JP2003207661A

JP2003207661A - 光導波路装置

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Publication number: JP2003207661A
Application number: JP2002004803A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yasuda; 成留安田; Yukari Terakawa; 裕佳里寺川; Hayami Hosokawa; 速美細川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: JP3818153B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光閉じ込め効果の高い空気クラッド層を基板
内に形成することにより、光導波路を伝搬する光の漏れ
による減衰を防止することができる光導波路装置を提供
する。【解決手段】射出成形されたクラッド基板１に埋め込
むようにして導波路３を形成する。導波路３は途中で約
９０°の角度で曲がっており、その外隅部分にはクラッ
ド基板１を凹設することによって空気クラッド層４が形
成されている。この空気クラッド層４は、クラッド基板
１の成形時に同時に成形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、コ
ピー機、スキャナ等の原稿読み取り装置や、光通信装
置、あるいはＣＤディスク等における光学系に用いられ
る光導波路装置に関する。特に、光導波路内を伝搬する
光を光導波路内に閉じ込めるための空気クラッド層を有
する光導波路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光導波路装置において、光導
波路を伝搬する光の光路を大きく変化させる場合、空気
の屈折率が小さいことを利用して、光導波路の屈曲部分
の近辺に空気クラッド層（空気部）を設け、この空気ク
ラッド層による全反射を利用して光の伝搬方向を曲げる
と共に屈曲部分における光の漏れを防止することは、一
般的に知られている。

【０００３】このような空気クラッド層を光導波路の曲
げ部分の近辺に設けた光導波路装置としては、例えば特
開平４−７５０８号公報に示されたものがある。

【０００４】図１は特開平４−７５０８号公報に開示さ
れた光導波路装置の製造方法を説明するための各製造工
程における斜視図である。以下、図１（ａ）〜（ｄ）を
参照して当該製造工程を説明する。

【０００５】図１（ａ）に示す工程では、反射型光曲げ
導波路を形成するために積層構造の光導波路用基板１０
を準備する。この光導波路用基板１０は気相成長法など
により製造される。この光導波路用基板１０は、基板本
体１１、下部クラッド層１２、光導波層１３、上部クラ
ッド層１４、キャップ層１５を順次積層状態に堆積する
ことにより形成される。下部クラッド層１２および上部
クラッド層１４は、光導波層１３内に光を閉じ込めるた
めの層であり、光導波層１３は光を伝搬させるための層
である。

【０００６】図１（ｂ）に示す工程では、スピンコーテ
ィング法などを用いてフォトレジストをキャップ層１５
の全面に塗布し、フォトリソグラフィ技術により、三角
形状に開口されたエッチング窓２０ａを有する反射ミラ
ー用レジストパターン２０を形成する。次に、この反射
ミラー用レジストパターン２０をマスクにしてドライエ
ッチングすることによってキャップ層１５から下部クラ
ッド層１２までエッチングし、三角形状をした凹部（空
気クラッド層２１）を形成する。その後、ガスプラズマ
や剥離液等を用いて不要になった反射ミラー用レジスト
パターン２０を除去する。

【０００７】図１（ｃ）に示す工程では、キャップ層１
５の全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて該フォトレジストを露光および現像し、
空気クラッド層２１の縁で折れ曲がったストライブ形状
の光導波路用レジストパターン２２を形成する。この光
導波路用レジストパターン２２の形成時に、空気クラッ
ド層２１の内面は光導波路用レジストパターン２２と同
じフォトレジストからなるレジスト膜２２ａによって覆
っておく。

【０００８】この光導波路用レジストパターン２２及び
レジスト膜２２ａをマスクにして図１（ｃ）において斜
線を施した領域２２ｂをドライエッチングすることによ
り、上部クラッド層１４の中程までエッチングし、キャ
ップ層１５および上部クラッド層１４によって断面凸状
のストリップ装荷型の構造を有する光導波路２３を形成
する。この際、空気クラッド層２１内はレジスト膜２２
ａで覆われているため、エッチングされない。その後、
ガラスプラズマや剥離液等を用いて不要になった光導波
路用のレジストパターン２２およびレジスト膜２２ａを
剥離すれば、図１（ｄ）に示すような光導波路２３が得
られ、光導波路２３の屈曲部外面２４は空気クラッド層
２１及びその上の空気と接触することになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法のようにフォトリソグラフィを用いた半導
体プロセス技術によって積層して光導波路装置を製造し
た場合、エッチングによって空気クラッド層や光導波路
を形成しているため、光導波路の屈曲部外面（空気クラ
ッド層やその上の空気との界面）に表面荒れが生じる。
即ち、上記のような製造方法では、光導波路の側面の一
部がエッチングによって荒れることになる。このため、
光導波路を伝搬する光が屈曲部外面に達すると、その光
は屈曲部外面で拡散反射したり、散乱して光導波路の外
に漏れたりしてしまい、光導波路装置の光導波特性が悪
くなり、光伝搬効率が低下するという問題があった。ま
た、上記のような製造方法では、多層成膜技術や半導体
プロセス技術により製造するので、製造プロセスが複雑
であった。

【００１０】

【発明の開示】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、光閉
じ込め効果の高い空気クラッド層を基板内部に製作する
ことができる光導波路装置を提供することにある。

【００１１】本発明にかかる光導波路装置は、樹脂成形
された基板と、該基板の主面に形成された溝にコア材料
を充填して形成された光導波路とを備えた光導波路装置
において、前記基板の成形時に前記溝に隣接する箇所に
凹部を形成することにより、前記光導波路に隣接する空
気クラッド層を形成したことを特徴としている。

【００１２】本発明の光導波路装置にあっては、光導波
路に隣接する箇所に空気クラッド層となる凹部が形成さ
れているので、光導波路から出て空気クラッド層の界面
に達した光は空気クラッド層の界面で全反射して再び光
導波路内に戻され、光の閉じ込め効果が高くなる。しか
も、本発明にあっては、空気クラッド層を基板成形時に
同時に成形しているので、空気クラッド層の界面におけ
る樹脂表面の仕上げ精度は、金型のキャビティ内の表面
仕上げ精度がそのまま反映することになり、平滑に仕上
げることができる。よって、空気クラッド層の界面にお
ける散乱や乱反射を抑制することができ、光導波路装置
の光導波特性や光伝搬効率を向上させることができる。
また、本発明の光導波路装置は、成形法によって製造す
ることができるので、製造工程が少なく、量産に適し、
製造コストを安価にすることが可能になる。

【００１３】本発明の実施態様にあっては、前記光導波
路と前記クラッド層との間に前記基板の一部が介在して
いる。このため、空気クラッド層を基板内に形成した
後、基板の溝内にコア材料を充填して光導波路を形成す
る際、コア材料が溝から空気クラッド層に流れ出て光導
波路が成形不良となったり、光導波路の縁に成形バリが
発生するのを防ぐことができる。つまり、基板内に空気
クラッド層を有する光導波路装置を成形法により製作す
ることが可能になる。

【００１４】本発明の別な実施態様にあっては、前記光
導波路が湾曲ないし屈曲した部分を有しており、当該湾
曲部分ないし当該屈曲部分の少なくとも外周側に前記空
気クラッド層が形成されている。空気クラッド層を設け
ることにより光の閉じ込め効果を大きくすることができ
るので、このような形態の光導波路を有する導波路装置
において本発明は特に有用である。

【００１５】本発明のさらに別な実施態様にあっては、
前記空気クラッド層は、前記基板に垂直な方向から見
て、外周の一部だけを前記基板によって形成されてい
る。このため、空気クラッド層を有する基板を成形によ
り製作する場合、金型の空気クラッド層を成形する部分
を空気クラッド層から抜き易くでき、金型からの脱型が
容易になる。

【００１６】本発明のさらに別な実施態様にあっては、
前記空気クラッド層は、断面がスリット状に形成されて
いる。このため、空気クラッド層の幅が狭くなり、光導
波路装置の小型化を図ることができる。

【００１７】本発明のさらに別な実施態様にあっては、
前記基板の一方主面において前記空気クラッド層を前記
光導波路の端部に対向させて設け、該空気クラッド層の
光導波路の端面に対向している面を傾斜させることによ
り、光導波路を伝搬して空気クラッド層の界面で反射し
た光を前記基板の他方主面側へ向かわせるようにしてい
る。従って、受光素子などを基板の他方主面に設けるこ
とができ、光導波路装置等の実装面積を小さくできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２（ａ）は
本発明の第１の実施形態による光導波路装置Ａの概略構
成を示す平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）におけ
る光導波路装置ＡをＸ１−Ｘ１線に沿って切断した断面
図である。この光導波路装置Ａは、主として、比較的屈
折率の高い透明樹脂から成るクラッド基板１と光を閉じ
込めて伝搬させる光導波路３とから構成されている。

【００１９】クラッド基板１は射出成形等の成形法によ
って成形されており、クラッド基板１の表面にはＬ状に
屈曲した溝２が成形され、溝２の屈曲箇所の外隅側に
は、平面視で直角三角形状をした凹部（空気クラッド層
４）が成形されている。溝２内には、基板材料である透
明樹脂よりも屈折率の高い透明樹脂をコア材料として充
填して光導波路３を形成している。よって、光導波路３
はＬ状に屈曲しており、この屈曲面３ａの外隅近傍で空
気クラッド層４がクラッド基板１内に凹設されている。
光導波路３の屈曲面３ａは、光導波路３の光軸方向に対
して略４５度の角度で斜めに形成されており、光導波路
３と空気クラッド層４との間には、クラッド基板１の一
部が薄板状になって介在している。なお、光導波路３の
屈曲面３ａと空気クラッド層４の間の樹脂（空気クラッ
ド層４の一部）厚みは、クラッド基板１の成形時や溝２
にコア材料を充填する際に破損しない限度で薄い方が好
ましい。

【００２０】この光導波路装置Ａにおいては、例えば光
ファイバ５から出射されて光導波路３内に入った光は、
光導波路３とクラッド基板１（あるいは、上面の空気）
との界面で全反射を繰り返しながら光導波路３内を伝搬
し、屈曲面３ａで全反射された光は伝搬方向を大きく
（ほぼ９０°）変えられる。しかし、光導波路３の屈曲
面３ａには、小さな入射角で光が入射することがあり、
その場合には図２（ａ）に示すように、屈曲面３ａから
クラッド基板１へ光が漏れることがある。その場合、光
導波路３の屈曲面３ａから漏れた光は、クラッド基板１
と空気クラッド層４との界面４ａに達する。光導波路３
とクラッド基板１との屈折率差はあまり大きくとれない
が、クラッド基板１と空気の屈折率差は大きくできるの
で、屈曲面３ａを通過した光も空気クラッド層４とクラ
ッド基板１との界面４ａでは全反射され易くなってお
り、空気クラッド層４の界面４ａで全反射された光は再
び屈曲面３ａを通過して光導波路３内に戻る。しかも、
空気クラッド層４の全反射に利用する界面４ａを斜めに
（特に、４５度の角度に）傾けておくことにより光の伝
搬方向を約９０°曲げることができ、光の伝搬方向を大
きく変化させることができる。よって、このような光導
波路装置Ａによれば、光を光導波路３内に閉じ込めつつ
効率よく光の伝搬方向を変えることができる。

【００２１】本発明の光導波路装置Ａによれば、空気ク
ラッド層４はクラッド基板１の成形時に同時に射出成形
されているので、空気クラッド層４である基板凹部の内
面の仕上げ精度（平滑度）は金型の表面仕上げ精度をそ
のまま反映することになり、表面仕上げ精度の高い金型
を用いることで空気クラッド層４の表面、特に光導波路
３から漏れた光を全反射させる界面４ａの表面荒れを極
めて小さくすることができ、空気クラッド層４の表面に
おける光の散乱や拡散を小さくでき、光導波路３内を伝
搬する光の減衰を抑制できる。したがって、光導波路装
置Ａの光導波特性が良くなり、光伝搬効率が高まる。

【００２２】また、金型を用いて射出成形によりクラッ
ド基板１や空気クラッド層４、溝２を同時に成形できる
ので、光導波路装置の製造プロセスを簡略化でき、光導
波路装置Ａの量産性を高めることができる。

【００２３】また、この実施形態による光導波路装置Ａ
では、光導波路３と空気クラッド層４との間にクラッド
基板１が介在しているので、溝２にコア材料を充填して
光導波路３を形成する際にコア材料が空気クラッド層４
へ流出するのを防止でき、光導波路装置Ａの製造が容易
になる。

【００２４】（第２の実施形態）図３（ａ）は本発明の
第２の実施形態による光導波路装置Ｂの概略構成を示す
平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）における光導波
路装置ＢをＸ２−Ｘ２線に沿って切断した断面図であ
る。この実施形態における光導波路装置Ｂでも、光導波
路３の屈曲面３ａと対向する位置に、クラッド基板１の
一部を介して空気クラッド層４を形成している。しか
し、図２に示した光導波路装置Ａでは、平面視において
空気クラッド層４の全周がクラッド基板１によって囲ま
れていたのに対し、この光導波路装置Ｂでは空気クラッ
ド層４と屈曲面３ａとの間にはクラッド基板１が存在し
ているが他の辺では、図３（ｂ）に示すように空気クラ
ッド層４の周囲は開放されている。

【００２５】第１の実施形態のように空気クラッド層４
の全周囲が囲まれている場合、クラッド基板１の成形時
に空気クラッド層４を形成するための金型部分が空気ク
ラッド層４内にはまり込んで全周をクラッド基板１で囲
まれるので当該金型部分と空気クラッド層４との分離が
困難になる。これに対し、この実施形態では、空気クラ
ッド層４を成形するための金型部分がクラッド基板１で
囲まれて空気クラッド層４内にはまり込むことがないの
で、成形後のクラッド基板１を金型から容易に取り外す
ことができる。なお、第１の実施形態において、クラッ
ド基板１を金型から容易に取り外せるようにするために
は、空気クラッド層４の外周面のうち屈曲面３ａと対向
している面以外の面にテーパーを施しておいてもよい。

【００２６】（第３の実施形態）図４（ａ）は本発明の
第３の実施形態による光導波路装置Ｃの概略構成を示す
平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）における光導波
路装置ＣをＸ３−Ｘ３線に沿って切断した断面図であ
る。この実施形態に示すように、空気クラッド層４はス
リット状の溝によって形成してもよい。

【００２７】（第４の実施形態）図５（ａ）は本発明の
第４の実施形態による光導波路装置Ｄの概略構成を示す
平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）における光導波
路装置ＤをＸ４−Ｘ４線に沿って切断した断面図であ
る。この実施形態では、光導波路３の一部を円弧状に湾
曲させており、それに応じて空気クラッド層４とクラッ
ド基板１との界面４ａも円弧状に屈曲させている。

【００２８】この光導波路装置Ｄにおいても、光導波路
３内を伝搬する光は、光導波路３とクラッド基板１（あ
るいは、上面の空気）との界面で全反射を繰り返しなが
ら光導波路３内を伝搬し、屈曲面３ａで全反射された光
は伝搬方向を大きく（ほぼ９０°）変えられる。また、
屈曲面３ａからクラッド基板１へ光が漏れた場合には、
光導波路３の屈曲面３ａから漏れた光は、クラッド基板
１と空気クラッド層４との界面４ａに達する。そして、
空気クラッド層４の界面４ａで全反射された光は再び屈
曲面３ａを通過して光導波路３内に戻る。

【００２９】このように光導波路３を湾曲させる場合、
その曲率が大きいと光が漏れ易くなるが、この実施形態
のように湾曲部分の外側に空気クラッド層４を設けるこ
とによって光の漏れを小さくでき、光の導波効率を高め
ることができる。

【００３０】（第５の実施形態）図６（ａ）（ｂ）は本
発明の第５の実施形態による光導波路装置Ｅの概略構成
を示す斜視図及び断面図である。この実施形態では、ク
ラッド基板１に形成された光導波路３の左右両側面及び
下面を覆うようにして、クラッド基板１を隔てて、クラ
ッド基板１にスリット状ないし溝状の空気クラッド層４
が形成されている。また、光導波路３の上面では、空気
（大気）が空気クラッド層の働きをしている。従って、
４面の空気クラッド層により高い光閉じ込め効果をもっ
て光導波路３内に光を閉じ込めることができる。

【００３１】このように本発明は、直線状の光導波路３
の場合にも用いることができるものであり、また、スリ
ット状の空気クラッド層４を用いることによって空気ク
ラッド層４の占有面積を小さくでき、光導波路装置Ｅを
小型化することができる。

【００３２】（第６の実施形態）図７（ａ）は本発明の
第６の実施形態による光導波路装置Ｆの概略構成を示す
平面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）における光導波
路装置ＦをＸ５−Ｘ５線に沿って切断した断面図であ
る。この実施形態にあっては、クラッド基板１の上面に
溝２を形成し、その溝２内にコア材料を充填して光導波
路３を形成してあり、光導波路３の先端は斜めに傾斜さ
せられている。一方、クラッド基板１の裏面では、光導
波路３の先端に対向する位置において、断面が直角三角
形状をした空気クラッド層４が凹設されており、空気ク
ラッド層４と光導波路３との間には薄板状にクラッド基
板１が介在している。

【００３３】しかして、この光導波路装置Ｆによれば、
光導波路３内を伝搬してきた光は、光導波路３の先端面
でクラッド基板１を透過して空気クラッド層４との界面
４ａに達し、当該界面４ａで全反射されて上方へ出射さ
れる。よって、このような光導波路装置Ｆによれば、図
８に示すように、クラッド基板１の上面に受光素子６な
どを配置することができ、受光素子６等を含めた光導波
路装置Ｆの実装面積を小さくすることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の光導波路装置にあっては、光導
波路に隣接する箇所に空気クラッド層となる凹部が形成
されているので、光導波路から出て空気クラッド層の界
面に達した光は空気クラッド層の界面で全反射して再び
光導波路内に戻され、光の閉じ込め効果が高くなる。し
かも、本発明にあっては、空気クラッド層を基板成形時
に同時に成形しているので、空気クラッド層の界面にお
ける樹脂表面の仕上げ精度は、金型のキャビティ内の表
面仕上げ精度がそのまま反映することになり、平滑に仕
上げることができる。よって、空気クラッド層の界面に
おける散乱や乱反射を抑制することができ、光導波路装
置の光導波特性や光伝搬効率を向上させることができ
る。また、本発明の光導波路装置は、成形法によって製
造することができるので、製造工程が少なく、量産に適
し、製造コストを安価にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】特開平４−７５０８号公報に開示された製造方
法を説明するための各製造工程における光導波路装置の
斜視図である。

【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置をＸ１−Ｘ１線に沿って切断した
断面図である。

【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置をＸ２−Ｘ２線に沿って切断した
断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の第３の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置をＸ３−Ｘ３線に沿って切断した
断面図である。

【図５】（ａ）は本発明の第４の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置をＸ４−Ｘ４線に沿って切断した
断面図である。

【図６】（ａ）は本発明の第５の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置の断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第６の実施形態による光導波
路装置の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）
における光導波路装置をＸ５−Ｘ５線に沿って切断した
断面図である。

【図８】同上の光導波路装置に受光素子を実装した様子
を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２溝３光導波路３ａ屈曲面４空気クラッド層４ａ反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細川速美京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA03 PA01 PA26 PA28 QA05 TA02 TA03 TA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂成形された基板と、該基板の主面に
形成された溝にコア材料を充填して形成された光導波路
とを備えた光導波路装置において、前記基板の成形時に前記溝に隣接する箇所に凹部を形成
することにより、前記光導波路に隣接する空気クラッド
層を形成したことを特徴とする光導波路装置。
【請求項２】前記光導波路と前記クラッド層との間に
は、前記基板の一部が介在していることを特徴とする、
請求項１に記載の光導波路装置。
【請求項３】前記光導波路が湾曲ないし屈曲した部分
を有しており、当該湾曲部分ないし当該屈曲部分の少な
くとも外周側に前記空気クラッド層が形成されているこ
とを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
【請求項４】前記空気クラッド層は、前記基板に垂直
な方向から見て、外周の一部だけを前記基板によって形
成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光導
波路装置。
【請求項５】前記空気クラッド層は、断面がスリット
状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載
の光導波路装置。
【請求項６】前記基板の一方主面において前記空気ク
ラッド層を前記光導波路の端部に対向させて設け、該空
気クラッド層の光導波路の端面に対向している面を傾斜
させることにより、光導波路を伝搬して空気クラッド層
の界面で反射した光を前記基板の他方主面側へ向かわせ
るようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の光導
波路装置。