ホーム > 特許ランキング > 日本電信電話株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-12
(45)【発行日】2023-12-20
(54)【発明の名称】光合波回路および光源
(51)【国際特許分類】
G02B 6/12 20060101AFI20231213BHJP
G02B 6/42 20060101ALI20231213BHJP
H01S 5/0225 20210101ALI20231213BHJP
【ＦＩ】
G02B6/12 331
G02B6/42
G02B6/12 301
H01S5/0225
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022523768
(86)(22)【出願日】2020-05-18
(86)【国際出願番号】 JP2020019672
(87)【国際公開番号】W WO2021234787
(87)【国際公開日】2021-11-25
【審査請求日】2022-08-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】阪本 隼志
(72)【発明者】
【氏名】根本 成
(72)【発明者】
【氏名】橋本 俊和
【審査官】山本 元彦
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１０／１３７６６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００３７７３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２８９７９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４
Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７
Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４
Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
赤色光を分岐する第１の分岐部と、緑色光および青色光を合波する前置合波部と、
合波された前記緑色光および前記青色光を分岐する第２の分岐部と、
前記第１の分岐部からの一方の分岐光および前記第２の分岐部からの一方の分岐光を合波する主合波部と、
前記主合波部からの合波光を出力する出力導波路と、
前記第１の分岐部からの他方の分岐光を出力する第１のモニタリング用導波路と、
前記第２の分岐部からの他方の分岐光を出力する第２のモニタリング用導波路と
を備えたことを特徴とする光合波回路。
【請求項2】
前記第１のモニタリング用導波路および前記第２のモニタリング用導波路は、それぞれ、互いに近接して並置された終端部を有することを特徴とする請求項１に記載の光合波回路。
【請求項3】
前記第１のモニタリング用導波路の途中に配置され、前記主合波部と同一の構成を有するモニタリング用合波部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光合波回路。
【請求項4】
前記前置合波部または前記モニタリング用合波部の少なくとも１つは、前記主合波部の出力導波方向に対して傾いた出力導波方向を有することを特徴とする請求項３に記載の光合波回路。
【請求項5】
前記出力導波路は、前記主合波部の出力点から導波方向への延長線からずれた位置に終端部を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光合波回路。
【請求項6】
前記第１のモニタリング用導波路および前記第２のモニタリング用導波路は、光路変換用の曲げ導波路であり、前記主合波部からの光の出射方向が、前記第１のモニタリング用導波路および前記第２のモニタリング用導波路の光軸に対して概ね垂直となるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光合波回路。
【請求項7】
請求項１乃至６いずれかに記載の光合波回路と、前記赤色光、前記緑色光および前記青色光をそれぞれ出力する３つのレーザダイオードと、
前記第１のモニタリング用導波路および前記第２のモニタリング用導波路に光学的に結合されたフォトダイオードと
を備えたことを特徴とするモニタリング機能付き光源。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
本発明は、光合波回路および光源に関する。より詳細には、光の３原色など複数の波長の光を合波し、各波長の光の強度をモニタリングする光合波回路と、この光合波回路を含む光源に関する。
【0002】
眼鏡型端末、小型プロジェクタのための光源として、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の３原色光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）を含む光源が普及している。
【0003】
図１は、ＬＤを用いたプロジェクタの代表的な光源を示す図である。プロジェクタ用の光源は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の単一波長の光を出力するＬＤ１～３と、ＬＤ１～３から出力された光をコリメート化するレンズ４～６と、それぞれの光を合波してＭＥＭＳミラー１６へ出力するダイクロイックミラー１０～１２とを含む。１本のビームに束ねられたＲＧＢ光は、ＭＥＭＳミラー１６などを用いてスイープされ、ＬＤの変調およびスイープを同期させながら、スクリーン１７上に映像が投影される。レンズ４～６とダイクロイックミラー１０～１２との間には、ハーフミラー７～９が挿入されている。分岐した各色の光をフォトダイオード（ＰＤ）１３～１５によりモニタリングして、投影する映像のホワイトバランスが調整される。
【0004】
ＬＤでは、光を出射させる共振器の前方側でモニタリング（フロントモニタリング）するのが、一般的である。図１に示したようにＲＧＢ光源から構成される光源は、ＬＤ１～３、レンズ４～６、ハーフミラー７～９、およびダイクロイックミラー１０～１２などのバルク光学部品を、空間光学系により組み合わせて構成される。さらにホワイトバランスの調整のためのモニタリングに、ハーフミラー７～９、ＰＤ１３～１５などのバルク部品が必要となる。多くのバルク部品から成る光学系は大型化し、光源の小型化が難しい。
【0005】
そこでバルク部品による空間光学系ではなく、石英系平面光波回路（Planar lightwave
circuit：ＰＬＣ）を用いたＲＧＢカプラが注目されている。ＰＬＣは、Ｓｉなどの平面状の基板に、フォトリソグラフィなどによるパターニング、反応性イオンエッチング加工により、光導波路を作製する。複数の基本的な光回路（例えば、方向性結合器、マッハツェンダ干渉計など）を組み合わせることで、各種の機能を実現できる。
circuit：ＰＬＣ）を用いたＲＧＢカプラが注目されている。ＰＬＣは、Ｓｉなどの平面状の基板に、フォトリソグラフィなどによるパターニング、反応性イオンエッチング加工により、光導波路を作製する。複数の基本的な光回路（例えば、方向性結合器、マッハツェンダ干渉計など）を組み合わせることで、各種の機能を実現できる。
【0006】
図２は、ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラの基本構造を示す図である。図２は、Ｇ、Ｂ、Ｒの各色のＬＤ２１～２３とＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３０とを備えたＲＧＢカプラモジュールを示している。ＲＧＢカプラ３０は、第１～第３の導波路３１～３３と、２本の導波路からの光を１本の導波路に合波する第１、第２の合波器３４、３５とを含む。合波された出力光３６は、チップ端面から出力される。合波器としては、導波路幅が同一の対称な方向性結合器、マッハツェンダ干渉計、モードカプラなどを利用する方法が存在する。
【0007】
図２に示したようなＰＬＣを用いることにより、図１におけるレンズやダイクロイックミラーなどを用いた空間光学系を、１つのチップ３０上に集積できる。ＲおよびＧのＬＤは、ＢのＬＤに較べて出力が弱いため、ＲおよびＧのＬＤを２つずつ用意したＲＲＧＧＢ光源が使われる。モード多重を用いることにより、同一波長の光を異なるモードで合波することができるので、ＰＬＣを用いてＲＲＧＧＢカプラも容易に実現できる。
【0008】
図３は、２つの方向性結合器を用いたＲＧＢカプラの構成を示す図である。ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラ１００は、第１～第３の入力導波路１０１～１０３と、第１、第２の方向性結合器１０４、１０５と、第２の入力導波路１０２と接続された出力導波路１０６とを備えている。
【0009】
第１の方向性結合器１０４は、第１の入力導波路１０１から入射されたλ２の光を第２の入力導波路１０２に結合し、第２の入力導波路１０２から入射されたλ１の光を第１の入力導波路１０１に結合して第２の入力導波路１０２へと再び結合する。第２の方向性結合器１０５は、第３の入力導波路１０３から入射されたλ３の光を第２の入力導波路１０２に結合し、第１の方向性結合器１０４において第２の入力導波路１０２に結合されたλ１およびλ２の光を透過する。上記の動作を実現するように各部の導波路長、導波路幅および導波路間のギャップが設計される。
【0010】
例えば、第１の入力導波路１０１には緑色光Ｇ（波長λ２）を、第２の入力導波路１０２には青色光Ｂ（波長λ１）を、第３の入力導波路１０３には赤色光Ｒ（波長λ３）を入射する。３色の光Ｒ、Ｇ、Ｂが第１、第２の方向性結合器１０４、１０５によって合波されて、ＲＧＢ合波光が出力導波路１０６から出力される。λ１、λ２、λ３の波長としては、それぞれ４５０ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍの光が用いられる。発明者らは、ＰＬＣで構成されたＲＧＢカプラにおいて、ホワイトバランス調整のためのモニタリング機能を含めた構成を提案してきた（特許文献１）。
【0011】
図４は、従来技術のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。モニタリング機能付き光源２１０は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光をそれぞれ出力する第１～第３のＬＤ２０１１～２０１３と、ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ２１０と、ＲＧＢカプラ２１０に光学的に接続されたＰＤ２０２とを備えている。ＲＧＢカプラ２１０は、各色に対応する入力導波路２１１１～２１１３と、合波部２１４と、出力導波路２１５とを備え、出力導波路２１５の近傍にさらに分岐部２１２が設けられている。出力導波路２１５を伝搬して出力される合波光２０３の一部を、分岐部２１２によって分岐して、ＰＤ２０２に入力する。
【0012】
図４において入力導波路２１１１～２１１３の各々から分岐をして、独立した３つのＰＤによって色毎にモニタリングする構成も考えられる。図４の構成によれば、出力導波路２１５の出力を直接モニタリングすることで、各色に対してモニタリング用の回路を用意する必要が無い。より小型な光源を実現でき、合波部２１４の合波特性を把握しておくことで、ＰＤ２０２のモニタリング値を用いて、ホワイトバランスを調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【文献】特開２０１８－１８０５１３ 明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、分岐部２１２では分岐比の波長依存性が大きく、波長が離れているＲの分岐比と、ＧおよびＢの分岐比との間には大きな不均一があった。例えば、比屈折率差０．４５％、導波路幅２μｍ、導波路間ギャップ２μｍで、青の分岐率が１％になるように方向性結合器の長さを設定した分岐部では、３色の分岐比は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２３：５：１となる。このような分岐比の不均一があると、図４の光源を映像表示装置などで使用してホワイトバランスの調整をするためには、ＰＤ２０２でのモニタリング検出値の補正処理が必須となる。ＰＤ２０２における検出値に大きな幅があるとモニタリング機能として利用し難い問題があった。ＰＤに必要なダイナミックレンジも大きなものが必要となる。
【0015】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、映像表示装置において利用し易くかつ簡素化した構成のモニタリング機能付きカプラ、光源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は、このような目的を達成するために、１つの実施態様は第１の波長の光を分岐する第１の分岐部と、第２の波長の光および第３の波長の光を合波する前置合波部と、合波された前記第２の波長の光および前記第３の波長の光を分岐する第２の分岐部と、前記第１の分岐部からの一方の分岐光および前記第２の分岐部からの一方の分岐光を合波する主合波部と、前記主合波部からの合波光を出力する出力導波路と、前記第１の分岐部からの他方の分岐光を出力する第１のモニタリング用導波路と、前記第２の分岐部からの他方の分岐光を出力する第２のモニタリング用導波路と、を備えたことを特徴とする光合波回路である。
【0017】
また別の実施態様では、上述の光合波回路と、前記第１の波長の光、前記第２の波長の光および前記第３の波長の光をそれぞれ出力する３つのレーザダイオードと、前記第１のモニタリング用導波路および前記第２のモニタリング用導波路に光学的に結合されたフォトダイオードとを備えたことを特徴とするモニタリング機能付き光源でもあり得る。
【発明の効果】
【0018】
以上説明したように、本開示の光合波回路、光源により、分岐比の波長依存性の問題を解消または軽減し、映像装置で利用しやすいモニタリング機能を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】ＬＤを用いたプロジェクタの代表的な光源の構成を示す図である。
【図2】ＰＬＣを用いたＲＧＢカプラの基本構造を示す図である。
【図3】２つの方向性結合器を用いたＲＧＢカプラの構成を示す図である。
【図4】従来技術のモニタリング機能付きＲＧＢカプラの構成を示す図である。
【図5】従来技術のモニタリング機能付きＲＧＢカプラの別の構成を示す図である。
【図6】第１の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。
【図7】第２の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。
【図8】第３の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。
【図9】第４の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。
【図10】第５の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。
【図11】モニタリング用導波路の出射端およびＰＤ近傍の断面を示す図である。
【図12】第６の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である
【発明を実施するための形態】
【0020】
本開示の光合波回路および光源は、従来技術における分岐部の波長依存性の問題を回避しながら、非常に簡素化した構成を実現する。本開示の光源を使用する映像装置では、モニタリング値の波長依存性が大幅に抑えられ、ホワイトバランスの調整処理を簡単にする。
【0021】
図４の従来技術の光源の構成を再び参照すると、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波部２１４によって合波した後で、分岐部２１２によりモニタ光を分岐することで、ＲＧＢカプラ回路２１０のすべての構成要素を経た後の出力光２０３をモニタできる。この構成は、合波部２１４を含むＲＧＢカプラ回路２１０の特性をすべて反映しており、モニタ光の検出方法としてはより好ましい。しかしながら、分岐部２１２の分岐比の波長依存性のために、この光源を使用する映像装置におけるモニタリング値の取り扱いが面倒となる。分岐部２１２の分岐比の波長依存性の問題を回避するためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を独立した分岐部によって分岐する構成とすることもできる。
【0022】
図５は、従来技術のモニタリング機能付きＲＧＢカプラの別の構成を示す図である。図５の光源は、第１～第３のＬＤ３０１１～３０１３と、ＰＬＣ型のＲＧＢカプラ３１０と、ＲＧＢカプラ３１０に光学的に接続された第１～第３のＰＤ３０２１～３０２３とを備えている。ＲＧＢカプラ３１０は、第１～第３のＬＤに対応した入力導波路３１１１～３１１３と、導波路を伝搬する光を２分岐する第１～第３の分岐部３１２１～３１２３と、第１～第３の分岐部３１２１～３１２３でそれぞれ分岐された一方の光を合波する合波部３１４と、合波された光を出力する出力導波路３１５とを含む。
【0023】
さらに、ＲＧＢカプラ３１０は、第１～第３の分岐部３１２１～３１２３でそれぞれ分岐された他方の光を、第１～第３のモニタリング用合波部３１６１～３１６３のそれぞれに出力する第１～第３のモニタリング用導波路３１３１～３１３３と、第１～第３のモニタリング用合波部３１６１～３１６３の出力を、対応するＰＤ３０２１～３０２３に出力する第１～第３のモニタリング用導波路３１７１～３１７３とを含む。
【0024】
図５に示した光源の構成では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光を合波する前にそれぞれ個別の分岐部３１２１～３１２３で分岐している。したがって、２つの分岐部の構成を色毎に適合させれば分岐比の値を均一化できるし、分岐部で分岐したモニタリング光を対応するＰＤに直接入力することもできる。しかしながらモニタリング光を対応するＰＤに直接入力すると、モニタリング値に対して、ＲＧＢ合波光３０３を出力する合波部３１４の特性が反映されない。このため図５の従来技術の構成では、分岐光に対して合波部３１４と同じ構成のダミーのモニタリング用合波部３１６１～３１６３を経由させている。図５のＲＧＢカプラの構成では各色のための専用ＰＤが３つと、同一構成の３入力合波部が４つ必要となり、光源の全体構成はより複雑で大型なものとなる。
【0025】
図５のような複雑な光回路の構成をとらずに、分岐部２１２の波長依存性の問題を回避する方法を検討するにあたって、３色の分岐比がＲの波長で著しく大きい値側に逸脱していることに着目した。ＬＤを使用した実際の映像装置では、最も色再現の良いＲＧＢ波長の組み合わせがあるが、実際のところは、量産しやすいＬＤのＲ、Ｇ、Ｂの各波長で決まっている。例えば、Ｂ（青）は４４５ｎｍ、Ｇ（緑）は５１５～５２０ｎｍ、Ｒ（赤）は６３８ｎｍ近辺のものが量産されている。Ｂは短波長ほど目にダメージを与えるため、より長波側（Ｇに近い）のものが使用されても、ＢとＧの波長が離れることはない。そこで、発明者らは、ＲとＧおよびＢの分岐を別々に行う着想を得た。検出器であるＰＤの数を図４のＲＧＢカプラの構成と同様に１つのままとして光源全体の構成の簡素さを維持しながら、分岐部の波長依存性の問題を解消または著しく軽減する光合波回路の構成を見出した。
【0026】
本開示の光合波回路および光源は、Ｒの波長光を分岐する第１の分岐部と、ＧおよびＢの合波光を分岐する第２の分岐部とを備え、Ｒの単色の分岐と、ＧおよびＢの合波光の分岐とを、独立して行う。したがってＬＤからのＧおよびＢの各光は、分岐する前にまず前置の合波部によって合波される。分岐された各波長の光は、主合波部によって合波され、ＲＧＢの合波光を出力する。２つの分岐部からの２つの分岐光を単一のＰＤによって検出する。Ｒの単色の分岐およびＧおよびＢの合波光の分岐を独立して行うことで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３波長間で分岐比を均一化する一方、単一のＰＤによって受光して各光のレベルをモニタリングする。本開示の光源を、時分割で３つの光源を制御する映像装置と組み合わせることで、ホワイトバランスなどの映像調整の処理を大幅に簡素化できる。
【0027】
[第１の実施形態]
図６は、本開示の第１の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第１の実施形態の光源４００は、第１～第３のＬＤ４０１１～４０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ４１０と、ＲＧＢカプラ４１０に光学的に接続されたＰＤ４０２とを備えている。ＲＧＢカプラ４１０は、第１～第３のＬＤに対応した入力導波路４１１１～４１１３と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波する主合波部４１６（合波部２）と、合波された光４０３を出力する出力導波路４１７とを含む。本開示のＲＧＢカプラ４１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を主合波部４１６で合波する前に、Ｒ専用の第１の分岐部４１３およびＧＢ用の第２の分岐部４１４によって、別々に分岐する。ＧおよびＢの分岐に先立って、第２のＬＤ４０１２、第３のＬＤ４０１３からのＧおよびＢの各光を前置合波部４１２（合波部１）によって合波する。合波されたＧＢ光が、第２の分岐部４１４によって分岐される。
図６は、本開示の第１の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第１の実施形態の光源４００は、第１～第３のＬＤ４０１１～４０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ４１０と、ＲＧＢカプラ４１０に光学的に接続されたＰＤ４０２とを備えている。ＲＧＢカプラ４１０は、第１～第３のＬＤに対応した入力導波路４１１１～４１１３と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波する主合波部４１６（合波部２）と、合波された光４０３を出力する出力導波路４１７とを含む。本開示のＲＧＢカプラ４１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を主合波部４１６で合波する前に、Ｒ専用の第１の分岐部４１３およびＧＢ用の第２の分岐部４１４によって、別々に分岐する。ＧおよびＢの分岐に先立って、第２のＬＤ４０１２、第３のＬＤ４０１３からのＧおよびＢの各光を前置合波部４１２（合波部１）によって合波する。合波されたＧＢ光が、第２の分岐部４１４によって分岐される。
【0028】
Ｒ専用の第１の分岐部４１３で分岐されたＲ光は、一方が分岐導波路４１５１を経て主合波部４１６へ、他方がモニタリング用導波路４１８１を経てＰＤ４０２へ供給される。ＧおよびＢのための第２の分岐部４１４で分岐されたＧＢ光は、一方が分岐導波路４１５２を経て主合波部４１６へ、他方がモニタリング用導波路４１８２を経てＰＤ４０２へ供給される。ＲＧＢカプラ４１０は、光合波回路として機能する。
【0029】
２本のモニタリング用導波路４１８１、４１８２は、例えば導波路間隔を３０μｍ程度まで近接させることができるの、単一のＰＤ４０２によって２本のモニタリング用導波路からの分岐光を受光することができる。すなわち、第１のモニタリング用導波路４１８１および第２のモニタリング用導波路４１８２は、ＰＬＣ回路の基板一辺の端面において、それぞれ、互いに近接して並置された終端部を有している。通常のＰＤのサイズは０．７５ｍｍ角程度あり、２本の導波路からの光を１つのＰＤで受光可能である。したがって、図４に示した従来技術の構成と同様に、単一のＰＤでモニタリングができる。
【0030】
したがって本開示の光合波回路４１０は、第１の波長の光を分岐する第１の分岐部４１３と、第２の波長の光および第３の波長の光を合波する前置合波部４１２と、合波された前記第２の波長の光および前記第３の波長の光を分岐する第２の分岐部４１４と、前記第１の分岐部からの一方の分岐光および前記第２の分岐部からの一方の分岐光を合波する主合波部４１６と、前記主合波部からの合波光を出力する出力導波路４１７と、前記第１の分岐部からの他方の分岐光を出力する第１のモニタリング用導波路４１８１と、前記第２の分岐部からの他方の分岐光を出力する第２のモニタリング用導波路４１８２とを備えたものとして実施できる。
【0031】
本開示の光回路、すなわちＲＧＢカプラ４１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を分岐するのに、Ｒ専用の第１の分岐部４１３およびＧＢ用の第２の分岐部４１４を用いて別々に分岐している点で、図４の従来技術の構成と相違する。従来技術の図４では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波した後に、ＲＧＢ光を単一の分岐部で分岐していたが、分岐比の波長依存性が著しかった。これに対して本開示の光回路では、Ｒ専用の第１の分岐部４１３でＲの波長光のみを単色で分岐し、ＧＢ用の第２の分岐部４１４では、ＧおよびＢの合波光を分岐する。分岐部を２つに分けることで、Ｒの波長帯、ＧおよびＢの波長帯における分岐比を別々に設定できる。上述のように、単一の分岐部によってＲＧＢの３色を分岐すれば、分岐比は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２３：５：１のように非常に不均一となり、特にＲの波長における分岐比がＧおよびＢの波長における分岐比と比べて大きくなる。しかしながら図６のように、分岐部を２つに分けることで、各波長に対して分岐構造を最適化して、分岐比の波長依存性を大幅に抑えることができる。
【0032】
図６のように分岐部を２つの分けるためには、第２のＬＤ４０１２、第３のＬＤ４０１３からのＧおよびＢの各光を、予め前置合波部４１２によって合波しておく必要がある。図４の構成と比較すれば、ＲＧＢカプラ４１０内で分岐部を２つとし、前置合波部４１２を追加する必要がある。しかし、光源およびＰＤとのインタフェースは変わらず、ＰＬＣのチップ面積がやや増えるだけで済む。２つの分岐部４１３、４１４で、分岐側結合率を適切に設定することは簡単である。ＧＢ用の第２の分岐部４１４では、ＧおよびＢの波長間の波長依存性を高々２：１程度まで抑えることができるので、Ｒ、Ｇ、Ｂの３波長間での分岐比の偏差は２倍以内に抑えることができる。さらに、ＧＢ用の第２の分岐部４１４よりもＲ専用の第１の分岐部４１３の分岐比を小さく設定すれば、分岐比の波長依存性をＲ：Ｇ：Ｂ＝１：１：０．５程度にすることができる。
【0033】
図４の従来技術の構成では、３波長間の偏差は２３倍（２６ｄＢ）にも達していたのに対し、図６の本開示の光合波回路の構成によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長におけるＰＤでのモニタリング値偏差を２倍（６ｄＢ）以内に抑えることができる。ＰＤ４０２におけるモニタリング電気信号を、増幅・減衰などの物理的な変換なしに、映像装置側でそのまま使用することもできる。また、映像装置側でわずかな補正を加えるだけでモニタリング信号を使用可能で、装置側のモニタリング機能として、ＰＤ４０２の検出信号は各段に利用し易くなる。ＰＤ４０２におけるモニタリング信号の具体的な利用方法についは、後述する。
【0034】
上述のように、第１の実施形態のモニタリング機能付き光源では、ＲＧＢ光を合波する前に、Ｒ光専用の第１の分岐部４１３でＲの光のみを単色で分岐し、ＧＢ光用の第２の分岐部４１４で、ＧおよびＢの合波光を分岐する。さらに、２つの分岐光を単一のＰＤで受光することで、小型で簡素な構成のままでＲＧＢ間の分岐比偏差を大幅に抑え、利用しやすいモニタリング信号を提供する。
【0035】
[第２の実施形態]
上述の第１の実施形態では、ＲＧＢ間の分岐比の偏差を大幅に抑えることができるが、ＰＤ４０２で受光されるモニタリング用の各分岐光に着目すると、Ｒの分岐光については主合波部４１６を経由していない。したがってＲ光のモニタリング出力に対しては、ＲＧＢ合波光４０３が主合波部４１６によって受ける合波特性（例えば波長依存性）が反映されていない。ＧおよびＢのモニタリング出力も主合波部４１６を経由していないが、前置合波部４１２を経由している。したがって、２つの合波部４１２、４１６が同一の特性であれば、ＧおよびＢのモニタリング出力に対しては、ＲＧＢ合波光４０３の特性が反映されていることになる。
上述の第１の実施形態では、ＲＧＢ間の分岐比の偏差を大幅に抑えることができるが、ＰＤ４０２で受光されるモニタリング用の各分岐光に着目すると、Ｒの分岐光については主合波部４１６を経由していない。したがってＲ光のモニタリング出力に対しては、ＲＧＢ合波光４０３が主合波部４１６によって受ける合波特性（例えば波長依存性）が反映されていない。ＧおよびＢのモニタリング出力も主合波部４１６を経由していないが、前置合波部４１２を経由している。したがって、２つの合波部４１２、４１６が同一の特性であれば、ＧおよびＢのモニタリング出力に対しては、ＲＧＢ合波光４０３の特性が反映されていることになる。
【0036】
このようにＰＤ４０２で受光される分岐光の内で、Ｒの分岐光は、主合波部４１６における実際の合波特性を経て得られるＲＧＢ合波光４０３を正確に反映していない。モニタリングの対象である実際のＲＧＢ合波光を正確に反映していない点で、ＲＧＢカプラの最終部で分岐していた図４の構成よりもやや不利である。そこで本実施形態の光合波回路では、第１の実施形態を改良して、主合波部の特性を反映させた構成を提示する。
【0037】
図７は、本開示の第２の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第２の実施形態の光源５００は、第１～第３のＬＤ５０１１～５０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ５１０と、ＲＧＢカプラ５１０に光学的に接続されたＰＤ５０２とを備えている。ＲＧＢカプラ５１０は、第１～第３のＬＤ５０１１～５０１３に対応した入力導波路５１１１～５１１３と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波する主合波部５１６（合波部２）と、合波された光５０３を出力する出力導波路５１７とを含む。ＲＧＢカプラ５１０は、光合波回路として機能する。
【0038】
第２の実施形態でも、ＲＧＢカプラ５１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を主合波部５１６で合波する前に、Ｒ専用の第１の分岐部５１３およびＧＢ用の第２の分岐部５１４によって、別々に分岐する。ＧおよびＢの分岐に先立って、第２のＬＤ５０１２、第３のＬＤ５０１３からのＧおよびＢの各光を前置合波部５１２（合波部１）で合波するのも第１の実施形態と同様である。第１の実施形態との相違点は、分岐部５１３によって分岐されたＲ光の分岐光の一方が導波路５１５１を経て主合波部５１６へ供給され、他方がモニタリング用導波路５１８１からダミーの合波部５１９（合波部３）を経てＰＤ５０２へ供給される点にある。すなわち第２の実施形態は、第１の実施形態の構成に加え、第１のモニタリング用導波路５１８１、５２０の途中に配置され、前記主合波部５１６と同一の構成を有するモニタリング用合波部であるダミー合波部５１９（合波部３）を備えている。
【0039】
ＧおよびＢのための第２の分岐部５１４で分岐されたＧＢ光は、一方が分岐導波路５１５２を経て主合波部５１６へ、他方がモニタリング用導波路５１８２を経てＰＤ５０２へ供給される。ダミー合波部５１９からモニタリング用導波路５２０を経たＲ光の分岐光、および、モニタリング用導波路５１８２からのＧＢ光の分岐光が、ＰＤ５０２で受光される。
【0040】
図７の光合波回路の構成により、Ｒ光のＰＤ側への分岐光は、主合波部５１６と同一構成のダミー合波部５１９を経由することで、ＲＧＢ合波光５０３と同様の透過特性（合波特性）を経ることになる。例えば、合波特性に波長依存性があっても、モニタ対象のＲＧＢ合波光に生じた波長間のバランスのずれが、ＰＤでの各光のモニタリング検出値にも反映される。３つの合波部５１２、５１６、５１９を同じ構成の合波部とすることで、ＰＤで受光されるモニタリング用の各分岐光は、実際のＲＧＢ合波光５０３が受ける合波特性と同じ特性を反映しており、ＲＧＢ合波光５０３のより正確なモニタリングが可能となる。
【0041】
第１の実施形態の光合波回路と比べて、合波部がさらに１つ追加されるが、ＲＧＢ間の分岐比の偏差を従来技術と比べて大幅に抑えるとともに、モニタリング出力に対して実際のＲＧＢ合波光の特性をより正確に反映させることができる。
【0042】
[第３の実施形態]
上述の第１の実施形態および第２の実施形態いずれの光合波回路も、複数の合波部を含んでいる。したがって、合波部で合波されなかった光は迷光となり、光回路の出射部におけるＲＧＢ光のビームに迷光が掛かれば、ビームプロファイルを乱すことになる。迷光は、ＬＤからの出力が入力導波路に結合できずに、ＲＧＢカプラ内部に漏れ出した光、合波部において合波し切れなかった光または漏れ出した光、合波部の捨てポートを介してＲＧＢカプラ内部に漏れ出した光などを含む。本実施形態は、迷光の影響を最小にするために合波部の配置をＲＧＢ合波光の出射方向から傾けている。
上述の第１の実施形態および第２の実施形態いずれの光合波回路も、複数の合波部を含んでいる。したがって、合波部で合波されなかった光は迷光となり、光回路の出射部におけるＲＧＢ光のビームに迷光が掛かれば、ビームプロファイルを乱すことになる。迷光は、ＬＤからの出力が入力導波路に結合できずに、ＲＧＢカプラ内部に漏れ出した光、合波部において合波し切れなかった光または漏れ出した光、合波部の捨てポートを介してＲＧＢカプラ内部に漏れ出した光などを含む。本実施形態は、迷光の影響を最小にするために合波部の配置をＲＧＢ合波光の出射方向から傾けている。
【0043】
図８は、本開示の第３の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第３の実施形態の光源６００は、第１～第３のＬＤ６０１１～６０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ６１０と、ＲＧＢカプラ６１０に光学的に接続されたＰＤ６０２とを備えている。ＲＧＢカプラ６１０は、第１～第３のＬＤに対応した入力導波路６１１１～６１１３と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波する主合波部６１６（合波部２）と、合波された光５０３を出力する出力導波路６１７とを含む。ＲＧＢカプラ６１０は、光合波回路として機能する。
【0044】
第３の実施形態のＲＧＢカプラ６１０は、第２の実施形態のＲＧＢカプラ５１０と同一の構成要素、すなわち前置合波部６１２、主合波部６１６、ダミー合波部（モニタリング用合波部）６１９、Ｒ専用の第１の分岐部６１３およびＧＢ用の第２の分岐部６１４を有している。各要素の相互の接続関係も第２の実施形態と同じなので、詳細な説明は省略する。第２の実施形態のＲＧＢカプラとの相違点は、前置合波部６１２およびダミー合波部６１９の配置の向きと、導波路の交差位置にある。合波器では、その出力ポートから出射方向に対して斜め方向における迷光の発生が多い。そこで、前置合波部６１２およびダミー合波部６１９の出力導波方向（出力光の出射方向）をそれぞれ、主合波部６１６の出力導波方向よりも斜めに傾けている。図８では２つの合波部６１２、６１９の向きを傾けているが、いずれか一方だけを傾けて配置しでも良い。
【0045】
２つの合波部６１２、６１９を傾けることで、ＲＧＢ合波光６０３の方向（図８の横方向）から、２つの合波部の出射方向をずらして、ＲＧＢ出力光へ迷光が結合するのを抑えることができる。さらに図８における光源から出射部へ至る方向（横方向）のチップサイズを小型化できるメリットがある。通常、ＰＬＣで構成したＲＧＢカプラでは、チップの一辺にＬＤと光結合し、その一辺に対向する辺からＲＧＢ合波光６０３を出射する。したがって、ＲＧＢ合波光６０３に沿った方向のチップが長くなるが、図８のように２つの合波部の出射方向をずらして、ＲＧＢ合波光６０３の出射方向のチップサイズを小型化できる。
【0046】
[第４の実施形態]
前述の第３の実施形態では、一部の合波部の向きをＲＧＢ合波光の出射方向から傾けることで、合波部からの迷光がＲＧＢ合波出力に結合するのを抑えることができるが、合波部の向きを傾けるために、合波部を接続する導波路を曲げる必要がある。導波路を曲げる場合、導波路の曲げ部分において逆に漏れ光が生じてしまう場合がある。このような場合には、合波部の向きをＲＧＢ合波出力の出射方向に沿った状態のままとして、チップの端部におけるＲＧＢ合波光の出射位置をずらすこともできる。
前述の第３の実施形態では、一部の合波部の向きをＲＧＢ合波光の出射方向から傾けることで、合波部からの迷光がＲＧＢ合波出力に結合するのを抑えることができるが、合波部の向きを傾けるために、合波部を接続する導波路を曲げる必要がある。導波路を曲げる場合、導波路の曲げ部分において逆に漏れ光が生じてしまう場合がある。このような場合には、合波部の向きをＲＧＢ合波出力の出射方向に沿った状態のままとして、チップの端部におけるＲＧＢ合波光の出射位置をずらすこともできる。
【0047】
図９は、本開示の第４の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第４の実施形態の光源７００は、第１～第３のＬＤ７０１１～７０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ７１０と、ＲＧＢカプラ７１０に光学的に接続されたＰＤ７０２とを備えている。ＲＧＢカプラ７１０は、第１～第３のＬＤに対応した入力導波路７１１１～７１１３と、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を合波する主合波部７１６（合波部２）と、合波された光７０３を出力する出力導波路７１７とを含む。ＲＧＢカプラ７１０は、光合波回路として機能する。
【0048】
図８に示した第３の実施形態のＲＧＢカプラ６１０との相違点は、ＲＧＢ合波光７０３を出射する出力導波路７１７の構成のみにある。本実施形態のＲＧＢカプラ７１０では、主合波部７１６からの出力導波路の終端を、出力点の延長線上からチップの端部に沿ってずらしている。すなわち、出力導波路７１７は、主合波部７１６の出力点から導波方向へ伸ばした延長線７２１からずれた位置７２２にその終端部を有する。
【0049】
図９の例では主合波部７１６の光入出力の向きとチップの４辺の向きは一致している。しかしながら、ＲＧＢ合波光を出射する主合波部の向きがチップの４辺に対して傾いている場合も、主合波部の出力点の延長線７２１とチップの端部の交点から、出力導波路の終端位置をずらしても良い。この場合は、延長線とチップの辺は直交していないので、チップ端面で導波路が垂直に終端されるよう、終端部近傍で出力導波路を曲げることになる。
【0050】
このような出力導波路７１７の構成は、第１の実施形態の出力導波路４１７、第２の実施形態の出力導波路５１７、第３の実施形態の出力導波路６１７にもそのまま適用できる。
【0051】
[第５の実施形態]
図１０は、本開示の第５の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第５の実施形態の光源８００は、第１の実施形態の光源４００と同一であり、ＰＤ８０３の実装方法のみ異なる。したがって、ＰＤの実装方法に絞って説明する。光源８００では、２本のモニタリング用導波路４１８１、４１８２の出射端において、入射した光の光路を９０°変換する、跳ね上げミラー８０４が設けられている。
図１０は、本開示の第５の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第５の実施形態の光源８００は、第１の実施形態の光源４００と同一であり、ＰＤ８０３の実装方法のみ異なる。したがって、ＰＤの実装方法に絞って説明する。光源８００では、２本のモニタリング用導波路４１８１、４１８２の出射端において、入射した光の光路を９０°変換する、跳ね上げミラー８０４が設けられている。
【0052】
図１１は、モニタリング用導波路の出射端およびＰＤ近傍の断面構造を示す図である。図１０のＸＩ－ＸＩ線で、ＰＬＣの基板面に垂直に切って見た断面を示している。ＲＧＢカプラ４１０は、基板８０１上にアンダークラッド層８０２とコア層とが順に積層され、コア層に、導波路、分岐部、合波部などの光回路が形成される。最後に、これら形成された光回路を覆うように、オーバークラッド層８０５が形成される。
【0053】
本実施形態では表面実装タイプのＰＤ８０３を使用している。モニタリング用導波路４１８１、４１８２から出射した光を跳ね上げミラー８０５を用いて基板上方に反射し、ＰＤ８０３に入射させている。跳ね上げミラー８０５は、Ｓｉなどを用いて別途作成した４５°の傾斜面を有する基板をＲＧＢカプラ４１０の出射端面に貼り付けている。このほか、基板を４５°に傾けてドライエッチングし、モニタリング用導波路の途中に、４５°の傾斜面を作り込む方法によっても作製できる。
【0054】
第５の実施形態の光源の構成によれば、ＬＤ４０１１～４０１３の出射面と対向しないようにＰＤ８０３を配置できるため、ＰＤ８０３に迷光が入射し難いとともに、光源８００の実装面積を小さくすることができる。もちろん、図１０および図１１に示した第５の実施形態の光源のＰＤ実装方法は、これまで述べた第１～第４のいずれの実施形態にも適用できることは明らかである。
【0055】
[第６の実施形態]
図１２は、本開示の第６の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第６の実施形態の光源９００は、ＰＤ９０２の配置位置を除いて第１の実施形態の光源４００と同一である。第１の実施形態の光源９００は、第１～第３のＬＤ９０１１～９０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ９１０と、ＲＧＢカプラ９１０に光学的に接続されたＰＤ９０２とを備えている。ＲＧＢカプラ９１０の構成は、２本のモニタリング用導波路９１８１、９１８２を９０°の光路変換用の曲げ導波路として、ＲＧＢ合波光９０３の出力導波路９１７のチップ上の辺とは異なる直交する辺で終端している。
図１２は、本開示の第６の実施形態のモニタリング機能付き光源の構成を示す図である。第６の実施形態の光源９００は、ＰＤ９０２の配置位置を除いて第１の実施形態の光源４００と同一である。第１の実施形態の光源９００は、第１～第３のＬＤ９０１１～９０１３と、ＰＬＣ型の光回路であるＲＧＢカプラ９１０と、ＲＧＢカプラ９１０に光学的に接続されたＰＤ９０２とを備えている。ＲＧＢカプラ９１０の構成は、２本のモニタリング用導波路９１８１、９１８２を９０°の光路変換用の曲げ導波路として、ＲＧＢ合波光９０３の出力導波路９１７のチップ上の辺とは異なる直交する辺で終端している。
【0056】
第１～第４の各実施形態で示したように、３つのＬＤの出射面と対向するようにＰＤを配置すると、ＰＤに迷光が入射してしまい、正確なモニタリング値が得られない可能性がある。そこで本実施形態の光源およびＲＧＢカプラでは、ＬＤとＰＤとが対向しないように、２本のモニタリング用導波路９１８１、９１８２を、９０°の光路変換用の曲げ導波路とした。３つのＬＤからの各光の出射方向および主合波部９１６からの光の出射方向が、ＰＤ９０２における光の入射方向に対して概ね垂直となるように構成することにより、迷光がＰＤ９０２に入射することを回避することができる。
【0057】
本実施形態のモニタリング用導波路を９０°の光路変換用の曲げ導波路とする構成は、上述の第１～第５のいずれの実施形態に対しても適用できるのは言うまでもない。
【0058】
これまで述べた各実施形態のモニタリング機能付き光源は、単一のＰＤによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光をモニタリングすることができる。ＰＤで検出される各色の光は分岐比の偏差が最大でも２倍（６ｄＢ以内）以内に抑えることができるので、事前に分岐比の波長間バラツキの値を知っていることで、本開示の光源を使用する装置側でＰＤでの検出値を、簡単に補正することができる。ＰＤによる検出信号値は、３色間で高々６ｄＢ程度の差異しかないので、ＰＤからの検出電気信号を、色毎に物理的に変更(増幅・減衰)する必要も無い。上述の各実施形態のＲＧＢカプラでは、一例として分岐比をメイン：モニタリング＝９：１程度としている。モニタリング導波路で観測される光レベルのバラツキは６ｄＢ以内の偏差にとどまっており、ＰＤの検出ダイナミックレンジに関しても、特別な仕様のものは不要である。ＲＧＢ光源としての低コスト化に役立つ。
【0059】
さらに、本開示の光源を使用する映像装置において、実際の映像信号として使用されない時間に、Ｒ光源、Ｇ光源、Ｂ光源を別々の時間で単独で動作させれば、単色に対してモニタリング値を得ることもできる。これによって、単色のＬＤからの校正された既知の出力レベルと、ＰＤによるモニタリング値を正確に対応付ける（校正）ことができる。例えば、映像としてユーザには表示されない周辺エリアの映像信号の掃引時刻において、単一の光源のみを発光させることができる。映像信号のスキャン毎の所定の測定期間に、また一定回数のスキャンで複数回の測定を繰り返して、各色単独のモニタリング値を容易に得ることができる。通常、ＰＤやＬＤの応答速度は数μ～数十μｓｅｃ程度あり、上述の映像信号のフレーム速度に比べれば十分高速である。したがって、実際の映像の表示に影響を与えないで、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の単色によるモニタリングが可能である。本開示の光合波回路および光源は、組み合わせて使用する装置によって各ＬＤを時分割で制御する動作と連動させることで、ＬＤ光の非常に精度の高いモニタリングが可能となり、ホワイトバランスの調整精度を上げることができる。
【0060】
以上詳細に述べたように、本開示の光合波回路、光源により、分岐比の波長依存性の問題を解消または軽減し、映像装置で利用し易いモニタリング機能を実現する。
【産業上の利用可能性】
【0061】
本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。
【符号の説明】
【0062】
１～３、２１～２３、２０１１～２０１３、３０１１～３０１３、４０１１～４０１３、５０１１～５０１３、６０１１～６０１３、７０１１～７０１３、９０１１～９０１３
ＬＤ
１３～１５、２０２、３０２１～３０２３、４０２、５０２、６０２、７０２、８０３、９０２ ＰＤ
３１～３３、１０１～１０３、２１１１～２１１３、３１１１～３１１３、４１１１～４１１３、５１１１～５１１３、６１１１～６１１３、７１１１～７１１３、９１１１～９１１３ 入力導波路
３６、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、９０３ ＲＧＢ合波光
１０６、２１５、３１５、４１７、５１７、６１７、７１７、９１７ 出力導波路
２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００ モニタリング機能付き光源
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０ ＲＧＢカプラ
２１２、３１２１～３１２３、４１３、４１４、５１３、５１４、６１３、６１４、７１３、７１４、９１３、９１４ 分岐部
２１３、３１７１～３１７３、４１８１、４１８２、５１８１、５１８２、５２０、６１８１、６１８２、６２０、７２０、９１８１、９１８２ モニタリング導波路
２１４、３１４、４１６、５１６、６１６、７１６、９１６ 主合波部
３１６１～３１６３、５１９、６１９、７１９、９１９ ダミー合波部（モニタリング合波部）
４１２、５１２、６１２、７１２、９１２ 前置合波部
８０４ 跳ね上げミラー
ＬＤ
１３～１５、２０２、３０２１～３０２３、４０２、５０２、６０２、７０２、８０３、９０２ ＰＤ
３１～３３、１０１～１０３、２１１１～２１１３、３１１１～３１１３、４１１１～４１１３、５１１１～５１１３、６１１１～６１１３、７１１１～７１１３、９１１１～９１１３ 入力導波路
３６、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、９０３ ＲＧＢ合波光
１０６、２１５、３１５、４１７、５１７、６１７、７１７、９１７ 出力導波路
２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００ モニタリング機能付き光源
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０ ＲＧＢカプラ
２１２、３１２１～３１２３、４１３、４１４、５１３、５１４、６１３、６１４、７１３、７１４、９１３、９１４ 分岐部
２１３、３１７１～３１７３、４１８１、４１８２、５１８１、５１８２、５２０、６１８１、６１８２、６２０、７２０、９１８１、９１８２ モニタリング導波路
２１４、３１４、４１６、５１６、６１６、７１６、９１６ 主合波部
３１６１～３１６３、５１９、６１９、７１９、９１９ ダミー合波部（モニタリング合波部）
４１２、５１２、６１２、７１２、９１２ 前置合波部
８０４ 跳ね上げミラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】