JP2012064719A - 光源装置、ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光学サブアセンブリ間の熱的な干渉を避けながら光学サブアセンブリの半導体発光素子毎の検査を可能にする構造を有する光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置11では、アセンブリホルダ17は半導体発光素子21の光出射面21aを光導波路13の一端面13aに向き付ける。光学サブアセンブリ15の支持部材23はアセンブリホルダ17の内側面17aにおいて単一の光導波路13に対して光学的にアライメントされる。アセンブリホルダ17の内側面17aは、複数の光学サブアセンブリ15が、それぞれ、光導波路13の一端面13cに光学的に結合されて複数の基準線Ref1、Ref2上に配列されるように複数の光学サブアセンブリ15を支持する。基準線Ref1、Ref2は、コア領域13aからクラッド領域13bの方向に、コア領域13aの中心に位置する軸Ax上の一点から互いに異なる方向に延びる。
【選択図】図1
【解決手段】光源装置11では、アセンブリホルダ17は半導体発光素子21の光出射面21aを光導波路13の一端面13aに向き付ける。光学サブアセンブリ15の支持部材23はアセンブリホルダ17の内側面17aにおいて単一の光導波路13に対して光学的にアライメントされる。アセンブリホルダ17の内側面17aは、複数の光学サブアセンブリ15が、それぞれ、光導波路13の一端面13cに光学的に結合されて複数の基準線Ref1、Ref2上に配列されるように複数の光学サブアセンブリ15を支持する。基準線Ref1、Ref2は、コア領域13aからクラッド領域13bの方向に、コア領域13aの中心に位置する軸Ax上の一点から互いに異なる方向に延びる。
【選択図】図1
Description
本発明は、光源装置、及びディスプレイ装置に関する。
特許文献1には、携帯性に優れたレーザ表示装置を実現可能な小型のレーザ光源が記載されている。
特許文献2には、レーザ装置が記載されている。このレーザ装置では、複数のレーザダイオードとコリメーターレンズアレイとの組合せを有するレーザ装置において、レーザダイオードの発光点ピッチとレンズアレイのピッチとが互いにずれることを防止している。
特許文献3には、合波光源が記載されている。この合波光源は、複数の光源からの光を合波して、合波光を生成している。この合波光は高出力であり高輝度である。
特許文献1では、RGBのレーザ光を出射するレーザ光源100は、青色のレーザ光を出射する青色半導体レーザ(第1レーザダイオード)と、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体レーザ(第2レーザダイオード)と、DBR−LD及びそこから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子により構成され緑色のレーザ光を出射するレーザ(第3レーザダイオード)とを備える。上記の第1〜第3レーザダイオードは、同一のヒートシンクに接触して同一パッケージ内に実装される。波長変換素子の周囲を覆うようにヒートシンクを設けるので、波長変換素子と青色半導体レーザ及び赤色半導体レーザとを同一パッケージ内に実装した場合でも、青色半導体レーザ及び赤色半導体レーザからの熱によって波長変換素子の特性が変動してしまうこと防止できる。これ故に、特許文献1では同一のパッケージに3つのレーザダイオードからの熱を単一のヒートシンクを介して放出するので、レーザダイオード間の熱的干渉が大きく、熱的干渉は更なる小型化の妨げとなる。熱的な干渉は、素子温度を上昇させる。これは、所望の光量を得るためには結果として更なる発熱を引き起こす。また、同一のパッケージに組み上げられるまで、電気的な特性の検査を行うことができない。これ故に、光源装置の良品率は、個々のレーザ素子の良品率の積に関連することになる。
特許文献2では、レーザ装置は、複数の発光点が一列に並ぶように構成されたレーザダイオードと、発光点から発せられたレーザビームを各々平行光するコリメータ・レンズアレイと、コリメートされたレーザビームを集光する集光レンズと、集光されたレーザビームを1本に合波する光ファイバとを備える。このレーザ装置で、レーザダイオードおよび/またはコリメータ・レンズアレイをヒータを用いて加温すると共に、光ファイバから出射したレーザビームの光量を光量検出手段を用いて検出する。ヒータの駆動は、この光量検出手段によって検出された光量が最大となるように制御される。これ故に、特許文献2では複数のレーザ素子とレンズアレイとの光学的位置合わせが必要である。また、別個のレンズ部品を用いることは煩雑である。
特許文献3では、合波光源では、複数の光源から出射された光ビームは、マルチモード光ファイバを伝搬すると共に、いくつかの第1ファイバ合波器において合波されて、各第1ファイバ合波器は第1の合波光を生成する。第1の合波光は第2ファイバ合波器において更に合波されて、各第2ファイバ合波器は第2の合波光を形成する。特許文献3では、融着により光ファイバの光学的な接続を行っており、融着接続における光結合の損失を小さくするためには、融着する光ファイバのコアの位置をサブミクロンの精度で合わせることが必要である。光伝送路における損失の低減が求められる。
光源装置の小型化促進の視点から、特許文献1のような放熱構造に起因する熱的な干渉を低減すること、特許文献2のような光結合(つまり、レンズ部品を介する光結合)を避けることが求められる。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、複数の光学サブアセンブリ間の熱的な干渉を避けながら、光学サブアセンブリの半導体発光素子毎の検査を可能にする構造を有する光源装置を提供することを目的とし、また、この照明装置を含むディスプレイ装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る光源装置は、(a)所定の軸に沿って延在するコア領域、該コア領域の周囲を覆い前記所定の軸に沿って延在するクラッド領域、及び前記所定の軸に交差する平面に沿って延在する一端面を含む単一の光導波路と、(b)複数の光学サブアセンブリと、(c)前記複数の光学サブアセンブリがそれぞれ複数の基準線上に配列されて前記光導波路の前記一端面に光学的に結合されるように前記複数の光学サブアセンブリを支持する内側面を有するアセンブリホルダとを備える。前記光学サブアセンブリの各々は、前記光導波路の前記一端面に光学的に結合された光出射面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を搭載する支持部材とを含む。前記支持部材は、前記半導体発光素子の第1及び第2の電極にそれぞれ電気的に接続された第1及び第2の電極を有し、前記光学サブアセンブリの前記支持部材は、前記アセンブリホルダ内において互いに離れており、前記アセンブリホルダは、前記半導体発光素子の前記光出射面を前記光導波路の前記一端面に向き付けている。前記複数の基準線は前記コア領域から前記クラッド領域の方向に前記所定の軸上の一点から互いに異なる方向に延びる。
この光源装置によれば、個々の光学サブアセンブリは半導体発光素子及び支持部材を含み、この支持部材は半導体発光素子の第1及び第2の電極にそれぞれ電気的に接続された第1及び第2の電極を有する。これ故に、光学サブアセンブリを光源装置に組み込む前に、電気的な特性の検査を光学サブアセンブリ毎に行うことができる。また、アセンブリホルダが半導体発光素子を光導波路の一端面に向き付けるので、半導体発光素子の光出射面からのビームが光導波路の一端面を介してコアに入射させることができる。これ故に、別個のレンズ部品を用いることなく、複数の半導体発光素子と単一の光導波路との光結合が可能になる。さらに、複数の光学サブアセンブリがそれぞれ複数の基準線上に配列されるようにアセンブリホルダが個々の光学サブアセンブリを支持しており、個々の基準線は、コア領域からクラッド領域の方向に所定の軸上の一点から互いに異なる方向に延びる。これ故に、光導波路と半導体発光素子との光結合を実現しながら、半導体発光素子を互いに近づけて所定の軸の回りに配置できる。半導体発光素子毎に光学サブアセンブリが構成され、また光学サブアセンブリの支持部材が互いに離れてアセンブリホルダにより支持されるので、支持部材を介した直接的な熱的な干渉が発光素子間に生じることが避けられる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記アセンブリホルダは、該アセンブリホルダの一端から他端まで前記所定の軸の方向に延在する孔を有し、前記複数の搭載部材は前記アセンブリホルダの前記孔内に配列されていることが好ましい。この光源装置によれば、複数の搭載部材をアセンブリホルダの孔内に配列できるので、アセンブリホルダの孔と光導波路との位置合わせにより光学的結合が可能になる。これ故に、該搭載部材上の半導体発光素子を光導波路の一端面に光学的に結合させることが容易になる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記支持部材は、前記半導体発光素子をダイボンドしたヒートシンクと、前記ヒートシンクを搭載する主面及び前記アセンブリホルダに支持された裏面を有する搭載部材とを含み、前記光学サブアセンブリは前記搭載部材に支持されたリード端子を更に含むことが好ましい。この光源装置によれば、支持部材はヒートシンクを含むと共に光学サブアセンブリがリード端子を有するので、半導体発光素子からの放熱及び半導体発光素子の電気的接続がそれぞれ支持部材及びリード端子を介して可能になる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記アセンブリホルダの内側面は、前記複数の光学サブアセンブリをそれぞれの支持する複数の支持面と、前記複数の支持面の間に設けられた複数の分離溝とを有することが好ましい。この光源装置によれば、支持面を介して半導体発光素子からの放熱が容易になる。また、分離溝により、個々の支持面上の光学サブアセンブリ間の熱的干渉がより低減される。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記半導体発光素子は、基板と前記基板上に設けられた半導体積層とを含み、前記支持部材は前記半導体発光素子の前記基板を支持することが好ましい。この光源装置によれば、支持部材が半導体発光素子の基板を支持するので、光導波路のクラッド領域からコア領域へ向かう方向に半導体発光素子の基板と半導体積層が順に配列される。これ配列により、活性層を含む半導体積層が、基板よりもコア領域の中心に近く配置される。これ故に、活性層の出射面がコア領域の中心に近づけられる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記コアの断面は実質的に円形であり、前記半導体発光素子の前記光出射面における発光エリアが前記所定の軸上の一点を中心とする円周に沿って配列されることが好ましい。この光源装置によれば、半導体発光素子の光出射面における発光エリアが所定の軸上の一点を中心とする円周に沿って配列されるので、個々の半導体発光素子の光出射面がコア領域の一端面に効率的に光結合できる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記円周の直径は、前記コア断面の直径より小さいことが好ましい。この光源装置によれば、個々の半導体発光素子の光出射面とコア領域の一端面との光結合を高めることができる。
本発明の一側面に係る光源装置は、前記光導波路を支持する導波路ホルダを更に備えることができる。前記アセンブリホルダはアライメント面を有し、前記アライメント面は、前記導波路ホルダの一端を支持すると共に、前記所定の軸に交差する基準平面に沿って延在することが好ましい。
この光源装置によれば、前記導波路ホルダの一端をアセンブリホルダのアライメント面にスライドすることにより、アセンブリホルダの内側面に指示された複数の光学サブアセンブリと導波路ホルダに指示された光導波路との光学的アライメントを可能にする。
この光源装置によれば、前記導波路ホルダの一端をアセンブリホルダのアライメント面にスライドすることにより、アセンブリホルダの内側面に指示された複数の光学サブアセンブリと導波路ホルダに指示された光導波路との光学的アライメントを可能にする。
本発明の一側面に係る光源装置は、前記光導波路を支持する導波路ホルダを更に備えることができる。前記アセンブリホルダ及び前記導波路ホルダの各々は、前記アセンブリホルダと導波路ホルダとの間の光学的な位置決めを行う位置決め構造を有することが好ましい。この光源装置によれば、アセンブリホルダ及び導波路ホルダの各々における位置決め構造により、アセンブリホルダの内側面に支持された複数の光学サブアセンブリと導波路ホルダに支持された光導波路との光学的アライメントを可能になる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記光導波路は、大口径光ファイバを含むことができる。この光源装置によれば、いわゆる大口径光ファイバを用いることにより良好な光結合を提供できる。
本発明の一側面に係る光源装置では、前記光導波路は、ブラスチックからなるコアを有する光ファイバ、石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ、ポリイミド材料からなるコアを有する光ファイバ、ブラスチックからなるコアを有する平面導波路、石英ガラスからなるコアを有する平面導波路、ポリイミド材料からなるコアを有する平面導波路、及びフォトニック結晶のいずれか一つを含むことができる。この光源装置によれば、上記の光導波路が好適に適用される。
本発明の別の側面は、上記の光源装置を備えるディスプレイ装置である。
本発明の別の側面に係るディスプレイ装置は、(a)上記のいずれかの光源装置と、(b)前記光源装置の前記光導波路の他端面からの光を受けるミラーデバイスと、(c)前記ミラーデバイスからの反射光から投射光を生成するレンズと、(d)前記光源装置の前記半導体発光素子を駆動すると共に、前記ミラーデバイスを制御する制御装置とを備える。また、本発明の別の側面に係るディスプレイ装置は、(a)上記のいずれかの光源装置と、(b)前記光導波路の前記他端面からの光をコリメートするレンズと、(c)前記レンズからの光を受けるミラーを含むMEMSと、(d)前記光源装置の前記半導体発光素子を駆動すると共に、前記MEMSを制御して前記MEMSからの反射光を走査する制御装置とを備える。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、複数の光学サブアセンブリ間の熱的な干渉を避けながら、光学サブアセンブリの半導体発光素子毎の検査を可能にする構造を有する光源装置が提供される。また、本発明の別の側面によれば、この光源装置を含むディスプレイ装置が提供される。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光源装置、照明装置及びディスプレイ装置に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1は、本実施の形態に係る光源装置を概略的に示す図面である。図1の(a)は図1の(b)部及び(c)部に示されたI−I線に沿ってとられた断面を示す。図1の(b)部は、図1の(a)に示された矢印A1の方向からの光源装置端面を示す。図1の(c)部は図1の(a)に示されたII−II線に沿ってとられた断面を示す。
光源装置11は、単一の光導波路13と、複数の光学サブアセンブリ15と、アセンブリホルダ17とを備える。光導波路13はコア領域13a及びクラッド領域13bを含む。コア領域13aの屈折率はクラッド領域13bの屈折率より大きい。コア領域13aは所定の軸Axに沿って延在する。クラッド領域13bは該コア領域13aの周囲を覆うと共に、所定の軸Axに沿って延在する。所定の軸Axは例えばコア領域13aの中心に位置することができる。また、光導波路13は一端面13c及び他端面13dを含み、一端面13cは、所定の軸Axに交差する平面に沿って延在する。アセンブリホルダ17は内側面17aを有しており、内側面17aは複数の光学サブアセンブリ15を支持する。また、アセンブリホルダ17は、光学サブアセンブリ15が光導波路13の一端面13cに光学的に結合されるように光学サブアセンブリ15の各々を支持する。この支持により、アセンブリホルダ17は半導体発光素子21の光出射面21aを光導波路13の一端面13cに向き付けている。光学サブアセンブリ15の各々は半導体発光素子21及び支持部材23を含む。支持部材23はアセンブリホルダ17の内側面17aにおいて光導波路13に対して位置決めされる。複数の光学サブアセンブリ15が、それぞれ、光導波路13の一端面13cに光学的に結合されて複数の基準線(例えばRef1、Ref2)上に配列されるように、アセンブリホルダ17の内側面17aは複数の光学サブアセンブリ15を支持する。図1の(b)部を参照すると、基準線Ref1、Ref2は、コア領域13aからクラッド領域13bの方向に所定の軸Ax上の一点から互いに異なる方向に延びる。
図2は、光学サブアセンブリを概略的に示す図面である。図1及び図2を参照すると、光学サブアセンブリ15において、半導体発光素子21は、光導波路13の一端面13cに光学的に結合された光出射面21aを有し、また第1及び第2の電極25a、25bを有する。半導体発光素子21は例えば端面発光型であることができる。支持部材23は半導体発光素子21を搭載する。支持部材23は、半導体発光素子21の第1及び第2の電極25a、25bにそれぞれ電気的に接続された第1及び第2の電極27a、27bを有する。光学サブアセンブリ15の支持部材23はアセンブリホルダ17内において互いに離れている。
この光源装置11によれば、個々の光学サブアセンブリ15は半導体発光素子21及び支持部材23を含み、この支持部材23は半導体発光素子21の第1及び第2の電極25a、25bにそれぞれ電気的に接続された第1及び第2の電極27a、27bを有する。これ故に、光学サブアセンブリ15毎に、電気的な特性の検査を行うことができる。また、アセンブリホルダ17が半導体発光素子21を光導波路13の一端面13cに向き付けるので、半導体発光素子21の光出射面21aが光導波路13の一端面13cのコア面に向くことになる。これ故に、別個のレンズ部品を用いることなく、複数の半導体発光素子21と単一の光導波路13との光結合が可能になる。さらに、アセンブリホルダ17が複数の光学サブアセンブリ15を支持して、複数の光学サブアセンブリ15がそれぞれ複数の基準線(例えばRef1、Ref2)上に配列されて光導波路13の一端面13cに光学的に結合させる。個々の基準線(例えばRef1、Ref2)は、コア領域13aからクラッド領域13bの方向に所定の軸Ax上の一点から互いに異なる方向に延びる。例えば、光導波路13の一端面13cにおいて規定されるコア領域13aとクラッド領域13bとの境界線に沿って、半導体発光素子21の配列を成すことができる。これ故に、光結合を実現しながら、半導体発光素子21を互いに近づけて配置できる。半導体発光素子21が光学サブアセンブリ15に搭載され、またこれらの光学サブアセンブリ15がアセンブリホルダ17により支持されるので、半導体発光素子21間の熱的な干渉が避けられる。
本実施例では、半導体発光素子21は、単一の光導波路13の一端面13cに、半導体発光素子21や光導波路13と別個のレンズを介することなく直接に光学的結合を成している。
また、光源装置11では、光導波路13は、大口径光ファイバを含むことができる。この光源装置11によれば、いわゆる大口径光ファイバを用いることにより良好な光結合を提供できる。大口径光ファイバの径は例えば200μmから1000μm程度であることができ、例えば直径0.5mmである。大口径光ファイバの開口率は例えば0.1から0.5程度であることができる。光導波路13には、例えばディスプレイの用途の光源装置11においては、例えば460nm〜650nm程度の波長の(例えば可視光)光が伝搬する。ディスプレイが正しく表示されているかを監視するセンサや人体センサの用途の光源装置11においては、例えば800nm〜5000nm程度の波長の(例えば赤外線)光が伝搬する。光導波路13の長さは例えば3mm〜20mm程度であることができるが、これに限定されるものではない。
光源装置11では、光導波路13は、ブラスチックからなるコアを有する光ファイバ、石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ、ポリイミド材料からなるコアを有する光ファイバ、ブラスチックからなるコアを有する平面導波路、石英ガラスからなるコアを有する平面導波路、ポリイミド材料からなるコアを有する平面導波路、及びフォトニック結晶のいずれか一つを含むことができる。フォトニック結晶としては例えばシリコンが用いられる。この光源装置11によれば、上記の光導波路が好適に適用される。
図1を参照すると、光源装置11では、アセンブリホルダ17は孔17bを有し、孔17bは該ホルダ17の一端17cから他端17dまで所定の軸Axの方向に延在する。複数の支持部材23はアセンブリホルダ17の孔17b内に配列されていることが好ましい。この光源装置11によれば、複数の支持部材23をアセンブリホルダ17の孔17b内に配列できるので、孔17bと光導波路13との位置合わせにより光学的結合が可能になる。これ故に、該支持部材23上の半導体発光素子21を光導波路13の一端面13cに光学的に結合させることが容易になる。
図1及び図2に示されるように、光源装置11では、支持部材23は、ヒートシンク31、及び搭載部材33を含む。半導体発光素子21はヒートシンク31にダイボンドされている。搭載部材33の裏面はアセンブリホルダ17の内側面17aに支持される。光学サブアセンブリ15はリード端子35を更に含む。支持部材23はヒートシンク31を含むと共に光学サブアセンブリ15がリード端子35を有するので、半導体発光素子21からの放熱及び半導体発光素子21の電気的接続がそれぞれ支持部材23及びリード端子35を介して可能になる。
搭載部材33はヒートシンク31を搭載する。ヒートシンク31は例えば窒化アルミニウム等のセラミックス、Si、SiC等からなる。ヒートシンク31の主面には、AuSnやSnAgなどの導電膜が例えば蒸着により形成されることができる。リード端子35は、搭載部材33に支持されている。本実施例では、搭載部材33は支持体37及び配線部材39を含む。支持体37は主面37a及び裏面37bを有する。支持体37の裏面37bはアセンブリホルダ17の内側面17aに固定される。支持体37の主面37aは配線部材39を支持しており、配線部材39はリード端子35を支持している。半導体発光素子21への給電線は、支持体37及び配線部材39上の一対の配線によってアセンブリホルダ17の一端まで引き出される。配線部材39は、リード端子35に接続された導電パターンを有しており、この導電パターンは所定に軸Axの方向に延在する。また、支持体37の主面37aには、配線部材39の導電パターンと絶縁された別の導電パターンが設けられており、この別の導電パターンは所定に軸Axの方向に延在する。支持体37は例えばFe、CuW等の比較的高い熱伝導性を示す材料からなることができる。半導体発光素子21からの熱は、ヒートシンク31及び支持体37を介してアセンブリホルダ17に到達する。
図1に示されるように、光源装置11は、光導波路13を保持する導波路ホルダ41を更に備えることができる。アセンブリホルダ17は、所定の軸Axに交差する基準平面に沿って延在するアライメント面17eを有し、このアライメント面17eは導波路ホルダ41の一端41aを支持する。この光源装置11によれば、導波路ホルダ41の一端41aをアセンブリホルダ17のアライメント面17eにスライドすることにより、アセンブリホルダ17の内側面17aに支持された複数の光学サブアセンブリ15と導波路ホルダ41に支持された光導波路13との光学的アライメントが可能になる。光学サブアセンブリ15は、例えば半田、Agペースト、や高い放熱性を有する樹脂等を用いて固定されることができる。
図2に示されるように、半導体発光素子21は、基板43と、基板43の主面43a上に設けられた半導体積層45とを含む。半導体積層45は、例えば活性層45a、n型クラッド層を含むn型半導体領域45b及びp型クラッド層を含むp型半導体領域45cを含み、活性層45aはn型半導体領域45bとp型半導体領域45cとの間に設けられる。基板43の裏面43b上には電極25bが接触しており、半導体積層45の上面45dには電極25aが接触している。
光学サブアセンブリ15において、電極25aは、ボンディングワイヤ47aといった導電線を介して電極27aに接続されており、電極25bは、ボンディングワイヤ47bといった導電線を介して電極27bに接続されている。
光源装置11では、支持部材23は半導体発光素子21の基板43を支持することが好ましい。この光源装置11によれば、支持部材23が半導体発光素子21の基板43を支持するので、光導波路13のクラッド領域13bからコア領域13aへ向かう方向に半導体発光素子21の基板43と半導体積層45が順に配列される。これ配列により、活性層45aを含む半導体積層45が、基板43よりも軸Ax(例えばコア領域13aの中心線)に近く配置される。これ故に、活性層45aの出射面がコア領域13aの中心に近づけられる。
光源装置11において、例えば導波路ホルダ41及びアセンブリホルダ17の各々は、導波路ホルダ41とアセンブリホルダ17との間の光学的な位置決めを行う位置決め構造を有することが好ましい。この位置決め構造として例えば凹凸部を形成する等がある。この光源装置11によれば、導波路ホルダ41とアセンブリホルダ17の各々における位置決め構造は、アセンブリホルダ17の内側面17aに支持された複数の光学サブアセンブリ15と導波路ホルダ41に支持された光導波路13との光学的アライメントを可能にする。導波路ホルダ41は例えば金属や樹脂等からなることができる。また、アセンブリホルダ17は例えば金属、セラミック等の良好な熱伝導性の材料からなることができる。
図3は、実施形態に係る光源装置においてアセンブリホルダに支持される光学サブアセンブの配置を示す図面である。図3では、複数の光学サブアセンブ15の配置を明示するためにアセンブリホルダ17が描かれていない。図3の(a)を参照すると、図1の(a)部に示された光源装置11における2個の光学サブアセンブ15A1、15A2の配置が示されている。光学サブアセンブ15A1及び15A2の一方の位置は、他方を基準にして軸Ax上の一点を中心に180度の角度で回転させることにより規定される。図1の(b)部に示されるように、光学サブアセンブ15A1、15A2の配列はアセンブリホルダ17の2つの内側面17aによって提供され、2つの内側面17aは互いに平行である。光学サブアセンブ15A1、15A2の配列はアセンブリホルダ17の2つの内側面の向きによって実現され、2つの内側面は、それぞれ、ある四角柱の2つの側面に沿って延在する。
図3の(b)部を参照すると、3個の光学サブアセンブ15B1、15B2、15B3の配置が示されている。光学サブアセンブ15B1〜15B3の位置は、例えば光学サブアセンブ15B1を基準にして軸Ax上の一点を中心に120度、240度の角度で回転させることにより規定される。光学サブアセンブ15B1、15B2、15B3の配置は、アセンブリホルダ17の3つの内側面によって実現され、3つの内側面は、それぞれ、ある三角柱の3つの側面に沿って延在する。図3の(b)部には、3本の基準線(例えばRef1、Ref2、Ref3)が描かれており、これらの基準線上に光学サブアセンブ15B1、15B2、15B3が配列されて光導波路13の一端面13cに光学的に結合される。基準線Ref1、Ref2、Ref3は、コア領域13aからクラッド領域13bの方向に所定の軸Ax上の一点から互いに異なる方向に延び、本実施例では、互いに120度の角度を成す。
図3の(c)を参照すると、4個の光学サブアセンブ15C1、15C2、15C3、15C4の配置が示されている。光学サブアセンブ15C1〜15C4の位置は、例えば光学サブアセンブ15C1を基準にして軸Ax上の一点を中心に90度、180度、270度の角度で回転させることにより規定される。光学サブアセンブ15C1〜15C4の配置は、アセンブリホルダ17の4つの内側面によって実現され、4つの内側面は、それぞれ、ある四角柱の4つの側面の各々に沿って延在する。
図3の(d)部を参照すると、4個の光学サブアセンブ15D1、15D2、15D3、15D4、15D5の配置が示されている。光学サブアセンブ15D1〜15C5の位置は、例えば光学サブアセンブ15D1を基準にして軸Ax上の一点を中心に72度、144度、216度、216度、288度の角度で回転させることにより規定される。光学サブアセンブ15D1〜15D4の配置は、アセンブリホルダ17の5つの内側面によって実現され、5つの内側面は、それぞれ、ある五角柱の5つの側面に沿って延在する。
このように、光学サブアセンブのサイズに応じて、n個の光学サブアセンブ15N1、15D2・・・15Nn(nは自然数)の配置が示されている。光学サブアセンブ15N1〜15Nnの位置は、例えば光学サブアセンブ15N1を基準にして軸Ax上の一点を中心に360/n度の角度で回転させることにより規定される。光学サブアセンブ15N1〜15Nnの配置は、アセンブリホルダ17のn個の内側面によって実現され、n個の内側面は、それぞれ、あるn角柱のn個の側面に沿って延在する。これらの配置により、半導体発光素子21間の熱的な干渉が避けられる。
図4を参照しながら、光学サブアセンブ15の配列の指針を説明する。図4には、直交座標系Sが示されている。直交座標系Sの原点は、コア領域13aの中心に規定し、好ましくは軸Ax上に位置する。第1の光学サブアセンブにおいて、半導体発光素子21の幅w、半導体発光素子21の出射端面21aにおける発光点の座標(0.−r)、半導体発光素子21の出射端面21aの上エッジの座標の左端(w/2.△r−r)、右端(−w/2.△r−r)と表す。半時計回りに第1の回転360/n(=T)を行って、第2の光学サブアセンブの発光点の座標(XL,YL)を導く。ここで、“△r”は発光中心のy座標と素子上面のy座標との差を示す。
XL=r×sin(T)。
YL=−r×cos(T)。
第2の光学サブアセンブの左端の座標(XE1,YE1)を導く。
XE1=(r−△r)×sin(T)−w/2×sin(90−T)。
YE1=(r−△r)×cos(T)−w/2×cos(90−T)。
第2の光学サブアセンブの右端の座標(XE2,YE2)を導く。
XE2=(r−△r)×sin(T)+w/2×sin(90−T)。
YE2=(r−△r)×cos(T)+w/2×cos(90−T)。
このような回転により、光学サブアセンブの位置を順に決定するとき、発光点の座標は、コア領域に沿って延在する軸上の一点を中心とする半径rの円周上に配列される。なお、“△r”の値は、例えば数マイクロメートル(例えば△r=3μm)であるので、簡易な計算においては省略可能である。
XL=r×sin(T)。
YL=−r×cos(T)。
第2の光学サブアセンブの左端の座標(XE1,YE1)を導く。
XE1=(r−△r)×sin(T)−w/2×sin(90−T)。
YE1=(r−△r)×cos(T)−w/2×cos(90−T)。
第2の光学サブアセンブの右端の座標(XE2,YE2)を導く。
XE2=(r−△r)×sin(T)+w/2×sin(90−T)。
YE2=(r−△r)×cos(T)+w/2×cos(90−T)。
このような回転により、光学サブアセンブの位置を順に決定するとき、発光点の座標は、コア領域に沿って延在する軸上の一点を中心とする半径rの円周上に配列される。なお、“△r”の値は、例えば数マイクロメートル(例えば△r=3μm)であるので、簡易な計算においては省略可能である。
第1の光学サブアセンブの半導体発光素子は第2の光学サブアセンブの半導体発光素子と重なることができなので、第1の光学サブアセンブの右端の座標及び第2の光学サブアセンブの左端の座標には制約がある。図5は、第1の光学サブアセンブ及び第2の光学サブアセンブの配置における座標の一例を示す図面である。回転の角度T=72度、半導体発光素子21の幅w=0.4mm、及び発光点の座標に係る半径r=−0.5mmとするとき、第1の光学サブアセンブの右端の座標(0.2、−0.5)及び第2の光学サブアセンブの左端の座標(0.414、−0.036)となり、第1の光学サブアセンブの半導体発光素子は第2の光学サブアセンブの半導体発光素子と重ならない。なお、上記の計算及び図5において煩雑さを避けるために、△r=0μmであるとした。
この配列では、半導体発光素子21の光出射面21aにおける発光エリアが所定の軸Ax上の一点を中心とする円周に沿って配列される。この配置は、コアの断面は実質的に円形であるときに好適である。個々の半導体発光素子21の光出射面21aがコア領域13aの一端面に効率的に光結合できる。また、円周の直径2×rは、コア断面の直径より小さいとき、個々の半導体発光素子21の光出射面21aとコア領域13aの一端面との光結合を高めることができる。
既に説明したように、光源装置11のための光導波路13は、図1及び図6の(a)部に示されるように、光導波路13の断面においてコア領域13aが実質的に円形であることができ、また光導波路13の外周が実質的に円形であることができる。光導波路13は例えば光ファイバであることができる。或いは、光源装置11のための光導波路13は、光導波路13の断面においてコア領域13aがn角形であることができ、図6の(b)部に示されるように、例えば四角形であることができる。
図7は、光源装置の一実施例を示す図面である。図7の(a)部及び(b)部を参照すると、光源装置11a、11bでは、アセンブリホルダ17の内側面17aは、複数の支持面18a及び複数の分離溝18bを有する。支持面18a及び分離溝18bは、軸Axの方向に延在する。複数の支持面18aは、それぞれ、複数の光学サブアセンブリ15を支持する。複数の分離溝18bは、複数の支持面18aの間に設けられる。これらの実施例においても、アセンブリホルダ17は、半導体発光素子21の光出射面21aを光導波路13の一端面に向き付けている。この光源装置11a、11bによれば、支持面18bを介して半導体発光素子21からの放熱が容易になる。また、分離溝18bにより、個々の支持面18a上の光学サブアセンブリ15間の熱的干渉がより低減される。
図8は、図1の矢印A1の方向から見た光源装置の別の実施例を示す図面である。半導体発光素子22は面発光素子であることができる。半導体発光素子22の各々はアセンブリホルダ16の支持面によって支持され、図8では、支持面の反対側の裏面が描かれており、これ故に、半導体発光素子22の位置を示すために、半導体発光素子22を破線で描いている。アセンブリホルダ16の支持面上の半導体発光素子22は、光導波路13に光学的に結合される。図8の(a)部における光源装置11cでは、アセンブリホルダ16は2個の半導体発光素子22を搭載している。半導体発光素子22の各々はアセンブリホルダ16上において2回の回転対称である位置に配置される。図8の(b)部における光源装置11dでは、アセンブリホルダ16は3個の半導体発光素子22を搭載している。半導体発光素子22の各々はアセンブリホルダ16上において3回の回転対称である位置に配置される。図8の(c)部における光源装置11cでは、アセンブリホルダ16は4個の半導体発光素子22を搭載している。半導体発光素子22の各々はアセンブリホルダ16上において4回の回転対称である位置に配置される。図8の(d)部における光源装置11cでは、アセンブリホルダ16は5個の半導体発光素子22を搭載している。半導体発光素子22の各々はアセンブリホルダ16上において5回の回転対称である位置に配置される。
図9は、光源装置を製造する方法における主要なステップを示す図面である。ステップS101では、図2に示される光学サブアセンブリ15を形成する。光学サブアセンブリ15のための部品、例えば半導体発光素子21、ヒートシンク31、及び搭載部材33を準備する。半導体発光素子21をヒートシンク31にダイボンドして組立体を形成した後に、この組立体を搭載部材33の主面に搭載する。半導体発光素子21の電極を搭載部材33上の導体パターンにボンディングワイヤ47a、47bといった導電体で接続する。搭載部材33の一例では、搭載部材33は支持体37及び配線部材39を含むので、支持体37の主面に配線部材39を搭載すると共に配線部材39にリード端子35を固定することができる。光学サブアセンブリ15は、例えばこのように形成されて、半導体発光素子21からの放熱及び半導体発光素子21の電気的接続がそれぞれ支持部材23及びリード端子35を介して可能になる。これ故に、工程S102では、光学サブアセンブリ15の電気的検査を行う。例えば、半導体発光素子21に電圧を印加して発光の検査(強度及び/又は波長)を行うことができる。この検査の結果、所定の検査基準を満たさない組立体が次の工程に送られることはない。また、所定の検査基準を満たした組立体は、光学サブアセンブリ15として次の工程に送られる。
工程S103では、電気的検査をパスした光学サブアセンブリ15をアセンブリホルダ17に固定して、光素子モジュールを作成する。図1に示されたアセンブリホルダ17を準備する。アセンブリホルダ17の孔17bは、一端から他端まで延在しており、その孔17bは内側面17aによって規定される。内側面17aは光学サブアセンブリ15を支持する支持面を有しており、各支持面は軸Axの方向に延在する。これ故に、アセンブリホルダ17の搭載部材33の裏面を内側面17aの支持面上に載せた後に光学サブアセンブリ15を押し入れることによって、孔17bに光学サブアセンブリ15を配置できる。これを繰り返すことによって、所望の数の光学サブアセンブリ15をアセンブリホルダ17に配置できる。光学サブアセンブリ15をアセンブリホルダ17することは、例えば個々の光学サブアセンブリ15の配置毎に行うことができる。これによって、光素子モジュールが形成される。
工程S104では、光導波路13を導波路ホルダ41に固定して、光導波路モジュールを作成する。光源装置11の製造では、多数の光素子モジュール及び多数の光導波路モジュールを予め準備しておくことが通常であるので、工程S103及び工程S104の順序は製造フローにおいて重要ではない。
工程S105では、光素子モジュール及び光導波路モジュールを組み立てて、光源装置11を形成する。この組み立ての一例では、光素子モジュール及び光導波路モジュールの光学的なアライメントを行う。このアライメントは、例えばパッシブアライメントによることができる。例えば光素子モジュールのホルダ17及び光導波路モジュールのホルダ41の機械的な組み立て、例えば嵌め合わせにより、光導波路13及び光学サブアセンブリ15の光結合が所望の光結合率を提供できるとき、パッシブアライメントを使用できる。必要な場合には、光結合の提供のためにアクティブアライメントを行うことができる。光素子モジュール内の光学サブアセンブリ15の全てに通電して発光させて、これらの発光素子からの光を光導波路モジュールの光導波路13の一端面13aに結合させると共に、光導波路13の他端面13bにおいて光強度を測定する。光導波路13の他端面13bからの光強度が所望の値を超えるように、光素子モジュール及び光導波路モジュールの位置決めを行う。
具体例を示せば、半導体発光素子21を搭載部材23に実装する際のクリアランスは、例えば−0.02mm〜+0.02mm程度であり、また、アセンブリホルダ17に光学サブアセンブリ15を実装する際のクリアランスは、例えば−0.02mm〜+0.02mm程度である。これらの値から、最大で−0.04mm〜+0.04mm程度の発光エリアの位置ばらつきがある。この位置ばらつきを考慮にいれて、光導波路13のコアサイズを選定することが良い。これらの工程によって、光源装置11が作製される。
図10は、本実施の形態に係るディスプレイ装置の一例を示す図面である。ディスプレイ装置51は、本実施の形態において説明された様々な光源装置を備えることができる。ディスプレイ装置51は、ミラーデバイス52と、投影レンズ53と、制御装置54とを備える。ミラーデバイス52は、例えば光源装置11の光導波路13の他端面13dからの光ILMを受け、ミラーデバイス52は、照射された光の一部及び全部を反射する。ミラーデバイス52は例えば電磁力で、反射ミラーを回転させる原理で光を一次元もしくは二次元的に反射させるものであり、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)である。投影レンズ53は、ミラーデバイス52からの反射光LRF1から、スクリーン59への投影光(又は投射光)LPRを生成する。制御装置54は、光源装置11の駆動及び光源装置11の照明の制御(例えば、光パワーや演色性)を行うと共に、ミラーデバイス52の制御(ミラーの角度や投影方向)を行う。このディスプレイ装置51によれば光源から投影までの光損失が小さいため光源の低消費電力化が可能である。ディスプレイ装置51におけるミラーデバイス52としては、デジタル・ライト・プロセッシング(DLP)、やリクイッドクリスタル・オン・シリコン(LCos)等がある。このディスプレイ装置51は例えば以下のように動作する。光源装置11の発光素子は、赤、青及び緑の光を発生し、光導波路13において、これらの複数の波長の光が合成されて白色光が生成される。この白色光は、ミラーデバイス52に照射され、制御装置54からの映像信号に応じた色の光をミラーデバイス52が反射する。この反射光は、投影レンズ53を介してスクリーンに投影される。
図11は、本実施の形態に係るディスプレイ装置の一例を示す図面である。ディスプレイ装置61は、本実施の形態において説明された様々な光源装置を備えることができる。ディスプレイ装置61は、レンズ62と、MEMSデバイス63と、制御装置65とを備える。レンズ62は、光導波路13の他端面13dからの光LCOLをコリメートして、コリメート光LCOLを生成する。MEMSデバイス63は、レンズからのコリメート光LCOLを受けるミラーを含む。ミラーは、コリメート光LCOLから投影光LRF2を生成する。MEMSデバイス63は例えばMEMSのアレイを含むことができる。制御装置64は、光源装置11の駆動及び光源装置11の照明の制御(例えば、光パワーや演色性)を行うと共に、投影光LRF2のスクリーン59への走査のためにMEMS63aのミラー角等の制御を行う。このディスプレイ装置61によれば、光源から投影までの光損失が小さいため光源の低消費電力化が可能である。このディスプレイ装置61は例えば以下のように動作する。光源装置11の発光素子は、赤、青及び緑の光を発生し、光導波路13において、これらの複数の波長の光が合成されて白色光が生成される。この白色光は、レンズ62により、平行ビームに変換される。MEMSは、この平行ビームを受けて、MEMSのミラーの回転により、反射光でスクリーンを走査する。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の光学サブアセンブリ間の熱的な干渉を避けながら、光学サブアセンブリの半導体発光素子毎の検査を可能にする小型化可能な構造を有する光源装置が提供される。また、本実施の形態によれば、この光源装置を含むディスプレイ装置が提供される。
11…光源装置、13…光導波路、13a…コア領域、13b…クラッド領域、13c、13d…光導波路端面、15…光学サブアセンブリ、17、16…アセンブリホルダ、17a…アセンブリホルダ内側面、17c、17d…アセンブリホルダの端部、21、22…半導体発光素子、21a…光出射面、23…支持部材、Ref1、Ref2…基準線、25a、25b…電極、27a、27b…電極、31…ヒートシンク、33…搭載部材、35…リード端子、37…支持体、39…配線部材、41…導波路ホルダ。
Claims (13)
- 所定の軸に沿って延在するコア領域、該コア領域の周囲を覆い前記所定の軸に沿って延在するクラッド領域、及び前記所定の軸に交差する平面に沿って延在する一端面を含む単一の光導波路と、
複数の光学サブアセンブリと、
前記複数の光学サブアセンブリがそれぞれ複数の基準線上に配列されて前記光導波路の前記一端面に光学的に結合されるように前記複数の光学サブアセンブリを支持する内側面を有するアセンブリホルダと、
を備え、
前記光学サブアセンブリの各々は、
前記光導波路の前記一端面に光学的に結合された光出射面を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を搭載する支持部材と、
を含み、
前記支持部材は、前記半導体発光素子の第1及び第2の電極にそれぞれ電気的に接続された第1及び第2の電極を有し、
前記光学サブアセンブリの前記支持部材は、前記アセンブリホルダ内において互いに離れており、
前記アセンブリホルダは、前記半導体発光素子の前記光出射面を前記光導波路の前記一端面に向き付けており、
前記複数の基準線は、前記コア領域から前記クラッド領域の方向に前記所定の軸上の一点から互いに異なる方向に延びる、光源装置。 - 前記アセンブリホルダは、該アセンブリホルダの一端から他端まで前記所定の軸の方向に延在する孔を有し、
前記複数の支持部材は前記アセンブリホルダの前記孔内に配列されている、請求項1に記載された光源装置。 - 前記支持部材は、前記半導体発光素子をダイボンドしたヒートシンクと、前記ヒートシンクを搭載する主面及び前記アセンブリホルダに支持された裏面を有する搭載部材とを含み、
前記光学サブアセンブリは前記搭載部材に支持されたリード端子を更に含む、請求項1又は請求項2に記載された光源装置。 - 前記アセンブリホルダの内側面は、前記複数の光学サブアセンブリをそれぞれ支持する複数の支持面と、前記複数の支持面の間に設けられた複数の分離溝とを有する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された光源装置。
- 前記半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に設けられた半導体積層とを含み、
前記支持部材は前記半導体発光素子の前記基板を支持する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された光源装置。 - 前記コア領域の断面は円形であり、
前記半導体発光素子の前記光出射面における発光エリアが前記所定の軸上の一点を中心とする円周に沿って配列される、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された光源装置。 - 前記円周の直径は前記コア領域の前記断面の直径より小さい、請求項6に記載された光源装置。
- 前記光導波路を支持する導波路ホルダを更に備え、
前記アセンブリホルダはアライメント面を有し、
前記アライメント面は、前記所定の軸に交差する基準平面に沿って延在すると共に、前記導波路ホルダの一端を支持する、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された光源装置。 - 前記光導波路を支持する導波路ホルダを更に備え、
前記アセンブリホルダ及び前記導波路ホルダの各々は、前記アセンブリホルダと前記導波路ホルダとの間の光学的な位置決めを行う位置決め構造を有する、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された光源装置。 - 前記光導波路は大口径光ファイバを含む、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された光源装置。
- 前記光導波路は、ブラスチックからなるコアを有する光ファイバ、石英ガラスからなるコアを有する光ファイバ、ポリイミド材料からなるコアを有する光ファイバ、ブラスチックからなるコアを有する平面導波路、石英ガラスからなるコアを有する平面導波路、ポリイミド材料からなるコアを有する平面導波路、及びフォトニック結晶のいずれか一つを含む、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された光源装置。
- 請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された光源装置と、
前記光源装置の前記光導波路の他端面からの光を受けるミラーデバイスと、
前記ミラーデバイスからの反射光から投射光を生成するレンズと、
前記光源装置の前記半導体発光素子を駆動すると共に、前記ミラーデバイスを制御する制御装置と、
を備えるディスプレイ装置。 - 請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された光源装置と、
前記光導波路の前記他端面からの光をコリメートするレンズと、
前記レンズからの光を受けるミラーを含むMEMSと、
前記光源装置の前記半導体発光素子を駆動すると共に、前記MEMSを制御して前記MEMSからの反射光を走査する制御装置と、
を備えるディスプレイ装置。
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