発明の名称 ： 光導波路、 平面型光回路および光源モジュール 関連出願の相互参照

[0001 ] 本出願は、 2 0 1 9年2月 2 5日に出願された日本国特許出願 2 0 1 9—

3 1 8 2 6号の優先権を主張するものであり、 この先の出願の開示全体を、 ここに参照のために取り込む。

技術分野

[0002] 本開示は、 光導波路、 平面型光回路および光源モジュールに関する 。

背景技術

[0003] 光導波路として、 例えば、 下記特許文献 1 に記載の高分子光導波路が知ら れている。 特許文献 1 に記載の高分子光導波路は、 帯状のコア層を備えてい る。 コア層は、 帯状の層幅が導波光の入射端部から出射端部 まで導波光の進 行方向に連続的に縮小している。

先行技術文献

特許文献

[0004] 特許文献 1 :特許第 4 2 0 0 4 3 6号公報

発明の概要

[0005] 本開示の光導波路は、 第 1端部から第 2端部にかけて延びた第 1導波路と 、 前記第 1導波路よりも光の入射側に位置しており、 且つ、 前記第 1端部に 接続された複数の第 2導波路と、 前記第 2端部に位置する光の出射部とを備 えている。 平面視において、 前記第 1導波路は、 前記第 1端部から離れるに つれて前記第 1導波路の第 1中心軸に垂直な方向における幅が大きくな� �第 1領域と、 前記第 1領域よりも前記第 1端部から離れて位置しており、 且つ 、 前記第 1領域から離れるにつれて前記幅が小さくな� �第 2領域とを有して いる。

[0006] 本開示の平面型光回路は、 上述した本開示に係る光導波路と、 前記光導波 路を囲むように位置するクラッ ドと、 前記光導波路および前記クラッ ドを実 〇 2020/175236 2 卩（：170? 2020 /006237

装する基板とを備えている。

［0007］ 本開示の光源モジュールは、 上述した本開示に係る平面型光回路と、 前記 出射部に対向して位置するレンズと、 前記複数の第 2導波路における光の入 射側に位置する端部に対向して位置する光半 導体素子と、 前記平面型光回路 、 前記レンズおよび前記光半導体素子を収容す る容器とを備えている。

図面の簡単な説明

［0008］ ［図 1］本開示の実施形態に係る光導波路および� �面型光回路を示す斜視図であ る。

［図 2］図 1 に示す光導波路および平面型光回路の平面図 である。

［図 3］図 2に示す光導波路における第 1導波路の拡大図である。

［図 4］図 3に示す第 1導波路における第 1領域の拡大図である。

［図 5］図 3に示す第 1導波路における第 2領域の拡大図である。

［図 6］本開示の実施形態に係る光源モジュール� �示す斜視図である。

［図 7］図 6に示す光源モジュールにおいて蓋を省略し� �状態の平面図である。 発明を実施するための形態

［0009］ <光導波路 >

以下、 本開示の実施形態に係る光導波路について、 図面を用いて詳細に説 明する。 但し、 以下で参照する図は、 説明の便宜上、 実施形態を説明する上 で必要な構成のみを簡略化して示したもので ある。 したがって、 本開示の光 導波路は、 参照する図に示されていない任意の構成を備 え得る。 また、 図中 の構成の寸法は、 実際の構成の寸法および寸法比率などを忠実 に表したもの ではない。 例えば、 図 1および図 2に例示されている光導波路 1は、 クラッ ド 1 1で囲まれているが、 便宜的に実線で示す。 上述した点は、 後述する平 面型光回路および光源モジュールにおいても 同様である。

［0010］ 図 1および図 2に示す光導波路 1は、 コアとも呼ばれる部分であり、 第 1 導波路 2、 複数の第 2導波路 3および光の出射部 4を備えている。

［001 1］ 図 3に示すように、 第 1導波路 2は、 第 1端部 2 ₃ から第 2端部 2匕にか けて延びている。 第 1導波路 2は、 複数の第 2導波路 3から入射される光を \¥0 2020/175236 3 卩（：17 2020 /006237

合成させる部位として機能することが可能 である。 それゆえ、 第 1導波路 2 は、 複数の第 2導波路 3を 1本に結合させる結合部と言い換えることが� �き る。

［0012］ 複数の第 2導波路 3は、 第 1導波路 2よりも光の入射側に位置しており、 且つ、 第 1導波路 2の第 1端部 2 ₃ に接続されている。 複数の第 2導波路 3 は、 第 1導波路 2へ光を入射させる部位として機能すること� �可能である。

［0013］ 複数の第 2導波路 3のそれぞれの構成は、 同じであってもよく、 また、 異 なっていてもよい。 第 2導波路 3の数は、 2本以上であればよく、 その上限 値は特に限定されない。 図 1および図 2に例示されている光導波路 1は、 複 数の第 2導波路 3として、 赤色 （［¾） 用導波路 3 1、 緑色 （◦） 用導波路 3 2および青色 （巳） 用導波路 3 3を備えている。 図 2に示す平面視において 、 用導波路 3 1および巳用導波路 3 3は曲線状であり、 ◦用導波路 3 2は 直線状である。 また、 ◦用導波路 3 2は、 用導波路 3 1および巳用導波路 3 3の間に位置している。 用導波路 3 1、 ◦用導波路 3 2および巳用導波 路 3 3のそれぞれの形状および位置は、 例示した構成に限定されない。

［0014］ 光の出射部 4は、 図 3に示すように、 第 1導波路 2の第 2端部 2匕に位置 している。 出射部 4は、 外部に光を出射させる部位として機能するこ とが可 能である。 図 3に例示されている出射部 4の断面形状は、 矩形状である。 出 射部 4の断面形状は、 矩形状に限定されない。

［0015］ 次に、 光導波路 1 による光の出射について、 光源として光半導体素子を使 用する場合を例に挙げて説明する。 図 1および図 2に例示されている光半導 体素子 1 0 2は、 赤色 （［¾） レーザダイオード 1 0 3、 緑色 （◦） レーザダ イオード 1 0 4および青色 （巳） レーザダイオード 1 0 5である。 レーザ ダイオード 1 0 3、 ◦レーザダイオード 1 0 4および巳レーザダイオード 1 0 5は、 用導波路 3 1、 ◦用導波路 3 2および巳用導波路 3 3における光 の入射側に位置する端部 3 3に対向して位置している。

［0016］ 照射面を乂丫平面、 光の進行方向を とするとき、 広がり角が X方向と丫 方向とで異なる光源からの光が、 用導波路 3 1、 ◦用導波路 3 2および巳 〇 2020/175236 4 卩（：170? 2020 /006237

用導波路 3 3の 3本の第 2導波路 3にそれぞれ入射される。 そして、 3本の 巳光は、 第 1導波路 2において白色 光となった後、 出射部 4から外部へ出射される。

[0017] ここで、 図 3に示すように、 平面視において、 第 1導波路 2は、 第 1領域

2 1 と第 2領域 2 2とを有している。 第 1領域 2 1は、 第 1端部 2 ₃ から離 れるにつれて第 1導波路 2の第 1中心軸 3 1 に垂直な方向における幅 が大 きくなっている。 第 2領域 2 2は、 第 1領域 2 1 よりも第

れて位置しており、 且つ、 第 1領域 2 1から離れるにつれて幅 が小さくな っている。 このような構成によれば、 光漏れが発生しにくく、 且つ、 X方向 と丫方向とで同じ広がり角で照射面に光を照 射することができる。

[0018] 具体的に説明すると、 第 1導波路 2が第 1領域 2 1 を有していない場合に は、 第 1領域 2 1 に対応する領域において、 第 2導波路 3から第 1導波路 2 に入射される光が全反射せずに透過してしま い、 光漏れが発生する。 その場 合、 光がロスされるだけでなく、 迷光となる。

[0019] 図 4に示すように、 第 1導波路 2が第 1領域 2 1 を有していると、 第 1導 波路 2への入射角度 0 1が、 第 1領域 2 1 を有していない場合よりも相対的 に大きくなる。 その結果、 第 2導波路 3から第 1導波路 2に入射される光が 第 1導波路 2を透過せずに全反射し得るため、 光漏れが発生しにくい。

[0020] また、 出射部 4からの出射光は、 光源の照射角を反映する。 光源からの光 が、 X方向と丫方向とで広がり角が異なると、 照射面でも広がり方が異なる 。 図 5に示すように、 第 2領域 2 2において、 第 1角度 0 2は、 出射部 4に おける第 1中心軸 3 1 と光線 とがなす角度であり、 第 2角度 0 3は、 第 1 中心軸 3 1 と光線 とがなす角度である。 このように、 第 1導波路 2が第 2 領域 2 2を有していると、 第 1角度 0 2が第 2角度 0 3よりも大きくなる。 —方、 第 1導波路 2が第 2領域 2 2を有していない場合には、 照射面におけ る X方向の寸法が狭くなることがある。 このように、 第 1導波路 2が第 2領 域 2 2を有していると、 上述のように出射部 4における第 1角度 0 2が相対 的に大きくなることから、 照射面における X方向の寸法も広がる。 その結果 〇 2020/175236 5 卩（：170? 2020 /006237

、 乂丫方向における広がり角に偏りが少なくな り、 同じ広がり角で照射面に 光を照射することができる。

[0021 ] 第 1中心軸 3 1は、 第 1端部 2 3の中心と、 第 2端部 2匕の中心とを結ぶ 線であってもよい。 第 1中心軸 3 1は、 光軸とも呼ばれる。 また、 図 3に例 示されている、 第 1領域 2 1 （第 2領域 2 2） において最大となる幅 は、 複数の第 2導波路 3のそれぞれの幅を合算した幅に相当する第 1端部 2 ₃ の 幅 \^/ 2 ₃ よりも広くてもよい。 例えば、 用導波路 3 1、 ◦用導波路 3 2お よび巳用導波路 3 3のそれぞれの幅が 3 5 である場合には、 幅 \^/ 2 3は 1 0 5 〇1であり、 幅 は 1 2 0〜 2 6 0 〇1に設定されてもよい。

[0022] 入射角度 0 1は、 第 1導波路 2の界面 （第 1領域 2 1の界面 2 1 1） に垂 直な仮想直線 !_ 1 と、 光線 とがなす角度であってもよい。 また、 第 1角度 0 2および第 2角度 0 3は、 第 1導波路 2の寸法と、 光導波路 1 （コア） の 屈折率とに応じて決定されてもよい。 例えば、 図 3において、 第 1領域 2 1

1 0 5 、 第 1領域 2 1の最大幅 を 2 6 0 、 第 2端部 2匕の幅 \^ 2 13を 3 5 に設定してよい。 また、 図 4に例示されている入射角度 0 1 を 8 5度に設定した場合、 図 5に例示されている第 2角度 0 3は 5度となって もよい。 更に、 光導波路 1の屈折率を 1 . 6とした場合、 第 1角度 0 2は 2 9度となってもよい。

[0023] 図 4に示すように、 複数の第 2導波路 3のうち少なくとも 1つは、 第 2導 波路 3の第 2中心軸 3 2を第 1導波路 2に向かって延ばした仮想線 !_ 2が第 1領域 2 1の界面 2 1 1 と交わるように第 1端部 2 3に接続されていてもよ い。 図 4に示す一例においては、 用導波路 3 1および巳用導波路 3 3が上 述した構成を満たす。 第 2中心軸 3 2は、 第 1中心軸 3 1 と同様に定義する ことができる。 第 2導波路 3が曲線状のときは、 第 2導波路 3の長手方向に 垂直な断面の中心を連続することで第 2中心軸 3 2を得てもよい。

[0024] 図 3に示すように、 第 1領域 2 1は、 第 1端部 2 3に接続されていてもよ 〇 2020/175236 6 卩（：170? 2020 /006237

い。 このような構成を満たすときは、 第 2導波路 3から第 1導波路 2にスム —ズに光が入射される。 第 1領域 2 1は、 その機能を奏する限りにおいて、 第 1端部 2 3との間に間隔をおいて位置していてもよい� �

[0025] 第 2領域 2 2は、 第 2端部 2匕に接続されていてもよい。 このような構成 を満たすときは、 第 2端部 2匕に位置している出射部 4からスムーズに光が 出射される。 第 2領域 2 2は、 その機能を奏する限りにおいて、 第 2端部 2 匕との間に間隔をおいて位置していてもよい 。

[0026] 第 1端部 2 3の幅 \^/ 2 3は、 第 2端部 2匕の幅 \^/ 2匕よりも大きくてもよ い。

[0027] 第 1中心軸 3 1 に平行な方向における第 1領域 2 1の長さ !_ 2 1は、 第 1 中心軸 3 1 に平行な方向における第 2領域 2 2の長さ !_ 2 2よりも短くても よい。 長さ !_ 2 2を長くすることによって、 全反射する光が増加し得るので 、 光漏れが発生しにくく、 迷光が少なくなり得る。

[0028] 平面視において、 第 1導波路 2は、 第 1領域 2 1および第 2領域 2 2の間 に位置しており、 且つ、 第 1中心軸 3 1 に垂直な方向における幅 が一定で ある第 3領域 2 3をさらに有していてもよい。 このような構成を満たすとき は、 第 1中心軸 3 1 に平行な方向における第 1導波路 2の全体の長さを調整 し易い。

[0029] 第 3領域 2 3の幅 が一定であるとは、 第 3領域 2 3の全長にわたって幅 が厳密に一定であることに限らない。 すなわち、 第 3領域 2 3の幅 は、 実質的に一定であればよい。

[0030] 図 3に例示されている第 3領域 2 3は、 第 1中心軸 3 1 に平行な方向にお ける第 3領域 2 3の長さ !_ 2 3が、 長さ !_ 2 1および長さ !_ 2 2のいずれよ りも短いが、 これに限定されない。 長さ !_ 2 3を短くすることによって、 全 長を短くすることができる。 但し、 長さ 1- 2 3は、 例えば、 長さ 1_ 2 1 また は長さ !_ 2 2よりも長くてもよく、 また、 長さ !_ 2 1 または長さ !_ 2 2と同 じであってもよい。 長さ 1- 2 3は、 例えば、 1 2 5 以上に設定されても よい。 [0031 ] 第 1導波路 2は、 第 3領域 2 3を有していなくてもよい。 言い換えれば、 第 2領域 2 2が第 1領域 2 1 に接続されていてもよい。

[0032] 図 3に示す一例のように、 出射部 4の数が 1つであってもよい。 このよう な構成によれば、 例えば、 後述する光源モジュールにおけるレンズの数 を 1 つにすることができる。 その結果、 光源モジュールを構成する部品点数を少 なくすることができ、 光源モジュールを小型化することができる。 図 3に例 示されている出射部 4には、 他の導波路が接続されていない。

[0033] 上述した光導波路 1の材質としては、 例えば、 エポキシまたはアクリルな どの透明な樹脂、 石英ガラスまたはシリコンなどが挙げられる 。 光導波路 1 は、 例えば、 フォトリソグラフィ技術などを利用して製造 することができる

[0034] <平面型光回路 >

次に、 本開示の実施形態に係る平面型光回路につい て、 上述した光導波路 1 を備える場合を例に挙げて、 図 1および図 2を参照して詳細に説明する。

[0035] 図 1および図 2に示す平面型光回路 （P lanar L i ghtwave C i rcu i t :以下、 「P L C」 ということがある。 ） 1 0は、 光導波路 1 と、 光導波路 1 （コア ） を囲むように位置するクラッ ド 1 1 と、 光導波路 1およびクラッ ド 1 1 を 実装する基板 1 2とを備えている。

[0036] P L C 1 0は、 光漏れが発生しにくく、 且つ、 同じ広がり角で照射面に光 を照射できる光導波路 1 を備えることから、 光漏れによる光学損失を低減し つつ、 高品質な光を照射することができる。

[0037] クラッ ド 1 1は、 光導波路 1 よりも屈折率が小さい部材であってもよい。

クラッ ド 1 1の材質としては、 例えば、 エポキシまたはアクリルなどの透明 な樹脂、 石英ガラスまたはシリコンなどが挙げられる 。

[0038] 基板 1 2は、 光導波路 1およびクラッ ド 1 1 を実装可能に構成されている 。 基板 1 2の材質としては、 例えば、 酸化アルミニウム質焼結体、 ムライ ト 質焼結体、 炭化珪素質焼結体、 窒化アルミニウム質焼結体、 窒化珪素質焼結 体またはガラスセラミックなどが挙げられる 。 〇 2020/175236 8 卩（：170? 2020 /006237

[0039] ? 1_〇 1 0は、 基板 1 2に実装されている複数の第 1電極 1 3をさらに備 えていてもよい。 このような構成を満たすときは、 複数の第 1電極 1 3を介 して外部からの電力を光半導体素子 1 0 2に供給することができる。

[0040] ＜光源モジュール＞

次に、 本開示の実施形態に係る光源モジュールにつ いて、 上述した !_〇 1 〇を備える場合を例に挙げて、 図 6および図 7を参照して詳細に説明する

[0041 ] 図 6および図 7に示す光源モジュール 1 0 0は、 1_〇 1 0と、 レンズ 1 〇 1 と、 光半導体素子 1 0 2と、 容器 1 0 6とを備えている。 レンズ 1 0 1 は、 出射部 4に対向して位置している。 光半導体素子 1 0 2は、 複数の第 2 導波路 3における光の入射側に位置する端部 3 3に対向して位置している。 容器 1 0 6は、 1_ ⁽ 3 1 0、 レンズ 1 0 1および光半導体素子 1 0 2を収容 している。

[0042] 光源モジュール 1 0 0は、 光漏れが発生しにくく、 且つ、 同じ広がり角で 照射面に光を照射できる光導波路 1 を含む 1_ ⁽ 3 1 0を備えることから、 光 漏れによる光学損失を低減しつつ、 高品質な光を照射することができる。

[0043] レンズ 1 0 1は、 コリメートレンズとも呼ばれ、 出射部 4からの出射光を 平行光にすることが可能な部材である。 レンズ 1 〇 1の材質としては、 例え ば、 サファイア、 非晶質ガラスまたは透明プラスティックなど が挙げられる 。 図 6および図 7に例示されているレンズ 1 0 1は、 容器 1 0 6に実装され ているが、 レンズ 1 0 1は、 !_〇 1 0の基板 1 2に実装されていてもよい

[0044] 図 6および図 7に示す一例のように、 レンズ 1 0 1の数が 1つであっても よい。 このような構成によれば、 光源モジュール 1 〇〇を構成する部品点数 を少なくすることができ、 光源モジュール 1 0 0を小型化することができる

[0045] 光半導体素子 1 0 2は、 光源として機能することが可能な部材である 。 光 半導体素子 1 〇 2としては、 例えば、 発光ダイオードまたは半導体レーザダ 〇 2020/175236 9 卩（：170? 2020 /006237

イオードなどが挙げられる。 図 6および図 7に例示されている光半導体素子 1 0 2は、 レーザダイオード 1 0 3、 ◦レーザダイオード 1 0 4および巳 レーザダイオード 1 0 5である。 したがって、 図 6および図 7に例示されて いる光源モジユール 1 0 0は、 巳レーザモジユールとも呼ばれる。 図 6 および図 7に例示されている光半導体素子 1 0 2は、 P L C ^ 0の基板 1 2 に実装されているが、 光半導体素子 1 0 2は、 容器 1 0 6に実装されていて もよい。

[0046] 容器 1 0 6は、 その内部に !_〇 1 0、 レンズ 1 0 1および光半導体素子

1 〇 2を収容可能に構成されている。 容器 1 0 6の材質としては、 例えば、 各種セラミック材料、 銅、 タングステン、 鉄、 ニッケルまたはコバルトなど の金属、 あるいはこれらの金属を複数種含む合金、 更には各種セラミックと 金属を組み合わせたものなどが挙げられる。

[0047] 図 6に示すように、 容器 1 0 6は、 1_〇 1 0、 レンズ 1 0 1および光半 導体素子 1 0 2を揷通可能な開口部 1 0 7を有していてもよい。 このような 構成を満たすときは、 !_ ⁽ 3 1 0、 レンズ 1 0 1および光半導体素子 1 0 2 を容器 1 0 6の内部に収容するときの作業性に優れる。

[0048] 容器 1 0 6は、 開口部 1 0 7を塞ぐ蓋 1 0 8をさらに有していてもよい。

このような構成を満たすときは、 容器 1 0 6の内部を気密にできる。 蓋 1 0 8は、 容器 1 0 6の材質で例示した金属および合金の他、 例えば、 酸化アル ミニゥム質焼結体、 ムライ ト質焼結体、 炭化珪素質焼結体、 窒化アルミニゥ ム質焼結体、 窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックな どのセラミックス で構成されていてもよい。 また、 開口部 1 〇 7を蓋1 0 8で塞ぐときは、 接 合部材を使用してもよい。 接合部材としては、 例えば、 ろう材または半田な どが挙げられる。

[0049] 容器 1 0 6は、 レンズ 1 0 1 よりも光の出射側に位置している側壁部 1 0

9と、 側壁部 1 0 9のうちレンズ 1 0 1 に対向して位置している部位を厚み 方向に貫通している貫通孔 1 1 〇とをさらに有していてもよい。 このような 構成を満たすときは、 貫通孔 1 1 〇を介して容器 1 0 6の外部に光を出射さ せることができる。

[0050] 図 6および図 7に示すように、 光源モジュール 1 0 0は、 容器 1 0 6の内 部から貫通孔 1 1 〇を塞ぐように位置しており、 且つ、 光を透過可能なウィ ンドウ 1 1 1 をさらに備えていてもよい。 このような構成を満たすときは、 容器 1 0 6の気密性を維持しつつ、 ウィンドウ 1 1 1および貫通孔 1 1 0を 介して容器 1 0 6の外部に光を出射させることができる。 ウィンドウ 1 1 1 の材質としては、 例えば、 サファイアまたはガラスなどが挙げられる。

[0051 ] 光源モジュール 1 0 0は、 容器 1 0 6に実装されている複数の第 2電極 1

1 2をさらに備えていてもよい。 このような構成を満たすときは、 例えば、 複数の第 2電極 1 1 2をボンディングワイヤなどで複数の第 1電極 1 3と電 気的に接続して、 外部からの電力を光半導体素子 1 0 2に供給することがで きる。

[0052] 光源モジュール 1 0 0は、 サーミスタをさらに備えていてもよい。 サーミ スタのサイズとしては、 例えば、 0 6 0 3などが挙げられるが、 これに限定 されない。 サーミスタは、 容器 1 0 6に実装されていてもよく、 また、 P L C 1 0の基板 1 2に実装されていてもよい。

[0053] 上述した光源モジュール 1 0 0は、 例えば、 ピコプロジェクタのレーザ光 源として使用することができる。 ピコプロジェクタとしては、 例えば、 V R （V i rtua l Rea l i ty :仮想現実） 用、 A R （Augmented Rea l i ty :拡張現実） 用または M R （M i xed Rea U ty :複合現実） 用のゴーグルまたはグラス、 H U D （Head-Up D i sp lay） などを含む車載ディスプレイ、 スマートフォンまたは タブレツ ト端末などからの投影、 携帯プロジェクタまたはポケツ トパソコン などが挙げられる。 光源モジュール 1 0 0の用途は、 例示した用途に限定さ れない。

[0054] 以上、 本開示に係る実施形態について例示したが、 本開示は上述した実施 形態に限定されるものではなく、 本開示の要旨を逸脱しない限り任意のもの とすることができることはいうまでもない。

符号の説明 〇 2020/175236 11 卩（：170? 2020 /006237

[0055] 1 光導波路

2 第 1導波路

2 ₃ 第 1端部

2匕 第 2端部

2 1 · · 第 1領域

2 1 1 界面

22 · · ·第 2領域

23 · · ·第 3領域

31 · · 第 1中心軸

3 第 2導波路

33 · · ·端部

3 1 赤色 （［¾） 用導波路

32 · · 緑色 （◦） 用導波路

33 · · 青色 （巳） 用導波路

32 · · 第 2中心軸

4 出射部

1 0 · · ·平面型光回路 （ !_〇

1 1 クラッ ド

1 2 · · 基板

1 3 · · 第 1電極

1 00 · · ·光源モジユール

1 01 · · · レンズ

1 02 · · ·光半導体素子

1 03 · · ·赤色 （［¾） レーザダイオード

1 04 · · 緑色 （◦） レーザダイオード

1 05 · · 青色 （巳） レーザダイオード

1 06 · · 容器

1 07 · · ·開口部 \¥02020/175236 12 卩（：17 2020 /006237

1 〇 8 蓋

1 09 · · ·側壁部

1 1 0 · · ·貫通孔

1 1 1 ウィンドウ

1 1 2 · · 第 2電極