特許 7617416 発光装置

(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】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/32 20060101AFI20250110BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20250110BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20250110BHJP

   H01S 5/0225 20210101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

G02B6/32

G02B6/12 301

G02B6/42

H01S5/0225

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021074752

(22)【出願日】2021-04-27

(65)【公開番号】P2022169006

(43)【公開日】2022-11-09

【審査請求日】2024-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100125922

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100184985

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100202197

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 成康

(74)【代理人】

【識別番号】100218981

【弁理士】

【氏名又は名称】武田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】宮田 忠明

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０７８７３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１９４５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２８４０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０９０３３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１８４１０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／２６１２３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８７７１９（ＪＰ，Ａ）

(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

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定方向に沿って配列された複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードから出射された光を、それぞれ、導波させる複数の光導波路を有する平面光波回路と、
前記複数の光導波路から出射された前記光が入射するレンズと、
を備え、
前記複数のレーザダイオードは、第１ピーク波長で発振する第１レーザダイオードと、前記第１ピーク波長よりも長い第２ピーク波長で発振する第２レーザダイオードとを含み、
前記複数の光導波路は、前記第１レーザダイオードから出射された第１光を第１光入射端から入射させ、第１光出射端から出射する第１光導波路と、前記第２レーザダイオードから出射された第２光を第２光入射端から入射させ、第２光出射端から出射する第２光導波路とを含み、
前記第１光出射端と前記第２光出射端との中心間距離は、前記第１光入射端と前記第２光入射端との中心間距離よりも短く、
前記第１光出射端は、前記第１光を、前記第１光出射端の法線方向に対して傾斜した第１方向に屈折させて出射し、
前記第２光出射端は、前記第２光を、前記第２光出射端の法線方向に対して傾斜した第２方向に屈折させて出射し、
前記第１方向における前記第１光出射端から前記レンズの表面までの第１距離は、前記第２方向における前記第２光出射端から前記レンズの表面までの第２距離よりも短く、
平面視において、前記第１光導波路の導波方向は、前記第１光出射端の法線方向に対して第１角度で交差し、前記第２光導波路の導波方向は、前記第２光出射端の法線方向に対して第２角度で交差し、前記第１角度は前記第２角度よりも小さく、
前記第１光導波路の前記第１光出射端に接続する部分と、前記第２光導波路の前記第２光出射端に接続する部分とは、互いに非平行である、発光装置。

【請求項2】

前記第１方向と前記第２方向は同じ方向である、請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記平面光波回路は、
前記第１光入射端および前記第２光入射端を含む光入射面と、
前記第１光出射端および前記第２光出射端を含む光出射面を有し、
前記光出射面の法線方向は、前記レンズの光軸方向に対して傾斜している、請求項１または２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記レンズの光軸方向は、前記所定方向に対して傾斜している。請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項5】

平面視において、前記平面光波回路の前記光出射面は、１または複数の段差を有している、請求項３に記載の発光装置。

【請求項6】

前記第１光出射端と前記第２光出射端との中心間距離は、２μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項7】

前記複数のレーザダイオードは、前記第２ピーク波長よりも長い第３ピーク波長で発振する第３レーザダイオードを含み、
前記複数の光導波路は、前記第３レーザダイオードから出射された第３光を第３光入射端から入射させ、第３光出射端から出射する第３光導波路を含み、
前記第２光出射端と前記第３光出射端との中心間距離は、前記第２光入射端と前記第３光入射端との中心間距離よりも短く、
前記第３光出射端は、前記第３光を、前記第３光出射端の法線方向に対して傾斜した第３方向に屈折させて出射し、
前記第２距離は、前記第３光出射端から前記第３方向における前記レンズの表面までの第３距離よりも短い、請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項8】

前記第１方向と前記第２方向と前記第３方向は同じ方向である、請求項７に記載の発光装置。

【請求項9】

前記第１ピーク波長、前記第２ピーク波長、および前記第３ピーク波長は、いずれも、可視光域に含まれる、請求項７に記載の発光装置。

【請求項10】

前記複数のレーザダイオードは、前記第１ピーク波長、第２ピーク波長、および第３ピーク波長のいずれとも異なる第４ピーク波長で発振する第４レーザダイオードを含み、
前記複数の光導波路は、前記第４レーザダイオードから出射された第４光を第４光入射端から入射させ、第４光出射端から出射する第４光導波路を含む、請求項７に記載の発光装置。

【請求項11】

前記第１ピーク波長、前記第２ピーク波長、前記第３ピーク波長、および前記第４ピーク波長は、いずれも、可視光域に含まれる、請求項１０に記載の発光装置。

【請求項12】

前記第４ピーク波長は、７８０ｎｍから２０００ｎｍの範囲にある、請求項１０に記載の発光装置。

【請求項13】

前記第１ピーク波長は、４００ｎｍから４９５ｎｍの範囲にあり、
前記第２ピーク波長は、４９５ｎｍから６００ｎｍの範囲にあり、
前記第３ピーク波長は、６００ｎｍから７５０ｎｍの範囲にある、請求項７から１２のいずれか１項に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザダイオード（半導体レーザ素子）を備える発光装置の用途は、様々な分野に拡大しつつある。特許文献１は、複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を光導波路アレイによって変調して感光材料に記録する装置を記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１８９７０５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、レーザダイオード（ＬＤ）単体では達成不可能な発光点ピッチと発光位置を実現し、小型化可能な発光装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の発光装置は、例示的な実施形態において、所定方向に沿って配列された複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードから出射された光を、それぞれ、導波させる複数の光導波路を有する平面光波回路と、前記複数の光導波路から出射された前記光が入射するレンズと、を備える。前記複数のレーザダイオードは、第１ピーク波長で発振する第１レーザダイオードと、前記第１ピーク波長よりも長い第２ピーク波長で発振する第２レーザダイオードとを含む。前記複数の光導波路は、前記第１レーザダイオードから出射された第１光を第１光入射端から入射させ、第１光出射端から出射する第１光導波路と、前記第２レーザダイオードから出射された第２光を第２光入射端から入射させ、第２光出射端から出射する第２光導波路とを含む。前記第１光出射端と前記第２光出射端との中心間距離は、前記第１光入射端と前記第２光入射端との中心間距離よりも短い。前記第１光出射端は、前記第１光を、前記第１光出射端の法線方向に対して傾斜した第１方向に屈折させて出射する。前記第２光出射端は、前記第２光を、前記第２光出射端の法線方向に対して傾斜した第２方向に屈折させて出射する。前記第１方向における前記第１光出射端から前記レンズの表面までの第１距離は、前記第２方向における前記第２光出射端から前記レンズの表面までの第２距離よりも短い。

【発明の効果】

【0006】

本開示の実施形態によれば、レーザダイオード（ＬＤ）単体では達成不可能な発光点ピッチと発光位置を実現し、小型化可能な発光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の実施形態における発光装置の構成例を模式的に示す平面図である。

【図2A】図２Ａは、Ｙ軸の負方向側から図１の発光装置の平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）を見た光入射面を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、Ｙ軸の正方向側から図１の発光装置のＰＬＣを見た光出射面を示す図である。

【図3】図３は、実施形態におけるＰＬＣの複数の光出射端から光が屈折されて出射する様子を模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、実施形態におけるＰＬＣの複数の光出射端からレンズの表面までの距離の関係を示す平面図である。

【図5】図５は、本開示の実施形態における発光装置の他の構成例を示す平面図である。

【図6A】図６Ａは、Ｙ軸の負方向側から図５の発光装置のＰＬＣを見た光入射面を示す図である。

【図6B】図６Ｂは、Ｙ軸の正方向側から図５の発光装置のＰＬＣを見た光出射面を示す図である。

【図7】図７は、本開示の実施形態におけるＰＬＣの変形例の一部分を示す平面図である。

【図8】図８は、本開示の実施形態におけるＰＬＣの他の変形例の一部分を示す平面図である。

【図9】図９は、本開示の実施形態における発光装置の更に他の構成例を示す平面図である。

【図10】図１０は、本開示の実施形態における発光装置の更に他の構成例を示す斜視図である。

【図11】図１１は、図１０の発光装置のＹＺ面に平行な断面を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照して、本開示の実施形態における発光装置の基本的な構成例を説明する。図面には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が模式的に示されている。

【0009】

まず、図１を参照する。図１は、本実施形態における発光装置の構成例を模式的に示す平面図である。図１に示す発光装置１０００は、所定方向（図１のＸ軸方向）に沿って配列された複数のレーザダイオード１０を備える。図１では、複数のレーザダイオード１０の形状およびサイズは、相互に等しく記載されているが、形状またはサイズは、互いに異なっていてもよい。図示される例において、複数のレーザダイオード１０は、第１レーザダイオード１０－１と、第２レーザダイオード１０－２と、第３レーザダイオード１０－３とを含む。レーザダイオード１０の個数は、３個に限定されず、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。第１レーザダイオード１０－１は、第１ピーク波長λ１で発振する。第２レーザダイオード１０－２は、第１ピーク波長λ１よりも長い第２ピーク波長λ２で発振する。第３レーザダイオード１０－３は、第２ピーク波長λ２よりも長い第３ピーク波長λ３で発振する。このように本実施形態では、複数のレーザダイオード１０から、それぞれ、異なるピーク波長のレーザ光が出射される。このため、本実施形態に係る発光装置１０００を「多波長光源」と呼ぶことができる。このような多波長光源を、表示装置の光源として使用する場合、第１ピーク波長λ１は、例えば４００ｎｍから４９５ｎｍの範囲にあり、第２ピーク波長λ２は、例えば４９５ｎｍから６００ｎｍの範囲にあり、第３ピーク波長λ３は、例えば６００ｎｍから７５０ｎｍの範囲にあり得る。

【0010】

なお、複数のレーザダイオード１０は、第１ピーク波長λ１、第２ピーク波長λ２、および第３ピーク波長λ３のいずれとも異なる第４ピーク波長λ４で発振する第４レーザダイオードを含んでいてもよい。

【0011】

第１ピーク波長λ１、第２ピーク波長λ２、第３ピーク波長λ３、および第４ピーク波長λ４は、いずれも、可視光域に含まれていてもよいし、いずれかのピーク波長が可視光域外にあってもよい。例えば、第４ピーク波長λ４は、赤外域に含まれる７８０ｎｍから２０００ｎｍの範囲にあってもよい。第４ピーク波長λ４を赤外域の範囲とすることで、センサとすることができ、映像に影響を与えずにセンシングできる。

【0012】

発光装置１０００は、更に、複数のレーザダイオード１０から出射された光を、それぞれ、導波させる複数の光導波路２０を有する平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）２００と、複数の光導波路２０から出射された光が入射するレンズ３０とを備える。複数のレーザダイオード１０とＰＬＣ２００との間にレンズを備えていてもよい。各光導波路２０の構成は、特に限定されず、光導波路として機能するための任意の構成が採用され得る。例えば、ＰＬＣ２００は、基板と、基板上に設けられる導波路コアと、導波路コアを覆うクラッド層とを備える。基板、導波路コア、クラッド層は、シリコンもしくは石英などの無機材料、またはプラスチックもしくは樹脂などの有機材料から形成されている。例えば、基板が無機材料から形成されている場合、導波路コアおよびクラッド層も無機材料から形成され、基板が樹脂材料から形成されている場合、導波路コアおよびクラッド層も樹脂材料から形成され得る。導波路コアおよびクラッド層をポリマーから形成する場合、ポリマーの例は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、および、ポリベンゾイミダゾール系樹脂を含む。なお、ポリイミド系樹脂の例は、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、および、ポリエステルイミド樹脂を含む。

【0013】

導波路コアは周囲の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から形成されており、光閉じ込め効果を発揮することができる。複数の光導波路２０のそれぞれから出射された光は、所定の角度で拡がりながら、それぞれ、図１に示される破線の方向に進行する。

【0014】

レンズ３０は、例えばコリメートレンズである。レンズ３０は、ＰＬＣ２００の複数の光導波路２０から出射された光の拡がりの角度（発散角度）を屈折によって小さくするレンズ面を有している。このようなレンズ面は、レンズ３０の入射側および出射側の少なくとも一方に形成される。レンズ面の形状は球面に限定されず、非球面であってもよい。レンズ３０を透過した光は、厳密な平行ビームを形成している必要はなく、他の光学系との組み合わせにおいて、収束または発散するように構成されていてもよい。図の例において、レンズ３０の光軸方向３２は、レーザダイオード１０が配列される所定方向（Ｘ軸方向）に対して、例えば２５度以上８５度以下の範囲で、傾斜している。またレンズ３０は、開口数（ＮＡ）が０．１以上０．７以下、好ましくは０．２以上０．６以下であり、焦点距離が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

【0015】

複数の光導波路２０から出射されたピーク波長の異なる光は、互いに重なり合ってレンズ３０に入射する。レンズ３０の焦点距離(光の波長が４５５ｎｍのとき)が例えば３ｍｍのとき、レンズ３０に入射した光のビーム径（直径）は、レンズ３０の表面３０Ｓの位置において、例えば０．９ｍｍ以上５ｍｍ以下であり得る。レンズ３０の表面３０Ｓは、レンズ面として機能するような曲面である必要はなく、平面であってもよい。

【0016】

本実施形態において、ＰＬＣ２００が有する複数の光導波路２０は、第１光導波路２０－１と、第２光導波路２０－２と、第３光導波路２０－３とを含む。第１光導波路２０－１は、第１レーザダイオード１０－１から出射された第１光を第１光入射端２２－１から入射させ、第１光出射端２４－１から出射する。第２光導波路２０－２は、第２レーザダイオード１０－２から出射された第２光を第２光入射端２２－２から入射させ、第２光出射端２４－２から出射する。第３光導波路２０－３は、第３レーザダイオード１０－３から出射された第３光を第３光入射端２２－３から入射させ、第３光出射端２４－３から出射する。第４レーザダイオードをさらに有する場合、複数の光導波路２０は、第４レーザダイオードから出射された第４光を第４光入射端から入射させ、第４光出射端から出射する第４光導波路をさらに含み得る。第１～４光は第１～４光入射端に対し、垂直に入射させることが好ましいが、垂直に入射させなくてもよい。

【0017】

ＰＬＣ２００は、第１光入射端２２－１、第２光入射端２２－２、および第３光入射端２２－３を含む光入射面２２０を有する。また、ＰＬＣ２００は、第１光出射端２４－１、第２光出射端２４－２、および第３光出射端２４－３を含む光出射面２４０を有する。本実施形態において、ＰＬＣ２００の光入射面２２０および光出射面２４０は、いずれも、平面視において、直線状に延びている。また、図１に示されるように、ＰＬＣ２００の光出射面２４０の法線方向Ｎ１は、レンズ３０の光軸方向３２に対して傾斜している。図示されている例では、ＰＬＣ２００における光出射面２４０の法線方向Ｎ１は、光入射面２２０の法線方向Ｎ２に対しても傾斜している。言い換えると、ＰＬＣ２００の光入射面２２０と光出射面２４０とは、非平行の関係にある。本開示において、２つの方向が「傾斜している」とは、２つの方向の間の角度が５度以上８５度以下の範囲にあることである。

【0018】

次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照する。図２Ａは、Ｙ軸の負方向側からＰＬＣ２００を見た光入射面２２０を示す図である。図２Ｂは、Ｙ軸の正方向側からＰＬＣ２００を見た光出射面２４０を示す図である。図示される例において、ＰＬＣ２００は、基板２５と、基板２５上に設けられた複数の導波路コア２６と、複数の導波路コア２６を覆うクラッド層２７とを有している。基板２５は、表面にアンダークラッド層を有していてもよい。導波路コア２６を覆うクラッド層２７は、オーバークラッド層として機能する。アンダークラッド層およびオーバークラッド層のそれぞれの厚さは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にある。導波路コア２６の高さ（厚さ）および横幅は、それぞれ、例えば、約１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にある。個々の導波路コア２６の、導波方向に垂直な断面は、概略的に矩形の形状を有している。この断面は、円形または楕円形の形状を有していてもよい。導波路コア２６のサイズは、シングルモードで導波がなされる場合よりも、マルチモードで導波がなされる場合の方が大きい。本実施形態では、シングルモードで導波がなされるように導波路コア２６のサイズが選択される。例えば、光の波長が４５５ｎｍであるとき、導波路コア２６の高さおよび横幅は、いずれも、１μｍ以上３μｍ以下であり得る。

【0019】

図２Ａおよび図２Ｂからわかるように、第１光出射端２４－１と第２光出射端２４－２との中心間距離は、第１光入射端２２－１と第２光入射端２２－２との中心間距離よりも短く、第２光出射端２４－２と第３光出射端２４－３との中心間距離は、第２光入射端２２－２と第３光入射端２２－３との中心間距離よりも短い。第１光出射端２４－１、第２光出射端２４－２、および第３光出射端２４－３のうちの隣り合う光出射端の中心間距離は、ＰＬＣ２００の光出射面２４０における隣り合う発光点の中心間距離に相当する。発光点の中心間距離は、例えば２μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあり得、好ましくは２μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり得る。

【0020】

このようなＰＬＣ２００を用いることにより、ＰＬＣ２００の光出射面２４０における発光点の中心間距離を、素子サイズや実装時の余裕度によって決まる複数のレーザダイオード１０の中心間距離として可能な下限（例えば２５０μｍ）よりも小さくすることができる。発光点の中心間距離を小さくすると、それぞれの発光点から出た光をコリメートするために複数のレンズを用いる必要が無く、１個のレンズによるコリメートが可能になる。これは、複数の発光点をレンズの光軸の近くに配置することが可能になるからである。また、図１の例において、複数のレーザダイオード１０とＰＬＣ２００の光入射面２２０との間にレンズを備えていない場合は、例えば１０μｍ以下のギャップが存在しているだけである。小型化のためには、レーザダイオード１０をＰＬＣ２００の光入射面２２０に近接配置することが望ましい。これらのような構成は、本開示による発光装置をヘッドマウントディスプレイなどの光源として利用する場合にヘッドマウントディスプレイなどを小型化できるため有利である。本開示による発光装置は、例えば、眼鏡状のヘッドマウントディスプレイにおけるツルの部分に搭載され得る。各レーザダイオード１０と光導波路２０との間にマイクロレンズなどの光学素子が配置されてもよい。また、発光装置の小型化を意図しない場合は、各レーザダイオード１０から出射された光を光ファイバによって光導波路２０に結合してもよい。

【0021】

次に図３を参照する。図３は、本実施形態におけるＰＬＣ２００の複数の光出射端２４－１、２４－２、２４－３から光が屈折されて出射する様子を模式的に示す平面図である。本実施形態において、第１光出射端２４－１は、第１光を、第１光出射端２４－１の法線方向Ｎ１１に対して傾斜した第１方向１０１に屈折させて出射する。第２光出射端２４－２は、第２光を、第２光出射端２４－２の法線方向Ｎ１２に対して傾斜した第２方向１０２に屈折させて出射する。第３光出射端２４－３は、第３光を、第３光出射端２４－３の法線方向Ｎ１３に対して傾斜した第３方向１０３に屈折させて出射する。図３の例において、法線方向Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３は、互いに平行である。光出射面２４０は、平面であることが望ましいが、光出射面２４０は必ずしも平面ある必要はなく、法線方向Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３の間に相互に１０度以下の角度が生じていてもよい。

【0022】

図３の平面視において、第１光導波路２０－１の導波方向は、第１光出射端２４－１の法線方向Ｎ１１に対して第１角度θ_ｉ１で交差し、第２光導波路２０－２の導波方向は、第２光出射端２４－２の法線方向Ｎ１２に対して第２角度θ_ｉ２で交差する。第１角度θ_ｉ１は第２角度θ_ｉ２よりも小さい。第３光導波路２０－３の導波方向は、第３光出射端２４－３の法線方向Ｎ１３に対して第３角度θ_ｉ３で交差し、第２角度θ_ｉ２は第３角度θ_ｉ３よりも小さい。第１角度θ_ｉ１、第２角度θ_ｉ２、第３角度θ_ｉ３は、いずれも、０度より大きく、全反射角度よりも小さい。

【0023】

第１光導波路２０－１を導波されてきた光は、第１光出射端２４－１において、固体と空気との界面で屈折して伝搬方向を変化させる。同様に、第２光導波路２０－２および第３光導波路２０－３を導波されてきた光は、それぞれ、第２光出射端２４－２および第３光出射端２４－３において、固体と空気との界面で屈折して伝搬方向を変化させる。

【0024】

第１光出射端２４－１から出射される光と、第１光出射端２４－１の法線方向Ｎ１１との間の角度をθ_ｏ１とする。同様に、第２光出射端２４－２から出射される光と、第２光出射端２４－２の法線方向Ｎ１２との間の角度をθ_ｏ２とする。また、第３光出射端２４－３から出射される光と、第３光出射端２４－３の法線方向Ｎ１３との間の角度をθ_ｏ３とする。このとき、スネルの法則により、下記の関係が成立する。
Ｓｉｎ θ_ｏ１ ＝ （ｓｉｎ θ_ｉ１）ｎ_{ｉ（λ１）}／ｎ_ｏ
Ｓｉｎ θ_ｏ２ ＝ （ｓｉｎ θ_ｉ２）ｎ_{ｉ（λ２）}／ｎ_ｏ
Ｓｉｎ θ_ｏ３ ＝ （ｓｉｎ θ_ｉ３）ｎ_{ｉ（λ２）}／ｎ_ｏ
ここで、ｎ_ｉ（λ）は、波長λにおける光導波路２０の屈折率（例えば、１．４～２．０）であり、ｎ_ｏは気体側の材料（典型的には空気）の屈折率である。光導波路２０は、同じ材料から形成されている必要はない。同じ材料から形成されている場合、それぞれの光導波路２０を導波される光の波長が異なるため、屈折率ｎ_ｉ（λ）は、波長に依存する。この材料が正常分散を有する場合、λ１＜λ２＜λ３であるため、ｎ_{ｉ（λ１）}＞ｎ_{ｉ（λ２）}＞ｎ_{ｉ（λ３）}となる。このような場合、本実施形態では、θ_ｉ１＜θ_ｉ２＜θ_ｉ３であるため、θ_ｏ１、θ_ｏ２、θ_ｏ３を互いに近づけることが可能である。なお、光導波路２０の材料が波長分散を有しない場合、あるいは、その波長分散を無視できる場合、θ_ｉ１、θ_ｉ２、θ_ｉ３が互いに等しい大きさを有していると、θ_ｏ１、θ_ｏ２、θ_ｏ３も互いに等しい大きさを有することになる。

【0025】

このように、各光導波路２０の屈折率に基づいてθ_ｉ１、θ_ｉ２、θ_ｉ３を調整することにより、θ_ｏ１、θ_ｏ２、θ_ｏ３を制御することができる。言い換えると、第１光出射端２４－１、第２光出射端２４－２、第３光出射端２４－３のそれぞれから出射される光の方向を制御することができる。図３の例において、第１方向１０１、第２方向１０２、および第３方向は、互いに平行であり、同じ方向を向いている。

【0026】

次に図４を参照する。図４は、実施形態におけるＰＬＣの複数の光出射端からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離の関係を示す平面図である。

【0027】

図４に示されるように、本実施形態の構成によれば、第１方向１０１における第１光出射端２４－１からレンズ３０の表面３０Ｓまでの第１距離Ｌ１は、第２方向１０２における第２光出射端２４－２からレンズ３０の表面３０Ｓまでの第２距離Ｌ２よりも短い。また、第２方向１０２における第２光出射端２４－２からレンズ３０の表面３０Ｓまでの第２距離Ｌ２は、第３方向１０３における第３光出射端２４－３からレンズ３０の表面３０Ｓまでの第３距離Ｌ３よりも短い。図示される例において、レンズ３０の焦点距離は、光の波長λに依存して異なる値をとる。図の例では、光の波長λが短いほど、レンズ３０の焦点距離が短い。本実施形態によれば、レンズ３０の光軸方向３２が、光出射面２４０の法線方向Ｎ１に対して平行ではなく、傾斜している。言い換えると、レンズ３０の光軸方向３２は、光出射面２４０に対して傾斜している。

【0028】

ここで、光出射面２４０に対するレンズ３０の光軸方向３２の角度をθとする。第１方向１０１と第２方向１０２とが略平行であれば、Ｌ２－Ｌ１は、第１光出射端２４－１と第２光出射端２４－２との中心間距離をｃｏｓ θ倍した距離に近似的に等しい。同様に、第２方向１０２と第３方向１０３とが略平行であれば、Ｌ３－Ｌ２は、第２光出射端２４－２と第３光出射端２４－３との中心間距離をｃｏｓ θ倍した距離に近似的に等しい。

【0029】

以上のことから明らかなように、隣り合う光出射端２４の中心間距離と、角度θと、を調整することにより、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、それぞれの光の波長に合った焦点距離に整合させることが可能になる。上述したように、ＰＬＣ２００の発光点ピッチは、２００μｍ以下に小さくすることができる。しかし、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、それぞれ、レンズ３０の焦点距離に応じて適切に設定するためには、Ｌ２－Ｌ１、およびＬ３－Ｌ２で示される距離を適切に調節する必要があり、発光点ピッチも調節され得る。場合によって、発光点ピッチは２００μｍを超える値に設定され得る。

【0030】

上記の説明では、簡単のため、レーザダイオード１０の個数は３個であった。以下、レーザダイオード１０の個数が６個の例を説明する。

【0031】

図５は、本開示の実施形態に係る発光装置２０００の他の構成例を示す平面図である。発光装置２０００の基本的な構成は、前述した発光装置１０００の基本的な構成と同様である。

【0032】

本実施形態における発光装置２０００は、所定方向（Ｘ軸方向）に沿って配列された６個のレーザダイオード１０を備える。図示される例において、６個のレーザダイオード１０は、第１レーザダイオード１０－１と、第２レーザダイオード１０－２と、第３レーザダイオード１０－３と、第４レーザダイオード１０－４と、第５レーザダイオード１０－５と、第６レーザダイオード１０－６を含む。以下、これらのレーザダイオードの参照符号を「１０－Ｎ」で表す場合がある。ここで「Ｎ」は、１以上の整数である。レーザダイオード１０－Ｎの発振のピーク波長は「λＮ」で表される。

【0033】

発光装置２０００では、発振のピーク波長について、λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６の関係が成立している。レーザダイオード１０には、例えば、青色の光を放射するレーザダイオード、緑色の光を放射するレーザダイオード、または、赤色の光を放射するレーザダイオードなどを採用することができる。また、紫外や赤外等の、青色、緑色、赤色以外の光を放射するレーザダイオードを採用してもよい。

【0034】

本明細書において、青色の光は、発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲にある光である。緑色の光は、発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲にある光である。赤色の光は、発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲にある光である。

【0035】

青色の光を発するレーザダイオード、または、緑色の光を発するレーザダイオードとして、窒化物半導体を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発するレーザダイオードとして、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。

【0036】

本実施形態における発光装置２０００では、例えば、λ１は４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲にあり、λ２およびλ３は４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲にあり、λ４、λ５およびλ６は６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲にある。言い換えると、ピーク波長の異なる２種類の光成分を含む青色、緑色、赤色の光がレーザダイオード１０から出射されるようにしてもよい。

【0037】

発光装置２０００は、更に、複数のレーザダイオード１０－Ｎから出射された光を、それぞれ、導波させる複数の光導波路２０－Ｎを有するＰＬＣ２００と、複数の光導波路２０－Ｎから出射された光が入射するレンズ３０とを備える。各光導波路２０およびレンズ３０の構成は、前述した通りであるため、ここでは説明を省略する。

【0038】

図６Ａは、Ｙ軸の負方向側からＰＬＣ２００を見た光入射面２２０を示す図である。図６Ｂは、Ｙ軸の正方向側からＰＬＣ２００を見た光出射面２４０を示す図である。光入射面２２０および光出射面２４０の少なくとも一方には、保護膜または反射防止膜が設けられていてもよい。

【0039】

この例において、第Ｎ光導波路２０－Ｎは、第Ｎレーザダイオード１０－Ｎから出射された第Ｎ光を第Ｎ光入射端２２－Ｎから入射させ、第Ｎ光出射端２４－Ｎから出射する。Ｎ個の光出射端２４から出射された光は、レンズ３０の光軸方向３２に対して、平行な方向に向けられることが望ましい。

【0040】

本実施形態によれば、６個の発光点からレーザ光を出射する場合でも、狭い範囲に発光点を収めることができる。また、可視光域の広い範囲にわたった異なるピーク波長を有する多波長のレーザ光について、各発光点をレンズ３０の焦点位置の近くに集めることが可能になる。本実施形態では、第１光出射端２４－１からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離と、第６光出射端２４－６からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離との間には、ピーク波長の差に起因する焦点距離の差に応じて、５μｍ～１００μｍのオフセットを与えることができる。その結果、異なる色のレーザビームを同一のレンズ３０によって好適にコリメートすることが可能になる。

【0041】

この発光装置２０００では、発振のピーク波長について、λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６の関係が成立しているが、すべてのレーザダイオード１０の発振波長が異なっている必要はない。例えば、λ１＜λ２＝λ３＜λ４＝λ５＝λ６の関係が成立していてもよい。この場合、レーザダイオード１０－１、１０－２は青色の光を放射する。また、レーザダイオード１０－３、１０－４は緑色の光を放射し、レーザダイオード１０－５、１０－６は赤色の光を放射する。なお、複数のレーザダイオード１０は、赤外の光を放射するレーザダイオードを含んでいてもよい。

【0042】

図７は、ＰＬＣ２００の変形例の一部分を示す平面図である。ＰＬＣ２００の光出射面２４０は、平面視において、１または複数の段差を有し得る。図７の例では、図示されている範囲において、光出射面２４０は、段差Ｓ１および段差Ｓ２を有している。段差Ｓ１、Ｓ２は、光出射面２４０の一部がレンズ３０の光軸方向３２にオフセットすることによって形成される。第１光出射端２４－１と第２光出射端２４－２との間に段差Ｓ１が存在するため、第１光出射端２４－１からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離に対して、第２光出射端２４－２からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離を更に長くすることができる。段差Ｓ１、Ｓ２のそれぞれが形成する、レンズ３０の光軸方向３２におけるオフセット量は、例えば５μｍ以上１００μｍ以下の範囲にある。

【0043】

なお、図７の例において、第１光出射端２４－１の法線方向Ｎ１１と、第２光出射端２４－２の法線方向Ｎ１２とは、互いに平行であるが、本開示の実施形態において、法線方向Ｎ１１、Ｎ１２は互いに平行である必要はない。また、それぞれの光出射端２４－１、２４－２から出射される光の方向１０１、１０２も、レンズ３０の光軸方向３２に対して平行である必要はない。各発光点（光出射端２４－Ｎの中心）が、レンズ３０の焦点位置に近い位置に配置されていれば、各発光点から出射される光の向きが異なっていても、各発光点から出射される光がレンズ３０の有効径の範囲に入射する限り、適切にコリメートされ得る。これは、レンズが、焦点位置にある発光点から発散する光線の束を近似的に平行にする機能を有しているからである。したがって、光出射端２４－１、２４－２、２４－３の中心間距離が短縮され、各発光点がレンズ３０のそれぞれの色に応じて焦点の位置に近ければ、第１方向１０１、第２方向１０２、および第３方向１０３は、同一方向である必要はない。

【0044】

図８は、ＰＬＣ２００の他の変形例の一部分を示す平面図である。このＰＬＣ２００の光出射面２４０は、第ｎ光出射端２４－ｎの法線方向Ｎ１ｎが異なる方向を向くように複数の平面領域から構成されている。図８の例では、第１光出射端２４－１に対して第２光出射端２４－２が傾斜しているため、第１光出射端２４－１からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離に対して、第２光出射端２４－２からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離を長くすることができる。同様に、第２光出射端２４－２に対して第３光出射端２４－３が傾斜しているため、第２光出射端２４－２からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離に対して、第３光出射端２４－３からレンズ３０の表面３０Ｓまでの距離を長くすることができる。

【0045】

図９は、本開示の実施形態における発光装置の更に他の構成例を示す平面図である。図９の例において、ＰＬＣ２００の光出射面２４０の法線方向Ｎ１と光入射面２２０の法線方向Ｎ２とは、平行である。本実施形態では、ＰＬＣ２００の基板として、矩形形状の基板を採用することができる。平面視におけるＰＬＣ２００の形状および大きさは、任意である。

【0046】

上記のいずれの実施形態に係る発光装置も、複数のレーザダイオード１０およびＰＬＣ２００を封止するパッケージを備えていてもよい。

【0047】

図１０は、複数のレーザダイオード１０、ＰＬＣ２００、およびレンズ３０を内部に封止するパッケージ構造を有する発光装置４０００の例を示す斜視図である。図１１は、図１０における発光装置４０００のＹＺ面に平行な、ある断面を模式的に示す図である。発光装置４０００は、複数のレーザダイオード１０、ＰＬＣ２００、およびレンズ３０を支持する支持基板１４と、複数のレーザダイオード１０、ＰＬＣ２００、およびレンズ３０を覆うキャップ部材１６とを備えている。支持基板１４とキャップ部材１６は、内部に収容されるレーザダイオード１０、ＰＬＣ２００、およびレンズ３０を気密に封止するパッケージとして機能する。より詳細には、キャップ部材１６は、支持基板１４に接合される壁面部１６Ｗと、支持基板１４に対向する上面部１６Ｔとを有している。キャップ部材１６の壁面部１６Ｗは、支持基板１４上の複数のレーザダイオード１０、ＰＬＣ２００、およびレンズ３０を囲んでいる。壁面部１６Ｗの一部または全部は、レンズ３０によってコリメートまたは収束された光を透過する透光材料から形成され、レンズ３０を透過した光を発光装置４０００から外部に出射させることを可能にする。

【0048】

図１０および図１１に示される例において、複数のレーザダイオード１０はサブマウント１８に支持されている。サブマウント１８の厚さは、レーザダイオード１０から出射された光をＰＬＣ２００の光入射端に適切に入射させることができるように決定され得る。

【0049】

なお、図示される例において、レーザダイオード１０の個数は３個であるが、発光装置４０００は、４個以上のレーザダイオード１０を備えていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本開示の発光装置は、ヘッドマウントディスプレイやプロジェクタなどの光源として好適に利用され得る。

【符号の説明】

【0051】

１０・・・レーザダイオード、２０・・・光導波路、２５・・・基板、２６・・・導波路コア、２７・・・クラッド層、３０・・・レンズ、３０Ｓ・・・レンズの表面、３２・・・レンズの光軸方向、１０１・・・第１方向、１０２・・・第２方向、１０３・・・第３方向、２００・・・ＰＬＣ、２２０・・・光入射面、２４０・・・光出射面、Ｎ１・・・光出射面の法線方向、Ｎ２・・・光入射面の法線方向

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】