JP2020194071A - Optical waveguide and rgb light-emitting device - Google Patents

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祥哲 板倉
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Abstract

To achieve both high propagation efficiency and high allowance for the arrangement of other optical modules for connecting optical paths.SOLUTION: An optical waveguide 101 is an optical waveguide in which a core 10, a cladding 11, and condensing lenses 21, 22, 23 are integrally coupled. The core forms a multiplexing path that connects a plurality of incident end faces 31a, 32a, 33a with one emission end face 41a through a plurality of divided paths 31, 32, 33 having the incident end faces at one ends, a multiplexing part 40 at which the plurality of divided paths meet with each other, and an integrated path 41 having the emission end face at one end. The plurality of condensing lenses are provided corresponding to the plurality of incident end faces. The condensing lenses are respectively arranged opposite to the incident end faces of the core, and the condensing lenses condense rays of light incident from incident end faces 21a, 22a, 23a of the condensing lenses and make the rays of light incident on the incident end faces of the core.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、光導波路及び光導波路を具備するRGB発光装置に関するものである。 The present disclosure relates to an optical waveguide and an RGB light emitting device including an optical waveguide.

従来、光路の分岐・結合構造等を有する光導波路が利用されている。
特許文献1には、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光の3つの光を合波する光導波路として、RGBの各光が共通の導波路(コア)に入射し、当該導波路(コア)の幅が出射側に向かって直線的に減少する傾斜型構造のものや、RGBの各光をそれぞれ別の導波路(コア)に入射させ、3つの導波路(コア)が会合した導波路会合型構造のものが開示されている。
Conventionally, an optical waveguide having a branching / coupling structure of an optical path or the like has been used.
In Patent Document 1, each RGB light is incident on a common waveguide (core) as an optical waveguide that combines three lights of red (R) light, green (G) light, and blue (B) light. , A slanted structure in which the width of the waveguide (core) decreases linearly toward the emission side, or three waveguides (cores) by incidenting each RGB light into a different waveguide (core). ) Are associated with a waveguide associative structure.

特開2005−70573号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-070573

しかし、傾斜型構造では、導波路周囲のコアとクラッドの境界面が傾斜しており、同境界面への光入射が垂直入射に近くなり光透過が起こりやすい。したがって、導波路からの光漏れが生じることとなり、伝搬ロスが大きくなる。
一方、導波路会合型構造では、各光の入射端の幅を狭くすることで、導波路の傾斜を少なくして導波路からの光漏れを抑制することができるが、入射端が狭小となるほど光導波路に光を入射する発光素子などのモジュールを実装する際の配置誤差により導波路に入射しない光が生じやすくなり、これも伝搬ロスとなる。
以上のように光導波路において、高伝搬効率と、光路を連結する他の光モジュールとの配置の高許容度とを両立することが困難であった。
However, in the inclined structure, the boundary surface between the core and the clad around the waveguide is inclined, and the light incident on the boundary surface is close to the vertical incident, and light transmission is likely to occur. Therefore, light leakage from the waveguide occurs, and the propagation loss increases.
On the other hand, in the waveguide associative structure, the width of the incident end of each light can be narrowed to reduce the inclination of the waveguide and suppress the light leakage from the waveguide, but the narrower the incident end, the smaller the light leakage from the waveguide. Due to an arrangement error when mounting a module such as a light emitting element that injects light into the optical waveguide, light that does not enter the waveguide tends to be generated, which also causes propagation loss.
As described above, it has been difficult to achieve both high propagation efficiency and high tolerance for arrangement with other optical modules connecting the optical paths in the optical waveguide.

本開示の1つの態様の光導波路は、コアとクラッドと集光レンズとが一体に結合された光導波路であって、前記コアは、複数の入射端面と一つの出射端面との間を、前記入射端面を一端とする複数の分割路と、当該複数の分割路が会合する合波部と、前記出射端面を一端とする統合路とを介して繋ぐ合波路を形成し、前記集光レンズが前記複数の入射端面に対応して複数設けられ、前記集光レンズがそれぞれ前記コアの入射端面に対向配置され、前記集光レンズの入射端面から入射した光を、前記集光レンズにより前記コアの入射端面に集光、入射するようにされている。 The optical waveguide according to one aspect of the present disclosure is an optical waveguide in which a core, a cladding, and a condenser lens are integrally coupled, and the core is formed between a plurality of incident end faces and one outgoing end face. A condensing lens is formed by forming a condensing waveguide that connects a plurality of dividing paths having an incident end face as one end, a confluent portion in which the plurality of dividing paths meet, and an integrated path having the emitting end face as one end. A plurality of the condensing lenses are provided corresponding to the plurality of incident end faces, and the condensing lenses are respectively arranged to face the incident end faces of the core, and the light incident from the incident end faces of the condensing lens is collected by the condensing lens of the core. It is designed to be focused and incident on the incident end face.

本開示の1つの態様のRGB発光装置は、上記光導波路と、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光の各光源モジュールとを備え、前記光導波路は、前記入射端面の数、前記分割路及び前記集光レンズの数がそれぞれ3とされ、前記光源モジュールからの光がそれぞれ前記集光レンズの一つずつに入射し、前記合波路によって合波されて出射するように組み立てられている。 The RGB light emitting device of one aspect of the present disclosure includes the optical waveguide and light source modules for red (R) light, green (G) light, and blue (B) light, and the optical waveguide includes the incident end face. The number of light sources, the number of the dividing paths, and the number of the condensing lenses are set to 3, so that the light from the light source module is incident on each of the condensing lenses, combined by the combined waveguide, and emitted. It is assembled in.

本開示の光導波路によれば、高伝搬効率と、光路を連結する他の光モジュールとの配置の高許容度とを両立することができる。 According to the optical waveguide of the present disclosure, it is possible to achieve both high propagation efficiency and high tolerance for arrangement with other optical modules connecting optical paths.

本開示のRGB発光装置によれば、高伝搬効率と、光源モジュールとの配置の高許容度とを両立することができる。 According to the RGB light emitting device of the present disclosure, it is possible to achieve both high propagation efficiency and high tolerance for arrangement with the light source module.

本開示の第1実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第1実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図であり、発光素子の配置誤差を説明するための図である。It is a top view of the RGB light emitting device provided with the optical waveguide according to 1st Embodiment of this disclosure, and is the figure for demonstrating the arrangement error of a light emitting element. 比較例に係る光導波路モデル及び位置ずれ方向Xを示す平面図である。It is a top view which shows the optical waveguide model which concerns on a comparative example, and the misalignment direction X. 本発明例に係る光導波路モデル及び傾きずれ方向θを示す平面図である。It is a top view which shows the optical waveguide model which concerns on an example of this invention, and the tilt deviation direction θ. 発光素子の位置Xに対する伝搬効率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the propagation efficiency with respect to the position X of a light emitting element. 発光素子の傾き角θに対する伝搬効率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the propagation efficiency with respect to the inclination angle θ of a light emitting element. 本開示の第2実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図(a)及びA−A断面図(b)である。It is a plan view (a) and the sectional view (b) of AA of the RGB light emitting device provided with the optical waveguide according to the second embodiment of the present disclosure. 本開示の第3実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 3rd Embodiment of this disclosure. 本開示の第4実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 4th Embodiment of this disclosure. 本開示の第5実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 5th Embodiment of this disclosure. 本開示の第6実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device provided with the optical waveguide according to the sixth embodiment of the present disclosure. 本開示の第7実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 7th Embodiment of this disclosure. 本開示の第8実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 8th Embodiment of this disclosure. 本開示の第9実施形態に係る光導波路を具備するRGB発光装置の平面図である。It is a top view of the RGB light emitting device which comprises the optical waveguide which concerns on 9th Embodiment of this disclosure.

〔第1実施形態〕
まず、本開示の第1実施形態の光導波路及び該光導波路を具備するRGB発光装置について説明する。
図1に示すように本実施形態のRGB発光装置101は、光導波路201と、赤色(R)光の発光素子301、緑色(G)光の発光素子302及び青色(B)光の発光素子303と、出射光学系401とを備える。
発光素子301,302,303は、光源モジュールに相当する。発光素子301,302,303としてはレーザーダイオードなどが適用される。
[First Embodiment]
First, the optical waveguide of the first embodiment of the present disclosure and the RGB light emitting device including the optical waveguide will be described.
As shown in FIG. 1, the RGB light emitting device 101 of the present embodiment includes an optical waveguide 201, a red (R) light emitting element 301, a green (G) light emitting element 302, and a blue (B) light emitting element 303. And an emission optical system 401.
The light emitting elements 301, 302, and 303 correspond to the light source module. Laser diodes and the like are applied as the light emitting elements 301, 302, and 303.

光導波路201は、コア10とクラッド11と3つの集光レンズ21,22,23とが一体に結合された一塊のものである。このとき、光導波路201は、例えば、石英などのガラス、樹脂等であってもよい。光導波路201は、コア10と、クラッド11を構成する材料は、どちらもガラスあるいは樹脂であってもよいし、一方がガラスで一方が樹脂であってもよい。この場合には、コア10と、クラッド11の屈折率が異なっており、コア10は、クラッド11よりも屈折率が高いのがよい。この屈折率の違いを利用して、光の全反射をさせる。つまり、屈折率の高い材料で路を作り、周りを屈折率の低い材料で囲んでおくと、光は屈折率の高い路に閉じ込めることができる。
コア10は、複数の入射端面31a,32a,33aと一つの出射端面41aとの間を、入射端面31a(32a,33a)を一端とする複数の分割路31(32,33)と、当該複数の分割路31,32,33が会合する合波部40と、出射端面41aを一端とする統合路41とを介して繋ぐ合波路を形成している。
The optical waveguide 201 is a mass in which the core 10, the clad 11, and the three condensing lenses 21, 22, and 23 are integrally coupled. At this time, the optical waveguide 201 may be, for example, glass such as quartz, resin, or the like. In the optical waveguide 201, the materials constituting the core 10 and the clad 11 may both be glass or resin, or one may be glass and the other may be resin. In this case, the refractive indexes of the core 10 and the clad 11 are different, and the core 10 preferably has a higher refractive index than the clad 11. This difference in refractive index is used to totally reflect light. That is, if a path is made of a material having a high refractive index and the surrounding area is surrounded by a material having a low refractive index, the light can be confined in the path having a high refractive index.
The core 10 includes a plurality of dividing paths 31 (32, 33) having an incident end surface 31a (32a, 33a) as one end between the plurality of incident end faces 31a, 32a, 33a and one exit end surface 41a, and the plurality of said. A junction waveguide is formed which connects the junction 40 where the division paths 31, 32, and 33 of the above meet with each other and the integration path 41 having the exit end surface 41a as one end.

集光レンズ21,22,23が複数の入射端面31a,32a,33aに対応して複数設けられている。
集光レンズ21,22,23がそれぞれコア10の入射端面31a,32a,33aに対向配置されている。入射端面31a,32a,33aの中心軸上に集光レンズ21,22,23の光軸が配置される。
発光素子301,302,303から出射し、集光レンズの入射端面21a,22a,23aから入射した光(赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光)を、集光レンズ21,22,23によりコア10の入射端面31a,32a,33aに集光、入射するようにされている。
コア10による合波により、出射端面41aからRGB光402が出射する。
集光レンズ21,22,23は、例えば、入射端面21a,22a,23aが平面に形成され、出射端面21b,22b,23bが凸面に形成された平凸レンズである。
集光レンズ21,22,23の光軸と、発光素子301,302,303の発光部中心とが一致するように、光導波路201と発光素子301,302,303とが組み立てられる。
A plurality of condenser lenses 21, 22, and 23 are provided corresponding to the plurality of incident end faces 31a, 32a, 33a.
Condensing lenses 21, 22, and 23 are arranged to face the incident end faces 31a, 32a, and 33a of the core 10, respectively. The optical axes of the condenser lenses 21, 22, and 23 are arranged on the central axes of the incident end faces 31a, 32a, and 33a.
Light (red (R) light, green (G) light, blue (B) light) emitted from the light emitting elements 301, 302, 303 and incident from the incident end faces 21a, 22a, 23a of the condenser lens is collected by the condenser lens. 21, 22, 23 are designed to collect and incident light on the incident end faces 31a, 32a, 33a of the core 10.
The RGB light 402 is emitted from the emission end face 41a due to the combined wave by the core 10.
The condenser lens 21, 22, 23 is, for example, a plano-convex lens in which the incident end faces 21a, 22a, 23a are formed in a plane and the exit end faces 21b, 22b, 23b are formed in a convex surface.
The optical waveguide 201 and the light emitting elements 301, 302, 303 are assembled so that the optical axes of the condenser lenses 21, 22, and 23 coincide with the center of the light emitting portion of the light emitting elements 301, 302, 303.

また、コア10による合波路は、コア10の入射端面31a,32a,33aの幅がコア10の出射端面41aの幅より広くされている。そして、当該入射端面31a,32a,33aから当該出射端面41aに向かって導波路幅が漸減する区間を有する。本実施形態では、導波路幅が漸減する区間を分割路31,32,33としている。 Further, in the combined waveguide by the core 10, the widths of the incident end faces 31a, 32a, 33a of the core 10 are wider than the width of the exit end faces 41a of the core 10. Then, it has a section in which the width of the waveguide gradually decreases from the incident end faces 31a, 32a, 33a toward the exit end face 41a. In the present embodiment, the sections where the waveguide width gradually decreases are divided paths 31, 32, 33.

さらに、コア10による合波路は、複数の分割路31,32,33の一部、すなわち両側の分割路31,33について、コア10の入射端面31a,33aからS字状の湾曲部を経て、合波部40に会合している。湾曲部の曲率を低減するため、分割路31,33のほぼ全体をS字状の湾曲部とする。 Further, the combined waveguide by the core 10 passes through an S-shaped curved portion from the incident end faces 31a, 33a of the core 10 with respect to a part of the plurality of dividing paths 31, 32, 33, that is, the dividing paths 31, 33 on both sides. We are meeting at the combined wave section 40. In order to reduce the curvature of the curved portion, almost the entire portion of the dividing paths 31 and 33 is formed as an S-shaped curved portion.

図2に示すように光導波路201に対する発光素子301,302,303の配置誤差が生じ得る。例えば、図2の発光素子302のように光軸に垂直な方向への位置ずれが生じ得る。また、例えば、図2の発光素子303のように光軸が傾くずれが生じ得る。
しかし、以上のような発光素子301,302,303の配置誤差があっても、集光レンズ21,22,23の集光作用により、発光素子301,302,303からの光は入射端面31a,32a,33a上に集光され、分割路31,32,33にそれぞれ導入される。すなわち、集光レンズ21,22,23があることにより、伝搬ロス少なく発光素子301,302,303とコア10とが光路を連結するための発光素子301,302,303の配置許容差が大きくなる。
As shown in FIG. 2, an arrangement error of the light emitting elements 301, 302, 303 with respect to the optical waveguide 201 may occur. For example, as in the light emitting element 302 of FIG. 2, a positional shift may occur in a direction perpendicular to the optical axis. Further, for example, as in the light emitting element 303 of FIG. 2, the optical axis may be tilted and displaced.
However, even if there is an arrangement error of the light emitting elements 301, 302, 303 as described above, the light from the light emitting elements 301, 302, 303 is emitted from the incident end faces 31a, due to the light condensing action of the condensing lenses 21, 22, 23. The light is collected on the 32a and 33a and introduced into the dividing paths 31, 32 and 33, respectively. That is, due to the presence of the condenser lenses 21, 22, 23, the propagation loss is small, and the arrangement tolerance of the light emitting elements 301, 302, 303 for connecting the optical path between the light emitting elements 301, 302, 303 and the core 10 is large. ..

ここで、図3に示す比較例の光導波路モデルと、図4に示す本発明例の光導波路モデルとの伝搬効率を比較したシミュレーション結果を開示する。また、図3に位置ずれの方向Xを示し、図4に傾きずれの方向θを示し、図5に位置Xに対する伝搬効率の変化を、図6に傾き角θに対する伝搬効率の変化を示す。
図5に示すように比較例及び本発明例ともに位置Xが±数μmで伝搬効率の低下が認められるが、本発明例は、比較例に対して伝搬効率の低下が抑えられている。
図6に示すように比較例は、ゼロでない傾き角θがあると伝搬効率の低下が認められるが、本発明例では、±10°の範囲に亘って伝搬効率の低下は認められなかった。
以上のように本光導波路201によれば、高伝搬効率と、発光素子301,302,303との配置の高許容度とを両立することができる。RGB発光装置101は、発光素子301,302,303の各光(R,G,B)を合波し、伝搬ロス少なく高効率に出射することができる。
Here, a simulation result comparing the propagation efficiencies of the optical waveguide model of the comparative example shown in FIG. 3 and the optical waveguide model of the present invention example shown in FIG. 4 will be disclosed. Further, FIG. 3 shows the direction X of the positional deviation, FIG. 4 shows the direction θ of the tilt deviation, FIG. 5 shows the change in the propagation efficiency with respect to the position X, and FIG. 6 shows the change in the propagation efficiency with respect to the tilt angle θ.
As shown in FIG. 5, a decrease in propagation efficiency is observed at a position X of ± several μm in both the comparative example and the example of the present invention, but in the example of the present invention, the decrease in propagation efficiency is suppressed as compared with the comparative example.
As shown in FIG. 6, in the comparative example, a decrease in propagation efficiency was observed when there was a non-zero inclination angle θ, but in the example of the present invention, no decrease in propagation efficiency was observed over a range of ± 10 °.
As described above, according to the present optical waveguide 201, both high propagation efficiency and high tolerance for arrangement of the light emitting elements 301, 302, and 303 can be achieved at the same time. The RGB light emitting device 101 can combine the lights (R, G, B) of the light emitting elements 301, 302, and 303 and emit them with high efficiency with little propagation loss.

〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態のRGB発光装置102と、これに含まれる光導波路202とを図7を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア10の側面の一部はクラッド(この場合、光導波路の構成物である固体物クラッドという)から外部に露出している構造としたものである。例えば、図7(b)に示すようにクラッド11上に分割路31,32,33を積層し、側方及び上部を開放した構造である。なお、半埋め込み型でもよい。
したがって、側方及び上部のクラッド層は周囲の空気となる。屈折率の大きい空気がクラッド層となることでコア10からの光漏れが起きにくくなり伝搬効率が向上する。例えば、両側の入射端面31a,33aを中央の入射端面32aから、より遠くに離した配置も実施することが可能になる。
かかる構造は、コア10の全体に適用してもよいが、少なくとも分割路31,32,33に適用することが良い。
[Second Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 102 of the second embodiment and the optical waveguide 202 included therein will be described with reference to FIG. 7. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, a part of the side surface of the core 10 is exposed to the outside from the clad (in this case, the solid clad which is a component of the optical waveguide). For example, as shown in FIG. 7B, the partition paths 31, 32, and 33 are laminated on the clad 11, and the lateral and upper portions are open. The semi-embedded type may be used.
Therefore, the lateral and upper clad layers become ambient air. Since air having a high refractive index becomes a clad layer, light leakage from the core 10 is less likely to occur and propagation efficiency is improved. For example, it is possible to arrange the incident end faces 31a and 33a on both sides farther from the central incident end face 32a.
Such a structure may be applied to the entire core 10, but may be applied to at least the dividing paths 31, 32, 33.

〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態のRGB発光装置103と、これに含まれる光導波路203とを図8を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、集光レンズ21,22,23は、入射端面21a,22a,23a及び出射端面21b,22b,23bが凸な両凸形である。
集光レンズ21,22,23を両凸形とすることにより、集光力を増加させることができ、入射端面31a,32a,33aへの入射漏れをさらに抑制することができる。
[Third Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 103 of the third embodiment and the optical waveguide 203 included in the RGB light emitting device 103 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the condenser lenses 21, 22, and 23 have a biconvex shape in which the incident end faces 21a, 22a, 23a and the exit end faces 21b, 22b, 23b are convex.
By making the condensing lenses 21, 22, and 23 biconvex, the condensing force can be increased, and leakage to the incident end faces 31a, 32a, 33a can be further suppressed.

〔第4実施形態〕
次に、第4実施形態のRGB発光装置104と、これに含まれる光導波路204とを図9を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア10の入射端面31a,32a,33aは、集光作用を有する凸面に形成されている。
入射端面31a,32a,33aを凸レンズ化することで、入射端面31a,32a,33aを平面にした場合に比較して、入射端面31a,32a,33aにおける反射は低減する。したがって、光の反射ロスを低減することができる。それと共に集光力を増加させ光を漏れしにくくすることが可能である。
[Fourth Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 104 of the fourth embodiment and the optical waveguide 204 included in the RGB light emitting device 104 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the incident end faces 31a, 32a, 33a of the core 10 are formed on a convex surface having a light collecting action.
By making the incident end faces 31a, 32a, 33a into a convex lens, the reflection on the incident end faces 31a, 32a, 33a is reduced as compared with the case where the incident end faces 31a, 32a, 33a are made flat. Therefore, the light reflection loss can be reduced. At the same time, it is possible to increase the light-collecting power and make it difficult for light to leak.

〔第5実施形態〕
次に、第5実施形態のRGB発光装置105と、これに含まれる光導波路205とを図10を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、複数の分割路31,32,33のそれぞれからの光を集光し、統合路41に入射させる合波部集光レンズ42が光導波路205に作造されている。
合波部40に合波部集光レンズ42を設置することで、合波部40での集光力を高め、合波部40及び統合路41での光漏れによるロスを低減することができる。
[Fifth Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 105 of the fifth embodiment and the optical waveguide 205 included in the RGB light emitting device 105 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, a condensing lens 42 for a converging portion that collects light from each of the plurality of dividing paths 31, 32, and 33 and causes the light to enter the integrated path 41 is built in the optical waveguide 205.
By installing the condensing lens 42 in the confluence 40, it is possible to increase the condensing power in the condensing portion 40 and reduce the loss due to light leakage in the confluence 40 and the integrated path 41. ..

〔第6実施形態〕
次に、第6実施形態のRGB発光装置106と、これに含まれる光導波路206とを図11を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、集光レンズ21,22,23が回析レンズである。
集光レンズ21,22,23として回折レンズを用いることで導波路の薄型化、短距離化が可能である。
[Sixth Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 106 of the sixth embodiment and the optical waveguide 206 included in the RGB light emitting device 106 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the condenser lenses 21, 22, and 23 are diffractive lenses.
By using a diffractive lens as the condenser lens 21, 22, 23, the waveguide can be made thinner and the distance can be shortened.

〔第7実施形態〕
次に、第7実施形態のRGB発光装置107と、これに含まれる光導波路207とを図12を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、複数の集光レンズ21,22,23の光軸21c,22c,23cは互いに傾斜している。その傾斜は、当該各光軸21c,22c,23cを出射側に延長したとき当該集光レンズ21,22,23の内部より合波部40で当該各光軸21c,22c,23cが互いに近づく傾斜である。光軸21c,22c,23cが合波部40を通っていてもよい。光軸21c,22c,23cが合波部40における導波路中心軸を通っていてもよい。光軸21c,22c,23cが合波部40における導波路中心軸上で互いに交わっていてもよい。
また、発光素子301,302,303の搭載面のぞれぞれは、対応する各光軸21c,22c,23cに対して略垂直に形成されている。
したがって、両側の発光素子301,303の発光方向中心軸が合波部40に向かうように配置され、光軸21c,22c,23cも同方向とすることできる。
そのため、分割路31,32,33の湾曲部を1箇所ずつ低減することができ、湾曲箇所が低減したことで光漏れによるロスを低減することができる。
なお、発光素子301,303を傾けずに、集光レンズ21,23のみを傾けて配置して、発光素子301,303からの光を入射端面31a,33aに集光するようにしてもよい。その場合、集光レンズ21,23は両凸形とするとよい。
また、本実施形態にあっては、分割路31,32,33の湾曲部を1箇所としたが、上記第1実施形態と同様に湾曲部を2箇所とするS字状の湾曲部を実施してもよい。その場合でも、S字状の湾曲部を緩やかに形成できる。
[7th Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 107 of the seventh embodiment and the optical waveguide 207 included in the RGB light emitting device 107 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the optical axes 21c, 22c, and 23c of the plurality of condenser lenses 21, 22, and 23 are inclined to each other. The inclination is such that when the optical axes 21c, 22c, 23c are extended to the exit side, the optical axes 21c, 22c, 23c approach each other at the combine 40 from the inside of the condenser lenses 21, 22, 23. Is. The optical axes 21c, 22c, and 23c may pass through the combine 40. The optical axes 21c, 22c, and 23c may pass through the central axis of the waveguide in the combine 40. The optical axes 21c, 22c, and 23c may intersect each other on the central axis of the waveguide in the combine 40.
Further, each of the mounting surfaces of the light emitting elements 301, 302, and 303 is formed substantially perpendicular to the corresponding optical axes 21c, 22c, and 23c.
Therefore, the central axes of the light emitting elements 301 and 303 on both sides are arranged so as to face the combine 40, and the optical axes 21c, 22c, and 23c can also be in the same direction.
Therefore, the curved portions of the dividing paths 31, 32, and 33 can be reduced one by one, and the reduction of the curved portions can reduce the loss due to light leakage.
The light emitting elements 301 and 303 may not be tilted, but only the condensing lenses 21 and 23 may be tilted and arranged so that the light from the light emitting elements 301 and 303 is focused on the incident end faces 31a and 33a. In that case, the condenser lenses 21 and 23 may have a biconvex shape.
Further, in the present embodiment, the curved portions of the dividing paths 31, 32, and 33 are set to one place, but as in the first embodiment, the S-shaped curved portion having two curved portions is implemented. You may. Even in that case, the S-shaped curved portion can be gently formed.

〔第8実施形態〕
次に、第8実施形態のRGB発光装置108と、これに含まれる光導波路208とを図13を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア10の屈折率が、合波部40より出射端面41aで低く、合波部40から出射端面41aに向かって漸減する区間を有する。本実施形態では、統合路41のほぼ全体がその区間とされる。
出射端面41aでのコア10の屈折率がより低くなるように設定することで、伝搬光はシングルモードで出射しやすくなり、出射光の伝搬効率が向上する。
なお、伝搬モード数はNA(開口数)が大きいほど増えるが、NAはコア層(導波路)とクラッド層(周囲)の屈折率差が大きいほど増えるためコア10の屈折率を小さくするとことで、伝搬モード数が減って、ある値以下でシングルモードとなる。
[8th Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 108 of the eighth embodiment and the optical waveguide 208 included in the RGB light emitting device 108 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the refractive index of the core 10 is lower in the exit end face 41a than in the combine 40, and has a section in which the refractive index gradually decreases from the combine 40 toward the exit end face 41a. In the present embodiment, almost the entire integrated road 41 is the section thereof.
By setting the refractive index of the core 10 on the emission end surface 41a to be lower, the propagated light is easily emitted in the single mode, and the propagation efficiency of the emitted light is improved.
The number of propagation modes increases as the NA (numerical aperture) increases, but the NA increases as the difference in refractive index between the core layer (widden path) and the clad layer (periphery) increases, so the refractive index of the core 10 is reduced. , The number of propagation modes decreases, and when it is below a certain value, it becomes a single mode.

〔第9実施形態〕
次に、第9実施形態のRGB発光装置109と、これに含まれる光導波路209とを図14を参照して説明する。本実施形態は、上記第1実施形態に対する一部の変形であり、変形部分についても対応する部分は同符号を付して説明する。
本実施形態にあっては、コア10の導波路幅が、合波部40より出射端面41aで狭い。例えば、合波部40で10μm以上の導波路幅とされ、出射端面41aで10μm未満の導波路幅とされる。
そしてコア10の導波路幅が、合波部40から出射端面41aに向かって漸減する区間を有する。本実施形態では、統合路41のほぼ全体がその区間とされる。
出射端面41aの導波路幅を狭くすることで、 伝搬光はシングルモードでの出射が可能となって、出射光の伝搬効率が向上する。
なお、伝搬モード数はコア径にも依存し、導波路幅を小さくしていくと、ある値以下でシングルモードになる。
[9th Embodiment]
Next, the RGB light emitting device 109 of the ninth embodiment and the optical waveguide 209 included in the RGB light emitting device 109 will be described with reference to FIG. This embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the corresponding portion of the modified portion will be described with the same reference numerals.
In the present embodiment, the waveguide width of the core 10 is narrower at the exit end surface 41a than at the combine 40. For example, the wave junction 40 has a waveguide width of 10 μm or more, and the emission end face 41a has a waveguide width of less than 10 μm.
Then, the waveguide width of the core 10 has a section in which the width of the waveguide gradually decreases from the combine 40 to the exit end surface 41a. In the present embodiment, almost the entire integrated road 41 is the section thereof.
By narrowing the waveguide width of the emission end surface 41a, the propagated light can be emitted in a single mode, and the propagation efficiency of the emitted light is improved.
The number of propagation modes also depends on the core diameter, and as the waveguide width is reduced, the single mode becomes available below a certain value.

以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
上記第1から第9の実施形態の組み合わせは、図示したもののほか、矛盾しない範囲で適宜に組み合わせて実施することができる。
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the embodiments are shown as examples, and can be implemented in various other embodiments, and the components are omitted as long as the gist of the invention is not deviated. , Can be replaced or changed.
In addition to the illustrated combinations, the combinations of the first to ninth embodiments can be appropriately combined within a consistent range.

10 コア
11 クラッド
21,22,23 集光レンズ
21a,22a,23a 入射端面
21b,22b,23b 出射端面
21c,22c,23c 光軸
31,32,33 分割路
31a,32a,33a 入射端面
40 合波部
41 統合路
41a 出射端面
42 合波部集光レンズ
101 RGB発光装置(第1実施形態)
102 RGB発光装置(第2実施形態)
103 RGB発光装置(第3実施形態)
104 RGB発光装置(第4実施形態)
105 RGB発光装置(第5実施形態)
106 RGB発光装置(第6実施形態)
107 RGB発光装置(第7実施形態)
108 RGB発光装置(第8実施形態)
109 RGB発光装置(第9実施形態)
201 光導波路(第1実施形態)
202 光導波路(第2実施形態)
203 光導波路(第3実施形態)
204 光導波路(第4実施形態)
205 光導波路(第5実施形態)
206 光導波路(第6実施形態)
207 光導波路(第7実施形態)
208 光導波路(第8実施形態)
209 光導波路(第9実施形態)
301,302,303 発光素子
402 RGB光
10 Core 11 Clad 21, 22, 23 Condensing lens 21a, 22a, 23a Incident end face 21b, 22b, 23b Exit end face 21c, 22c, 23c Optical axis 31, 32, 33 Dividing path 31a, 32a, 33a Incident end face 40 Part 41 Integrated path 41a Emission end face 42 Condensing part Condensing lens 101 RGB light emitting device (first embodiment)
102 RGB light emitting device (second embodiment)
103 RGB light emitting device (third embodiment)
104 RGB light emitting device (fourth embodiment)
105 RGB light emitting device (fifth embodiment)
106 RGB light emitting device (sixth embodiment)
107 RGB light emitting device (7th embodiment)
108 RGB light emitting device (8th embodiment)
109 RGB light emitting device (9th embodiment)
201 Optical waveguide (first embodiment)
202 Optical waveguide (second embodiment)
203 Optical waveguide (third embodiment)
204 Optical waveguide (4th embodiment)
205 Optical waveguide (fifth embodiment)
206 Optical waveguide (sixth embodiment)
207 Optical waveguide (7th embodiment)
208 Optical waveguide (8th embodiment)
209 Optical waveguide (9th embodiment)
301, 302, 303 Light emitting element 402 RGB light

Claims (12)

コアとクラッドと集光レンズとが一体に結合された光導波路であって、
前記コアは、複数の入射端面と一つの出射端面との間を、前記入射端面を一端とする複数の分割路と、当該複数の分割路が会合する合波部と、前記出射端面を一端とする統合路とを介して繋ぐ合波路を形成し、
前記集光レンズが前記複数の入射端面に対応して複数設けられ、
前記集光レンズがそれぞれ前記コアの入射端面に対向配置され、前記集光レンズの入射端面から入射した光を、前記集光レンズにより前記コアの入射端面に集光、入射するようにされた光導波路。
An optical waveguide in which a core, a cladding, and a condenser lens are integrally coupled.
The core has a plurality of dividing paths having the incident end face as one end, a confluent portion in which the plurality of dividing paths meet, and the emitting end face as one end between the plurality of incident end faces and one exit end face. Form a combined waveguide that connects to the integrated path
A plurality of the condenser lenses are provided corresponding to the plurality of incident end faces.
Each of the condenser lenses is arranged to face the incident end face of the core, and the light incident from the incident end face of the condenser lens is focused and incident on the incident end face of the core by the condenser lens. Waveguide.
前記合波路は、前記コアの入射端面の幅が前記コアの出射端面の幅より広く、当該入射端面から当該出射端面に向かって導波路幅が漸減する区間を有する請求項1に記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein the combined waveguide has a section in which the width of the incident end face of the core is wider than the width of the exit end face of the core and the width of the waveguide gradually decreases from the incident end face toward the exit end face. .. 前記合波路は、前記複数の分割路の一部について、前記コアの入射端面からS字状の湾曲部を経て、前記合波部に会合している請求項1又は請求項2に記載の光導波路。 The optical beam according to claim 1 or 2, wherein the combined waveguide is associated with the combined wave portion through an S-shaped curved portion from the incident end face of the core for a part of the plurality of divided paths. Waveguide. 少なくとも前記複数の分割路に関し、前記コアの側面の一部は前記クラッドから外部に露出している請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 3, wherein a part of the side surface of the core is exposed to the outside from the clad with respect to at least the plurality of dividing paths. 前記コアの入射端面は、集光作用を有する凸面に形成されている請求項1から請求項4のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 4, wherein the incident end surface of the core is formed on a convex surface having a light collecting action. 前記複数の分割路のそれぞれからの光を集光し、前記統合路に入射させる合波部集光レンズが作造された請求項1から請求項5のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 5, wherein a converging lens that collects light from each of the plurality of divided paths and causes the light to be incident on the integrated path is constructed. 前記集光レンズは、両面が凸な両凸形である請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 6, wherein the condenser lens has a biconvex shape having both convex surfaces. 前記集光レンズが回析レンズである請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 6, wherein the condensing lens is a diffractive lens. 複数の前記集光レンズの光軸は互いに傾斜しており、その傾斜は、当該各光軸を出射側に延長したとき当該集光レンズ内部より前記合波部で当該各光軸が互いに近づく傾斜である請求項1から請求項8のうちいずれか一に記載の光導波路。 The optical axes of the plurality of the condenser lenses are inclined to each other, and the inclination is such that when each optical axis is extended to the exit side, the optical axes approach each other at the junction from the inside of the condenser lens. The optical waveguide according to any one of claims 1 to 8. 前記コアの屈折率が、前記合波部より前記コアの出射端面で低く、前記合波部から前記コアの出射端面に向かって漸減する区間を有する請求項1から請求項9のうちいずれか一に記載の光導波路。 Any one of claims 1 to 9, wherein the refractive index of the core is lower than that of the confluence portion at the exit end surface of the core, and has a section gradually decreasing from the confluence portion toward the emission end surface of the core. The optical waveguide according to. 前記コアの導波路幅が、前記合波部より前記コアの出射端面で狭く、前記合波部から前記コアの出射端面に向かって漸減する区間を有する請求項1から請求項10のうちいずれか一に記載の光導波路。 Any one of claims 1 to 10, wherein the waveguide width of the core is narrower at the exit end surface of the core than the combine portion, and has a section gradually decreasing from the combine portion toward the emission end surface of the core. The optical waveguide according to 1. 請求項1から請求項11のうちいずれか一に記載の光導波路と、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光の各光源モジュールとを備え、
前記光導波路は、前記コアの入射端面の数、前記分割路及び前記集光レンズの数がそれぞれ3とされ、
前記光源モジュールからの光がそれぞれ前記集光レンズの一つずつに入射し、前記合波路によって合波されて出射するように組み立てられたRGB発光装置。
The optical waveguide according to any one of claims 1 to 11 and each light source module for red (R) light, green (G) light, and blue (B) light are provided.
In the optical waveguide, the number of incident end faces of the core, the number of dividing paths and the number of condensing lenses are each set to 3.
An RGB light emitting device assembled so that light from the light source module is incident on each of the condenser lenses, and is combined and emitted by the combined waveguide.
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WO2022250092A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 京セラ株式会社 Light source module

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