本發(fā)明涉及對不同波長的多個可視光進行合波的合波器、使用該合波器的圖像投影裝置和圖像投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知有利用馬赫–森德干涉儀(MZI)的光學耦合器件(例如參照專利文獻1)。如果使用這種光耦合器件，則能夠期待顯示器的小型化。

專利文獻1中公開了如下技術(shù)：使不同波長的2個不同的可視光入射至馬赫–森德干涉儀(Maha-Zhender Interferometer：以下稱作MZI)光波導(dǎo)中，根據(jù)基于MZI光波導(dǎo)的光路長差的相位差對2個可視光進行合波或分波。然而，能夠利用該專利文獻1所述的技術(shù)進行合波的僅限于波長不同的2個光，因而無法應(yīng)用于需要至少RGB這三個可視光的合波的圖像形成裝置。

于是，本申請申請人在專利文獻2中提出了通過將作為光的三原色的RGB的三個可視光合波而能夠在圖像投影裝置上投影圖像的合波器和圖像投影裝置。

圖10是本申請申請人在專利文獻2中公開的合波器的說明圖，(a)是其俯視圖，(b)是波導(dǎo)的入射口露出的合波器的側(cè)視圖。

合波器10′具有：通過硅(Si)形成的基板210；在該基板210上通過二氧化硅(SiO2)形成的BOX層215；在該BOX層215上通過SiO2形成的覆蓋層220；以及形成于該覆蓋層220中，配置于與BOX層215的上表面平行的平面內(nèi)的第1波導(dǎo)101′、第2波導(dǎo)102′和第3波導(dǎo)103′。

另外，通過基板210、BOX層215和覆蓋層220構(gòu)成合波器10′的主體100。

波長彼此不同的單模的紅色光(R：波長λR＝620～750nm)、綠色光(G：波長λG＝495～570nm)和藍色光(B：波長λB＝450～495nm)從在BOX層215和覆蓋層220的一面上露出的入射口101a′、102a′、103a′入射至第1波導(dǎo)101′、第2波導(dǎo)102′和第3波導(dǎo)103′，該RGB色光分別在第1波導(dǎo)101′、第2波導(dǎo)102′和第3波導(dǎo)103′內(nèi)傳播并合波，并且從在包層220的另一面上露出的第2波導(dǎo)102′的另一端102b′射出。

第1波導(dǎo)101′、第2波導(dǎo)102′和第3波導(dǎo)103′按照不產(chǎn)生雜散光的間隔配置。在第2波導(dǎo)102′的可視光的傳播路徑上，從入射口102a′側(cè)起按順序設(shè)有第1合波部110、第2合波部120和第3合波部130。第1合波部110、第2合波部120和第3合波部130構(gòu)成為方向性耦合器，在第1合波部110和第3合波部130中，第3波導(dǎo)103接觸第2波導(dǎo)102′，在第2合波部120中，第1波導(dǎo)101′接觸第2波導(dǎo)102′，從而進行RGB的可視光的合波。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2010-134224號公報

專利文獻2:日本特開2013-195603號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在上述光波導(dǎo)型合波器中，經(jīng)由光纖或如圖所示從安裝于主體100的一端的半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c直接向入射口101a′、102a′、103a′照射激光。

然而，如圖11所示，從光纖或半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c照射的激光具有以直線行進的光軸X為中心的角度θ1的擴散角，因而從波導(dǎo)101′、102′、103′泄漏的激光的一部分照射到第1合波部110，從而存在原本應(yīng)合波的可視光以外的可視光混入于第1合波部110中的(以下，稱作雜散光)的問題。

為了抑制這種混入的發(fā)生，通過充分地設(shè)置波導(dǎo)101′、102′、103′之間的間隔s(參照圖10)，以充分拉開光纖彼此間或半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c之間的間隔即可，然而越增大波導(dǎo)101′、102′、103′的間隔s則越會產(chǎn)生合波器10′變得大型的問題。

此外，波導(dǎo)101′、102′、103′如圖10所示相鄰且平行配置，而如果使得波導(dǎo)101′、102′、103′彼此的間隔s接近一定尺寸以下，則作為衰逝波而溢出的光從波導(dǎo)101′、102′、103′轉(zhuǎn)載于鄰近的其它波導(dǎo)上，在原本應(yīng)傳播的可視光中混入其它的可視光而產(chǎn)生雜散光。由于不產(chǎn)生這種雜散光的波導(dǎo)101′、102′、103′之間的間隔s大致在30μm以上，因而理論上來講，波導(dǎo)101′、102′、103′的間隔s能夠接近至30μm左右。

另外，近些年來，市面上已經(jīng)開始銷售芯片尺寸為寬500μm左右、厚100μm左右、長500μm左右的極小尺寸的半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c。然而，即使如圖11所示使半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c密接地配置于主體100的一端，由于波導(dǎo)101′、102′、103′的間隔s最低也需要500μm、以及半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c之間需要間隙以抑制發(fā)熱的影響等，會出現(xiàn)縮短合波器10′的寬度尺寸存在限制的問題。

進而，為了從波導(dǎo)101′、102′、103′彼此靠近得幾乎接觸的第1合波部110將波導(dǎo)101′、102′、103′的間隔s擴大至100μm，需要將波導(dǎo)101′、102′、103′的彎曲部R(參照圖10)的曲率半徑設(shè)置得足夠大、或者將彎曲部R的圓弧長設(shè)置得足夠長，而由于激光具有一定的擴散角，因此在如上所述并排配置半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c時，會發(fā)生擴散的激光的一部分照射在第1合波部110上而產(chǎn)生雜散光的問題，因而合波器10′的長度尺寸的縮短也存在限制。

本發(fā)明就是鑒于上述的問題而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制來自光纖或半導(dǎo)體激光芯片等的激光光源的激光的擴散對合波部造成的影響，并且在不產(chǎn)生雜散光的范圍內(nèi)能夠大幅縮短寬度尺寸和長度尺寸以實現(xiàn)小型化的合波器、使用該合波器的圖像投影裝置和圖像投影系統(tǒng)。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的合波器具有：多個波導(dǎo)，波長不同的多個可視光入射至該多個波導(dǎo)；合波部，其設(shè)置于該波導(dǎo)的中途，進行在至少兩個波導(dǎo)中傳播的可視光的模耦合；以及激光光源，其向所述波導(dǎo)照射所述可視光，所述合波器對所述多個可視光進行波分復(fù)用，該合波器的特征在于，具有配置于最接近所述激光光源的位置處的第1合波部，對于在離開被導(dǎo)入該第1合波部中的所述可視光的傳播軸線的位置處具有光軸的所述激光光源，使所述光軸相對于所述傳播軸線傾斜配置，使得按照規(guī)定的擴散角擴散的激光的外緣通過所述第1合波部的近前。

本發(fā)明的合波器中，例如還可以使用三原色(紅(R)、綠(G)、藍(B))那樣的三個可視光。通過如上構(gòu)成，能夠?qū)⒈景l(fā)明的合波器應(yīng)用于圖像投影裝置。即，該合波器可以構(gòu)成為，其具備：第1波導(dǎo)，第1可視光入射至該第1波導(dǎo)；第2波導(dǎo)，波長比所述第1可視光的波長短的第2可視光入射至該第2波導(dǎo)；和第3波導(dǎo)，第3可視光入射至該第3波導(dǎo)，其中，該第3可視光的波長比所述第2可視光的波長短，并且該第3可視光與所述第2可視光之間的波長間隔比所述第1可視光與所述第2可視光之間的波長間隔短，所述合波器具有：第1合波部和第3合波部，該第1合波部和第3合波部在所述第2波導(dǎo)與所述第3波導(dǎo)之間進行可視光的模耦合；第2合波部，其在第1波導(dǎo)與所述第2波導(dǎo)之間進行可視光的模耦合；在所述合波器中，從所述激光光源側(cè)起依次配置所述第1合波部、第2合波部和第3合波部，該合波器的特征在于，對于所述第1波導(dǎo)和所述第3波導(dǎo)用的激光光源，使所述光軸相對于所述傳播軸線傾斜配置，使得按照規(guī)定的擴散角擴散的激光的外緣通過所述第1合波部的近前。

這樣，通過使規(guī)定的激光光源的光軸相對于所述傳播軸線傾斜，能夠抑制激光的一部分照射在第1合波部上而引起的雜散光。

可以根據(jù)波導(dǎo)的入射口與第1合波部的入口之間的距離、波導(dǎo)的間隔以及來自激光光源的激光的擴散角來求出傾斜角度。另外，在使激光光源傾斜時，激光橫切其它的波導(dǎo)，可能會對該其它的波導(dǎo)產(chǎn)生雜散光的影響，然而這種情況下通過使傾斜角為直角，也能夠在傾斜角的角度θ在0°＜θ≤90°的范圍內(nèi)將所述其它的波導(dǎo)上的雜散光的影響抑制為最小。此外，通過使傾斜角的角度θ為直角，能夠使合波器的尺寸最小。

在所述第1合波部與所述其它的激光光源之間可以設(shè)置折曲部，該折曲部將在所述波導(dǎo)中傳播的可視光的光路變更為折曲狀。所述折曲部只要是在波導(dǎo)內(nèi)能夠?qū)⒖梢暪獾膫鞑シ较蜃兏鼮閮蓷l直線交叉的折曲狀的結(jié)構(gòu)即可。例如可以舉出如下結(jié)構(gòu)，在波導(dǎo)的一部分形成衍射光柵的結(jié)構(gòu)、通過朝向波導(dǎo)的磁芯形成溝槽而形成了反射鏡(波導(dǎo)型反射鏡)的結(jié)構(gòu)、以及在波導(dǎo)的磁芯的外側(cè)蒸鍍鋁等的配置有反射鏡的結(jié)構(gòu)等。

通過使用這種折曲部，能夠在合波器主體的一端和側(cè)面上配置激光光源，能夠大幅縮短合波器的寬度和長度。此外，通過使用這種折曲部，半導(dǎo)體激光芯片等的激光光源的配置的自由度增加，還能夠提高使用本發(fā)明的合波器的圖像投影裝置等的設(shè)計的自由度。

可以在所述波導(dǎo)上的來自激光光源的激光的入射口設(shè)置光會聚單元。例如可以將所述波導(dǎo)的末端部形成為細尖狀、或者在激光光源與波導(dǎo)之間配置透鏡。

另外，對于折曲部的折曲角度不特別限定，然而例如在使用了波導(dǎo)型反射鏡的情況下，優(yōu)選使其在80°～100°的范圍內(nèi)。更優(yōu)選為直角。

采用了本發(fā)明的合波器的圖像投影裝置是采用了上述結(jié)構(gòu)的合波器的裝置，其構(gòu)成為具有：水平掃描部和垂直掃描部，其使從所述合波器射出的所述波分復(fù)用光進行二維掃描而形成圖像；以及圖像形成部，其將被掃描的所述波分復(fù)用光投影在被投影面上。這種情況下，可以在所述合波器設(shè)置所述水平掃描部和所述垂直掃描部。通過如上構(gòu)成，能夠使圖像投影裝置小型化。

此外，具有上述圖像投影裝置的圖像投影系統(tǒng)可以構(gòu)成為具有：發(fā)送接收裝置，其進行圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送接收；周邊裝置，其包含進行圖像的攝影的攝影裝置或終端裝置；以及控制裝置，其進行所述發(fā)送接收裝置、所述周邊裝置和所述圖像投影裝置的控制。

使用了上述結(jié)構(gòu)的合波器的本發(fā)明的圖像投影裝置和具有該圖像投影裝置的圖像投影系統(tǒng)可通過合波器的小型化使得裝置和系統(tǒng)變得小型，而且設(shè)置于合波器的半導(dǎo)體激光芯片等的光源配置的自由度較高，因此能夠提高裝置和系統(tǒng)的設(shè)計的自由度。

附圖說明

圖1是說明本發(fā)明的基本概念的圖，(a)是說明可視光為三個的情況下的激光光源的配置的圖。

圖2(a)是表示圖1(a)的配置的情況下的激光光源與波導(dǎo)之間的關(guān)系的圖，(b)是表示在波導(dǎo)的途中設(shè)置有折曲為直角的折曲部的情況下的另一例的圖。

圖3是具有折曲為直角的折曲部的合波器的一個實施方式的概略俯視圖。

圖4是說明波導(dǎo)的折曲部的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

圖5是設(shè)置有光會聚單元的波導(dǎo)的末端部分的放大圖。

圖6是將本發(fā)明的合波器10用于掃描型顯示器的一個實施方式，是掃描型顯示器的概略結(jié)構(gòu)圖。

圖7是在第2波導(dǎo)102的另一端102b側(cè)配置有水平掃描儀22和垂直掃描儀25的合波器10的概略圖。

圖8是具有掃描型顯示器的圖像系統(tǒng)的一例，是說明其結(jié)構(gòu)的框圖。

圖9是本發(fā)明的合波器的另一個實施方式，是表示應(yīng)用于對四個以上的可視光進行合波的合波器的情況下的半導(dǎo)體激光芯片的配置例的圖。

圖10是本申請申請人在專利文獻2中公開的合波器的說明圖，(a)是其俯視圖，(b)是從一端側(cè)觀察波導(dǎo)的入射口露出的合波器的主視圖。

圖11是說明從激光光源照射的激光通過其擴散而照射在第1合波部上的狀況的圖。

具體實施方式

以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。

圖1是說明本發(fā)明的基本概念的圖，是說明可視光為三個的情況下的激光光源的配置的圖，圖2(a)是表示圖1(a)的配置的情況下的激光光源與波導(dǎo)的關(guān)系的圖，(b)是表示在波導(dǎo)的途中設(shè)置有折曲為直角的折曲部的情況的另一例的圖。此外，圖3是具有折曲為直角的折曲部的合波器的一個實施方式的概略俯視圖，圖4是說明波導(dǎo)的折曲部的結(jié)構(gòu)的局部放大圖，圖5是設(shè)置有光會聚單元的波導(dǎo)的末端部分的放大圖。

[可使用的可視光]

以下說明的在本發(fā)明的合波器中合波的3個可視光是單色光，并且條件在于第1可視光的波長最長，第2可視光的波長第二長，第3可視光的波長最短，而且所述第2可視光與所述第3可視光之間的波長間隔短于所述第1可視光與所述第2可視光之間的波長間隔。

作為滿足這種條件的可視光，可舉出波長λR＝620～750nm的紅色光(R)、波長λG＝495～570nm的綠色光(G)和波長λB＝450～495nm的藍色光(B)。在這些RGB的3個波長之間，λB＜λG＜λR的關(guān)系成立，可以按照滿足λR-λG＞λG-λB的關(guān)系的方式，從該波長范圍之中例如選擇波長λR＝640nm的可視光作為紅色光，選擇波長λG＝520nm的可視光作為綠色光，選擇波長λB＝455nm的可視光作為藍色光。

[激光光源的配置]

在該實施方式中，將三個半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c中的紅色用的半導(dǎo)體激光芯片16a和藍色用的半導(dǎo)體激光芯片16c如圖1所示傾斜配置，以使得它們的光軸Xr、Xb相對于傳播軸線Y以角度θ交叉。

在該實施方式中，基于以下理由將兩個半導(dǎo)體激光芯片16a、16c配置為使得它們的光軸相對于傳播軸線Y傾斜角度θ。即，半導(dǎo)體激光芯片16a、16c在離開最接近半導(dǎo)體激光芯片16a配置的第1合波部110的可視光的傳播軸線Y的位置處具有光軸Xb、Xr，并且在將兩個半導(dǎo)體激光芯片16a、16c配置為使得它們的光軸Xb、Xr相對于傳播軸線Y平行的情況下(參照圖11)，以角度θ1擴散的激光會照射在合波部110上而產(chǎn)生雜散光，該雜散光會對合波帶來不良影響。

另一方面，對于配置于正中位置處的綠色用的半導(dǎo)體激光芯片16b而言，由于在與傳播軸線Y幾乎相同的位置處具有光軸Xg，因此在以角度θ1擴散的激光照射在合波部110上的情況下，幾乎不會產(chǎn)生第1合波部110中的雜散光的不良影響。

如該實施方式所述，在將三個半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的激光導(dǎo)入三個波導(dǎo)101、102、103而進行可視光的合波的情況下，通常使兩側(cè)的半導(dǎo)體激光芯片16a、16c傾斜，也可以不使正中的半導(dǎo)體激光芯片16b傾斜。

角度θ是如下角度：使得以光軸Xr、Xb為中心擴散的半導(dǎo)體激光芯片16a、16c的激光不會照射到配置于與半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c最近的位置處的第1合波部110上。

在將激光的擴散角設(shè)定為θ1，將入射口101a、102a間(102a、103a間)的距離設(shè)定為d1，并將入射口102a與第1合波部110的入口的距離設(shè)定為l1時，可通過以下的算式求出該角度θ。

[數(shù)1]

例如，在激光的擴散角θ1＝7°、距離d1＝500μm、距離l1＝900μm的情況下，由于θ＝35.5°，因而通過使角度θ形成為大于35.5°，能夠使得第1合波部110上不會被照射從半導(dǎo)體激光芯片16a、16c擴散的激光。

角度θ可以如圖2(a)所示形成為銳角，然而優(yōu)選如圖2(b)所示形成為直角。通過如上構(gòu)成，能夠使得來自半導(dǎo)體激光芯片16a的激光照射在波導(dǎo)102上的照射長度e最短，能夠減小雜散光對于在波導(dǎo)102中傳播的可視光的影響。

在使角度θ為直角的情況下，為了維持波導(dǎo)101、103的可視光的傳播效率，在波導(dǎo)101、103的中途部位設(shè)置反射可視光的折曲部104、105。由于該折曲部104、105以使兩條直線交叉的方式彎折為直線狀，因此在彎折部分設(shè)置有后述的反射鏡104a、105a或衍射光柵104b、105b等，使得在超過臨界角彎折波導(dǎo)101、103的情況下也能夠效率良好地傳播可視光。

[合波器的整體結(jié)構(gòu)]

圖3表示具有彎折為直角的折曲部的本發(fā)明的合波器的一個實施方式。

該合波器10的基本結(jié)構(gòu)與由本申請申請人在日本特開2013-195603號中公開的合波器(圖10所示)相同，對與圖10的合波器10′相同的部位、相同的部件賦予相同符號，并省略詳細說明。

在該合波器10中，與圖10的合波器10′的不同之處在于，將第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的末端部分彎折為折曲狀或彎曲狀，使得射出波分復(fù)用的可視光的第2波導(dǎo)102的可視光的射出方向與入射至第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的可視光B、R的入射方向交叉。

在第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的末端部分設(shè)有折曲部104、105，使得從入射口101a、103a入射的第1可視光和第3可視光在第1波導(dǎo)101內(nèi)和第3波導(dǎo)103內(nèi)能夠變更光路。并且，在設(shè)有該折曲部104、105的部分，第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103彎折為折曲狀或彎曲狀。

圖4(a)、(b)示出折曲部104、105的一例。

圖4(a)的示例中，在折曲部104、105配置使可視光全反射的反射鏡104a、105a，在該部分使第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103折曲。

在該實施方式中，反射鏡104a、105a是從覆蓋層220的上表面通過蝕刻而形成到達比第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的磁芯更深的部分的溝槽、并在所述溝槽的空氣層與形成所述磁芯的玻璃層之間使光全反射的波導(dǎo)型的結(jié)構(gòu)。

在這種波導(dǎo)型的反射鏡中，如果彎折角度α從直角(90°)起發(fā)生大小變化則入射光率降低，而且反射率變小。因此，在這種波導(dǎo)型的反射鏡中最佳的彎折角度α是90°，而以入射光率50％為基準的情況下所允許的彎折角度α在77°～100°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在80°～95°的范圍內(nèi)。

在圖4(b)所示的例子中，在折曲部104、105形成了衍射光柵104b、105b。并且，在形成了衍射光柵104b、105b的部分將波導(dǎo)101、103以彎折角度α彎折為折曲狀。

在圖4(c)的示例中，以曲率半徑R將第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103彎折為彎曲狀。在彎曲部104c、105c上根據(jù)需要可以設(shè)置反射鏡或衍射光柵等的反射單元。

此外，作為在彎折為折曲狀或彎曲狀的部分處變更光路的單元，例如可以使用日本特開2004-191564號公報或日本特開平10-246827號公報等中的公知結(jié)構(gòu)。

[光輸入部]

在該實施方式中，將基板210的長度和寬度形成為略大于覆蓋層220和BOX層215的長度和寬度，并在從覆蓋層220和BOX層215突出的部分(余量部分)配置作為使可視光入射至第1波導(dǎo)101、第2波導(dǎo)102和第3波導(dǎo)103中的光源的半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c。

通過調(diào)整基板210的厚度，能夠?qū)雽?dǎo)體激光芯片16a、16b、16c與第1波導(dǎo)101、第2波導(dǎo)102、第3波導(dǎo)103的入射口101a、102a、103a進行位置對準。

關(guān)于半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的大小，寬度為500μm左右，厚度為100μm左右，長度為500μm左右，因此半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c可以一體設(shè)置于光合波器10。

此外，優(yōu)選在第1波導(dǎo)101、第2波導(dǎo)102和第3波導(dǎo)103的入射口101a、102a、103a上設(shè)置激光會聚單元，以將來自半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的激光高效率地導(dǎo)入波導(dǎo)101、102、103。

圖5示出激光會聚單元的一例。另外，圖5中僅舉例示出了第1波導(dǎo)101的情況，而第2波導(dǎo)102和第3波導(dǎo)103的情況也相同。

在圖5(a)所示的例子中，將第1波導(dǎo)101的末端形成為細尖的錐形狀。錐形的方式((D-d)/L)可以以1/100左右為基準。

圖5(b)所示的例子中，在半導(dǎo)體激光芯片16a與入射口101a之間配置有微小的透鏡17。

通過設(shè)置這種激光會聚單元，能夠使可視光從半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c等超小型的激光光源以高效率入射至波導(dǎo)101、102、103。

[作用]

在上述結(jié)構(gòu)的合波器10中，將三個波導(dǎo)101、102、103中的呈直線狀延伸的第2波導(dǎo)102兩側(cè)的第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的末端在折曲部104、105彎折為大致直角，從而能夠使第1波導(dǎo)101的入射口101a和第3波導(dǎo)103的入射口103a位于合波器10的與主體100對置的側(cè)面上的位置。并且，能夠?qū)⒆鳛榧す夤庠吹陌雽?dǎo)體激光芯片16a、16b、16c中的向第2波導(dǎo)102照射綠色光的半導(dǎo)體激光芯片16b配置于合波器10的主體100的一端，并且能夠?qū)⒄丈浼t色光和藍色光的半導(dǎo)體激光芯片16a、16c配置于合波器10的主體100的兩側(cè)面上。

因此，能夠使主體100的全長縮短第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103彎折的對應(yīng)量，并且通過將半導(dǎo)體激光芯片16a、16c配置于主體100的側(cè)面，使第1波導(dǎo)101及第3波導(dǎo)103與第2波導(dǎo)102之間的間隔s接近而能夠減小主體100的整體寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)具有半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的光源一體型的合波器10的小型化。此外，通過適當變更彎折角度α，能夠變更半導(dǎo)體激光芯片16a、16c的配置位置，能夠提高合波器10的設(shè)計自由度。

[掃描型顯示器的結(jié)構(gòu)]

圖6是將上述結(jié)構(gòu)的合波器10應(yīng)用于掃描型顯示器的一個實施方式，是掃描型顯示器的概略結(jié)構(gòu)圖。

如圖6所示，掃描型顯示器1具有一體構(gòu)成的控制單元1a和顯示單元1b。

顯示單元1b例如在美國專利申請公開2010/0073262號公報等中公開的那樣，可以使用眼鏡型的佩戴用具等，與控制單元1a一起佩戴于使用者的頭部。

控制單元1a具有合波器10，該合波器10一體地具有控制部12、操作部13、外部接口(I/F)14、R激光驅(qū)動器15a、G激光驅(qū)動器15b、B激光驅(qū)動器15c和半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c?？刂撇?2例如由包含CPU、ROM、RAM的微型計算機等構(gòu)成?？刂撇?2根據(jù)從PC等的外部設(shè)備經(jīng)由外部I/F14而供給的圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)出作為用于合成圖像的要素的R信號、G信號、B信號、水平信號和垂直信號?？刂撇?2將R信號發(fā)送給R激光驅(qū)動器15a，將G信號發(fā)送給G激光驅(qū)動器15b，并將B信號發(fā)送給B激光驅(qū)動器15c。

控制部12將水平信號發(fā)送給水平掃描驅(qū)動器23，并將垂直信號發(fā)送給垂直掃描驅(qū)動器26。水平信號和垂直信號中包含確定水平掃描儀22和垂直掃描儀25的動作的定時的同步信號、設(shè)定從水平掃描驅(qū)動器b23和垂直掃描驅(qū)動器26發(fā)送到水平掃描儀22和垂直掃描儀25的驅(qū)動信號的電壓或頻率的驅(qū)動設(shè)定信號等。

操作部13由受理來自使用者的掃描的各種按鈕、以及將各種按鈕按下時產(chǎn)生的操作信號發(fā)送給控制部12的接口電路等構(gòu)成。受理來自使用者的操作的各種按鈕例如設(shè)置于控制單元1a的殼體表面。外部I/F14是用于將控制單元1a與PC等外部設(shè)備電連接的接口。

R激光驅(qū)動器15a驅(qū)動半導(dǎo)體激光芯片16a，以產(chǎn)生與來自控制部12的R信號對應(yīng)的光量的紅色激光。G激光驅(qū)動器15b驅(qū)動半導(dǎo)體激光芯片16b，以產(chǎn)生與來自控制部12的G信號對應(yīng)的光量的綠色激光。B激光驅(qū)動器15c驅(qū)動半導(dǎo)體激光芯片16c，以產(chǎn)生與來自控制部12的B信號對應(yīng)的光量的藍色激光。通過對各色的激光的強度比進行調(diào)整，能夠合成出具有期望顏色的激光。從半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c產(chǎn)生的各色的激光分別入射至合波器10的波導(dǎo)101、102、103，在合波作為波分復(fù)用光的狀態(tài)下，從合波器10中射出。射出的激光經(jīng)由信號線所包含的光纖被傳遞至顯示單元1b。

顯示單元1b具有準直光學系統(tǒng)21、水平掃描儀22、水平掃描驅(qū)動器23、具備透鏡24a、24b的中繼光學系統(tǒng)24、垂直掃描儀25、垂直掃描驅(qū)動器26、具備透鏡27a、27b的目鏡光學系統(tǒng)27。

準直光學系統(tǒng)21將從光纖射出的激光變換為平行光。變換為平行光的激光入射至水平掃描儀22。

水平掃描儀22在水平方向上操作來自準直光學系統(tǒng)21的激光。具體而言，水平掃描儀22具有擺動的反射面。反射面通過擺動，使得入射至反射面的激光在水平方向上進行掃描。水平掃描儀22例如可由使用壓電元件進行波動的諧振型的MEMS(MicroElectroMechanical System：微機電系統(tǒng))反射鏡構(gòu)成。水平掃描驅(qū)動器23根據(jù)來自控制部12的水平同步信號，對水平掃描儀22的擺動狀態(tài)進行控制。經(jīng)過水平掃描的激光入射至中繼光學系統(tǒng)24。

垂直掃描儀25在垂直方向上掃描來自中繼光學系統(tǒng)24的激光。具體而言，垂直掃描儀25具有擺動的反射面。反射面通過擺動，使得入射至反射面的激光在垂直方向上被掃描。例如，可由擺動的MEMS反射鏡構(gòu)成。垂直掃描驅(qū)動器26根據(jù)來自控制部12的垂直同步信號，對垂直掃描儀25的擺動狀態(tài)進行控制。這里，激光由于通過水平掃描儀22在水平方向上進行掃描，因此成為通過垂直掃描儀25而被二維掃描的圖像光。經(jīng)過二維掃描的圖像光入射至目鏡光學系統(tǒng)27。

水平掃描儀22和垂直掃描儀25能夠一體地設(shè)置于本發(fā)明的合波器10。

圖7是在第2波導(dǎo)102的另一端102b側(cè)配置有水平掃描儀22和垂直掃描儀25的合波器10的概略圖。

這樣，如果將水平掃描儀22和垂直掃描儀25一體地設(shè)置于合波器10，則可以不需要中繼光學系統(tǒng)24和準直光學系統(tǒng)21。并且，通過將水平掃描驅(qū)動器23和垂直掃描驅(qū)動器26組裝到控制裝置12，能夠使控制單元1a與顯示單元1b構(gòu)成為一體以簡化結(jié)構(gòu)，并且能夠使掃描型顯示器1小型化。

圖8是具有上述結(jié)構(gòu)的掃描型顯示器的圖像系統(tǒng)的一例，是說明其結(jié)構(gòu)的框圖。

控制部19接收由相機17等拍攝的圖像信號或儲存于個人計算機等的存儲器中的圖像數(shù)據(jù)，并在掃描型顯示器1上顯示該圖像。此外，通過在控制部19上連接發(fā)送接收部18，能夠與外部的服務(wù)器、計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動電話等連接。另外，控制部19能夠使用掃描型顯示器的控制部12。并且，如果使用本申請的合波器10，則能夠?qū)⑦@種圖像系統(tǒng)小型化為1平方cm以下。

[實施例]

接著說明本發(fā)明的合波器10的具體實施例。

在該實施例中，在由SiO2形成的厚35μm、長6mm、寬1mm的矩形基板210上堆積形成了厚度15μm的BOX層215，并在該BOX層215的上表面形成了3根波導(dǎo)101、102、103。波導(dǎo)101、102、103由在SiO2玻璃中摻雜GeO2而得的玻璃構(gòu)成，并且設(shè)其與周圍的包層的折射率差為0.5％。波導(dǎo)101、102、103形成為2平方μm的矩形橫截面。并且，利用20μm厚的SiO2玻璃的覆蓋層220覆蓋波導(dǎo)101、102、103。

BOX層215和覆蓋層220比基板210略小，并且在一端側(cè)和左右兩側(cè)設(shè)置有余量部分，該余量部分使得能夠?qū)?00μm、厚100μm、長500μm大小的半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c安裝于基板210。另外，基板210使用放熱性較高的高濃度摻雜p型(電阻值：1000Ωcm)，以易于散發(fā)來自半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的熱。

在距離波導(dǎo)101、103的入射口101a、103a為300μm的位置處設(shè)置有將光路變更為直角(90°)方向的折曲部104、105。折曲部104、105在從覆蓋層220的表面到深度25μm的范圍內(nèi)具有形成為寬度10μm、縱寬度5μm的大小的矩形狀的溝槽，使該溝槽的內(nèi)壁面與波導(dǎo)101、103的磁芯的內(nèi)壁面垂直交叉。

將SiO2系玻璃的折射率設(shè)為1.45，求得所述溝槽的壁面的光的全反射的臨界角為43.6°，能夠以87.2°的幾乎直角的角度變更光路。

在基板210的所述余量部分安裝半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c?；?10的大小是長6mm、寬1mm，包含半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的合波器10的大小是長7mm、寬2mm、壁厚500μm。

另外，在這種尺寸的合波器10中，半導(dǎo)體激光芯片16b的光軸Xg無論是處于與傳播軸線Y大致相同的位置還是多少存在偏差(偏差量的程度大概在±30μm以內(nèi))，由于可視光以角度θ1擴散而引起的雜散光對于第1合波部110的影響較小，因此也可以不使半導(dǎo)體激光芯片16b傾斜。

使RGB的可視光從半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c入射至上述結(jié)構(gòu)的合波器10的波導(dǎo)101、102、103。其結(jié)果是，由溝槽的壁面反射而光路改變?yōu)橹苯欠较虻目梢暪庠趧倓偡瓷浜?，光功率的橫向分布就從穩(wěn)定的傳播模式發(fā)生偏離，而基于仿真的結(jié)果可知，通過在波長的10倍以上波導(dǎo)101、103進行傳播，可穩(wěn)定在穩(wěn)定模式。

并且，如果使圖4(a)中的光路變更后的直線部分的距離a在波長的10倍以上，則可知能夠使可視光從波導(dǎo)101、103移動至波導(dǎo)102的比例減小至可忽視的程度。因此，如果使距離a在波長的10倍以上，則無需增大合波部110、120、130的長度，也不會使得合波器10的全長變長。

以上對于本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了說明，然而本發(fā)明不限于上述說明。

例如，也可以將半導(dǎo)體激光芯片16b傾斜配置，以使得光軸Xg相對于傳播軸線Y交叉。

此外，作為3個可視光而舉例說明了RGB色光，然而本發(fā)明的合波器還可以應(yīng)用于RGB以外的三個可視光。此外，還可以應(yīng)用于對四個以上的可視光進行合波的合波器。這種情況下，例如圖9(a)(b)所示配置半導(dǎo)體激光芯片16a～16d即可。

進而，波導(dǎo)101、102、103和半導(dǎo)體激光芯片16a、16b、16c的配置不限于上述的二維結(jié)構(gòu)，例如也可以構(gòu)成為在以波導(dǎo)102為中心的圓周上配置波導(dǎo)101、103或半導(dǎo)體激光芯片16a、16c等三維的結(jié)構(gòu)。

此外，在上述說明中，通過在覆蓋層220的內(nèi)部嵌入磁芯層來一體地形成波導(dǎo)101、102、103，也可以分別形成由磁芯層和包層構(gòu)成的波導(dǎo)101、102、103，并將其配置于基板等的支承體上。

此外，上述的實施方式中舉例說明了波導(dǎo)型的反射鏡，也可以采用其它方式的反射鏡，例如可以形成在第1波導(dǎo)101和第3波導(dǎo)103的磁芯的外側(cè)蒸鍍鋁的反射鏡面。

產(chǎn)業(yè)上的利用可能性

本發(fā)明的合波器能夠廣泛應(yīng)用于對作為單色光的多個可視光進行合波而進行圖像投影等的裝置，除了對使用者的視網(wǎng)膜掃描合波的光而進行圖像投影的視網(wǎng)膜掃描型顯示器之外，還可以應(yīng)用于使激光進行掃描來投影圖像的激光顯示器。

標號說明

1a：控制單元，1b：顯示單元，10：合波器，101：第1波導(dǎo)，102：第2波導(dǎo)，103：第3波導(dǎo)，104、105：折曲部，104a、105a：反射鏡，104b、105b：衍射光柵，104c、105c：彎曲部，110：第1合波部，120：第2合波部，130：第3合波部，16a、16b、16c：半導(dǎo)體激光芯片。