专利名称：光波导装置、光源装置、以及光信息处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及把波长不同的多束光进行合波或分波的光波导装置，以及使用了它的、作为小型显示器等的点光源装置等适合的光源装置、以及光信息处理装置。
背景技术：
近年来，电子设备，特别是便携式电子设备等正在要求小型化、轻型化和多功能化。在这种趋势中，在便携式电子设备上也要开始处理图像数据，如何实现易看地显示精细图像的功能已成为研究的课题。
例如，在特表平11-505627号公报等中公开的视网膜显示器，因为让图像在用户的眼睛的视网膜上成像，所以能减少画面显示所占面积，作为能让小型化和高精度显示两立的显示装置，承载了人们很大的期待。在该视网膜显示器等小型显示器中，把以光源装置为主的形成彩色图像的装置小型化、轻量化已成为今后的研究课题之一。
以前，能用作可全彩色显示的显示器装置的光源的点光源装置，例如如日本专利第三298324号公报所示那样，把来自发光二极管(LED)等、发射R(红)、G(绿)以及B(蓝)三基色光的各个发光元件的光，使用镜或透镜聚光在一点上，而作为光源。
但是，使用镜或透镜的方法需要相对各个发光元件高精度地配置、固定镜和透镜的装置，安装部件数量变多，因此存在光源装置变大、变重、成本变高的问题。另外，在其制造上，为了精度良好地安装各个部件，需要耗时的校准工序，生产率降低，不适合于大量生产，从这点上也存在成本变高的问题。
另一方面，例如，在后述的专利文献1中，提出了使用光波导和波长选择滤光器把波长不同的多个光进行合波或分波的光合波及分波器。
图12是在专利文献1中作为现有例子来表示的光合波及分波器的平面图。该装置中，在硅衬底100的中央设置有光波导层110，在其两侧设置有用于和外部进行光的入射出射的接口(ポ一ト)101～103。接口101～103由光纤构成，通过凹凸嵌合定位并粘接固定在形成于硅衬底100上的槽中。
光波导层110上设置有分别光连接于接口101～103的导光芯线111～113。芯线111和芯线113在光波导层110的中心部被配置为大致直线状对置，为了截断两者设置有多层介质薄膜滤光器114。芯线112与芯线113交叉设置，以使由芯线112向多层介质薄膜滤光器114入射而被反射的光向芯线113前进。
在把图12所示的装置作为光合波器使用的情况下，使用具有如下光学特性的装置把要合波的入射光121和122分别从接口101和接口102入射，作为多层介质薄膜滤光器114，让入射光121的波长的光通过，而让入射光122的波长的光反射。这样，从接口101向芯线111入射传播来的入射光121穿过多层介质薄膜滤光器114入射到芯线113。而由接口102入射到芯线112传播来的入射光122被多层介质薄膜滤光器114反射，变换方向入射到芯线113。其结果是，入射光121和122都被导向芯线113，在于芯线113传播中被合波，从接口103被射出。
若代替如图12所示的装置的接口101和102而设置LED等光源，则能通过波导芯线简单且精度良好地使各光源出射的光合波，而且因为不需要校准光所以能用短的光程合波，能低成本制造小型集成化的点光源装置。
日本专利文献1特开平11-295540号公报(第二页、图3)。
但是，图12所示的装置中，因为仅仅把芯线111～113的光入射出射端面设置在光波导层110的对置的两边上，所以在芯线111～113中一定含有曲线部分。该情况下，就产生了如下二律背反的关系如果为了制造紧凑小型的光源装置把光波导层110小型化，则必然在芯线111～113上含有曲率大的部分，由漏光引起的光损失变大，反之，如果为了抑制光损失让芯线111～113的曲率变小的话，则光波导层110就会大型化。
作为其对策，可考虑如果不是在光波导层对置的两边而是互相垂直的两边设置光入射端面，则能形成即使在芯线上不设置曲线部分也能进行合波或分波的结构。
图13是作为本发明的比较例的、这样的光波导装置和使用了该光波导装置的光源装置的平面图。
在该光波导装置130中，在例如硅等衬底上，形成有由包层133和芯线134～136的结合体构成的光波导层132。包层133具有长方形ABCD的形状，芯线134大致垂直于边AB、从边AB到边CD被设置为直线状，芯线135以及136大致垂直于边DA、从边DA到和芯线134的交叉部被设置为直线状。在交叉部，分断芯线134设置有滤光器137和138。滤光器137以及138由例如多层介质薄膜构成，是只反射规定的波长范围的光，而让其他波长的光通过的二向色滤光器。分别调节滤光器137以及138相对于芯线134的角度，以使从芯线135以及136入射而被滤光器137以及138反射的光向芯线134前进。
再有，光波导装置130中，和后述的本发明的实施方式相配合，表示了芯线134～136分别由3根芯线部构成的例子，但构成芯线134～136的芯线数既可以是一根也可是多根。
在光源装置140中，与光波导装置130的芯线134、135以及136的各个光入射端面相对，分别设置红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23。而且，作为滤光器137使用让红色光通过而反射绿色光的滤光器，滤光器138使用让红色光和绿色光通过而反射蓝色光的滤光器。
光源装置140的动作如下。从红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23出射的光，分别从与它们对置的光入射端面输入到芯线134～136。从芯线134传播的红色光通过滤光器137也通过滤光器138在芯线134内向光出射端面139前进。在芯线135传播的绿色光被滤光器137反射，从芯线135变换前进的道路向芯线134前进，通过滤光器138，在芯线134内向光出射端面139前进。从芯线136传播的蓝色光，被滤光器138反射，从芯线136向芯线134变换前进的道路，从芯线134内向光出射端面139前进。这样以来，红色光、绿色光以及蓝色光被导向滤光器138和光出射端面139之间的芯线134，在该区域前进之中被合波，合波光从光出射端面139出射。
这样，如果在光波导层的互相垂直的两边上设置光入射端面，则可以形成即使在芯线上不设置曲线部分也能进行合波的结构。另外，图14是说明光波导装置130的制造工序的一部分的平面图，光波导装置130具有长方形的形状，如图14所示，从形成光波导层的硅晶片150通过总体切割能不浪费地切出多个光波导装置130，从这点看也是合适的。
但是，在光波导装置130中，从芯线135以及136向滤光器入射、通过反射变换方向时的角度变化是90度，向滤光器的入射角成为45度。在LED那样的偏振未限定偏振的光中，在想要在窄的波长范围内让一波长的光透射，而其他的波长的光反射的情况下，如果使入射光以45度那样大的角度入射到滤光器，则滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性变大，损失变大，这是众所周知的。
发明内容
本发明是鉴于这种状况而开发的，其目的在于，提供一种光波导装置，可以减少光损失、实现小型化和低成本化，而且滤光器的透射系数以及反射率的偏振依存性小、在更窄的范围内划分透射的光的波长和反射的光的波长；本发明还提供一种使用上述光波导装置的、适于作为小型显示器等的点光源装置等的光源装置以及光信息处理装置。
即，本发明涉及一种光波导装置，其第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被包层接合，在这些芯线的交叉部设置有把上述第一芯线分断的波长选择滤光器，把波长不同的多个光进行合波或分波，其特征在于，相对包含所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，在和所述一边相对的所述包层的对置边上含有所述第一芯线的光出射或入射端面；含有所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边被配置在和所述一边成锐角的方向上，所述第二芯线和所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部。
另外，本发明涉及一种光源装置，其在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边，至少与所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光入射端面对置分别配置光源，从所述光源向所述入射端面入射的光被合波，从在设置于所述对置边的所述第一芯线的所述光出射端面被射出；另外，涉及第一光信息处理装置，在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边，至少与所述第一芯线及所述第二芯线的所述光出射端面对置分别配置光接收元件，从设置于所述对置边的所述第一芯线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，涉及第二光信息处理装置，其包括所述光波导装置，在该光波导装置的所述一边及所述另一边中至少向所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光入射端面入射信号光的光入射装置，接收从设置于所述对置边的所述第一芯线的所述光出射端面出射的合波光的光接收装置。
根据本发明的光波导装置，第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被包层接合，在这些芯线的交叉部设置有把上述第一芯线分断的波长选择滤光器，相对包含所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，包含所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边被配置为朝向和所述一边成锐角，所述第二芯线与所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部，所以，在所述第一芯线和所述第二芯线，如果没有曲线部分，则两者以钝角相交，光在所述第一芯线和所述第二芯线之间改变前进道路时的角度变化等于所述锐角，由所述波长选择滤光器反射时的入射角小于45度。因此，和上述的比较例那样以45度入射角向滤光器入射的情况相比，能够降低滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性，对于LED这种偏振未被限定的光，能够把要在窄的波长范围内让一波长的光透射、其他波长的光反射的情况下产生的光的损失抑制到较小，能在更小波长范围内划分透过的光的波长和反射的光的波长。而且，在所述光波导装置中，和现有例不同，因为不需要在所述第一芯线和所述第二芯线上设置曲线部分，所以不用伴随光损失的增加而实现小型化成为可能，另外，和使用镜以及透镜的方法相比，生产率提高、可实现小型化、轻量化以及低成本化。
另外，根据本发明的光源装置，在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边，至少与所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光入射端面对置分别配置光源，另外，根据本发明的第一光信息处理装置，在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边，至少与所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光出射端面对置分别配置光接收元件，从设置于所述对置边的所述第一芯线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，根据本发明的第二光信息处理装置，其包括所述光波导装置，在该光波导装置的所述一边以及所述另一边中至少向所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光入射端面入射信号光的光入射装置，接收从设置于所述对置边的所述第一芯线的所述光出射端面出射的合波光的光接收装置，因此，能提供可充分发挥所述光波导装置具有的上述优异效果的光源装置以及光信息处理装置。
图1(a)、(b)是基于本发明的实施方式1的光波导装置的平面图；图2是基于本发明的实施方式1的光源装置的平面图；图3是基于本发明的实施方式1的光源装置的剖面图；图4(a)、(b)是说明基于本发明的实施方式1的光波导装置的制造工序的一部分的平面图；图5是基于本发明的实施方式2的光源装置的平面图；图6是基于本发明的实施方式2的光源装置的平面图；图7是基于本发明的实施方式2的光源装置的剖面图；图8是基于本发明的实施方式3的光波导装置的平面图；图9是基于本发明的实施方式4的光波导装置的平面图；图10(a)、(b)是基于本发明的实施方式4的光源装置的平面图；图11是说明基于本发明的实施方式4的光波导装置的制造工序的一部分的平面图；图12是表示在专利文献1中作为现有例而被显示的光合波分波器的构造的平面图；图13是比较例的光波导装置的平面图；图14是说明比较例的光波导装置的制造工序的一部分的平面图。
符号说明1 硅等的衬底2 光波导层3 包层4a～4c、5a～5c、6a～6c 芯线7、9 交叉部8、10 滤光器11～13 光入射或出射端面14 光出射或入射端面15～17 45度倾斜的光出射或入射端面18、19 光波导装置20 光源装置
21a～21c 端面发光型的红色光发光元件22a～22c 端面发光型的绿色光发光元件23a～23c 端面发光型的蓝色光发光元件24发光区域25端子电极28光波导装置30光源装置31a～31c 面发光型的红色光发光元件32a～32c 面发光型的绿色光发光元件33a～33c 面发光型的蓝色光发光元件40 光信息处理装置41a～41c 红色光光接收元件42a～42c 绿色光光接收元件43a～43c 蓝色光光接收元件50 光波导装置54a～54c、55a～55c、56a～56c 芯线57、58 交叉部61～63 光入射或出射端面70 头置式显示器71 出射光73 扫描板(scanned image plane)74 投影光学系的透镜75 用户眼球76 视网膜90 硅晶片91～99 划片线100 硅衬底101～103 接口110 光波导层111～113 芯线114 多层介质薄膜滤光器
121、122 入射光123 出射光130 光波导装置132 光波导层133 包层134～136 芯线137、138 滤光器139 光出射端面140 光源装置151、152 划片线具体实施方式
本发明的光波导装置中，所述包层具有至少由4边构成的多边形的形状，作为所述一边的第一边和作为所述对置边的第三边大致平行地配置，和所述第一边以及所述第三边大致垂直地配置第二边，作为所述其他一边的第四边被配置为朝向和所述第一边成锐角，所述第一芯线从所述第一边到所述第三边大略直线状设置，所述第二芯线最好从所述第四边到所述交叉部设置为大致直线状。
理想的是从被设置于所述第一边的光入射端面经由所述第一芯线传播来的第一入射光，透过所述波长选择滤光器向前前进，另一方面，从被设置在所述第四边的光入射端面经由所述第二芯线传播来的第二入射光，由所述波长选择滤光器向所述第一芯线反射，所述第一入射光和所述第二入射光在所述第一芯线被合波，从被设置在所述第三边的所述第一芯线的光出射端面射出；或者，从被设置于所述第三边的所述第一芯线的光入射端面经由所述第一芯线传播来的入射光分波为从所述波长选择滤光器透过而从被设置于所述第一边的所述第一芯线的光出射端面射出的光，和由所述波长选择滤光器反射而从被设置在所述第四边的所述第二芯线的光出射端面射出的光。
此时，理想的是，所述第一芯线通过相互前后配置的多个所述波长选择滤光器在多个位置被分断，从所述多个被分断的位置到所述第四边，平行地、大致垂直于所述第四边地设置和所述第一芯线交叉的至少所述第二芯线以及第三芯线，也至少经由所述第三芯线把光进行合波或分波。
另外，理想的是，从分断所述第一芯线的所述波长选择滤光器的位置到所述第四边设置所述第二芯线，分断该第二芯线设置第二波长选择滤光器，从所述第二芯线的分断处到所述第一边，和所述第一芯线平行且大致垂直于所述第一边来设置和所述第二芯线交叉的第四芯线，至少也经由所述第四芯线把光进行合波或分波。
另外，所述第一芯线、所述第二芯线、所述第三芯线以及所述第四芯线最好分别由多个芯线部构成。如果设置多个芯线部，则使各个芯线部对应一个波道，其优点是能构成多波道的光源装置以及信息处理装置。
另外，所述多边形是具有和所述第一边以及所述第四边相交的第五边的五角形，最好以所述第二边的垂直二等分线为对称轴，所述第一边和所述第三边、以及所述第四边和所述第五边被配置在对称的位置。而且，理想的是，所述第三边和所述第四边所成的角度是135度，所述第四边和所述第五边所成角度的是90度。
另外，最好至少所述第一边和所述第四边上设置的各个芯线端面形成在倾斜的反射端面上，经由这些反射端面把光导向各个芯线内部或者外部。
另外，理想的是，所述第一边、所述第二边、所述第三边、所述第四边以及所述第五边通过切断所述各个芯线和设置了这些的各个芯线的共同的包层材料来形成。
另外，在本发明的光源装置中，最好使用发光二极管或者激光二极管作为所述光源。
另外，作为所述光源，最好使用发射蓝色光、绿色各以及红色光的光源。通过把这些发光元件发射的光合波，能够显示多色或全色图像。另外，通过向各个所述发光元件供给驱动功率能使搭载的多个所述发光元件以独立的发光强度发光。例如通过独立控制红色光发光元件、绿色光发光元件以及蓝色光发光元件的发光强度，能够获得由三原色光的混色形成的全色的合波光。
本发明的第二光信息处理装置，最好作为通过扫描装置扫描所述合波光并投影的显示器来构成。
下面，参照图示详细说明本发明的最佳实施方式，然而本发明并不受下述实施例的任何限定。
实施方式1
实施方式1涉及本发明的光波导装置的1个例的、具有五角形的形状的光波导装置以及使用了该光波导装置的光源装置，就此使用图1～图4进行说明。
图1(a)是基于实施方式1的光波导装置18的平面图。该光波导装置18中，在例如硅等衬底1(未图示)上形成有由包层3和芯线4～6的接合体组成的光波导层2，在下部包层和上部包层之间埋入有导光通路即芯线。
光波导层2例如用丙烯系有机溶剂制作，包层3的折射率是1.505，芯线4～6和包层3的折射系数差Δn是0.8％，芯线4～6的截面是10μm×10μm的正方形。作为光波导材料使用有机材料系的树脂，能简化光波导制作工序。例如，当使用UV(紫外线)硬化型有机材料时，可以进行基于自旋涂敷等的成膜以及由光刻等进行的芯线加工，能够用便宜的制造设备和低的制造成本在硅晶片等上制造多个光波导装置。
包层3具有五角形ABCDE的形状，以所述第二边即边BC的垂直二等分线为对称轴上下对称形成，所述一边或所述第一边即边AB和所述对置边或所述第三边即边CD，以及所述另一边或所述第四边即边DE和所述第五边即边EA，分别以相等的长度配置于对称的位置。另外，角ABC、角BCD以及角DEA是90度，角CDE以及角EAB是135度，所述另一边即边DE在延长线上和所述另一边即边AB以45度的锐角相交。
而且，所述第三芯线即芯线6，和边DE大致垂直地、从边DE到和芯线4的交叉部9平行于芯线5且直线状设置。在交叉部9，和交叉部7同样，分断芯线4设置有所述波长选择滤光器即滤光器10，滤光器10是例如由多层介质薄膜构成的分色滤光器。另外，滤光器10调节相对芯线4以及芯线6的角度，以使从芯线6入射由滤光器10反射的光向芯线4内前进。
图1中表示了芯线4～6分别由3根芯线部构成的例子，但并不限于此，构成芯线4～6的芯线的数目可以是一根或多根。当设置多根芯线部时，其优点是能够使各个芯线部对应1个波道，能构成多波道的光源装置以及芯线处理装置。这在应用于实施方式4中后述的头置式显示器等时是合适的。
在边AB上设置有芯线4的光入射或出射端面11，在边CD上设置有芯线4的光出射或入射端面14。另外，在边DE上设置有芯线5的光入射或出射端面12，以及芯线6的光入射或出射端面13。这些光入射出射端面，在光波导装置18用作光合波装置的情况下，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，在光波导装置18被用作光分波装置的情况下，光出射或入射端面14作为光入射端面，光入射或出射端面11～13作为光出射端面分别被使用。
图1(b)所示的光波导装置19，当把边GH重合于光波导装置18的边BC时，是和光波导装置18具有关于该边左右对称的关系的光波导装置。很清楚，光波导装置19具有和光波导装置18同样的功能。
图2是使用了光波导装置18的光源装置20的平面图，图3是图2的2A-2A位置的光源装置20的剖面图。
在该光源装置20中，对于芯线4的光入射端面11、芯线5的光入射端面12以及芯线6的光入射端面13，分别设置有端面发光型的LED即红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23。而且，作为滤光器8使用使红色光透过而反射绿色光的滤光器，作为滤光器10使用使红色光以及绿色光透过而反射蓝色光的滤光器。
光源装置20的动作如下。
红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23，当通过端子电极25供给驱动功率时，分别发射出R(红)、G(绿)以及B(蓝)三原色光。从各个发光元件出射的光，分别从与它们对置的光入射端面11～13(参照图1，图2中未图示)输入到芯线4～6。
经由芯线4传播的所述第一入射光即红色光，透过滤光器8，进而也从滤光器10透过，经芯线4内向光出射端面14前进。经由芯线5传播的所述第二入射光的绿色光，被滤光器8反射，从芯线5向芯线4变换前进道路而前进，从滤光器10透过，经由芯线4内向光出射端面14前进。经由芯线6传播的所述第三入射光即蓝色光，被滤光器10反射，从芯线6向芯线4变换前进道路而前进，经由芯线4内向光出射端面14前进。
这样以来，红色光、绿色光以及蓝色光被引导到滤光器10和光出射端面14之间的芯线4，所以，在该区域前进过程中被合波，合波光从光出射端面14被出射。
在本实施方式中，如上所述，由于在光波导层的、互相以所述锐角相交的两边上设置光入射端面11～13，所以可以形成即使在芯线4～6上不设置曲线部分也能将入射光合波的结构。和现有例不同，因为在芯线4～6上不需要设置曲线部，所以可在不伴随光损失的增加的情况下使光波导装置18以及光源装置20小型化。
而且，由于光从芯线5或芯线6向芯线4变换前进道路时的角度变化为所述锐角、在该例中等于45度，所以光被滤光器8或滤光器10反射时的入射角为22.5度。这是比较例的情况下的入射角45度的一半，所以和比较例相比，能降低滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性，对于LED那种偏振未限定的光，要做到在窄的波长范围让一波长的光透射，而让另一波长的光反射的情况下，能够把引起的光的损失抑制到很小，能够把透射的光的波长和反射的光的波长以更窄的波长范围进行划分。
本实施方式的光源装置20作为如下小型点光源装置而起作用该小型点光源装置能把从红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23出射的R(红)、G(绿)以及B(蓝)三原色光进行合波而从芯线端面出射。
另外，光源装置20通过独立控制供给各个发光元件的驱动功率，能够独立控制红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23的发光强度，能够获得由三原色光的混色产生的全色的合波光。该出射光束能够用作在实施方式4中后述的、可全色显示的小型显示器装置的点光源。
图4是说明光波导装置18以及19的制造工序的一部分的平面图。在硅晶片90等上形成光波导装置18时，当为了能够由一张晶片90制造尽可能多的光波导装置，如图4(a)所示，将光波导装置18和与其呈左右对称关系的光波导装置19组合，在两者上设置缺口部分即三角形KFA和三角形LDI时，整体形成为菱形KJLE。而且如图4(b)所示，以在表面上无间隙地铺设该菱形的方式对光波导层进行构图，之后，沿着划线91～95进行切割，作为单独的小片切出光波导装置18和光波导装置19。
这样，五角形的光波导装置，浪费的晶片的区域很少，通过总体切割能够高生产率地制造多个光波装置芯片18及19。另外，当进行切割时，虽然在角部有时会产生变形，但本实施方式中由于是在难于发生变形的边的部分设置光入射出射端面，所以形成不易受分割引起的变形的影响的结构。
再有，在本实施方式中，边BA和边DE成45度角，角DEA是90度，所以，四边形KJLE为正方形，但为把一般的五角形型的光波导装置，和与它具有左右对称关系的五角形型的光波导装置同时通过成批总体切割而切出，四边形KJLE只要是菱形就可以。不过，A、F、I、D必须分别是边EK、边KJ、边JL、边LE的中点。
实施方式2实施方式2是光波导装置28和使用了它的光源装置以及光信息处理装置的例子，该光波导装置28是对基于实施方式1的光波导装置18进行如下变更而得到的，该变更是，对光波导装置18的边AB及边DE的波导端面实施45度倾斜加工，把芯线4～6的光入射端面形成倾斜的反射端面，通过这些反射端面，将光导向各个芯线内部和外部。
这样做，具有能够使用面发光型的发光元件以及面接收光型的光接收元件。例如，面发光型的LED，制造容易、便宜、市售的品种也丰富、在高频特性上优良、容易调制、安装也容易。另外，光电晶体管等光接收元件也以面接收光型的元件为主，安装也容易。
图5是基于实施方式2的光源装置30的平面图，图6是图5的5A-5A线位置的光源装置30的剖面图。在光源装置30中，与倾斜45度形成的芯线4的光入射端面15、芯线5的光入射端面16以及芯线6的光入射端面17对置，分别设置有面发光型的LED即红色发光元件31、绿色发光元件32以及蓝色发光元件33。而且，和实施方式1相同，作为滤光器8使用让红色光透射而反射绿色光的滤光器，作为滤光器10，使用让红色光以及绿色光透射而反射蓝色光的滤光器。
光源装置20的动作如下。
红色光发光元件31、绿色光发光元件32以及蓝色光发光元件33当通过端子电极34被供给驱动功率时，则分别发射R(红)、G(绿)及B(蓝)的三原色光。从各发光元件出射的光向垂直上方出射，分别由与它们对置的45度倾斜光入射端面14～16向水平方向变换光路，被引导到芯线4～6内。
之后和实施方式1相同，由芯线4传播的红色光从滤光器8透过，进而也从滤光器10透过，通过芯线4内向光出射端面14前进。由芯线5传播的绿色光被滤光器8反射，从芯线5变换前进道路向芯线4前进，透过滤光器10通过芯线4内向光出射端面14前进。由芯线6传播的蓝色光被滤光器10反射，从芯线6向芯线4变换前进道路，通过芯线4内向光出射端面14前进。
这样以来，红色光、绿色光以及蓝色光被引导到滤光器10和光出射端面14之间的芯线4，所以，在该区域前进的过程中被合波，合波光从该出射端面14被出射。
在本实施方式的光源装置30中，和实施方式1相同，由于在光波导层的、互相以所述锐角相交的两边上设置芯线4～6的光入射端面15～17，所以可形成即使在芯线4～6上不设置曲线部分也能使入射光合波的结构，可在不伴随光损失的增加的情况下实现光波导装置28以及光源装置30的小型化。而且，光被滤光器8或滤光器10反射时的入射角为22.5度，为比较例的情况的一半，所以和比较例相比，能降低滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性，对于LED那种未限定偏振的光，要做到在窄的波长范围让一波长的光透射，而让另一波长的光反射的情况下，能够把引起的光的损失抑制到很小，能够以更窄的波长范围划分透射的光的波长和反射的光的波长。
本实施方式的光源装置30作为如下的小型点光源装置而起作用该小型点光源装置能把从红色光发光元件31、绿色光发光元件32以及蓝色光发光元件33出射的R(红)、G(绿)及B(蓝)三原色光进行合波而从芯线端面出射。另外，光源装置30通过独立控制向各个发光元件供给的驱动功率，能够独立控制红色光发光元件31、绿色光发光元件32以及蓝色光发光元件33的发光强度，能够获得由三原色的混色产生的全色的合波光。
光波导装置28以及和它左右对称的光波导装置29的制造工序和实施方式1大致相同，而为了在边AB以及边DE的波导端面上形成45度倾斜端面，切割需要变更。即，在本实施方式中，在图4中，虽然划线91和92，与实施方式1相同，用通常的刀片切断，但划线93、94以及95用V字型的刀片一边形成45度倾斜端面一边切断。这样以来，浪费的晶片区域也很小，能够通过批量总体切割高生产效率地制造多个光波导装置芯片28及29。
图7是基于实施方式2的信息处理装置40的平面图。信息处理装置40被用于使例如由红色光、绿色光以及蓝色光构成的入射光分波，从而检测各自的强度等目的。在信息处理装置40中，入射光从被设置于边CD上的芯线4的光入射端面14入射，被分波后的红色光、绿色光以及蓝色光分别从设置于芯线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度倾斜的反射端面，与各光出射端面15～17相对置，分别设置有面接收光型的光电晶体管的红色光接收元件41、绿色光接收元件42以及蓝色光接收元件43。而且，和实施方式1相同，作为滤光器8使用让红色光透射而反射绿色光的滤光器，作为滤光器10使用让红色光以及绿色光透射而反射蓝色光的滤光器。
信息处理装置40的动作如下。
由光入射端面14入射的、由红色光、绿色光以及蓝色光构成的入射光，经由芯线4传播，并向滤光器10入射。在此，包含在入射光中的蓝色光被滤光器10反射，从芯线4向芯线6变换前进道路，通过芯线6内向光出射端面17前进。另一方面，红色光和绿色光从滤光器10透过，从芯线4内前进。接着，从芯线4传播来的红色光和绿色光向滤光器8入射，在这里绿色光被滤光器8反射，从芯线4向芯线5变换前进道路，通过芯线5内向光出射端面16前进，红色光从滤光器8透射，从芯线4内向光出射端面15前进。而且，到达了各光出射端面15～17的红色光、绿色光以及蓝色光，分别被向垂直下方反射，由光接收元件41～43检知强度。
本实施方式的信息处理装置40，由于在光波导层的、互相以所述锐角相交的两边上设置芯线4～6的光出射端面15～17，所以可形成即使在芯线4～6上不设置曲线部分也能使入射光分波出射的结构，在不伴随光损失的增加的情况下能够让信息处理装置40小型化。而且，光被滤光器8或滤光器10反射时的入射角为22.5度，为比较例的情况的一半，所以和比较例相比，能降低滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性，对于LED那种偏振未限定的光，要做到在窄的波长范围让一波长的光透射，而让另外的波长的光反射的情况下，能够把引起的光的损失抑制到很小，能够在更窄的波长范围把透射的光的波长和反射的光的波长进行划分。
实施方式3实施方式3涉及本发明的光波导装置的一例即具有四角形的形状的光波导装置以及使用了该光波导装置的光源装置，使用图8～10就此进行说明。
图8是基于实施方式3的光波导装置50的平面图。在该光波导装置50中，在例如硅等衬底1(未图示)之上形成有由包层53和芯线54～56的接合体构成的光波导层52，在下部包层和上部包层之间埋着波导芯线。
光波导层2，和实施方式1相同，例如用丙烯系有机溶剂制作，包层53的折射率是1.505，芯线54～56和包层53的折射系数差Δn是0.8％，芯线54～56的截面是10μm×10μm的正方形。
包层53具有四角形ABCD的形状，由所述一边或者所述第一边即边AB、所述第二边即边BC、所述对置边或所述第三边即边CD、以及所述另一边或所述第四边即边DA构成。另外，角ABC和角BCD是90度，角CDA是135度，所述另一边即边DA和所述一边即边BA以45度的锐角相交。
所述第一芯线即芯线54，从边AB到边CD大致和边AB垂直地被设置为直线状，所述第二芯线即芯线55，和边DA大致垂直地、从边DA到和芯线54的交叉部57被设置为直线状。在交叉部57，分断芯线54设置有所述波长选择滤光器即滤光器8。滤光器8如实施方式1中所述的那样，是例如由多层介质薄膜构成的、只反射预定的波长范围的光、而让其他波长的光透射的分色滤光器。调节滤光器8相对芯线54和55的角度，以使从芯线55入射、由滤光器8反射的光进入芯线54内。
而且，所述第四芯线即芯线56被设置为直线状，它和边AB大致垂直地、从边AB到和芯线55的交叉部58、和芯线54平行。在交叉部58，和交叉部67相同，分断芯线55、设置有所述波长选择滤光器即滤光器10，滤光器10例如是由多层介质薄膜构成的分色滤光器。另外，调节滤光器10相对芯线55以及芯线56的角度，以使从芯线56入射、而由滤光器10反射的光向芯线55内前进。
在图8中，表示了芯线54～56分别由3根芯线部构成的例子，但不限于此，构成芯线54～56的芯线数目可以是单个或多个。当设有多个芯线部时，则让各个芯线部和1个波道对应，其优点是能够构成多波道的光源装置以及信息处理装置。
在边AB上设置有芯线54的光入射或出射端面61和芯线56的光入射或出射端面63，在边CD上设置有芯线54的光出射或入射端面64。另外，在边DA上设置有芯线55的光入射或出射端面62。这些光入射出射端面，在光波导装置50作为光合波装置被使用的情况下，光入射或出射端面61～63作为光入射端面被使用，光出射或入射端面64作为光出射端面被使用。而在光波导装置50作为光分波装置被使用的情况下，光出射或入射端面64作为光入射端面被使用，光入射或出射端面61～63作为光出射端面被使用。
图9是使用了光波导装置50的光源装置60的平面图。在该光源装置60中，和芯线54的光入射端面61、芯线55的光入射端面62以及芯线56的光入射端面63(61～63参照图8；在图9中未图示)相对置，分别设置有端面发光型的LED即红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23。而且，作为滤光器8使用让红色光透射而反射绿色光的滤光器，作为滤光器10使用让红色光以及绿色光透射而反射蓝色光的滤光器。
光源装置60的动作如下。
红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光23，当通过端子供给驱动功率时，分别发射R(红)、G(绿)以及B(蓝)的三原色光。各个发光元件发射的光分别从与它们对置的光入射端面61～63输入芯线54～56。
经由芯线54传播的所述第一入射光即红色光，从滤光器8透射，进而从滤光器10透射，经由芯线54内向光出射端面64前进。经由芯线55传播的所述第二入射光即绿色光，从滤光器10透射前进，被滤光器8反射，从芯线55向芯线54变换前进道路，通过芯线54内向光出射端面64前进。经由芯线56传播的所述第三入射光即蓝色光，被滤光器10反射，从芯线56向芯线55变换前进道路，再次被滤光器8反射，从芯线55向芯线54变换前进道路，通过芯线54内向光出射端面64前进。
这样以来，红色光、绿色光以及蓝色光被引导到滤光器8和光出射端面64之间的芯线4，所以在该区域前进的过程中被合波，合波光从光出射端面64出射。
在实施方式中，如上所述，由于在光波导层的、互相以所述锐角相交的两边上设置光入射端面，所以可构成即使在芯线54～56上不设置曲线部分也能使入射光合波的结构。与现有例不同，因为不需要在芯线54～56上设置曲线部，所以可不伴随光损失的增加而实现光波导装置50以及光源装置60的小型化。
而且，光从芯线55或芯线56向芯线54变换前进道路时的角度变化为所述锐角、在该例中等于45度，所以光被滤光器8或滤光器10反射时的入射角为22.5度。这成为比较例时的入射角45度的一半，所以和比较例相比，能降低滤光器的反射率以及透射系数的偏振依存性，对于LED这种偏振未被限定的光，能够把要在窄的波长范围让一波长的光透射、而让另一波长的光反射时引起的光的损失抑制到很小，能够以更窄的波长范围划分透射的光的波长和反射的光的波长。
本实施方式的光源装置60作为小型点光源装置起作用，其能把从红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23出射的R(红)、G(绿)以及B(蓝)这三原色光合波并从芯线端面出射。
另外，光源装置60通过独立控制供给各个发光元件的驱动功率，能独立控制红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23的发光强度，能够获得基于三原色光的混色的全色的合波光。该出射光束能够用作在实施方式4中后述的可全色显示的小型显示器的点光源。
图10是说明光波导装置50的制造工序的一部分的平面图。在硅晶片90等上形成光波导装置50的时，为了能够由一张晶片90制造尽可能多的光波导装置，如图10(a)所示，和另一个波光波导装置50组合，设AB＝2CD，以使两者加上缺口部分即三角形AD’C’和三角形CA’D时，整体形成长方形ABA’B’。而且，以在表面上无间隙地铺设该长方形的方式构图光波导层，通过切割，沿着划片线96～99进行切断，作为单独的小片切出光波导装置50。
在本实施方式中因为角ABC和角BCD设为90度，所以四边形ABA’B’成为长方形。即使角ABC和角BCD是直角以外的角，作为光波导装置的功能也不变化，所以通常只要四边形ABA’B’是平行四边形即可。在该情况下，为了总体成批切割切出，也必须是AB＝2CD。这种四边形型的光波导装置，浪费的晶片的区域很小，能够通过总体切割高生产率地制造多个光波导装置芯片50。
再有，和实施方式2相同，在想把入射端面61～63做成倾斜端面时，只要划片线96和97用通常的刀片切断，划片线98和99用V字型的刀片切断即可。
实施方式4从上述的实施方式1～3的光源装置出射的合波光是可以作为点光源来使用的光。本实施方式是把这种光源装置应用于视网膜显示器等小型显示器的例。
图11是表示基于本发明的实施方式4的头置式显示器(HMD)的结构的说明图。在该头置式显示器70中，从图5中所示的光源装置30出射的出射光71在视网膜75的上面形成单位像素。此时，对应于图像信号通过控制供给各发光元件的驱动功率，来调节红色光发光元件21、绿色光发光元件22以及蓝色光发光元件23的发光强度，可形成通过三原色的混色能进行全色显示的单位像素。
而且，来自光源装置30的出射光71，通过透镜72等，在扫描装置的扫描板(scanned image plane)73上成像，通过扫描板73后，利用投影光学系的透镜74等，在和该扫描板73有光学共轭关系的用户的眼球75的视网膜76上形成成像点(光点)。该成像点利用和图像信号同步的扫描板73的动作，在视网膜76上二维扫描，在视网膜上形成光栅图像。用户感知该光栅图像，能个人感受充满富有临场感的图像。
再有，该头置式显示器70，通过以如太阳镜那样安装的状态组装在投影机或PDA(便携式信息装置)、照相机、计算机、游戏机等，能提供小型的图像装置。
以上根据实施方式说明了本发明，但本发明不受这些例的任何限制，在不脱离发明的主旨的范围内，当然可以适当变更。
例如，这里只显示了使用直线上的芯线的例，但并不限定于此，也可以根据需要适当地在芯线上设置曲线部。另外，作为波导层形成方法，表示了通过总体切割形成各个小片的方法，但也可以用光学加工进行构图从而形成各个小片，或者用冲压成型法制作各个小片。
本发明的光源装置以及显示装置能够应用于，提供小型、轻量、低成本的、作为便携式电子设备的显示装置所期待的、视网膜显示装置等可彩色显示的显示装置。
权利要求
1.一种光波导装置，其第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被接合于包层，在这些芯线的交叉部设置有把上述第一芯线分断的波长选择滤光器，把波长不同的多束光进行合波或分波，其特征在于，相对于包含所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，在和所述一边相对的所述包层的对置边上，含有所述第一芯线的光出射或入射端面；含有所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边，被配置为朝向和所述一边成锐角，所述第二芯线和所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部。
2.根据权利要求1所述的光波导装置，其中，所述包层具有至少由4边构成的多边形的形状，作为所述一边的第一边和作为所述对置边的第三边被大致平行地配置，和所述第一边以及所述第三边大致垂直地配置第二边，作为所述另一边的第四边被配置为朝向和所述第一边成锐角；所述第一芯线从所述第一边到所述第三边大致被设置为直线状；所述第二芯线从所述第四边到所述交叉部大致被设置为直线状。
3.根据权利要求2所述的光波导装置，其如下构成从被设置于所述第一边的光入射端面，经由所述第一芯线传播来的第一入射光，从所述波长选择滤光器透过，向前方前进，另一方面，从被设置在所述第四边的光入射端面，经由所述第二芯线传播来的第二入射光，由所述波长选择滤光器向所述第一芯线反射，所述第一入射光和所述第二入射光在所述第一芯线被合波，从被设置在所述第三边的所述第一芯线的光出射端面出射；或者，构成为从被设置于所述第三边的所述第一芯线的光入射端面，经由所述第一芯线传播来的入射光，被分波为从所述波长选择滤光器透过而从被设置于所述第一边的所述第一芯线的光出射端面出射的光，和由所述波长选择滤光器反射，从被设置在所述第四边的所述第二芯线的光出射端面出射的光。
4.根据权利要求2所述的光波导装置，其中，所述第一芯线通过互相前后配置的多个所述波长选择滤光器在多个位置被分断，从所述多个分断位置到所述第四边，至少平行地、且大致垂直于所述第四边地设置和所述第一芯线交叉的所述第二芯线及第三芯线，至少也通过所述第三芯线把光进行合波或分波。
5.根据权利要求2所述的光波导装置，其中，从分断所述第一芯线的所述波长选择滤光器的位置到所述第四边设置所述第二芯线，分断该第二芯线设置第二波长选择滤光器，从所述第二芯线的分断处到所述第一边，和所述第一芯线平行且大致垂直于所述第一边来设置和所述第二芯线交叉的第四芯线，至少也通过所述第四芯线把光进行合波或分波。
6.根据权利要求4所述的光波导装置，其中，所述第一芯线、所述第二芯线、所述第三芯线以及所述第四芯线分别由多个芯线部构成。
7.根据权利要求5所述的光波导装置，其中，所述第一芯线、所述第二芯线、所述第三芯线以及所述第四芯线分别由多个芯线部构成。
8.根据权利要求2所述的光波导装置，其中，所述多边形是具有和所述第一边以及所述第四边相交的第五边的五角形，以所述第二边的垂直二等分线为对称轴，所述第一边和所述第三边、以及所述第四边和所述第五边被配置在对称的位置。
9.根据权利要求8所述的光波导装置，其中，所述第三边和所述第四边所成的角度是135度，所述第四边和所述第五边所成角度是90度。
10.根据权利要求2所述的光波导装置，其如下构成，至少在所述第一边和所述第四边上设置的各个芯线端面形成为倾斜的反射端面上，通过这些反射端面把光导向各个芯线内部或者外部。
11.根据权利要求2所述的光波导装置，其中，所述第一边、所述第二边、所述第三边、所述第四边以及所述第五边通过切断所述各个芯线和设置这各个芯线的共同的包层材料来形成。
12.根据权利要求7所述的光波导装置，其中，所述第一边、所述第二边、所述第三边、所述第四边以及所述第五边通过切断所述各个芯线和设置这各个芯线的共同的包层材料来形成。
13.一种光源装置，其具有光波导装置，该光波导装置对波长不同的多个光进行合波或分波，其第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被接合于包层，在这些芯线的交叉部设置有分断所述第一芯线的波长选择滤光器，所述光波导装置中，相对于含有所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，在和所述一边对置的所述包层的对置边包含所述第一芯线的光出射或入射端面；含有所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边，被配置为朝向和所述一边成锐角，所述第二芯线和所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部；而且，在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边上，至少与所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光入射端面对置分别配置光源，从所述光源向所述入射端面入射的光被合波，并从设置于所述对置边的所述第一芯线的所述光出射端面出射。
14.根据权利要求13所述的光源装置，其中，所述光源使用发光二极管或激光二极管。
15.根据权利要求13所述的光源装置，其中，所述光源使用发射蓝色光、绿色光、以及红色光的光源。
16.一种光信息处理装置，其具有光波导装置，该光波导装置对波长不同的多个光进行合波或分波，其第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被接合于包层，在这些芯线的交叉部设置有分断所述第一芯线的波长选择滤光器，所述光波导装置中，相对于含有所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，在和所述一边对置的所述包层的对置边包含所述第一芯线的光出射或入射端面；含有所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边，被配置为朝向和所述一边成锐角，所述第二芯线和所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部；在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边上，至少与所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光出射端面对置分别配置光接收元件，从设置于所述对置边的所述第一芯线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。
17.一种光信息处理装置，其具有光波导装置，该光波导装置对波长不同的多个光进行合波或分波，其第一芯线和与该第一芯线交叉的第二芯线被接合于包层，在这些芯线的交叉部设置有分断所述第一芯线的波长选择滤光器，所述光波导装置中，相对于含有所述第一芯线的光入射或出射端面的所述包层的一边，所述第一芯线大致垂直延伸，在和所述一边对置的所述包层的对置边包含所述第一芯线的光出射或入射端面；含有所述第二芯线的光入射或出射端面的所述包层的另一边，被配置为朝向和所述一边成锐角，所述第二芯线和所述另一边大致垂直地延伸到所述交叉部，在所述光波导装置的所述一边以及所述另一边上，至少具有向所述第一芯线以及所述第二芯线的所述光出射端面入射信号光的光入射装置，和接收从设置于所述对置边的所述第一芯线的所述光出射端面出射的合波光的光接收装置。
18.根据权利要求17所述的光信息处理装置，其作为通过扫描装置扫描并投影所述合波光的显示器构成。
全文摘要
提供一种光波导装置，光损失小、可实现小型化和低成本化、而且滤光器的透射系数及反射率的偏振依存性小，以更窄的范围划分透射光的波长和反射光的波长、把波长不同的多束光进行合波或分波；还提供光源装置，其使用了所述光波导装置，作为小型显示器等的点光源装置等适合；以及信息处理装置。其形成由具有边DE和边BA以45度锐角相交的五角形ABCDE形状的包层和芯线4～6的接合体构成的光波导层2。和边AB大致垂直地、从边AB到边CD直线状设置芯线4，和边DE大致垂直地、从边DE到和芯线4的交叉部7或9直线状设置芯线5和6。在交叉部分断芯线4设置波长选择滤光器8和10。在进行合波时，从光入射或出射端面11～13入射光，从光出射或入射端面14取出合波光。
文档编号G02B6/293GK1715971SQ20051007839
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月18日
发明者成瀬晃和 申请人:索尼株式会社