專利名稱：光波導裝置、光源裝置、以及光信息處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及把波長不同的多束光進行合波或分波的光波導裝置，以及使用了它的、作為小型顯示器等的點光源裝置等適合的光源裝置、以及光信息處理裝置。
背景技術：
近年來，電子設備，特別是便攜式電子設備等正在要求小型化、輕型化和多功能化。在這種趨勢中，在便攜式電子設備上也要開始處理圖像數據，如何實現易看地顯示精細圖像的功能已成為研究的課題。
例如，在特表平11-505627號公報等中公開的視網膜顯示器，因為讓圖像在用戶的眼睛的視網膜上成像，所以能減少畫面顯示所占面積，作為能讓小型化和高精度顯示兩立的顯示裝置，承載了人們很大的期待。在該視網膜顯示器等小型顯示器中，把以光源裝置為主的形成彩色圖像的裝置小型化、輕量化已成為今后的研究課題之一。
以前，能用作可全彩色顯示的顯示器裝置的光源的點光源裝置，例如如日本專利第三298324號公報所示那樣，把來自發光二極管(LED)等、發射R(紅)、G(綠)以及B(藍)三基色光的各個發光元件的光，使用鏡或透鏡聚光在一點上，而作為光源。
但是，使用鏡或透鏡的方法需要相對各個發光元件高精度地配置、固定鏡和透鏡的裝置，安裝部件數量變多，因此存在光源裝置變大、變重、成本變高的問題。另外，在其制造上，為了精度良好地安裝各個部件，需要耗時的校準工序，生產率降低，不適合于大量生產，從這點上也存在成本變高的問題。
另一方面，例如，在后述的專利文獻1中，提出了使用光波導和波長選擇濾光器把波長不同的多個光進行合波或分波的光合波及分波器。
圖12是在專利文獻1中作為現有例子來表示的光合波及分波器的平面圖。該裝置中，在硅襯底100的中央設置有光波導層110，在其兩側設置有用于和外部進行光的入射出射的接口(ポ一ト)101～103。接口101～103由光纖構成，通過凹凸嵌合定位并粘接固定在形成于硅襯底100上的槽中。
光波導層110上設置有分別光連接于接口101～103的導光芯線111～113。芯線111和芯線113在光波導層110的中心部被配置為大致直線狀對置，為了截斷兩者設置有多層介質薄膜濾光器114。芯線112與芯線113交叉設置，以使由芯線112向多層介質薄膜濾光器114入射而被反射的光向芯線113前進。
在把圖12所示的裝置作為光合波器使用的情況下，使用具有如下光學特性的裝置把要合波的入射光121和122分別從接口101和接口102入射，作為多層介質薄膜濾光器114，讓入射光121的波長的光通過，而讓入射光122的波長的光反射。這樣，從接口101向芯線111入射傳播來的入射光121穿過多層介質薄膜濾光器114入射到芯線113。而由接口102入射到芯線112傳播來的入射光122被多層介質薄膜濾光器114反射，變換方向入射到芯線113。其結果是，入射光121和122都被導向芯線113，在于芯線113傳播中被合波，從接口103被射出。
若代替如圖12所示的裝置的接口101和102而設置LED等光源，則能通過波導芯線簡單且精度良好地使各光源出射的光合波，而且因為不需要校準光所以能用短的光程合波，能低成本制造小型集成化的點光源裝置。
日本專利文獻1特開平11-295540號公報(第二頁、圖3)。
但是，圖12所示的裝置中，因為僅僅把芯線111～113的光入射出射端面設置在光波導層110的對置的兩邊上，所以在芯線111～113中一定含有曲線部分。該情況下，就產生了如下二律背反的關系如果為了制造緊湊小型的光源裝置把光波導層110小型化，則必然在芯線111～113上含有曲率大的部分，由漏光引起的光損失變大，反之，如果為了抑制光損失讓芯線111～113的曲率變小的話，則光波導層110就會大型化。
作為其對策，可考慮如果不是在光波導層對置的兩邊而是互相垂直的兩邊設置光入射端面，則能形成即使在芯線上不設置曲線部分也能進行合波或分波的結構。
圖13是作為本發明的比較例的、這樣的光波導裝置和使用了該光波導裝置的光源裝置的平面圖。
在該光波導裝置130中，在例如硅等襯底上，形成有由包層133和芯線134～136的結合體構成的光波導層132。包層133具有長方形ABCD的形狀，芯線134大致垂直于邊AB、從邊AB到邊CD被設置為直線狀，芯線135以及136大致垂直于邊DA、從邊DA到和芯線134的交叉部被設置為直線狀。在交叉部，分斷芯線134設置有濾光器137和138。濾光器137以及138由例如多層介質薄膜構成，是只反射規定的波長范圍的光，而讓其他波長的光通過的二向色濾光器。分別調節濾光器137以及138相對于芯線134的角度，以使從芯線135以及136入射而被濾光器137以及138反射的光向芯線134前進。
再有，光波導裝置130中，和后述的本發明的實施方式相配合，表示了芯線134～136分別由3根芯線部構成的例子，但構成芯線134～136的芯線數既可以是一根也可是多根。
在光源裝置140中，與光波導裝置130的芯線134、135以及136的各個光入射端面相對，分別設置紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23。而且，作為濾光器137使用讓紅色光通過而反射綠色光的濾光器，濾光器138使用讓紅色光和綠色光通過而反射藍色光的濾光器。
光源裝置140的動作如下。從紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23出射的光，分別從與它們對置的光入射端面輸入到芯線134～136。從芯線134傳播的紅色光通過濾光器137也通過濾光器138在芯線134內向光出射端面139前進。在芯線135傳播的綠色光被濾光器137反射，從芯線135變換前進的道路向芯線134前進，通過濾光器138，在芯線134內向光出射端面139前進。從芯線136傳播的藍色光，被濾光器138反射，從芯線136向芯線134變換前進的道路，從芯線134內向光出射端面139前進。這樣以來，紅色光、綠色光以及藍色光被導向濾光器138和光出射端面139之間的芯線134，在該區域前進之中被合波，合波光從光出射端面139出射。
這樣，如果在光波導層的互相垂直的兩邊上設置光入射端面，則可以形成即使在芯線上不設置曲線部分也能進行合波的結構。另外，圖14是說明光波導裝置130的制造工序的一部分的平面圖，光波導裝置130具有長方形的形狀，如圖14所示，從形成光波導層的硅晶片150通過總體切割能不浪費地切出多個光波導裝置130，從這點看也是合適的。
但是，在光波導裝置130中，從芯線135以及136向濾光器入射、通過反射變換方向時的角度變化是90度，向濾光器的入射角成為45度。在LED那樣的偏振未限定偏振的光中，在想要在窄的波長范圍內讓一波長的光透射，而其他的波長的光反射的情況下，如果使入射光以45度那樣大的角度入射到濾光器，則濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性變大，損失變大，這是眾所周知的。
發明內容
本發明是鑒于這種狀況而開發的，其目的在于，提供一種光波導裝置，可以減少光損失、實現小型化和低成本化，而且濾光器的透射系數以及反射率的偏振依存性小、在更窄的范圍內劃分透射的光的波長和反射的光的波長；本發明還提供一種使用上述光波導裝置的、適于作為小型顯示器等的點光源裝置等的光源裝置以及光信息處理裝置。
即，本發明涉及一種光波導裝置，其第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被包層接合，在這些芯線的交叉部設置有把上述第一芯線分斷的波長選擇濾光器，把波長不同的多個光進行合波或分波，其特征在于，相對包含所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，在和所述一邊相對的所述包層的對置邊上含有所述第一芯線的光出射或入射端面；含有所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊被配置在和所述一邊成銳角的方向上，所述第二芯線和所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部。
另外，本發明涉及一種光源裝置，其在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊，至少與所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光入射端面對置分別配置光源，從所述光源向所述入射端面入射的光被合波，從在設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光出射端面被射出；另外，涉及第一光信息處理裝置，在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊，至少與所述第一芯線及所述第二芯線的所述光出射端面對置分別配置光接收元件，從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述入射端面入射的光被合波后，由所述光接收元件接收；另外，涉及第二光信息處理裝置，其包括所述光波導裝置，在該光波導裝置的所述一邊及所述另一邊中至少向所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光入射端面入射信號光的光入射裝置，接收從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光出射端面出射的合波光的光接收裝置。
根據本發明的光波導裝置，第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被包層接合，在這些芯線的交叉部設置有把上述第一芯線分斷的波長選擇濾光器，相對包含所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，包含所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊被配置為朝向和所述一邊成銳角，所述第二芯線與所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部，所以，在所述第一芯線和所述第二芯線，如果沒有曲線部分，則兩者以鈍角相交，光在所述第一芯線和所述第二芯線之間改變前進道路時的角度變化等于所述銳角，由所述波長選擇濾光器反射時的入射角小于45度。因此，和上述的比較例那樣以45度入射角向濾光器入射的情況相比，能夠降低濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性，對于LED這種偏振未被限定的光，能夠把要在窄的波長范圍內讓一波長的光透射、其他波長的光反射的情況下產生的光的損失抑制到較小，能在更小波長范圍內劃分透過的光的波長和反射的光的波長。而且，在所述光波導裝置中，和現有例不同，因為不需要在所述第一芯線和所述第二芯線上設置曲線部分，所以不用伴隨光損失的增加而實現小型化成為可能，另外，和使用鏡以及透鏡的方法相比，生產率提高、可實現小型化、輕量化以及低成本化。
另外，根據本發明的光源裝置，在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊，至少與所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光入射端面對置分別配置光源，另外，根據本發明的第一光信息處理裝置，在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊，至少與所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光出射端面對置分別配置光接收元件，從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光入射端面入射的光被合波后，由所述光接收元件接收，而且另外，根據本發明的第二光信息處理裝置，其包括所述光波導裝置，在該光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊中至少向所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光入射端面入射信號光的光入射裝置，接收從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光出射端面出射的合波光的光接收裝置，因此，能提供可充分發揮所述光波導裝置具有的上述優異效果的光源裝置以及光信息處理裝置。
圖1(a)、(b)是基于本發明的實施方式1的光波導裝置的平面圖；圖2是基于本發明的實施方式1的光源裝置的平面圖；圖3是基于本發明的實施方式1的光源裝置的剖面圖；圖4(a)、(b)是說明基于本發明的實施方式1的光波導裝置的制造工序的一部分的平面圖；圖5是基于本發明的實施方式2的光源裝置的平面圖；圖6是基于本發明的實施方式2的光源裝置的平面圖；圖7是基于本發明的實施方式2的光源裝置的剖面圖；圖8是基于本發明的實施方式3的光波導裝置的平面圖；圖9是基于本發明的實施方式4的光波導裝置的平面圖；圖10(a)、(b)是基于本發明的實施方式4的光源裝置的平面圖；圖11是說明基于本發明的實施方式4的光波導裝置的制造工序的一部分的平面圖；圖12是表示在專利文獻1中作為現有例而被顯示的光合波分波器的構造的平面圖；圖13是比較例的光波導裝置的平面圖；圖14是說明比較例的光波導裝置的制造工序的一部分的平面圖。
符號說明1 硅等的襯底2 光波導層3 包層4a～4c、5a～5c、6a～6c 芯線7、9 交叉部8、10 濾光器11～13 光入射或出射端面14 光出射或入射端面15～17 45度傾斜的光出射或入射端面18、19 光波導裝置20 光源裝置
21a～21c 端面發光型的紅色光發光元件22a～22c 端面發光型的綠色光發光元件23a～23c 端面發光型的藍色光發光元件24發光區域25端子電極28光波導裝置30光源裝置31a～31c 面發光型的紅色光發光元件32a～32c 面發光型的綠色光發光元件33a～33c 面發光型的藍色光發光元件40 光信息處理裝置41a～41c 紅色光光接收元件42a～42c 綠色光光接收元件43a～43c 藍色光光接收元件50 光波導裝置54a～54c、55a～55c、56a～56c 芯線57、58 交叉部61～63 光入射或出射端面70 頭置式顯示器71 出射光73 掃描板(scanned image plane)74 投影光學系的透鏡75 用戶眼球76 視網膜90 硅晶片91～99 劃片線100 硅襯底101～103 接口110 光波導層111～113 芯線114 多層介質薄膜濾光器
121、122 入射光123 出射光130 光波導裝置132 光波導層133 包層134～136 芯線137、138 濾光器139 光出射端面140 光源裝置151、152 劃片線具體實施方式
本發明的光波導裝置中，所述包層具有至少由4邊構成的多邊形的形狀，作為所述一邊的第一邊和作為所述對置邊的第三邊大致平行地配置，和所述第一邊以及所述第三邊大致垂直地配置第二邊，作為所述其他一邊的第四邊被配置為朝向和所述第一邊成銳角，所述第一芯線從所述第一邊到所述第三邊大略直線狀設置，所述第二芯線最好從所述第四邊到所述交叉部設置為大致直線狀。
理想的是從被設置于所述第一邊的光入射端面經由所述第一芯線傳播來的第一入射光，透過所述波長選擇濾光器向前前進，另一方面，從被設置在所述第四邊的光入射端面經由所述第二芯線傳播來的第二入射光，由所述波長選擇濾光器向所述第一芯線反射，所述第一入射光和所述第二入射光在所述第一芯線被合波，從被設置在所述第三邊的所述第一芯線的光出射端面射出；或者，從被設置于所述第三邊的所述第一芯線的光入射端面經由所述第一芯線傳播來的入射光分波為從所述波長選擇濾光器透過而從被設置于所述第一邊的所述第一芯線的光出射端面射出的光，和由所述波長選擇濾光器反射而從被設置在所述第四邊的所述第二芯線的光出射端面射出的光。
此時，理想的是，所述第一芯線通過相互前后配置的多個所述波長選擇濾光器在多個位置被分斷，從所述多個被分斷的位置到所述第四邊，平行地、大致垂直于所述第四邊地設置和所述第一芯線交叉的至少所述第二芯線以及第三芯線，也至少經由所述第三芯線把光進行合波或分波。
另外，理想的是，從分斷所述第一芯線的所述波長選擇濾光器的位置到所述第四邊設置所述第二芯線，分斷該第二芯線設置第二波長選擇濾光器，從所述第二芯線的分斷處到所述第一邊，和所述第一芯線平行且大致垂直于所述第一邊來設置和所述第二芯線交叉的第四芯線，至少也經由所述第四芯線把光進行合波或分波。
另外，所述第一芯線、所述第二芯線、所述第三芯線以及所述第四芯線最好分別由多個芯線部構成。如果設置多個芯線部，則使各個芯線部對應一個波道，其優點是能構成多波道的光源裝置以及信息處理裝置。
另外，所述多邊形是具有和所述第一邊以及所述第四邊相交的第五邊的五角形，最好以所述第二邊的垂直二等分線為對稱軸，所述第一邊和所述第三邊、以及所述第四邊和所述第五邊被配置在對稱的位置。而且，理想的是，所述第三邊和所述第四邊所成的角度是135度，所述第四邊和所述第五邊所成角度的是90度。
另外，最好至少所述第一邊和所述第四邊上設置的各個芯線端面形成在傾斜的反射端面上，經由這些反射端面把光導向各個芯線內部或者外部。
另外，理想的是，所述第一邊、所述第二邊、所述第三邊、所述第四邊以及所述第五邊通過切斷所述各個芯線和設置了這些的各個芯線的共同的包層材料來形成。
另外，在本發明的光源裝置中，最好使用發光二極管或者激光二極管作為所述光源。
另外，作為所述光源，最好使用發射藍色光、綠色各以及紅色光的光源。通過把這些發光元件發射的光合波，能夠顯示多色或全色圖像。另外，通過向各個所述發光元件供給驅動功率能使搭載的多個所述發光元件以獨立的發光強度發光。例如通過獨立控制紅色光發光元件、綠色光發光元件以及藍色光發光元件的發光強度，能夠獲得由三原色光的混色形成的全色的合波光。
本發明的第二光信息處理裝置，最好作為通過掃描裝置掃描所述合波光并投影的顯示器來構成。
下面，參照圖示詳細說明本發明的最佳實施方式，然而本發明并不受下述實施例的任何限定。
實施方式1
實施方式1涉及本發明的光波導裝置的1個例的、具有五角形的形狀的光波導裝置以及使用了該光波導裝置的光源裝置，就此使用圖1～圖4進行說明。
圖1(a)是基于實施方式1的光波導裝置18的平面圖。該光波導裝置18中，在例如硅等襯底1(未圖示)上形成有由包層3和芯線4～6的接合體組成的光波導層2，在下部包層和上部包層之間埋入有導光通路即芯線。
光波導層2例如用丙烯系有機溶劑制作，包層3的折射率是1.505，芯線4～6和包層3的折射系數差Δn是0.8％，芯線4～6的截面是10μm×10μm的正方形。作為光波導材料使用有機材料系的樹脂，能簡化光波導制作工序。例如，當使用UV(紫外線)硬化型有機材料時，可以進行基于自旋涂敷等的成膜以及由光刻等進行的芯線加工，能夠用便宜的制造設備和低的制造成本在硅晶片等上制造多個光波導裝置。
包層3具有五角形ABCDE的形狀，以所述第二邊即邊BC的垂直二等分線為對稱軸上下對稱形成，所述一邊或所述第一邊即邊AB和所述對置邊或所述第三邊即邊CD，以及所述另一邊或所述第四邊即邊DE和所述第五邊即邊EA，分別以相等的長度配置于對稱的位置。另外，角ABC、角BCD以及角DEA是90度，角CDE以及角EAB是135度，所述另一邊即邊DE在延長線上和所述另一邊即邊AB以45度的銳角相交。
而且，所述第三芯線即芯線6，和邊DE大致垂直地、從邊DE到和芯線4的交叉部9平行于芯線5且直線狀設置。在交叉部9，和交叉部7同樣，分斷芯線4設置有所述波長選擇濾光器即濾光器10，濾光器10是例如由多層介質薄膜構成的分色濾光器。另外，濾光器10調節相對芯線4以及芯線6的角度，以使從芯線6入射由濾光器10反射的光向芯線4內前進。
圖1中表示了芯線4～6分別由3根芯線部構成的例子，但并不限于此，構成芯線4～6的芯線的數目可以是一根或多根。當設置多根芯線部時，其優點是能夠使各個芯線部對應1個波道，能構成多波道的光源裝置以及芯線處理裝置。這在應用于實施方式4中后述的頭置式顯示器等時是合適的。
在邊AB上設置有芯線4的光入射或出射端面11，在邊CD上設置有芯線4的光出射或入射端面14。另外，在邊DE上設置有芯線5的光入射或出射端面12，以及芯線6的光入射或出射端面13。這些光入射出射端面，在光波導裝置18用作光合波裝置的情況下，光入射或出射端面11～13被用做光入射端面，光出射或入射端面14被用做光出射端面。另外，在光波導裝置18被用作光分波裝置的情況下，光出射或入射端面14作為光入射端面，光入射或出射端面11～13作為光出射端面分別被使用。
圖1(b)所示的光波導裝置19，當把邊GH重合于光波導裝置18的邊BC時，是和光波導裝置18具有關于該邊左右對稱的關系的光波導裝置。很清楚，光波導裝置19具有和光波導裝置18同樣的功能。
圖2是使用了光波導裝置18的光源裝置20的平面圖，圖3是圖2的2A-2A位置的光源裝置20的剖面圖。
在該光源裝置20中，對于芯線4的光入射端面11、芯線5的光入射端面12以及芯線6的光入射端面13，分別設置有端面發光型的LED即紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23。而且，作為濾光器8使用使紅色光透過而反射綠色光的濾光器，作為濾光器10使用使紅色光以及綠色光透過而反射藍色光的濾光器。
光源裝置20的動作如下。
紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23，當通過端子電極25供給驅動功率時，分別發射出R(紅)、G(綠)以及B(藍)三原色光。從各個發光元件出射的光，分別從與它們對置的光入射端面11～13(參照圖1，圖2中未圖示)輸入到芯線4～6。
經由芯線4傳播的所述第一入射光即紅色光，透過濾光器8，進而也從濾光器10透過，經芯線4內向光出射端面14前進。經由芯線5傳播的所述第二入射光的綠色光，被濾光器8反射，從芯線5向芯線4變換前進道路而前進，從濾光器10透過，經由芯線4內向光出射端面14前進。經由芯線6傳播的所述第三入射光即藍色光，被濾光器10反射，從芯線6向芯線4變換前進道路而前進，經由芯線4內向光出射端面14前進。
這樣以來，紅色光、綠色光以及藍色光被引導到濾光器10和光出射端面14之間的芯線4，所以，在該區域前進過程中被合波，合波光從光出射端面14被出射。
在本實施方式中，如上所述，由于在光波導層的、互相以所述銳角相交的兩邊上設置光入射端面11～13，所以可以形成即使在芯線4～6上不設置曲線部分也能將入射光合波的結構。和現有例不同，因為在芯線4～6上不需要設置曲線部，所以可在不伴隨光損失的增加的情況下使光波導裝置18以及光源裝置20小型化。
而且，由于光從芯線5或芯線6向芯線4變換前進道路時的角度變化為所述銳角、在該例中等于45度，所以光被濾光器8或濾光器10反射時的入射角為22.5度。這是比較例的情況下的入射角45度的一半，所以和比較例相比，能降低濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性，對于LED那種偏振未限定的光，要做到在窄的波長范圍讓一波長的光透射，而讓另一波長的光反射的情況下，能夠把引起的光的損失抑制到很小，能夠把透射的光的波長和反射的光的波長以更窄的波長范圍進行劃分。
本實施方式的光源裝置20作為如下小型點光源裝置而起作用該小型點光源裝置能把從紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23出射的R(紅)、G(綠)以及B(藍)三原色光進行合波而從芯線端面出射。
另外，光源裝置20通過獨立控制供給各個發光元件的驅動功率，能夠獨立控制紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23的發光強度，能夠獲得由三原色光的混色產生的全色的合波光。該出射光束能夠用作在實施方式4中后述的、可全色顯示的小型顯示器裝置的點光源。
圖4是說明光波導裝置18以及19的制造工序的一部分的平面圖。在硅晶片90等上形成光波導裝置18時，當為了能夠由一張晶片90制造盡可能多的光波導裝置，如圖4(a)所示，將光波導裝置18和與其呈左右對稱關系的光波導裝置19組合，在兩者上設置缺口部分即三角形KFA和三角形LDI時，整體形成為菱形KJLE。而且如圖4(b)所示，以在表面上無間隙地鋪設該菱形的方式對光波導層進行構圖，之后，沿著劃線91～95進行切割，作為單獨的小片切出光波導裝置18和光波導裝置19。
這樣，五角形的光波導裝置，浪費的晶片的區域很少，通過總體切割能夠高生產率地制造多個光波裝置芯片18及19。另外，當進行切割時，雖然在角部有時會產生變形，但本實施方式中由于是在難于發生變形的邊的部分設置光入射出射端面，所以形成不易受分割引起的變形的影響的結構。
再有，在本實施方式中，邊BA和邊DE成45度角，角DEA是90度，所以，四邊形KJLE為正方形，但為把一般的五角形型的光波導裝置，和與它具有左右對稱關系的五角形型的光波導裝置同時通過成批總體切割而切出，四邊形KJLE只要是菱形就可以。不過，A、F、I、D必須分別是邊EK、邊KJ、邊JL、邊LE的中點。
實施方式2實施方式2是光波導裝置28和使用了它的光源裝置以及光信息處理裝置的例子，該光波導裝置28是對基于實施方式1的光波導裝置18進行如下變更而得到的，該變更是，對光波導裝置18的邊AB及邊DE的波導端面實施45度傾斜加工，把芯線4～6的光入射端面形成傾斜的反射端面，通過這些反射端面，將光導向各個芯線內部和外部。
這樣做，具有能夠使用面發光型的發光元件以及面接收光型的光接收元件。例如，面發光型的LED，制造容易、便宜、市售的品種也豐富、在高頻特性上優良、容易調制、安裝也容易。另外，光電晶體管等光接收元件也以面接收光型的元件為主，安裝也容易。
圖5是基于實施方式2的光源裝置30的平面圖，圖6是圖5的5A-5A線位置的光源裝置30的剖面圖。在光源裝置30中，與傾斜45度形成的芯線4的光入射端面15、芯線5的光入射端面16以及芯線6的光入射端面17對置，分別設置有面發光型的LED即紅色發光元件31、綠色發光元件32以及藍色發光元件33。而且，和實施方式1相同，作為濾光器8使用讓紅色光透射而反射綠色光的濾光器，作為濾光器10，使用讓紅色光以及綠色光透射而反射藍色光的濾光器。
光源裝置20的動作如下。
紅色光發光元件31、綠色光發光元件32以及藍色光發光元件33當通過端子電極34被供給驅動功率時，則分別發射R(紅)、G(綠)及B(藍)的三原色光。從各發光元件出射的光向垂直上方出射，分別由與它們對置的45度傾斜光入射端面14～16向水平方向變換光路，被引導到芯線4～6內。
之后和實施方式1相同，由芯線4傳播的紅色光從濾光器8透過，進而也從濾光器10透過，通過芯線4內向光出射端面14前進。由芯線5傳播的綠色光被濾光器8反射，從芯線5變換前進道路向芯線4前進，透過濾光器10通過芯線4內向光出射端面14前進。由芯線6傳播的藍色光被濾光器10反射，從芯線6向芯線4變換前進道路，通過芯線4內向光出射端面14前進。
這樣以來，紅色光、綠色光以及藍色光被引導到濾光器10和光出射端面14之間的芯線4，所以，在該區域前進的過程中被合波，合波光從該出射端面14被出射。
在本實施方式的光源裝置30中，和實施方式1相同，由于在光波導層的、互相以所述銳角相交的兩邊上設置芯線4～6的光入射端面15～17，所以可形成即使在芯線4～6上不設置曲線部分也能使入射光合波的結構，可在不伴隨光損失的增加的情況下實現光波導裝置28以及光源裝置30的小型化。而且，光被濾光器8或濾光器10反射時的入射角為22.5度，為比較例的情況的一半，所以和比較例相比，能降低濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性，對于LED那種未限定偏振的光，要做到在窄的波長范圍讓一波長的光透射，而讓另一波長的光反射的情況下，能夠把引起的光的損失抑制到很小，能夠以更窄的波長范圍劃分透射的光的波長和反射的光的波長。
本實施方式的光源裝置30作為如下的小型點光源裝置而起作用該小型點光源裝置能把從紅色光發光元件31、綠色光發光元件32以及藍色光發光元件33出射的R(紅)、G(綠)及B(藍)三原色光進行合波而從芯線端面出射。另外，光源裝置30通過獨立控制向各個發光元件供給的驅動功率，能夠獨立控制紅色光發光元件31、綠色光發光元件32以及藍色光發光元件33的發光強度，能夠獲得由三原色的混色產生的全色的合波光。
光波導裝置28以及和它左右對稱的光波導裝置29的制造工序和實施方式1大致相同，而為了在邊AB以及邊DE的波導端面上形成45度傾斜端面，切割需要變更。即，在本實施方式中，在圖4中，雖然劃線91和92，與實施方式1相同，用通常的刀片切斷，但劃線93、94以及95用V字型的刀片一邊形成45度傾斜端面一邊切斷。這樣以來，浪費的晶片區域也很小，能夠通過批量總體切割高生產效率地制造多個光波導裝置芯片28及29。
圖7是基于實施方式2的信息處理裝置40的平面圖。信息處理裝置40被用于使例如由紅色光、綠色光以及藍色光構成的入射光分波，從而檢測各自的強度等目的。在信息處理裝置40中，入射光從被設置于邊CD上的芯線4的光入射端面14入射，被分波后的紅色光、綠色光以及藍色光分別從設置于芯線4～6的光出射端面15～17出射。
光出射端面15～17，如上所述，被形成于45度傾斜的反射端面，與各光出射端面15～17相對置，分別設置有面接收光型的光電晶體管的紅色光接收元件41、綠色光接收元件42以及藍色光接收元件43。而且，和實施方式1相同，作為濾光器8使用讓紅色光透射而反射綠色光的濾光器，作為濾光器10使用讓紅色光以及綠色光透射而反射藍色光的濾光器。
信息處理裝置40的動作如下。
由光入射端面14入射的、由紅色光、綠色光以及藍色光構成的入射光，經由芯線4傳播，并向濾光器10入射。在此，包含在入射光中的藍色光被濾光器10反射，從芯線4向芯線6變換前進道路，通過芯線6內向光出射端面17前進。另一方面，紅色光和綠色光從濾光器10透過，從芯線4內前進。接著，從芯線4傳播來的紅色光和綠色光向濾光器8入射，在這里綠色光被濾光器8反射，從芯線4向芯線5變換前進道路，通過芯線5內向光出射端面16前進，紅色光從濾光器8透射，從芯線4內向光出射端面15前進。而且，到達了各光出射端面15～17的紅色光、綠色光以及藍色光，分別被向垂直下方反射，由光接收元件41～43檢知強度。
本實施方式的信息處理裝置40，由于在光波導層的、互相以所述銳角相交的兩邊上設置芯線4～6的光出射端面15～17，所以可形成即使在芯線4～6上不設置曲線部分也能使入射光分波出射的結構，在不伴隨光損失的增加的情況下能夠讓信息處理裝置40小型化。而且，光被濾光器8或濾光器10反射時的入射角為22.5度，為比較例的情況的一半，所以和比較例相比，能降低濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性，對于LED那種偏振未限定的光，要做到在窄的波長范圍讓一波長的光透射，而讓另外的波長的光反射的情況下，能夠把引起的光的損失抑制到很小，能夠在更窄的波長范圍把透射的光的波長和反射的光的波長進行劃分。
實施方式3實施方式3涉及本發明的光波導裝置的一例即具有四角形的形狀的光波導裝置以及使用了該光波導裝置的光源裝置，使用圖8～10就此進行說明。
圖8是基于實施方式3的光波導裝置50的平面圖。在該光波導裝置50中，在例如硅等襯底1(未圖示)之上形成有由包層53和芯線54～56的接合體構成的光波導層52，在下部包層和上部包層之間埋著波導芯線。
光波導層2，和實施方式1相同，例如用丙烯系有機溶劑制作，包層53的折射率是1.505，芯線54～56和包層53的折射系數差Δn是0.8％，芯線54～56的截面是10μm×10μm的正方形。
包層53具有四角形ABCD的形狀，由所述一邊或者所述第一邊即邊AB、所述第二邊即邊BC、所述對置邊或所述第三邊即邊CD、以及所述另一邊或所述第四邊即邊DA構成。另外，角ABC和角BCD是90度，角CDA是135度，所述另一邊即邊DA和所述一邊即邊BA以45度的銳角相交。
所述第一芯線即芯線54，從邊AB到邊CD大致和邊AB垂直地被設置為直線狀，所述第二芯線即芯線55，和邊DA大致垂直地、從邊DA到和芯線54的交叉部57被設置為直線狀。在交叉部57，分斷芯線54設置有所述波長選擇濾光器即濾光器8。濾光器8如實施方式1中所述的那樣，是例如由多層介質薄膜構成的、只反射預定的波長范圍的光、而讓其他波長的光透射的分色濾光器。調節濾光器8相對芯線54和55的角度，以使從芯線55入射、由濾光器8反射的光進入芯線54內。
而且，所述第四芯線即芯線56被設置為直線狀，它和邊AB大致垂直地、從邊AB到和芯線55的交叉部58、和芯線54平行。在交叉部58，和交叉部67相同，分斷芯線55、設置有所述波長選擇濾光器即濾光器10，濾光器10例如是由多層介質薄膜構成的分色濾光器。另外，調節濾光器10相對芯線55以及芯線56的角度，以使從芯線56入射、而由濾光器10反射的光向芯線55內前進。
在圖8中，表示了芯線54～56分別由3根芯線部構成的例子，但不限于此，構成芯線54～56的芯線數目可以是單個或多個。當設有多個芯線部時，則讓各個芯線部和1個波道對應，其優點是能夠構成多波道的光源裝置以及信息處理裝置。
在邊AB上設置有芯線54的光入射或出射端面61和芯線56的光入射或出射端面63，在邊CD上設置有芯線54的光出射或入射端面64。另外，在邊DA上設置有芯線55的光入射或出射端面62。這些光入射出射端面，在光波導裝置50作為光合波裝置被使用的情況下，光入射或出射端面61～63作為光入射端面被使用，光出射或入射端面64作為光出射端面被使用。而在光波導裝置50作為光分波裝置被使用的情況下，光出射或入射端面64作為光入射端面被使用，光入射或出射端面61～63作為光出射端面被使用。
圖9是使用了光波導裝置50的光源裝置60的平面圖。在該光源裝置60中，和芯線54的光入射端面61、芯線55的光入射端面62以及芯線56的光入射端面63(61～63參照圖8；在圖9中未圖示)相對置，分別設置有端面發光型的LED即紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23。而且，作為濾光器8使用讓紅色光透射而反射綠色光的濾光器，作為濾光器10使用讓紅色光以及綠色光透射而反射藍色光的濾光器。
光源裝置60的動作如下。
紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光23，當通過端子供給驅動功率時，分別發射R(紅)、G(綠)以及B(藍)的三原色光。各個發光元件發射的光分別從與它們對置的光入射端面61～63輸入芯線54～56。
經由芯線54傳播的所述第一入射光即紅色光，從濾光器8透射，進而從濾光器10透射，經由芯線54內向光出射端面64前進。經由芯線55傳播的所述第二入射光即綠色光，從濾光器10透射前進，被濾光器8反射，從芯線55向芯線54變換前進道路，通過芯線54內向光出射端面64前進。經由芯線56傳播的所述第三入射光即藍色光，被濾光器10反射，從芯線56向芯線55變換前進道路，再次被濾光器8反射，從芯線55向芯線54變換前進道路，通過芯線54內向光出射端面64前進。
這樣以來，紅色光、綠色光以及藍色光被引導到濾光器8和光出射端面64之間的芯線4，所以在該區域前進的過程中被合波，合波光從光出射端面64出射。
在實施方式中，如上所述，由于在光波導層的、互相以所述銳角相交的兩邊上設置光入射端面，所以可構成即使在芯線54～56上不設置曲線部分也能使入射光合波的結構。與現有例不同，因為不需要在芯線54～56上設置曲線部，所以可不伴隨光損失的增加而實現光波導裝置50以及光源裝置60的小型化。
而且，光從芯線55或芯線56向芯線54變換前進道路時的角度變化為所述銳角、在該例中等于45度，所以光被濾光器8或濾光器10反射時的入射角為22.5度。這成為比較例時的入射角45度的一半，所以和比較例相比，能降低濾光器的反射率以及透射系數的偏振依存性，對于LED這種偏振未被限定的光，能夠把要在窄的波長范圍讓一波長的光透射、而讓另一波長的光反射時引起的光的損失抑制到很小，能夠以更窄的波長范圍劃分透射的光的波長和反射的光的波長。
本實施方式的光源裝置60作為小型點光源裝置起作用，其能把從紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23出射的R(紅)、G(綠)以及B(藍)這三原色光合波并從芯線端面出射。
另外，光源裝置60通過獨立控制供給各個發光元件的驅動功率，能獨立控制紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23的發光強度，能夠獲得基于三原色光的混色的全色的合波光。該出射光束能夠用作在實施方式4中后述的可全色顯示的小型顯示器的點光源。
圖10是說明光波導裝置50的制造工序的一部分的平面圖。在硅晶片90等上形成光波導裝置50的時，為了能夠由一張晶片90制造盡可能多的光波導裝置，如圖10(a)所示，和另一個波光波導裝置50組合，設AB＝2CD，以使兩者加上缺口部分即三角形AD’C’和三角形CA’D時，整體形成長方形ABA’B’。而且，以在表面上無間隙地鋪設該長方形的方式構圖光波導層，通過切割，沿著劃片線96～99進行切斷，作為單獨的小片切出光波導裝置50。
在本實施方式中因為角ABC和角BCD設為90度，所以四邊形ABA’B’成為長方形。即使角ABC和角BCD是直角以外的角，作為光波導裝置的功能也不變化，所以通常只要四邊形ABA’B’是平行四邊形即可。在該情況下，為了總體成批切割切出，也必須是AB＝2CD。這種四邊形型的光波導裝置，浪費的晶片的區域很小，能夠通過總體切割高生產率地制造多個光波導裝置芯片50。
再有，和實施方式2相同，在想把入射端面61～63做成傾斜端面時，只要劃片線96和97用通常的刀片切斷，劃片線98和99用V字型的刀片切斷即可。
實施方式4從上述的實施方式1～3的光源裝置出射的合波光是可以作為點光源來使用的光。本實施方式是把這種光源裝置應用于視網膜顯示器等小型顯示器的例。
圖11是表示基于本發明的實施方式4的頭置式顯示器(HMD)的結構的說明圖。在該頭置式顯示器70中，從圖5中所示的光源裝置30出射的出射光71在視網膜75的上面形成單位像素。此時，對應于圖像信號通過控制供給各發光元件的驅動功率，來調節紅色光發光元件21、綠色光發光元件22以及藍色光發光元件23的發光強度，可形成通過三原色的混色能進行全色顯示的單位像素。
而且，來自光源裝置30的出射光71，通過透鏡72等，在掃描裝置的掃描板(scanned image plane)73上成像，通過掃描板73后，利用投影光學系的透鏡74等，在和該掃描板73有光學共軛關系的用戶的眼球75的視網膜76上形成成像點(光點)。該成像點利用和圖像信號同步的掃描板73的動作，在視網膜76上二維掃描，在視網膜上形成光柵圖像。用戶感知該光柵圖像，能個人感受充滿富有臨場感的圖像。
再有，該頭置式顯示器70，通過以如太陽鏡那樣安裝的狀態組裝在投影機或PDA(便攜式信息裝置)、照相機、計算機、游戲機等，能提供小型的圖像裝置。
以上根據實施方式說明了本發明，但本發明不受這些例的任何限制，在不脫離發明的主旨的范圍內，當然可以適當變更。
例如，這里只顯示了使用直線上的芯線的例，但并不限定于此，也可以根據需要適當地在芯線上設置曲線部。另外，作為波導層形成方法，表示了通過總體切割形成各個小片的方法，但也可以用光學加工進行構圖從而形成各個小片，或者用沖壓成型法制作各個小片。
本發明的光源裝置以及顯示裝置能夠應用于，提供小型、輕量、低成本的、作為便攜式電子設備的顯示裝置所期待的、視網膜顯示裝置等可彩色顯示的顯示裝置。
權利要求
1.一種光波導裝置，其第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被接合于包層，在這些芯線的交叉部設置有把上述第一芯線分斷的波長選擇濾光器，把波長不同的多束光進行合波或分波，其特征在于，相對于包含所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，在和所述一邊相對的所述包層的對置邊上，含有所述第一芯線的光出射或入射端面；含有所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊，被配置為朝向和所述一邊成銳角，所述第二芯線和所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部。
2.根據權利要求1所述的光波導裝置，其中，所述包層具有至少由4邊構成的多邊形的形狀，作為所述一邊的第一邊和作為所述對置邊的第三邊被大致平行地配置，和所述第一邊以及所述第三邊大致垂直地配置第二邊，作為所述另一邊的第四邊被配置為朝向和所述第一邊成銳角；所述第一芯線從所述第一邊到所述第三邊大致被設置為直線狀；所述第二芯線從所述第四邊到所述交叉部大致被設置為直線狀。
3.根據權利要求2所述的光波導裝置，其如下構成從被設置于所述第一邊的光入射端面，經由所述第一芯線傳播來的第一入射光，從所述波長選擇濾光器透過，向前方前進，另一方面，從被設置在所述第四邊的光入射端面，經由所述第二芯線傳播來的第二入射光，由所述波長選擇濾光器向所述第一芯線反射，所述第一入射光和所述第二入射光在所述第一芯線被合波，從被設置在所述第三邊的所述第一芯線的光出射端面出射；或者，構成為從被設置于所述第三邊的所述第一芯線的光入射端面，經由所述第一芯線傳播來的入射光，被分波為從所述波長選擇濾光器透過而從被設置于所述第一邊的所述第一芯線的光出射端面出射的光，和由所述波長選擇濾光器反射，從被設置在所述第四邊的所述第二芯線的光出射端面出射的光。
4.根據權利要求2所述的光波導裝置，其中，所述第一芯線通過互相前后配置的多個所述波長選擇濾光器在多個位置被分斷，從所述多個分斷位置到所述第四邊，至少平行地、且大致垂直于所述第四邊地設置和所述第一芯線交叉的所述第二芯線及第三芯線，至少也通過所述第三芯線把光進行合波或分波。
5.根據權利要求2所述的光波導裝置，其中，從分斷所述第一芯線的所述波長選擇濾光器的位置到所述第四邊設置所述第二芯線，分斷該第二芯線設置第二波長選擇濾光器，從所述第二芯線的分斷處到所述第一邊，和所述第一芯線平行且大致垂直于所述第一邊來設置和所述第二芯線交叉的第四芯線，至少也通過所述第四芯線把光進行合波或分波。
6.根據權利要求4所述的光波導裝置，其中，所述第一芯線、所述第二芯線、所述第三芯線以及所述第四芯線分別由多個芯線部構成。
7.根據權利要求5所述的光波導裝置，其中，所述第一芯線、所述第二芯線、所述第三芯線以及所述第四芯線分別由多個芯線部構成。
8.根據權利要求2所述的光波導裝置，其中，所述多邊形是具有和所述第一邊以及所述第四邊相交的第五邊的五角形，以所述第二邊的垂直二等分線為對稱軸，所述第一邊和所述第三邊、以及所述第四邊和所述第五邊被配置在對稱的位置。
9.根據權利要求8所述的光波導裝置，其中，所述第三邊和所述第四邊所成的角度是135度，所述第四邊和所述第五邊所成角度是90度。
10.根據權利要求2所述的光波導裝置，其如下構成，至少在所述第一邊和所述第四邊上設置的各個芯線端面形成為傾斜的反射端面上，通過這些反射端面把光導向各個芯線內部或者外部。
11.根據權利要求2所述的光波導裝置，其中，所述第一邊、所述第二邊、所述第三邊、所述第四邊以及所述第五邊通過切斷所述各個芯線和設置這各個芯線的共同的包層材料來形成。
12.根據權利要求7所述的光波導裝置，其中，所述第一邊、所述第二邊、所述第三邊、所述第四邊以及所述第五邊通過切斷所述各個芯線和設置這各個芯線的共同的包層材料來形成。
13.一種光源裝置，其具有光波導裝置，該光波導裝置對波長不同的多個光進行合波或分波，其第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被接合于包層，在這些芯線的交叉部設置有分斷所述第一芯線的波長選擇濾光器，所述光波導裝置中，相對于含有所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，在和所述一邊對置的所述包層的對置邊包含所述第一芯線的光出射或入射端面；含有所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊，被配置為朝向和所述一邊成銳角，所述第二芯線和所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部；而且，在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊上，至少與所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光入射端面對置分別配置光源，從所述光源向所述入射端面入射的光被合波，并從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光出射端面出射。
14.根據權利要求13所述的光源裝置，其中，所述光源使用發光二極管或激光二極管。
15.根據權利要求13所述的光源裝置，其中，所述光源使用發射藍色光、綠色光、以及紅色光的光源。
16.一種光信息處理裝置，其具有光波導裝置，該光波導裝置對波長不同的多個光進行合波或分波，其第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被接合于包層，在這些芯線的交叉部設置有分斷所述第一芯線的波長選擇濾光器，所述光波導裝置中，相對于含有所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，在和所述一邊對置的所述包層的對置邊包含所述第一芯線的光出射或入射端面；含有所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊，被配置為朝向和所述一邊成銳角，所述第二芯線和所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部；在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊上，至少與所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光出射端面對置分別配置光接收元件，從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光入射端面入射的光被分波后，由所述光接收元件接收。
17.一種光信息處理裝置，其具有光波導裝置，該光波導裝置對波長不同的多個光進行合波或分波，其第一芯線和與該第一芯線交叉的第二芯線被接合于包層，在這些芯線的交叉部設置有分斷所述第一芯線的波長選擇濾光器，所述光波導裝置中，相對于含有所述第一芯線的光入射或出射端面的所述包層的一邊，所述第一芯線大致垂直延伸，在和所述一邊對置的所述包層的對置邊包含所述第一芯線的光出射或入射端面；含有所述第二芯線的光入射或出射端面的所述包層的另一邊，被配置為朝向和所述一邊成銳角，所述第二芯線和所述另一邊大致垂直地延伸到所述交叉部，在所述光波導裝置的所述一邊以及所述另一邊上，至少具有向所述第一芯線以及所述第二芯線的所述光出射端面入射信號光的光入射裝置，和接收從設置于所述對置邊的所述第一芯線的所述光出射端面出射的合波光的光接收裝置。
18.根據權利要求17所述的光信息處理裝置，其作為通過掃描裝置掃描并投影所述合波光的顯示器構成。
全文摘要
提供一種光波導裝置，光損失小、可實現小型化和低成本化、而且濾光器的透射系數及反射率的偏振依存性小，以更窄的范圍劃分透射光的波長和反射光的波長、把波長不同的多束光進行合波或分波；還提供光源裝置，其使用了所述光波導裝置，作為小型顯示器等的點光源裝置等適合；以及信息處理裝置。其形成由具有邊DE和邊BA以45度銳角相交的五角形ABCDE形狀的包層和芯線4～6的接合體構成的光波導層2。和邊AB大致垂直地、從邊AB到邊CD直線狀設置芯線4，和邊DE大致垂直地、從邊DE到和芯線4的交叉部7或9直線狀設置芯線5和6。在交叉部分斷芯線4設置波長選擇濾光器8和10。在進行合波時，從光入射或出射端面11～13入射光，從光出射或入射端面14取出合波光。
文檔編號G02B6/293GK1715971SQ20051007839
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月20日 優先權日2004年6月18日
發明者成瀬晃和 申請人:索尼株式會社