CN110501784B - 合波器、图像投影装置和图像投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供合波器、使用该合波器的图像投影装置和图像投影系统，既能够抑制激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响，又能够实现小型化。合波器具有：多个波导，波长不同的多个可视光入射至该多个波导；合波部，其设置于该波导的中途，进行在至少两个波导内传播的可视光的模耦合；以及激光光源，其向所述波导照射所述可视光，所述合波器对所述多个可视光进行波分复用，该合波器具有配置于最接近所述激光光源的位置处的第1合波部，并且对于在离开被导入该第1合波部中的所述可视光的传播轴线(Y)的位置处具有光轴(X)的激光光源，使所述光轴相对于所述传播轴线倾斜配置，使得按照规定的扩散角扩散的激光的外缘通过所述第1合波部的近前。

Description

合波器、图像投影装置和图像投影系统

本申请基于申请日为2015年3月5日、申请号为201580024168.9(国际申请号：PCT/JP2015/056560)的发明专利申请“合波器、使用该合波器的图像投影装置和图像投影系统”的分案申请。

技术领域

本发明涉及对不同波长的多个可视光进行合波的合波器、使用该合波器的图像投影装置和图像投影系统。

背景技术

已知有利用马赫–森德干涉仪(MZI)的光学耦合器件(例如参照专利文献1)。如果使用这种光耦合器件，则能够期待显示器的小型化。

专利文献1中公开了如下技术：使不同波长的2个不同的可视光入射至马赫–森德干涉仪(Maha-Zhender Interferometer：以下称作MZI)光波导中，根据基于MZI光波导的光路长差的相位差对2个可视光进行合波或分波。然而，能够利用该专利文献1所述的技术进行合波的仅限于波长不同的2个光，因而无法应用于需要至少RGB这三个可视光的合波的图像形成装置。

于是，本申请申请人在专利文献2中提出了通过将作为光的三原色的RGB的三个可视光合波而能够在图像投影装置上投影图像的合波器和图像投影装置。

图10是本申请申请人在专利文献2中公开的合波器的说明图，(a)是其俯视图，(b)是波导的入射口露出的合波器的侧视图。

合波器10′具有：通过硅(Si)形成的基板210；在该基板210上通过二氧化硅(SiO2)形成的BOX层215；在该BOX层215上通过SiO2形成的覆盖层220；以及形成于该覆盖层220中，配置于与BOX层215的上表面平行的平面内的第1波导101′、第2波导102′和第3波导103′。

另外，通过基板210、BOX层215和覆盖层220构成合波器10′的主体100。

波长彼此不同的单模的红色光(R：波长λR＝620～750nm)、绿色光(G：波长λG＝495～570nm)和蓝色光(B：波长λB＝450～495nm)从在BOX层215和覆盖层220的一面上露出的入射口101a′、102a′、103a′入射至第1波导101′、第2波导102′和第3波导103′，该RGB色光分别在第1波导101′、第2波导102′和第3波导103′内传播并合波，并且从在包层220的另一面上露出的第2波导102′的另一端102b′射出。

第1波导101′、第2波导102′和第3波导103′按照不产生杂散光的间隔配置。在第2波导102′的可视光的传播路径上，从入射口102a′侧起按顺序设有第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构成为方向性耦合器，在第1合波部110和第3合波部130中，第3波导103′接触第2波导102′，在第2合波部120中，第1波导101′接触第2波导102′，从而进行RGB的可视光的合波。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-134224号公报

专利文献2:日本特开2013-195603号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述光波导型合波器中，经由光纤或如图所示从安装于主体100的一端的半导体激光芯片16a、16b、16c直接向入射口101a′、102a′、103a′照射激光。

然而，如图11所示，从光纤或半导体激光芯片16a、16b、16c照射的激光具有以直线行进的光轴X为中心的角度θ1的扩散角，因而从波导101′、102′、103′泄漏的激光的一部分照射到第1合波部110，从而存在原本应合波的可视光以外的可视光混入于第1合波部110中的(以下，称作杂散光)的问题。

为了抑制这种混入的发生，通过充分地设置波导101′、102′、103′之间的间隔s(参照图10)，以充分拉开光纤彼此间或半导体激光芯片16a、16b、16c之间的间隔即可，然而越增大波导101′、102′、103′的间隔s则越会产生合波器10′变得大型的问题。

此外，波导101′、102′、103′如图10所示相邻且平行配置，而如果使得波导101′、102′、103′彼此的间隔s接近一定尺寸以下，则作为衰逝波而溢出的光从波导101′、102′、103′转载于邻近的其它波导上，在原本应传播的可视光中混入其它的可视光而产生杂散光。由于不产生这种杂散光的波导101′、102′、103′之间的间隔s大致在30μm以上，因而理论上来讲，波导101′、102′、103′的间隔s能够接近至30μm左右。

另外，近些年来，市面上已经开始销售芯片尺寸为宽500μm左右、厚100μm左右、长500μm左右的极小尺寸的半导体激光芯片16a、16b、16c。然而，即使如图11所示使半导体激光芯片16a、16b、16c密接地配置于主体100的一端，由于波导101′、102′、103′的间隔s最低也需要500μm、以及半导体激光芯片16a、16b、16c之间需要间隙以抑制发热的影响等，会出现缩短合波器10′的宽度尺寸存在限制的问题。

进而，为了从波导101′、102′、103′彼此靠近得几乎接触的第1合波部110将波导101′、102′、103′的间隔s扩大至100μm，需要将波导101′、102′、103′的弯曲部R(参照图10)的曲率半径设置得足够大、或者将弯曲部R的圆弧长设置得足够长，而由于激光具有一定的扩散角，因此在如上所述并排配置半导体激光芯片16a、16b、16c时，会发生扩散的激光的一部分照射在第1合波部110上而产生杂散光的问题，因而合波器10′的长度尺寸的缩短也存在限制。

本发明就是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制来自光纤或半导体激光芯片等的激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响，并且在不产生杂散光的范围内能够大幅缩短宽度尺寸和长度尺寸以实现小型化的合波器、使用该合波器的图像投影装置和图像投影系统。

用于解决课题的手段

本发明的合波器具有：多个波导，波长不同的多个可视光入射至该多个波导；多个合波部，其设置于该波导的中途，进行在至少两个波导中传播的可视光的模耦合；以及多个激光光源，其向所述多个波导分别照射所述可视光，所述合波器对所述多个可视光进行波分复用，该合波器的特征在于，具有配置于最接近所述多个激光光源的位置处的第1合波部，为了抑制来自所述激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响而使得不产生杂散光，对于在离开被导入该第1合波部中的所述可视光的传播轴线的位置处具有光轴的全部所述激光光源，使所述光轴相对于所述传播轴线倾斜配置，使得按照规定的扩散角扩散的激光以及其外缘通过所述第1合波部的近前，而不照射到所述第1合波部。

本发明的合波器中，例如还可以使用三原色(红(R)、绿(G)、蓝(B))那样的三个可视光。通过如上构成，能够将本发明的合波器应用于图像投影装置。即，该合波器可以构成为，其具备：第1波导，第1可视光入射至该第1波导；第2波导，波长比所述第1可视光的波长短的第2可视光入射至该第2波导；和第3波导，第3可视光入射至该第3波导，其中，该第3可视光的波长比所述第2可视光的波长短，并且该第3可视光与所述第2可视光之间的波长间隔比所述第1可视光与所述第2可视光之间的波长间隔短，所述合波器具有：第1合波部和第3合波部，该第1合波部和第3合波部在所述第2波导与所述第3波导之间进行可视光的模耦合；第2合波部，其在第1波导与所述第2波导之间进行可视光的模耦合；以及3个激光光源，其向所述第1波导、所述第2波导和所述第3波导分别照射所述第1可视光、所述第2可视光、所述第3可视光，在所述合波器中，从所述3个激光光源侧起依次配置所述第1合波部、第2合波部和第3合波部，该合波器的特征在于，为了抑制来自所述激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响而使得不产生杂散光，对于在离开被导入所述第1合波部中的所述可视光的传播轴线的位置处具有光轴的所述第1波导和所述第3波导用的所述激光光源，使所述光轴相对于所述传播轴线倾斜配置，使得按照规定的扩散角扩散的激光以及其外缘通过所述第1合波部的近前，而不照射到所述第1合波部。此外，在所述传播轴线上配置一个激光光源，使其它激光光源相对于传播轴线倾斜。

这样，通过使规定的激光光源的光轴相对于所述传播轴线倾斜，能够抑制激光的一部分照射在第1合波部上而引起的杂散光。

可以根据波导的入射口与第1合波部的入口之间的距离、波导的间隔以及来自激光光源的激光的扩散角来求出倾斜角度。另外，在使激光光源倾斜时，激光横切其它的波导，可能会对该其它的波导产生杂散光的影响，然而这种情况下通过使倾斜角为直角，也能够在倾斜角的角度θ在0°＜θ≤90°的范围内将所述其它的波导上的杂散光的影响抑制为最小。此外，通过使倾斜角的角度θ为直角，能够使合波器的尺寸最小。

在所述第1合波部与所述其它的激光光源之间可以设置折曲部，该折曲部将在所述波导中传播的可视光的光路变更为折曲状。所述折曲部只要是在波导内能够将可视光的传播方向变更为两条直线交叉的折曲状的结构即可。例如可以举出如下结构，在波导的一部分形成衍射光栅的结构、通过朝向波导的磁芯形成沟槽而形成了反射镜(波导型反射镜)的结构、以及在波导的磁芯的外侧蒸镀铝等的配置有反射镜的结构等。

通过使用这种折曲部，能够在合波器主体的一端和侧面上配置激光光源，能够大幅缩短合波器的宽度和长度。此外，通过使用这种折曲部，半导体激光芯片等的激光光源的配置的自由度增加，还能够提高使用本发明的合波器的图像投影装置等的设计的自由度。

可以在所述波导上的来自激光光源的激光的入射口设置光会聚单元。例如可以将所述波导的末端部形成为细尖状、或者在激光光源与波导之间配置透镜。

另外，对于折曲部的折曲角度不特别限定，然而例如在使用了波导型反射镜的情况下，优选使其在80°～100°的范围内。更优选为直角。

采用了本发明的合波器的图像投影装置是采用了上述结构的合波器的装置，其构成为具有：水平扫描部和垂直扫描部，其使从所述合波器射出的所述波分复用光进行二维扫描而形成图像；以及图像形成部，其将被扫描的所述波分复用光投影在被投影面上。这种情况下，可以在所述合波器设置所述水平扫描部和所述垂直扫描部。通过如上构成，能够使图像投影装置小型化。

此外，具有上述图像投影装置的图像投影系统可以构成为具有：发送接收装置，其进行图像数据的发送接收；周边装置，其包含进行图像的摄影的摄影装置或终端装置；以及控制装置，其进行所述发送接收装置、所述周边装置和所述图像投影装置的控制。

使用了上述结构的合波器的本发明的图像投影装置和具有该图像投影装置的图像投影系统可通过合波器的小型化使得装置和系统变得小型，而且设置于合波器的半导体激光芯片等的光源配置的自由度较高，因此能够提高装置和系统的设计的自由度。

附图说明

图1是说明本发明的基本概念的图，是说明可视光为三个的情况下的激光光源的配置的图。

图2的(a)是表示图1的配置的情况下的激光光源与波导之间的关系的图，(b)是表示在波导的途中设置有折曲为直角的折曲部的情况下的另一例的图。

图3是具有折曲为直角的折曲部的合波器的一个实施方式的概略俯视图。

图4是说明波导的折曲部的结构的局部放大图。

图5是设置有光会聚单元的波导的末端部分的放大图。

图6是将本发明的合波器10用于扫描型显示器的一个实施方式，是扫描型显示器的概略结构图。

图7是在第2波导102的另一端102b侧配置有水平扫描仪22和垂直扫描仪25的合波器10的概略图。

图8是具有扫描型显示器的图像系统的一例，是说明其结构的框图。

图9是本发明的合波器的另一个实施方式，是表示应用于对四个以上的可视光进行合波的合波器的情况下的半导体激光芯片的配置例的图。

图10是本申请申请人在专利文献2中公开的合波器的说明图，(a)是其俯视图，(b)是从一端侧观察波导的入射口露出的合波器的主视图。

图11是说明从激光光源照射的激光通过其扩散而照射在第1合波部上的状况的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。

图1是说明本发明的基本概念的图，是说明可视光为三个的情况下的激光光源的配置的图，图2(a)是表示图1的配置的情况下的激光光源与波导的关系的图，(b)是表示在波导的途中设置有折曲为直角的折曲部的情况的另一例的图。此外，图3是具有折曲为直角的折曲部的合波器的一个实施方式的概略俯视图，图4是说明波导的折曲部的结构的局部放大图，图5是设置有光会聚单元的波导的末端部分的放大图。

[可使用的可视光]

以下说明的在本发明的合波器中合波的3个可视光是单色光，并且条件在于第1可视光的波长最长，第2可视光的波长第二长，第3可视光的波长最短，而且所述第2可视光与所述第3可视光之间的波长间隔短于所述第1可视光与所述第2可视光之间的波长间隔。

作为满足这种条件的可视光，可举出波长λR＝620～750nm的红色光(R)、波长λG＝495～570nm的绿色光(G)和波长λB＝450～495nm的蓝色光(B)。在这些RGB的3个波长之间，λB＜λG＜λR的关系成立，可以按照满足λR-λG＞λG-λB的关系的方式，从该波长范围之中例如选择波长λR＝640nm的可视光作为红色光，选择波长λG＝520nm的可视光作为绿色光，选择波长λB＝455nm的可视光作为蓝色光。

[激光光源的配置]

在该实施方式中，将三个半导体激光芯片16a、16b、16c中的红色用的半导体激光芯片16a和蓝色用的半导体激光芯片16c如图1所示倾斜配置，以使得它们的光轴Xr、Xb相对于传播轴线Y以角度θ交叉。

在该实施方式中，基于以下理由将两个半导体激光芯片16a、16c配置为使得它们的光轴相对于传播轴线Y倾斜角度θ。即，半导体激光芯片16a、16c在离开最接近半导体激光芯片16a配置的第1合波部110的可视光的传播轴线Y的位置处具有光轴Xb、Xr，并且在将两个半导体激光芯片16a、16c配置为使得它们的光轴Xb、Xr相对于传播轴线Y平行的情况下(参照图11)，以角度θ1扩散的激光会照射在合波部110上而产生杂散光，该杂散光会对合波带来不良影响。

另一方面，对于配置于正中位置处的绿色用的半导体激光芯片16b而言，由于在与传播轴线Y几乎相同的位置处具有光轴Xg，因此在以角度θ1扩散的激光照射在合波部110上的情况下，几乎不会产生第1合波部110中的杂散光的不良影响。

如该实施方式所述，在将三个半导体激光芯片16a、16b、16c的激光导入三个波导101、102、103而进行可视光的合波的情况下，通常使两侧的半导体激光芯片16a、16c倾斜，也可以不使正中的半导体激光芯片16b倾斜。

角度θ是如下角度：使得以光轴Xr、Xb为中心扩散的半导体激光芯片16a、16c的激光不会照射到配置于与半导体激光芯片16a、16b、16c最近的位置处的第1合波部110上。

在将激光的扩散角设定为θ1，将入射口101a、102a间(102a、103a间)的距离设定为d1，并将入射口102a与第1合波部110的入口的距离设定为l1时，可通过以下的算式求出该角度θ。

[数1]

例如，在激光的扩散角θ1＝7°、距离d1＝500μm、距离l1＝900μm的情况下，由于θ＝35.5°，因而通过使角度θ形成为大于35.5°，能够使得第1合波部110上不会被照射从半导体激光芯片16a、16c扩散的激光。

角度θ可以如图2(a)所示形成为锐角，然而优选如图2(b)所示形成为直角。通过如上构成，能够使得来自半导体激光芯片16a的激光照射在波导102上的照射长度e最短，能够减小杂散光对于在波导102中传播的可视光的影响。

在使角度θ为直角的情况下，为了维持波导101、103的可视光的传播效率，在波导101、103的中途部位设置反射可视光的折曲部104、105。由于该折曲部104、105以使两条直线交叉的方式弯折为直线状，因此在弯折部分设置有后述的反射镜104a、105a或衍射光栅104b、105b等，使得在超过临界角弯折波导101、103的情况下也能够效率良好地传播可视光。

[合波器的整体结构]

图3表示具有弯折为直角的折曲部的本发明的合波器的一个实施方式。

该合波器10的基本结构与由本申请申请人在日本特开2013-195603号中公开的合波器(图10所示)相同，对与图10的合波器10′相同的部位、相同的部件赋予相同符号，并省略详细说明。

在该合波器10中，与图10的合波器10′的不同之处在于，将第1波导101和第3波导103的末端部分弯折为折曲状或弯曲状，使得射出波分复用的可视光的第2波导102的可视光的射出方向与入射至第1波导101和第3波导103的可视光B、R的入射方向交叉。

在第1波导101和第3波导103的末端部分设有折曲部104、105，使得从入射口101a、103a入射的第1可视光和第3可视光在第1波导101内和第3波导103内能够变更光路。并且，在设有该折曲部104、105的部分，第1波导101和第3波导103弯折为折曲状或弯曲状。

图4(a)、(b)示出折曲部104、105的一例。

图4(a)的示例中，在折曲部104、105配置使可视光全反射的反射镜104a、105a，在该部分使第1波导101和第3波导103折曲。

在该实施方式中，反射镜104a、105a是从覆盖层220的上表面通过蚀刻而形成到达比第1波导101和第3波导103的磁芯更深的部分的沟槽、并在所述沟槽的空气层与形成所述磁芯的玻璃层之间使光全反射的波导型的结构。

在这种波导型的反射镜中，如果弯折角度α从直角(90°)起发生大小变化则入射光率降低，而且反射率变小。因此，在这种波导型的反射镜中最佳的弯折角度α是90°，而以入射光率50％为基准的情况下所允许的弯折角度α在77°～100°的范围内，优选在80°～95°的范围内。

在图4(b)所示的例子中，在折曲部104、105形成了衍射光栅104b、105b。并且，在形成了衍射光栅104b、105b的部分将波导101、103以弯折角度α弯折为折曲状。

此外，也可以以曲率半径R将第1波导101和第3波导103弯折为弯曲状。在弯曲部104c、105c上根据需要可以设置反射镜或衍射光栅等的反射单元。

此外，作为在弯折为折曲状或弯曲状的部分处变更光路的单元，例如可以使用日本特开2004-191564号公报或日本特开平10-246827号公报等中的公知结构。

[光输入部]

在该实施方式中，将基板210的长度和宽度形成为略大于覆盖层220和BOX层215的长度和宽度，并在从覆盖层220和BOX层215突出的部分(余量部分)配置作为使可视光入射至第1波导101、第2波导102和第3波导103中的光源的半导体激光芯片16a、16b、16c。

通过调整基板210的厚度，能够将半导体激光芯片16a、16b、16c与第1波导101、第2波导102、第3波导103的入射口101a、102a、103a进行位置对准。

关于半导体激光芯片16a、16b、16c的大小，宽度为500μm左右，厚度为100μm左右，长度为500μm左右，因此半导体激光芯片16a、16b、16c可以一体设置于光合波器10。

此外，优选在第1波导101、第2波导102和第3波导103的入射口101a、102a、103a上设置激光会聚单元，以将来自半导体激光芯片16a、16b、16c的激光高效率地导入波导101、102、103。

图5示出激光会聚单元的一例。另外，图5中仅举例示出了第1波导101的情况，而第2波导102和第3波导103的情况也相同。

在图5(a)所示的例子中，将第1波导101的末端形成为细尖的锥形状。锥形的方式((D-d)/L)可以以1/100左右为基准。

图5(b)所示的例子中，在半导体激光芯片16a与入射口101a之间配置有微小的透镜17。

通过设置这种激光会聚单元，能够使可视光从半导体激光芯片16a、16b、16c等超小型的激光光源以高效率入射至波导101、102、103。

[作用]

在上述结构的合波器10中，将三个波导101、102、103中的呈直线状延伸的第2波导102两侧的第1波导101和第3波导103的末端在折曲部104、105弯折为大致直角，从而能够使第1波导101的入射口101a和第3波导103的入射口103a位于合波器10的与主体100对置的侧面上的位置。并且，能够将作为激光光源的半导体激光芯片16a、16b、16c中的向第2波导102照射绿色光的半导体激光芯片16b配置于合波器10的主体100的一端，并且能够将照射红色光和蓝色光的半导体激光芯片16a、16c配置于合波器10的主体100的两侧面上。

因此，能够使主体100的全长缩短第1波导101和第3波导103弯折的对应量，并且通过将半导体激光芯片16a、16c配置于主体100的侧面，使第1波导101及第3波导103与第2波导102之间的间隔s接近而能够减小主体100的整体宽度，能够实现具有半导体激光芯片16a、16b、16c的光源一体型的合波器10的小型化。此外，通过适当变更弯折角度α，能够变更半导体激光芯片16a、16c的配置位置，能够提高合波器10的设计自由度。

[扫描型显示器的结构]

图6是将上述结构的合波器10应用于扫描型显示器的一个实施方式，是扫描型显示器的概略结构图。

如图6所示，扫描型显示器1具有一体构成的控制单元1a和显示单元1b。

显示单元1b例如在美国专利申请公开2010/0073262号公报等中公开的那样，可以使用眼镜型的佩戴用具等，与控制单元1a一起佩戴于使用者的头部。

控制单元1a具有合波器10，该合波器10一体地具有控制部12、操作部13、外部接口(I/F)14、R激光驱动器15a、G激光驱动器15b、B激光驱动器15c和半导体激光芯片16a、16b、16c。控制部12例如由包含CPU、ROM、RAM的微型计算机等构成。控制部12根据从PC等的外部设备经由外部I/F14而供给的图像数据，产出作为用于合成图像的要素的R信号、G信号、B信号、水平信号和垂直信号。控制部12将R信号发送给R激光驱动器15a，将G信号发送给G激光驱动器15b，并将B信号发送给B激光驱动器15c。

控制部12将水平信号发送给水平扫描驱动器23，并将垂直信号发送给垂直扫描驱动器26。水平信号和垂直信号中包含确定水平扫描仪22和垂直扫描仪25的动作的定时的同步信号、设定从水平扫描驱动器b23和垂直扫描驱动器26发送到水平扫描仪22和垂直扫描仪25的驱动信号的电压或频率的驱动设定信号等。

操作部13由受理来自使用者的扫描的各种按钮、以及将各种按钮按下时产生的操作信号发送给控制部12的接口电路等构成。受理来自使用者的操作的各种按钮例如设置于控制单元1a的壳体表面。外部I/F14是用于将控制单元1a与PC等外部设备电连接的接口。

R激光驱动器15a驱动半导体激光芯片16a，以产生与来自控制部12的R信号对应的光量的红色激光。G激光驱动器15b驱动半导体激光芯片16b，以产生与来自控制部12的G信号对应的光量的绿色激光。B激光驱动器15c驱动半导体激光芯片16c，以产生与来自控制部12的B信号对应的光量的蓝色激光。通过对各色的激光的强度比进行调整，能够合成出具有期望颜色的激光。从半导体激光芯片16a、16b、16c产生的各色的激光分别入射至合波器10的波导101、102、103，在合波作为波分复用光的状态下，从合波器10中射出。射出的激光经由信号线所包含的光纤被传递至显示单元1b。

显示单元1b具有准直光学系统21、水平扫描仪22、水平扫描驱动器23、具备透镜24a、24b的中继光学系统24、垂直扫描仪25、垂直扫描驱动器26、具备透镜27a、27b的目镜光学系统27。

准直光学系统21将从光纤射出的激光变换为平行光。变换为平行光的激光入射至水平扫描仪22。

水平扫描仪22在水平方向上操作来自准直光学系统21的激光。具体而言，水平扫描仪22具有摆动的反射面。反射面通过摆动，使得入射至反射面的激光在水平方向上进行扫描。水平扫描仪22例如可由使用压电元件进行波动的谐振型的MEMS(MicroElectroMechanical System：微机电系统)反射镜构成。水平扫描驱动器23根据来自控制部12的水平同步信号，对水平扫描仪22的摆动状态进行控制。经过水平扫描的激光入射至中继光学系统24。

垂直扫描仪25在垂直方向上扫描来自中继光学系统24的激光。具体而言，垂直扫描仪25具有摆动的反射面。反射面通过摆动，使得入射至反射面的激光在垂直方向上被扫描。例如，可由摆动的MEMS反射镜构成。垂直扫描驱动器26根据来自控制部12的垂直同步信号，对垂直扫描仪25的摆动状态进行控制。这里，激光由于通过水平扫描仪22在水平方向上进行扫描，因此成为通过垂直扫描仪25而被二维扫描的图像光。经过二维扫描的图像光入射至目镜光学系统27。

水平扫描仪22和垂直扫描仪25能够一体地设置于本发明的合波器10。

图7是在第2波导102的另一端102b侧配置有水平扫描仪22和垂直扫描仪25的合波器10的概略图。

这样，如果将水平扫描仪22和垂直扫描仪25一体地设置于合波器10，则可以不需要中继光学系统24和准直光学系统21。并且，通过将水平扫描驱动器23和垂直扫描驱动器26组装到控制装置12，能够使控制单元1a与显示单元1b构成为一体以简化结构，并且能够使扫描型显示器1小型化。

图8是具有上述结构的扫描型显示器的图像系统的一例，是说明其结构的框图。

控制部19接收由相机17等拍摄的图像信号或储存于个人计算机等的存储器中的图像数据，并在扫描型显示器1上显示该图像。此外，通过在控制部19上连接发送接收部18，能够与外部的服务器、计算机、互联网和移动电话等连接。另外，控制部19能够使用扫描型显示器的控制部12。并且，如果使用本申请的合波器10，则能够将这种图像系统小型化为1平方cm以下。

[实施例]

接着说明本发明的合波器10的具体实施例。

在该实施例中，在由SiO2形成的厚35μm、长6mm、宽1mm的矩形基板210上堆积形成了厚度15μm的BOX层215，并在该BOX层215的上表面形成了3根波导101、102、103。波导101、102、103由在SiO2玻璃中掺杂GeO2而得的玻璃构成，并且设其与周围的包层的折射率差为0.5％。波导101、102、103形成为2平方μm的矩形横截面。并且，利用20μm厚的SiO2玻璃的覆盖层220覆盖波导101、102、103。

BOX层215和覆盖层220比基板210略小，并且在一端侧和左右两侧设置有余量部分，该余量部分使得能够将宽500μm、厚100μm、长500μm大小的半导体激光芯片16a、16b、16c安装于基板210。另外，基板210使用放热性较高的高浓度掺杂p型(电阻值：1000Ωcm)，以易于散发来自半导体激光芯片16a、16b、16c的热。

在距离波导101、103的入射口101a、103a为300μm的位置处设置有将光路变更为直角(90°)方向的折曲部104、105。折曲部104、105在从覆盖层220的表面到深度25μm的范围内具有形成为宽度10μm、纵宽度5μm的大小的矩形状的沟槽，使该沟槽的内壁面与波导101、103的磁芯的内壁面垂直交叉。

将SiO2系玻璃的折射率设为1.45，求得所述沟槽的壁面的光的全反射的临界角为43.6°，能够以87.2°的几乎直角的角度变更光路。

在基板210的所述余量部分安装半导体激光芯片16a、16b、16c。基板210的大小是长6mm、宽1mm，包含半导体激光芯片16a、16b、16c的合波器10的大小是长7mm、宽2mm、壁厚500μm。

另外，在这种尺寸的合波器10中，半导体激光芯片16b的光轴Xg无论是处于与传播轴线Y大致相同的位置还是多少存在偏差(偏差量的程度大概在±30μm以内)，由于可视光以角度θ1扩散而引起的杂散光对于第1合波部110的影响较小，因此也可以不使半导体激光芯片16b倾斜。

使RGB的可视光从半导体激光芯片16a、16b、16c入射至上述结构的合波器10的波导101、102、103。其结果是，由沟槽的壁面反射而光路改变为直角方向的可视光在刚刚反射后，光功率的横向分布就从稳定的传播模式发生偏离，而基于仿真的结果可知，通过在波长的10倍以上波导101、103进行传播，可稳定在稳定模式。

并且，如果使图4(a)中的光路变更后的直线部分的距离a在波长的10倍以上，则可知能够使可视光从波导101、103移动至波导102的比例减小至可忽视的程度。因此，如果使距离a在波长的10倍以上，则无需增大合波部110、120、130的长度，也不会使得合波器10的全长变长。

以上对于本发明的优选实施方式进行了说明，然而本发明不限于上述说明。

例如，也可以将半导体激光芯片16b倾斜配置，以使得光轴Xg相对于传播轴线Y交叉。

此外，作为3个可视光而举例说明了RGB色光，然而本发明的合波器还可以应用于RGB以外的三个可视光。此外，还可以应用于对四个以上的可视光进行合波的合波器。这种情况下，例如图9(a)(b)所示配置半导体激光芯片16a～16d即可。

进而，波导101、102、103和半导体激光芯片16a、16b、16c的配置不限于上述的二维结构，例如也可以构成为在以波导102为中心的圆周上配置波导101、103或半导体激光芯片16a、16c等三维的结构。

此外，在上述说明中，通过在覆盖层220的内部嵌入磁芯层来一体地形成波导101、102、103，也可以分别形成由磁芯层和包层构成的波导101、102、103，并将其配置于基板等的支承体上。

此外，上述的实施方式中举例说明了波导型的反射镜，也可以采用其它方式的反射镜，例如可以形成在第1波导101和第3波导103的磁芯的外侧蒸镀铝的反射镜面。

产业上的利用可能性

本发明的合波器能够广泛应用于对作为单色光的多个可视光进行合波而进行图像投影等的装置，除了对使用者的视网膜扫描合波的光而进行图像投影的视网膜扫描型显示器之外，还可以应用于使激光进行扫描来投影图像的激光显示器。

标号说明

1a：控制单元，1b：显示单元，10：合波器，101：第1波导，102：第2波导，103：第3波导，104、105：折曲部，104a、105a：反射镜，104b、105b：衍射光栅，104c、105c：弯曲部，110：第1合波部，120：第2合波部，130：第3合波部，16a、16b、16c：半导体激光芯片。

Claims (10)

1.一种合波器，其具有：

多个波导，波长不同的多个可视光入射至该多个波导；

多个合波部，其设置于该波导的中途，进行在至少两个波导中传播的可视光的模耦合；以及

多个激光光源，其向所述多个波导分别照射所述可视光，

所述合波器对所述多个可视光进行波分复用，该合波器的特征在于，

所述合波器具有配置于最接近所述多个激光光源的位置处的第1合波部，

所述多个激光光源包括在离开被导入所述第1合波部中的所述可视光的传播轴线的位置处具有光轴的激光光源、以及在被导入所述第1合波部中的所述可视光的传播轴线上具有光轴的激光光源，

为了抑制来自在离开所述传播轴线的位置处具有光轴的激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响而使得不产生杂散光，对于在离开所述传播轴线的位置处具有光轴的全部所述激光光源，使它们的光轴相对于所述传播轴线倾斜配置，使得按照规定的扩散角扩散的激光以及其外缘通过所述第1合波部的近前，而不照射到所述第1合波部。

2.一种合波器，其具备：

第1波导，第1可视光入射至该第1波导；

第2波导，波长比所述第1可视光的波长短的第2可视光入射至该第2波导；和

第3波导，第3可视光入射至该第3波导，其中，该第3可视光的波长比所述第2可视光的波长短，并且该第3可视光与所述第2可视光之间的波长间隔比所述第1可视光与所述第2可视光之间的波长间隔短，

所述合波器具有：

第1合波部和第3合波部，该第1合波部和第3合波部在所述第2波导与所述第3波导之间进行可视光的模耦合；

第2合波部，其在第1波导与所述第2波导之间进行可视光的模耦合；以及

3个激光光源，其向所述第1波导、所述第2波导和所述第3波导分别照射所述第1可视光、所述第2可视光、所述第3可视光，

在所述合波器中，从所述3个激光光源侧起依次配置所述第1合波部、第2合波部和第3合波部，

该合波器的特征在于，

所述3个激光光源包括在离开被导入所述第1合波部中的所述可视光的传播轴线的位置处具有光轴的第1激光光源和第3激光光源、以及在被导入所述第1合波部中的所述可视光的传播轴线上具有光轴的第2激光光源，

为了抑制来自所述第1激光光源和第3激光光源的激光的扩散对合波部造成的影响而使得不产生杂散光，对于所述第1波导和所述第3波导用的所述第1激光光源和第3激光光源，使它们的光轴相对于所述传播轴线倾斜配置，使得按照规定的扩散角扩散的激光以及其外缘通过所述第1合波部的近前，而不照射到所述第1合波部。

3.根据权利要求2所述的合波器，其特征在于，

所述第1可视光是红色光，所述第2可视光是绿色光，第3可视光是蓝色光。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的合波器，其特征在于，

在所述传播轴线上配置一个激光光源，使其它激光光源相对于传播轴线倾斜。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的合波器，其特征在于，

以使得在离开所述传播轴线的位置处具有光轴的激光光源的光轴相对于所述传播轴线成直角的方式来配置激光光源。

6.根据权利要求1或2所述的合波器，其特征在于，

在所述波导的所述可视光的入射口设置有光会聚单元。

7.根据权利要求6所述的合波器，其特征在于，

所述光会聚单元是朝向所述波导的入射口形成的细尖状的末端部或设置在所述波导的入射口与可视光的光源之间的透镜。

8.一种图像投影装置，其使用权利要求1至7中的任意一项所述的合波器，该图像投影装置的特征在于，具有：

水平扫描部和垂直扫描部，其对从所述合波器射出的所述波分复用光进行二维扫描而形成图像；以及

图像形成部，其将被扫描的所述波分复用光投影在被投影面上。

9.根据权利要求8所述的图像投影装置，其特征在于，

在所述合波器中设置有所述水平扫描部和所述垂直扫描部。

10.一种图像投影系统，其具有权利要求8或9所述的图像投影装置，该图像投影系统的特征在于，具有：

发送接收装置，其进行图像数据的发送接收；

周边装置，其包含进行图像的摄影的摄影装置或终端装置；以及

控制装置，其进行所述发送接收装置、所述周边装置和所述图像投影装置的控制。

Images