(57)【要約】      （修正有）【課題】光合波器、光源モジュール、２次元光走査装置及び画像投影装置に関し、入力光導波路に入らなかった迷光の影響を低減する。【解決手段】複数の入力光導波路５１、５２、５３の入力端１０１、１０２、１０３に入力する各光ビームのうち、各光導波路５１、５２、５３に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の２．５倍の範囲以下の光が、出力光導波路９の出力端１１において出力光導波路９から出力された合波光に重畳しないようにする。【選択図】図１
2020064218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源からの光ビームを個別に導波する複数の入力光導波路と、
前記入力光導波路からの複数の光を合波する光合波部と、
前記光合波部で合波された合波光を出力する出力光導波路と
を備え、
前記複数の入力光導波路の入力端に入力する各光ビームのうち前記入力光導波路に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の２．５倍の範囲以下の光が前記出力光導波路の出力端において前記出力光導波路から出力された前記合波光に重畳しない光合波器。
【請求項２】
前記複数の入力光導波路の入力端に入力する各光ビームのうち前記入力光導波路に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の１．５倍の範囲以下の光が前記出力光導波路の出力端において前記出力光導波路から出力された前記合波光に重畳しない請求項１に記載の光合波器。
【請求項３】
前記複数の入力光導波路の入力端に入力する各光ビームのうち前記入力光導波路に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の範囲の光が前記出力光導波路の出力端において前記出力光導波路から出力された前記合波光に重畳しない請求項１に記載の光合波器。
【請求項４】
前記各入力光導波路の出力端における光強度分布が、クラッド部を伝搬した光ビームの横方向拡がりの光強度分布である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光合波器
【請求項５】
前記複数の光源の発光波長が互いに異なっている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項６】
前記複数の光源の発光波長のうち、少なくとも２つの発光波長が同じである請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項７】
前記光合波部が、少なくとも赤色光、青色光及び緑色光の三原色を合波する請求項５に記載の光合波器。
【請求項８】
前記光合波器が、
前記赤色光を導波する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と、
前記青色光を導波する光導波路と
を有し、
前記３本の光導波路の内の中央に配置される光導波路が直線状の光導波路である請求項７に記載の光合波器。
【請求項９】
前記光合波部が、前記緑色光を導波する直線状の光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と二か所の光結合部で光結合する青色光を導波する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と前記二か所の光結合部の間で光結合する赤色光を導波する光導波路とを有し、
前記緑色光を導波する光導波路が前記出力導波路に接続している請求項７に記載の光合波器。
【請求項１０】
前記光合波部が、前記赤色光を導波する直線状の光導波路と、
前記赤色光を導波する光導波路と光結合する青色光を導波する光導波路と、
前記赤色光を導波する光導波路と光結合する緑色光を導波する光導波路とを有し、
前記赤色光を導波する光導波路が前記出力導波路に接続している請求項７に記載の光合波器。
【請求項１１】
前記複数の入力光導波路の前記複数の光源からの光ビームの入力端近傍における導波方向が、前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸から離れた位置に存在する請求項９または請求項１０に記載の光合波器。
【請求項１２】
前記出力光導波路の出力端が、前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸と異なった位置に配置された請求項９または請求項１０に記載の光合波器。
【請求項１３】
前記出力光導波路の出力端が、前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸に対して８５°〜９５°の方向に配置された請求項１２記載の光合波器。
【請求項１４】
前記複数の入力光導波路の前記複数の光源からの光ビームの入力端近傍における導波方向が、前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸に対して８５°〜９５°の方向に延在する請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項１５】
前記複数の入力光導波路の前記複数の光源からの光ビームの入力端近傍における導波方向が、前記光合波部を形成した基板の前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸と８５°〜９５°の角度の一方の辺側に配置された請求項１４に記載の光合波器。
【請求項１６】
前記複数の入力光導波路の少なくとも一つの入力光導波路の前記複数の光源からの光ビームの入力端近傍における導波方向が、前記光合波部を形成した基板の前記光合波部の前記直線状の光導波路の光軸と８５°〜９５°の角度の一方の第１の辺の近傍に配置され、前記複数の入力光導波路の残りの入力光導波路の前記複数の光源からの光ビームの入力端近傍における導波方向が前記第１の辺に対向する第２の辺の近傍に配置された請求項１４に記載の光合波器。
【請求項１７】
前記入力光導波路、前記光合波部の前記各光導波路及び前記出力光導波路が、
共通の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられたコア層と
前記コア層を覆う共通の上部クラッド層と
を有する請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項１８】
前記入力光導波路が、
個別の下部クラッド層と
前記個別の下部クラッド層上に設けられたコア層と
前記各コア層を覆う個別の上部クラッド層と
を有し、
前記光合波部の前記各光導波路及び前記出力光導波路が、
共通の下部クラッド層と、
前記共通の下部クラッド層上に設けられたコア層と
前記コア層を覆う共通の上部クラッド層とを有し、
前記各入力光導波路の出力端における光強度分布が、前記入力光導波路と前記光合波部の接続部から前記クラッド部を伝搬した光ビームの横方向拡がりの光強度分布である請求項４に記載の光合波器。
【請求項１９】
前記入力光導波路、前記光合波部の前記各光導波路及び前記出力光導波路が、
共通の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられたコア層と
前記各コア層を覆う個別の上部クラッド層と
を有する請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項２０】
前記出力光導波路の出力端の前記合波光を遮断しない位置に、前記複数の入力光導波路の入力端に入力する各光ビームのうち光導波路に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の２．５倍の範囲以下の光を反射或いは吸収する光遮蔽膜を設けた請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の光合波器。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の光合波器と、
前記光合波器に前記光ビームを入射する複数の光源と
を有する光源モジュール。
【請求項２２】
前記複数の光源と前記光合波器の複数の入力光導波路との間にレンズを設けた請求項２１に記載の光源モジュール。
【請求項２３】
前記複数の光源が、複数の光ファイバから出射される光源である請求項２１または請求項２２に記載の光源モジュール。
【請求項２４】
請求項２１乃至請求項２３のいずれか１項に記載の光源モジュールと、
前記光源モジュールからの前記合波光を２次元走査する２次元光走査ミラー装置と
を有する２次元光走査装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の２次元光走査装置と、
前記２次元光走査ミラー装置により走査された前記合波光を被投影面に投影する画像形成部と
を有する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合波器、光源モジュール、２次元光走査装置及び画像投影装置に関するものであり、例えば、光合波器からの合波出力に光源からの迷光が影響することを低減するための構成等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のレーザビーム等の光ビームを合波し、一つの光ビームとして放射する装置として、様々な形の光ビーム合波光源が知られている。その中で、半導体レーザと光導波路型光合波器を組み合わせた光ビーム合波光源は、装置を小型化、低電力化できる特長があり、レーザビーム走査型カラー画像投影装置へ応用されている（例えば、特許文献１乃至特許文献６）。
【０００３】
従来の半導体レーザと光導波路型光合波器を組み合わせた光ビーム合波光源としては、例えば、特許文献３に示されているような三原色のレーザビームを合波する光ビーム合波光源がある。特許文献３の図３および図１０に記載されているように、コアとクラッドからなる光導波路によって構成され、赤、青、緑色の光ビームを発生する半導体レーザが各色に対応する光導波路入力端に設置されている。ここで光ビームは、光導波路のコアを伝搬し、光合波器出力端から合波された光ビームとして出射される。
【０００４】
図２０は、本発明者が提案した２次元光走査装置の概略図であり（特許文献６参照）、可動ミラー部６３を形成した基板６１に光合波器６２を設け、この光合波器６２に青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４を結合させれば良い。可動ミラー部１０が小型化されているので、光ビームを発生する光源と一体化した場合にも、一体化後の全体のサイズも小さくできる。特に、光ビームが半導体レーザチップや光合波器から出射する光源の場合、それらの半導体レーザチップや光合波器は、Ｓｉ基板や金属プレート基板の上に形成すれば良いので、これら基板上に光源と２次元光走査ミラー装置を形成することによって、一体化後の全体のサイズも小さくできる効果がある。
【０００５】
図２１は、本発明者が提案した画像投影装置概略図であり（特許文献６参照）、上述の２次元走査装置と、電磁コイル６４に２次元光走査信号を印加して光源から出射された出射光を２次元的に走査する２次元走査制御部と、走査された出射光を被投影面に投影する画像形成部とを組み合わせれば良い。なお、画像投影装置としては、眼鏡型網膜走査ディスプレイが典型的なものである。
【０００６】
この場合、各色の半導体レーザから出射した光ビームは、半導体レーザから出射した光ビームの形状とコアの形状の違いにより、そのすべてがコア内に導かれることはなく、一部は、クラッド部に漏れることになる。従来、この漏れた光は、光合波器内部を進行するうちに拡散し、かつ外部へ放射されるなどして、無視できるほどに減少するとされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４２２０７号公報
【特許文献２】特開２０１６−０１２０４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−０４９２５９号公報
【特許文献４】特開２０１３−１９５６０３号公報
【特許文献５】米国特許出願公開２０１０／００７３２６２号公報
【特許文献６】特開２０１８−０７２５９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ, Ｖｏｌ. １９, Ｎｏ. ５, ｐｐ.３３０−３３２, Ｍａｒｃｈ １, ２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、本発明者等が鋭意検討した光導波路型光合波器では、このクラッド部に漏れた光の影響が光合波部で合波された光ビームに対して無視できないことが明らかになった。クラッド部に漏れた光の一部は、クラッド部に一定の効率で伝搬することになるので、特に光合波器が小さい場合、コアに導かれなかったクラッド部を伝搬する光は、光合波器の端面まで伝搬する。
【００１０】
このクラッド部での光伝搬は、コア層とクラッド層との界面における全反射による伝搬と異なり、効率は悪いが、クラッド層の表面やクラッド層と基板との界面における反射によって伝搬すると考えられるので、この事情を図２２を参照して説明する。
【００１１】
図２２は従来の光源モジュールの問題点の説明図である。入力光導波路２３〜２５のコア層に導かれずに下部クラッド層と上部クラッド層からなるクラッド部を伝搬する光ビーム、即ち、クラッドモード光５１の一部が、光合波部２７の出力端２９及びその近傍に到達する。その結果、クラッド部を伝搬したクラッドモード光５１の一部がノイズ光５２となってコア層を伝搬した合波出力光５０に合波されて加わることになる。例えば、出力端に集光レンズや先球光ファイバ等のレンズ４９を設置して光ビームを取り出す場合、合波出力光５０のみを取り出すことが困難になるという問題がある。
【００１２】
このような問題は、従来の光合波器の場合、そのサイズが比較的大きいため、光源からコア層に入射しなかった光ビームは、迷光としての影響は小さかった。しかし、本発明者等による鋭意研究の結果、光合波器が小型化したことから、迷光としての影響が初めて問題となることを見出した。
【００１３】
また、図２２に示すように、光合波器の真ん中の光導波路が直線の場合、とくに出力端から出射する合波した光ビームに悪影響を与える。図２３は従来の光合波器におけるクラッドモード光の横方向拡がりの説明図である。ここでは、長さ９ｍｍの光合波器の出力端面での光ビームの強度分布を測定した結果の一例を示したものであり、図２３（ａ）はクラッドモード光の拡がりを示す写真であり、図２３（ｂ）は光クラッドモード光の強度分布をグラフ化してものである。図２３（ａ）から明らかなように、クラッド部を伝搬した光ビームであるクラッドモード光が幅広く横に拡がった様子が明確に示されており、中心の輝点は、コア層を伝搬した本来の出力合波光である。なお、図２３（ｂ）の中心は光検知器の出力が飽和したため実際より大幅に低くなっており、また、グラフ中に周期的に現れる溝は、写真を撮った際の背景のメッシュの影響である。
【００１４】
このような悪影響に関しては、とくに、網膜走査ディスプレイの場合のように、半導体レーザの出力光に対して網膜に照射する光の強度を２桁程度低くする必要があるとき、クラッドを伝搬した光の影響を無視することができなくなる。この結果、光合波器から出射した光ビームを用いて光ビーム走査型の映像を形成するとき、クラッド部を伝搬した光は、本来の合波した信号光に混入し、映像の色ズレ、色ムラ等を引き起こし、画質が、劣化するという問題がある。
【００１５】
本発明は、入力光導波路、出力光導波路及び光合波部を有する光合波器において、入力光導波路の入力端に光ビームを入射する光源から出射した光ビームのうちコア層に入射しなかった光が、合波出力に与える影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一つの態様では、光合波器は、複数の光源からの光ビームを個別に導波する複数の入力光導波路と、前記入力光導波路からの複数の光を合波する光合波部と、前記光合波部で合波された合波光を出力する出力光導波路とを備え、前記複数の入力光導波路の入力端に入力する各光ビームのうち前記入力光導波路に入力しなかった光ビームの光強度分布の半値全幅の２．５倍の範囲以下の光が前記出力光導波路の出力端において前記出力光導波路から出力された前記合波光に重畳しない。
【００１７】
他の態様では、光源モジュールは、上述の光合波器と、前記光合波器に前記光ビームを入射する複数の光源とを有する。
【００１８】
さらに、他の態様では、２次元光走査装置は、上述の光源モジュールと、前記光源モジュールからの前記合波光を２次元走査する２次元光走査ミラー装置とを有する。
【００１９】
さらに、他の態様では、画像投影装置は、上述の２次元光走査装置と、前記２次元光走査ミラー装置により走査された前記合波光を被投影面に投影する画像形成部とを有する。
【発明の効果】
【００２０】
一つの側面として、入力光導波路、出力光導波路及び光合波部を有する光合波器において、入力光導波路の入力端に光ビームを入射する光源から出射した光ビームのうち入力光導波路に入力しなかった光ビームが、合波出力に与える影響を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態の光合波器の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるビーム拡がりの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるビーム拡がりの範囲の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の光合波部の構造の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図６】本発明の実施例３の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図７】本発明の実施例４の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図８】本発明の実施例５の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図９】本発明の実施例６の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１０】本発明の実施例７の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１１】本発明の実施例８の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１２】本発明の実施例９の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１３】本発明の実施例１０の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１４】本発明の実施例１１の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１５】本発明の実施例１２の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１６】本発明の実施例１３の光合波器の概念的構図の説明図である。
【図１７】本発明の実施例１４の光源モジュールの概念的構図の説明図である。
【図１８】本発明の実施例１５の光源モジュールの概念的構図の説明図である。
【図１９】本発明の実施例１６の光源モジュールの概念的構図の説明図である。
【図２０】従来の２次元光走査装置の一例の概略的斜視図である。
【図２１】従来の画像形成装置の概略的斜視図である。
【図２２】従来の光源モジュールの問題点に説明図である。
【図２３】従来の光合波器におけるクラッドモード光の横方向拡がりの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態の光合波器の一例を説明する。図１は、本発明の実施の形態の光合波器の概念的構成図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は入力端面側の断面図である。なお、ここでは、光源１２１〜１２３を加えて光源モジュールとして説明する。図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態の光合波器は、複数の光源１２１〜１２３からの光ビームを個別に導波する複数の入力光導波路５１〜５３と、入力光導波路５１〜５３からの複数の光を合波する光合波部７と、光合波部７で合波された合波光を出力する出力光導波路９とを備え、複数の入力光導波路５１〜５３の入力端１０１〜１０３に入力する各光ビームの各入力光導波路５１〜５３のうち入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビームの光強度分布の少なくとも半値全幅の２．５倍の範囲以下の光が出力光導波路９の出力端１１において出力光導波路９から出力された合波光に重畳しないようにする。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）における入力端側の断面図である。図１（ｂ）に示すように、各光導波路は、基板１上に下部クラッド層２を介してコア層３１〜３３を設け、コア層３１〜３３を覆うように上部クラッド層４を設けて形成する。入力端側では、コア層３１〜３３が下部クラッド層２及び上部クラッド層からなるクラッド部６に囲まれて入力光導波路５１〜５３が形成される。ここでは、３本の入力光導波路５１〜５３を図示しているが、その数は任意であり、２本でも或いは４本以上でも良い。なお、光合波部７の各光導波路の終端は、出力光導波路９に接続するもの以外は図示を省略しているが、実際にはその他の光導波路の終端は基板１の端部まで延在している（以下の各実施例の図面においても同様である）。
【００２３】
ここで、出力光導波路９から出力された合波光に重畳しないようにする入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビームの光強度は、目的とする装置の感度・許容度によるものであり、例えば、各入力光導波路５１〜５３の出力端における光強度分布の半値全幅の範囲とすることにより、実用上綺麗に画像を見ることができる。なお、より精細な画像が必要な場合には、半値全幅の１．５倍の範囲としても良く半値全幅の場合に比べてよりノイズのない合波出力が得られる。さらには、半値全幅の２．５倍の範囲以下でも良く、半値全幅の１．５倍の場合よりもさらにノイズの少ない合波出力が得られる。なお、各入力光導波路５１〜５３の出力端における光強度分布とは、各入力光導波路５１〜５３のうち入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビーム、即ち、クラッドを伝搬した光ビームの横方向拡がりの光強度分布、即ち、光ビームの電界強度の２乗に対応する強度分布である。
【００２４】
図２は本発明の実施の形態におけるビーム拡がりの説明図である。映像等を光ビームを用いて描画するときに要求される光ビーム信号光強度とノイズとなるクラッドモード光との比Ｓ／Ｎを求め、描画精度に要求されるＳ／Ｎを満たさなくなる最低のノイズ光強度をＩｎとなるビーム拡がり角θを求める。例えば、画像形成装置に用いる場合には、描画する点の光強度を２５６階調で変化させる時は、当然ノイズ光強度は、最低階調の光強度より十分小さい必要がある。したがって、この場合のＳ／Ｎはこの最低階調を与える光強度から求めることになる。なお、図２における符号１５はクラッド部６を伝搬した光の分布、即ち、クラッドモード光分布であり、また、符号１６は合波出力光分布である。ここで、光導波器のサイズ、即ち、入力端１０から出力端面までの距離をＬとすると、クラッドモード光１４の中心と出力光導波路の出力端１１との距離ｄは、
ｄ＞Ｌ×ｔａｎ（θ／２）
とする必要があり、このｄの値を満たすように、入力端１０の位置に対して出力光導波路（９）の出力端１１の位置を決定する。
【００２５】
図３は本発明の実施の形態におけるビーム拡がり範囲の説明図である。クラッドモード光分布を正規分布（ガウス分布）を用いて説明すると、半値全幅（ＦＷＨＭ）の範囲の光が合波光に重畳しないようにすることで実用上綺麗に画像を見ることができる。但し、半値全幅（ＦＷＨＭ）の１．５倍にした場合には、光ビームの１０％程度の光がノイズになるだけであり、半値全幅（ＦＷＨＭ）の２．５倍にした場合には、光ビームの０．３％程度の光しかノイズにならないので、さらに高精細な画像を形成することができる。
【００２６】
複数の光源１２１〜１２３の発光波長は、Ｒ（赤色光）Ｇ（緑色光）Ｂ（青色光）の三原色のように互いに異なっていることが典型的であるが、複数の光源１２１〜１２３の発光波長のうち、少なくとも２つの発光波長が同じであっても良い。
【００２７】
光合波器７の具体的構成としては、図４（ａ）に示すように、赤色光を導波する光導波路５３と緑色光を導波する光導波路５２と、青色光を導波する光導波路５１とを有し、３本の光導波路５１〜５３の内の中央に配置される光導波路５２を直線状の光導波路としても良い。なお、ここでは、光合波器部の光導波路を入力光導波路５１〜５３の符号を援用している。
【００２８】
具体的には、緑色光を導波する直線状の光導波路５２と、緑色光を導波する光導波路５２と二か所の光結合部８１，８３で光結合する青色光を導波する光導波路５１と、緑色光を導波する光導波路５２と二か所の光結合部８１，８３の間（８２）で光結合する赤色光を導波する光導波路５３により光結合部（７）を形成する。この場合には、緑色光を導波する光導波路５２の出力端が出力導波路９に接続して合波光を出力する。
【００２９】
或いは、図４（ｂ）に示すように、散乱の大きな赤色光を導波する光導波路５３を直線状とし、赤色光を導波する光導波路５３と光結合する青色光を導波する光導波路５１と、赤色光を導波する光導波路５３と光結合する緑色光を導波する光導波路５２により光合波部（７）を形成する。この場合、赤色光を導波する光導波路５３の出力端が出力導波路９に接続して合波光を出力する。なお、各光導波路５１〜５３に入力する光の波長は任意であり、例えば、後述する実施例５で示すように、緑色光を光導波路５１に入力し、青色光を光導波路５３に入力するようにしても良い。
【００３０】
或いは、図４（ｃ）に示すように、複数の光源のうち、少なくとも２つの光源の発光波長を同じにする場合には、同じ波長を合波する光結合部８６において、直線状の光導波路５６の幅を広くして非対称構造にする。光結合部８６を対称構造の方向性結合器で形成した場合、同じ色の光をそれぞれの光導波路５３，５４に入射しても、互いに反対の光導波路５４，５３に乗り移るため合波が出来ない。このため、方向性結合器の対称性を崩して、一方にのみ光が乗り移るようにする必要があり、その一例として、光導波路５５の幅を光導波路５４の幅の２倍にしている。非対称構造であれば良く、そのための構造は他にもいろいろな方法が考えられる。
【００３１】
入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビームの光強度分布の少なくとも半値全幅の２．５倍の範囲以下となる光ビームの外縁が合波光に重畳しないようにするための構成を、再び、図１（ａ）を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、複数の入力光導波路５１〜５３の入力端近傍における光ビームの導波方向を、光合波部７の直線状の光導波路の光軸とから離れた位置に設ければ良い。或いは、出力光導波路９の出力端１１を、光合波部７の直線状の光導波路の光軸と異なった位置に配置しても良い。
【００３２】
或いは、出力光導波路９の出力端１１を光合波部７の直線状の光導波路の光軸に対して８５°〜９５°の方向に配置しても良い。この場合には、入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビーム及び光合波部７の光結合部８１〜８３から漏れ出てクラッド部６を伝搬する迷光の重畳を確実に排除することができる。なお、出力光導波路９の出力端１１は光合波部７の直線状の光導波路の光軸に対して９０°傾ければ良いが、製造誤差等を考慮して８５°〜９５°としている。
【００３３】
或いは、複数の入力光導波路５１〜５３の入力端近傍における導波方向を、光合波部７の直線状の光導波路の光軸に対して８５°〜９５°の方向に配置しても良い。この場合、複数の入力光導波路５１〜５３の入力端近傍における導波方向が光合波部７の直線状の光導波路の光軸と８５°〜９５°の角度となるように、複数の光源１２１〜１２３を基板１の一方の辺側に配置しても良い。或いは、複数の入力光導波路５１〜５３の入力端近傍における導波方向が光合波部７の直線状の光導波路の光軸と８５°〜９５°の角度となるように、複数の光源１２１〜１２３の内の少なくとも一つを基板１の第１の辺側に配置し、且つ、残りの光源を残りの入力光導波路の第１の辺に対向する第２の辺に配置しても良い。
【００３４】
光導波路の具体的構成としては、図１（ｂ）に示すように、入力光導波路５１〜５３、光合波部７の各光導波路及び出力光導波路９を共通の下部クラッド層２と、コア層３１〜３３と共通の上部クラッド層４とにより形成しても良い。或いは、入力光導波路５１〜５３を個別の下部クラッド層と、コア層３１〜３３と個別の上部クラッド層により形成し、光合波部７の各光導波路及び出力光導波路９を個別の下部クラッド層と、コア層３１〜３３と共通の上部クラッド層４により形成しても良い。或いは、入力光導波路５１〜５３、光合波部７の各光導波路及び出力光導波路９を共通の下部クラッド層２と、コア層３１〜３３と個別の上部クラッド層とにより形成しても良い。
【００３５】
さらには、入力光導波路５１〜５３に入力しなかった光ビーム、即ち、クラッドモード光が出力光に重畳することをより確実に防止するために、出力光導波路９の出力端１１の合波光を遮断しない位置に、クラッドモード光を反射或いは吸収する光遮蔽膜を設けても良い。
【００３６】
なお、基板１としては、Ｓｉ基板、ガラス基板、金属基板、プラスチック基板等どのようなものでも良い。また、下部クラッド層２、コア層３１〜３３及び上部クラッド層４の材料としては、ＳｉＯ２ガラス系の材料を用いることができるが、これ以外の材料、例えばアクリル樹脂等の透明プラスチックやその他の透明材料を用いても良い。
【００３７】
光源モジュールを形成するためには、図１（ａ）に示すように、上述の各種の光合波器と、光合波器に光ビームを入射する複数の光源１２１〜１２３を組み合わせれば良い。この場合の光源１２１〜１２３としては半導体レーザが典型的なものであるが、発光ダイオードでも良い。また、複数の光源１２１〜１２３と光合波器の複数の入力光導波路５１〜５３との間にレンズを設けても良い。また、光源１２１〜１２３の代わりに、光ファイバ出力端を光源の位置に設置して、光ファイバからの出射光を光合波器７に導く光源装置としても良い。
【００３８】
２次元光走査装置を形成するためには、図１７に示した２次元光走査装置における光合波部２７を上述の各種の光合波器と組み合わせれば良い。さらに、画像投影装置を形成するためには、上述の２次元走査装置と、電磁コイル６３に２次元光走査信号を印加して光源から出射された出射光を２次元的に走査する２次元走査制御部と、走査された出射光を被投影面に投影する画像形成部とを組み合わせれば良い。なお、画像投影装置としては、眼鏡型網膜走査ディスプレイが典型的なものであるが、図４（ｃ）に示した光合波部を用いた場合には、ＨＵＤ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような強い光が必要な画像形成装置となる。
【実施例１】
【００３９】
ここで、図５を参照して本発明の実施例１の光合波器を説明する。図５は本発明の実施例１の光合波器の概念的構成図であり、図５（ａ）は概略的平面図であり、図５（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでは、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図５（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層からなる上部クラッド層２６（ＳｉＯ２層２２上での厚さは１１μｍとなる）を設けることで、入力光導波路２３〜２５、光合波部２７の各光導波路及び出力導波路９を形成する。この場合のコア層とクラッド層との屈折率差は０．５％になる。また、ここでは、Ｓｉ基板２１のサイズは長さ１０ｍｍ、幅３．７ｍｍとする。
【００４１】
青色半導体レーザチップ３２の発光波長は４５０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角（半値全幅）は５ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。緑色半導体レーザチップ３３の発光波長は５２０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は７ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。赤色半導体レーザチップ３４の発光波長は６３８ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は８ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。なお、半値全幅(ＦＷＨＭ)とは、光強度がピーク強度の半分の強度になる角度である。
【００４２】
青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ及び赤色半導体レーザチップ３４の出射口を夫々入力光導波路２３〜２５の入射口と横方向及び高さ方向を併せ、入力光導波路２３〜２５の入力端との間隔が１０μｍになるようにマウントする。
【００４３】
光合波部２７の構造は、図４（ａ）に示した構造と同じであり、図４（ａ）を借用してその１例を説明すると、光結合部８１の長さは６１０μｍ、光結合部８２の長さは８００μｍ、光結合部８３の長さは６１０μｍとする。光導波路のうち中心の光導波路５２を直線にすることにより、光導波路の曲がり箇所の数を少なくして、光合波部分全体の大きさを小さくしている。この場合、レーザの出射する方向が、光導波路型光合波器の光の進行方向とほぼ同じであることに特徴がある。なお、光導波路２３〜２５の入力端は、各半導体レーザからの光を取り込みやすくするため、その形状をテーパ型のような形に変形しても良い。
【００４４】
ここで、各半導体レーザ(３２〜３４)から出射した光ビームは、半導体レーザ(３２〜３４)から出射した光ビームの形状と入力光導波路２３〜２５のコア層の形状が違うことにより、そのすべてがコア層内に導かれることはなく、一部は、下部クラッド層２２及び上部クラッド層からなるクラッド部に漏れ、図に示したように、一定の角度で拡がり、クラッド部を伝搬する。具体的には、青色半導体レーザチップ３２からの放射光は、角度θＢで拡がりながらクラッド部を伝搬する。緑色半導体レーザチップ３３からの放射光は、角度θＧで拡がりながらクラッド部を伝搬する。また、赤色半導体レーザチップ３４からの放射光は、角度θＲで拡がりながらクラッド部を伝搬する。
【００４５】
各放射光の全てが、出力光導波路２８の出力端２９に照射しないように、即ち、全ての放射光の外縁が出力端２９に掛からないように青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４を設置する。ここでは、光合波部２７の中心線に対して、青色半導体レーザチップ３２及び緑色半導体レーザチップ３３を中心線の上方に配置し、赤色半導体レーザチップ３４を中心線の下方に配置する。
【００４６】
光合波部２７に入射後のクラッド部での横方向ビーム拡がりは、赤色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θＲは５．５ｄｅｇ．、緑色レーザビームの合横方向ビーム拡がり全角θＧは４．８ｄｅｇ．、青色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θＢは３．５ｄｅｇ．であり、ここでは、横方向ビーム拡がり全角、即ち、クラッドモード光の半値全幅を放射光の外縁とし、この放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにする。
【００４７】
因みに、各半導体レーザの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、Ｓｉ基板２１の長さが１０ｍｍであるので、赤色レーザビームの場合は赤色レーザビームの中心からｄＲ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＲ／２）以上離す必要がある。緑色レーザビームの場合は緑色レーザビームの中心からｄＧ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＧ／２）以上離す必要がある。青色レーザビームの場合は青色レーザビームの中心からｄＢ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＢ／２）以上離す必要がある。実際には、レーザの配置との関係もあり、各半導体レーザの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、赤色レーザビームの場合は赤色レーザビームの中心から０．８ｍｍとしており、緑色レーザビームの場合は緑色レーザビームの中心から０．８ｍｍとしており、青色レーザビームの場合は青色レーザビームの中心から１．３ｍｍとした。なお、端面との間に間隔（ここでは、１０μｍに設定している）が存在するため、入力端における光ビームのサイズは点ではなく、有限の大きさを持つが、その大きさは光合波部２７のサイズと比べて無視できるほど小さいので点と見做してｄＲ，ｄＧ，ｄＢを算出している。
【００４８】
この様に、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、ここでは外縁を半値全幅としているが、よりノイズ光を小さくして高精細な画像を得る必要がある場合には、外縁をクラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、さらに高精細な画像が必要な場合には、外縁を２．５倍としても良く、半値全幅より大きくなるほどノイズ光の影響が小さくなる。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の実施例２の光合波器を説明するが、基本的構造は上記に実施例１と同様であるので、図５を借用して説明する。本発明の実施例２の光合波器は光源として半導体レーザの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたものである。即ち、図５における青色半導体レーザチップ３２の代わりに青色発ＬＥＤチップを用い、緑色半導体レーザチップ３３の代わりに緑色発光ＬＥＤチップを用い、赤色半導体レーザチップ３４の代わりに赤色ＬＥＤチップを用い、それに伴って、各構成要素のサイズを若干変更したものであり、光ビームがレーザ光であるか否かの違いで基本的な動作原理は同等である。
【００５０】
ここでは、Ｓｉ基板２１として、厚さが１ｍｍで、長さが１０ｍｍ、幅が５．３ｍｍで（１００）面のＳｉ基板を用いる。赤色ＬＥＤチップの発光波長は６４０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は１６ｄｅｇ．で出力は５ｍＷである。緑色ＬＥＤチップの発光波長は５３０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は１４ｄｅｇ．で出力は５ｍＷである。青色ＬＥＤチップの発光波長は５４０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は１０ｄｅｇ．で出力は５ｍＷである。
【００５１】
光合波部２７に入射後のクラッド部での横方向ビーム拡がりは、赤色ビームの横方向ビーム拡がり全角θＲは１１ｄｅｇ．、緑色ビームの合横方向ビーム拡がり全角θＧは９．６ｄｅｇ．、青色ビームの横方向ビーム拡がり全角θＢは６．９ｄｅｇ．であり、ここでも、横方向ビーム拡がり全角、即ち、クラッドモード光の半値全幅を放射光の外縁とし、この放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにする。
【００５２】
因みに、各ＬＥＤの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、Ｓｉ基板２１の長さが１０ｍｍであるので、赤色ビームの場合は赤色ビームの中心からｄＲ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＲ／２）以上離す必要がある。緑色ビームの場合は緑色ビームの中心からｄＧ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＧ／２）以上離す必要がある。青色ビームの場合は青色ビームの中心からｄＢ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＢ／２）以上離す必要がある。実際には、ＬＥＤの配置との関係もあり、各ＬＥＤの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、赤色ビームの場合は赤色ビームの中心から１．６ｍｍとしており、緑色ビームの場合は緑色ビームの中心から１．６ｍｍとしており、青色ビームの場合は青色ビームの中心から２．１ｍｍとした。
【００５３】
この様に、光源として発光ダイオードを用いた場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、ここでは外縁を半値全幅としているが、よりノイズ光を小さくして高精細な画像を得る必要がある場合には、外縁をクラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、さらに高精細な画像が必要な場合には、外縁を２．５倍としても良く、半値全幅より大きくなるほどノイズ光の影響が小さくなる。
【実施例３】
【００５４】
次に、図６を参照して、本発明の実施例３の光合波器を説明するが、上述の実施例１の光合波器の出力端側に光遮蔽膜を設けたものであり、基本的な構成及び動作原理は実施例１と同様である。
【００５５】
図６は本発明の実施例３の光合波器の概念的構成図であり、図６（ａ）は概略的平面図であり、図６（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでは、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図６（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００５６】
図６（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層からなる上部クラッド層２６を設けることで、入力光導波路２３〜２５、光合波部２７の各光導波路及び出力導波路９を形成する。この場合のコア層とクラッド層との屈折率差は０．５％になる。また、ここでは、Ｓｉ基板２１のサイズは長さ１０ｍｍ、幅３．７ｍｍとする。
【００５７】
青色半導体レーザチップ３２の発光波長は４５０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角（半値全幅）は５ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。緑色半導体レーザチップ３３の発光波長は５２０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は７ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。赤色半導体レーザチップ３４の発光波長は６３８ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は８ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。なお、半値全幅(ＦＷＨＭ)とは、光強度がピーク強度の半分の強度になる角度である。
【００５８】
青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ及び赤色半導体レーザチップ３４の出射口を夫々入力光導波路２３〜２５の入射口と横方向及び高さ方向を併せ、入力光導波路２３〜２５の入力端との間隔が１０μｍになるようにマウントする。ここでは、光合波器の出力端に出力光導波路２８の出力端２９の２μｍ×２μｍのコア層に対して４μｍ×４μｍの窓部を形成するように光遮蔽膜３５を設ける。この光遮蔽膜３５は、リフトオフ法を用いて厚さ１００ｎｍのＡｌ膜を蒸着することによって形成する。なお、光遮蔽膜３５を反射膜として形成する場合にはＡｌ膜に限られるものではなく、各種の金属を膜を用いることができ、また、反射膜の代わりにカーボンブラックを含んだ樹脂膜等の光吸収膜を用いても良いものである。なお、光合波部２７の構造は実施例１と全く同様である。
【００５９】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、ここでは外縁を半値全幅としているが、よりノイズ光を小さくして高精細な画像を得る必要がある場合には、外縁をクラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、さらに高精細な画像が必要な場合には、外縁を２．５倍としても良く、半値全幅より大きくなるほどノイズ光の影響が小さくなる。
【実施例４】
【００６０】
次に、図７を参照して、本発明の実施例４の光合波器を説明するが、上述の実施例１の光合波部の構造を図４（ｂ）に示した構造に置き換えたものである。図７は本発明の実施例４の光合波器の概念的構成図であり、図７（ａ）は概略的平面図であり、図７（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図７（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部３６の光導波路に接続し、光合波部３６で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。但し、光合波部３６の中心線に対して、青色半導体レーザチップ３２及び赤色半導体レーザチップ３４を中心線の上方に配置し、緑色半導体レーザチップ３３を中心線の下方に配置する。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００６１】
図７（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層からなる上部クラッド層２６を設けることで、入力光導波路２３〜２５、光合波部２７の各光導波路及び出力導波路２８を形成する。この場合のコア層とクラッド層との屈折率差は０．５％になる。また、ここでは、Ｓｉ基板２１のサイズは長さ１０ｍｍ、幅３．７ｍｍとする。
【００６２】
青色半導体レーザチップ３２の発光波長は４５０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角（半値全幅）は５ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。緑色半導体レーザチップ３３の発光波長は５２０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は７ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。赤色半導体レーザチップ３４の発光波長は６３８ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は８ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。
【００６３】
光合波部３６の構造は、図４（ｂ）に示した構造と同じであり、図４（ｂ）を借用してその１例を説明すると、光結合部８４の長さは１０００μｍ、光結合部８５の長さは１５００μｍとする。光導波路のうち中心の直線状の光導波路５３に散乱の大きな赤色光を入射することにより散乱の影響を低減するとともに、光導波路の曲がり箇所の数を２か所にして数を少なくして、光合波部分全体の大きさを小さくしている。なお、光導波路２３〜２５の入力端は、各半導体レーザからの光を取り込みやすくするため、その形状をテーパ型のような形に変形しても良い。ここでも、各入力光導波路２３〜２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔ｄは、ｄ＞１０ｍｍ×ｔａｎ（θ／２）を満たすようにする。
【００６４】
この場合も、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良い。
【実施例５】
【００６５】
次に、本発明の実施例５の光合波器を説明するが、光合波部に入力する光ビームを変更した以外は上述の実施例４と同様である。図８は本発明の実施例５の光合波器の概念的構成図であり、図８（ａ）は概略的平面図であり、図８（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図８（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部３６の光導波路に接続し、光合波部３６で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。但し、光合波部３６の中心線に対して、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４を中心線の上方に配置し、青色半導体レーザチップ３２を中心線の下方に配置する。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００６６】
図８（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層からなる上部クラッド層２６を設けることで、入力光導波路２３〜２５、光合波部２７の各光導波路及び出力導波路２８を形成する。この場合のコア層とクラッド層との屈折率差は０．５％になる。また、ここでは、Ｓｉ基板２１のサイズは長さ１０ｍｍ、幅３．７ｍｍとする。
【００６７】
青色半導体レーザチップ３２の発光波長は４５０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角（半値全幅）は５ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。緑色半導体レーザチップ３３の発光波長は５２０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は７ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。赤色半導体レーザチップ３４の発光波長は６３８ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は８ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。
【００６８】
光合波部３６の構造は、図４（ｂ）に示した構造と同じであり、図４（ｂ）を借用してその１例を説明すると、光結合部８４の長さは１０００μｍ、光結合部８５の長さは２０００μｍとする。光導波路のうち中心の直線状の光導波路５３に散乱の大きな赤色光を入射することにより散乱の影響を低減するとともに、光導波路の曲がり箇所の数を２か所にして数を少なくして、光合波部分全体の大きさを小さくしている。なお、光導波路２３〜２５の入力端は、各半導体レーザからの光を取り込みやすくするため、その形状をテーパ型のような形に変形しても良い。ここでも、各入力光導波路２３〜２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔ｄは、ｄ＞１０ｍｍ×ｔａｎ（θ／２）を満たすようにする。
【００６９】
この場合も、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良い。
【実施例６】
【００７０】
次に、図９を参照して本発明の実施例６の光合波器を説明するが、光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図９は本発明の実施例６の光合波器の概念的構成図であり、図９（ａ）は概略的平面図であり、図９（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図９（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００７１】
本発明の実施例６においては、図９（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上における厚さが９μｍになるようにＳｉＯ２層を設け、エッチングすることにより、幅１０μｍの上部クラッド層３７〜３９を形成する。この場合の光合波部２７及び出力光導波路２８の構造も入力光導波路２３〜２５の構造と同様である。ここでも、各入力光導波路２３〜２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔ｄは、ｄ＞１０ｍｍ×ｔａｎ（θ／２）を満たすようにする。
【００７２】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例７】
【００７３】
次に、図１０を参照して本発明の実施例７の光合波器を説明するが、光合波部を設けた位置と出力光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図１０は本発明の実施例６の光合波器の概念的構成図であり、図１０（ａ）は概略的平面図であり、図１０（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。図１０（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００７４】
図１０（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けた厚さが２０μｍのＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層からなる上部クラッド層２６を設けることで、入力光導波路２３〜２５、光合波部２７の各光導波路及び出力導波路９を形成する。この場合のコア層とクラッド層との屈折率差は０．５％になる。また、ここでは、Ｓｉ基板２１のサイズは長さ１３ｍｍ、幅４．１ｍｍとする。
【００７５】
本発明の実施例７においては、緑色半導体レーザチップ３３の光軸と光合波部２７の中心軸を一致させるとともに、出力光導波路２８を屈曲させて入力光導波路２４と出力端２９近傍における出力光導波路２８との間隔を１．０ｍｍとし、出力端２９の位置を各クラッドモード光の外縁と重ならないようにした。
【００７６】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例８】
【００７７】
次に、図１１を参照して本発明の実施例８の光合波器を説明するが、光合波部を設けた位置及び光源の配置と出力光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図１１は本発明の実施例８の光合波器の概念的構成図であり、図１１（ａ）は概略的平面図であり、図１１（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【００７８】
図１１（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。ここでは、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４をほぼ等間隔に配置し、緑色半導体レーザチップ３３の光軸と光合波部２７の中心軸を一致させるとともに、出力光導波路２８の光軸を光合波部２７の中心軸に対して光合波部２７の出力端の後方０．５ｍｍで導波路型反射鏡により８５°〜９５°に傾斜させる。ここでは、９０℃傾斜させている。この場合、導波路型反射鏡を用いて直角に曲げたが、もちろん曲率をもつ曲がり導波路でも良い。
【００７９】
但し、実施例８においては、Ｓｉ基板２１のサイズを、長さ１３．５ｍｍ、幅４ｍｍとしている。この場合には、青色半導体レーザチップ３２からのクラッドモード光の外縁が出力光導波路２８の出力端２９に掛からないようにする。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、１．０ｍｍであり、入力光導波路２４の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、２．０ｍｍであり、入力光導波路２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、３．０ｍｍである。
【００８０】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に念のために出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例９】
【００８１】
次に、図１２を参照して本発明の実施例９の光合波器を説明するが、光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図１２は本発明の実施例９の光合波器の概念的構成図であり、図１２（ａ）は概略的平面図であり、図１２（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【００８２】
図１２（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００８３】
本発明の実施例９においては、図１２（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで(１００)面のＳｉ基板２１上に設けたＳｉＯ２層２２を下部クラッド層とし、ＳｉＯ２層２２上に設けたＧｅドープＳｉＯ２ガラスをエッチングして幅×高さが２μｍ×２μｍのコア層を形成し、コア層上にコア層上における厚さが９μｍのＳｉＯ２層を設けた後、コア層を囲むようにＳｉＯ２層をエッチングして幅２０μｍ、高さ２０μｍの上部コア層３７〜３９及び下部クラッド層４０〜４２からなるクラッド部を形成して入力光導波路２３〜２５を形成する。光合波部２７及び出力光導波路２８の構造は実施例１と同様であり、上部クラッド層２６の形状は長さ５．５ ｍｍ、幅 １．８ ｍｍとする。この場合、クラッドは、実施例１と異なりＳｉ基板２１の上に層状に形成されておらず、コア層の近傍にのみ限定して存在する。このことにより、クラッド層の領域が小さくなって、材料費やプロセス費用の低減が可能となる。
【００８４】
但し、クラッド部がコア層を囲み、下部クラッド層の近傍にのみ存在する場合は、入力光導波路２３〜２５に入射できなかった光が、下部クラッド層を伝わってコア層の光とともに、光合波部２７に導かれる。これは、このクラッド層を伝搬する光は、下部クラッド層の下方の基板が下部クラッド層より屈折率が大きいか、あるいは吸収層である場合も、光合波器のサイズが小さい場合は無視することができないことによる。
【００８５】
したがって、上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部において層状のクラッド部に光が漏れ出して拡がることになるが、それらの拡がった放射光の外縁が出力光導波路２８の出力端２９に照射しないように層状の下部クラッド層の形状を決定する。即ち、各半導体レーザから出射し、個別のクラッド部を伝搬してきた光は、上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部以降においてクラッド部が層状になったことで、上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部において一定の角度θで横方向に拡がる。したがって、この場合も上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部からの各放射光の外縁が出力光導波路２８の出力端２９から出射される合波光に重畳しないように光結合部２７を配置する。なお、上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部から拡がる青色レーザビームの中心軸に対する出力端２９からの垂線の長さは１．７５ｍｍである。上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部から拡がる緑色レーザビームの中心軸に対する出力端２９からの垂線の長さは１．７５ｍｍである。上部クラッド層３７〜３９と上部クラッド層２６との接合部から拡がる赤色レーザビームの中心軸に対する出力端２９からの垂線の長さは０．８ｍｍである。
【００８６】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例１０】
【００８７】
次に、図１３を参照して本発明の実施例１０の光合波器を説明するが、光源の配置及び光源と光合波部を結ぶ入力光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図１３は本発明の実施例１０の光合波器の概念的構成図であり概略的平面図として示している。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【００８８】
図１３に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００８９】
本発明の実施例１０においては、図１２に示すように、青色半導体レーザチップ３２をＳｉ基板の一方の長辺に配置し、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４をＳｉ基板の他方の長辺に配置している。ここでは、各半導体レーザの光軸と光合波部２７の中心軸との交差角は９０°であるが、交差角は任意であるが、製造誤差を考慮して８５°〜９５°の範囲であれば良い。但し、ここでは、Ｓｉ基板の長さを７ｍｍ、幅を２．６ｍｍとする。そのため、入力光導波路２３〜２５の途中で直角に曲げる構造になっている。直角に曲げるためには、導波路型反射鏡を用いているが、曲率半径の小さい曲がり導波路を用いても良い。
【００９０】
この場合、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４から出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分を照射しないようにすることが望ましい。半導体レーザチップから出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分を照射しない構成にすれば、各半導体レーザチップの発振が安定し、合波光源として信号の高速動作が安定に得られる等さらに望ましい構成となる。但し、半導体レーザチップから出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分に照射された場合でも、少なくとも、照射するレーザ光の波長が、照射される半導体レーザの波長より長ければ、同じく、導体レーザの発振が安定し、合波光源として、信号の高速動作が安定に得られる。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．０ｍｍであり、入力光導波路２４の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．５ｍｍであり、入力光導波路２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、５．５ｍｍである。
【００９１】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。また、各半導体レーザの変調を１００ＭＨｚまで高くしても、信号に歪は生じなかった。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例１１】
【００９２】
次に、図１４を参照して本発明の実施例１１の光合波器を説明するが、出力光導波路の構造以外は上述の実施例１０と同様である。図１４は本発明の実施例１１の光合波器の概念的構成図であり、概略的平面図として示しているなお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【００９３】
図１４に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【００９４】
本発明の実施例１１においても、図１４に示すように、青色半導体レーザチップ３２をＳｉ基板の一方の長辺に配置し、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４をＳｉ基板の他方の長辺に配置している。ここでは、各半導体レーザの光軸と光合波部２７の中心軸との交差角は９０°である。但し、交差角は任意であり、製造誤差を考慮して８５°〜９５°の範囲であれば良い。なお、ここでは、Ｓｉ基板の長さを７ｍｍ、幅を２．６ｍｍとする。
【００９５】
本発明の実施例１１においては、出力光導波路２８の光軸を光合波部２７の中心軸に対して光合波部２７の出力端の後方０．５ｍｍで導波路型反射鏡により８５°〜９５°傾斜させる。ここでは、９０℃傾斜させている。この場合、導波路型反射鏡を用いて直角に曲げたが、もちろん曲率をもつ曲がり導波路でも良い。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．０ｍｍであり、入力光導波路２４の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．５ｍｍであり、入力光導波路２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、５．５ｍｍである。
【００９６】
また、実施例１０と同様に、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４から出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分を照射しないようにすることが望ましい。半導体レーザチップから出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分を照射しない構成にすれば、各半導体レーザチップの発振が安定し、合波光源として信号の高速動作が安定に得られる等さらに望ましい構成となる。但し、半導体レーザチップから出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分に照射された場合でも、少なくとも、照射するレーザ光の波長が、照射される半導体レーザの波長より長ければ、同じく、導体レーザの発振が安定し、合波光源として、信号の高速動作が安定に得られる。
【００９７】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。また、各半導体レーザの変調を１００ＭＨｚまで高くしても、信号に歪は生じなかった。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例１２】
【００９８】
次に、図１５を参照して本発明の実施例１２の光合波器を説明するが、光源の配置及び光源と光合波部を結ぶ入力光導波路の構造以外は上述の実施例１と同様である。図１５は本発明の実施例１２の光合波器の概念的構成図であり概略的平面図として示している。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【００９９】
図１５に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【０１００】
本発明の実施例１０においては、図１５に示すように、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４をＳｉ基板の一方の長辺に配置している。ここでは、各半導体レーザの光軸と光合波部２７の中心軸との交差角は９０°であり、交差角は任意であるが、製造誤差を考慮して８５°〜９５°の範囲であれば良い。但し、ここでは、Ｓｉ基板の長さを１７ｍｍ、幅を２．６ｍｍとする。入力光導波路２３〜２５は途中で直角に曲げる構造になっている。直角に曲げるためには、導波路型反射鏡を用いているが、曲率半径の小さい曲がり導波路を用いても良い。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．５ｍｍであり、入力光導波路２４の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．０ｍｍであり、入力光導波路２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、５．５ｍｍである。
【０１０１】
この場合には、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４をＳｉ基板の同じ辺に配置しているので、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４から出射した光ビームが、対抗する半導体レーザチップの活性層部分を照射することがない。したがって、各半導体レーザチップの発振が安定し、合波光源として信号の高速動作が安定に得られる等さらに望ましい構成となる。
【０１０２】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。また、各半導体レーザの変調を１００ＭＨｚまで高くしても、信号に歪は生じなかった。なお、この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほどコア層と光遮蔽膜３５との間隙から合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良い。
【実施例１３】
【０１０３】
次に、図１６を参照して本発明の実施例１３の光合波器を説明するが、光合波部の構造及び光源のうち少なくとも２つの発光波長が同じであること以外は上述の実施例１０と同様である。図１６は本発明の実施例１３の光合波器の概念的構成図であり概略的平面図として示している。なお、ここでも、発明を理解しやすいように光源を加えて光源モジュールとして図示している。
【０１０４】
図１６に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、２つの赤色半導体レーザチップ３４１，３４２からの光ビームを２つの入力光導波路２５１，２５２に入力する。入力光導波路２３，２５１，２５２は光合波部４４の光導波路に接続し、光合波部４４で合波された合波光は出力光導波路４５の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．０ｍｍであり、入力光導波路２５２の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、６．５ｍｍであり、入力光導波路２５１の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、５．５ｍｍである。
【０１０５】
本発明の実施例１３における光合波部の構造は図４（ｃ）に示した構造と同じであるので、図４（ｃ）を借用して説明する。図４（ｃ）に示すように、赤色レーザ光を合波する光結合部８６において、直線状の光導波路５６の幅を広くして非対称構造にする。光結合部８６を対称構造の方向性結合器で形成した場合、同じ色の光をそれぞれの光導波路５３，５４に入射しても、互いに反対の光導波路５４，５３に乗り移るため合波ができない。このため、方向性結合器の対称性を崩して、一方にのみ光が乗り移るようにする必要があり、その一例として、光導波路５６の幅を光導波路５４の幅の２倍にしている。非対称構造であれば良く、そのための構造は他にもいろいろな方法が考えられる。
【０１０６】
本発明の実施例１３においては、同じ波長の光を合波して出力を高めることが出来るので、ＨＵＤ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような強い光が必要な画像形成装置に用いることができる。
【０１０７】
この場合にも、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合には、光合波部２７の光結合部からの漏れ出し光が出力端２９から出射される合波光に重畳することがないので、ノイズ光の影響をより低減することができる。この場合も外縁の定義は、クラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、２．５倍でも良く、半値全幅より大きくなるほど合波光に重畳するノイズ光の影響が小さくなる。また、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良い。
【実施例１４】
【０１０８】
次に、図１７を参照して発明の実施例１４の光源モジュールを説明するが、図５において、光合波器に光源を加えて説明した光源モジュールと全く同様である。図１７は本発明の実施例１４の光合波器の概念的構成図である。図１７に示すように、青色半導体レーザチップ３２からの光ビームを入力光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ３３からの光ビームを入力光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ３４からの光ビームを入力光導波路２５に入力する。入力光導波路２３〜２５は光合波部２７の光導波路に接続し、光合波部２７で合波された合波光は出力光導波路２８の出力端２９から出力される。なお、出力光導波路２８の出力端２９は、単なる劈開面等の平面でも良いが、例えば、スポットサイズ変換器等を用いてビーム形状を制御しても良い。
【０１０９】
青色半導体レーザチップ３２の発光波長は４５０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角（半値全幅）は５ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。緑色半導体レーザチップ３３の発光波長は５２０ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は７ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。赤色半導体レーザチップ３４の発光波長は６３８ｎｍで、横方向ビーム拡がり全角は８ｄｅｇ．、出力は１０ｍＷである。なお、半値全幅(ＦＷＨＭ)とは、光強度がピーク強度の半分の強度になる角度である。
【０１１０】
青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ及び赤色半導体レーザチップ３４の出射口を夫々入力光導波路２３〜２５の入射口と横方向及び高さ方向を併せ、入力光導波路２３〜２５の入力端との間隔が１０μｍになるようにマウントする。
【０１１１】
光合波部２７の構造は、図４（ａ）に示した構造と同じであり、図４（ａ）を借用してその１例を説明すると、光結合部８１の長さは６１０μｍ、光結合部８２の長さは８００μｍ、光結合部８３の長さは６１０μｍとする。光導波路のうち中心の光導波路５２を直線にすることにより、光導波路の曲がり箇所の数を少なくして、光合波部分全体の大きさを小さくしている。この場合、レーザの出射する方向が、光導波路型光合波器の光の進行方向とほぼ同じであることに特徴がある。なお、光導波路２３〜２５の入力端は、各半導体レーザからの光を取り込みやすくするため、その形状をテーパ型のような形に変形しても良い。
【０１１２】
ここで、各半導体レーザ(３２〜３４)から出射した光ビームは、半導体レーザ(３２〜３４)から出射した光ビームの形状と入力光導波路２３〜２５のコア層の形状が違うことにより、そのすべてがコア層内に導かれることはなく、一部は、下部クラッド層２２及び上部クラッド層からなるクラッド部に漏れ、図に示したように、一定の角度で拡がり、クラッド部を伝搬する。具体的には、青色半導体レーザチップ３２からの放射光は、角度θＢで拡がりながらクラッド部を伝搬する。緑色半導体レーザチップ３３からの放射光は、角度θＧで拡がりながらクラッド部を伝搬する。また、赤色半導体レーザチップ３４からの放射光は、角度θＲで拡がりながらクラッド部を伝搬する。
【０１１３】
各放射光の全てが、出力光導波路２８の出力端２９に照射しないように、即ち、全ての放射光の外縁が出力端２９に掛からないように青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４を設置する。ここでは、光合波部２７の中心線に対して、青色半導体レーザチップ３２及び緑色半導体レーザチップ３３を中心線の上方に配置し、赤色半導体レーザチップ３４を中心線の下方に配置する。
【０１１４】
光合波部２７に入射後のクラッド部での横方向ビーム拡がりは、赤色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θＲは５．５ｄｅｇ．、緑色レーザビームの合横方向ビーム拡がり全角θＧは４．８ｄｅｇ．、青色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θＢは３．５ｄｅｇ．であり、ここでは、横方向ビーム拡がり全角、即ち、クラッドモード光の半値全幅を放射光の外縁とし、この放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにする。
【０１１５】
因みに、各半導体レーザの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、Ｓｉ基板２１の長さが１０ｍｍであるので、赤色レーザビームの場合は赤色レーザビームの中心からｄＲ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＲ／２）以上離す必要がある。緑色レーザビームの場合は緑色レーザビームの中心からｄＧ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＧ／２）以上離す必要がある。青色レーザビームの場合は青色レーザビームの中心からｄＢ＝１０ｍｍ×ｔａｎ（θＢ／２）以上離す必要がある。実際には、レーザの配置との関係もあり、各半導体レーザの光ビームが基板の端部に到達した点と出力光導波路２８の出力端２９の位置の関係は、赤色レーザビームの場合は赤色レーザビームの中心から０．８ｍｍとしており、緑色レーザビームの場合は緑色レーザビームの中心から０．８ｍｍとしており、青色レーザビームの場合は青色レーザビームの中心から１．３ｍｍとした。なお、端面との間に間隔（ここでは、１０μｍに設定している）が存在するため、入力端における光ビームのサイズは点ではなく、有限の大きさを持つが、その大きさは光合波部２７のサイズと比べて無視できるほど小さいので点と見做してｄＲ，ｄＧ，ｄＢを算出している。
【０１１６】
この様に、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにすることにより、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。なお、ここでは外縁を半値全幅としているが、よりノイズ光を小さくして高精細な画像を得る必要がある場合には、外縁をクラッドモード光の半値全幅の１．５倍でも良いし、さらに高精細な画像が必要な場合には、外縁を２．５倍としても良く、半値全幅より大きくなるほどノイズ光の影響が小さくなる。
【０１１７】
この場合も、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例１５】
【０１１８】
次に、図１８を参照して本発明の実施例１５の光源モジュールを説明するが、実施例１４の光源モジュールにおいて、光源と入力光導波路との間にレンズを設けたものである。図１８は本発明の実施例１５の光源モジュールの概念的構成図である。図１８に示すように、青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４との間にレンズ４６〜４８を設ける。
【０１１９】
この場合のレンズ４６〜４８としては、例えば、焦点距離が０．５４ｍｍで球の直径が１ｍｍの微小球レンズを用い、微小球レンズで集光した光ビームを入力光導波路２３〜２５に入射する。集光レンズは微小球レンズに限られるものではなく、ＧＲＩＮ（屈折率分布型）レンズを用いても良い。
【０１２０】
実施例１５においても、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにしているので、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合も、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良い。
【実施例１６】
【０１２１】
次に、図１９を参照して本発明の実施例１６の光源モジュールを説明するが、実施例１４の光源モジュールにおける光源として半導体レーザの代わりに、光ファイバ出力端を用いた以外は実施例１４と同様である。但し、Ｓｉ基板のサイズは、長さ１０ｍｍで、幅３．１ｍｍとする。
【０１２２】
光ファイバ５３〜５５の出力端における赤色ビームの発光波長は６４０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は５ｄｅｇ．であり、出力は５ｍＷである。緑色ビームの発光波長は５３０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は５ｄｅｇ．であり、出力は５ｍＷである。青色ビームの波長は４５０ｎｍであり、横方向ビーム拡がり全角は５ｄｅｇ．であり、出力は５ｍＷである。
【０１２３】
光合波器に入射後のクラッド部における赤色ビームの横方向ビーム拡がり全角θＲ、緑色ビームの横方向ビーム拡がり全角θＧ及び青色ビームの横方向ビーム拡がり全角θＢは夫々３．５ｄｅｇ．である。なお、入力光導波路２３の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、１．３ｍｍであり、入力光導波路２４の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、０．８ｍｍであり、入力光導波路２５の入力端と出力光導波路２８の出力端２９の配置間隔は、０．８ｍｍである。
【０１２４】
実施例１６においても、各放射光の外縁が出力端２９に掛からないようにしているので、合波された信号光に混入したクラッド部を伝搬してきたクラッドモード光の割合を１％以下に抑えることができる。この場合も、実施例２と同様に、光源として半導体レーザダイオードチップの代わりに、ＬＥＤチップを用いても良いし、実施例３と同様に出力光導波路２８の出力端２９の近傍に光遮蔽膜を設けても良いし、実施例４或いは実施例５のような光合波部としても良いし、さらには、光ファイバ５３〜５５と入力光導波路２３〜２５との間に集光レンズを設けても良い。
【実施例１７】
【０１２５】
次に、本発明の実施例１７の２次元光走査装置を説明するが、光合波器の構成が異なるだけで、基本的構成は図２０に示した２次元光走査装置と同じであるので、図２０を借用して説明する。本発明の実施例１７の２次元光走査装置は、図２０の２次元光走査装置における光合波器６２を上述の実施例１に示した光合波器に置き換えたものである。なお、この光合波器は、実施例２乃至実施例１３に示した光合波器に置き換えても良い。さらには、図１８或いは図１９に示したように、レンズを設けても良いし、光源を光ファイバに置き換えても良い。
【実施例１８】
【０１２６】
次に、本発明の実施例１８の画像形成装置を説明するが、光合波器の構成が異なるだけで、基本的構成は図２１に示した画像形成装置と同じであるので、図２１を借用して説明する。本発明の実施例１８の画像形成装置は、図２１の画像形成装置における光合波器６２を上述の実施例１に示した光合波器に置き換えたものである。なお、この光合波器は、実施例２乃至実施例１３に示した光合波器に置き換えても良い。さらには、図１８或いは図１９に示したように、レンズを設けても良いし、光源を光ファイバに置き換えても良い。
【０１２７】
この画像形成装置は、従来と同様に制御ユニット７０は、制御部７１、操作部７２、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）７３、Ｒレーザドライバ７４、Ｇレーザドライバ７５、Ｂレーザドライバ７６及び２次元走査ドライバ７７を有している。制御部７１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイコンなどで構成される。制御部７１は、ＰＣなどの外部機器から外部Ｉ／Ｆ７３を介して供給される画像データに基づいて、画像を合成するための要素となるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号、水平信号及び垂直信号を発生する。制御部７１は、Ｒ信号をＲレーザドライバ７４に、Ｇ信号をＧレーザドライバ７５に、Ｂ信号をＢレーザドライバ７６に、それぞれ送信する。また、制御部７１は、水平信号及び垂直信号を２次元走査ドライバ７７に送信し、電磁コイル６４に印加する電流を制御して可動ミラー部６３の動作を制御する。
【０１２８】
Ｒレーザドライバ７４は、制御部７１からのＲ信号に応じた光量の赤色レーザ光を発生させるように赤色半導体レーザチップ３４を駆動する。Ｇレーザドライバ７５は、制御部７１からのＧ信号に応じた光量の緑色レーザ光を発生させるように、緑色半導体レーザチップ３３を駆動する。Ｂレーザドライバ７６は、制御部７１からのＢ信号に応じた光量の青色レーザ光を発生させるように、青色半導体レーザチップ３２を駆動する。各色のレーザ光の強度比を調整することによって、所望の色を有するレーザ光が合成可能となる。
【０１２９】
青色半導体レーザチップ３２、緑色半導体レーザチップ３３及び赤色半導体レーザチップ３４で発生した各レーザ光は、光合波器の光合波部２７で合波されたのち、可動ミラー部６３で２次元的に走査される。走査された合波レーザ光は、凹面反射鏡７８で反射されて瞳孔７９を介して網膜８０に結像される。
【符号の説明】
【０１３０】
１  基板
２  下部クラッド層
３１〜３３  コア層
４  上部クラッド層
５１〜５４  入力光導波路
５５  光導波路
６  クラッド部
７  光合波部
８１〜８６  結合部
９  出力光導波路
１０，１０１〜１０３  入力端
１１  出力端
１２１〜１２３  光源
１３１〜１３３  活性層
１４，１４１〜１４３  クラッドモード光
１５  クラッドモード光分布
１６  合波出力光分布
２１  Ｓｉ基板
２２  ＳｉＯ２膜
２３〜２５，２５１，２５２  入力光導波路
２６  上部クラッド層
２７,３６,４４  光合波部
２８，４５  出力光導波路
２９  出力端
３２  青色半導体レーザチップ
３３  緑色半導体レーザチップ
３４，３４１，３４２  赤色半導体レーザチップ
３５  光遮蔽膜
３７〜３９  上部クラッド層
４０〜４２  下部クラッド層  
４６〜４８  レンズ
５０  合波出力光
５１  クラッドモード光
５２  ノイズ光
５３〜５５  光ファイバ
６１  基板
６２  光合波器
６３  可動ミラー部
６４  電磁コイル
７０  制御ユニット
７１  制御部
７２  操作部
７３  外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）
７４  Ｒレーザドライバ
７５  Ｇレーザドライバ
７６  Ｂレーザドライバ
７７  ２次元走査ドライバ
７８  凹面反射鏡
７９  瞳孔
８０  網膜
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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