(57)【要約】  光導波路型光合波器、光導波路型合波光源光学装置及び画像投影装置に関し、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰する。光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路の内で、複数の光源を駆動した場合に、全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の１つを光出射用光導波路とする。
2020184106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の１つを光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない光導波路型光合波器。
【請求項２】
波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない光導波路型光合波器。
【請求項３】
前記光出射用光導波路は、少なくとも出射端近傍以外の領域では直線状の光導波路であり、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は前記光合波器部分の伝搬軸線に対して傾斜している請求項１または請求項２に記載の光導波路型光合波器。
【請求項４】
前記光出射用光導波路は、出射端近傍では前記直線状の光導波路に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項３に記載の光導波路型光合波器。
【請求項５】
前記光出射用光導波路以外の光出射側光導波路が光廃棄用光導波路或いはモニター用光導波路である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項６】
前記光出射側光導波路の数が、前記光入射用光導波路の数と同一である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項７】
前記光出射側光導波路の数が、前記光入射用光導波路の数より少ない請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項８】
前記光合波器部分が、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１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項９】
前記複数の光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項１０】
前記複数の光入射用光導波路の少なくとも１つの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜し、前記複数の光入射用光導波路の残りの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が前記少なくとも一つの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向に対向するように、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項１１】
複数の光源と
前記複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の一つを光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を
有する光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１２】
波長の異なる３つ以上の光源と
前記波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を
有する光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１３】
前記光学部品が、集光レンズ、光ファイバ、或いはそれらの組み合わせを含む光学部品である請求項１１または請求項１２に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１４】
前記光学部品が、少なくとも光走査用光学部品を含む光学部品である請求項１１または請求項１２に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１５】
前記複数の光源が、半導体レーザ或いは発光ダイオードであり、
前記半導体レーザ或いは発光ダイオードが直接或いは集光レンズを介して前記複数の光入射用光導波路と対向配置される請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１６】
前記複数の光源からの光が、複数の光ファイバから出射される光である請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１７】
前記光入射用光導波路の入力パワーから前記光出射用光導波路からの出力パワーに至る光減衰量が、５ｄＢ〜４０ｄＢである請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１８】
前記光合波器部分が、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２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２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、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１９】
前記光合波器部分が、緑色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と前記湾曲部の前後の２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湾曲部で光結合する赤色光を導波する直線状の光導波路とを有し、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２０】
前記光合波器部分が、緑色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と前記湾曲部の前後の２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湾曲部において光結合する湾曲部を有する赤色光を導波する光導波路とを有し、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２１】
前記光合波器部分が、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の内、前記光合波器部分の光の伝搬方向の後段で光結合する光導波路が光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２２】
前記光合波器部分が、赤色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記赤色光を導波する光導波路と前記湾曲部で光結合する緑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前記湾曲部以外の領域で光結合する青色光を導波する光導波路とを有し、
前記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の内、前記光合波器部分の光の伝搬方向の後段で光結合する光導波路が光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２３】
前記光出射側光導波路は基板上に設けられ、
前記光出射用光導波路以外の光出射側光導波路の出射端は前記基板の第１の辺に位置し、
前記光出射用光導波路の出射端は前記第１の辺と交差する第２の辺に位置する請求項１１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２４】
前記光出射用光導波路の向きが、前記光合波器部分の伝搬軸線と±１０°以内で一致している請求項１１乃至請求項２３のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載の光導波路型合波光源光学装置と、
前記光導波路型合波光源光学装置の前記光走査用光学部品により走査された前記合波された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、光導波路型光合波器、光導波路型合波光源光学装置及び画像投影装置に関するものであり、例えば、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰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装置が知られている。その中で、半導体レーザと光導波路型合波器を組み合わせた光ビーム合波光源装置は、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３参照）。【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。【０００４】
図２８は、本発明者による従来の光導波路型光合波器の概念的構成図である（特許文献２参照）。コア層とクラッド層からなる光入射用光導波路２３〜２５、光合波部３０及び光出射側光導波路２８を有し、光入射用光導波路２３は光合波部３０の光結合器３１,３２において光入射用光導波路２４と光結合する。光入射用光導波路２５は光合波部３０の光結合器３３において光入射用光導波路２４と光結合する。【０００５】
青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２、赤色半導体レーザチップ４３が各色に対応する光入射用光導波路２３〜２５の入射端に設置されている。ここで光ビームは、光入射用光導波路２３〜２５のコア層を伝搬し、光導波路型光合波器３０で合波されたのち光入射用光導波路２４の延長部である光出射側光導波路２８の出射端から合波光として出射される。【０００６】
図２９は、本発明者が提案した２次元光走査装置の概略斜視図であり（特許文献６参照）、可動ミラー部８４を形成した基板８５に光導波路型光合波器３０を設け、この光導波路型光合波器３０に青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３を結合させれば良い。可動ミラー部８４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導波路型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導波路型光合波器は、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。【０００７】
図３０は、本発明者が提案した画像投影装置の概略的斜視図であり（特許文献６参照）、上述の２次元走査装置と、電磁コイル８６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る。ここでは、眼鏡型網膜走査ディスプレイとして説明する。【０００８】
この画像形成装置は、制御ユニット９０は、制御部９１、操作部９２、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）９３、Ｒレーザドライバ９４、Ｇレーザドライバ９５、Ｂレーザドライバ９６及び２次元走査ドライバ９７を有している。制御部９１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９１は、ＰＣなどの外部機器から外部Ｉ／Ｆ９３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９１は、Ｒ信号をＲレーザドライバ９４に、Ｇ信号をＧレーザドライバ９５に、Ｂ信号をＢレーザドライバ９６に、それぞれ送信する。また、制御部９１は、水平信号及び垂直信号を２次元走査ドライバ９７に送信し、電磁コイル８６に印加する電流を制御して可動ミラー部８４の動作を制御する。【０００９】
Ｒレーザドライバ９４は、制御部９１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４３を駆動する。Ｇレーザドライバ９５は、制御部９１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４２を駆動する。Ｂレーザドライバ９６は、制御部９１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４１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。【００１０】
青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３で発生した各レーザ光は、光導波路型光合波器の光合波部３０で合波されたのち、可動ミラー部８４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９８で反射されて瞳孔９９を介して網膜１００に結像される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２４２２０７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９５６０３号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／１７０５０５号公報
【特許文献４】米国特許出願公開２０１０／００７３２６２号公報
【特許文献５】国際公開第２０１７／０６５２２５号公報
【特許文献６】特開２０１８−０７２５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
半導体レーザと光導波路型合波器を組み合わせた従来の光ビーム合波光源装置は、例えば、三原色のレーザビームを合波する光ビーム合波光源装置は、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射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、光合波器の出射端から合波された光ビームとして出射される。【００１３】
従来、この種の光ビーム合波光源装置においては、半導体レーザ出力から光源装置出力までの伝達効率を最大化するための開発努力がなされてきた。半導体レーザ〜合波器光導波路間結合効率と光合波効率の改善によって、９０％以上の伝達効率が可能である。この場合、現行の半導体レーザを定格出力で動作させると、合波器出力は数ｍＷとなる。【００１４】
一方、合波光源装置の主要応用対象である網膜走査型ディスプレイでは、観察者瞳孔へ最終的に入射する光パワーは、例えば、10μＷ程度である。瞳孔入射光パワーを小さくするために半導体レーザを小電流で駆動した場合、自然発光成分のために光ダイナミックレンジが縮小するという問題がある。【００１５】
光パワーを低減する他の方法として、光吸収体・反射体あるいは光軸ずれ結合部といった光減衰要素を光路中に挿入する手法がある。この場合、光減衰を発生する付加的要素が必要となることに加えて、付加光学要素の特性変化あるいはアライメント変動による信頼性の低下が懸念される。【００１６】
本発明は、光入射用光導波路、光出射側光導波路及び光合波部を有する光導波路型光合波器において、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一つの態様では、光導波路型光合波器は、波長の異なる複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路とを有し、前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の１つを光出射用光導波路とし、前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない。【００１８】
他の態様では、光導波路型光合波器は、波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路とを有し、前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない。【００１９】
さらに、他の態様では、光導波路型合波光源光学装置は、複数の光源と前記複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路とを有し、前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の一つを光出射用光導波路とし、前記出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を有する。【００２０】
さらに、他の態様では、光導波路型合波光源光学装置は、波長の異なる３つ以上の光源と前記波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、前記光入射用光導波路を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分と前記光合波器部分で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路とを有し、前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、前記出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を有する。【００２１】
さらに、他の態様では、画像投影装置は、上述の光走査用光学部品を含む光導波路型合波光源光学装置と、前記光導波路型合波光源光学装置の前記光走査用光学部品により走査された前記合波された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】
【００２２】
一つの側面として、光入射用光導波路、光出射側光導波路及び光合波器部分を有する光導波路型光合波器において、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰することが可能になる。この光導波路型光合波器を用いることにより、コンパクトで高信頼性を備えた網膜走査型ディスプレイを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の光導波路型光合波器の概念的平面図である。
【図２】本発明の実施の形態の光結合部分の構造の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図４】本発明の実施例３の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図５】本発明の実施例４の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図６】本発明の実施例６の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図７】本発明の実施例７の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図８】本発明の実施例８の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図９】本発明の実施例９の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図１０】本発明の実施例１０の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図１１】本発明の実施例１１の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図１２】本発明の実施例１２の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図１３】本発明の実施例１３の光導波路型光合波器の概念的構成図である。
【図１４】本発明の実施例１４の光源モジュールの概念的構成図である。
【図１５】本発明の実施例１５の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図１６】本発明の実施例１６の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図１７】本発明の実施例１７の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図１８】本発明の実施例１８の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図１９】本発明の実施例１９の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２０】本発明の実施例２０の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２１】本発明の実施例２１の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２２】本発明の実施例２２の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２３】本発明の実施例２３の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２４】本発明の実施例２４の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２５】本発明の実施例２６の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２６】本発明の実施例２７の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２７】本発明の実施例２８の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図である。
【図２８】本発明者による従来の光導波路型光合波器の概念的平面図である。
【図２９】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３０】従来の画像形成装置の概略的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の光導波路型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導波路型光合波器の概念的平面図である。なお、ここでは、光源１１１〜１１３を加えて光源モジュールとして説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態の光導波路型光合波器は、波長の異なる複数の光源１１１〜１１３からの光を入射する複数の光入射用光導波路２〜４と、光入射用光導波路２〜４を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分５と光合波器部分５で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路８〜１０とを有する。この場合、複数の光源１１１〜１１３を駆動した場合に、光出射側光導波路８〜１０の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路９以外の光出射側光導波路８，１０の１つを光出射用光導波路とする。図１では、光出射側光導波路８を光出射用光導波路としている。光出射用光導波路は、出射端まで直線でなく、好適には、少なくとも出射端近傍以外の領域では直線状の光導波路であり、光出射用光導波路以外の光出射側光導波路９，１０は好適には光合波器部分５の伝搬軸線に対して傾斜している。
【００２５】
なお、出力光パワーを調整するための減衰率は、各光結合部６１,６２,７を構成する方向性結合器の長さ及び方向性結合器を構成する光導波路間の間隔等により設定する。光出射用光導波路となる光出射側光導波路（８）は、少なくとも出射端近傍以外の領域における直線状の光導波路は光合波器部分５の伝搬軸線と±１０°以内で一致している。なお、伝搬軸線とは、合波器部分５において、合波器部分５を構成する光導波路内の光が全体として進む方向と一致し、かつ合波器部分５の中心軸とほぼ一致する軸線を意味する。また、各波長での出力パワーの大小は、光出射側光導波路８〜１０から出射する光量（光パワー）に対する入射用光導波路２〜４の入射光量の比率の大小に比例する。
【００２６】
また、その変形例としては、波長の異なる３つ以上の光源１１１〜１１３からの光を入射する複数の光入射用光導波路２〜４と、光入射用光導波路２〜４を伝搬した光を分配・合波する光合波器部分５と光合波器部分５で分配・合波された光を出射する複数の光出射側光導波路８〜１０とを有している。光源１１１〜１１３を同一出力で駆動した場合に、光出射側光導波路８〜１０の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とする。光出射用光導波路は、出射端まで直線でなく、好適には少なくとも出射端近傍以外の領域では直線状の光導波路であり、光出射用光導波路以外の光出射側光導波路は好適には光合波器部分の伝搬軸線に対して傾斜している。ここでは、各光結合部６１,６２,７を構成する方向性結合器の長さ及び方向性結合器を構成する光導波路間の間隔を実施の形態とは異なるように設定する。
【００２７】
この場合、光入射用光導波路２〜４の入力パワーから光出射用光導波路（８）からの出力パワーに至る光減衰量は５ｄＢ〜４０ｄＢの範囲になるように設定することが望ましい。即ち、半導体レーザの定格出力ＰＩｄ（＝１ｍＷ〜１０ｍＷ）、光導波路との結合損失αｃｐ及びディスプレイ光学系の伝達損失αｓｙｓに依存するが、光入射用光導波路２〜４に入射した入射パワーから光出射用光導波路（８）から出力される光合波出力パワーに至る光減衰量αｍｐｘ（＝１０ｌｏｇ（Ｐｌｄ／Ｐｄｐ）−αｃｐ−αｓｙｓ）に対する要求値は、５ｄＢ〜４０ｄＢ、より好適には１０ｄＢ〜３０ｄＢの範囲である。但し、Ｐｄｐは所要ディスプレイ光パワーであり、1μＷ 〜１０μＷ程度である。また、損失（αｃｐ＋αｓｙｓ）は１５ｄＢ以下となる。５ｄＢより減衰量が少ないと、ＰＩｄが最小１ｍＷ、かつ、損失（αｃｐ＋αｓｙｓ）が最大１５ｄＢの場合であっても、ディスプレイ光パワーが所要範囲Ｐｄｐを超える値となる。一方、４０ｄＢより減衰量が大きいと必要とする光量が得られなくなる。
【００２８】
光出射用光導波路となる光出射側光導波路（図１の場合には８）は、少なくとも出射端近傍以外の領域では直線状の光導波路であるが、出射端近傍では図において破線で示す屈曲部１２のように直線状の光導波路８に対して８５°〜９５°の角度で傾斜するようにしても良い。このように屈曲部１２を設けることにより、光合波器部分５の光結合部６１，６２，７から漏れ出した迷光が合波光に重畳することを確実に防止することができる。
【００２９】
なお、光出射用光導波路（８）以外の光出射側光導波路９，１０は光廃棄用光導波路或いはモニター用光導波路とする。光入射用光導波路２〜４の数は任意であり（図１の場合には３本）、２本でも良いし、４本以上でも良く、４本以上の場合には、３原色以外に黄色や赤外線光を加えても良い。光出射側光導波路８〜１０の数は、光入射用光導波路２〜４の数と同一でも良いし、光入射用光導波路２〜４の数より少なくしても良い。
【００３０】
なお、光合波部分５としては、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光合波部部分が典型的なものである。なお、光源１１１〜１１３の配置及び光結合する順序は任意である。
【００３１】
或いは、複数の光入射用光導波路２〜４の入力端近傍における導波方向を、直線状の光導波路（８）に対して８５°〜９５°の角度で傾斜するようにしても良い。この様に配置することで、光導波路型光合波器の長さ方向のサイズを小さくすることができるとともに、光源からの迷光の影響を低減することができる。
【００３２】
この場合、複数の光入射用光導波路２〜４の入力端近傍における導波方向が直線状の光導波路（８）の光軸と８５°〜９５°の角度となるように、複数の光源１１１〜１１３を基板１の一方の辺側に配置しても良い。或いは、複数の光入射用光導波路２〜４の入力端近傍における導波方向が直線状の光導波路（８）の光軸と８５°〜９５°の角度となるように、複数の光源１１１〜１１３の内の少なくとも一つ（１１１）を基板１の第１の辺側に配置し、且つ、残りの光源（１１２，１１３）を第１の辺に対向する第２の辺に配置しても良い。
【００３３】
光導波路型合波光源光学装置を構成する場合には、実施の形態に示した導波路型光結合器或いはその変形例に複数の光源を設けるとともに、光出射用光導波路となる光出射用光導波路（８）からの信号光に光学部品を光学的に結合すれば良い。
【００３４】
この場合の光学部品としては、集光レンズ、光ファイバ、光走査用光学部品、或いはそれらの組み合わせを含む光学部品が典型的なものである。なお、光源１１１〜１１３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（ＬＥＤ）や光ファイバ或いは先球光ファイバを介した光源でも良く、先球光ファイバや光ファイバを用いる場合にはその光源として液体レーザや固体レーザを用いても良い。また、先球光ファイバ以外の場合には、光源１１１〜１１３と光入射用光導波路２〜４との間に集光レンズを設けても良い。
【００３５】
光出射用光導波路以外の光出射側光導波路（９,１０）の出射端は基板１の第１の辺に配置し、光出射用光導波路となる光出射側光導波路（８）の出射端は第１の辺と交差する第２の辺に配置するようにしても良い。
【００３６】
画像投影装置を形成するためには、図３０に示すように、上述の光走査用光学部品（８４）と、電磁コイル８６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。画像投影装置としては、眼鏡型網膜走査ディスプレイ（例えば、特許文献６参照）が典型的なものである。
【００３７】
なお、基板１としては、Ｓｉ基板、ガラス基板、サファイア基板、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、コア層及び上部クラッド層の材料としては、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。ＲＧＢ以外の波長の場合は、Ｓｉ、ＧａＮ系等の半導体材料をクラッド層及びコア層として用いても良い。
【００３８】
なお、各光導波路の構造としては、各コア層を共通の上部クラッド層で覆う構造でも良いし、各コア層を個別の上部クラッド層で覆う構造でも良いし、或いは、各コア層を個別の下部クラッド層及び個別の上部クラッド層で覆う構造にしても良い。
【００３９】
光合波器部分５の構造は任意であるが、ここで、図２を参照して光合波器部分の一例を説明する。図２は本発明の実施の形態の光合波器部分の構造の説明図である。図２（ａ）においては、光合波器部分が、緑色光を導波する直線状の光導波路１３２と、緑色光を導波する光導波路と２か所の光結合部１４１，１４３で光結合する青色光を導波する光導波路１３１と、緑色光を導波する光導波路１３２と２か所の光結合部１４１，１４３の間の光結合部１４２で光結合する赤色光を導波する光導波路１３３とを有する。ここでは、緑色光を導波する光導波路１３２の出力端が、光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路に接続され、それ以外の光出射側光導波路のいずれかから信号光１５１，１５２が出力される。なお、図２（ａ）においては緑色光を導波する光導波路１３２は直線状の光導波路であるが、直線状である必要はなく２か所の光結合部１４１，１４３の間で下側に湾曲するようにしても良い。この場合には、赤色光を導波する光導波路１３３を直線状の光導波路としても良いし、或いは、緑色光を導波する光導波路に設けた湾曲部に向かう湾曲部を有する光導波路としても良い。
【００４０】
図２（ｂ）においては、光合波器部分が、散乱の大きな赤色光を導波する直線状の光導波路１３３と、赤色光を導波する光導波路１３３と光結合部１４４において光結合する青色光を導波する光導波路１３１と、赤色光を導波する光導波路１３３と光結合部１４５で光結合する緑色光を導波する光導波路１３２とを有する。赤色光を導波する光導波路１３３が光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路に接続され、光信号１５３は後段の光結合部１４５で赤色光を導波する光導波路１３３と光結合する緑色光を導波する光導波路１３２から出力され、青色光を導波する光導波路１３１を導波した信号光１５４は廃棄される。なお、図２（ｂ）においては赤色光を導波する光導波路１３３は直線状の光導波路であるが、直線状である必要はなく下側に湾曲するようにしても良い。この場合には、緑色光を導波する光導波路１３２を直線状の光導波路とすれば良く、赤色光を導波する光導波路１３３に設けた湾曲部で光結合することになる。
【００４１】
図２（ｃ）においては、４本以上の光入射用光導波路を設けた場合を示しており、図２（ａ）に示した光導波路部分における赤色光を導波する光導波路１３３に黄色光を導波する光導波路１３４をＹ分岐型合波部１４６により結合させている。なお、図２（ｃ）においては緑色光を導波する光導波路１３２は直線状の光導波路であるが、直線状である必要はなく下側に湾曲するようにしても良い。この場合には、赤色光を導波する光導波路１３３を直線状の光導波路とすれば良く、緑色光を導波する光導波路１３３に設けた湾曲部で光結合することになる。
【実施例１】
【００４２】
ここで、図３を参照して本発明の実施例１の光導波路型光合波器を説明する。図３は本発明の実施例１の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図３（ａ）は概略的平面図であり、図３（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、本発明の実施例１の光導波路型光合波器は図２８に示した従来の光導波路型光合波器における光出射用光導波路を変更したものであり、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。【００４３】
図３（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ４１からの光ビームを光入射用光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ４２からの光ビームを光入射用光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ４３からの光ビームを光入射用光導波路２５に入力する。【００４４】
図３（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで主面が(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、光入射用光導波路２３〜２５及び光出射側光導波路２７〜２９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。【００４５】
ここでは、光導波路型光合波器のサイズは長さ３ｍｍ、幅３．１ｍｍとする。光結合部３１の長さは２４０μｍ、光結合部３２の長さは２４０μｍ、光結合部３３の長さは２００μｍである。青色半導体レーザチップ４１の発光波長は４５０ｎｍ、緑色半導体レーザチップ４２の発光波長は５２０ｎｍ、赤色半導体レーザチップ４３の発光波長は６３８ｎｍである。【００４６】
青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３の出射口を夫々光入射用光導波路２３〜２５の入射口と横方向及び高さ方向を合わせ、光入射用光導波路２３〜２５の入射端との間隔が１０μｍになるようにマウントする。光出射側光導波路２７〜２９の出射端は、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。【００４７】
ここでは、各光入射用光導波路２３〜２５に入射した入射光の光出射側光導波路から出射する光量の入射光光量に対する比率が下記の値になるように光合波部３１〜３３を構成する方向性結合器の長さ及び光導波路の間隔を制御している。波長６３８ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は４．５％ (光減衰量は１３．５ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７４％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１９％である。【００４８】
波長５２０ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は４％ (光減衰量は１４ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【００４９】
波長４５０ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２１．５％ (光減衰量は６．７ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７２．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は４％である。【００５０】
以上のように、平均１１．４ｄＢの光減衰量が得られた光出射側光導波路２７を光出射用光導波路とし、最大出射パワーが出力される光出射側光導波路２８及び、出射パワーの小さな光出射側光導波路２９を光廃棄用光導波路とした。本発明の実施例１においては、光合波機能と光減衰機能を併せ持つ光導波路型光結合器が得られるので、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰することが可能になる。また、光導波路途中での光漏洩等はほとんどなく、光合波器途中で迷光が生じることもなく、迷光の影響のない高品質の出力光が得られた。
【実施例２】
【００５１】
次に、本発明の実施例２の光導波路型光結合器を説明するが、光合波部のサイズが異なるだけで、基本的構成は実施例１と同じであるので、図３を借用して説明する。ここでは、光導波路型光合波器における。光結合部３１の長さは２４０μｍ、光結合部３２の長さは２４０μｍ、光結合部３３の長さは５０μｍである。【００５２】
以上のサイズ設定をした結果、波長６３８ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は１％ (光減衰量は２０ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は２３．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は７３％である。【００５３】
波長５２０ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は４％ (光減衰量は１４ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【００５４】
波長４５０ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２３．５％ (光減衰量は６．３ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７４．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【００５５】
以上のように、波長５２０ｎｍと４５０ｎｍの光は、中心の光出射側光導波路２８から最大の光量が得られ、波長６３８ｎmの光は、中心の光導波路でない光出射側光導波路２９で最大の光量が得られているが、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７では、平均１３．４ｄＢの光減衰量が得られた。本発明の実施例２においても、光合波機能と光減衰機能を併せ持つ光導波路型光結合器が得られるので、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰することが可能になる。また、光導波路途中での光漏洩等はほとんどなく、合波器途中で迷光が生じることもなく、迷光の影響のない高品質の出力光が得られた。
【実施例３】
【００５６】
次に、図４を参照して、本発明の実施例３の光導波路型光結合器を説明する。図４は本発明の実施例３の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図４（ａ）は概略的平面図であり、図４（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、本発明の実施例１の光導波路型光合波器における光廃棄用導波路の出力端の位置が異なるだけで、基本的構成は実施例１の光導波路型光結合器と同じである。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。【００５７】
図４（ａ）に示すように、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７以外の光廃棄用の光出射側光導波路２８，２９の出射端を光出射側光導波路２７の出射端以外の基板端面に配置したものである。なお、基板端面は劈開等を利用する。
【実施例４】
【００５８】
次に、図５を参照して、本発明の実施例４の光導波路型光結合器を説明する。図５は本発明の実施例４の光導波路型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、本発明の実施例１の光導波路型光合波器における光出射用光導波路を光出射側光導波路２９とした以外は実施例１の光導波路型光結合器と同じである。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。【００５９】
図５（ａ）に示すように、光出射側光導波路２９を光出射用光導波路とし、光出射側光導波路２７，２８を光廃棄用光導波路としたものである。この場合、光合波部３１〜３３の構成を実施例１と同じにした場合には、光出射側光導波路２９から出力される光の光量比率は赤色光は１９％、緑色光は１％、青色光は４％となる。この比率は光合波部３１〜３３のサイズを変更することで調整することができる。なお、図５（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで主面が(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、光入射用光導波路２３〜２５及び光出射側光導波路２７〜２９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。
【実施例５】
【００６０】
次に、本発明の実施例５を説明するが、基本的構造は図５に示した実施例４と同じであるので、図５を借用して本発明の実施例５の光導波路型光合波器を説明する。図５（ａ）に示すように、青色半導体レーザチップ４１からの光ビームを光入射用光導波路２３に入力し、緑色半導体レーザチップ４２からの光ビームを光入射用光導波路２４に入力し、赤色半導体レーザチップ４３からの光ビームを光入射用光導波路２５に入力する。ここでは、光導波路型光合波器のサイズは長さ３ｍｍ、幅３．１ｍｍとする。光結合部３１の長さは２４０μｍ、光結合部３２の長さは２４０μｍ、光結合部３３の長さは６０μｍである。青色半導体レーザチップ４１の発光波長は４５０ｎｍ、緑色半導体レーザチップ４２の発光波長は５２０ｎｍ、赤色半導体レーザチップ４３の発光波長は６３８ｎｍである。【００６１】
青色半導体レーザチップ４１および緑色半導体レーザチップ４２を夫々光入射用光導波路２３，２４の入射口と横方向及び高さ方向を合わせ、光入射用光導波路２３，２４の入射端との間隔が１０μｍになるようにマウントする。これに対し、赤色半導体レーザチップ４３に関しては、出射口と横方向を合わせ、光入射用光導波路２５の入射端との間隔が１０μｍになるようにマウントしたが、高さ方向に関しては、光入射用光導波路２５の入射端とややズレてしまっている。光出射側光導波路２７〜２９の出射端は、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。【００６２】
ここでは、各光入射用光導波路２３〜２５に入射した入射光の光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量の入射光光量に対する比率が下記の値になるように光合波部３１〜３３を構成する方向性結合器の長さ及び光導波路の間隔を制御している。波長６３８ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２％となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は４２．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は５２％である。【００６３】
波長５２０ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は３％となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９４％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は０．５％である。【００６４】
波長４５０ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２２．５％となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７４％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【００６５】
以上のように、光導波路型光合波器の特性は得られているが、青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２、および赤色半導体レーザチップ４３を同一出力で動作させた場合、赤色半導体レーザチップ４３の出射口と光入射用光導波路２５の入射端が、高さ方向に関してズレてしまっているので、各出射側光導波路２７、２８、２９からの出力光パワーに関して以下の結果が得られた。すなわち、赤色半導体レーザチップ４３からの波長６３８ｎｍの光の光出射側光導波路２７から出射する光量（光パワー）は０．０２ｍＷとなり、光出射側光導波路２８から出射する光量（光パワー）は０．４ｍＷ、光出射側光導波路２９から出射する光量（光パワー）は０．５ｍＷである。緑色半導体レーザチップ４２からの波長５２０ｎｍの光の光出射側光導波路２７から出射する光量（光パワー）は０．３ｍＷとなり、光出射側光導波路２８から出射する光量（光パワー）は９．４ｍＷ、光出射側光導波路２９から出射する光量（光パワー）は０．０５ｍＷである。青色半導体レーザチップ４１からの波長４５０ｎｍの光の光出射側光導波路２７から出射する光量（光パワー）は２．２５ｍＷとなり、光出射側光導波路２８から出射する光量（光パワー）は７．４ｍＷ、光出射側光導波路２９から出射する光量（光パワー）は０．１ｍＷである。【００６６】
この結果、光出射側光導波路２７から出射する合波出力光量（光パワー）は２．５７ｍＷとなり、光出射側光導波路２８から出射する合波出力光量（光パワー）は１７．２ｍＷ、光出射側光導波路２９から出射する合波出力光量（光パワー）は０．６５ｍＷである。これより、青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２、および赤色半導体レーザチップ４３の3つの光源を同一出力で駆動した場合に、光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路２８以外の光出射側光導波路であって、少なくとも波長６３８ｎｍにおいて最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路２９を光出射用光導波路とした。【００６７】
本発明の実施例５においては、光合波機能と光減衰機能を併せ持つ光導波路型光結合器が得られるので、光源からの光ビーム強度を付加的な光減衰要素を設置することなく所望の値まで減衰することが可能になる。また、光導波路途中での光漏洩等はほとんどなく、光合波器途中で迷光が生じることもなく、迷光の影響のない高品質の出力光が得られた。
【実施例６】
【００６８】
次に、図６を参照して、本発明の実施例６の光導波路型光結合器を説明する。図６は本発明の実施例６の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、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６に示すように、青色半導体レーザチップ４１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４２及び赤色半導体レーザチップ４３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出射側光導波路２７の中心軸との交差角は９０°である。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。そのため、光入射用光導波路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、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。この場合も、実施例１と同様の特性が得られる。【００６９】
本発明の実施例６においては、各半導体レーザチップをＳｉ基板の長辺に配置しているので、光源モジュールを構成した場合に、光源モジュールの長さを短くすることができる。また、このような構成によって、迷光の影響が少なく、かつ光合波機能と光減衰機能を併せもつ極めて単純な構成の光合波光源装置が実現することができる。
【実施例７】
【００７０】
次に、図７を参照して、本発明の実施例７の光導波路型光結合器を説明する。図７は本発明の実施例７の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、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に示すように、青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３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出射側光導波路２７の中心軸との交差角は９０°である。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。そのため、光入射用光導波路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、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。この場合も、実施例１と同様の特性が得られる。【００７１】
本発明の実施例７においては、各半導体レーザチップをＳｉ基板の一方の長辺に配置しているので、光源モジュールを構成した場合に、光源モジュールの長さを短くすることができるとともに、幅も短くすることができる。また、このような構成によって、迷光の影響が少なく、かつ光合波機能と光減衰機能を併せもつ極めて単純な構成の光合波光源装置が実現することができる。
【実施例８】
【００７２】
次に、図８を参照して、本発明の実施例８の光導波路型光結合器を説明する。図８は本発明の実施例８の光導波路型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。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。この実施例８は、光合波器部分３０として図２（ｂ）に示した光合波器部分を用いたものであり、その他の構成は実施例１の光導波路型光結合器と同じである。【００７３】
図８（ａ）に示すように、散乱の大きな赤色光を導波する光入射用光導波路２５を真ん中にして、緑色光を導波する光入射用光導波路２４を光結合部３４で光入射用光導波路２５と光結合させ、その後段の光結合部３５で青色光を導波する光入射用光導波路２３を光入射用光導波路２５と光結合させる。赤色光を導波する光入射用光導波路２５は光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路２８に接続され、光信号は光結合部３５の後段で入射用光導波路２３と接続する光出射側光導波路２９から出力される。この場合も、実施例１と同様な特性が得られる。
【実施例９】
【００７４】
次に、図９を参照して、本発明の実施例９の光導波路型光結合器を説明する。図９は本発明の実施例９の光導波路型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。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。この実施例９は、光廃棄専用光導波路３６を設けた以外は、実施例１の光導波路型光結合器と同じである。【００７５】
図９（ａ）に示すように、青色光を導波する光入射用光導波路２３に対して光結合部３７で光結合する光廃棄専用光導波路３６を設ける。この実施例９は青色半導体レーザチップ４１からの出力が大きすぎる場合に減衰量を独立に設定できることから、設計が容易となる。
【実施例１０】
【００７６】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例１０の光導波路型光結合器を説明する。図１０は本発明の実施例１０の光導波路型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。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。この実施例１０は、光廃棄専用光導波路３６を設けた以外は、実施例４の光導波路型光結合器と同じである。【００７７】
図１０（ａ）に示すように、青色光を導波する光入射用光導波路２３に対して光結合部３７で光結合する光廃棄専用光導波路３６を設ける。この実施例１０は青色半導体レーザチップ４１からの出力が大きすぎる場合に減衰量を独立に設定できることから、設計が容易となる。
【実施例１１】
【００７８】
次に、図１１を参照して、本発明の実施例１１の光導波路型光結合器を説明する。図１１は本発明の実施例１１の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、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１１に示すように、この光合波部分５０は、光入射用光導波路２３〜２５，５１と光出射側光導波路２７〜２９，５５とともに、光導波路型光合波器を形成する。青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２、赤色半導体レーザチップ４３の放射光は光廃棄用光導波路となる光出射側光導波路５５に直接結合することはなく、信号光となる合波光出力は最終段の光結合部５４に接続する光出射側光導波路２８から出力される。【００７９】
本発明の実施例１１においては、光入射用光導波路２３〜２５と光入射用光導波路５１との光結合率を調整することで、各半導体レーザチップからの出力の減衰量をより任意に設定できることから設計が容易となる。
【実施例１２】
【００８０】
次に、図１２を参照して、本発明の実施例１２の光導波路型光結合器を説明する。図１２は本発明の実施例１２の光導波路型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。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。この実施例１２の光導波路型光合波器は、実施例１の光導波路型光結合器における光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端近傍に屈曲光導波路３８を設けたものであり、その他の構成は上記の実施例１の導波路型光結合器と同じである。屈曲光導波路３８は、直線状の光出射側光導波路２７に対して８５°〜９５°の角度で傾斜するようにしても良い。【００８１】
本発明の実施例１２においては、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端近傍に屈曲導波路３８を設けているので、光合波部分３０の光結合部３１〜３３から漏れ出した迷光が合波光に重畳することを確実に防止することができる。
【実施例１３】
【００８２】
次に、図１３を参照して、本発明の実施例１３の光導波路型光結合器を説明する。図１３は本発明の実施例１３の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図１３（ａ）は概略的平面図であり、図１３（ｂ）は入力端側の断面図である。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が、上述の実施例１の光導波路型光合波器に黄色光が伝搬する入射側光導波路を加えたものである。【００８３】
図１３（ａ）に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に青色半導体レーザチップ４１を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に緑色半導体レーザチップ４２を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に赤色半導体レーザチップ４３を配置し、光入射用光導波路４８の入射端面に黄色半導体レーザチップ４７を配置し、それぞれの光入射用光導波路２３〜２５，４８に入射する。ここでは、Ｙ分岐型合波器３９を加えて合波器部分３０を形成する。【００８４】
図１３（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、光入射用光導波路２３〜２５，４８及び光出射側光導波路２７〜２９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。【００８５】
波長６３８ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は１．５％ (光減衰量は１８．２ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は４１％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は８％である。【００８６】
波長５２０ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は４％ (光減衰量は１４ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【００８７】
波長４５０ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２１．５％ (光減衰量は６．７ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７２．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は４％である。【００８８】
波長５７０ｎｍの光を入射用光導波路４８に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は１２．５％ (光減衰量は９ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は２２．５％である。【００８９】
このうち、波長６３８ｎｍの赤色光が伝搬する光入射用光導波路２５と波長５７０ｎｍの黄色光が伝搬する光入射用光導波路４８は、Ｙ分岐型合波器で合波されているので、Ｙ分岐型合波器で３ｄＢの損失が生じる。この結果、各光入射用光導波路２３〜２５，４８に入射した光量に対する光出射用光導波路となる光出射側光導波路２９から出射する光量は、波長６３８ｎｍの光で１６ｄＢ、波長５７０ｎｍの黄色光で２０ｄＢとなる。以上のように、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量は、光入射用光導波路に入射した光に対して、平均１６．１ｄＢの光減衰量となる。
【実施例１４】
【００９０】
次に、図１４を参照して、本発明の実施例１４の光源モジュールを説明する。図１４は本発明の実施例１４の光源モジュールの概念的構成図である。即ち、上記の実施例１の光導波路型光合波器に光源となる青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２、赤色半導体レーザチップ４３を加えたものである。この光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に何らかの光学部品を配置することで光導波路型合波光源光学装置となる。
【実施例１５】
【００９１】
次に、図１５を参照して、本発明の実施例１５の光導波路型合波光源光学装置を説明する。図１５は本発明の実施例１５の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図であり、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に、光学部品として光走査用ＭＥＭＳミラー７４を配置したものである。光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７からの出射光ビームは２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４の中央の反射面で反射され、反射ビームを得る。この反射ビームは、その先に設置したスクリーンに映像を生成する。【００９２】
この場合の２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４は、電磁駆動型ＭＥＭＳミラーあり、反射面は金属ガラスを用いて形成する。この金属ガラスは、ミラー回転用の光走査回転軸としても使用する。２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４は、（１００）面を主面とする厚さ１００μｍのＳｉ基板の上に、Ｆｅ−Ｐｔ薄膜（１４２ｎｍ厚）と、金属ガラス膜（１０μｍ厚）を順次形成して作製した。反射部となるミラーサイズは、５００μｍ×３００μｍである。２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４全体の大きさは、２．７ｍｍ×２．５ｍｍであり、ミラー部分の光走査回転軸は、（１００）面を主面とするＳｉ基板の〈０１０〉方向と一致している。この２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４の光走査ミラー部の下には、図２９に示したようにソレノイド・コイルからなる電磁コイルが設置してある。電磁コイルの大きさは、外径が５ｍｍ、高さが３ｍｍで、導線の巻き数は８００ターンである。電磁コイルは、光走査ミラー部の外周の基板上に直接接するように置き、電磁コイルの中心部が、反射部となるミラー部分の中心と一致するようにする。【００９３】
反射ビームをスクリーン上に投影し、光ビームの振れ角を評価した。その結果、縦方向に３０ｄｅｇ.、横方向に５ｄｅｇ.のビーム振れ角が得られ、映像が投影できた。
【実施例１６】
【００９４】
次に、図１６を参照して、本発明の実施例１６の光導波路型合波光源光学装置を説明する。図１６は本発明の実施例１６の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図であり、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に、光学部品として２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４を配置するとともに光出射側光導波路２９の出射端側にモニター用フォトダイオード７５を配置したものである。【００９５】
この実施例１６においては、本来廃棄用となる光出力をモニター用として用いているので、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７からの信号光の変動を制御することができる。
【実施例１７】
【００９６】
次に、図１７を参照して、本発明の実施例１７の光導波路型合波光源光学装置を説明する。図１７は本発明の実施例１７の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図であり、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に、集光レンズ７１を介して光学部品として２次元光走査用ＭＥＭＳミラー７４を配置したものである。ここでは、集光レンズ７１としては、焦点距離が１０ｍｍで、口径が３ｍｍφの両凸レンズを用いる。集光レンズ７１の中心と光走査用ＭＥＭＳミラー７４の反射面の中心との距離は１０ｍｍとする。この場合も、実施例１５と同様の特性が得られる。
【実施例１８】
【００９７】
次に、図１８を参照して、本発明の実施例１８の光導波路型合波光源光学装置を説明する。図１８は本発明の実施例１８の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図であり、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に、光学部品として先球光ファイバ７３を配置したものである。光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７からの出射光ビームが、先球光ファイバ７３に入射し、入射した光は、先球光ファイバ７３の反対側から出射し、例えば、２次元光走査用ＭＥＭＳミラーを用いて、スクリーン上に映像を投影する。ここでは、先球光ファイバ７３として、ファイバ径：１２５μｍφ、ビームスポット径：２．５μｍφ、ワーキングディスタンス：１４μｍの可視光領域で単一モード伝搬する先球光ファイバを用いる。なお、ここでは先球ファイバを用いて記述したが、端面カットした通常の光ファイバでも同じような結果が得られる。
【実施例１９】
【００９８】
次に、図１９を参照して、本発明の実施例１９の光導波路型合波光源光学装置を説明する。図１９は本発明の実施例１９の光導波路型合波光源光学装置の概念的構成図であり、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端側に、光学部品として集光レンズ７１及び光ファイバ７２を配置したものである。【００９９】
ここでは、光ファイバ７２として、ファイバ径：１２５μｍφの可視光領域で単一モード伝搬する光ファイバを用いる。集光レンズ７１としては、焦点距離が１０ｍｍで、口径が３ｍｍφの両凸レンズを用いる。光出射側光導波路２７と集光レンズ７１の中心との距離を２０ｍｍとし、集光レンズ７１の中心と光ファイバ７２の入射端との距離を２０ｍｍとする。【０１００】
この場合も集光レンズ７１を介して入射した光ビームを光ファイバ７２の反対側から出射し、２次元光走査用ＭＥＭＳミラーで反射させ、スクリーン上に映像を投影することができる。
【実施例２０】
【０１０１】
次に、図２０を参照して本発明の実施例２０の光導波路型合波光源光学装置を説明するが、光学部品を省略した光源モジュールとして説明する。上述の実施例１４の光源モジュールにおいて、各半導体レーザと各光入射用光導波路との間に集光レンズ４４〜４６を設けたものである。図２０に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に青色半導体レーザチップ４１を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に緑色半導体レーザチップ４２を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に赤色半導体レーザチップ４３を配置し、夫々出射した光ビームを集光レンズ４４〜４６で集光し、それぞれの光入射用光導波路２３〜２５に入射する。【０１０２】
ここでは、集光レンズ４４〜４６としては、焦点距離が１０ｍｍで、口径が３ｍｍφの両凸レンズを用いる。青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３の出射端と集光レンズ４４〜４６の中心との距離は２０ｍｍとし、集光レンズ４４〜４６の中心と光入射用光導波路２３〜２５の入射端との距離を２０ｍｍとする。【０１０３】
波長６３８ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から光量比率は４．５％ (光減衰量は１３．５ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から光量比率は７４％、光出射側光導波路２９から光量比率は１９％である。【０１０４】
波長５２０ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２７から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２９から出射する光量比率は４％ (光減衰量は１４ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【０１０５】
波長４５０ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２１．５％ (光減衰量は６．７ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７２．５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は４％である。【０１０６】
以上のように、平均１１．４ｄＢの光減衰量が得られた。また、光導波路途中での光漏洩等はほとんどなく、合波器途中で迷光が生じることもなく、迷光の影響のない高品質の出力光が得られた。また、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２９の出射端からの光ビームを、実施例１７と同じく、集光レンズを介して２次元光走査用ＭＥＭＳミラーに入射し、光走査した結果、スクリーン上に映像を投影することができた。
【実施例２１】
【０１０７】
次に、図２１を参照して本発明の実施例２１の光導波路型合波光源光学装置を説明するが、光学部品を省略した光源モジュールとして説明する。上述の実施例１４の光源モジュールにおいて、半導体レーザを先球光ファイバに置き換えたものであり、その他の構成は実施例１４の光源モジュールと同じである。【０１０８】
図２１に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に青色光が伝搬した先球光ファイバ６４を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に緑色光が伝搬した先球光ファイバ６５を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に赤色光が伝搬した先球光ファイバ６６を配置し、それぞれの光入射用光導波路２３〜２５に光を入射する。【０１０９】
ここでは、先球光ファイバ６４〜６６として、ファイバ径：１２５μｍφ、ビームスポット径：２．５μｍφ、ワーキングディスタンス：１４μｍの可視光領域で単一モード伝搬する先球光ファイバを用いる。先球光ファイバ６４の伝搬光の波長は４５０ｎｍであり、先球光ファイバ６５の伝搬光の波長は５２０ｎｍであり、先球光ファイバ６６の伝搬光の波長は６３８ｎｍである。【０１１０】
この場合も実施例１４とほぼ同様な特性が得られた。また、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端からの光ビームを、実施例１７と同じく集光レンズを介して２次元光走査用ＭＥＭＳミラーに入射し、光走査した結果、スクリーン上に映像を投影することができた。また、ここでは先球光りファイバ６４〜６６を用いたが、端面カットした通常の光ファイバでも、入射効率は３ｄＢほどダウンしたが、同じような結果が得られた。
【実施例２２】
【０１１１】
次に、図２２を参照して本発明の実施例２２の光導波路型合波光源光学装置を説明するが、光学部品を省略した光源モジュールとして説明する。上述の実施例１４の光源モジュールにおける半導体レーザを光ファイバに置き換えるとともに、集光レンズを介在させたものであり、その他の構成は実施例１４の光源モジュールと同じである。【０１１２】
図２２に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に青色光が伝搬した光ファイバ６１を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に緑色光が伝搬した光ファイバ６２を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に赤色光が伝搬した光ファイバ６３を配置し、夫々出射した光ビームを集光レンズ４４〜４６で集光し、それぞれの光入射用光導波路２３〜２５に入射する。【０１１３】
ここでは、光ファイバ６１〜６３として、ファイバ径：１２５μｍφの可視光領域で単一モード伝搬する光ファイバを用いる。集光レンズ４４〜４６としては、焦点距離が１０ｍｍで、口径が３ｍｍφの両凸レンズを用いる。光ファイバ６１〜６３の出射端と集光レンズ４４〜４６の中心との距離は２０ｍｍとし、集光レンズ４４〜４６の中心と光入射用光導波路２３〜２５の入射端との距離を２０ｍｍとする。【０１１４】
この場合も実施例１４とほぼ同様な特性が得られた。また、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端からの光ビームを、実施例１７と同じく、集光レンズを介して２次元光走査用ＭＥＭＳミラーに入射し、光走査した結果、スクリーン上に映像を投影することができた。
【実施例２３】
【０１１５】
次に、図２３を参照して本発明の実施例２３の光源モジュールを説明するが、上述の実施例１４の光源モジュールにおいて、各半導体レーザの代わりに端面放出型発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いたものである。図２３に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に発光波長が４５２ｎｍの青色ＬＥＤチップ８１を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に発光波長が５２２ｎｍの緑色ＬＥＤチップ８２を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に発光波長が６４０ｎｍの赤色ＬＥＤチップ８３を配置し、夫々出射した光ビームをそれぞれの光入射用光導波路２３〜２５に入射する。【０１１６】
波長６４０ｎｍの光を入射用光導波路２５に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は５％ (光減衰量は１３ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１８％である。【０１１７】
波長５２２ｎｍの光を入射用光導波路２４に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は４％ (光減衰量は１４ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は９５％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は１％である。【０１１８】
波長４５２ｎｍの光を入射用光導波路２３に入射した場合の各光出射側光導波路２７〜２９から出射する光量（光パワー）の入射光光量に対する比率は、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７から出射する光量比率は２０％ (光減衰量は７ｄＢ)となり、光出射側光導波路２８から出射する光量比率は７３％、光出射側光導波路２９から出射する光量比率は４％である。【０１１９】
以上のように、平均１１．３ｄＢの光減衰量が得られた。また、光導波路途中での光漏洩等はほとんどなく、合波器途中で迷光が生じることもなく、迷光の影響のない高品質の出力光が得られた。また、光出射用光導波路となる光出射側光導波路２７の出射端からの光ビームを、実施例１７と同じく、集光レンズを介して２次元光走査用ＭＥＭＳミラーに入射し、光走査した結果、スクリーン上に映像を投影することができた。なお、この実施例２２では、端面放出型発光ダイオードを用いているが、その他の発光ダイオード、例えば面発光型発光ダイオードを用いても良い。
【実施例２４】
【０１２０】
次に、図２４を参照して本発明の実施例２４の光導波路型合波光源光学装置を説明するが、上述の実施例１４の光源モジュールにおいて、赤色半導体レーザチップを端面放出型の赤色ＬＥＤチップに置き換えたものである。図２４に示すように、光入射用光導波路２３の入射端面に発光波長が４５０ｎｍの青色半導体レーザチップ４１を配置し、光入射用光導波路２４の入射端面に発光波長が５２０ｎｍの緑色半導体レーザチップ４２を配置し、光入射用光導波路２５の入射端面に発光波長が６４０ｎｍの赤色ＬＥＤチップ８３を配置し、夫々出射した光ビームをそれぞれの光入射用光導波路２３〜２５に入射する。なお、ここでは、赤色をＬＥＤに置き換えているが、他の色をＬＥＤに置き換えても良く、２つの半導体レーザをＬＥＤに置き換えても良い。
【実施例２５】
【０１２１】
次に、本発明の実施例２５の画像形成装置を説明するが、光導波路型光合波器の構成が異なるだけで、基本的構成は図３０に示した画像形成装置と同じであるので、図３０を借用して説明する。本発明の実施例２５の画像形成装置は、図３０の画像形成装置における光導波路型光合波器３０を上述の実施例１に示した光導波路型光合波器３０に置き換えたものである。なお、この光導波路型光合波器３０は、実施例２乃至実施例１３に示した光導波路型光合波器に置き換えても良い。また、光源の配置も実施例６或いは実施例７に示した配置でも良い。さらには、図１９乃至図２４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、先球光ファイバ或いは少なくともその一部をＬＥＤに置き換えても良い。【０１２２】
この画像形成装置は、従来と同様に制御ユニット９０は、制御部９１、操作部９２、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）９３、Ｒレーザドライバ９４、Ｇレーザドライバ９５、Ｂレーザドライバ９６及び２次元走査ドライバ９７を有している。制御部９１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９１は、ＰＣなどの外部機器から外部Ｉ／Ｆ９３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９１は、Ｒ信号をＲレーザドライバ９４に、Ｇ信号をＧレーザドライバ９５に、Ｂ信号をＢレーザドライバ９６に、それぞれ送信する。また、制御部９１は、水平信号及び垂直信号を２次元走査ドライバ９７に送信し、電磁コイル８６に印加する電流を制御して可動ミラー部８４の動作を制御する。【０１２３】
Ｒレーザドライバ９４は、制御部９１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４３を駆動する。Ｇレーザドライバ９５は、制御部９１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４２を駆動する。Ｂレーザドライバ９６は、制御部９１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４１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。【０１２４】
青色半導体レーザチップ４１、緑色半導体レーザチップ４２及び赤色半導体レーザチップ４３で発生した各レーザ光は、光導波路型光合波器の光合波部３０で合波されたのち、可動ミラー部８４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９８で反射されて瞳孔９９を介して網膜１００に結像される。
【実施例２６】
【０１２５】
次に、図２５を参照して、本発明の実施例２６の光導波路型光結合器を説明する。図２５は本発明の実施例２６の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図２５（ａ）は概略的平面図であり、図２５（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、本発明の実施例４の光導波路型光合波器における光入射用光導波路２４に湾曲部を設けて光結合部３３とし、光入射用光導波路２５を直線状の光導波路とした以外は実施例４の光導波路型光結合器と同じである。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。【０１２６】
図２５（ａ）に示すように、光出射側光導波路２９を光出射用光導波路とし、光出射側光導波路２７，２８を光廃棄用光導波路としたものである。図２５（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで主面が(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、光入射用光導波路２３〜２５及び光出射側光導波路２７〜２９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。
【実施例２７】
【０１２７】
次に、図２６を参照して、本発明の実施例２７の光導波路型光結合器を説明する。図２６は本発明の実施例２７の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図２６（ａ）は概略的平面図であり、図２６（ｂ）は入力端側の断面図である。なお、本発明の実施例４の光導波路型光合波器における光入射用光導波路２４に湾曲部を設けるとともに、光入射用光導波路２５にも湾曲部を設けて光結合部３３とした以外は実施例４の光導波路型光結合器と同じである。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。【０１２８】
図２６（ａ）に示すように、光出射側光導波路２９を光出射用光導波路とし、光出射側光導波路２７，２８を光廃棄用光導波路としたものである。図２６（ｂ）に示すように、各光導波路は、厚さが１ｍｍで主面が(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、光入射用光導波路２３〜２５及び光出射側光導波路２７〜２９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。
【実施例２８】
【０１２９】
次に、図２７を参照して、本発明の実施例２８の光導波路型光結合器を説明する。図２７は本発明の実施例２８の光導波路型光合波器の概念的構成図であり、図２７（ａ）は概略的平面図であり、図２７（ｂ）は入力端側の断面図である。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。この実施例２８は、実施例８に示した光導波路型光結合器における光入射用光導波路２５に湾曲部を設けて光結合部３３とし、光入射用光導波路２４を直線状の光導波路とした以外は実施例８の光導波路型光結合器と基本的に同じである。【０１３０】
図２７（ａ）に示すように、散乱の大きな赤色光を導波する光入射用光導波路２５を真ん中にして、青色光を導波する光入射用光導波路２３を光結合部３４で光入射用光導波路２５と光結合させ、その後段の光結合部３５で緑色光を導波する光入射用光導波路２４を光入射用光導波路２５と光結合させる。赤色光を導波する光入射用光導波路２５は光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路２８に接続され、光信号は光結合部３５の後段で入射用光導波路２４と接続する光出射側光導波路２９を光出射用光導波路として出力される。この場合も、実施例８と同様な特性が得られる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  基板
２〜４  光入射用光導波路
５  光合波部分
６１，６２,７  光結合部
８，９，１０  光出射側光導波路
１１１，１１２，１１３  光源
１２  屈曲部
１３１，１３２，１３３，１３４  光入射用光導波路
１４１〜１４６  光結合部
１５１，１５２，１５３，１５４  信号光
２１  Ｓｉ基板
２２  下部クラッド層
２３〜２５  光入射用光導波路
２６  上部クラッド層
２７〜２９  光出射側光導波路
３０  光合波部分
３１〜３５，３７  光結合部
３６  光廃棄専用光導波路
３８  屈曲光導波路
３９  Ｙ分岐型合波器
４１  青色半導体レーザチップ
４２  緑色半導体レーザチップ
４３  赤色半導体レーザチップ
４４〜４６  レンズ
４７  黄色半導体レーザチップ
４８  光入射用光導波路
５０  光合波部分
５１  光廃棄専用光導波路
５２〜５４  光結合部
６１〜６３  光ファイバ
６４〜６６  先球光ファイバ
７１  レンズ
７２  光ファイバ
７３  先球光ファイバ
７４  ２次元光走査用ＭＥＭＳミラー
７５  モニター用フォトダイオード
８１  青色ＬＥＤチップ
８２  緑色ＬＥＤチップ
８３  赤色ＬＥＤチップ
８４  可動ミラー部
８５  基板
８６  電磁コイル
９０  制御ユニット
９１  制御部
９２  操作部
９３  外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）
９４  Ｒレーザドライバ
９５  Ｇレーザドライバ
９６  Ｂレーザドライバ
９７  ２次元走査ドライバ
９８  凹面反射鏡
９９  瞳孔
１００  網膜
【図１】
2020184106.tif 000003
【図２】
2020184106.tif 000004
【図３】
2020184106.tif 000005
【図４】
2020184106.tif 000006
【図５】
2020184106.tif 000007
【図６】
2020184106.tif 000008
【図７】
2020184106.tif 000009
【図８】
2020184106.tif 000010
【図９】
2020184106.tif 000011
【図１０】
2020184106.tif 000012
【図１１】
2020184106.tif 000013
【図１２】
2020184106.tif 000014
【図１３】
2020184106.tif 000015
【図１４】
2020184106.tif 000016
【図１５】
2020184106.tif 000017
【図１６】
2020184106.tif 000018
【図１７】
2020184106.tif 000019
【図１８】
2020184106.tif 000020
【図１９】
2020184106.tif 000021
【図２０】
2020184106.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2020184106.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2020184106.tif 000027
【図２６】
2020184106.tif 000028
【図２７】
2020184106.tif 000029
【図２８】
2020184106.tif 000030
【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月21日(2020.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の１つを光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない光導波路型光合波器
【請求項２】
波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は出射端まで直線でない光導波路型光合波器。
【請求項３】
前記光出射用光導波路は、少なくとも出射端近傍以外の領域では直線状の光導波路であり、
前記光出射用光導波路以外の前記光出射側光導波路は前記光合波器部分の伝搬軸線に対して傾斜している請求項１または請求項２に記載の光導波路型光合波器。
【請求項４】
前記光出射用光導波路は、出射端近傍では前記直線状の光導波路に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項３に記載の光導波路型光合波器。
【請求項５】
前記光出射用光導波路以外の光出射側光導波路が光廃棄用光導波路或いはモニター用光導波路である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項６】
前記光出射側光導波路の数が、前記光入射用光導波路の数と同一である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項７】
前記光出射側光導波路の数が、前記光入射用光導波路の数より少ない請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項８】
前記光合波器部分が、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１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項９】
前記複数の光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項１０】
前記複数の光入射用光導波路の少なくとも１つの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜し、前記複数の光入射用光導波路の残りの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向が前記少なくとも一つの光入射用光導波路の入力端近傍における導波方向に対向するように、前記光合波器部分の伝搬軸線に対して８５°〜９５°の角度で傾斜している請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光導波路型光合波器。
【請求項１１】
複数の光源と
前記複数の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記複数の光源を駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で全ての波長においてそれぞれ最も大きな出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路の一つを光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を
有する光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１２】
波長の異なる３つ以上の光源と
前記波長の異なる３つ以上の光源からの光を入射する複数の光入射用光導波路と、
前記光入射用光導波路を伝搬した光を合波する光合波器部分と
前記光合波器部分で合波された光を出射する複数の光出射側光導波路と
を有し、
前記３つ以上の光源を同一出力で駆動した場合に、前記光出射側光導波路の内で最も大きな合波出力光パワーが得られる光出射側光導波路以外の光出射側光導波路であって、少なくとも１つの波長において最大出力光パワーが得られる光出射側光導波路を光出射用光導波路とし、
前記光出射用光導波路からの信号光に光学的に結合された光学部品を
有する光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１３】
前記光学部品が、集光レンズ、光ファイバ、或いはそれらの組み合わせを含む光学部品である請求項１１または請求項１２に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１４】
前記光学部品が、少なくとも光走査用光学部品を含む光学部品である請求項１１または請求項１２に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１５】
前記複数の光源が、半導体レーザ或いは発光ダイオードであり、
前記半導体レーザ或いは発光ダイオードが直接或いは集光レンズを介して前記複数の光入射用光導波路と対向配置される請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１６】
前記複数の光源からの光が、複数の光ファイバから出射される光である請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１７】
前記光入射用光導波路の入力パワーから前記光出射用光導波路からの出力パワーに至る光減衰量が、５ｄＢ〜４０ｄＢである請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１８】
前記光合波器部分が、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２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２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、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項１９】
前記光合波器部分が、緑色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と前記湾曲部の前後の２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湾曲部で光結合する赤色光を導波する直線状の光導波路とを有し、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２０】
前記光合波器部分が、緑色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記緑色光を導波する光導波路と前記湾曲部の前後の２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湾曲部において光結合する湾曲部を有する赤色光を導波する光導波路とを有し、
前記青色光を導波する光導波路或いは前記赤色光を導波する光導波路のいずれかが前記光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２１】
前記光合波器部分が、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の内、前記光合波器部分の光の伝搬方向の後段で光結合する光導波路が光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２２】
前記光合波器部分が、赤色光を導波する湾曲部を有する光導波路と、
前記赤色光を導波する光導波路と前記湾曲部で光結合する緑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前記湾曲部以外の領域で光結合する青色光を導波する光導波路とを有し、
前記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の内、前記光合波器部分の光の伝搬方向の後段で光結合する光導波路が光出射用光導波路に接続されている請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２３】
前記光出射側光導波路は基板上に設けられ、
前記光出射用光導波路以外の光出射側光導波路の出射端は前記基板の第１の辺に位置し、
前記光出射用光導波路の出射端は前記第１の辺と交差する第２の辺に位置する請求項１１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２４】
前記光出射用光導波路の向きが、前記光合波器部分の伝搬軸線と±１０°以内で一致している請求項１１乃至請求項２３のいずれか１項に記載の光導波路型合波光源光学装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載の光導波路型合波光源光学装置と、
前記光導波路型合波光源光学装置の前記光走査用光学部品により走査された前記合波された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。
【国際調査報告】
2020184106.tif 000033
2020184106.tif 000034
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