(57)【要約】【課題】より効率良く必要な精度で合波することのできる光合波器及び光合波器の製造方法を提供する。【解決手段】入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から入射された複数の光線を所定範囲内に集約された出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２から出射させる合波器１であって、ガイド基板１１と、少なくとも入光端から第１の範囲と、出光端から第２の範囲とでガイド基板に固定され、入光端から入射された光線を出光端へ各々導く複数本の光ファイバ１２と、を備え、ガイド基板には、少なくとも第１の範囲及び第２の範囲で複数本の光ファイバが各々個別にはめ込まれる複数のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを有し、複数の光ファイバは、複数のガイド溝の内部で各々固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光端から入射された複数の光線を所定範囲内に集約された出光端から出射させる光合波器であって、
基板と、
少なくとも前記入光端から第１の範囲と、前記出光端から第２の範囲とで前記基板に固定され、前記入光端から入射された光線を前記出光端へ各々導く複数本の光ファイバと、
を備え、
前記基板には、少なくとも前記第１の範囲及び前記第２の範囲で前記複数本の光ファイバが各々個別にはめ込まれる複数の溝部を有し、
前記複数の光ファイバは、前記複数の溝部の内部で各々固定されている
ことを特徴とする光合波器。
【請求項２】
前記複数の光ファイバは、前記複数の溝部の内部で各々接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１記載の光合波器。
【請求項３】
前記第１の範囲と前記第２の範囲とは、互いに離隔して設けられ、
前記複数の溝部は、互いに平行な直線状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光合波器。
【請求項４】
前記複数の溝部の底面は、前記第１の範囲外かつ前記第２の範囲外で前記複数本の光ファイバが設けられる面とは異なる面内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の光合波器。
【請求項５】
前記複数の溝部は、少なくとも前記第２の範囲内において断面視矩形形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光合波器。
【請求項６】
前記複数の溝部は、少なくとも前記第２の範囲内において断面視Ｖ字型形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光合波器。
【請求項７】
前記複数の光ファイバは、シングルモードであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光合波器。
【請求項８】
基板と、入光端から入射された光線を出光端へ各々導く複数本の光ファイバと、を備え、前記入光端から入射された複数の光線を所定範囲内に集約して前記出光端から出射させる光合波器の製造方法であって、
前記基板に対し、少なくとも前記入光端から第１の範囲及び前記出光端から第２の範囲に複数の溝部を形成する溝部形成ステップ、
前記複数本の光ファイバを前記溝部にはめ込んで固定するファイバ固定ステップ、
を備えることを特徴とする光合波器の製造方法。
【請求項９】
前記ファイバ固定ステップでは、前記光ファイバを接着剤により前記溝部の内部に固定することを特徴とする請求項８記載の光合波器の製造方法。
【請求項１０】
前記基板に前記溝部から空気を吸引するための吸引孔を設ける吸引孔形成ステップを含み、
前記ファイバ固定ステップでは、前記吸引孔を介して前記溝部から空気を吸引しながら前記光ファイバを前記溝部に各々はめ込む
ことを特徴とする請求項９記載の光合波器の製造方法。
【請求項１１】
前記ファイバ固定ステップでは、形成された前記複数の溝部の内部に二酸化ケイ素を埋め込むことで前記光ファイバを形成し、固定することを特徴とする請求項８記載の光合波器の製造方法。
【請求項１２】
複数形成された前記光合波器を各々切り分けるダイシングステップを含み、
前記溝部形成ステップでは、隣接する２つの前記光合波器に係る前記複数の溝部の向きを互い違いにすることで連続的に形成し、
前記ファイバ固定ステップでは、前記２つの光合波器について連続的に形成された前記複数の溝部に各々連続した前記複数の光ファイバを固定する
ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の光合波器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光合波器及び光合波器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の可視光やその周辺波長の電磁波を合波して出力し、画像の表示やセンシングなどに用いる技術がある。近年、ＲＧＢ各色のレーザ発光素子から出射されたレーザ光を合波して出力し、ＭＥＭＳミラーなどを用いて走査（スキャン）させることで二次元画像を出力する小型で軽量なレーザプロジェクタを携帯機器などに搭載する提案などがなされている。これらのレーザプロジェクタを用いて、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）やメガネ型表示端末などのウェアラブル端末、車のフロントガラス、建築構造物の壁面や窓などに対してナビゲーション情報や広告（デジタルサイネージ）などの種々の表示を行う技術が開発されている。
【０００３】
このようなレーザプロジェクタにおける複数波長の合波器としては、従来、ダイクロイックミラー（波長選択性反射鏡）や偏光フィルタを用いるものが広く知られている。しかしながら、従来の構成では、小型化するのが難しいという問題がある。これに対し、複数の光ファイバを束ねて固定したり、溶着させたりすることで一体化させて各光ファイバから光を出力させ、合波する技術がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２４０９５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、複数のレーザ光の軸を必要な精度で一致させて合波するのが難しく、手間やコストの増大といった効率の低下につながるという課題がある。
【０００６】
この発明の目的は、より効率良く必要な精度で合波することのできる光合波器及び光合波器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
入光端から入射された複数の光線を所定範囲内に集約された出光端から出射させる光合波器であって、
基板と、
少なくとも前記入光端から第１の範囲と、前記出光端から第２の範囲とで前記基板に固定され、前記入光端から入射された光線を前記出光端へ各々導く複数本の光ファイバと、
を備え、
前記基板には、少なくとも前記第１の範囲及び前記第２の範囲で前記複数本の光ファイバが各々個別にはめ込まれる複数の溝部を有し、
前記複数の光ファイバは、前記複数の溝部の内部で各々固定されている
ことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光合波器において、
前記複数の光ファイバは、前記複数の溝部の内部で各々接着剤により固定されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光合波器において、
前記第１の範囲と前記第２の範囲とは、互いに離隔して設けられ、
前記複数の溝部は、互いに平行な直線状に配置されている
ことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光合波器において、
前記複数の溝部の底面は、前記第１の範囲外かつ前記第２の範囲外で前記複数本の光ファイバが設けられる面とは異なる面内に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光合波器において、
前記複数の溝部は、少なくとも前記第２の範囲内において断面視矩形形状であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光合波器において、
前記複数の溝部は、少なくとも前記第２の範囲内において断面視Ｖ字型形状であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光合波器において、
前記複数の光ファイバは、シングルモードであることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載の発明は、
基板と、入光端から入射された光線を出光端へ各々導く複数本の光ファイバと、を備え、前記入光端から入射された複数の光線を所定範囲内に集約して前記出光端から出射させる光合波器の製造方法であって、
前記基板に対し、少なくとも前記入光端から第１の範囲及び前記出光端から第２の範囲に複数の溝部を形成する溝部形成ステップ、
前記複数本の光ファイバを前記溝部にはめ込んで固定するファイバ固定ステップ、
を備えることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の光合波器の製造方法において、
前記ファイバ固定ステップでは、前記光ファイバを接着剤により前記溝部の内部に固定することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光合波器の製造方法において、
前記基板に前記溝部から空気を吸引するための吸引孔を設ける吸引孔形成ステップを含み、
前記ファイバ固定ステップでは、前記吸引孔を介して前記溝部から空気を吸引しながら前記光ファイバを前記溝部に各々はめ込む
ことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１記載の発明は、請求項８記載の光合波器の製造方法において、
前記ファイバ固定ステップでは、形成された前記複数の溝部の内部に二酸化ケイ素を埋め込むことで前記光ファイバを形成し、固定することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１２記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の光合波器の製造方法において、
複数形成された前記光合波器を各々切り分けるダイシングステップを含み、
前記溝部形成ステップでは、隣接する２つの前記光合波器に係る前記複数の溝部の向きを互い違いにすることで連続的に形成し、
前記ファイバ固定ステップでは、前記２つの光合波器について連続的に形成された前記複数の溝部に各々連続した前記複数の光ファイバを固定する
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に従うと、光合波器においてより効率良く必要な精度で合波することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の合波器を示す全体斜視図である。
【図２】合波器の出光端付近を拡大して示した図である。
【図３】合波器の製造方法の手順を示す図である。
【図４】合波器の製造方法の手順を示す図である。
【図５】第２実施形態の合波器を示す全体斜視図である。
【図６】第３実施形態の合波器の出光端付近を拡大して示す斜視図である。
【図７】第４実施形態の合波器を示す全体斜視図である。
【図８】第５実施形態の合波器を示す全体斜視図である。
【図９】合波器におけるガイド溝の変形例を示す出射面の図である。
【図１０】合波器におけるガイド溝の変形例を示す出射面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の合波器１を示す全体斜視図である。
【００２２】
合波器１（光合波器）は、ガイド基板１１（基板）と、複数本の光ファイバ１２とを有する。
ガイド基板１１としては、ここでは、半導体製品の製造に一般に用いられるシリコン基板が用いられ、ダイス状（直方体形状）に形成される。
【００２３】
光ファイバ１２は、ここでは、Ｒ（赤）色光を導く光ファイバ１２Ｒ、Ｇ（緑）色光を導く光ファイバ１２Ｇ、及びＢ（青）色光を導く光ファイバ１２Ｂの三本がガイド基板１１の一の面に各々載置されている。各光ファイバ１２の入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１は、入射されるレーザ光（複数の光線）、ここでは、半導体レーザダイオードの配置間隔に応じた間隔で設けられる。出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２は、合波精度に応じた狭い範囲（所定範囲内）に集約される。これにより、入射光が合波されて出射される。したがって、半導体レーザダイオードの幅方向についてのサイズ（数ミリメートル）に対応し、３〜４つの半導体レーザダイオードに対して幅方向について必要な幅は、１０ｍｍ以下程度で抑えられ得る。
【００２４】
光ファイバ１２としては、ここでは、１０μｍ径以下のシングルモード光ファイバが好ましく用いられる。このような光ファイバ１２は、コア（シングルモードでは、通常コア径が１０μｍ以下）に対してクラッドを十分に薄くすることで形成されるものであり、被覆はなされない。しかしながら、このように微細な光ファイバ１２の太さを一様に形成するのは、現状では困難であり、現状では、±１０％程度の誤差が生じる。ここでは、例えば、光ファイバ１２として、９μｍ径を基準として、実際には、８〜１０μｍ径程度のものが用いられる。
なお、図１では、説明の便宜上、上述の実スケールに比してガイド基板１１に対する光ファイバ１２のサイズを大きく（太く）示している。
【００２５】
光ファイバ１２は、それぞれ、入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から所定の範囲（第１の範囲）及び出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２から所定の範囲（第２の範囲）においてはガイド基板１１の側面に垂直に互いに平行な直線状に配置され、当該直線区間の間では、必要に応じて曲線形状をとる。この曲線形状は、入射光がコア内で全反射される条件を満たす範囲で曲率半径の下限値が定められ、更に、光ファイバ１２にかかる張力を低減するために、局所的に曲率半径が小さい部分を有しないことが好ましい。このような形状としては、例えば、ベジエ曲線が挙げられる。
【００２６】
光ファイバ１２の両端、すなわち、入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１及び出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２は、それぞれ、上記直線区間の延在方向に垂直かつ平滑であることが好ましい。端部に凹凸があると、これにより入射光や出射光の乱反射などにより損失が生じる。また、入射面や出射面が入射方向及び出射方向に対して傾きがあると、屈折により光の向きが変わり、内部での反射回数が増大したり、光ファイバ内で全反射されずに飛び出して損失になったりする。
【００２７】
図２は、合波器１の出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２付近を拡大して示した図である。
【００２８】
３本の光ファイバ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、ガイド基板１１の上面にそれぞれ設けられた３つの断面視矩形形状のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ（複数の溝部）に個別にはめ込まれた形で互いに接触しない配置で設けられている。ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにおける光ファイバ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの隙間は、接着部材１１１（接着剤）により埋め込まれて各々固定されている。ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、上述の光ファイバ１２の径に係る誤差に基づいて想定される最大幅、すなわちここでは１０μｍの幅（光ファイバ１２の延在方向に垂直な方向）を有し、微小な壁幅を介して出光端が等間隔に配置されている。また、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの深さ（ガイド基板１１の上面に垂直な方向）は、特には限られないが、少なくとも光ファイバ１２の最大半径（ここでは、５μｍ）以上であることが好ましく、光ファイバ１２の最大径（１０μｍ）又はこれより僅かに大きい程度がより好ましい。
【００２９】
接着部材１１１としては、特には限られないが、接着硬化後の変形、特に、合波器１の使用時における高熱による膨張などによる光ファイバ１２の位置ずれを防止するために、硬度が高いもの、例えば、紫外線硬化エポキシ樹脂などが用いられる。
【００３０】
図３及び図４は、合波器１の製造方法の手順を示す図である。
合波器１の製造では、まず、シリコンウェハ１１０上に複数の合波器に応じたガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを形成する（図３（ａ）；溝部形成ステップ）。ここでは、レーザ光の入射／出射方向について隣接するガイド基板１１の形成エリアについて、連続的なガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが設けられる。これらは、通常の半導体素子製造プロセスと同様に、フォトレジスト膜とマスクなどを用いてシリコンウェハ１１０の上面にガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの位置以外を覆うレジストパターンを生成し、当該レジストパターンに従ってエッチングを行うことで形成される。この場合ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、適切に十分な深さが得られるように、例えば、反応性イオンエッチング（深掘りＲＩＥ）などのドライエッチングが用いられるが、これに限られない。すなわち、ウェットエッチングによりガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが形成されてもよい。
【００３１】
ここでは、シリコンウェハ１１０上で隣接する合波器について、出光端同士及び入光端同士が接するように一つおきに向きを反転させて（すなわち、互い違いに配置し）、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂがそれぞれ複数の合波器について連続的な形状とさせる。これにより、後にこれらガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部に光ファイバ１２をはめ込む際に、複数の合波器に対して三本の光ファイバを各々個別にはめ込むのではなく、共通の連続した三本の光ファイバ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂのみをはめ込めばよくなる。したがって、光ファイバ１２のはめ込み動作の効率が大きく向上する。
【００３２】
このとき、又はこの後、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの位置を規定するための基準標識１１３が複数、例えば、合波器一つ当たり３箇所に設けられるとよい。形成された合波器１と入射光を出射するレーザダイオードとの位置合わせを行う際に、これらの基準標識１１３により相対位置関係（位置及び角度）が容易に調整され得る。基準標識１１３としては、位置を容易に特定可能なものであればよく、円形状のほか十字形状などであってもよい。これらの形状は、同様にエッチングによって合波器に掘り込まれてもよいし、アルミニウムや金などがスパッタリングなどにより成膜されて形成されてもよい。あるいは、別途レーザ加工がなされてもよい。
【００３３】
次に、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに沿ってシリコンウェハ１１０の上下面を貫通する吸気孔１１２（吸引孔）を各々形成する（図３（ｂ）；吸引孔形成ステップ）。吸気孔１１２は、エッチング、レーザ光やドリルなど種々の周知の方法を用いて形成され得る。吸気孔１１２の形状は、ここでは、略円筒形であるが、これに限られない。吸気孔１１２のサイズは、空気の流通に支障がなく、かつ次のステップで当該吸気孔１１２を介して空気を吸引する際に、光ファイバ１２の曲げ張力と空気の吸引力とに応じて当該光ファイバ１２が吸気孔１１２内に大きく引き込まれない、すなわち、局所的に問題となるほど小さい曲率半径の部位を生じさせない程度とされる。
【００３４】
この吸気孔１１２を介してシリコンウェハ１１０の上面側から下面側へ空気を吸引しながらガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにそれぞれ沿って光ファイバ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂをはめ込む（図４（ａ））。これにより、３本の光ファイバ１２は、空気とともにガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ内に引き込まれ、また、一度はめ込まれた各光ファイバ１２が自身の張力によりガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから飛び出すのを防止する。
【００３５】
ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部に接着部材１１１を注入し、固化定着させる（図４（ｂ））。上述のように紫外線硬化エポキシ樹脂が用いられる場合には、接着部材１１１の注入後にこれら接着部材１１１に対して所定波長の紫外線を照射する。このとき、一度にガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの全体に対して接着部材１１１を注入せず、上述の吸気孔１１２と異なる位置に注入させて部分的に光ファイバ１２を固定してから、吸引動作を中止させた後、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの残りの部分に接着部材１１１を注入するなどとしてもよい。
図４（ａ）、図４（ｂ）に示した一連の工程が本実施形態の光合波器の製造方法においてファイバ固定ステップを構成する。
【００３６】
接着部材１１１の固化定着後、シリコンウェハ１１０から各合波器１を切り出す（図４（ｃ）；ダイシングステップ）。これにより、合波器１が複数形成される。このとき、上述のように、切り離された両側がそれぞれ共通に入光端又は出光端となる。
【００３７】
また、切り出された合波器１の切断面を研磨部材４００を用いて研磨する。切断面に凹凸や傷などがあると、入射光や出射光が不適切な方向に反射（乱反射）されて光量の低下（損失）につながるので、この研磨により入射面や出射面を平滑化（平坦）する（図４（ｄ））。研磨動作は、切断された複数の合波器１に対し、切断面をそろえてこれらを積み重ね、及び／又は並べて配列して同時並行的に行われ得る。このとき、上述のように、接着部材１１１として硬度の高いものが用いられることで、研磨される際に加わる力により、固定された光ファイバ１２の入出射方向が入出射面に対して垂直でなくなるのが抑止される。また、硬化後の粘性により研磨くずが研磨部材に付着するのが抑制される。
【００３８】
以上のように、本実施形態の合波器１は、入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から入射されたＲＧＢ各色の光を所定範囲内に集約された出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２から出射させるものであって、ガイド基板１１と、少なくとも入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から第１の範囲と、出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２から第２の範囲とでガイド基板１１に固定され、入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から入射された光線を出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２へ各々導く３本の光ファイバ１２と、を備える。ガイド基板１１には、少なくとも第１の範囲及び第２の範囲で３本の光ファイバ１２が各々個別にはめ込まれる複数のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを有し、３本の光ファイバ１２は、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部で各々固定されている。
このように、本実施形態の合波器１は、複数の光を完全に同一としてまとめて出力させるのではなく、微小間隔で並列に出力させる。現在の光ファイバのコア径である１０μｍ程度の間隔で出射された光は、人間が個別の光として認識できない閾値より小さい程度であるので、配置間隔及び光の出射方向を精度良く定めることで、事実上複数の光を合波させたのと同等の効果を得ることができる。合波器１では、複数の光ファイバ１２を少なくとも入光端と出光端で各々個別にはめ込むガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが設けられている。現在、光ファイバ１２のクラッド外周面の形成精度と比較して、基板、特にシリコン基板に対する半導体素子製造技術を用いた溝部などの加工精度は非常に高い。このような差により、単に複数の光ファイバを束ねるだけでは、光ファイバ間及び光ファイバ内での当該光ファイバの太さのばらつきの影響が互いに重なって出射光の間隔や向きが不ぞろいとなり、精度良く定まらず、きれいに合波されないが、各々個別のガイド溝にはめ込むことで、複数の光ファイバが略均等間隔で平行に配置される。したがって、この合波器１では、精度よく合波された一条の光を効率良く安定して出射させることができる。
【００３９】
また、調芯のための構成が不要となり、容易かつ堅牢な構成で小型化することができるので、特に携帯機器に内蔵して用いる場合に好適に利用することができる。また、これにより、コストの低減や製造効率の向上が効果的に図られる。また、画像表示だけではなく、画像処理や光通信に係るデータ伝送についても、好適に安定して用いられ得る。
【００４０】
また、特に、従来の中空導波路などを用いた合波器では、主に可視光帯での導波路による光伝送効率が悪く、シングルモードのレーザダイオード素子の出力では十分な出力が得られないという問題があったが、このような構成により十分な光量を容易に得ることができ、これにより、種々の用途において実用に供することが可能になる。
【００４１】
また、安価で安定して光伝送効率の高い光ファイバ１２と、微細な構造にまで対応する技術が確立されている半導体素子の製造プロセスとを組み合わせることで、精度の良い合波器１を効率良く大量生産することが可能となる。
【００４２】
また、このような非常に小さい合波器にレーザダイオード素子やＭＥＭＳミラーなどを組み合わせることで、小型軽量なプロジェクタを生産することが可能となり、スマートフォンや携帯電話などの携帯機器に搭載することで、より多様な状況で画像表示を行うことが可能になる。例えば、通常のフロントプロジェクタやＨＵＤの他、曲面ディスプレイ、車両用ダッシュボードディスプレイや車両用電子ミラーなどについて、リアプロジェクタとして用いることも可能である。
【００４３】
また、３本の光ファイバ１２は、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部で接着部材１１１により固定されている。このように、光ファイバ１２は、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに埋め込まれた状態で接着されるので、固定時におけるその位置や向きの調整が容易である。また、光ファイバ１２をより確実に適切な位置で固定することができる。
【００４４】
また、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、少なくとも出射側の第２の範囲内において断面視矩形形状である。このような形状により、光ファイバ１２のサイズ径の微小誤差や外周形状の微小なゆがみの影響を低減して容易に適切な間隔及び向きで複数の光線（レーザ光）を集約して出射させることができる。
【００４５】
また、３本の光ファイバ１２は、シングルモードである。シングルモードの光ファイバとＭＥＭＳミラーなどを組み合わせることで、非常に小型なプロジェクタを構成することができ、本実施形態の合波器１により、このようなプロジェクタについて各画素の光の合波に係る精度を容易かつ確実に向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態の合波器１の製造方法は、ガイド基板１１に対し、少なくとも入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１から第１の範囲及び出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２から第２の範囲にガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを形成する溝部形成ステップ、光ファイバ１２を各々ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにはめ込んで固定するファイバ固定ステップ、を含む。
このように、複数の光ファイバ１２を少なくとも入光端と出光端で各々個別にはめ込むガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを設け、この内部に光ファイバ１２をそれぞれ固定することで、単に複数の光ファイバを束ねるだけでは、光ファイバ間及び光ファイバ内での当該光ファイバの太さのばらつきの影響が互いに重なって生じるような出射光の間隔や向きの不ぞろいを低減し、精度良く合波された一条の光を効率良く安定して出射可能に合波器１を形成することができる。
【００４７】
また、ファイバ固定ステップでは、光ファイバ１２を接着部材１１１によりガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部に固定する。
これにより、光ファイバ１２は、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに埋め込まれた状態で接着されるので、固定時におけるその位置や向きを容易に精度良く適切に定めることができる。
【００４８】
また、ガイド基板１１にガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから空気を吸引するための吸気孔１１２を設ける吸引孔形成ステップを含み、ファイバ固定ステップでは、吸気孔１１２を介してガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから空気を吸引しながら光ファイバ１２をガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに各々はめ込む。
微細な光ファイバ１２、特に、１０μｍ程度のシングルモードの光ファイバ１２を同等の幅のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに機械的に確実に挿入するには、精密な作業が必要であり手間がかかる。また、曲線状の光ファイバ１２には張力が生じ、接着部材１１１により固定されるまで全体を確実にガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ内に留めておくのにも難しい。このときに、空気の流れによって光ファイバ１２をガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ内に引き込んで維持することで、より容易に光ファイバ１２をガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ内に固定することが可能となる。
【００４９】
また、複数形成された合波器１を各々切り分けるダイシングステップを含み、溝部形成ステップでは、隣接する２つの合波器１に係る３つのガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの向きを互い違い（反対向き）にすることで、入光端同士、及び出光端同士が各々隣接するように配置させてガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂをそれぞれ当該複数の合波器１について連続的に形成し、ファイバ固定ステップでは、２つの合波器１について連続的に形成された複数のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに各々連続した３本の光ファイバ１２を固定する。
このように、複数の合波器１について、光ファイバ１２の挿入を一括して行うことを可能として、光ファイバ１２のはめ込み及び接着の回数を低減させる。これにより、上述のような手間を大きく減らすことができる。
【００５０】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の合波器について説明する。
図５は、第２実施形態の合波器１ａを示す全体斜視図である。
【００５１】
合波器１ａは、３本の光ファイバ１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが載置されるガイド基板１１ａの形状が第１実施形態の合波器１と異なる点を除いて同一である。
【００５２】
ガイド基板１１ａは、光ファイバ１２の入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１が含まれる入射面から当該光ファイバ１２の出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２が含まれる出射面までの間で、当該入射面を含む所定の一部範囲１１ａ１（第１の範囲）と、出射面を含み一部範囲１１ａ１と離隔した所定の一部範囲１１ａ２（第２の範囲）で厚みが他の部分よりも大きく形成されている。ガイド溝は、入光端１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１の位置から当該一部範囲１１ａ１に設けられた入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１と、出光端１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２の位置から一部範囲１１ａ２に設けられた出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２とに分けられ、厚みがこれら一部範囲１１ａ１、１１ａ２よりも小さい中央部分には設けられていない。
【００５３】
入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１及び出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２は、いずれも互いに平行な直線状とすることができる。これにより、光ファイバ１２への光の入射角度及び光ファイバ１２からの光の出射角度を必要な精度内で固定しつつ、中間の曲線部分については厳密に光ファイバ１２の経路を定めない。
【００５４】
この場合、ガイド基板１１ａに光ファイバ１２を載置させる際、当該ガイド基板１１ａにおける上述の一部範囲１１ａ１、１１ａ２でのみ入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１及び出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２の内部にそれぞれ光ファイバ１２をはめ込めばよいので、微細な光ファイバ１２を細いガイド溝に全てはめ込む（実装する）手間を低減することができる。ガイド溝が設けられていない区間では、光ファイバ１２は、両側のガイド溝の位置関係に応じて無理のない形状で自由に配置される。この区間における光ファイバ１２は、ガイド基板１１ａに接着部材１１１で接着固定されてもよいし、接着固定されなくてもよい。
【００５５】
ガイド基板１１ａにおける厚みの異なる部分間での厚みの差は、ここでは、ガイド溝の深さより大きく（ガイド溝の底面を含む面と厚みが薄い部分の面とは異なる面内に）定められる。すなわち、光ファイバ１２は、両端のガイド溝間でガイド基板１１ａの厚み方向に若干位置が変化する形状で配置され得る。
【００５６】
以上のように、第２実施形態の合波器１ａでは、第１の範囲（一部範囲１１ａ１）と前記第２の範囲（一部範囲１１ａ２）とは、互いに離隔して設けられ、出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２は、互いに平行な直線状に設けられ、また、入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ２が互いに平行な直線状に設けられている。
このように、光ファイバ１２のはめこみ部分を直線状に形成することで、光の入出射方向を容易にそろえやすい。また、これにより光ファイバ１２に不要な張力をかけないので、当該光ファイバ１２をはめ込む際に安定して内部に留めておきやすく、製造の手間やコストを低減することができる。
【００５７】
また、入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１及び出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２の底面（開口側から最も奥の部分）は、第１の範囲（一部範囲１１ａ１）外かつ第２の範囲（一部範囲１１ａ２）外で３本の光ファイバ１２が設けられる面とは異なる面内に設けられている。
すなわち、合波器１ａの内側では、第１の範囲及び第２の範囲のそれぞれ境界で若干の段差ができるので、光ファイバ１２による光の伝送に悪影響を与えない範囲で当該光ファイバ１２がより確実に入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１及び出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２の奥側に入り込みやすくすることができる。
【００５８】
また、合波器１ａでは、両端の第１の範囲（一部範囲１１ａ１）及び第２の範囲（一部範囲１１ａ２）でのみ入光側ガイド溝１１Ｒ１、１１Ｇ１、１１Ｂ１及び出光側ガイド溝１１Ｒ２、１１Ｇ２、１１Ｂ２を設けるので、固定位置や方向にそれほど精度を要求されない部分で光ファイバ１２をはめ込む手間を低減させることができる。
【００５９】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の合波器について説明する。
図６は、第３実施形態の合波器１ｂの出光端付近を拡大して示す斜視図である。
【００６０】
この合波器１ｂのガイド基板１１は、第１実施形態の合波器１におけるガイド基板１１と同一である。このガイド基板１１に対し、この合波器１ｂでは、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに光ファイバ１２をはめ込む代わりに光ファイバに相当する構造１２Ｓを形成する。
【００６１】
すなわち、合波器１ｂでは、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが形成された後、これらガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部には、少なくとも光ファイバのコアに相当するＳｉＯ２（二酸化ケイ素）が埋め込まれる処理がなされる。この処理は、通常の半導体素子製造プロセスと同様に行われてよい。例えば、ガイド基板１１上の全面にＳｉＯ２膜を形成した後に、ガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ以外の部分におけるこのＳｉＯ２膜を研磨処理により取り除くこととしてもよい。
【００６２】
以上のように、第３実施形態の合波器１ｂは、ファイバ固定ステップにおいて、形成された複数のガイド溝１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの内部に二酸化ケイ素を埋め込むことで光ファイバに相当する構造１２Ｓを形成し、固定する。このような処理は、半導体素子の製造プロセス内で容易に実行可能であり、特殊な設備を要さずに容易に光、特に可視光の伝送効率が高く、適正に各色の光を合波することのできる合波器１ｂを得ることができる。
【００６３】
［第４実施形態、第５実施形態］
次に、第４実施形態及び第５実施形態の合波器について説明する。
図７は、第４実施形態の合波器１ｃを示す全体斜視図である。
【００６４】
合波器１ｃのガイド基板１１ｃでは、入射面と出射面が垂直に配置されている。これに伴い、ガイド基板１１ｃは、出射面の幅が長くなり、また、出射面に垂直な方向の幅が短くなっている。出射面に垂直な方向の幅は、光ファイバ１２の曲率半径の下限値に基づいて定められる。
【００６５】
図８は、第５実施形態の合波器１ｄを示す全体斜視図である。
【００６６】
合波器１ｄのガイド基板１１ｄでも、合波器１ｃのガイド基板１１ｃと同様に、入射面と出射面が垂直に配置されている。このガイド基板１１ｄでは、第２実施形態の合波器１ａと同様に、ガイド溝は、入光端を含む一部と出光端を含む一部にのみ設けられており、ガイド基板１１ｄは、これらガイド溝が設けられる部分のみをなすようにＬ字型形状をしている。すなわち、光ファイバ１２は、両端のガイド溝の間をガイド基板１１ｄに載置、固定されず単純に結ばれている。
【００６７】
これら第４実施形態の合波器１ｃ及び第５実施形態の合波器１ｄであっても、少なくとも入出光端において適切に光ファイバ１２をはめ込んで光伝送効率と合波精度の高い合波を行うことが可能となる。したがって、レーザ光の出力装置などの形状やサイズなどに応じて適切な形状及びサイズの合波器により柔軟かつコンパクトに各構成を配置することができる。
【００６８】
［変形例］
図９及び図１０は、各実施形態の合波器におけるガイド溝の変形例を示す出射面の図である。
【００６９】
上記各実施形態では、ガイド溝１１ｅは、断面視矩形形状とされたが、図９（ａ）に示すように、テーパー形状（ここでは断面視Ｖ字型形状だが、底面が平坦なものも含む）とすることができる。この場合、例えば、深さ方向に１／２の位置又は底面から５μｍの位置での幅が１０μｍとなるようにガイド溝が形成される。上述のようにドライエッチングでガイド溝を形成する場合、通常では、自然にテーパー形状になる。
【００７０】
あるいは、テーパー形状（断面視Ｖ字型形状）の深さは、光ファイバ１２のサイズ（径）の半分（半径）よりも浅くてもよい。この場合、上述の各実施形態のようにガイド溝間の隔壁が完全に設けられずとも、各光ファイバ１２の配置を等間隔かつ互いに平行に定めることが可能となる。また、特に、図９（ｂ）に示すように、出射面の側（第２の範囲）において、３つのガイド溝１１ｅ１の間隔が光ファイバ１２のサイズの誤差を考慮した最大値と等しく設けられることで、また、複数の光ファイバ１２の出射光の間に当該ガイド溝に相当する間隔を必要としなくなり、より密に、平行で等間隔な複数の光を出射させることが可能となる。
【００７１】
あるいは、図１０に示すように、ガイド溝１１ｆは、断面視丸型（曲線）形状とされてもよい。この場合、ガイド溝の内部にはめ込まれた光ファイバ１２のサイズによらず複数の光ファイバ１２が幅方向についてガイド溝の中央部に安定して配置され、また、ガイド溝の底面と光ファイバ１２との接触位置が当該中央部に固定される。
その他、ガイド溝の形状は、光ファイバ１２が安定してはめ込まれ得る種々の形状に定められ得る。
【００７２】
このように、複数のガイド溝は、少なくとも出光側の第２の範囲内において断面視Ｖ字型形状や断面視丸型形状とすることができる。このような形状とすることで、光ファイバ１２がガイド溝の内部でより安定して中央に収めて配置することができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ガイド基板１１としてシリコン基板を用いることとして説明したが、その他のもの、例えば、ガラス基板やプラスチックなどの樹脂基板などが用いられてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、複数のシングルモードの光ファイバの光を合波させる場合について説明したが、複数のマルチモードの光ファイバの出射光についても同様の構成を用いて合波させることができる。この場合、本発明に係る合波器は、特に、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）やＬＣＯＳといった反射型プロジェクタ映像装置の光源に係る部材としても使用できる。
【００７５】
また、上記実施の形態では、ＲＧＢ３色の可視光を合波して出力する場合について説明したが、出力光は他の波長の光であっても良く、また、出力光には赤外光（ＩＲ）など可視光外のものが含まれていても良い。また、複数波長の赤外光を合波して出力し、その反射波を検出して反射強度分布を取得する構成を併せて備えることにより、種々のセンシング、特に立体的な構造などの計測に用いても良い。
【００７６】
また、上記実施の形態では、複数の波長の電磁波を合波する場合について説明したが、同一波長の光を合波させることで、特に半導体レーザなどによる出力光量が単独では不足する場合に光量を増強して出力させることが可能になる。
【００７７】
また、上記実施の形態では、ガイド溝全体や第１の範囲内と第２の範囲内とで、当該ガイド溝の断面形状を同一としたが、途中で形状が変化していてもよい。
その他、上記実施の形態で示した構成、構造、形状や製造方法の具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、１ａ〜１ｄ       合波器
１１、１１ａ、１１ｃ、１１ｄ、     ガイド基板
１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、１１ｅ、１１ｅ１、１１ｆ ガイド溝
１１Ｒ１、１１Ｂ１、１１Ｇ１       入光側ガイド溝
１１Ｒ２、１１Ｂ２、１１Ｇ２       出光側ガイド溝
１１ａ１、１１ａ２   一部範囲
１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ       光ファイバ
１２Ｒ１、１２Ｇ１、１２Ｂ１       入光端
１２Ｒ２、１２Ｇ２、１２Ｂ２       出光端
１２Ｓ 構造
１１０ シリコンウェハ
１１１ 接着部材
１１２ 吸気孔
１１３ 基準標識
４００ 研磨部材
【図１】
2019020618.tif 000003
【図２】
2019020618.tif 000004
【図３】
2019020618.tif 000005
【図４】
2019020618.tif 000006
【図５】
2019020618.tif 000007
【図６】
2019020618.tif 000008
【図７】
2019020618.tif 000009
【図８】
2019020618.tif 000010
【図９】
2019020618.tif 000011
【図１０】
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