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合波器、この合波器を用いた画像投影装置及び画像投影システム

国内特許コード P170014127
整理番号 (S2014-0425-N0)
掲載日 2017年5月10日
出願番号 特願2016-517831
出願日 平成27年3月5日(2015.3.5)
国際出願番号 JP2015056560
国際公開番号 WO2015170505
国際出願日 平成27年3月5日(2015.3.5)
国際公開日 平成27年11月12日(2015.11.12)
優先権データ
  • 特願2014-097561 (2014.5.9) JP
発明者
  • 勝山 俊夫
  • 中尾 慧
出願人
  • 国立大学法人福井大学
発明の名称 合波器、この合波器を用いた画像投影装置及び画像投影システム
発明の概要 【課題】レーザ光源のレーザ光の拡がりによる合波部への影響を抑制するとともに、小型化を可能にした合波器を提供する。
【解決手段】 波長の異なる複数の可視光が入射される複数の導波路101,102,103と、この導波路の途中に設けられ少なくとも二つの導波路を伝搬する可視光のモード結合を行う合波部110,120,130と、前記可視光を前記導波路に照射するレーザ光源16a,16b,16cとを備え、前記複数の可視光を波長多重する合波器において、前記レーザ光源に最も近い位置に配置された第1合波部110を備え、この第1合波部110に導入される前記可視光の伝搬軸線Yから離間した位置に光軸Xを有するレーザ光源16a,16cを、所定の拡がり角で拡がるレーザ光の外縁が前記第1合波部の手前を通過するように、前記光軸を前記伝搬軸線に対して傾斜させて配置した。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要


マッハツェンダー干渉(MZI)を利用した光学結合デバイスが知られている(例えば特許文献1参照)。このような光結合デバイスを利用すれば、ディスプレイの小型化が期待できる。
特許文献1には、マッハツェンダー干渉(Maha-Zhender Interferometer:以下、MZIと記載)光導波路に異なる波長の異なる2つの可視光を入射し、MZI光導波路の光路長差による位相差によって2つの可視光を合波又は分波する技術が開示されている。ところが、この特許文献1に記載の技術で合波できるのは波長の異なる2つの光に限られることから、少なくともRGBの三つの可視光の合波を必要とする画像形成装置に適用することはできない。



そこで、本願出願人は、光の三原色であるRGBの三つの可視光を合波することで、画像投影装置に画像を投影させることを可能とした合波器及び画像投影装置を特許文献2において提案している。
図10は、本願出願人が特許文献2で開示した合波器の説明図で、(a)はその平面図、(b)は導波路の入射口が露出する合波器の側面図である。
合波器10′は、シリコン(Si)で形成された基板210と、この基板210に上に二酸化ケイ素(SiO2)で形成されたBOX層215と、このBOX層215の上にSiO2で形成されたカバー層220と、このカバー層220の中に形成され、BOX層215の上面と平行な平面内に配置された第1導波路101′、第2導波路102′及び第3導波路103′とを備えている。
なお、基板210とBOX層215とカバー層220とで合波器10′の本体100が構成される。



第1導波路101′,第2導波路102′及び第3導波路103′には、BOX層215及びカバー層220の一面に露出する入射口101a′,102a′,103a′から、それぞれ波長の異なるシングルモードの赤色光(R:波長λR=620~750nm)、緑色光(G:波長λG=495~570nm)、青色光(B:波長λB=450~495nm)が入射され、このRGB色光のそれぞれが、第1導波路101′,第2導波路102′及び第3導波路103′内を伝搬されつつ合波されて、クラッド層220の他面に露出する第2導波路102′の他端102b′から出射される。



第1導波路101′,第2導波路102′及び第3導波路103′は、迷光を生じない間隔で配置される。第2導波路102′の可視光の伝搬経路上には、入射口102a′側から順に第1合波部110,第2合波部120及び第3合波部130が設けられている。第1合波部110,第2合波部120及び第3合波部130は方向性結合器として構成され、第1合波部110及び第3合波部130では第3導波路103が第2導波路102′に接し、第2合波部120では第1導波路101′が第2導波路102′に接して、RGBの可視光の合波が行われるようになっている。

産業上の利用分野


本発明は、異なる波長の複数の可視光を合波する合波器、この合波器を用いた画像投影装置及び画像投影システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
波長の異なる複数の可視光が入射される複数の導波路と、この導波路の途中に設けられ少なくとも二つの導波路を伝搬する可視光のモード結合を行う合波部と、前記可視光を前記導波路に照射するレーザ光源とを備え、前記複数の可視光を波長多重する合波器において、
前記レーザ光源に最も近い位置に配置された第1合波部を備え、
この第1合波部に導入される前記可視光の伝搬軸線から離間した位置に光軸を有する前記レーザ光源を、所定の拡がり角で拡がるレーザ光の外縁が前記第1合波部の手前を通過するように、前記光軸を前記伝搬軸線に対して傾斜させて配置したこと、
を特徴とする合波器。

【請求項2】
第1可視光が入射される第1導波路と、前記第1可視光よりも短波長の第2可視光が入射される第2導波路と、前記第2可視光よりも短波長であり、前記第1可視光と前記第2可視光との間の波長間隔よりも前記第2可視光との間の波長間隔が短い波長の第3可視光が入射される第3導波路とを備え、前記第2導波路と前記第3導波路との間で可視光のモード結合を行う第1合波部及び第3合波部と、第1導波路と前記第2導波路との間で可視光のモード結合を行う第2合波部とを有し、前記レーザ光源側から前記第1合波部、第2合波部及び第3合波部の順で配置した合波器において、
前記第1導波路と前記第3導波路用のレーザ光源を、所定の拡がり角で拡がるレーザ光の外縁が前記第1合波部の手前を通過するように、前記光軸を前記伝搬軸線に対して傾斜させて配置したこと、
を特徴とする合波器。

【請求項3】
前記光軸が前記伝搬軸線に対して直角になるように、前記レーザ光源を配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の合波器。

【請求項4】
前記第1可視光が赤色光、前記第2可視光が緑色光、第3可視光が青色光であることを特徴とする請求項3に記載の合波器。

【請求項5】
前記第1合波部と傾斜させて配置した前記他のレーザ光源との間に、前記導波路を伝搬される可視光の光路を屈曲状に変更する屈曲部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の合波器。

【請求項6】
前記導波路における前記可視光の入射口に光集束手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の合波器。

【請求項7】
前記光集束手段が、前記導波路の入射口に向けて形成された先細状の先端部又は前記導波路の入射口と可視光の光源との間に設けられたレンズであることを特徴とする請求項6に記載の合波器。

【請求項8】
請求項1~7のいずれかに記載の合波器を用いた画像投影装置であって、
前記合波器から出射された前記波長多重光を二次元的に走査して画像を形成する水平走査部及び垂直走査部と、走査された前記波長多重光を被投影面に投影する画像形成部を備えることを特徴とする画像投影装置。

【請求項9】
前記合波器に前記水平走査部及び前記垂直走査部を設けたことを特徴とする請求項8に記載の画像投影装置。

【請求項10】
請求項8又9に記載の画像投影装置を備えた画像投影システムであって、画像データの送受信を行う送受信装置と、画像の撮影を行う撮影装置又は端末装置を含む周辺装置と、前記送受信装置、前記周辺装置及び前記画像投影装置の制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする画像投影システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016517831thum.jpg
出願権利状態 公開
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