(57)【要約】【課題】高伝搬効率と、光路を連結する他の光モジュールとの配置の高許容度とを両立する。【解決手段】光導波路１０１は、コア１０とクラッド１１と集光レンズ２１，２２，２３とが一体に結合された光導波路であって、コアは、複数の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａと一つの出射端面４１ａとの間を、入射端面を一端とする複数の分割路３１，３２，３３と、当該複数の分割路が会合する合波部４０と、出射端面を一端とする統合路４１とを介して繋ぐ合波路を形成し、集光レンズが複数の入射端面に対応して複数設けられ、集光レンズがそれぞれコアの入射端面に対向配置され、集光レンズの入射端面２１ａ，２２ａ，２３ａから入射した光を、集光レンズによりコアの入射端面に集光、入射するようにされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドと集光レンズとが一体に結合された光導波路であって、
前記コアは、複数の入射端面と一つの出射端面との間を、前記入射端面を一端とする複数の分割路と、当該複数の分割路が会合する合波部と、前記出射端面を一端とする統合路とを介して繋ぐ合波路を形成し、
前記集光レンズが前記複数の入射端面に対応して複数設けられ、
前記集光レンズがそれぞれ前記コアの入射端面に対向配置され、前記集光レンズの入射端面から入射した光を、前記集光レンズにより前記コアの入射端面に集光、入射するようにされた光導波路。
【請求項２】
前記合波路は、前記コアの入射端面の幅が前記コアの出射端面の幅より広く、当該入射端面から当該出射端面に向かって導波路幅が漸減する区間を有する請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記合波路は、前記複数の分割路の一部について、前記コアの入射端面からＳ字状の湾曲部を経て、前記合波部に会合している請求項１又は請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
少なくとも前記複数の分割路に関し、前記コアの側面の一部は前記クラッドから外部に露出している請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項５】
前記コアの入射端面は、集光作用を有する凸面に形成されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項６】
前記複数の分割路のそれぞれからの光を集光し、前記統合路に入射させる合波部集光レンズが作造された請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項７】
前記集光レンズは、両面が凸な両凸形である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項８】
前記集光レンズが回析レンズである請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項９】
複数の前記集光レンズの光軸は互いに傾斜しており、その傾斜は、当該各光軸を出射側に延長したとき当該集光レンズ内部より前記合波部で当該各光軸が互いに近づく傾斜である請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項１０】
前記コアの屈折率が、前記合波部より前記コアの出射端面で低く、前記合波部から前記コアの出射端面に向かって漸減する区間を有する請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項１１】
前記コアの導波路幅が、前記合波部より前記コアの出射端面で狭く、前記合波部から前記コアの出射端面に向かって漸減する区間を有する請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の光導波路。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の光導波路と、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の各光源モジュールとを備え、
前記光導波路は、前記コアの入射端面の数、前記分割路及び前記集光レンズの数がそれぞれ３とされ、
前記光源モジュールからの光がそれぞれ前記集光レンズの一つずつに入射し、前記合波路によって合波されて出射するように組み立てられたＲＧＢ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光導波路及び光導波路を具備するＲＧＢ発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光路の分岐・結合構造等を有する光導波路が利用されている。
特許文献１には、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の３つの光を合波する光導波路として、ＲＧＢの各光が共通の導波路（コア）に入射し、当該導波路（コア）の幅が出射側に向かって直線的に減少する傾斜型構造のものや、ＲＧＢの各光をそれぞれ別の導波路（コア）に入射させ、３つの導波路（コア）が会合した導波路会合型構造のものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７０５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、傾斜型構造では、導波路周囲のコアとクラッドの境界面が傾斜しており、同境界面への光入射が垂直入射に近くなり光透過が起こりやすい。したがって、導波路からの光漏れが生じることとなり、伝搬ロスが大きくなる。
一方、導波路会合型構造では、各光の入射端の幅を狭くすることで、導波路の傾斜を少なくして導波路からの光漏れを抑制することができるが、入射端が狭小となるほど光導波路に光を入射する発光素子などのモジュールを実装する際の配置誤差により導波路に入射しない光が生じやすくなり、これも伝搬ロスとなる。
以上のように光導波路において、高伝搬効率と、光路を連結する他の光モジュールとの配置の高許容度とを両立することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１つの態様の光導波路は、コアとクラッドと集光レンズとが一体に結合された光導波路であって、前記コアは、複数の入射端面と一つの出射端面との間を、前記入射端面を一端とする複数の分割路と、当該複数の分割路が会合する合波部と、前記出射端面を一端とする統合路とを介して繋ぐ合波路を形成し、前記集光レンズが前記複数の入射端面に対応して複数設けられ、前記集光レンズがそれぞれ前記コアの入射端面に対向配置され、前記集光レンズの入射端面から入射した光を、前記集光レンズにより前記コアの入射端面に集光、入射するようにされている。
【０００６】
本開示の１つの態様のＲＧＢ発光装置は、上記光導波路と、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の各光源モジュールとを備え、前記光導波路は、前記入射端面の数、前記分割路及び前記集光レンズの数がそれぞれ３とされ、前記光源モジュールからの光がそれぞれ前記集光レンズの一つずつに入射し、前記合波路によって合波されて出射するように組み立てられている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の光導波路によれば、高伝搬効率と、光路を連結する他の光モジュールとの配置の高許容度とを両立することができる。
【０００８】
本開示のＲＧＢ発光装置によれば、高伝搬効率と、光源モジュールとの配置の高許容度とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の第１実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図２】本開示の第１実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図であり、発光素子の配置誤差を説明するための図である。
【図３】比較例に係る光導波路モデル及び位置ずれ方向Ｘを示す平面図である。
【図４】本発明例に係る光導波路モデル及び傾きずれ方向θを示す平面図である。
【図５】発光素子の位置Ｘに対する伝搬効率の変化を示すグラフである。
【図６】発光素子の傾き角θに対する伝搬効率の変化を示すグラフである。
【図７】本開示の第２実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図(a)及びＡ−Ａ断面図(b)である。
【図８】本開示の第３実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図９】本開示の第４実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図１０】本開示の第５実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図１１】本開示の第６実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図１２】本開示の第７実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図１３】本開示の第８実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【図１４】本開示の第９実施形態に係る光導波路を具備するＲＧＢ発光装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔第１実施形態〕
まず、本開示の第１実施形態の光導波路及び該光導波路を具備するＲＧＢ発光装置について説明する。
図１に示すように本実施形態のＲＧＢ発光装置１０１は、光導波路２０１と、赤色（Ｒ）光の発光素子３０１、緑色（Ｇ）光の発光素子３０２及び青色（Ｂ）光の発光素子３０３と、出射光学系４０１とを備える。
発光素子３０１，３０２，３０３は、光源モジュールに相当する。発光素子３０１，３０２，３０３としてはレーザーダイオードなどが適用される。
【００１１】
光導波路２０１は、コア１０とクラッド１１と３つの集光レンズ２１，２２，２３とが一体に結合された一塊のものである。このとき、光導波路２０１は、例えば、石英などのガラス、樹脂等であってもよい。光導波路２０１は、コア１０と、クラッド１１を構成する材料は、どちらもガラスあるいは樹脂であってもよいし、一方がガラスで一方が樹脂であってもよい。この場合には、コア１０と、クラッド１１の屈折率が異なっており、コア１０は、クラッド１１よりも屈折率が高いのがよい。この屈折率の違いを利用して、光の全反射をさせる。つまり、屈折率の高い材料で路を作り、周りを屈折率の低い材料で囲んでおくと、光は屈折率の高い路に閉じ込めることができる。
コア１０は、複数の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａと一つの出射端面４１ａとの間を、入射端面３１ａ（３２ａ，３３ａ）を一端とする複数の分割路３１（３２，３３）と、当該複数の分割路３１，３２，３３が会合する合波部４０と、出射端面４１ａを一端とする統合路４１とを介して繋ぐ合波路を形成している。
【００１２】
集光レンズ２１，２２，２３が複数の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａに対応して複数設けられている。
集光レンズ２１，２２，２３がそれぞれコア１０の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａに対向配置されている。入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａの中心軸上に集光レンズ２１，２２，２３の光軸が配置される。
発光素子３０１，３０２，３０３から出射し、集光レンズの入射端面２１ａ，２２ａ，２３ａから入射した光（赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光）を、集光レンズ２１，２２，２３によりコア１０の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａに集光、入射するようにされている。
コア１０による合波により、出射端面４１ａからＲＧＢ光４０２が出射する。
集光レンズ２１，２２，２３は、例えば、入射端面２１ａ，２２ａ，２３ａが平面に形成され、出射端面２１ｂ，２２ｂ，２３ｂが凸面に形成された平凸レンズである。
集光レンズ２１，２２，２３の光軸と、発光素子３０１，３０２，３０３の発光部中心とが一致するように、光導波路２０１と発光素子３０１，３０２，３０３とが組み立てられる。
【００１３】
また、コア１０による合波路は、コア１０の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａの幅がコア１０の出射端面４１ａの幅より広くされている。そして、当該入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａから当該出射端面４１ａに向かって導波路幅が漸減する区間を有する。本実施形態では、導波路幅が漸減する区間を分割路３１，３２，３３としている。
【００１４】
さらに、コア１０による合波路は、複数の分割路３１，３２，３３の一部、すなわち両側の分割路３１，３３について、コア１０の入射端面３１ａ，３３ａからＳ字状の湾曲部を経て、合波部４０に会合している。湾曲部の曲率を低減するため、分割路３１，３３のほぼ全体をＳ字状の湾曲部とする。
【００１５】
図２に示すように光導波路２０１に対する発光素子３０１，３０２，３０３の配置誤差が生じ得る。例えば、図２の発光素子３０２のように光軸に垂直な方向への位置ずれが生じ得る。また、例えば、図２の発光素子３０３のように光軸が傾くずれが生じ得る。
しかし、以上のような発光素子３０１，３０２，３０３の配置誤差があっても、集光レンズ２１，２２，２３の集光作用により、発光素子３０１，３０２，３０３からの光は入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａ上に集光され、分割路３１，３２，３３にそれぞれ導入される。すなわち、集光レンズ２１，２２，２３があることにより、伝搬ロス少なく発光素子３０１，３０２，３０３とコア１０とが光路を連結するための発光素子３０１，３０２，３０３の配置許容差が大きくなる。
【００１６】
ここで、図３に示す比較例の光導波路モデルと、図４に示す本発明例の光導波路モデルとの伝搬効率を比較したシミュレーション結果を開示する。また、図３に位置ずれの方向Ｘを示し、図４に傾きずれの方向θを示し、図５に位置Ｘに対する伝搬効率の変化を、図６に傾き角θに対する伝搬効率の変化を示す。
図５に示すように比較例及び本発明例ともに位置Ｘが±数μｍで伝搬効率の低下が認められるが、本発明例は、比較例に対して伝搬効率の低下が抑えられている。
図６に示すように比較例は、ゼロでない傾き角θがあると伝搬効率の低下が認められるが、本発明例では、±１０°の範囲に亘って伝搬効率の低下は認められなかった。
以上のように本光導波路２０１によれば、高伝搬効率と、発光素子３０１，３０２，３０３との配置の高許容度とを両立することができる。ＲＧＢ発光装置１０１は、発光素子３０１，３０２，３０３の各光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を合波し、伝搬ロス少なく高効率に出射することができる。
【００１７】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態のＲＧＢ発光装置１０２と、これに含まれる光導波路２０２とを図７を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア１０の側面の一部はクラッド（この場合、光導波路の構成物である固体物クラッドという）から外部に露出している構造としたものである。例えば、図７(b)に示すようにクラッド１１上に分割路３１，３２，３３を積層し、側方及び上部を開放した構造である。なお、半埋め込み型でもよい。
したがって、側方及び上部のクラッド層は周囲の空気となる。屈折率の大きい空気がクラッド層となることでコア１０からの光漏れが起きにくくなり伝搬効率が向上する。例えば、両側の入射端面３１ａ，３３ａを中央の入射端面３２ａから、より遠くに離した配置も実施することが可能になる。
かかる構造は、コア１０の全体に適用してもよいが、少なくとも分割路３１，３２，３３に適用することが良い。
【００１８】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態のＲＧＢ発光装置１０３と、これに含まれる光導波路２０３とを図８を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、集光レンズ２１，２２，２３は、入射端面２１ａ，２２ａ，２３ａ及び出射端面２１ｂ，２２ｂ，２３ｂが凸な両凸形である。
集光レンズ２１，２２，２３を両凸形とすることにより、集光力を増加させることができ、入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａへの入射漏れをさらに抑制することができる。
【００１９】
〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態のＲＧＢ発光装置１０４と、これに含まれる光導波路２０４とを図９を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア１０の入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａは、集光作用を有する凸面に形成されている。
入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａを凸レンズ化することで、入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａを平面にした場合に比較して、入射端面３１ａ，３２ａ，３３ａにおける反射は低減する。したがって、光の反射ロスを低減することができる。それと共に集光力を増加させ光を漏れしにくくすることが可能である。
【００２０】
〔第５実施形態〕
次に、第５実施形態のＲＧＢ発光装置１０５と、これに含まれる光導波路２０５とを図１０を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、複数の分割路３１，３２，３３のそれぞれからの光を集光し、統合路４１に入射させる合波部集光レンズ４２が光導波路２０５に作造されている。
合波部４０に合波部集光レンズ４２を設置することで、合波部４０での集光力を高め、合波部４０及び統合路４１での光漏れによるロスを低減することができる。
【００２１】
〔第６実施形態〕
次に、第６実施形態のＲＧＢ発光装置１０６と、これに含まれる光導波路２０６とを図１１を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、集光レンズ２１，２２，２３が回析レンズである。
集光レンズ２１，２２，２３として回折レンズを用いることで導波路の薄型化、短距離化が可能である。
【００２２】
〔第７実施形態〕
次に、第７実施形態のＲＧＢ発光装置１０７と、これに含まれる光導波路２０７とを図１２を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、複数の集光レンズ２１，２２，２３の光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃは互いに傾斜している。その傾斜は、当該各光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃを出射側に延長したとき当該集光レンズ２１，２２，２３の内部より合波部４０で当該各光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが互いに近づく傾斜である。光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが合波部４０を通っていてもよい。光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが合波部４０における導波路中心軸を通っていてもよい。光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが合波部４０における導波路中心軸上で互いに交わっていてもよい。
また、発光素子３０１，３０２，３０３の搭載面のぞれぞれは、対応する各光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃに対して略垂直に形成されている。
したがって、両側の発光素子３０１，３０３の発光方向中心軸が合波部４０に向かうように配置され、光軸２１ｃ，２２ｃ，２３ｃも同方向とすることできる。
そのため、分割路３１，３２，３３の湾曲部を１箇所ずつ低減することができ、湾曲箇所が低減したことで光漏れによるロスを低減することができる。
なお、発光素子３０１，３０３を傾けずに、集光レンズ２１，２３のみを傾けて配置して、発光素子３０１，３０３からの光を入射端面３１ａ，３３ａに集光するようにしてもよい。その場合、集光レンズ２１，２３は両凸形とするとよい。
また、本実施形態にあっては、分割路３１，３２，３３の湾曲部を１箇所としたが、上記第１実施形態と同様に湾曲部を２箇所とするＳ字状の湾曲部を実施してもよい。その場合でも、Ｓ字状の湾曲部を緩やかに形成できる。
【００２３】
〔第８実施形態〕
次に、第８実施形態のＲＧＢ発光装置１０８と、これに含まれる光導波路２０８とを図１３を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア１０の屈折率が、合波部４０より出射端面４１ａで低く、合波部４０から出射端面４１ａに向かって漸減する区間を有する。本実施形態では、統合路４１のほぼ全体がその区間とされる。
出射端面４１ａでのコア１０の屈折率がより低くなるように設定することで、伝搬光はシングルモードで出射しやすくなり、出射光の伝搬効率が向上する。
なお、伝搬モード数はＮＡ（開口数）が大きいほど増えるが、ＮＡはコア層(導波路)とクラッド層(周囲)の屈折率差が大きいほど増えるためコア１０の屈折率を小さくするとことで、伝搬モード数が減って、ある値以下でシングルモードとなる。
【００２４】
〔第９実施形態〕
次に、第９実施形態のＲＧＢ発光装置１０９と、これに含まれる光導波路２０９とを図１４を参照して説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア１０の導波路幅が、合波部４０より出射端面４１ａで狭い。例えば、合波部４０で１０μｍ以上の導波路幅とされ、出射端面４１ａで１０μｍ未満の導波路幅とされる。
そしてコア１０の導波路幅が、合波部４０から出射端面４１ａに向かって漸減する区間を有する。本実施形態では、統合路４１のほぼ全体がその区間とされる。
出射端面４１ａの導波路幅を狭くすることで、 伝搬光はシングルモードでの出射が可能となって、出射光の伝搬効率が向上する。
なお、伝搬モード数はコア径にも依存し、導波路幅を小さくしていくと、ある値以下でシングルモードになる。
【００２５】
以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
上記第１から第９の実施形態の組み合わせは、図示したもののほか、矛盾しない範囲で適宜に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０   コア
１１   クラッド
２１，２２，２３     集光レンズ
２１ａ，２２ａ，２３ａ      入射端面
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ      出射端面
２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ      光軸
３１，３２，３３     分割路
３１ａ，３２ａ，３３ａ      入射端面
４０   合波部
４１   統合路
４１ａ 出射端面
４２   合波部集光レンズ
１０１ ＲＧＢ発光装置（第１実施形態）
１０２ ＲＧＢ発光装置（第２実施形態）
１０３ ＲＧＢ発光装置（第３実施形態）
１０４ ＲＧＢ発光装置（第４実施形態）
１０５ ＲＧＢ発光装置（第５実施形態）
１０６ ＲＧＢ発光装置（第６実施形態）
１０７ ＲＧＢ発光装置（第７実施形態）
１０８ ＲＧＢ発光装置（第８実施形態）
１０９ ＲＧＢ発光装置（第９実施形態）
２０１ 光導波路（第１実施形態）
２０２ 光導波路（第２実施形態）
２０３ 光導波路（第３実施形態）
２０４ 光導波路（第４実施形態）
２０５ 光導波路（第５実施形態）
２０６ 光導波路（第６実施形態）
２０７ 光導波路（第７実施形態）
２０８ 光導波路（第８実施形態）
２０９ 光導波路（第９実施形態）
３０１，３０２，３０３      発光素子
４０２ ＲＧＢ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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