JP2005070573A - 光導波路、光源モジュール、並びに光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ダイオード等が発する光を高効率で取り込める、実現容易な構造であること、光源の配置の自由度が高いこと、小型化しても光の損失が小さいことの少なくとも一つを実現し、高性能ＬＥＤモジュールを可能にする光導波路、その光導波路を用いた、低コストで十分な光量を有する光源モジュール、並びにディスプレイ等の光情報処理装置を提供すること。
【解決手段】 光導波路１０Ａでは、クラッド２と３より屈折率の大きいコア１を、光入射端面５から光出射端面６へ向かって直線的に幅が減少する傾斜型形状とし、複数の光源１１からの光を共通の光入射端面５に入射させ、合波して、光出射端面６から出射する。コア１の幅方向中心線と傾斜した側面とがなす角αは３．５°以下とする。コア１の底面以外を空気に露出させたエアリッジ構造では、αは３０°以下でよい。複数の傾斜型コア部を光源ごとに設け、１本の共通コアに結合する光導波路等も効果的である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コアとクラッドとの接合体からなり、光源モジュール、光インターコネクション、光通信等に好適な、複数の入射光を合波する光導波路、及びその光導波路を用いた光源モジュール、並びにディスプレイ等の光情報処理装置に関するものである。

これ迄、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。

こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。

このような光導波路の１つとして、光出射端面側に向かってその幅と高さが徐々に減少していくように作られた光導波路（いわゆるテーパー導波路）が開示されていて、このような光導波路を用いて光出射端面から出射される光ビームの幅と高さを縮小することにより、次段の光素子等との光学的結合を高め得るとされている（後述の特許文献１参照。）。

他方、光導波路をディスプレイ等の光源モジュールに応用することも行われている。例えば、サングラスのように装着するだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるパーソナルなディスプレイとして、ヘッドマウントディスプレイが開発されており（米国特許第５,４６７,１０４号公報参照。）、映像ソフト、ゲーム、コンピュータ画面、映画等を自分だけの大画面で楽しむことができる。

このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられており、これらのＬＥＤ光を合波して、あたかも点光源のように利用できるＬＥＤモジュールが強く望まれている。しかし、ＬＥＤ光は、コヒーレント性が無く、放射角が広いので、集光して３色のＬＥＤ光を合波することが難しい。

最近、３色のＬＥＤ光を光導波路を用いて合波し、均一な白色光を作りだす光源モジュールが注目されている（後述の非特許文献１参照。）。この光源モジュールは、米国のLumileds Lighting,LLCによって開発され、大画面液晶表示装置のバックライト・モジュールとして用いられる。

図１３は、非特許文献１に掲載されたバックライト・モジュール５０の概略断面図（ａ）と、発光ダイオードから出射される光の強度分布を示す説明図（ｂ）である。この光源モジュールでは、プリント基板５２の上に赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、および青色ＬＥＤ５１Ｂが９ｍｍ間隔で直線状に実装されており、各ＬＥＤから出射された赤色、緑色、および青色のＬＥＤ光５８は、反射ミラー５３の表面、光導波路５４の壁面、反射ミラー５５の表面、および導光板５６の壁面等で、順次、複雑に反射を繰り返すうちに、ほぼ均一な白色光に混ぜ合わされ、液晶パネル５７の背面を照射する。

ＬＥＤから出射される光は、図１３（ｂ）に示すように放射角が大きく、様々な方向へ進むため、短い光路長で赤色光、緑色光、および青色光が混合される。この装置では、ＬＥＤ光の放射角の広さが光の合波にうまく利用されているが、このようないわば拡散的な合波では光の強度は低下するので、光強度が高く、点光源的に利用できる光源を得ることはできない。

また、いったん面状に拡散させて合波した光をスポット光に集光する方法は、複雑な構成からなるレンズ系等を集光のために付加しなければならない。これは、高度な技術を必要とし、コストアップの要因となる。従って、ゲーム機やパソコンなどへの応用が期待され、低コスト化が求められるヘッドマウントディスプレイ等には、非特許文献１に示されている拡散的な合波法は不適当である。

複数の光源からの入射光を拡散させずに合波する方法として、一方の端部が光入射端面を形成し、もう一方の端部で一本の導波路コア部に結合する複数の導波路コア部を用いる方法が開示されている（特開昭６３−２２８７８８号、又は特開平１−１６５１８１参照。）。

図１４は、上記の方法に基づき、いわゆる三分岐型光導波路６０を用いて、赤色光源６５Ｒ、緑色光源６５Ｇおよび青色光源６５Ｂからの光を合波し、スポット状の白色光源を得る光源モジュールを示す平面図である。三分岐型光導波路６０では、赤色光用コア部６１Ｒ、緑色光用コア部６１Ｇおよび青色光用コア部６１Ｂの一方の端部は、それぞれ、赤色光入射端面６３Ｒ、緑色光入射端面６３Ｇおよび青色光入射端面６３Ｂを形成し、もう一方の端部は共通コア部６１Ｃの端部に結合する。共通コア部６１Ｃのもう一方の端部は、光出射端面６４を形成している。

上記コア部６１は、コア部６１を被覆しているクラッド６２より大きな屈折率をもつように作られている。この結果、いったんコア部６１に入射した光は、クラッド６２に漏れ出しにくく、図１４に矢印で示したように、コア部６１とクラッド６２の境界面で全反射されながら、コア部６１の中を光出射端面６４へ向かって進む。

白色光源モジュールでは、光入射端面６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂのそれぞれに対向して、赤色光源６５Ｒ、緑色光源６５Ｇおよび青色光源６５Ｂが設置される。光源６５から光入射端面６３に入射した赤色光６６Ｒ、緑色光６６Ｇおよび青色光６６Ｂは、それぞれ赤色光用コア６１Ｒ、緑色光用コア６１Ｇおよび青色光用コア６１Ｂの中を進み、共通コア６１Ｃへ導かれて合波され、光出射端面６４からスポット状の白色光６７として出射される。

また、後述の特許文献１には、この三分岐型光導波路を用いて液晶ディスプレイ装置を簡略化する方法が示されている。

図１５は、その実施例に示されたディスプレイ装置の概略斜視図である。このディスプレイ装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応した波長をもつ３個のレーザ光源７１Ｒ、７１ＧＲと７１Ｂ、三分岐型光導波路７０、ポリゴンミラー７２、パルスモータ７３、レンズ７４、平板反射ミラー７５、パルスモータ７６、マイクロフレネルレンズアレイ７７、および液晶パネル７８を備える。

３本のレーザ光は、上述の三分岐型光導波路７０によって１本のレーザ光に合波される。それぞれパルスモータ７３および７６で駆動されるポリゴンミラー７２および平板反射ミラー７５は、合成レーザ光を所望の角度で反射させ、水平及び垂直方向の走査を行うためのものである。これらのミラーで反射された合成レーザ光は、レンズ７４で集光され、液晶パネル７８の直近に配されたマイクロフレネルレンズアレイ７７に照射され、そこでＲ、Ｇ、Ｂの各色に分解された後、各色ごとに液晶パネル７８の異なる位置に焦点を結び、各ＲＧＢ領域を形成する。このように合成レーザ光を用いることによって、液晶パネル７８にＲＧＢカラーフィルタを設けることなく、ＲＧＢカラー表示を行うことが可能になる。

特許第３１６７４６６号公報（第２頁、図１） 特開平５−１７３０３６号公報（第２頁、図１） 日経エレクトロニクス２００３．３．３１号，Ｐ．１２７（図６）

前述した三分岐型光導波路等の光導波路を用いて合波する方法は、光源としてＬＥＤを用いようとすると特に、次の問題点が生じる。

既述したようにＬＥＤは光の放射角が大きいので、ＬＥＤ光を高い効率で三分岐型光導波路の光入射端面に入射させるには、ＬＥＤと光導波路とを接続する部分にレンズなどの集光部品を用い、高精度にアライメントすることが必要になり、構成が複雑化し、実装が難しく、コストアップの原因となる。

また、光源を配置する位置が、光出射端面の対向面側の１面、実際的にはその面上の１本の直線の上に限られるので、光源の配置の自由度が少ない。このため、多数のＬＥＤを配置して合波することが難しく、光源モジュールを高出力化する目的には不向きである。

また、小型化にも不利である。図１６は、三分岐型光導波路を用いてＲＧＢ光を合波する場合の、コアの長さｄと光の損失との関係を示すグラフである。このグラフは、後述する本発明の実施の形態１と同じ条件下でシミュレーションによって求めた。このグラフから、コアの長さｄを小さくしすぎると、急激に損失が増大することがわかる。これは、コアの長さｄを短くしすぎると、コア部に曲率の大きな曲線部分を生じ、図１４に点線で示したように、ここからクラッドに光が漏れ出しやすくなるためと考えられる。

図１６から、例えば幅が４００μｍのＬＥＤを隙間無く並べた場合を想定して、ＬＥＤ間のピッチを４００μｍとすると、許容範囲である２ｄＢに損失を抑えるためには、光導波路の長さｄを２０ｍｍ以上とる必要があることがわかり、光源モジュールの小型化が難しいことがわかる。

このような困難から、ＲＧＢ光を合波して白色光を発生する、点光源的な利用が可能なＬＥＤモジュールであって、小型で、実装が容易で、低コストで、十分な光量を有し、ヘッドマウントディスプレイ等の光源に適したＬＥＤモジュールは、まだ実現されていない。

また、特許文献１に示されている光導波路は、レーザ光を次段の光素子等へ伝送するためのものであって、その形状は、光導波路の中で複数の光を合波するといった光の加工を意図するものにはなっていない。例えば、光導波路の幅は、光入射端面においてすでに限界（レーザビームの幅と同程度の幅）近くまで狭められていて、光の加工を行える余地がない。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コアとクラッドとの接合体からなり、光源がＬＥＤであっても光源が発する光を高効率で取り込める、実現容易な構造であること、光源の配置の自由度が高いこと、小型化しても光の損失率が小さいことの少なくとも一つを実現することで高性能ＬＥＤモジュールを可能にする光導波路、及びその光導波路を用い、低コストで十分な光量を有する光源モジュール、並びにディスプレイ等の光情報処理装置を提供することにある。

本発明は、コアとクラッドとの接合体からなり、前記コアは、その光入射端面から光出射端面へ向かって直線的に幅が減少する構造を有し、共通の前記光入射端面に複数の光源から入射した光が合波されて前記光出射端面から出射される、第１の光導波路に係わり、
また、コアとクラッドとの接合体からなり、
前記コアが複数のコア部に分割され、これらのコア部が光入射側から光出射側へ延びていて１箇所で会合し、この会合部で合波された光が出射され、
前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的にその幅が減少し、
複数の前記コア部の各光入射端面に対向して光源がそれぞれ配置されている、第２の光導波路に係わり、
また、コアとクラッドとの接合体からなり、
前記コアは、少なくとも、第１の光入射端面と光出射端面とを結ぶ第１のコア部と、前記第１の光入射端面と前記光出射端面との中間位置に形成された第２の光入射端面から延び、前記第１のコア部に対し斜め方向から会合する第２のコア部とからなり、
この会合部において前記第１及び第２の光入射端面に入射した複数の入射光が合波されて、前記光出射端面から出射される、第３の光導波路に係わり、
また、コアとクラッドとの接合体からなり、
前記コアが複数のコア部に分割され、これらのコア部が光入射側から光出射側へ延びていて１箇所で会合し、この会合部で合波された光が出射され、
前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的に形成され、平面上に放射状に配置され、
複数の前記コア部の各光入射端面に対向して光源がそれぞれ配置されている、第４の光導波路に係わるものである。

更に、前記光導波路の前記光入射端面に複数の光源が配され、前記複数の光源から前記光入射端面に入射した光が合波されて前記光出射端面から出射される、光源モジュールに係わり、前記光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置に係わるものである。

本発明の第１の光導波路によれば、前記コアは、その光入射端面から光出射端面へ向かって直線的に幅が減少する構造を有するから、前記複数の光源を発したそれぞれの光は共に前記光出射端面に比して大きく開口した前記光入射端面に入射するので、光源がＬＥＤであっても光を取り込む効率が高い。また、前記コアの側面の傾斜が一定であるので、前記コアの長さを短縮しても光の損失率の増大が生じにくく、小型化が可能である。

また、本発明の第２の光導波路によれば、前記コアが複数のコア部に分割され、前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的にその幅が減少し、前記コア部の各光入射端面に対向して前記光源がそれぞれ配置されているから、前記光源を発した光は前記会合部に比して大きく開口した前記光入射端面に入射するので、光源がＬＥＤであっても光を取り込む効率が高い。また、各光入射端面が独立して設けられているので、前記光源の設置の自由度も高い。また、前記コア部の側面の傾斜が一定であるので、前記コア部の長さを短縮しても光の損失率の増大が生じにくく、小型化が可能である。

また、本発明の第３の光導波路によれば、前記コアは、少なくとも、第１の光入射端面と光出射端面とを結ぶ第１のコア部と、前記第１の光入射端面と前記光出射端面との中間位置に形成された第２の光入射端面から延び、前記第１のコア部に対し斜め方向から会合する第２のコア部とからなるので、前記光源の設置の自由度が高く、前記中間位置に多数の光源を配置することができ、高出力化が可能である。

また、本発明の第４の光導波路によれば、前記コアが複数のコア部に分割され、前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的に形成され、平面上に放射状に配置され、前記コア部の各光入射端面に対向して前記光源がそれぞれ配置されているから、前記光源の設置の自由度が高く、多数の光源を配置することができ、高出力化が可能である。また、前記会合部を前記光出射端面に直近の位置に配置することで、小型化が可能である。

また、本発明の光源モジュールは、光源がＬＥＤであっても光源が発する光を高効率で取り込める、実現容易な構造であること、光源の配置の自由度が高いこと、小型化しても光の損失率が小さいことの少なくとも一つを実現した前記第１〜第４の光導波路を用いているので、ＬＥＤを前記光源とする、低コストで十分な光量を有し、例えばヘッドマウントディスプレイの光源として点光源的な利用可能な光源モジュールを構成できる。

そして、本発明の光導波路と、この光導波路への信号光の入射手段と、この光導波路からの出射光の受光手段とによって、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を受光手段に入射させて、光情報処理を有効に行うことができる。

本発明の第１の光導波路において、前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われている場合には、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３．５°以下であるのがよく、前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造である場合には、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３０°以下であるのがよい。このようにすると、前記コア内を伝播する光は前記クラッドとの境界部で全反射されながら前記光出射端面に向かうので、前記クラッドへ漏れ出すことによる光の損失を最小限に抑えることができる。

本発明の第２の光導波路において、前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われている場合には、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３．５°以下であるのがよく、前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造である場合には、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３０°以下であるのがよい。このようにすると、前記コア内を伝播する光は前記クラッドとの境界部で全反射されながら前記光出射端面に向かうので、前記クラッドへ漏れ出すことによる光の損失を最小限に抑えることができる。

また、前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われている場合には、前記会合部において隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２°以下であるのがよく、前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造である場合には、前記会合部において隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下であるのがよい。このようにすると、一方の前記コア部から前記会合部に入射して、隣接する前記コア部の前記クラッドとの境界面に入射する光についても全反射の条件が成り立ち、前記会合部において前記クラッドに漏れ出す光を最少に抑えることができる。

また、前記会合部の光出射側に、前記会合部に連接して光合波路が形成されているのがよい。これにより光の混合をより確実にすることができる。また、前記光合波路の少なくとも一部の幅が前記光出射端面に向かって直線的に減少しているのがよい。例えば、前記光合波路の前記光出射端面近傍において、その幅が５０μｍから１４μｍに狭められている等である。このようにすると、光出射特性をより点光源に近づけることができる。

また、前記クラッドの幅が、少なくとも前記光出射端面近傍において、減少しているのがよい。例えば、クラッドを出射側へ向かって削除し、前記コアの周りに幅５μｍのクラッドのみを残す構造とする。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

また、前記コア部の前記光入射端面が前記会合部を中心とする円弧上に配置されているのがよい。このようにすると、放射状に広がる直線導波路を、幅方向中心線に対して垂直にカットされることになり、光源が出射した光を取り込む効率を高めることができる。

本発明の第３の光導波路において、前記第１のコア部と前記第２のコア部が直線状に形成されているのがよい。また、前記会合部にて前記第１のコア部に対して前記第２のコア部が８０°以下の角度で交わるのがよい。

そして、前記第２のコア部が複数個、互いに分離して形成され、前記第２のコア部が前記第１のコア部の片側或いは両側に形成されているのがよい。

また、前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われている場合には、前記第１のコア部と前記第２のコア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２度以下であり、前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造である場合には、前記第１のコア部と前記第２のコア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下であるのがよい。このようにすると、一方の前記コア部から前記会合部に入射して、隣接する前記コア部の前記クラッドとの境界面に入射する光についても全反射の条件が成り立ち、前記会合部において前記クラッドに漏れ出す光を最少に抑えることができる。

また、前記第１のコア部及び／又は前記第２のコア部の少なくとも一部の幅が前記光出射端面に向かって直線的に減少しているのがよい。

例えば、前記光入射端面の近傍において、前記光入射端面における幅は１００μｍであり、これが直線的に幅５０μｍに狭められる等である。前記光入射端面において幅が最も大きく、前記光出射端面に向かって次第に減少していく先細り形状によって、放射角が大きいＬＥＤ光であっても効率よく光を取り込むことができる。

また、前記第１のコア部の前記光出射端面近傍において、その幅が減少しているのがよい。例えば、その幅が５０μｍから１４μｍに狭められている等である。このようにすると、光出射特性をより点光源に近づけることができる。

また、前記クラッドの幅が、少なくとも前記光出射端面近傍において、減少しているのがよい。例えば、クラッドを出射側へ向かって削除し、前記コアの周りに幅５μｍのクラッドのみを残す構造とする。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

本発明の第４の光導波路において、前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われている場合には、前記会合部において隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２°以下であるのがよく、前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造である場合には、前記会合部において隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下であるのがよい。このようにすると、一方の前記コア部から前記会合部に入射して、隣接する前記コア部の前記クラッドとの境界面に入射する光についても全反射の条件が成り立ち、前記会合部において前記クラッドに漏れ出す光を最少に抑えることができる。

また、前記コア部の少なくとも一部の幅が、前記光出射端面に向かって直線的に減少しているのがよい。例えば、前記コア部の前記光入射端面近傍において、その幅が減少しているのがよい。光入射端面における幅は１００μｍであり、これが直線的に幅５０μｍに狭められる等である。光入射端面において幅が最も大きく、前記光出射端面に向かって次第に減少していく先細り形状によって、放射角が大きいＬＥＤ光であっても効率よく光を取り込むことができる。

本発明の第４の光導波路では、小型化のため、前記会合部の光出射側に光合波路を設けないのが基本形である。しかし、光の混合をより確実にするために、前記会合部に連接して光合波路が形成されていてもよい。その際、前記光合波路の少なくとも一部の幅が、前記光出射端面に向かって直線的に減少しているのがよい。例えば、前記光合波路の前記光出射端面近傍において、その幅が５０μｍから１４μｍに狭められている等である。このようにすると、光出射特性をより点光源に近づけることができる。

また、前記クラッドの幅が、少なくとも前記光出射端面近傍において、減少しているのがよい。例えば、クラッドを出射側へ向かって削除し、前記コアの周りに幅５μｍのクラッドのみを残す構造とする。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

また、前記コア部の前記光入射端面が前記会合部を中心とする円弧上に配置されているのがよい。このようにすると、前記コア部が幅方向中心線に対して垂直にカットされることになり、光源が出射した光を取り込む効率を高めることができる。

本発明において、前記光入射端面が傾斜反射面を有し、前記コアの底面側に配置される前記光源からの入射光が、前記傾斜反射面で反射された後に前記光出射端面の方向へ向かうように構成されていてもよい。このようにすると、ＬＥＤ等の光源を光導波路の面方向下部に貼り付けるなど、光源の実装位置や実装方法に新しい自由度が生じるメリットがある。

また、前記コア材が光硬化性樹脂からなるのがよい。これは、光（特に紫外線）照射によって露光パターンに対応したコアにパターン化することが容易となり、またクラッド材としても有利なためである。こうした光硬化性樹脂としては、特開２０００−３５６７２０号公報に記載されたオキセタン樹脂等の高分子有機材料が挙げられる。このような高分子有機材料は、３９０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下の波長の可視光を９０％以上透過するものがよい。なお、コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。

光導波路材料として、下記のオキセタン環を有するオキセタン化合物からなる上記したオキセタン樹脂、又は下記のオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化（重合）のために連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始剤を含む組成物が用いられるのがよい。

そして、本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。

本発明の光源モジュールにおいて、ディスプレイ等を用途とする場合には、前記光源として発光ダイオードが用いられるのがよい。また、光配線を目的とする場合には、レーザーダイオードが用いられるのがよい。また、赤色光、緑色光、および青色光を発光する光源が用いられると、合波されたＲＧＢ光（白色光）を得ることができる。

本発明の光情報処理装置において、前記出射光が走査手段で走査されて投影されるディスプレイとして構成されているのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。

実施の形態１
図１〜図４は、本発明の第１の光導波路とそれを用いた光源モジュールの実施形態を示すものである。

図１は、本実施の形態に基づく光導波路１０Ａとそれを用いた光源モジュールの平面図（ａ）と、そのＡ−Ａ線概略断面図（ｂ）と、コアの幅方向中心線の位置での概略断面図（ｃ）とである。

光導波路１０Ａは、図１に示すように、シリコン基板４の上に形成された、コア１と上部クラッド２及び下部クラッド３との接合体からなる。例えば、コア１の厚さは１４μｍで一定であるが、幅は、光入射端面５における５００μｍから光出射端面６における５０μｍまで直線的に減少している。

光出射端面６が小さく絞られているのに対し、光入射端面５はその１０倍もの大きさに大きく開口しているのが第１の光導波路１０Ａの１つの特徴である。このため、複数の光源１１が放射角が大きいＬＥＤであっても、複数の光源１１が発する光を共に高い効率で共通の光入射端面５に取り込むことができる。また、共通の光入射端面５に対向して、赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇおよび青色光源１１Ｂを並べて配置することができる（図１（ａ）および（ｃ）参照。）。

コア１は、クラッド２および３より大きな屈折率をもつように作られている。例えば、コア１とクラッド２および３とをオキセタン樹脂を用いて形成した場合には、コア１の屈折率ｎ₁＝１．５４３、クラッド２および３の屈折率ｎ₂＝１．５１６であり、次式
比屈折率差 ＝（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₁
で定義される比屈折率差は、１．７％である。

コア１の屈折率がクラッド２および３の屈折率より大きいと、いったんコア１に入射した光は、クラッド２および３に漏れ出しにくく、コア１とクラッド２および３の境界面に浅い角度で入射した光は全反射されながら、コア１の中を光出射端面６へ向かって進むことになる。

図２は、オキセタン樹脂からなる光導波路１０Ａを用いて赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇおよび青色光源１１Ｂから入射する３色光を合波する場合の、コア１の長さｄと光の損失との関係を、前述した三分岐型光導波路の場合と同じ条件下でシミュレーションして求めた結果を示すグラフである。図２で、Ｗ_in は光入射端面の幅を示し、２００μｍから６００μｍまで１００μｍずつ変化させた。Ｗ_out は光出射端面の幅で、５０μｍで一定とした。

Ｗ_in＝５００μｍ、Ｗ_out＝５０μｍとした場合、長さ１０ｍｍの光導波路１０Ａにおける損失は、１．５ｄＢであり、許容範囲内である。また、２ｄＢの許容損失まで許容するとすると、長さを６．８ｍｍまで短縮することができる。これは、従来の三分岐型光導波路に比べ、約１／３の長さに小型化が可能であることを示している。

しかし、図２のグラフからわかるように、どのＷ_in の値でもコア１の長さｄを小さくしすぎると、急激に損失が増大することがわかる。しかも、この損失の急激な増加が起こる長さｄは、Ｗ_in（正確にはＷ_in−Ｗ_out）にほぼ比例する。これは、コア１の側面の傾斜がきつくなり、コア１の側面とコア１の幅方向中心線がなす角（図１（ａ）に示したα）が大きくなりすぎると、壁面に深い角度で入射して全反射せずにクラッドに漏れ出す光が増えるためと考えられる。シミュレーションによると、オキセタン樹脂からなる光導波路１０Ａでは、光の損失を２ｄＢ以内に抑えるには、αは３．５°以下であるのがよい。また、この角度は、０．１°以上とするのがよい。

これらのコア及びクラッドは、光硬化性樹脂によって形成することができる。例えば特開２０００−３５６７２０号公報に開示されている高分子有機導波路材料であるオキセタン樹脂（例えばソニーケミカル社製）を使用することが好適である。また、ポリシラン（例えば商品名グラシア、日本ペイント社製）なども使用してよい。コアやクラッドに適した屈折率を有するポリマー系材料がそれぞれに存在するが、これらは上記メーカー等より入手することができる。

膜厚１２０μｍの試料の透過スペクトルによると、このオキセタン樹脂は、波長３９０ｎｍから８５０ｎｍの範囲において、９０％以上の透過率を有する樹脂であり、可視光を透過させる特性を持つ、本発明の可視光用光源モジュールには好適な材料である。

また、このオキセタン樹脂の伝送損失をカットバック法により測定した。コア４０μｍ×６０μｍの矩形光導波路の伝送損失は、波長８５０ｎｍにおいて０．５ｄＢ／ｃｍ、波長６５０ｎｍにおいて０．５ｄＢ／ｃｍであった。

この場合の例として、平面型光導波路のコアの屈折率はクラッドの屈折率よりも０．１〜３．０％大きい。

＜変形例１＞
図３は、変形例である光導波路１０Ｂを示すものであって、これは、光導波路１０Ａから上部クラッド２を除去したものである。従って、光導波路１０Ｂは、コア１の底面のみが下部クラッド層３の表面に接合し、底面以外のコア１の表面が空気に対して露出しているエアリッジ構造になっている。

この場合、空気の屈折率はほぼ１であるから、光導波路１０Ａの場合（ｎ₂＝１．５１６）に比べてコア１（ｎ₁＝１．５４３）との屈折率の差が大きくなり、コア１に入射した光は、より漏れ出しにくくなり、コア１の中を光出射端面６の方へ進む光の密度が増加する。また、光出射端面６において、コア１以外の部分の占める割合が増えて、出射光サイズが減少する。

また、屈折率の差が大きくなるので、全反射の条件が緩和される。例えば、前述と同様のシミュレーションから、変形例１で許される前述のαの値は、３０°以下であると求まる。

また、上部クラッド２がある場合、コア１から上部クラッド２の中へ漏れ出した光がそのまま上部クラッド２の中を伝播して、光出射側の端部から出射されることがある。このようなクラッド光と呼ばれる迷光が、コア１から出射される本来の信号光に混ざると、結果的に信号光の質が低下する。コア１に接しているのが空気であれば、コア１から空気中に漏れ出した光はそのまま直進し、戻ってくることがないからクラッド光による妨害がない。

変形例１によれば、光入射端面５から入射した信号光が上部クラッド２へ入射したり、コア１から上部クラッド２へ漏れ出ることにより、光出射端面６からの出射光の光束が見かけ上拡がること（即ち、コア１からの絞られた光束以外の光が出射すること）等を防止することができる。その他は、上述した光導波路１０Ａと同様の作用効果が得られる。

＜変形例２＞
図４（ａ）は、光導波路１０Ａの別の変形例を示すものであって、光導波路の光入射端面を傾斜反射面状に形成し、コア１の底面側に配置した光源からの入射光が、傾斜反射面状の光入射端面５ａで反射された後に光出射端面６の方向へ向かうように構成されている光導波路１０Ｃである。このようにすると、ＬＥＤ等の光源を光導波路の面方向下部に貼り付けるなど、光源の実装位置や実装方法に新しい自由度が生じるメリットがある。

また、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、光導波路の光入射端面を傾斜反射面状に形成し、その反射面を介してＬＥＤ光およびレーザ光が入射するように実装した例である。このときのミラー損失は、１ｄＢであった。このような場合でも、放射角が大きいＬＥＤは、扱いが難しいことは、図４の（ｂ）と（ｃ）とを比べるとわかりやすい。

本実施の形態の光源モジュールは、赤色光、緑色光、および青色光の３色の光源を高効率にて結合し、合波した光を任意の大きさの点光源にて取り出すことができる光源モジュールである。マイクロディスプレイなどに応用する場合の３色光源として有用である。

実施の形態２
図５は、本発明の第２の光導波路とそれを用いた光源モジュールの実施形態を示すものである。

図５（ａ）は、本実施の形態に基づく、光導波路２０Ａとそれを用いた光源モジュールの平面図である。

図５（ａ）に示すように、光導波路２０Ａは、主として、コア２１とクラッド２２との接合体によって構成される光導波路である。コア２１は複数のコア部、即ち、赤色用コア部２１Ｒ、緑色用コア部２１Ｇ，青色用コア部２１Ｂに分割され、これらのコア部２１が赤色光入射端面２３Ｒ，緑色光入射端面２３Ｇ，青色光入射端面２３Ｂから光出射端面２４側へ延びていて１箇所で会合し、この会合部２５で合波された光が出射される。そして、会合部２５に連接して光合波路として共通コア部２１Ｃが形成されているのがよい。

各コア部２１は、各光入射端面２３から会合部２５へ向かって直線的にその幅が減少し、複数のコア部２１の各光入射端面２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに対向して赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂがそれぞれ配置されている。

光導波路２０Ａは、実施の形態１の光導波路１０Ａ等と同様に、シリコン基板の上に形成された、コア２１と上部クラッド及び下部クラッドとの接合体からなる。例えば、コア２１の厚さは１４μｍで一定であるが、幅は、光入射端面２３から会合部２５まで直線的に減少している。会合部２５で小さく絞られているのに対し、光入射端面２３は大きく開口しているのが第１の光導波路１０Ａ等と共通する特徴である。このため、光源１１が放射角が大きいＬＥＤであっても、光源１１が発する光を高い効率で取り込むことができる。

また、コア２１は、クラッドより大きな屈折率をもつように作られていて、いったんコア２１に入射した光は、クラッドとの境界面で全反射されながら、コア２１の中を光出射端面２６へ向かって進むのも、実施の形態１と同じである。従って、コア２１の側面とコア２１の幅方向中心線がなす角（図５（ａ）に示したβ）についても実施の形態１と同じ条件が求められる。従って、コアと上部クラッドがオキセタン樹脂からなる場合は、βは、３．５°以下、上部クラッドを取り除いたエアリッジ構造では３０°以下であるのがよい。

実施の形態１と異なるのは、各光源からの光が別個にコア２１に取り込まれ、会合部２５で合波されることである。この会合部２５でクラッドへ漏れ出る光を最少に抑えるには、一方のコアから入射してきた光が他方のコアの壁面に衝突して反射されるとき、全反射の条件が成り立つことが望ましい。即ち、合流する２つのコアの幅方向中心線がなす角をθとおくと、θの上限は下記の式
ｓｉｎ（９０°−θ°）＝ｎ₂／ｎ₁
θ≒（２×（１−ｎ₂／ｎ₁））^1/2（ｒａｄ）
で与えられる。即ち、会合部２５において、上式で与えられる角度を臨界角として、θがこの角以下であれば、合流した光は全反射しながら、光出射端面２６の方へ向かって伝播することができる。

上式から、コアと上部クラッドがオキセタン樹脂からなる場合には、ｎ₁＝１．５４３、ｎ₂＝１．５１６とおいて、θは１６．２°と求められる。また、上部クラッドが取り除かれたエアリッジ構造の場合には、ｎ₂＝１とし、コアがオキセタン樹脂からなる場合はθ＝４０．４°、より一般的にコア材料の屈折率がｎ₁＝１．４である場合はθ＝４５．６°と求められる。従って、エアリッジ構造の場合は４５．６°以下であることが求められる。

図５（ａ）に示すような構造をとるメリットは、ＬＥＤチップの面積によって実装が制限されることが少なくなり、ＬＥＤ実装の自由度が増し、その結果として光源モジュールの光量の増大を達成できる点にある。

例えば、赤色光源１１Ｒとして、チップサイズ３００μｍ×３００μｍのＡｌＧａＩｎＰ系の赤色発光ＬＥＤを用いることができ、緑色光源１１Ｇおよび青色光源１１Ｂとして、チップサイズ３５０μｍ×３５０μｍのＧａＮ系の緑色発光ＬＥＤおよび青色発光ＬＥＤを用いることができる。これらは、台湾Arima Opto.社から入手することができる。また、光源にレーザを用いることもできる。

図５（ｂ）は、変形例である光導波路２０Ｂとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路２０Ｂの特徴は、光出射端面近傍において、コア部２１の幅が光出射端面に向かって直線的に減少していることである。コアの幅は、複数本のコアから１本の幅５０μｍのコアに合波された光は、この先細り形の幅形状により１４μｍに狭められる。ヘッドマウントディスプレイ用のＬＥＤ光源としては、点光源的である方が望ましく、できるだけ光配線出射側コアを小さくする必要がある。

図５（ｃ）は、変形例である光導波路２０Ｃとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路２０Ｃの特徴は、クラッドを出射側へ向かって削除し、コアの周り５μｍのみクラッドを残す構造である。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

説明は省略するが、本実施の形態においても実施の形態１で述べた変形例１および２が可能である。これは次に説明する実施の形態３および４でも同様である。

実施の形態３
図６〜図８は、本発明の第３の光導波路とそれを用いた光源モジュールの実施形態を示すものである。

図６（ａ）は、本実施の形態に基づく、光導波路３０Ａとそれを用いた光源モジュールの平面図である。

図６（ａ）に示すように、光導波路３０Ａでは、コアは、第１の光入射端面３３Ｐと光出射端面３４とを直線的に結ぶ第１のコア部３１Ｐと、第１の光入射端面３３Ｐと光出射端面３４との中間位置に形成された第２の光入射端面、即ち、赤色光入射端面３３Ｒ，緑色光入射端面３３Ｇ，青色光入射端面３３Ｂから延び、第１のコア部３１Ｐに対し斜め方向から会合する第２のコア部、即ち、赤色用コア部３１Ｒ、緑色用コア部３１Ｇ，青色用コア部３１Ｂとからなり、この会合部３５において第１の光入射端面３３Ｐ及び第２の光入射端面３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに入射した複数の入射光が合波されて、光出射端面３４から出射される。

光導波路３０Ａでは、３本の第２のコア部３２が、第１のコア部３１と角度θ＝１０°にて交わり、４つの入射光を合波して、１つの出射光として取り出すことができる。各コア部３１Ｐ、３１Ｒ、３１Ｇ，３１Ｂの断面は、厚さ４０μｍ、幅５０μｍの長方形の形状を有する。第１のコア部３１Ｐの光入射端面３３Ｐから光出射端面３４までの長さは２０ｍｍである。

また、実施の形態２と同様、会合部３５で第１のコア部３１と第２のコア部３２との幅方向中心線がなす角度θは、コアと上部クラッドがオキセタン樹脂からなる場合には１６．２°以下、また、エアリッジ構造の場合には４５．６°以下であることが求められる。これは、下記の変形例でも、同様である。

図６（ａ）の光源モジュールでは、各コア部の光入射端面に向かって光を出射するように配置された４個のＬＥＤ光源を用い、４個のＬＥＤから出射された光が合波されて１つの光出射端面３４から取り出される。

この光源モジュールでは、第１の光入射端面３３Ｐに対向して緑色ＬＥＤ１１Ｇが配置され、第２の光入射端面３３Ｒ、３３Ｇ，３３Ｂに対向して赤色、緑色、青色の３つのＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ，１１Ｂが配置されている。各ＬＥＤ光は、主に対向する光入射端面からコア部に入射する。第１のコア部３１Ｐまたは第２コア部３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの４本のコア部の何れかに入射した光は、壁面では全反射しながらコア内を光出射端面に向かって進み、会合部３５で合波される。

例えば、赤色、緑色、青色のＬＥＤを全て光らせれば、白色光を得ることができる。ＬＥＤ光はスペクトル幅が広いので、可視光のすべての波長領域を赤色、緑色、青色のコントラスト比にて変化させることができる。

ここで、４個のＬＥＤを、赤色ＬＥＤ１個、青色ＬＥＤ１個、緑色ＬＥＤ２個とした。緑色は色相のなかで最も波長範囲が狭くカラーバランスに大きな決定要素を持つので、補強のために緑色ＬＥＤを１個追加した。または、白色光ＬＥＤを用いても別途なアプリケーションに使える可能性もある。

なお、本実施の形態では、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも０．１〜３．０％大きい。

図６（ｂ）は、変形例である光導波路３０Ｂとそれを用いた光源モジュールの平面図である。第１のコア部３１の両側を用いて、６本の第２のコア部３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂが、第１のコア部３１Ｐと角度θ＝１０°にて交わり合流する例であり、７つの入射光を合波して、１つの出射光として取り出すことができる。

この方法は、多数のＬＥＤを配置することができ、光源モジュールを高出力化することができる。また、ＬＥＤ等の光源を３つの異なる面に配置できるので、実装の自由度が高い。

図７（ｃ）および（ｄ）は、変形例である光導波路３０Ｃおよび３０Ｄとそれを用いた光源モジュールの平面図である。ここでは、小さな第２のコア部の断面積に合わせて小型のＬＥＤを用い、コアやクラッドの一部を切り欠いてＬＥＤを配置しやすくし、ＬＥＤ光を高い効率で取り込めるようにした例である。

図８（ｅ）は、変形例である光導波路３０Ｅとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路３０Ｅの特徴は、光入射端面近傍において、第１のコア部３１Ｐや第２のコア部３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの幅が光出射端面３４に向かって直線的に減少していることである。具体的には、ＬＥＤ側の光入射端面３３における幅は１００μｍであり、これが直線的に幅５０μｍに狭められる。光入射端面３３において幅が最も大きく、光出射端面３４に向かって次第に減少していく先細り形状によって、放射角が大きいＬＥＤ光でも効率よく取り込むことができる。

図８（ｆ）は、変形例である光導波路３０Ｆとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路３０Ｆの特徴は、光出射端面近傍において、第１のコア部３１Ｐの幅が光出射端面に向かって直線的に減少していることである。幅５０μｍの第１のコア部３１に合波された光は、この先細り形の幅形状により１４μｍに狭められる。ヘッドマウントディスプレイ用のＬＥＤ光源としては、点光源的である方が望ましく、できるだけ光配線出射側コアを小さくする必要がある。

図８（ｇ）は、変形例である光導波路３０Ｇとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路４０Ｄの特徴は、クラッドを出射側へ向かって削除し、コアの周り５μｍのみクラッドを残す構造である。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

本実施形態の光源モジュールは、可視光を透過する多分岐型光導波路により赤、緑、青色のＬＥＤ光を合波し、白色光をはじめとする任意の波長の可視光を合波することができる。また、出力側の光のビーム形状を制御することもできる。この形状を採用することの特徴は、高出力化とＬＥＤ配置の自由度を増すことができる。

実施の形態４
図９〜図１１は、本発明の第４の光導波路とそれを用いた光源モジュールの実施形態を示すものである。

図９は、本実施の形態に基づく、光導波路４０Ａとそれを用いた光源モジュールの平面図（ａ）と、その変形例の平面図（ｂ）とである。

図９（ａ）に示すように、光導波路４０Ａは、主として、放射状に形成された複数のコア部４１とクラッド４２との接合体によって構成される光導波路である。コアは複数のコア部４１に分割され、これらのコア部４１が光入射端面４３から光出射端面４４側へ延びていて１箇所で会合し、会合部４５で合波された光が出射される。各コア部４１は、各光入射端面４３から会合部４５へ向かって直線的に形成され、平面上に放射状に配置され、複数のコア部４１の各光入射端面４３に対向して光源１１がそれぞれ配置されている。

コア部４１の厚さは４０μｍ、幅は５０μｍであり、５本のコア部４１が放射状に配置されている。光入射端面４５から光出射端面４６までの長さは１０ｍｍであり、光入射端面４３の側では幅５０μｍのコア部５本に分離しているが、光出射端面４４の側では幅５０μｍの１本のコア部にまとめられている。

また、実施の形態２と同様に、会合部４５で隣り合う２つのコア部の幅方向中心線がなす角度θは、コアと上部クラッドがオキセタン樹脂からなる場合には１６．２°以下、また、エアリッジ構造の場合には４５．６°以下であることが求められる。これは、下記の変形例でも、同様である。

図９（ａ）の光源モジュールは、放射状の複数のコア部とクラッド赤、緑、青色のＬＥＤを複数本の直線状の光導波路に入射し、その光導波路がある一点にて交わる放射状の光導波路で特徴とする光源モジュールである。

光入射端面４３には対向して赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤが配置されており、上記の５本の光導波路の内の何れかに入射する。このＬＥＤチップの大きさは、３００×３００μｍである。光導波路コアに入射した光は、コア内を全反射して進み、出射側にて合波する。例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを全て光らせれば、白色光を得ることができる。ＬＥＤ光はスペクトル幅が広いので、可視光のすべての波長域を赤、青、緑のコントラスト比にて変化させることができる。または、白色光ＬＥＤを用いても別途なアプリケーションに使える可能性もある。

なお、本実施の形態では、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも０．１〜３．０％大きい。

図９（ｂ）は、変形例である光導波路４０Ｂとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路４０Ａとの相違点は、光入射端面近傍において、コア部４１の幅が光出射端面に向かって直線的に減少していることである。光入射端面４３の幅が最も大きく、光出射端面に向かって次第に減少していく構造によって、放射角が大きいＬＥＤ光でも効率よく取り込むことができる。
ＬＥＤ側の光入射端面における幅は１００μｍであり、これが直線的に幅５０μｍに狭められる。この先細り形状によって、光の捕集効率を高めることができる。

図１０（ｃ）は、変形例である光導波路４０Ｃとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路４０Ｃの特徴は、光出射端面近傍において、コア部４１の幅が光出射端面に向かって直線的に減少していることである。コアの幅は、複数本のコアから１本の幅５０μｍのコアに合波された光は、この先細り形の幅形状により１４μｍに狭められる。ヘッドマウントディスプレイ用のＬＥＤ光源としては、点光源的である方が望ましく、できるだけ光配線出射側コアを小さくする必要がある。

図１０（ｄ）は、変形例である光導波路４０Ｄとそれを用いた光源モジュールの平面図である。光導波路４０Ｄの特徴は、１０（ｄ）に示すように、クラッドを出射側へ向かって削除し、コアの周り５μｍのみクラッドを残す構造である。この形状により、クラッドモードとして伝播する迷光を除去することができる。

図１１（ｅ）は、変形例である光導波路４０Ｅとそれを用いた光源モジュールの平面図である。図１１（ｅ）に示すように、放射状に広がる直線導波路を円弧状にカットする方法である。この例では、ことなる３面をコアと垂直になるようにカットした。ＬＥＤとこのカット形状により、光の入射効率を高めることができる。

本実施の形態の光源モジュールは、可視光を透過する放射状の光導波路により赤、緑、青色のＬＥＤ光を合波することができる。よって、白色光をはじめとする任意の波長の可視光を合波することができる。また、出力側の光のビーム形状を制御することもできる。この形状を採用することの特徴は、小型化をすることができることである。

実施の形態５
上述した各実施の形態はいずれも、光源モジュールは、いわば点光源として好適であって、出射光はビーム径の絞られた次段への信号光として好適なものとなる。本実施の形態は、そのような点光源としての光導波路を光情報処理装置、例えばディスプレイに適用した例である。

例えば、図１（ａ）に示した光導波路１０Ａによれば、光入射面５にそれぞれＬＥＤからなる赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ及び青色光源１１Ｂを配置し、かつ光出射端面６の光出射側に必要なら凸レンズ部を設け、各色の信号光９９Ｒ、９９Ｇ及び９９Ｂを合波し、上述したと同様に所望のビーム径に集光して出射させる。

そして、各色の信号光の強度やカラーバランスを制御することによって、出射光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は目的とする色情報をもつ信号光として次段の例えばスクリーンへ投影され、フルカラーの画像の再生が可能なディスプレイを得ることができる。

図１２は、こうしたディスプレイをヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１０５に適用した例を示すものであって、図１０（Ａ）に示した構造の光導波路１０３を単位画素相当としてこれらを例えば紙面垂直方向に多数個ライン状に配列し、各光導波路１０３からのビーム径の絞られた出射光３１を走査板（scanned image plane）１００に通した後、この走査板と光学的に共役関係にある人間の眼球１０１の網膜１０２上に光学レンズ１０４等によって焦点（スポット）を結ばせるように構成している。この結像点は一ライン分、網膜１０２上に形成されるが、これは走査板１００によって網膜上でラインとは直交する方向に走査されることによって、臨場感あふれる映像をパーソナルに体感することができる。

このようなディスプレイでは、一般に、光源のＬＥＤ２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂの発光光は、コヒーレント性が無く、放射角が広くて３色を合波するのが困難であるとされるが、本実施の形態のようにＬＥＤからの光を光導波路１０３のコアに導入した後にその端部の凸レンズ部２８によって所望のビーム径に集光できるため、この光導波路１０３はいわば点光源としてディスプレイに非常に有利となる。

なお、このヘッドマウントディスプレイ１０５は、サングラスのように装着した状態でプロジェクタやカメラ、コンピュータ、ゲーム機などに組み込むことにより、コンパクトな映像装置を提供することができる。

本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。

本発明の光導波路から出射される光ビームは、その光導波路の先端形状により微小なコアから光を出射させることができる。よって、本発明は、マイクロディスプレイの点光源として有益な光源モジュールを提供することができる。

本発明の実施の形態１に基づく、光導波路と光源モジュールの平面図（ａ）、Ａ−Ａ線概略断面図（ｂ）およびコアの幅方向中心線における断面図（ｃ）である。 同、光導波路を用いてＲ、Ｇ、Ｂの３色光を合波する場合の、コアの長さと光の損失との関係を示すグラフである。 同、光導波路の他の例とそれを用いた光源モジュールを示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 同、光導波路の他の例を示す断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態２に基づく、光導波路と光源モジュールの平面図である。 本発明の実施の形態３に基づく、光導波路と光源モジュールの平面図である。 同、光導波路と光源モジュールの平面図である。 同、光導波路と光源モジュールの平面図である。 本発明の実施の形態４に基づく、光導波路と光源モジュールの平面図である 同、光導波路と光源モジュールの平面図である。 同、光導波路と光源モジュールの平面図である。 本発明の実施の形態５に基づく、ヘッドマウントディスプレイの説明図である。 非特許文献１に掲載された光源モジュールの概略断面図（ａ）と、発光ダイオードから出射する光の方向性を示す説明図（ｂ）である。 三分岐型光導波路を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色光源からの光を合波してスポット状の白色光源を得る光源モジュールを示す平面図である。 特許文献１の実施例によるディスプレイ装置の概略斜視図である。 三分岐型光導波路を用いて赤色光と緑色光と青色光とを合波する場合の、コアの長さｄと光の損失との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…コア、２…上部クラッド、３…下部クラッド、４シリコン基板、５光入射端面、
５ａ…傾斜反射面状の光入射端面、６…光出射端面、７コアの幅方向中心線、
１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０Ａ〜２０Ｃ、３０Ａ〜３０Ｇ、４０Ａ〜４０Ｅ…光導波路、
１１Ｒ…赤色光源、１１Ｇ…緑色光源、１１Ｂ…青色光源、
２１…コア、２１Ｒ…赤色用コア部、２１Ｇ…緑色用コア部，２１Ｂ…青色用コア部、
２２…クラッド、２３Ｒ…赤色光入射端面，２３Ｇ…緑色光入射端面，
２３Ｂ…青色光入射端面、２４…光出射端面、２５…会合部、３１Ｐ…第１のコア部、
３１Ｒ…赤色用コア部、３１Ｇ…緑色用コア部，３１Ｂ…青色用コア部、
３２…クラッド、３３Ｒ…赤色光入射端面，３３Ｇ…緑色光入射端面，
３３Ｂ…青色光入射端面、３４…光出射端面、３５…会合部、４１…コア部、
４２…クラッド、４３…光入射端面、４４…光出射端面、４５…会合部、
５０…バックライト・モジュール、５１Ｒ…赤色ＬＥＤ、５１Ｇ…緑色ＬＥＤ、
５１Ｂ…青色ＬＥＤ、５２…プリント基板、５３…反射ミラー、５４…光導波路、
５５…反射ミラー、５６…導光板、５７…液晶パネル、５８…ＬＥＤ光、
６０…三分岐型光導波路、６１…コア部、６１Ｒ…赤色光用コア部、
６１Ｇ…緑色光用コア部、６１Ｂ…青色光用コア部、６１Ｃ…共通コア部、
６２…クラッド、６３Ｒ…赤色光入射端面、６３Ｇ……緑色光入射端面、
６３Ｂ…青色光入射端面、６４…光出射端面、６５Ｒ…赤色光源、６５Ｇ…緑色光源、
６５Ｂ…青色光源、６６Ｒ…赤色光、６６Ｇ…緑色光、６６Ｂ…青色光、６７…白色光、７０…三分岐型光導波路、７１Ｒ、７１Ｒ、７１Ｒ…レーザ光源、
７２…ポリゴンミラー、７３…パルスモータ、７４…レンズ、７５…平板反射ミラー、
７６…パルスモータ、７７…マイクロフレネルレンズアレイ、７８…液晶パネル、
９９Ｒ、９９Ｇ及び９９Ｂ…信号光、１００…走査板（scanned image plane）、
１０１…人間の眼球、１０２…網膜、１０３…光導波路、１０４…光学レンズ、
１０５…ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）

Claims (47)

1. コアとクラッドとの接合体からなり、前記コアは、その光入射端面から光出射端面へ向かって直線的に幅が減少する構造を有し、複数の光源からこれらの光源に共通の前記光入射端面に入射した光が合波されて前記光出射端面から出射される、光導波路。
2. 前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われており、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３．５°以下である、請求項１に記載した光導波路。
3. 前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造であり、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３０°以下である、請求項１に記載した光導波路。
4. 前記光入射端面が傾斜反射面を有し、前記コアの底面側に配置される前記光源からの入射光が、前記傾斜反射面で反射された後に前記光出射端面の方向へ向かうように構成されている、請求項１に記載した光導波路。
5. 少なくとも前記コアが光硬化性樹脂の光硬化によって形成されている、請求項１に記載した光導波路。
6. コアとクラッドとの接合体からなり、
   前記コアが複数のコア部に分割され、これらのコア部が光入射側から光出射側へ延びていて１箇所で会合し、この会合部で合波された光が出射され、
   前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的にその幅が減少し、
   複数の前記コア部の各光入射端面に対向して光源がそれぞれ配置されている、光導波路。
7. 前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われており、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３．５°以下である、請求項６に記載した光導波路。
8. 隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２°以下である、請求項７に記載した光導波路。
9. 前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造であり、前記コアの幅方向中心線とその側面とがなす角度が３０°以下である、請求項６に記載した光導波路。
10. 隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下である、請求項９に記載した光導波路。
11. 前記光入射端面が傾斜反射面を有し、前記コアの底面側に配置される前記光源からの入射光が、前記傾斜反射面で反射された後に前記光出射端面の方向へ向かうように構成されている、請求項６に記載した光導波路。
12. 前記会合部の光出射側に、前記会合部に連接して光合波路が形成されている、請求項６に記載した光導波路。
13. 前記光合波路の少なくとも一部の幅が前記光出射端面に向かって直線的に減少している、請求項１２に記載した光導波路。
14. 前記光合波路の前記光出射端面近傍において、その幅が減少している、請求項１３に記載した光導波路。
15. 少なくとも前記光出射端面近傍において、前記クラッドの幅が減少している、請求項６に記載した光導波路。
16. 前記コア部の前記光入射端面が前記会合部を中心とする円弧上に配置されている、請求項６に記載した光導波路。
17. 少なくとも前記コアが光硬化性樹脂の光硬化によって形成されている、請求項６に記載した光導波路。
18. コアとクラッドとの接合体からなり、
    前記コアは、少なくとも、第１の光入射端面と光出射端面とを結ぶ第１のコア部と、前記第１の光入射端面と前記光出射端面との中間位置に形成された第２の光入射端面から延び、前記第１のコア部に対し斜め方向から会合する第２のコア部とからなり、
    この会合部において前記第１及び第２の光入射端面に入射した複数の入射光が合波されて、前記光出射端面から出射される、光導波路。
19. 前記会合部にて前記第１のコア部に対して前記第２のコア部が４５．６°以下の角度で交わる、請求項１８に記載した光導波路。
20. 前記第１のコア部と前記第２のコア部が直線状に形成されている、請求項１８に記載した光導波路。
21. 前記第２のコア部が複数個、互いに分離して形成されている、請求項１８に記載した光導波路。
22. 前記第２のコア部が前記第１のコア部の両側に形成されている、請求項１８に記載した光導波路。
23. 前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われており、前記第１のコア部と前記第２のコア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２°以下である、請求項１８に記載した光導波路。
24. 前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアが露出しているエアリッジ構造であり、前記第１のコア部と前記第２のコア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下である、請求項１８に記載した光導波路。
25. 前記光入射端面が傾斜反射面を有し、前記コアの底面側に配置される前記光源からの入射光が、前記傾斜反射面で反射された後に前記光出射端面の方向へ向かうように構成されている、請求項１８に記載した光導波路。
26. 前記第１のコア部及び／又は前記第２のコア部の少なくとも一部の幅が前記光出射端面に向かって直線的に減少している、請求項１８に記載した光導波路。
27. 前記第１の光入射端面及び／又は前記第２の光入射端面の近傍において、前記第１のコア部及び／又は前記第２のコア部の幅が減少している、請求項２６に記載した光導波路。
28. 前記第１のコア部の前記光出射端面近傍において、その幅が減少している、請求項２６に記載した光導波路。
29. 少なくとも前記光出射端面近傍において、前記クラッドの幅が減少している、請求項１８に記載した光導波路。
30. 少なくとも前記コアが光硬化性樹脂の光硬化によって形成されている、請求項１８に記載した光導波路。
31. コアとクラッドとの接合体からなり、
    前記コアが複数のコア部に分割され、これらのコア部が光入射側から光出射側へ延びていて１箇所で会合し、この会合部で合波された光が出射され、
    前記の各コア部は、各光入射端面から前記会合部へ向かって直線的に形成され、平面上に放射状に配置され、
    複数の前記コア部の各光入射端面に対向して光源がそれぞれ配置されている、光導波路。
32. 前記コアの周囲が前記クラッドによって覆われており、隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が１６．２°以下である、請求項３１に記載した光導波路。
33. 前記コアが、その底面を前記クラッド層の表面に接合した状態で形成され、前記底面以外の前記コアの側部が露出しているエアリッジ構造であり、隣接する前記コア部の幅方向中心線がなす角度が４５．６°以下である、請求項３１に記載した光導波路。
34. 前記光入射端面が傾斜反射面を有し、前記コアの底面側に配置される前記光源からの入射光が、前記傾斜反射面で反射された後に前記光出射端面の方向へ向かうように構成されている、請求項３１に記載した光導波路。
35. 前記会合部の光出射側に、前記会合部に連接して光合波路が形成されている、請求項３１に記載した光導波路。
36. 前記コア部の少なくとも一部の幅が、前記光出射端面に向かって直線的に減少している、請求項３１に記載した光導波路。
37. 前記コア部の前記光入射端面近傍において、その幅が減少している、請求項３６に記載した光導波路。
38. 前記光合波路の少なくとも一部の幅が、前記光出射端面に向かって直線的に減少している、請求項３５に記載した光導波路。
39. 前記光合波路の前記光出射端面近傍において、その幅が減少している、請求項３８に記載した光導波路。
40. 少なくとも前記光出射端面近傍において、前記クラッドの幅が減少している、請求項３１に記載した光導波路。
41. 前記コア部の前記光入射端面が前記会合部を中心とする円弧上に配置されている、請求項３１に記載した光導波路。
42. 少なくとも前記コアが光硬化性樹脂の光硬化によって形成されている、請求項３１に記載した光導波路。
43. 請求項１〜４２のいずれか１項に記載した光導波路の前記光入射端面に複数の光源が配され、前記複数の光源から前記光入射端面に入射した光が合波されて前記光出射端面から出射される、光源モジュール。
44. 前記光源として発光ダイオードまたはレーザーダイオードが用いられる、請求項４３に記載した光源モジュール。
45. 前記光源として青色光、緑色光、および赤色光を発光する光源が用いられる、請求項４３に記載した光源モジュール。
46. 請求項１〜４２のいずれか１項に記載した光導波路と、この光導波路に信号光を入射する入射手段と、前記光導波路からの出射光を受ける受光手段とを有する光情報処理装置。
47. 前記出射光が走査手段で走査されて投影されるディスプレイとして構成された、請求項４６に記載した光情報処理装置。

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