光導波路デバイス
【課題】光導波路デバイスの受光感度の低下を防ぎ、タッチ入力の誤判定を避ける。
【解決手段】光導波路デバイス１０は、先端１４から出射光１５を出射する複数のコア１３を有する光導波路１１と、出射光１５を受光する複数のフォトダイオード１６を有する受光素子１２とを含む。コア１３のピッチＬ１はフォトダイオード１６のピッチＬ２よりも大きい。フォトダイオード１６のピッチＬ２と、コア１３のピッヒＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は０．１から０．８であり、１本のコア１３に対して１個より多いフォトダイオード１６が対面する。このようにすることにより、コア１３の出射光１５の有無を正しく判定できる。
【解決手段】光導波路デバイス１０は、先端１４から出射光１５を出射する複数のコア１３を有する光導波路１１と、出射光１５を受光する複数のフォトダイオード１６を有する受光素子１２とを含む。コア１３のピッチＬ１はフォトダイオード１６のピッチＬ２よりも大きい。フォトダイオード１６のピッチＬ２と、コア１３のピッヒＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は０．１から０．８であり、１本のコア１３に対して１個より多いフォトダイオード１６が対面する。このようにすることにより、コア１３の出射光１５の有無を正しく判定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコアを有する光導波路と、複数のフォトダイオードを有する受光素子とを備えた光導波路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のコアを有する光導波路と、複数のフォトダイオードを有する受光素子とを備えた光導波路デバイスが知られている（例えば特許文献１）。このような光導波路デバイスでは、通常、一つのコアに対応して、一つのフォトダイオードが配置される。各コアから出射される光は、対応する各フォトダイオードにより受光される。受光された光の強度は、フォトダイオードにより電気信号に変換される。
【０００３】
上記の光導波路デバイスは、例えば、光学式タッチパネルに用いられる。光学式タッチパネルにおいては、指やペン等のタッチ入力により光源の光が遮られる。光強度が低下した位置が、光導波路デバイスにより検出されて、指やペン等の座標が特定される。
【０００４】
従来の光導波路デバイス２０の第一例の、模式的な平面図を図４（ａ）に、断面図を図４（ｂ）に示す。従来の光導波路デバイス２０は、光導波路２１と受光素子２２を備える。光導波路２１は複数のコア２３を備える。各コア２３は、先端２４から出射光２５を出射する。受光素子２２は、一列に並んだ複数のフォトダイオード２６を備える。各フォトダイオード２６は、コア２３の出射光２５を受光する。通常、コア２３のピッチ（中心間隔）Ｌ６と、フォトダイオード２６のピッチ（中心間隔）Ｌ７は同一である。従って、コア２３とフォトダイオード２６は一対一に対応する。
【０００５】
一般に、コア２３の出射光２５は、扇形に広がりながら進む。そのため、図４（ａ）に示すように、コア２３の先端２４と、フォトダイオード２６の受光面との距離Ｌ８が長い場合、コア２３から出射された出射光２５は、当該コア２３と対面するフォトダイオード２６だけでなく、隣のフォトダイオード２６にも入射する。
【０００６】
この状況を図４（ａ）によって具体的に説明する。図４（ａ）に示す場合、Ｎｏ．３のコア２３には出射光が無い。しかし、Ｎｏ．３のコア２３に対面するＮｏ．３のフォトダイオード２６には、Ｎｏ．２のコア２３の出射光２５の一部と、Ｎｏ．４のコア２３の出射光２５の一部が入射する。このため、Ｎｏ．３のフォトダイオード２６には、弱いながら入射光がある。このため、Ｎｏ．３のコア２３の出射光が無いにもかかわらず、あるように誤判定されるおそれがある。
【０００７】
このような誤判定を避けるためには、各フォトダイオード２６の閾値を高くして、隣のコア２３からの入射光を感知しないようにすればよい。しかし、フォトダイオード２６の閾値を高くすると、その光導波路デバイス２０を用いた光学式タッチパネルにおいて、光導波路デバイス２０の受光感度が低くなる。そのため、光学式タッチパネルにおいて、タッチ入力を感知しないという不具合の生じるおそれがある。
【０００８】
上記の問題の対策として、従来の光導波路デバイス３０の第二例においては、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コア３１とフォトダイオード３２を接近させ、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮する。これにより、光導波路デバイス３０の受光感度の低下を防ぎ、タッチ入力の不具合を避けることができる。しかし、この対策を施すと別の問題が生じる。
【０００９】
図５（ｂ）に示すように、光導波路３４では、アンダークラッド層３５の上にコア３１が形成され、更にオーバークラッド層３６によりコア３１が埋設されている。ここで、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮すると、図５（ｃ）に示すように、製造時のばらつきによって、コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出するおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出すると、コア３１の出射光３７の拡散減衰が著しくなる。その結果、コア３１からフォトダイオード３２への光伝送が不可能になるおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出することを防止するため、オーバークラッド層３６の形成精度を高くしなければならない。これは光導波路３４の量産性を低下させる。
【００１０】
更に、従来の光導波路デバイス３０には、光軸合わせ（調芯）に関する問題がある。図５（ａ）は、コア３１とフォトダイオード３２の光軸が完全に合った状態（調芯が完全に行なわれた状態）を示す。しかしコア３１とフォトダイオード３２の調芯を完全に行なうことは難しく、実際には、図６（ａ）のように、コア３１とフォトダイオード３２の光軸（芯）がずれることがある。図６（ａ）の場合、光軸のずれ量はＬ１０である。
【００１１】
図５（ａ）のように、コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれていないときは、Ｎｏ．３のフォトダイオード３２に、Ｎｏ．２のコア３１の出射光３７は入射しない。しかし図６（ａ）の場合は、コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれているため、Ｎｏ．３のフォトダイオード３２に、Ｎｏ．２のコア３１の出射光３７の一部が入射する。このため、Ｎｏ．３のフォトダイオードには、弱いながら入射光がある。それによって、Ｎｏ．３のコア３１の出射光３７があるように誤判定されるおそれがある。この問題は、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮しても解決しない。出射光３７の誤入射を防止するためには、コア３１とフォトダイオード３２の調芯の精度を高くしなければならない。これは光導波路デバイス３０の量産性を低下させる。
【００１２】
従来の光導波路デバイス３０においては、光軸合わせ（調芯）を容易に行なうことができるように、通常、光導波路３４のコア３１の出射面積よりも、フォトダイオード３２の受光面積の方を広くする（例えば特許文献１、コラム１１、５６行〜６２行）。フォトダイオード３２の受光面積を広くすると、フォトダイオード３２のピッチＬ７が大きくなる。従来の光導波路デバイス３０においては、コア３１のピッチＬ６はフォトダイオード３２のピッチＬ７と同一であるから、コア３１のピッチＬ６も大きくなる。コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすれば、コア３１とフォトダイオード３２の光軸のずれ量Ｌ１０に起因する誤判定は解決しやすくなる。しかし、コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすることは、例えば光学式タッチパネルの高精細化を難しくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，３５１，２６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の光導波路デバイス２０の第一例においては、コア２３のピッチＬ６とフォトダイオード２６のピッチＬ７は同一である。従ってコア２３とフォトダイオード２６は一対一に対応する。このとき、コア２３の先端２４とフォトダイオード２６の受光面との距離Ｌ８が長いため、コア２３から出射された出射光２５は、隣のフォトダイオード２６に入射することがある。その場合、実際には出射光２５の無いコア２３に、出射光２５があるかのように誤判定されるおそれがある。
【００１５】
上記の問題の対策として、従来の光導波路デバイス３０の第二例においては、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮する。これにより、光導波路デバイス３０の受光感度の低下を防ぎ、タッチ入力の誤判定を避けることができる。
【００１６】
しかし、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮すると、コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出するおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出すると、出射光３７の拡散減衰が著しくなり、コア３１からフォトダイオード３２への光伝送が不可能になるおそれがある。
【００１７】
従来の光導波路デバイス３０の第二例には、更に、光軸合わせ（調芯）に関する問題がある。コア３１とフォトダイオード３２の調芯を完全に行なうことは、実際には難しく、コア３１とフォトダイオード３２の光軸（芯）がずれることがある。コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれると、フォトダイオード３２に、隣のコア３１の出射光３７が入射する。この場合も、実際には出射光３７の無いコア３１に、出射光３７があるかのように誤判定されるおそれがある。
【００１８】
コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすれば、コア３１とフォトダイオード３２の光軸のずれに起因する誤判定は解決しやすくなる。しかし、コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすることは、例えば光学式タッチパネルの高精細化に逆行するため、望ましくないことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
（１）本発明の光導波路デバイスは、先端から出射光を出射する複数のコアを有する光導波路と、出射光を受光する複数のフォトダイオードを有する受光素子とを含む。コアおよびフォトダイオードは各々所定のピッチで配列している。コアのピッチはフォトダイオードのピッチより大きい。各コアについて、当該コアの出射光のみが入射するフォトダイオードが存在する。
（２）本発明の光導波路デバイスでは、フォトダイオードのピッチとコアのピッチの比が０．１〜０．８である。
（３）本発明の光導波路デバイスでは、コアの先端と前記フォトダイオードの受光面との距離が２００μｍ〜１，０００μｍである。
（４）本発明の光導波路デバイスでは、フォトダイオードのピッチが２μｍ〜３０μｍである。
（５）本発明の光導波路デバイスでは、コアのピッチが１０μｍ〜２００μｍである。
（６）本発明の光導波路デバイスでは、コアの先端近傍がテーパー状に広がる形状であり、コアの先端がほぼ半円形である。
（７）本発明の光導波路デバイスでは、コアのテーパー状部分の長さが１００μｍ〜１，０００μｍであり、テーパー角度が０．３°〜５°である。
（８）本発明の光導波路デバイスでは、コア先端のほぼ半円形部分の曲率半径が２μｍ〜５０μｍである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光導波路デバイスにおいては、１本のコアの出射光のみが入射するフォトダイオードが存在する。そのフォトダイオードの入射光の有無により、対応するコアの出射光の有無を正しく判定できる。
【００２１】
本発明の光導波路デバイスにおいては、コアの先端とフォトダイオードの受光面との距離を、従来の光導波路デバイスより長くすることができる。従って、コアの先端がオーバークラッド層から露出するおそれがなくなる。これにより、オーバークラッド層の形成精度を極端に高くする必要がなくなり、光導波路の量産性が向上する。
【００２２】
本発明の光導波路デバイスにおいては、コアとフォトダイオードの光軸合わせ（調芯）が不完全で、コアとフォトダイオードの対応がずれていても、コアの出射光の有無を正確に判定できるフォトダイオードが存在する。従って調芯の精度は、従来の光導波路デバイスより低くてもよく、光導波路デバイスの量産性が向上する。
【００２３】
本発明の光導波路デバイスは、コアの先端が出射光の広がりを抑えるようなレンズ形状であるため、コアの先端にレンズを有しない光導波路デバイスと比べて、コアからフォトダイオードへの光の伝送効率が良く、受光感度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図２】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図３】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図４】（ａ）従来の光導波路デバイスの第一例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第一例の断面図
【図５】（ａ）従来の光導波路デバイスの第二例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図、（ｃ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図
【図６】（ａ）従来の光導波路デバイスの第二例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［光導波路デバイス］
本発明の光導波路デバイス１０は、図１（ａ）に平面図を、図１（ｂ）に断面図を示すように、光導波路１１と受光素子１２を備える。光導波路１１は、所定のピッチで一列に配列した複数のコア１３を備える。各コア１３は先端１４から光１５を出射する。受光素子１２は、所定のピッチで一列に配列した複数のフォトダイオード１６を備える。フォトダイオード１６は、コア１３から出射された光１５を受光する。
【００２６】
本発明の光導波路デバイス１０においては、コア１３のピッチ（中心間隔）Ｌ１は、フォトダイオードのピッチ（中心間隔）Ｌ２よりも大きい。つまり、コア１３のピッチＬ１とフォトダイオード１６のピッチＬ２の関係は、Ｌ１＞Ｌ２である。フォトダイオード１６のピッチＬ２と、コア１３のピッチＬ１の比Ｌ２／Ｌ１は、好ましくは０．１〜０．８であり、更に好ましくは０．１５〜０．５である。従って１本のコア１３に対して、１個より多いフォトダイオード１６が対面する。すなわち、コア１３とフォトダイオード１６は一対一には対応しない。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、本発明の光導波路デバイス１０においても、コア１３の先端１４から出射された出射光１５は、扇形に広がりながら進む。出射光１５の広がり方（角度分布）は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）のコア３１と、特に差はない。しかし、本発明の光導波路デバイス１０の、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）の、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９より長い。従って、フォトダイオード１６の受光面において出射光１５の広がる範囲は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）より広い。
【００２８】
さらに、フォトダイオード１６のピッチＬ２が、コア１３のピッチＬ１より小さいため、１本のコア１３の出射光１５は、複数のフォトダイオード１６に入射する傾向にある。フォトダイオード１６側から見ると、１個のフォトダイオード１６に複数のコア１３の出射光１５が入射することが多い。しかし、全てのフォトダイオード１６に、複数のコア１３の出射光１５が入射するのではなく、１本のコア１３の出射光１５のみが入射するフォトダイオード１６が存在する。本発明では、そのようなコア１３を、そのフォトダイオード１６に対応するコア１３という。そのようなフォトダイオード１６には、他のコア１３の出射光１５は入射しない。従って対応するコア１３の出射光１５が無いとき、そのフォトダイオード１６には入射光が無い。
【００２９】
これを、図１（ａ）により具体的に説明する。例えばＮｏ．４のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９のフォトダイオード１６に入射する。Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１のフォトダイオード１６に入射する。Ｎｏ．６のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１３のフォトダイオード１６に入射する。従って、Ｎｏ．９のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．４のコア１３の出射光１５と、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５が入射する。また、Ｎｏ．１１のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５と、Ｎｏ．６のコア１３の出射光１５が入射する。
【００３０】
しかし、Ｎｏ．１０のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５のみが入射する。つまり、Ｎｏ．１０のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３以外のコア１３の出射光１５は入射しない。
【００３１】
同様にして、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５だけが入射する。従って図１（ａ）に示すように、Ｎｏ．３のコア１３の出射光が無いと、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６には入射光が無い。従って、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６の入射光の有無により、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無を正しく判定できる。
【００３２】
本発明の光導波路デバイス１０においては、コア１３のピッチＬ１よりも、フォトダイオード１６のピッチＬ２を小さくする。これにより、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３を、従来の光導波路デバイス３０（第二例）の、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９より長くすることができる。具体的には、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、２００μｍ〜１，０００μｍが適切である。
【００３３】
コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３が２００μｍより小さいと、製造のばらつきなどにより、コア１３の先端１４がオーバークラッド層１７から露出するおそれがある。従ってコア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、２００μｍ以上が好ましい。
【００３４】
コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３が１，０００μｍより大きいと、出射光１５の広がりが大きくなりすぎて、１本のコア１３の出射光１５のみが入射するようなフォトダイオード１６が存在しなくなるおそれがある。すなわち、どのフォトダイオード１６についても、複数個のコア１３の出射光１５が入射するようになるおそれがある。そのときは、コア１３の出射光１５の有無を確実に判定できるフォトダイオード１６が存在しなくなる。従ってコア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、１，０００μｍ以下が好ましい。
【００３５】
図１（ａ）は、本発明の光導波路デバイスにおいて、コア１３とフォトダイオード１６の光軸が完全に合った状態（調芯が完全に行なわれた状態）を示す。しかし、図１（ａ）のように、コア１３とフォトダイオード１６の調芯を完全に行なうことは、本発明の光導波路デバイス１０においても難しい。実際には、図２（ａ）（平面図）のように、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれることがある。図２（ａ）の場合の光軸のずれ量はＬ４である。
【００３６】
図１（ａ）の場合、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれていないので、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５のみが入射するのは、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６である。一方、図２（ａ）の場合は、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれているため、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５のみが入射するのは、Ｎｏ．７のフォトダイオード１６である。従って、フォトダイオード１６とコア１３の対応は、図１（ａ）と図２（ａ）では、異なる。
【００３７】
しかし、このようなフォトダイオード１６とコア１３の対応のずれは、例えば光学式タッチパネルの使用開始時の初期化（校正）の際、ソフトウェアにより修正できる。そのため、フォトダイオード１６とコア１３の対応がずれても、実用上は差し支えない。重要なことは、本発明の光導波路デバイス１０においては、どのコア１３についても、出射光の有無を正確に判定できるフォトダイオード１６が存在することである。これを、コア１３に対応するフォトダイオード１６という。例えば図１（ａ）では、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無は、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６の入射光の有無により、正確に判定できる。図２（ａ）では、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無は、Ｎｏ．７のフォトダイオード１６の入射光の有無により、正確に判定できる。
【００３８】
［受光素子］
本発明の光導波路デバイス１０に用いられる受光素子１２は、所定のピッチで一列に配列した複数のフォトダイオード１６を有する。この種の受光素子１２は、一般にリニアイメージセンサーと言われる。このような受光素子１２は、光信号を電気信号に変換するため、光導波路１１で受信した光の強度を検出することに用いられる。このような受光素子１２としては、ＣＭＯＳリニアイメージセンサーやＣＣＤリニアイメージセンサーが適している。
【００３９】
本発明に用いられる受光素子１２は、フォトダイオード１６を、好ましくは５００個以上、さらに好ましくは１，０００個以上有する。フォトダイオード１６のピッチＬ２は、好ましくは２μｍ〜３０μｍであり、さらに好ましくは５μｍ〜１０μｍである。フォトダイオード１６のピッチＬ２が小さい（２μｍ程度〜５μｍ程度）場合は、例えば、コア１３のピッチＬ１を小さくして、光学式タッチパネルの精細度を高くすることができる。フォトダイオード１６のピッチＬ２が大きい（１０μｍ程度〜３０μｍ程度）場合は、フォトダイオード１６の受光面が広くなるので、受光素子１２の感度を高くすることができる。これにより、例えば、光学式タッチパネルの感度を高くすることができる。
【００４０】
［光導波路］
本発明に用いられる光導波路１１は、フォトダイオード１６に光を導く複数のコア１３を有する。複数のコア１３は、所定のピッチで一列に配列する。コア１３は、通常、クラッド層１７、１８に埋設される。ここでは、アンダークラッド層１８とオーバークラッド層１７を合わせてクラッド層１７、１８という。このような光導波路１１は、例えば、株式会社工業調査会発行、塩田剛史著「光配線技術のすべて」７６ページ〜８１ページに記載された、高分子光導波路の作製方法により、得ることができる。
【００４１】
コア１３は、クラッド層１７、１８より屈折率が高く、伝播する光の波長で透明性が高い、任意の材料から形成される。コア１３を形成する材料は、好ましくは、パターニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。
【００４２】
光導波路１１のコア１３のピッチＬ１は、コア１３のピッチＬ１とフォトダイオード１６のピッチＬ２の関係がＬ１＞Ｌ２を満足する範囲で、好ましくは１０μｍ〜２００μｍであり、さらに好ましくは２０μｍ〜１００μｍである。コア１３の幅Ｗは、例えば４μｍ〜１００μｍであり、コア１３の高さＨは、例えば１０μｍ〜１００μｍである。
【００４３】
クラッド層１７、１８は、コア１３より屈折率の低い任意の材料から形成される。コア１３とクラッド層１７、１８との最大屈折率差は、好ましくは０．０１以上であり、さらに好ましくは０．０２〜０．２である。クラッド層１７、１８を形成する材料は、好ましくは熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂である。
【００４４】
光導波路１１のコア１３の本数は、目的に応じて適宜設計されるが、例えば、５０本〜２，０００本である。
【００４５】
本発明に用いられるコア１３の先端１４は、出射光１５の広がりを抑えるようなレンズ形状であることが好ましい。コア１３の先端部は、好ましくは、図３（ａ）（平面図）、（ｂ）（断面図）に示す構造を有する。図３（ａ）に示すように、コア１３の先端１４の近傍は、例えば受光素子１２に向かってテーパー状に広がる形状である。コア１３の先端１４は、例えば、ほぼ半円形である。ここでは、テーパー状に広がる部分の長さＬ５を、レンズの長さＬ５ということにする。テーパーの角度θは、好ましくは０．３°〜５°である。レンズの長さＬ５は、好ましくは１００μｍ〜１，０００μｍである。コア先端１４のほぼ半円形の部分の曲率半径Ｒは、好ましくは２μｍ〜５０μｍである。
【００４６】
本発明の光導波路デバイス１０は、コア１３の先端１４が出射光１５の広がりを抑えるようなレンズ形状である。そのため、コアの先端にレンズを有しない光導波路デバイスと比べて、コア１３からフォトダイオード１６への光の伝送効率が良く、受光感度が高い。
【実施例】
【００４７】
［クラッド層形成用ワニスの調製］
・（成分Ａ）脂環骨格を有するエポキシ系紫外線硬化樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ）：１００重量部
・（成分Ｂ）光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）：２重量部
以上の２つの成分を混合して、クラッド層形成用ワニスを調製した。
【００４８】
［コア形成用ワニスの調製］
・（成分Ｃ）フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ）：４０重量部
・（成分Ｄ）フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０）：３０重量部
・（成分Ｅ）１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタン：３０重量部（特開２００７−０７０３２０実施例２に準じて合成）
・（成分Ｂ）光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）：１重量部
・乳酸エチル：４１重量部
以上の５つの成分を混合して、コア形成用ワニスを調製した。
【００４９】
［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面に、クラッド層形成用ワニスを塗布した。次に紫外線を１，０００ｍＪ／ｃｍ２照射した。その後、８０℃で５分間加熱処理した。これにより厚み２０μｍのアンダークラッド層１８を形成した。波長８３０ｎｍにおけるアンダークラッド層１８の屈折率は、１．５１０であった。
【００５０】
アンダークラッド層１８の表面に、コア形成用ワニスを塗布した。次に１００℃で５分間加熱処理して、コア層を形成した。次に、コア層にフォトマスクをギャップ１００μｍで被せて、紫外線を２，５００ｍＪ／ｃｍ２照射した。さらに１００℃で１０分間加熱処理した。
【００５１】
次に、コア層の紫外線未照射部分を、γ（ガンマ）−ブチロラクトン水溶液で溶解除去した。その後１２０℃で５分間加熱処理して、複数のコア１３を形成した。コア１３の幅は３０μｍ、高さは５０μｍ、ピッチＬ１は５２μｍである。コア１３の波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５９２であった。また、レンズの長さＬ５は２００μｍ、テーパーの角度θは３．５°である。コア１３の先端１４は、曲率半径が２０μｍであり、コーニック定数が−１の非球面レンズ形状である。
【００５２】
次に、アンダークラッド層１８の表面に、コア１３を埋設するように、クラッド層形成ワニスを塗布した。次に紫外線を２，０００ｍＪ／ｃｍ２照射した。その後、８０℃で５分間加熱処理した。これにより厚み１ｍｍのオーバークラッド層１７を形成した。波長８３０ｎｍにおけるオーバークラッド層１７の屈折率は、１．５１０であった。以上のようにして、光導波路１１を作製した。
【００５３】
［光導波路デバイスの作製］
１，０２４個のフォトダイオード１６が一列に並んだ受光素子１２（ＣＭＯＳリニアセンサーアレイ、浜松ホトニクス社製ｓ１０２２６、ピッチＬ２＝７．８μｍ）を準備した。光導波路１１と受光素子１２を、コア１３の先端１４がフォトダイオード１６に対向するように、クラッド層形成用ワニスを介して結合した。このようにして光導波路デバイス１０を作製した。
【００５４】
光導波路デバイス１０において、光導波路１１のコア１３の先端１４から、フォトダイオード１６の受光面までの距離Ｌ３は、３００μｍであった。
【００５５】
この光導波路デバイス１０を用いて、座標入力領域が２１１ｍｍ×１５８ｍｍの光学式タッチパネルを作製した。光学式タッチパネルの受光感度は高く、タッチの誤判定は見られなかった。
【００５６】
［測定方法］
［屈折率］
クラッド層形成用ワニスおよびコア形成用ワニスを、それぞれシリコンウェハ上にスピンコートにより成膜して、屈折率測定用フィルムを作製した。これらのフィルムの屈折率を、プリズムカプラー（サイロン社製ＳＰＡ−４００）を用いて測定した。
【００５７】
［コアの幅、高さ］
作製した光導波路１１を、ダイサー式切断機（ＤＩＳＣＯ社製ＤＡＤ５２２）を用いて断面切断した。切断面をレーザー顕微鏡（キーエンス社製）を用いて観察測定して、コア１３の幅Ｗ、高さＨを求めた。
【００５８】
［コアのピッチ、フォトダイオードのピッチ、コアの先端とフォトダイオードの受光面の距離］
マイクロスコープ（キーエンス社製）にて撮影した写真から、コア１３のピッチＬ１、フォトダイオード１６のピッチＬ２、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３を求めた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の光導波路デバイス１０は、光学式タッチパネルや光配線板に、好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光導波路デバイス
１１ 光導波路
１２ 受光素子
１３ コア
１４ コアの先端
１５ 出射光
１６ フォトダイオード
１７ オーバークラッド層
１８ アンダークラッド層
２０ 光導波路デバイス
２１ 光導波路
２２ 受光素子
２３ コア
２４ コアの先端
２５ 出射光
２６ フォトダイオード
３０ 光導波路デバイス
３１ コア
３２ フォトダイオード
３３ コアの先端
３４ 光導波路
３５ アンダークラッド層
３６ オーバークラッド層
３７ 出射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコアを有する光導波路と、複数のフォトダイオードを有する受光素子とを備えた光導波路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のコアを有する光導波路と、複数のフォトダイオードを有する受光素子とを備えた光導波路デバイスが知られている（例えば特許文献１）。このような光導波路デバイスでは、通常、一つのコアに対応して、一つのフォトダイオードが配置される。各コアから出射される光は、対応する各フォトダイオードにより受光される。受光された光の強度は、フォトダイオードにより電気信号に変換される。
【０００３】
上記の光導波路デバイスは、例えば、光学式タッチパネルに用いられる。光学式タッチパネルにおいては、指やペン等のタッチ入力により光源の光が遮られる。光強度が低下した位置が、光導波路デバイスにより検出されて、指やペン等の座標が特定される。
【０００４】
従来の光導波路デバイス２０の第一例の、模式的な平面図を図４（ａ）に、断面図を図４（ｂ）に示す。従来の光導波路デバイス２０は、光導波路２１と受光素子２２を備える。光導波路２１は複数のコア２３を備える。各コア２３は、先端２４から出射光２５を出射する。受光素子２２は、一列に並んだ複数のフォトダイオード２６を備える。各フォトダイオード２６は、コア２３の出射光２５を受光する。通常、コア２３のピッチ（中心間隔）Ｌ６と、フォトダイオード２６のピッチ（中心間隔）Ｌ７は同一である。従って、コア２３とフォトダイオード２６は一対一に対応する。
【０００５】
一般に、コア２３の出射光２５は、扇形に広がりながら進む。そのため、図４（ａ）に示すように、コア２３の先端２４と、フォトダイオード２６の受光面との距離Ｌ８が長い場合、コア２３から出射された出射光２５は、当該コア２３と対面するフォトダイオード２６だけでなく、隣のフォトダイオード２６にも入射する。
【０００６】
この状況を図４（ａ）によって具体的に説明する。図４（ａ）に示す場合、Ｎｏ．３のコア２３には出射光が無い。しかし、Ｎｏ．３のコア２３に対面するＮｏ．３のフォトダイオード２６には、Ｎｏ．２のコア２３の出射光２５の一部と、Ｎｏ．４のコア２３の出射光２５の一部が入射する。このため、Ｎｏ．３のフォトダイオード２６には、弱いながら入射光がある。このため、Ｎｏ．３のコア２３の出射光が無いにもかかわらず、あるように誤判定されるおそれがある。
【０００７】
このような誤判定を避けるためには、各フォトダイオード２６の閾値を高くして、隣のコア２３からの入射光を感知しないようにすればよい。しかし、フォトダイオード２６の閾値を高くすると、その光導波路デバイス２０を用いた光学式タッチパネルにおいて、光導波路デバイス２０の受光感度が低くなる。そのため、光学式タッチパネルにおいて、タッチ入力を感知しないという不具合の生じるおそれがある。
【０００８】
上記の問題の対策として、従来の光導波路デバイス３０の第二例においては、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コア３１とフォトダイオード３２を接近させ、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮する。これにより、光導波路デバイス３０の受光感度の低下を防ぎ、タッチ入力の不具合を避けることができる。しかし、この対策を施すと別の問題が生じる。
【０００９】
図５（ｂ）に示すように、光導波路３４では、アンダークラッド層３５の上にコア３１が形成され、更にオーバークラッド層３６によりコア３１が埋設されている。ここで、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮すると、図５（ｃ）に示すように、製造時のばらつきによって、コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出するおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出すると、コア３１の出射光３７の拡散減衰が著しくなる。その結果、コア３１からフォトダイオード３２への光伝送が不可能になるおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出することを防止するため、オーバークラッド層３６の形成精度を高くしなければならない。これは光導波路３４の量産性を低下させる。
【００１０】
更に、従来の光導波路デバイス３０には、光軸合わせ（調芯）に関する問題がある。図５（ａ）は、コア３１とフォトダイオード３２の光軸が完全に合った状態（調芯が完全に行なわれた状態）を示す。しかしコア３１とフォトダイオード３２の調芯を完全に行なうことは難しく、実際には、図６（ａ）のように、コア３１とフォトダイオード３２の光軸（芯）がずれることがある。図６（ａ）の場合、光軸のずれ量はＬ１０である。
【００１１】
図５（ａ）のように、コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれていないときは、Ｎｏ．３のフォトダイオード３２に、Ｎｏ．２のコア３１の出射光３７は入射しない。しかし図６（ａ）の場合は、コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれているため、Ｎｏ．３のフォトダイオード３２に、Ｎｏ．２のコア３１の出射光３７の一部が入射する。このため、Ｎｏ．３のフォトダイオードには、弱いながら入射光がある。それによって、Ｎｏ．３のコア３１の出射光３７があるように誤判定されるおそれがある。この問題は、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮しても解決しない。出射光３７の誤入射を防止するためには、コア３１とフォトダイオード３２の調芯の精度を高くしなければならない。これは光導波路デバイス３０の量産性を低下させる。
【００１２】
従来の光導波路デバイス３０においては、光軸合わせ（調芯）を容易に行なうことができるように、通常、光導波路３４のコア３１の出射面積よりも、フォトダイオード３２の受光面積の方を広くする（例えば特許文献１、コラム１１、５６行〜６２行）。フォトダイオード３２の受光面積を広くすると、フォトダイオード３２のピッチＬ７が大きくなる。従来の光導波路デバイス３０においては、コア３１のピッチＬ６はフォトダイオード３２のピッチＬ７と同一であるから、コア３１のピッチＬ６も大きくなる。コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすれば、コア３１とフォトダイオード３２の光軸のずれ量Ｌ１０に起因する誤判定は解決しやすくなる。しかし、コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすることは、例えば光学式タッチパネルの高精細化を難しくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，３５１，２６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の光導波路デバイス２０の第一例においては、コア２３のピッチＬ６とフォトダイオード２６のピッチＬ７は同一である。従ってコア２３とフォトダイオード２６は一対一に対応する。このとき、コア２３の先端２４とフォトダイオード２６の受光面との距離Ｌ８が長いため、コア２３から出射された出射光２５は、隣のフォトダイオード２６に入射することがある。その場合、実際には出射光２５の無いコア２３に、出射光２５があるかのように誤判定されるおそれがある。
【００１５】
上記の問題の対策として、従来の光導波路デバイス３０の第二例においては、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮する。これにより、光導波路デバイス３０の受光感度の低下を防ぎ、タッチ入力の誤判定を避けることができる。
【００１６】
しかし、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９を短縮すると、コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出するおそれがある。コア３１の先端３３がオーバークラッド層３６から露出すると、出射光３７の拡散減衰が著しくなり、コア３１からフォトダイオード３２への光伝送が不可能になるおそれがある。
【００１７】
従来の光導波路デバイス３０の第二例には、更に、光軸合わせ（調芯）に関する問題がある。コア３１とフォトダイオード３２の調芯を完全に行なうことは、実際には難しく、コア３１とフォトダイオード３２の光軸（芯）がずれることがある。コア３１とフォトダイオード３２の光軸がずれると、フォトダイオード３２に、隣のコア３１の出射光３７が入射する。この場合も、実際には出射光３７の無いコア３１に、出射光３７があるかのように誤判定されるおそれがある。
【００１８】
コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすれば、コア３１とフォトダイオード３２の光軸のずれに起因する誤判定は解決しやすくなる。しかし、コア３１のピッチＬ６およびフォトダイオード３２のピッチＬ７を大きくすることは、例えば光学式タッチパネルの高精細化に逆行するため、望ましくないことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
（１）本発明の光導波路デバイスは、先端から出射光を出射する複数のコアを有する光導波路と、出射光を受光する複数のフォトダイオードを有する受光素子とを含む。コアおよびフォトダイオードは各々所定のピッチで配列している。コアのピッチはフォトダイオードのピッチより大きい。各コアについて、当該コアの出射光のみが入射するフォトダイオードが存在する。
（２）本発明の光導波路デバイスでは、フォトダイオードのピッチとコアのピッチの比が０．１〜０．８である。
（３）本発明の光導波路デバイスでは、コアの先端と前記フォトダイオードの受光面との距離が２００μｍ〜１，０００μｍである。
（４）本発明の光導波路デバイスでは、フォトダイオードのピッチが２μｍ〜３０μｍである。
（５）本発明の光導波路デバイスでは、コアのピッチが１０μｍ〜２００μｍである。
（６）本発明の光導波路デバイスでは、コアの先端近傍がテーパー状に広がる形状であり、コアの先端がほぼ半円形である。
（７）本発明の光導波路デバイスでは、コアのテーパー状部分の長さが１００μｍ〜１，０００μｍであり、テーパー角度が０．３°〜５°である。
（８）本発明の光導波路デバイスでは、コア先端のほぼ半円形部分の曲率半径が２μｍ〜５０μｍである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光導波路デバイスにおいては、１本のコアの出射光のみが入射するフォトダイオードが存在する。そのフォトダイオードの入射光の有無により、対応するコアの出射光の有無を正しく判定できる。
【００２１】
本発明の光導波路デバイスにおいては、コアの先端とフォトダイオードの受光面との距離を、従来の光導波路デバイスより長くすることができる。従って、コアの先端がオーバークラッド層から露出するおそれがなくなる。これにより、オーバークラッド層の形成精度を極端に高くする必要がなくなり、光導波路の量産性が向上する。
【００２２】
本発明の光導波路デバイスにおいては、コアとフォトダイオードの光軸合わせ（調芯）が不完全で、コアとフォトダイオードの対応がずれていても、コアの出射光の有無を正確に判定できるフォトダイオードが存在する。従って調芯の精度は、従来の光導波路デバイスより低くてもよく、光導波路デバイスの量産性が向上する。
【００２３】
本発明の光導波路デバイスは、コアの先端が出射光の広がりを抑えるようなレンズ形状であるため、コアの先端にレンズを有しない光導波路デバイスと比べて、コアからフォトダイオードへの光の伝送効率が良く、受光感度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図２】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図３】（ａ）本発明の光導波路デバイスの平面図、（ｂ）本発明の光導波路デバイスの断面図
【図４】（ａ）従来の光導波路デバイスの第一例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第一例の断面図
【図５】（ａ）従来の光導波路デバイスの第二例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図、（ｃ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図
【図６】（ａ）従来の光導波路デバイスの第二例の平面図、（ｂ）従来の光導波路デバイスの第二例の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［光導波路デバイス］
本発明の光導波路デバイス１０は、図１（ａ）に平面図を、図１（ｂ）に断面図を示すように、光導波路１１と受光素子１２を備える。光導波路１１は、所定のピッチで一列に配列した複数のコア１３を備える。各コア１３は先端１４から光１５を出射する。受光素子１２は、所定のピッチで一列に配列した複数のフォトダイオード１６を備える。フォトダイオード１６は、コア１３から出射された光１５を受光する。
【００２６】
本発明の光導波路デバイス１０においては、コア１３のピッチ（中心間隔）Ｌ１は、フォトダイオードのピッチ（中心間隔）Ｌ２よりも大きい。つまり、コア１３のピッチＬ１とフォトダイオード１６のピッチＬ２の関係は、Ｌ１＞Ｌ２である。フォトダイオード１６のピッチＬ２と、コア１３のピッチＬ１の比Ｌ２／Ｌ１は、好ましくは０．１〜０．８であり、更に好ましくは０．１５〜０．５である。従って１本のコア１３に対して、１個より多いフォトダイオード１６が対面する。すなわち、コア１３とフォトダイオード１６は一対一には対応しない。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、本発明の光導波路デバイス１０においても、コア１３の先端１４から出射された出射光１５は、扇形に広がりながら進む。出射光１５の広がり方（角度分布）は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）のコア３１と、特に差はない。しかし、本発明の光導波路デバイス１０の、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）の、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９より長い。従って、フォトダイオード１６の受光面において出射光１５の広がる範囲は、従来の光導波路デバイス３０（第二例）より広い。
【００２８】
さらに、フォトダイオード１６のピッチＬ２が、コア１３のピッチＬ１より小さいため、１本のコア１３の出射光１５は、複数のフォトダイオード１６に入射する傾向にある。フォトダイオード１６側から見ると、１個のフォトダイオード１６に複数のコア１３の出射光１５が入射することが多い。しかし、全てのフォトダイオード１６に、複数のコア１３の出射光１５が入射するのではなく、１本のコア１３の出射光１５のみが入射するフォトダイオード１６が存在する。本発明では、そのようなコア１３を、そのフォトダイオード１６に対応するコア１３という。そのようなフォトダイオード１６には、他のコア１３の出射光１５は入射しない。従って対応するコア１３の出射光１５が無いとき、そのフォトダイオード１６には入射光が無い。
【００２９】
これを、図１（ａ）により具体的に説明する。例えばＮｏ．４のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９のフォトダイオード１６に入射する。Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１のフォトダイオード１６に入射する。Ｎｏ．６のコア１３の出射光１５は、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１３のフォトダイオード１６に入射する。従って、Ｎｏ．９のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．４のコア１３の出射光１５と、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５が入射する。また、Ｎｏ．１１のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５と、Ｎｏ．６のコア１３の出射光１５が入射する。
【００３０】
しかし、Ｎｏ．１０のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３の出射光１５のみが入射する。つまり、Ｎｏ．１０のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．５のコア１３以外のコア１３の出射光１５は入射しない。
【００３１】
同様にして、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６には、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５だけが入射する。従って図１（ａ）に示すように、Ｎｏ．３のコア１３の出射光が無いと、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６には入射光が無い。従って、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６の入射光の有無により、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無を正しく判定できる。
【００３２】
本発明の光導波路デバイス１０においては、コア１３のピッチＬ１よりも、フォトダイオード１６のピッチＬ２を小さくする。これにより、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３を、従来の光導波路デバイス３０（第二例）の、コア３１の先端３３とフォトダイオード３２の受光面との距離Ｌ９より長くすることができる。具体的には、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、２００μｍ〜１，０００μｍが適切である。
【００３３】
コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３が２００μｍより小さいと、製造のばらつきなどにより、コア１３の先端１４がオーバークラッド層１７から露出するおそれがある。従ってコア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、２００μｍ以上が好ましい。
【００３４】
コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３が１，０００μｍより大きいと、出射光１５の広がりが大きくなりすぎて、１本のコア１３の出射光１５のみが入射するようなフォトダイオード１６が存在しなくなるおそれがある。すなわち、どのフォトダイオード１６についても、複数個のコア１３の出射光１５が入射するようになるおそれがある。そのときは、コア１３の出射光１５の有無を確実に判定できるフォトダイオード１６が存在しなくなる。従ってコア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３は、１，０００μｍ以下が好ましい。
【００３５】
図１（ａ）は、本発明の光導波路デバイスにおいて、コア１３とフォトダイオード１６の光軸が完全に合った状態（調芯が完全に行なわれた状態）を示す。しかし、図１（ａ）のように、コア１３とフォトダイオード１６の調芯を完全に行なうことは、本発明の光導波路デバイス１０においても難しい。実際には、図２（ａ）（平面図）のように、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれることがある。図２（ａ）の場合の光軸のずれ量はＬ４である。
【００３６】
図１（ａ）の場合、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれていないので、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５のみが入射するのは、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６である。一方、図２（ａ）の場合は、コア１３とフォトダイオード１６の光軸（芯）がずれているため、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５のみが入射するのは、Ｎｏ．７のフォトダイオード１６である。従って、フォトダイオード１６とコア１３の対応は、図１（ａ）と図２（ａ）では、異なる。
【００３７】
しかし、このようなフォトダイオード１６とコア１３の対応のずれは、例えば光学式タッチパネルの使用開始時の初期化（校正）の際、ソフトウェアにより修正できる。そのため、フォトダイオード１６とコア１３の対応がずれても、実用上は差し支えない。重要なことは、本発明の光導波路デバイス１０においては、どのコア１３についても、出射光の有無を正確に判定できるフォトダイオード１６が存在することである。これを、コア１３に対応するフォトダイオード１６という。例えば図１（ａ）では、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無は、Ｎｏ．６のフォトダイオード１６の入射光の有無により、正確に判定できる。図２（ａ）では、Ｎｏ．３のコア１３の出射光１５の有無は、Ｎｏ．７のフォトダイオード１６の入射光の有無により、正確に判定できる。
【００３８】
［受光素子］
本発明の光導波路デバイス１０に用いられる受光素子１２は、所定のピッチで一列に配列した複数のフォトダイオード１６を有する。この種の受光素子１２は、一般にリニアイメージセンサーと言われる。このような受光素子１２は、光信号を電気信号に変換するため、光導波路１１で受信した光の強度を検出することに用いられる。このような受光素子１２としては、ＣＭＯＳリニアイメージセンサーやＣＣＤリニアイメージセンサーが適している。
【００３９】
本発明に用いられる受光素子１２は、フォトダイオード１６を、好ましくは５００個以上、さらに好ましくは１，０００個以上有する。フォトダイオード１６のピッチＬ２は、好ましくは２μｍ〜３０μｍであり、さらに好ましくは５μｍ〜１０μｍである。フォトダイオード１６のピッチＬ２が小さい（２μｍ程度〜５μｍ程度）場合は、例えば、コア１３のピッチＬ１を小さくして、光学式タッチパネルの精細度を高くすることができる。フォトダイオード１６のピッチＬ２が大きい（１０μｍ程度〜３０μｍ程度）場合は、フォトダイオード１６の受光面が広くなるので、受光素子１２の感度を高くすることができる。これにより、例えば、光学式タッチパネルの感度を高くすることができる。
【００４０】
［光導波路］
本発明に用いられる光導波路１１は、フォトダイオード１６に光を導く複数のコア１３を有する。複数のコア１３は、所定のピッチで一列に配列する。コア１３は、通常、クラッド層１７、１８に埋設される。ここでは、アンダークラッド層１８とオーバークラッド層１７を合わせてクラッド層１７、１８という。このような光導波路１１は、例えば、株式会社工業調査会発行、塩田剛史著「光配線技術のすべて」７６ページ〜８１ページに記載された、高分子光導波路の作製方法により、得ることができる。
【００４１】
コア１３は、クラッド層１７、１８より屈折率が高く、伝播する光の波長で透明性が高い、任意の材料から形成される。コア１３を形成する材料は、好ましくは、パターニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。
【００４２】
光導波路１１のコア１３のピッチＬ１は、コア１３のピッチＬ１とフォトダイオード１６のピッチＬ２の関係がＬ１＞Ｌ２を満足する範囲で、好ましくは１０μｍ〜２００μｍであり、さらに好ましくは２０μｍ〜１００μｍである。コア１３の幅Ｗは、例えば４μｍ〜１００μｍであり、コア１３の高さＨは、例えば１０μｍ〜１００μｍである。
【００４３】
クラッド層１７、１８は、コア１３より屈折率の低い任意の材料から形成される。コア１３とクラッド層１７、１８との最大屈折率差は、好ましくは０．０１以上であり、さらに好ましくは０．０２〜０．２である。クラッド層１７、１８を形成する材料は、好ましくは熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂である。
【００４４】
光導波路１１のコア１３の本数は、目的に応じて適宜設計されるが、例えば、５０本〜２，０００本である。
【００４５】
本発明に用いられるコア１３の先端１４は、出射光１５の広がりを抑えるようなレンズ形状であることが好ましい。コア１３の先端部は、好ましくは、図３（ａ）（平面図）、（ｂ）（断面図）に示す構造を有する。図３（ａ）に示すように、コア１３の先端１４の近傍は、例えば受光素子１２に向かってテーパー状に広がる形状である。コア１３の先端１４は、例えば、ほぼ半円形である。ここでは、テーパー状に広がる部分の長さＬ５を、レンズの長さＬ５ということにする。テーパーの角度θは、好ましくは０．３°〜５°である。レンズの長さＬ５は、好ましくは１００μｍ〜１，０００μｍである。コア先端１４のほぼ半円形の部分の曲率半径Ｒは、好ましくは２μｍ〜５０μｍである。
【００４６】
本発明の光導波路デバイス１０は、コア１３の先端１４が出射光１５の広がりを抑えるようなレンズ形状である。そのため、コアの先端にレンズを有しない光導波路デバイスと比べて、コア１３からフォトダイオード１６への光の伝送効率が良く、受光感度が高い。
【実施例】
【００４７】
［クラッド層形成用ワニスの調製］
・（成分Ａ）脂環骨格を有するエポキシ系紫外線硬化樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ）：１００重量部
・（成分Ｂ）光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）：２重量部
以上の２つの成分を混合して、クラッド層形成用ワニスを調製した。
【００４８】
［コア形成用ワニスの調製］
・（成分Ｃ）フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ）：４０重量部
・（成分Ｄ）フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０）：３０重量部
・（成分Ｅ）１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタン：３０重量部（特開２００７−０７０３２０実施例２に準じて合成）
・（成分Ｂ）光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）：１重量部
・乳酸エチル：４１重量部
以上の５つの成分を混合して、コア形成用ワニスを調製した。
【００４９】
［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面に、クラッド層形成用ワニスを塗布した。次に紫外線を１，０００ｍＪ／ｃｍ２照射した。その後、８０℃で５分間加熱処理した。これにより厚み２０μｍのアンダークラッド層１８を形成した。波長８３０ｎｍにおけるアンダークラッド層１８の屈折率は、１．５１０であった。
【００５０】
アンダークラッド層１８の表面に、コア形成用ワニスを塗布した。次に１００℃で５分間加熱処理して、コア層を形成した。次に、コア層にフォトマスクをギャップ１００μｍで被せて、紫外線を２，５００ｍＪ／ｃｍ２照射した。さらに１００℃で１０分間加熱処理した。
【００５１】
次に、コア層の紫外線未照射部分を、γ（ガンマ）−ブチロラクトン水溶液で溶解除去した。その後１２０℃で５分間加熱処理して、複数のコア１３を形成した。コア１３の幅は３０μｍ、高さは５０μｍ、ピッチＬ１は５２μｍである。コア１３の波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５９２であった。また、レンズの長さＬ５は２００μｍ、テーパーの角度θは３．５°である。コア１３の先端１４は、曲率半径が２０μｍであり、コーニック定数が−１の非球面レンズ形状である。
【００５２】
次に、アンダークラッド層１８の表面に、コア１３を埋設するように、クラッド層形成ワニスを塗布した。次に紫外線を２，０００ｍＪ／ｃｍ２照射した。その後、８０℃で５分間加熱処理した。これにより厚み１ｍｍのオーバークラッド層１７を形成した。波長８３０ｎｍにおけるオーバークラッド層１７の屈折率は、１．５１０であった。以上のようにして、光導波路１１を作製した。
【００５３】
［光導波路デバイスの作製］
１，０２４個のフォトダイオード１６が一列に並んだ受光素子１２（ＣＭＯＳリニアセンサーアレイ、浜松ホトニクス社製ｓ１０２２６、ピッチＬ２＝７．８μｍ）を準備した。光導波路１１と受光素子１２を、コア１３の先端１４がフォトダイオード１６に対向するように、クラッド層形成用ワニスを介して結合した。このようにして光導波路デバイス１０を作製した。
【００５４】
光導波路デバイス１０において、光導波路１１のコア１３の先端１４から、フォトダイオード１６の受光面までの距離Ｌ３は、３００μｍであった。
【００５５】
この光導波路デバイス１０を用いて、座標入力領域が２１１ｍｍ×１５８ｍｍの光学式タッチパネルを作製した。光学式タッチパネルの受光感度は高く、タッチの誤判定は見られなかった。
【００５６】
［測定方法］
［屈折率］
クラッド層形成用ワニスおよびコア形成用ワニスを、それぞれシリコンウェハ上にスピンコートにより成膜して、屈折率測定用フィルムを作製した。これらのフィルムの屈折率を、プリズムカプラー（サイロン社製ＳＰＡ−４００）を用いて測定した。
【００５７】
［コアの幅、高さ］
作製した光導波路１１を、ダイサー式切断機（ＤＩＳＣＯ社製ＤＡＤ５２２）を用いて断面切断した。切断面をレーザー顕微鏡（キーエンス社製）を用いて観察測定して、コア１３の幅Ｗ、高さＨを求めた。
【００５８】
［コアのピッチ、フォトダイオードのピッチ、コアの先端とフォトダイオードの受光面の距離］
マイクロスコープ（キーエンス社製）にて撮影した写真から、コア１３のピッチＬ１、フォトダイオード１６のピッチＬ２、コア１３の先端１４とフォトダイオード１６の受光面との距離Ｌ３を求めた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の光導波路デバイス１０は、光学式タッチパネルや光配線板に、好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光導波路デバイス
１１ 光導波路
１２ 受光素子
１３ コア
１４ コアの先端
１５ 出射光
１６ フォトダイオード
１７ オーバークラッド層
１８ アンダークラッド層
２０ 光導波路デバイス
２１ 光導波路
２２ 受光素子
２３ コア
２４ コアの先端
２５ 出射光
２６ フォトダイオード
３０ 光導波路デバイス
３１ コア
３２ フォトダイオード
３３ コアの先端
３４ 光導波路
３５ アンダークラッド層
３６ オーバークラッド層
３７ 出射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端から出射光を出射する複数のコアを有する光導波路と、
前記出射光を受光する複数のフォトダイオードを有する受光素子とを含む光導波路デバイスであって、
前記コアおよび前記フォトダイオードは各々所定のピッチで配列し、
前記コアのピッチは前記フォトダイオードのピッチよりも大きく、
前記各コアについて、当該コアの出射光のみが入射する前記フォトダイオードが存在する光導波路デバイス。
【請求項２】
前記フォトダイオードのピッチと前記コアのピッチの比が０．１〜０．８である、請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記コアの先端と前記フォトダイオードの受光面との距離が２００μｍ〜１，０００μｍである、請求項１または２に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記フォトダイオードのピッチが２μｍ〜３０μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記コアのピッチが１０μｍ〜２００μｍである、請求項１から４のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記コアの先端近傍がテーパー状に広がる形状で、前記コアの先端がほぼ半円形である、請求項１から５のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
前記コアのテーパー状部分の長さが１００μｍ〜１，０００μｍであり、テーパー角度が０．３°〜５°である、請求項６に記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記コア先端のほぼ半円形部分の曲率半径が２μｍ〜５０μｍである、請求項６または７に記載の光導波路デバイス。
【請求項１】
先端から出射光を出射する複数のコアを有する光導波路と、
前記出射光を受光する複数のフォトダイオードを有する受光素子とを含む光導波路デバイスであって、
前記コアおよび前記フォトダイオードは各々所定のピッチで配列し、
前記コアのピッチは前記フォトダイオードのピッチよりも大きく、
前記各コアについて、当該コアの出射光のみが入射する前記フォトダイオードが存在する光導波路デバイス。
【請求項２】
前記フォトダイオードのピッチと前記コアのピッチの比が０．１〜０．８である、請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記コアの先端と前記フォトダイオードの受光面との距離が２００μｍ〜１，０００μｍである、請求項１または２に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記フォトダイオードのピッチが２μｍ〜３０μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記コアのピッチが１０μｍ〜２００μｍである、請求項１から４のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記コアの先端近傍がテーパー状に広がる形状で、前記コアの先端がほぼ半円形である、請求項１から５のいずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
前記コアのテーパー状部分の長さが１００μｍ〜１，０００μｍであり、テーパー角度が０．３°〜５°である、請求項６に記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記コア先端のほぼ半円形部分の曲率半径が２μｍ〜５０μｍである、請求項６または７に記載の光導波路デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８６１９２（Ｐ２０１１−１８６１９２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１５３３（Ｐ２０１０−５１５３３）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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