JP2020064218A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【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

Description

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。
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)。
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。
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。
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。
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。
特開2008−242207号公報 特開2016−012042号公報 特開2010−049259号公報 特開2013−195603号公報 米国特許出願公開2010/0073262号公報 特開2018−072591号公報
IEEE Photonics technology Letters, Vol. 19, No. 5, pp.330−332, March 1, 2007
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明の実施の形態の光合波器の概念的構成図である。 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。 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。 本発明の実施の形態の光合波部の構造の説明図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 従来の2次元光走査装置の一例の概略的斜視図である。 従来の画像形成装置の概略的斜視図である。 従来の光源モジュールの問題点に説明図である。 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、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12〜12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12〜12からの光ビームを個別に導波する複数の入力光導波路5〜5と、入力光導波路5〜5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5〜5の入力端10〜10に入力する各光ビームの各入力光導波路5〜5のうち入力光導波路5〜5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3〜3を設け、コア層3〜3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3〜3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5〜5が形成される。ここでは、3本の入力光導波路5〜5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)。
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5〜5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5〜5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5〜5の出力端における光強度分布とは、各入力光導波路5〜5のうち入力光導波路5〜5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。
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I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。
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。
複数の光源12〜12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12〜12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。
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5と緑色光を導波する光導波路5と、青色光を導波する光導波路5とを有し、3本の光導波路5〜5の内の中央に配置される光導波路5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5〜5の符号を援用している。
具体的には、緑色光を導波する直線状の光導波路5と、緑色光を導波する光導波路5と二か所の光結合部8,8で光結合する青色光を導波する光導波路5と、緑色光を導波する光導波路5と二か所の光結合部8,8の間(8)で光結合する赤色光を導波する光導波路5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5の出力端が出力導波路9に接続して合波光を出力する。
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5を直線状とし、赤色光を導波する光導波路5と光結合する青色光を導波する光導波路5と、赤色光を導波する光導波路5と光結合する緑色光を導波する光導波路5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5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5〜5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5に入力し、青色光を光導波路5に入力するようにしても良い。
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8において、直線状の光導波路5の幅を広くして非対称構造にする。光結合部8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5,5に入射しても、互いに反対の光導波路5,5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5の幅を光導波路5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。
入力光導波路5〜5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5〜5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。
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5〜5に入力しなかった光ビーム及び光合波部7の光結合部8〜8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。
或いは、複数の入力光導波路5〜5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5〜5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12〜12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5〜5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12〜12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。
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5〜5、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3〜3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5〜5を個別の下部クラッド層と、コア層3〜3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3〜3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5〜5、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3〜3と個別の上部クラッド層とにより形成しても良い。
さらには、入力光導波路5〜5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。
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3〜3及び上部クラッド層4の材料としては、SiO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。
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12〜12を組み合わせれば良い。この場合の光源12〜12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12〜12と光合波器の複数の入力光導波路5〜5との間にレンズを設けても良い。また、光源12〜12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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO層からなる上部クラッド層26(SiO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。
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。
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。
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8の長さは610μm、光結合部8の長さは800μm、光結合部8の長さは610μmとする。光導波路のうち中心の光導波路5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。
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θ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θ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θで拡がりながらクラッド部を伝搬する。
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。
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θは5.5deg.、緑色レーザビームの合横方向ビーム拡がり全角θは4.8deg.、青色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θ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。
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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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d,d,dを算出している。
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。
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。
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。
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θは11deg.、緑色ビームの合横方向ビーム拡がり全角θは9.6deg.、青色ビームの横方向ビーム拡がり全角θ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。
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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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。
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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO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。
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。
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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO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。
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。
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8の長さは1000μm、光結合部8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5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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO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。
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。
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8の長さは1000μm、光結合部8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5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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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SiO層22を下部クラッド層とし、SiO層22上に設けたGeドープSiO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SiO層を設けた後、コア層を囲むようにSiO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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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34,34からの光ビームを2つの入力光導波路25,25に入力する。入力光導波路23,25,25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25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。
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8において、直線状の光導波路5の幅を広くして非対称構造にする。光結合部8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5,5に入射しても、互いに反対の光導波路5,5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5の幅を光導波路5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。
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。
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。
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。
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。
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。
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8の長さは610μm、光結合部8の長さは800μm、光結合部8の長さは610μmとする。光導波路のうち中心の光導波路5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。
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θ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θ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θで拡がりながらクラッド部を伝搬する。
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。
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θは5.5deg.、緑色レーザビームの合横方向ビーム拡がり全角θは4.8deg.、青色レーザビームの横方向ビーム拡がり全角θ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。
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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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d=10mm×tan(θ/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d,d,dを算出している。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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θ、緑色ビームの横方向ビーム拡がり全角θ及び青色ビームの横方向ビーム拡がり全角θ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
1 基板
2 下部クラッド層
〜3 コア層
4 上部クラッド層
〜5 入力光導波路
光導波路
6 クラッド部
7 光合波部
〜8 結合部
9 出力光導波路
10,10〜10 入力端
11 出力端
12〜12 光源
13〜13 活性層
14,14〜14 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 SiO
23〜25,25,25 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
34,34,34 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

Claims (25)

  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。
  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。
  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。
  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
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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