可见光调制元件及具备其的光学引擎的制作方法

本发明涉及可见光调制元件及具备其的光学引擎。

背景技术：

1、ar(augmented reality：增强现实)眼镜、vr(virtual reality：虚拟现实)眼镜作为小型的可穿戴设备备受期待。在这样的设备中，发出全彩的可见光的发光元件是用于绘制高品质图像的中心元件之一。在该设备中，发光元件例如独立且高速地调制表现可见光的rgb的3色各自的强度，以所期望的颜色表现动态图像。

2、作为这样的发光元件，在专利文献1中公开有一种发光元件，其向波导入射可见光的激光，通过电流控制各色的激光芯片的出射强度，由此出射彩色的动态图像。另外，在引用文献2中公开有一种调制器，其经由光纤向具有形成于具有电光效应的基板的波导的外部调制器入射激光，通过外部调制器独立调制rgb的3色各自的强度。

3、在ar眼镜、vr眼镜这样的可穿戴设备中，发光模块以在通常的眼镜型的尺寸中收纳各功能的方式小型化成为对于普及的关键。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2021－86976号公报

7、专利文献2：日本专利第6728596号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、在引用文献1所公开的发光元件中，通过电流直接控制激光的出射强度，但在电流控制中，为了确保出射强度的稳定性，需要以比阈值电流高一定以上的电流值为中心进行电流控制。因此，存在消耗电力大且其降低困难这样的问题。

3、另外，在引用文献2中公开有一种光调制器，其使用将具有电光效应的铌酸锂·钽酸锂·锆钛酸铅镧·磷酸钛酸钾·聚噻吩·液晶材料·各种诱发聚合物作为材料的基板，且在该基板设置有光波导。其中，作为优选的方式，公开了特别是使用铌酸锂的单晶或固溶体晶体，将其一部分通过质子交换法或ti扩散法改质的部分作为光波导的方式。然而，改质后的波导部分(芯)区域的尺寸由质子、ti侵入·扩散的距离规定，所以难以减小光波导的直径。因此，光波导自身的大小不得不变大，另外，由于光波导的直径大而调制电压的电场难以集中，为了调制而需要施加大的电压，或者为了以较小的电压进行动作而需要延长施加电压的电极，所以元件的尺寸变大。

4、另外，在如图28(a)所示的以将块状铌酸锂的单晶b1的一部分进行了改质的部分b1－a为光波导的调制器中，因为仅在块状铌酸锂单晶中加入少量的ti来作出折射率差δn，所以改质后的波导部分(芯)和未改质的部分(包层)的折射率差小。因此，将光波导弯曲引起的弯曲损耗大，不能高曲率地弯曲光波导。因此，难以减小元件的尺寸。另外，对搭载于ar眼镜等头戴式显示器的调制光源要求例如收敛于眼镜腿的尺寸的尺寸，但在如引用文献2这样的块状晶型的光调制器中，难以制作小型化到该尺寸的光调制器。

5、相对于以将铌酸锂单晶b1的一部分进行了改质的部分b1－a为光波导的调制器，在图28(b)所示的、将对在蓝宝石等基板上外延生长的单晶铌酸锂膜f进行了加工的凸部fridge作为光波导的调制器的情况下，从原本该凸型部分与ti扩散光波导相比尺寸小、由于凸部的周围全部相当于包层因而如果适当地选择周围的材料则能够增大折射率差δn、将光波导弯曲成曲线状时的光损失与块状铌酸锂单晶相比小等的理由出发，适于小型化。

6、另外，在引用文献2的图7中公开有一种光学模块100，其将光源部311和调制器30作为构成单位而模块化，能够不直接调制光源部311而出射通过调制器30进行了外部调制的光。在如引用文献2所公开的光学模块100那样，将红色(r)、绿色(g)、蓝色(g)的激光从调制器30输出后在引用文献2中合波的结构的光学模块用作光学引擎的构成要素的情况下，因为如后面所述光学系统变大，所以难以将作为光学引擎的尺寸小型化。

7、本发明人鉴于如上的情况而优先研究实现能够搭载于ar眼镜、vr眼镜等的程度的小型化，其结果，提出了本发明。

8、本发明鉴于上述技术问题而提出，其目的在于，提供能够搭载于ar眼镜、vr眼镜等的小型的可见光调制元件及具备其的光学引擎。

9、解决问题的技术手段

10、本发明为了解决上述技术问题，提供以下的技术手段。

11、本发明的第一方式所涉及的可见光调制元件，具备：光源部，其具有出射波长400nm至700nm的可见光波长的光的多个光半导体元件；光调制输出部，其相对于所述多个光半导体元件的各个，具有与所述光半导体元件的数量相同数量的马赫曾德尔型光波导，所述马赫曾德尔型光波导通过铌酸锂膜被加工成凸型而成，且入射从所述光半导体元件出射的光。

12、上述方式的可见光调制元件也可以是所述多个光半导体元件出射的光的波长彼此均不同。

13、上述方式的可见光调制元件也可以是所述马赫曾德尔型光波导具有弯曲部。

14、上述方式的可见光调制元件也可以是搭载有所述多个光半导体元件的基台和形成有所述马赫曾德尔型光波导的基板经由金属层直接接合。

15、上述方式的可见光调制元件也可以是对应的所述光半导体元件和所述马赫曾德尔型光波导被定位成，在从所述光半导体元件出射光的出射面和所述光调制输出部的入射面之间具有间隙，且来自所述光半导体元件的光从所述出射面出射，在所述间隙传播，向所述入射面的所述马赫曾德尔型光波导入射。

16、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述光调制输出部具有将来自多个马赫曾德尔型光波导的调制光进行合波的合波部。

17、上述方式的可见光调制元件也可以是所述合波部是选自mmi型合波器、y字型合波器及定向耦合器中的任一个。

18、上述方式的可见光调制元件也可以是具有：控制器，其控制向所述多个光半导体元件的各个注入的电流值，以使在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中各波长的峰输出成为规定的比例。

19、上述方式的可见光调制元件也可以是将向所述多个光半导体元件的各个注入的电流值设为一定值，以在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中各波长的峰输出成为规定的比例的方式构成所述多个马赫曾德尔型光波导。

20、上述方式的可见光调制元件也可以是所述多个马赫曾德尔型光波导的入射端至出射端的光波导的长度为，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，越是短。

21、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述多个马赫曾德尔型光波导的各个，在从入射端至出射端的光波导具备由相对于传播的光的波长具有吸收性的材料构成的光吸收部，所述光吸收部的光波导的长度方向的长度为，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，越是短。

22、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述多个马赫曾德尔型光波导的各个，在从入射端至出射端的光波导具备具有曲率的折弯部，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，曲率越是大，或所述折弯部的长度越是短。

23、上述方式的可见光调制元件也可以是在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中，各波长的峰输出为相同的强度。

24、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述光调制输出部中，在所述马赫曾德尔型光波导以外的部分，具有从元件表面到达至形成有所述马赫曾德尔型光波导的基板的槽部，至少在所述槽部的底面及侧面具备光吸收层。

25、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光吸收层以填埋所述槽部整体的方式形成。

26、上述方式的可见光调制元件也可以是所述槽部沿着所述基板的一面相互分开地形成多个。

27、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光波导具有从直线部弯曲的弯曲部，所述槽部被配置为与所述直线部的假想延长线交叉。

28、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光波导具有从直线部弯曲的弯曲部，所述槽部被形成为以沿着所述弯曲部的方式弯曲地延伸。

29、本发明的第二方式所涉及的可见光调制元件，具备：光源部，其具有出射波长400nm至700nm的可见光波长的光的多个光半导体元件；光调制输出部，其相对于所述多个光半导体元件的各个，具有与所述光半导体元件的数量相同数量的入射从所述光半导体元件出射的光的马赫曾德尔型光波导，并且具有将来自所述多个马赫曾德尔型光波导的调制光进行合波的合波部。

30、上述方式的可见光调制元件也可以是所述多个光半导体元件出射的光的波长彼此均不同。

31、上述方式的可见光调制元件也可以是所述马赫曾德尔型光波导具有弯曲部。

32、上述方式的可见光调制元件也可以是搭载有所述多个光半导体元件的基台和形成有所述马赫曾德尔型光波导的基板经由金属层直接接合。

33、上述方式的可见光调制元件也可以是对应的所述光半导体元件和所述马赫曾德尔型光波导被定位成，在从所述光半导体元件出射光的出射面和所述光调制输出部的入射面之间具有间隙，且来自所述光半导体元件的光从所述出射面出射，在所述间隙中传播，向所述入射面的所述马赫曾德尔型光波导入射。

34、上述方式的可见光调制元件也可以是所述合波部是选自mmi型合波器、y字型合波器及定向耦合器中的任一个。

35、上述方式的可见光调制元件也可以是具有：控制器，其控制向所述多个光半导体元件的各个注入的电流值，以使在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中各波长的峰输出成为规定的比例。

36、上述方式的可见光调制元件也可以是将向所述多个光半导体元件的各个注入的电流值设为一定值，以在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中各波长的峰输出成为规定的比例的方式构成所述多个马赫曾德尔型光波导。

37、上述方式的可见光调制元件也可以是所述多个马赫曾德尔型光波导的入射端至出射端的光波导的长度为，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，越是短。

38、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述多个马赫曾德尔型光波导的各个，在从入射端至出射端的光波导具备由相对于传播的光的波长具有吸收性的材料构成的光吸收部，所述光吸收部的光波导的长度方向的长度为，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，越是短。

39、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述多个马赫曾德尔型光波导的各个，在从入射端至出射端的光波导具备具有曲率的折弯部，越是波长短的光进行传播的马赫曾德尔型光波导，曲率越是大，或所述折弯部的长度越是短。

40、上述方式的可见光调制元件也可以是在通过所述多个马赫曾德尔型光波导向外部出射的光中，各波长的峰输出为相同的强度。

41、上述方式的可见光调制元件也可以是在所述光调制输出部中，在所述马赫曾德尔型光波导以外的部分具有从元件表面到达至形成有所述马赫曾德尔型光波导的基板的槽部，至少在所述槽部的底面及侧面具备光吸收层。

42、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光吸收层以填埋所述槽部整体的方式形成。

43、上述方式的可见光调制元件也可以是所述槽部沿着所述基板的一面相互分开地形成多个。

44、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光波导具有从直线部弯曲的弯曲部，所述槽部被配置为与所述直线部的假想延长线交叉。

45、上述方式的可见光调制元件也可以是所述光波导具有从直线部弯曲的弯曲部，所述槽部被形成为以沿着所述弯曲部的方式弯曲地延伸。

46、本发明的第三方式所涉及的光学引擎，具备：上述方式的可见光调制元件；光扫描镜，其将从所述可见光调制元件出射的光以进行图像显示的方式改变角度并反射。

47、发明的效果

48、根据本发明的可见光调制元件，能够提供可搭载于ar眼镜、vr眼镜等的小型的可见光调制元件。