is formed, a part of the first core 1 is disposed on the second core 2. In this case, As in the former, since most of the light propagating through the first core 1 propagates through the first core 1 arranged on both sides of the second core 2, there is no particular problem. It is assumed that a first gap 9 exists between the first cores 1.
[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。
[Third core]
As shown in FIGS. 1 and 4, the third core 3 used in the optical multiplexing member of the present invention is formed on the optical axes of the two first cores 1 and the second core 2, and the two first cores 1. And a core for multiplexing the light propagated from the second core 2 in the third core 3. The third core 3 only needs to have transparency within a range that does not adversely affect the wavelengths of the light propagating through the two first cores 1 and the light propagating through the second core 2. From the above viewpoint, the material of the third core 3 can be the same material as that of the first core 1 and the second core 2. Alternatively, the first core 1 and the second core 2 may be formed of polymer optical waveguides, and an optical fiber or the like may be used as the third core 3.
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。
The shape of the third core 3 from the plane direction may be linear or curved, and may have a taper that changes its vertical cross-sectional area in the light traveling direction. It is preferable that the third core 3 has a taper that reduces the cross-sectional area because the spot diameter of the light output from the light emitting portion 14 can be reduced. By reducing the spot diameter, it is possible to reduce the size of the light source unit, the illumination device, and the image projection device.
The third core 3 shown in FIG. 1 is embedded in the cladding layer (the lower cladding layer 4 and the upper cladding layer 5 in the figure). It is preferable that the third core 3 is embedded in the cladding layer because the position of the third core 3 can be easily fixed. Furthermore, as shown in FIG. 1, it is preferable to form the third core 3 on the lower cladding layer 4 because the height alignment with the first core 1 and the second core 2 becomes easy.
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。 When the height of the third core 3 is small, a good coupling loss between the light emitting portion 14 and the light receiving element is obtained, and when the height of the third core 3 is large, the first core 1 and the second core 2 are obtained. And a good coupling loss. From the above viewpoint, the height of the third core 3 is preferably 8 μm or more and 1.0 mm or less, more preferably 20 μm or more and 500 μm or less from the viewpoint of workability, and the workability in photolithography is improved. From the viewpoint and the viewpoint of the film formability of the third core-forming resin used therefor, it is more preferably 20 μm or more and 200 μm or less. The difference in thickness between the third core 3 and the first core 1 or the second core 2 is that the coupling loss between the first core 1 and the second core 2 and the third core 3 can be reduced. It is preferably from −25 μm to +25 μm, more preferably from −15 μm to +15 μm, and even more preferably from −10 μm to +10 μm.
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。 The width of the connecting portion 15 of the third core 3 is preferably as small as possible within a range that can receive light from the two first cores 1 and 2 and does not adversely affect optical loss. From the above viewpoint, the width of the connecting portion 15 of the third core 3 is preferably 25 μm or more and 3.0 mm or less, more preferably 50 μm or more and 1.5 mm or less, and 50 μm or more and 600 μm or less. More preferably, it is most preferably 50 μm or more and 150 μm or less.
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。
Further, within the above range, the width of the connecting portion 15 of the third core 3 is larger than the maximum width of the two first cores 1 and 2 (the maximum core width of the three cores). It is preferable that it is 2 times or more and 3 times or less (the value of a / b in FIG. 1 including the left and right values). If the width of the connecting portion 15 of the third core 3 is within the above range, the advantage that the spot diameter can be made small and propagated to the third core 3 with low loss, the third core 3 can achieve uniform uniformity. Even when a taper for reducing the spot diameter is provided in the third core 3, the light can be propagated with low loss, and even if the taper for reducing the spot diameter is provided in the third core 3, the light is output from the light emitting part 14. The obtained light has good uniformity, and there is an advantage that interference fringes are less likely to occur and / or an advantage that it is difficult to visually recognize. Moreover, in order to express said effect more notably, it is more preferable that the width | variety of the connection part 15 of the 3rd core 3 is 2.2 times or more and less than 3 times, and is about 2.4 times and less than 3 times. More preferably.
The substantial maximum width in the first core 1 and the second core 2 in the present invention is a width in which light can substantially propagate even when, for example, the first core 1 has a protrusion or a recess at the connection point 15. Say. In other words, the width does not take into account protrusions, dents, and the like.
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。
The connection portion 15 in the present invention represents the first entrance where the lights propagated through the three cores (the two first cores 1 and the second core 2) are mixed, and in FIG. The end surface on the first core 1 (or second core 2) side is represented.
Even if it is the connection part 15 in the optical multiplexing member shown in FIG. 5, if it is in said value, the same effect will be acquired. When the optical multiplexing member having three gaps between the three cores as shown in FIG. 5 and the three cores are formed of the same material, the position where the cores first diverge in the direction opposite to the light traveling direction, or The end point of the third core 3 (the end surfaces on the side of the three cores) is defined as a connection portion 15 in the direction opposite to the light traveling direction. However, when the optical multiplexing member as shown in FIG. 5 is formed by etching, it is difficult to achieve the above value because etching residue is likely to occur in the gap. Therefore, the structure of the optical multiplexing member of the present invention shown in FIG. 1 is preferable.
[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。
[Lower cladding layer]
The lower cladding layer 4 used for the optical multiplexing member of the present invention has a refractive index lower than that of the first core 1 and the difference in refractive index from the first core 1 is preferably within the range of the above formula (1). As shown in FIGS. 2 and 3, by forming the first core 1 and the second core 2 on the lower clad layer 4, the first core 1 and the second core 2 having desired shapes are formed at desired positions. it can. Further, as shown in FIG. 4, the third core 3 may be formed on the same lower cladding layer 4. It is preferable to form the first core 1, the second core 2, and the third core 3 on the same lower clad layer 4 because it is easy to adjust the height of each core.
[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。
[Upper clad layer]
The upper cladding layer 5 used in the optical multiplexing member of the present invention has a lower refractive index than the first core 1 and the second core 2, and the refractive index difference between the first core 1 and the second core 2 is the above formula ( It may be within the range of 1).
The upper cladding layer 5 is preferably embedded so as to cover at least the upper surface and further the side surfaces of the first core 1 and the second core 2. As shown in FIGS. 1 and 2, there is no problem even if the first core 1 is covered with a material having the same refractive index as that of the second core 2 at the non-joint portion 8. By embedding the first core 1 and the second core 2 with the upper cladding layer 5, the N.I. A. An increase in (numerical aperture) can be suppressed, and light leakage from the first core 1 to the second core 2 can be suppressed. Further, as shown in FIG. 4, by embedding the third core 3 with the upper clad layer 5, it becomes possible to propagate light having a small spread to the third core 3, and thus it is possible to suppress deterioration of optical loss. .
The upper cladding layer 5 covering the first core 1, the second core 2, and the third core 3 may be the same or different. The lower cladding layer 4 and the upper cladding layer 5 may have the same refractive index, different refractive indexes, the same material, or different materials.
[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。
[substrate]
Since the optical multiplexing member of the present invention has the substrate 6, it has an effect of imparting toughness, rigidity, and flexibility to the optical multiplexing member. When the substrate 6 is not necessary, it may be removed in a later step.
From the above viewpoint, the material of the substrate 6 that can be used for the optical multiplexing member of the present invention includes, for example, a glass epoxy resin substrate, a ceramic substrate, a glass substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a substrate with a resin layer, and a metal layer. Substrate, plastic film, plastic film with resin layer, plastic film with metal layer, FR-4 substrate, electrical wiring board and the like.
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。
When it is desired to give rigidity to the optical multiplexing member, it is preferable to use a rigid and tough substrate 6 as the substrate 6, for example, a glass epoxy resin substrate, a ceramic substrate, a glass substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate. Suitable examples include a substrate with a resin layer, a substrate with a metal layer, an FR-4 substrate, and an electric wiring board.
The thickness of the substrate 6 at this time is not particularly limited, but is preferably 40 μm or more and 10,000 μm or less from the viewpoint of obtaining strength and rigidity as the substrate 6 and obtaining a low-profile optical multiplexing member. More preferably, it is 50 μm or more and 1000 μm or less.
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。
When it is desired to impart flexibility to the optical multiplexing member, it is preferable to use a substrate 6 having flexibility and toughness as the substrate 6, for example, polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene, polypropylene, Preferred examples include polyamide, polycarbonate, polyphenylene ether, polyether sulfide, polyarylate, liquid crystal polymer, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, and polyimide.
The thickness of the substrate 6 at this time is not particularly limited, but may be 5 μm or more and 200 μm or less from the viewpoint of obtaining strength and flexibility as the substrate 6 and a low-profile optical multiplexing member. Preferably, it is 10 μm or more and 100 μm or less.
[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。
[Light incident part]
A light incident portion 13 is provided on the optical axis of the first core 1 and the second core 2 of the present invention in the direction opposite to the light traveling direction. The light incident on the light incident portion 13 is propagated to the joint portion 7. Furthermore, when it has the 3rd core 3, the light which injected into the light-incidence part 13 is propagated to the 3rd core 3, and is combined.
In the present invention, a member that makes light incident on the light incident portion 13 is referred to as a light emitting element. For example, as a light emitting element that emits light, an LED, a laser diode, and the like can be given. The light-emitting element is a medium that propagates light and may have a portion that emits light. For example, an optical fiber, an optical waveguide, etc. are mentioned. Further, a lens or the like may be appropriately used between the light emitting elements and the light incident portion 13.
The light used may have different wavelengths or the same wavelength, and examples thereof include infrared light, visible light, and ultraviolet light. If the wavelengths are the same, the amount of light output from the optical multiplexing member can be increased, and if the wavelengths are different, combined light is obtained. When the incident light is visible light, white light is emitted if, for example, blue light of 380 nm to 495 nm, green light of 495 nm to 570 nm, and red light of 620 nm to 750 nm are incident, Depending on the output difference, the hue can be arbitrarily selected.
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。 The optical multiplexing member of the present invention can obtain uniform light by projecting from a light source that is brought close to the optical multiplexing member. The optical multiplexing member has a third core 3, and light incident on the two first cores 1 is respectively The light that is combined at the third core 3 and incident on the two first cores 1 and the light that is incident on the second core 2 may be combined at the junction 7 and / or the third core 3. preferable. Thereby, it can multiplex within the housing | casing of an optical multiplexing member.
[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。
[Light receiving element]
Among the optical multiplexing members of the present invention, when the third core 3 is provided, a light emitting part 14 is provided on the optical axis of the third core 3 in the light traveling direction D, and the light emitting part 14 The emitted light is output outside the optical multiplexing member. In the optical multiplexing member of the present invention, when the third core 3 is not provided, the light emitting part 14 is provided on the optical axis in the light traveling direction D of the first core 1 and the second core 2, and the light emission is performed. From the unit 14, the combined light is output outside the optical combining member.
In the present invention, a member that receives light provided at the tip of the light emitting portion 14 is referred to as a light receiving element. Examples of the light receiving element include a photodiode, an optical fiber, and an optical waveguide. Further, a lens or the like may be appropriately used between the light receiving elements and the light emitting unit 14. The emitted light may be used as a direct illumination or a light source for image projection.
When the optical fiber is used as the light emitting element and the light receiving element, the type of the optical fiber may be a quartz optical fiber or a plastic optical fiber, and may be a step index type or a graded index type. The core diameter of the optical fiber is not particularly limited, but the diameter is preferably 10 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 30 μm or more and 200 μm or less, and further preferably 50 μm or more and 150 μm or less. Further, the optical fiber on the light emitting element side and the optical fiber on the light receiving element side may be the same optical fiber or different optical fibers.
(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。
(Light source unit)
The light source unit of the present invention is a light source unit using light combined by the above-described optical multiplexing member.
In the light source unit of the present invention, when light sources that emit light of the same wavelength are disposed in the light incident portions 13 of the two first cores 1 and 2, the light intensity can be increased and output. Moreover, the light source unit of this invention can obtain those combined lights, if the light source which emits light of a different wavelength is arrange | positioned in the light incident part 13 of the two 1st cores 1 and the 2nd cores 2. FIG. Specifically, as shown in FIG. 1, the light source unit of the present invention mixes light with red, blue, and green wavelengths into the two first cores 1 and 2 respectively, and the light is mixed and white light is mixed. Can be obtained. Furthermore, it is also possible to select a hue by appropriately adjusting their outputs.
(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。
(Lighting device, image projection device)
The illumination device and the image projection device of the present invention use the above-described light source unit. As the illumination device of the present invention, for example, by appropriately adjusting the output of light output from the light source unit described above, illumination light having a desired light intensity and hue can be obtained. As an image projection apparatus of the present invention, for example, light output from the above-described light source unit is projected using a reflective liquid crystal or the like, thereby obtaining an image with a desired hue.
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。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
Example 1
<Preparation of a resin film for forming a cladding layer>
[Production of (A) (meth) acrylic polymer (base polymer)]
46 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate and 23 parts by mass of methyl lactate were weighed and transferred to a flask equipped with a stirrer, a cooling pipe, a gas introduction pipe, a dropping funnel and a thermometer, and stirred while introducing nitrogen gas. went. The liquid temperature was raised to 65 ° C., 47 parts by weight of methyl methacrylate, 33 parts by weight of butyl acrylate, 16 parts by weight of 2-hydroxyethyl methacrylate, 14 parts by weight of methacrylic acid, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile ) A mixture of 3 parts by mass, 46 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate, and 23 parts by mass of methyl lactate was added dropwise over 3 hours, followed by stirring at 65 ° C. for 3 hours. Further, stirring was continued at 95 ° C. for 1 hour to obtain a solution of (A) (meth) acrylic polymer (solid content: 45 mass%).
[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。
[Measurement of weight average molecular weight]
(A) As a result of measuring the weight average molecular weight (in terms of standard polystyrene) of (meth) acrylic polymer using GPC (“SD-8022”, “DP-8020”, “RI-8020” manufactured by Tosoh Corporation), 3 9 × 10 4 . As the column, “Gelpack GL-A150-S” and “Gelpack GL-A160-S” manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. were used.
[Measurement of acid value]
As a result of measuring the acid value of (A) (meth) acrylic polymer, it was 79 mgKOH / g. The acid value was calculated from the amount of 0.1 mol / L potassium hydroxide aqueous solution required to neutralize the (A) (meth) acrylic polymer solution. At this time, the point at which the phenolphthalein added as an indicator changed color from colorless to pink was defined as the neutralization point.
[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。
[Preparation of resin varnish for forming clad layer]
As a base polymer, (A) (meth) acrylic polymer solution (solid content 45 mass%) 84 mass parts (solid content 38 mass parts), (B) Urethane (meth) acrylate having a polyester skeleton as a photocuring component (new) 33 parts by mass of “U-200AX” manufactured by Nakamura Chemical Co., Ltd., and 15 parts by mass of urethane (meth) acrylate having a polypropylene glycol skeleton (“UA-4200” manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), (C) thermosetting As a component, 20 parts by mass of a polyfunctional block isocyanate solution (solid content: 75% by mass) obtained by protecting an isocyanurate type trimer of hexamethylene diisocyanate with methyl ethyl ketone oxime (“Sumijour BL3175” manufactured by Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) 15 parts by weight), (D) As a photopolymerization initiator, 1- [4 (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one (“Irgacure 2959” manufactured by BASF Japan Ltd.) 1 part by mass, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) 1 part by mass of phenylphosphine oxide (“Irgacure 819” manufactured by BASF Japan Ltd.) and 23 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate as an organic solvent for dilution were mixed with stirring. After pressure filtration using a polyflon filter having a pore diameter of 2 μm (“PF020” manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.), degassing was performed under reduced pressure to obtain a resin varnish for forming a cladding layer.
[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。
[Preparation of resin film for forming clad layer]
The coating varnish (manufactured by Hirano Techseed Co., Ltd.) is applied to the non-treated surface of the PET film (“Cosmo Shine A4100” manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 50 μm) as a support film. Multi-coater “TM-MC”) is applied and dried at 100 ° C. for 20 minutes, and then a surface release-treated PET film (“Purex A31” manufactured by Teijin DuPont Films Ltd., thickness 25 μm) is applied as a protective film. A resin film for forming a cladding layer was obtained.
At this time, the thickness of the resin layer formed from the clad layer resin varnish can be arbitrarily adjusted by adjusting the gap of the coating machine.
[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。
[Measurement of refractive index]
The 50 μm clad layer-forming resin film obtained above with the protective film peeled off is vacuum-pressurized laminator (“MVLP-500” manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd.) on a silicon substrate (size 60 × 20 mm, thickness 0.6 mm). )) And evacuated to 500 Pa or less, and then laminated under conditions of a pressure of 0.4 MPa, a temperature of 50 ° C., and a pressurization time of 30 seconds. Subsequently, ultraviolet rays (wavelength 365 nm) were irradiated with 2000 mJ / cm 2 with an ultraviolet exposure machine, the support film was peeled off, and further heated at 160 ° C. for 1 hour to prepare a sample for refractive index measurement. The refractive index of the sample at a wavelength of 830 nm was measured using a prism-coupled refractometer (“Model 2020” manufactured by Metricon). The refractive index of the cured resin layer was 1.496.
<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。
<Preparation of first and third core forming resin films>
(A) As a base polymer, 26 parts by mass of phenoxy resin (“Phenototo YP-70” manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), (B) As a photopolymerizable compound, 9,9-bis [4- (2-acryloyloxyethoxy) ) Phenyl] fluorene (Shin Nakamura Chemical Co., Ltd. “A-BPEF”) 36 parts by mass, bisphenol A type epoxy acrylate (Shin Nakamura Chemical Co., Ltd. “EA-1020”) 36 parts by mass, (C) Hikari As a polymerization initiator, 1 part by mass of bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide (“Irgacure 819” manufactured by BASF Japan Ltd.) and 1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl]- 2-Hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one (manufactured by BASF Japan Ltd., “Irgacure 295 ”) First and third core-forming resin varnishes in the same manner and under the same conditions as the above-mentioned preparation of the cladding layer-forming resin varnish, except that 1 part by weight and 40 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate were used as the organic solvent. Was formulated. Thereafter, pressure filtration and degassing under reduced pressure were performed in the same manner and conditions as described above.
The first and third core-forming resin varnishes obtained above were placed on the non-treated surface of a PET film (“Cosmo Shine A1517” manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 16 μm) as a support film, After applying and drying in the same manner, a release PET film (“Purex A31” manufactured by Teijin DuPont Films Ltd., thickness 25 μm) as a protective film is applied so that the release surface is on the resin side. A resin film for forming a third core was obtained.
At this time, the thickness of the resin layer formed from the first and third core-forming resin varnishes can be arbitrarily adjusted by adjusting the gap of the coating machine.
[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。
[Measurement of refractive index]
When the refractive index of the cured resin layer was measured by the same method as described above, the refractive index was 1.577.
<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。
<Production of second core-forming resin film>
[Second Core-Forming Base Polymer; Production of (Meth) acrylic Polymer (P-1)]
42 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate and 21 parts by mass of methyl lactate were weighed and transferred to a flask equipped with a stirrer, a cooling pipe, a gas introduction pipe, a dropping funnel and a thermometer, and stirred while introducing nitrogen gas. went. The liquid temperature was raised to 65 ° C., 14.5 parts by mass of N-cyclohexylmaleimide, 20 parts by mass of benzyl acrylate, 39 parts by mass of O-phenylphenol 1.5EO acrylate, 14 parts by mass of 2-hydroxyethyl methacrylate, 12. After dropping a mixture of 5 parts by mass, 4 parts by mass of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 37 parts by mass of propylene glycol monomethyl ether acetate, and 21 parts by mass of methyl lactate over 3 hours, 65 ° C. For 3 hours. Furthermore, stirring was continued at 95 ° C. for 1 hour to obtain a (meth) acrylic polymer (P-1) solution (solid content: 45% by mass).
As a result of measuring the acid value and the weight average molecular weight of the P-1 solution by the same method as described above, they were 80 mg KOH / g and 32,000, respectively.
[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。
[Preparation of resin varnish for forming second core]
(A) As an alkali-soluble (meth) acrylic polymer containing a maleimide skeleton in the main chain, 60 parts by mass of P-1 solution (solid content: 45% by mass), (B) as a polymerizable compound, ethoxylated bisphenol A diacrylate (Hitachi) 15 parts by mass of “Fancryl FA-324A” (“Fancril” is a registered trademark) manufactured by Kasei Co., Ltd. and 15 parts by mass of ethoxylated bisphenol A diacrylate (“Fancryl FA-321A” manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), phenol 10 parts by mass of a biphenylene type epoxy resin (“NC-3000” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., epoxy equivalent 275 g / eq), (C) 1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2 as a polymerization initiator -Hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one (“Irgacure” manufactured by BASF Japan Ltd.) 959 ") 1 part by mass, 1 part by mass of bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide (" Irgacure 819 "manufactured by BASF Japan Ltd.) is weighed into a wide-mouthed plastic bottle, and using a stirrer, The resin varnish for forming the second core was prepared by stirring for 6 hours under the conditions of a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 400 min −1 . Then, using a polyflon filter having a pore diameter of 2 μm (“PF020” manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.) and a membrane filter having a pore diameter of 0.5 μm (“J050A” manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.), a temperature of 25 ° C. and a pressure of 0.4 MPa. And filtered under pressure. Subsequently, defoaming was performed under reduced pressure for 15 minutes using a vacuum pump and a bell jar under conditions of a reduced pressure of 50 mmHg to obtain a second core-forming resin varnish.
[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。
[Preparation of second core-forming resin film]
Using the above-mentioned second core-forming resin varnish on a non-treated surface of a PET film (“A1517” manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 16 μm) using a multi-coater “TM-MC” manufactured by Hirano Techseed Co., Ltd. And then dried at 100 ° C. for 20 minutes, and then a release PET film (“Purex A31” manufactured by Teijin DuPont Films Ltd., thickness 25 μm) was applied as a protective film to obtain a resin film for forming a second core. . At this time, the thickness of the resin layer can be arbitrarily adjusted by adjusting the gap of the coating machine.
[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。
[Measurement of refractive index]
When the refractive index of the cured resin layer was measured by the same method as described above, the refractive index was 1.555.
<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。
<Example of production of optical multiplexing member in FIG. 1>
[Formation of lower cladding layer]
A 100 mm × 100 mm polyimide film (polyimide “Kapton EN” manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., thickness: 25 μm) was used as the substrate 6, and the resin film for forming a clad layer having the thickness of 15 μm obtained above was formed on one surface. After peeling off the protective film, after vacuuming to 500 Pa or less using a vacuum pressurization laminator (“MVLP-500” manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd.), pressure 0.4 MPa, temperature 90 ° C., pressurization time 30 seconds. The film was laminated by thermocompression bonding under the following conditions. Then, the ultraviolet-ray (wavelength 365nm) was irradiated by 3000 mJ / cm < 2 > from the support film side of the resin film for clad layer formation using the ultraviolet exposure machine (Oku Seisakusho "EXM-1172"). Thereafter, the support film was peeled off, dried and cured at 170 ° C. for 1 hour, and a lower cladding layer 4 having a thickness of 15 μm was formed.
[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)。
[Formation of first core and third core]
After the protective film of the resin film for forming the first and third cores 1 having a thickness of 50 μm obtained above is peeled off from the surface on which the lower clad layer 4 is obtained as described above, a vacuum pressure laminator (name machine Co., Ltd.) After vacuuming to 500 Pa or less using “MVLP-500” manufactured by Seisakusho, the film was laminated by thermocompression bonding under conditions of a pressure of 0.4 MPa, a temperature of 65 ° C., and a pressurization time of 30 seconds. Subsequently, using a UV exposure machine (“EXM-1172” manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.), a negative photomask on which desired shapes of the first core 1 and the third core 3 are drawn (the finished shape will be described later). ) Was placed, irradiated with ultraviolet rays (wavelength 365 nm) at 0.8 J / cm 2 , and then after exposure at 80 ° C. for 5 minutes, heating was performed. Thereafter, the PET film as the support film was peeled off and etched using a developer (propylene glycol monomethyl ether acetate / N, N-dimethylacetamide = 8/2, mass ratio). Then, it wash | cleaned using the washing | cleaning liquid (isopropanol), and heat-dried at 100 degreeC for 10 minute (s), and patterned.
The obtained first cores 1 are approximately S-shaped with a radius of curvature of 15 mm, a length of 3.33 mm, and are arranged so that the minimum first gap is 20 μm, and further in each light traveling direction D. The shape was such that the width was reduced from 50 μm to 40 μm (the first gap was kept at 20 μm) (the distance between the light incident portions 13 of the two first cores 1 was 250 μm).
The obtained third core 3 is formed of the same material as that of the first core 1 and has a width of 100 μm on the first core 1 and the second core 2 side, a length of 3.165 mm, and a width of 80 μm on the light emitting part side. Thus, the shape has a taper (the width of the second gap 10 between the first core 1 and the third core 3 is 50 μm).
[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。
[Formation of second core]
After peeling the protective film of the second core-forming resin film having a thickness of 55 μm obtained above from the first core 1 forming surface side, a vacuum pressure laminator (“MVLP-500” manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd.) After vacuuming to 500 Pa or less, lamination was performed by thermocompression bonding under conditions of a pressure of 0.4 MPa, a temperature of 90 ° C., and a pressing time of 30 seconds. A negative photomask (the finished shape will be described later) on which a desired shape of the second core 2 is drawn is arranged and aligned, and using an ultraviolet exposure machine (“EXM-1172” manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.) Ultraviolet rays (wavelength 365 nm) were irradiated at 2500 mJ / cm 2 from the support film side. Thereafter, the support film was peeled off, etched with a 1% aqueous potassium carbonate solution, dried and cured at 170 ° C. for 1 hour, and the second core 2 was formed.
The second core 2 is a substantially straight line having a length of 2.33 mm and a taper of 50 μm to 35 μm in width, and is arranged in the center of the first gap 9 (a part of the second core 2 is the first core). 1 and the second core 2 is reduced to a width of substantially 50 μm to 20 μm). In the non-joint portion 8 of the first core 1, the second core forming material is disposed as a part of the upper cladding layer 5 so as to cover the first core 1. The value of a / b was 2.5.
[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。
[Formation of upper cladding layer]
After peeling off the protective film of the 100 μm-thick clad layer forming resin film obtained above from the second core 2 forming surface side, a vacuum pressure laminator (“MVLP-500” manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd.) is used. After vacuuming to 500 Pa or less, lamination was performed by thermocompression bonding under conditions of a pressure of 0.4 MPa, a temperature of 90 ° C., and a pressurization time of 30 seconds. Subsequently, ultraviolet rays (wavelength 365 nm) were irradiated at 3000 mJ / cm 2 from the support film side using an ultraviolet exposure machine (“EXM-1172” manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.). Thereafter, the support film was peeled off, dried and cured at 170 ° C. for 1 hour, and the upper clad layer 5 was formed.
[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。
[Formation of light incident part and light emission part]
A dicing saw (stock) provided with a rectangular dicing blade at a position to be the light incident portion 13 of the obtained optical multiplexing member and a position to be a light emitting portion 14 of 6.5 mm in the optical axis direction from the light incident portion 13. The entire substrate 6 was cut using “DAC552” manufactured by DISCO Co., Ltd., and the end face was smoothed to form the light incident portion 13 and the light emitting portion 14.
[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。
[Optical loss measurement]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, infrared light having a wavelength of 850 nm is incident using a GI50 optical fiber with a cladding diameter of 80 μm as a light emitting element. The light emitted from the light emitting portion 14 was received using an optical fiber of SI114 as a light receiving element, and the optical loss was measured. As a result, the optical loss input from the second core 2 located at the center and output from the light emitting unit 14 is 2.5 dB, and the optical loss input from the first core 1 at both ends and output from the light emitting unit 14 The average was 1.3 dB.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, using the optical fiber of GI50 as a light emitting element, the central second core 2 has a blue color of 405 nm, left and right The first core 1 was incident with 532 nm green and 632 nm red. When the hue of the light emitted from the light emitting portion 14 from the direction opposite to the optical axis was observed, the white color was uniform and good. When the projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projection image was observed, the white color was uniform and good. There were no interference fringes.
(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。
(Example 2)
In Example 1, a dicing saw (“DAC552” manufactured by DISCO Corporation) provided with a rectangular dicing blade at a position where the light emitting unit 14 is 3.33 mm in the optical axis direction from the light incident unit 13. The whole substrate 6 was cut and the end face was smoothed to form an optical multiplexing member without the third core 3.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, using the optical fiber of GI50 as a light emitting element, the central second core 2 has a blue color of 405 nm, left and right The first core 1 was incident with 532 nm green and 632 nm red. When the projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projection image was observed, the white color was uniform and somewhat good. There were no interference fringes.
(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。
(Example 3)
In the first embodiment, the first gap 9 is widened (width 39 μm), the width of the third core 3 on the first core 1 side is increased (width 119 μm), and the a / b value is 2.975 (first core 1 An optical multiplexing member was formed in the same manner except that the maximum width was 2.38).
[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。
[Optical loss measurement]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, infrared light having a wavelength of 850 nm is incident using a GI50 optical fiber with a cladding diameter of 80 μm as a light emitting element. The light emitted from the light emitting portion 14 was received using an optical fiber of SI114 as a light receiving element, and the optical loss was measured. As a result, the optical loss input from the second core 2 located at the center and output from the light emitting unit 14 is 2.9 dB, and the optical loss input from the first core 1 at both ends and output from the light emitting unit 14 The average was 1.8 dB.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, using the optical fiber of GI50 as a light emitting element, the central second core 2 has a blue color of 405 nm, left and right The first core 1 was incident with 532 nm green and 632 nm red. When the color of the light emitting portion 14 was seen from the direction opposite to the optical axis, the white color was uniform and good. When the projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projection image was observed, the white color was uniform and good. There were no interference fringes.
(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。
Example 4
In the first embodiment, one first core 1 is not provided with a gradient (width 50 μm), the other first core 1 is provided with a gradient of 20 μm (minimum width 30 μm), and the a / b value is 2 (first core 1 An optical multiplexing member was formed in the same manner except that the maximum width was 2.5).
[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。
[Optical loss measurement]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, infrared light having a wavelength of 850 nm is incident using a GI50 optical fiber with a cladding diameter of 80 μm as a light emitting element. The light emitted from the light emitting portion 14 was received using an optical fiber of SI114 as a light receiving element, and the optical loss was measured. As a result, the optical loss input from the second core 2 located at the center and output from the light emitting unit 14 is 2.7 dB, and the optical loss input from the first core 1 at both ends and output from the light emitting unit 14 The average was 1.6 dB. There was variation in the optical loss at both ends.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
From the light incident part 13 provided in the first core 1 and the second core 2 of the obtained optical multiplexing member, using the optical fiber of GI50 as a light emitting element, the central second core 2 has a blue color of 405 nm, left and right The first core 1 was incident with 532 nm green and 632 nm red. When the color of the light emitting portion 14 was seen from the direction opposite to the optical axis, the white color was uniform and good. When the projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projection image was observed, the white color was uniform and good. There were no interference fringes.
(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)
(Comparative Example 1)
<Example of production of optical multiplexing member in FIG. 5>
In Example 1, the first core 1 was not formed, but the following cores (the parts corresponding to the first core 1, the second core 2, and the third core 3 in Example 1) were formed by the second core 2. Except for the above, an optical multiplexing member was formed in the same manner.
1. Bending radius 15mm, length 3.33mm, width 50μm, line symmetrical shape, 2 locations Length 3.33mm, width 50μm
3. 3. The three cores are arranged with a minimum gap of 20 μm. 4. The light incident portions 13 are each 125 μm apart. A portion corresponding to the third core 3 (b ′ / a) having a tapered portion that decreases in width from 190 μm to 80 μm (light emitting portion 13) with a length of 3.165 mm in the light traveling direction of the three cores (with a gap of 50 μm). 'Is 3.8)
[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。
[Optical loss measurement]
From the light incident portion 13 of the second core 2 of the obtained optical multiplexing member (where the light incident portions 13 of the first core and the second core 2 existed in Example 1), an optical fiber with a cladding diameter of 80 μm and a GI 50 is used. Infrared light having a wavelength of 850 nm was used as a light emitting element, and light emitted from the light emitting unit 14 was received using an optical fiber of SI114 as a light receiving element, and light loss was measured. As a result, the optical loss input from the second core 2 located at the center and output from the light emitting unit 14 is 3.6 dB, and the optical loss input from the second core 2 at both ends and output from the light emitting unit 14 Was 4.5 dB.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
Using the GI50 optical fiber as a light emitting element, 405 nm blue, left and right 532 nm green, and 632 nm red were incident from the light incident portion 13 provided on the second core 2 of the obtained optical multiplexing member. When the color of the light emitting portion 14 was seen from the direction opposite to the optical axis, the white color was uniform and good. When a projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projected image was observed, color unevenness occurred. Interference fringes were also generated in the vertical direction (vertical direction of the substrate).
(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。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 1, the substrate was cut from the light incident part 13 at a position where the light emitting part 14 having a size of 3.33 mm in the optical axis direction was formed, and an optical multiplexing member without the third core 3 was formed. Other than that, an optical multiplexing member was formed by the same method as in Comparative Example 1.
[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。
[Evaluation of light uniformity]
Using the GI50 optical fiber as a light emitting element, 405 nm blue, 532 nm green, and 632 nm red were incident from the light incident portion 13 provided on the first core 1 of the obtained optical multiplexing member. When the projection plate was placed at a position 5 cm away from the light emitting portion 14 and the projected image was observed, color unevenness was slightly observed.
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。 The optical multiplexing member of the present invention is an optical multiplexing member that can combine three lights with low optical loss while achieving miniaturization. Various optical devices, various optical multiplexing devices, light source units, optical interconnection, medical The present invention can be applied to a wide range of fields such as industrial and industrial endoscopes, illumination devices such as various measuring machines, image projection devices such as projectors, pico projectors, and head mounted displays.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st core 2 ... 2nd core 3 ... 3rd core 4 ... Lower clad layer 5 ... Upper clad layer 6 ... Substrate 7 ... Joint part 8 ... Non-joint part 9 ... 1st gap | interval 10 ... 2nd gap | interval 11 ... Gradient 13 ... light incident part 14 ... light emitting part 15 ... connecting part
Claims (15)
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。 At least two first cores;
A second core disposed in a first gap formed by the two first cores, having a joint for joining to at least a part of the first core, and having a lower refractive index than the first core. ,
An optical multiplexing member having a tapered shape in which the first gap narrows in the light traveling direction of the first core.
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- 2013-11-26 JP JP2013243642A patent/JP2015102714A/en active Pending
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