光導波路、波長多重光合波装置、及びそれを用いた医療用内視鏡
【課題】小型化を図ると同時に、２以上の異なる波長を有する光を合波し、光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布を均一である合波光を得ることができる光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置、並びに当該波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡を提供すること。
【解決手段】光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有する光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置、並びに当該波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【解決手段】光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有する光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置、並びに当該波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路、及びそれを備えた波長多重光合波装置、並びにそれを用いた医療用内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光源から出射される異なる波長の光を合波する波長多重光合波装置として、様々な提案がなされている。
例えば、特許文献１では、複数の光源から出射された光を第１ファイバ合波器において合波して第１の合波光を形成する複数のファイバ合波光源ユニットからマルチモード光ファイバによって第１の合波光を導波させ、第２ファイバ合波器においてさらに合波して第２の合波光を形成する合波光源についての発明が開示されている。特許文献１では、複数の光源から出射される光を合波して高出力、高輝度な合波光を得るための合波光源を提供することを目的としている。
【０００３】
また、特許文献２では、面発光素子の近接した２以上の発光点から入射した２以上の異なる波長の光を合波して伝搬した後、合波した光を波長選択フィルターにより分波して波長多重伝搬することができる複合化された波長多重光伝搬路構造についての発明が開示されている。特許文献２では、当該波長多重光伝搬構造により、短距離光伝搬で用いられる光伝搬路において更なる低コスト化、小型化、大容量化が図れる光伝搬技術を提供することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４１３４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１９９０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、医療用内視鏡に用いられるような、小型で、かつ複数の異なる波長の光を合波して白色光を出射する照明装置では、出射光が照らした被照射部において、それぞれの波長の光の強度分布にむらがなく、どの波長の光においても分布形状が等しいことが求められる。言い換えると、波長多重合波器の光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布が均一であることが求められる。
ところが、特許文献１記載の合波光源では、この光の強度分布の均一性については触れられておらず、また、小型化の手段についても提案されていない。特許文献１の合波光源で、光の強度分布を均一化するには、伝搬路を長くせざるを得ず、装置全体を大型化してしまう。
また、特許文献２でも、光の損失については言及しているが、光の強度分布を均一にする手段については開示されていない。なお、ここで述べている光源とは、レーザーやLEDなどの発光素子のほか、これらの発光素子が結合された光ファイバや光導波路なども含まれる。
本発明は、上記問題の解決を鑑みたものであり、小型化を図ると同時に、２以上の異なる波長を有する光を合波し、光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布を均一である合波光を得ることができる光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置、並びに当該波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意検討したところ、以下の［１］〜［３］により上記課題が解決されることを見出した。
【０００７】
［１］光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有することを特徴とする光導波路。
［２］上記［１］に記載の光導波路からなる光導波路本体と、発光素子より構成される２以上の発光点から異なる波長の光を該光導波路本体へ出射する光入射部と、を備える波長多重光合波装置。
［３］上記［２］に記載の波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置によれば、装置の小型化を図ると同時に、２以上の異なる波長を有する光を合波し、光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布が均一である合波光を得ることができる。また、当該波長多重光合波装置は、特に、医療用内視鏡の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
【図２】本発明の光導光路の光伝搬の様子を模式的に示した平面図である。
【図３】本発明の光導光路の光の強度分布を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
【図６】本発明の第１及び第３実施形態に係る光導波路において、光出射部側端部の横幅Ｗ２を変化させた際の波長５５０ｎｍでの光の伝搬損失を示すグラフである。
【図７】本発明の第４実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
【図８】従来の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した平面図である。
【図９】従来の光導波路の光の強度分布を模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔波長多重光合波装置〕
はじめに、図１の（Ａ）において、本発明の波長多重光合波装置の構成について説明する。
本発明の波長多重光合波装置３は、本発明の光導波路１よりなる光導波路本体１０、及び、光入射部２０を備える。光入射部２０は、２以上の発光点（図１においては３つ）２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備え、これらの発光点は、発光素子２１より構成される。光入射部２０は、これらの発光点から、異なる波長の光を光導波路本体１０へ出射する。出射された光は、光導波路本体１０を構成する光導波路１の光入射部側からコア３１内へ入射される。入射された光は、コア３１の内部において、コア３１とクラッド３２との境界面（以下、「境界面」ともいう）で全反射を繰り返し伝搬しながら、各波長の光が合波され、光出射部側のコア表面から合波光として出射される。
【００１１】
＜光入射部＞
光入射部２０が有する発光素子２１としては、それぞれが異なる波長の光を出射できるものであれば特に限定されない。例えば、発光ダイオードや、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に代表される面発光素子等が挙げられ、これらの発光素子が結合された光ファイバや光導波路なども含まれる。
光入射部２０は、異なる波長の光を出射する２つ以上の発光点を備える。ここで発光点は上記の発光素子より構成される。図１においては、発光点が３つの場合が示されているが、発光点の個数は用途に応じて適宜選択できる。
ただ、医療用内視鏡のような白色光を得る必要がある照明装置に本発明の波長多重光合波装置が用いられる場合、光入射部は、３つの発光点を有し、それぞれ赤色、緑色、及び青色の光となる特定の波長を有する光を出射するものであることが好ましい。均一な強度分布のこれらの光を合波することで、白色光を得ることができる。
なお、このような光が有する波長の範囲は、一般的に、赤色の発光波長が６００〜７６０ｎｍ、緑色の発光波長が４９０〜５７５ｎｍ、青色の発光波長が３９０〜４８５ｎｍの範囲であることが知られている。このような範囲の中でも、ＲＧＢ表色系で規定されたＲ（赤）：７００ｎｍ、Ｇ（緑）：５４６．１ｎｍ、Ｂ（青）：４３５．８ｎｍの波長であることが好ましい。
【００１２】
＜光導波路のコアとクラッド＞
図１（Ｂ）は、（Ａ）平面図で表した光導波路の断面Ｐ１−Ｑ１等における断面図である。
図１（Ｂ）に示すとおり、光導波路１は、光路となるコア３１と、そのコア３１を取り囲むクラッド３２より構成される。入射した光が、コア３１内を境界面で全反射を起こしながら伝搬するためには、コアの屈折率は、クラッドの屈折率より大きくする必要がある。
コア３１とクラッド３２の素材としては、屈折率が異なるようにすれば、同じ素材から作製されてもよい。素材としては、例えば、石英ガラスやシリコン等の無機系素材や、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等のポリマ系素材等が挙げられる。それらの中でも、ポリマ系素材が好ましい。ポリマ系素材を用いたポリマ光導波路であれば、無機光導波路に比べてコア厚さを大きくすることが容易であり、大きなワークサイズでの加工や成形技術による大量生産が可能であるため、生産性を向上させることができる。
ポリマ光導波路において用いられるベースポリマーとしては、一定の強度を確保し高い光透過性を有するものが好ましく、例えば、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン等、あるいはこれらの誘導体等が挙げられる。なお、ここで（メタ）アクリル樹脂とは、アクリル樹脂及びメタクリル樹脂を意味するものである。これらのベースポリマーは１種単独でも、又は２種以上を混合して用いてもよい。
これらの例示したベースポリマーの中でも、優れた耐熱性の観点から、主鎖に芳香族骨格を有することが好ましく、特にフェノキシ樹脂が好ましい。また、３次元架橋し、耐熱性を向上できるとの観点からは、エポキシ樹脂が好ましく、特に室温で固形のエポキシ樹脂が好ましい。さらに、光又は熱重合性化合物との相溶性が、クラッド形成用樹脂フィルムの透明性を確保するために重要であるが、この観点からは上記フェノキシ樹脂及び（メタ）アクリル樹脂が好ましい。
【００１３】
なお、クラッド３２は、コア３１を取り囲む場所に応じて、複数の素材から構成されていてもよく、これらの素材は互いに異なる屈折率を有していてもよい。例えば、図１の（Ｃ）の断面図に示すように、コア３１の下に位置するクラッド３２ａは、ポリマ系素材を用い、それ以外のコア３１を取り囲む部分のクラッド３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、樹脂等の素材を用いず、空気にクラッドとしての役割を担わせる構成でもよい。本発明の実施形態においては、図１の（Ｂ）、（Ｃ）に示すいずれの構成もとることができる。
【００１４】
〔本発明の光導波路の第１実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第１実施形態について説明する。
本発明において、コア３１は、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コア３３を有する。本実施形態のテーパ形状コア３３は、図１の（Ｂ）、（Ｃ）の断面図が示すとおり、光入射部側に近い断面Ｐ１−Ｑ１では、コアの横幅は広いが、光出射部側に近づくにつれて横幅が狭くなっている。
なお、ここでいう「テーパ形状を含む」とは、図１で示すテーパ形状コア３３のように、光出射部に向かうにつれて一定の割合で徐々に横幅が狭くなる場合のみならず、光出射部側に向かう途中で、横幅が広くなるが、光出射部側端部３３ｂ付近において再び横幅が狭くなる場合も含まれる。ただし、異なる波長の光の強度分布を均一にする観点から、テーパ形状コア３３としては、図１に示すような、光出射部に向かうにつれて一定の割合で徐々に横幅が狭くなるものであることが好ましい。
本発明において、光導波路１のコア３１がテーパ形状コア３３を有することで、入射された異なる波長の光の強度分布を均一にし、光出射部側のコア表面から各波長の光の強度分布が均一である合波光が得られる。以下、その理由について詳述する。
【００１５】
図８は、従来の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した図である。入射した光は、境界面での反射を繰り返すことで、光の分布がランダムになる。ところが、図８のように、従来の光導波路のコアの横幅は一様であるため、入射した光が、コア１３１とクラッド１３２との境界面で反射する頻度は低い。特に、中央の発光点１２２ｂから出射される光の反射の頻度は低い。また、図９は、中央の発光点１２２ｂにのみ注目し、中央の発光点から出射される光の強度分布を模式的に示した図である。（ａ）及び（ｂ）の地点では、光の強度がコアの中央付近に局在化している。（ｃ）及び（ｄ）の地点においては、多少、光が境界面で反射するため、境界面付近においては干渉の影響も受けるが、コアの中央付近にいたっては、その干渉の影響はほとんど受けない。そのため、（ａ）〜（ｄ）のいずれの地点においても、コアの中央付近と境界面付近での光の強度差が大きく、光の強度分布は不均一である。これは、従来の光導波路では、光の反射頻度が少ないため、境界面からの干渉の影響も小さく、光の分布がランダムになりにくいためと考えられる。
一方、図２は、本発明の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した図である。本発明の光導波路のコアは、光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を含むテーパ形状コア３３を有するため、光入射部側から光出射部側に向かうにつれ、境界面での光の反射頻度が高くなる。当該反射の頻度が増すことで、光の分布がランダムになり、その結果、光出射部側端部３３ｂ付近では、光の強度分布が均一化されると考えられる。光の強度分布を均一化するためには、境界面に最も大きい角度で入射する伝搬光の成分が、出射部側に到達するまでに少なくとも３回以上境界面で反射する様なコア形状にすることが望ましい。また、図３は、中央の発光点２２ｂのみに注目し、中央の発光点から出射される光の強度分布を模式的に示した図である。光入射部側付近の（ａ）では、光の反射頻度も低く、境界面からの干渉の影響も小さい。そのため、境界面付近では、光の強度は小さい。しかし、コアの横幅が狭くなるにつれて、光の反射頻度も増し、境界面からの干渉の影響も大きくなり、境界面付近の光強度も強くなっている。その結果、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と光出射部側に向かうにつれて、境界面付近とコアの中央付近の光強度の差も徐々に縮まり、光出射部側端部３３ｂ付近の（ｅ）では、光の強度分布をほぼ均一にすることができる。図３においては、中央の発光点２２ｂにのみ注目しているが、他の発光点２２ａ、２２ｃについても、入射した光を、光出射部側端部３３ｂ付近において、光の強度分布をほぼ均一にすることができる。
したがって、本発明の光導波路を用いた波長多重光合波装置は、各波長の光の強度分布が均一である合波光を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のテーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さであることが好ましい。これは、図１の（Ｂ）、（Ｃ）において、Ｙ１がテーパ形状コアの厚さを示しているが、発光点の位置がずれた場合においても、光をコアに入射させることを可能にするためには、この厚さＹ１は一定以上の厚さがあることが望ましく、当該厚さを有する場合、光導波路は、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有することになるからである。
このような厚さＹ１のとしては、好ましくは３０〜３００μｍである。
【００１７】
ここで、テーパ形状コアの形状について詳述する。図１において、本発明のテーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａの横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部３３ｂの横幅をＷ２（μｍ）、及びテーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａから光出射部側端部３３ｂまでの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚さをＹ１（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）としたとき、以下の（１）〜（５）を満たすことが好ましい。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）３００≦Ｗ１≦１５００
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１５００≦Ｌ１≦４００００
（５）３０≦Ｙ１≦３００
【００１８】
条件（２）〜（４）については、上記テーパ角αの範囲を考慮した上で定められた範囲である。つまり、Ｗ１、Ｗ２、Ｌ１の範囲は、テーパ角α＝ｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］の関係、及び上記テーパ角αの範囲を考慮している。
条件（３）において、Ｗ２が５０（μｍ）以上であれば、光の伝搬損失を抑えることができるため好ましい。また、Ｗ２が２００（μｍ）以下であれば、光の強度分布を十分に均一化することができるため好ましい。
条件（４）において、Ｌ１が１５００（μｍ）以上であれば、入射した光がコアとクラッドとの境界面で全反射する頻度を十分に確保されるため好ましい。また、Ｌ１が４００００（μｍ）以下であれば、医療用内視鏡など小型化が求められる用途に用いることができるため好ましい。
なお、条件（５）を満たすことで、素子の厚み方向の許容位置ずれを十分確保することができる。
【００１９】
〔本発明の光導波路の第２実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第２実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
なお、上述の実施形態と同一の構成については説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。当該事項は、本実施形態に限らず、後述する第３、４の実施形態についても同様である。
本実施形態の波長多重光合波装置のテーパ形状コアは、光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含むことが好ましい。図４に示されたように、光入射部側端部３４ａ付近のコア３１とクラッド３２との境界線は曲線状に形成されている。テーパ形状コアをこのような形状にすることで、コア、クラッド界面で漏れる光を減少させ、伝搬損失を小さくすることができる。
【００２０】
〔本発明の光導波路の第３実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第３実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
第３実施形態の光導波路１ｂにおいて、コア３１は、前述のテーパ形状コア３３と、複数の入射用コア３５ａ、３５ｂ、３５ｃとから構成され、図５の（Ｂ）に示すとおり、これらのコアの回りをクラッド３２により取り囲んでいる。なお、クラッド３２は、上述の通り、コア３１を取り囲む場所に応じて、複数の素材から構成されていてもよく、これらの素材は互いに異なる屈折率を有していてもよく、図５の（Ｃ）に示すように、例えばコア３１の下に位置するクラッド３２ａはポリマ材料を用い、それ以外のコア３１を取り囲む部分のクラッドは空気とする構成をとることもできる。
複数の入射用コア３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、光入射部の各発光点２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応している。これら複数の入射用コアは、各発光点から入射される光を、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａへと伝搬する役割を果たす。なお、入射用コアは、各発光点に対応するように発光点の数だけ有し、これら入射用コアのうち少なくとも１つが曲線形状である。当該曲線形状の入射用コアの形状としては、略Ｓ字形状であることが好ましい。図５の光導波路１ｂにおいては、入射用コア３５ａ、３５ｃの形状が、略Ｓ字形状である。このような形状であることにより、伝搬損失を低減することができる。
【００２１】
図６は、第１及び第３の実施形態の光導波路において、光出射部側端部の横幅Ｗ２を変化させた際の波長５５０ｎｍでの光の伝搬損失を示すグラフである。図６のグラフが示すとおり、光出射部側端部の横幅Ｗ２を狭めると、伝搬損失が大きくなる傾向がある。ところが、本実施形態の光導波路では、少なくとも１つが曲線形状（略Ｓ字形状）である複数の入射用コアの構成を取り入れているため、伝搬損失を低減することができる。図６では一例として波長５５０ｎｍの光について示したが、他の波長の光についても横幅Ｗ２と伝搬損失の関係は同様の傾向を示す。
したがって、本実施形態の波長多重光合波装置は、伝搬損失を低減しつつ、横幅Ｗ２を狭めることで、入射された異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。
【００２２】
また、本実施形態においてもテーパ形状コアの厚さＹ１は、入射する光の波長に対してマルチモードとなる厚さであることが好ましい。また、入射用コアの厚さＹ２はテーパ形状コアの厚さＹ１と同じでも異なっていても良い。
【００２３】
ここで、本実施形態の光導波路のコアの形状について詳述する。
図５に示す光導波路１ｂにおいて、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａの横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａから光出射部側端部３３ｂまでの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コア３３の厚みをＹ１（μｍ）、入射用コア３５の厚みをＹ２（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）、光入射部側端部３６ａにおける複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ１（μｍ）、テーパ形状コア側端部３６ｂにおける複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ２（μｍ）、入射用コアの光入射部側端部３６ａからテーパ形状コア側端部３６ｂまでの長さをＬ２（μｍ）としたとき、以下の（１）〜（９）を満たすことが好ましい。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）１３０≦Ｗ１≦７５０
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１０００≦Ｌ１≦３００００
（５）３０≦Ｙ１、Ｙ２≦３００
（６）５００≦Ｘ１≦１５００
（７）１００≦Ｘ２≦５００
（８）Ｗ１≧Ｘ２
（９）１０００≦Ｌ２≦５０００
【００２４】
上記条件のうち、条件（１）及び（５）は第一の実施形態で述べたとおりである。
条件（３）において、Ｗ２が５０（μｍ）以上であれば、光の伝搬損失を抑えることができるため好ましい。また、Ｗ２が２００（μｍ）以下であれば、光の強度分布を十分に均一化することができるため好ましい。
条件（４）において、Ｌ１が１０００（μｍ）以上であれば、入射した光がコアとクラッドとの境界面で全反射する頻度を十分に確保されるため好ましい。また、Ｌ１が３００００（μｍ）以下であれば、医療用内視鏡など小型化が求められる用途に用いることができるため好ましい。
条件（８）において、Ｗ１＝Ｘ２であってもよく、発光点から入射される光が、テーパ形状コアに漏れなく伝搬できれば問題ない。
【００２５】
〔本発明の光導波路の第４実施形態〕
本発明の光導波路の第４実施形態について、図７に示された光導波路１ｃが挙げられる。第４実施形態である光導波路１ｃは、基本的な構成として第３実施形態の光導波路１ｂの構成を具備しつつ、第２実施形態の光導波路１ａの光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部方向に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コア３４に置き換えたものである。
図７で示されたようなテーパ形状コア３４を有することで、コア、クラッド界面で漏れる光を減少させ、伝搬損失を小さくすることができると共に、異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。
また、図７に示されたような複数の入射用コアを有することで、より伝搬損失を低減することができる。
【００２６】
〔その他の実施形態〕
本発明の光導波路は、上記の実施形態には限定されず、入射された異なる波長の光の強度分布を均一にできるものであれば、本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、テーパ形状コアの一部分の横幅が、光出射部側に進むにつれて拡がるもの、もしくは一様である光導波路も、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の光導波路を備えた波長多重光合波装置は、装置の小型化を図ると共に、異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。そのため、例えば、医療用内視鏡等の用途で有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 光導波路
１０ 光導波路本体
２０ 光入射部
２１ 発光素子
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 発光点
３ 波長多重光合波装置
３１ コア
３２ クラッド
３３、３４ テーパ形状コア
３３ａ、３４ａ （テーパ形状コアの）光入射部側端部
３３ｂ、３４ｂ （テーパ形状コアの）光出射部側端部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 入射用コア
３６ａ （複数の入射用コアの）光入射側光入射部側端部
３６ｂ （複数の入射用コアの）テーパ形状コア側端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路、及びそれを備えた波長多重光合波装置、並びにそれを用いた医療用内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光源から出射される異なる波長の光を合波する波長多重光合波装置として、様々な提案がなされている。
例えば、特許文献１では、複数の光源から出射された光を第１ファイバ合波器において合波して第１の合波光を形成する複数のファイバ合波光源ユニットからマルチモード光ファイバによって第１の合波光を導波させ、第２ファイバ合波器においてさらに合波して第２の合波光を形成する合波光源についての発明が開示されている。特許文献１では、複数の光源から出射される光を合波して高出力、高輝度な合波光を得るための合波光源を提供することを目的としている。
【０００３】
また、特許文献２では、面発光素子の近接した２以上の発光点から入射した２以上の異なる波長の光を合波して伝搬した後、合波した光を波長選択フィルターにより分波して波長多重伝搬することができる複合化された波長多重光伝搬路構造についての発明が開示されている。特許文献２では、当該波長多重光伝搬構造により、短距離光伝搬で用いられる光伝搬路において更なる低コスト化、小型化、大容量化が図れる光伝搬技術を提供することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４１３４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１９９０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、医療用内視鏡に用いられるような、小型で、かつ複数の異なる波長の光を合波して白色光を出射する照明装置では、出射光が照らした被照射部において、それぞれの波長の光の強度分布にむらがなく、どの波長の光においても分布形状が等しいことが求められる。言い換えると、波長多重合波器の光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布が均一であることが求められる。
ところが、特許文献１記載の合波光源では、この光の強度分布の均一性については触れられておらず、また、小型化の手段についても提案されていない。特許文献１の合波光源で、光の強度分布を均一化するには、伝搬路を長くせざるを得ず、装置全体を大型化してしまう。
また、特許文献２でも、光の損失については言及しているが、光の強度分布を均一にする手段については開示されていない。なお、ここで述べている光源とは、レーザーやLEDなどの発光素子のほか、これらの発光素子が結合された光ファイバや光導波路なども含まれる。
本発明は、上記問題の解決を鑑みたものであり、小型化を図ると同時に、２以上の異なる波長を有する光を合波し、光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布を均一である合波光を得ることができる光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置、並びに当該波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意検討したところ、以下の［１］〜［３］により上記課題が解決されることを見出した。
【０００７】
［１］光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有することを特徴とする光導波路。
［２］上記［１］に記載の光導波路からなる光導波路本体と、発光素子より構成される２以上の発光点から異なる波長の光を該光導波路本体へ出射する光入射部と、を備える波長多重光合波装置。
［３］上記［２］に記載の波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光導波路、及び当該光導波路を備えた波長多重光合波装置によれば、装置の小型化を図ると同時に、２以上の異なる波長を有する光を合波し、光出射部側のコア表面において、各波長の光の強度分布が均一である合波光を得ることができる。また、当該波長多重光合波装置は、特に、医療用内視鏡の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
【図２】本発明の光導光路の光伝搬の様子を模式的に示した平面図である。
【図３】本発明の光導光路の光の強度分布を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
【図６】本発明の第１及び第３実施形態に係る光導波路において、光出射部側端部の横幅Ｗ２を変化させた際の波長５５０ｎｍでの光の伝搬損失を示すグラフである。
【図７】本発明の第４実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
【図８】従来の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した平面図である。
【図９】従来の光導波路の光の強度分布を模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔波長多重光合波装置〕
はじめに、図１の（Ａ）において、本発明の波長多重光合波装置の構成について説明する。
本発明の波長多重光合波装置３は、本発明の光導波路１よりなる光導波路本体１０、及び、光入射部２０を備える。光入射部２０は、２以上の発光点（図１においては３つ）２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備え、これらの発光点は、発光素子２１より構成される。光入射部２０は、これらの発光点から、異なる波長の光を光導波路本体１０へ出射する。出射された光は、光導波路本体１０を構成する光導波路１の光入射部側からコア３１内へ入射される。入射された光は、コア３１の内部において、コア３１とクラッド３２との境界面（以下、「境界面」ともいう）で全反射を繰り返し伝搬しながら、各波長の光が合波され、光出射部側のコア表面から合波光として出射される。
【００１１】
＜光入射部＞
光入射部２０が有する発光素子２１としては、それぞれが異なる波長の光を出射できるものであれば特に限定されない。例えば、発光ダイオードや、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に代表される面発光素子等が挙げられ、これらの発光素子が結合された光ファイバや光導波路なども含まれる。
光入射部２０は、異なる波長の光を出射する２つ以上の発光点を備える。ここで発光点は上記の発光素子より構成される。図１においては、発光点が３つの場合が示されているが、発光点の個数は用途に応じて適宜選択できる。
ただ、医療用内視鏡のような白色光を得る必要がある照明装置に本発明の波長多重光合波装置が用いられる場合、光入射部は、３つの発光点を有し、それぞれ赤色、緑色、及び青色の光となる特定の波長を有する光を出射するものであることが好ましい。均一な強度分布のこれらの光を合波することで、白色光を得ることができる。
なお、このような光が有する波長の範囲は、一般的に、赤色の発光波長が６００〜７６０ｎｍ、緑色の発光波長が４９０〜５７５ｎｍ、青色の発光波長が３９０〜４８５ｎｍの範囲であることが知られている。このような範囲の中でも、ＲＧＢ表色系で規定されたＲ（赤）：７００ｎｍ、Ｇ（緑）：５４６．１ｎｍ、Ｂ（青）：４３５．８ｎｍの波長であることが好ましい。
【００１２】
＜光導波路のコアとクラッド＞
図１（Ｂ）は、（Ａ）平面図で表した光導波路の断面Ｐ１−Ｑ１等における断面図である。
図１（Ｂ）に示すとおり、光導波路１は、光路となるコア３１と、そのコア３１を取り囲むクラッド３２より構成される。入射した光が、コア３１内を境界面で全反射を起こしながら伝搬するためには、コアの屈折率は、クラッドの屈折率より大きくする必要がある。
コア３１とクラッド３２の素材としては、屈折率が異なるようにすれば、同じ素材から作製されてもよい。素材としては、例えば、石英ガラスやシリコン等の無機系素材や、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等のポリマ系素材等が挙げられる。それらの中でも、ポリマ系素材が好ましい。ポリマ系素材を用いたポリマ光導波路であれば、無機光導波路に比べてコア厚さを大きくすることが容易であり、大きなワークサイズでの加工や成形技術による大量生産が可能であるため、生産性を向上させることができる。
ポリマ光導波路において用いられるベースポリマーとしては、一定の強度を確保し高い光透過性を有するものが好ましく、例えば、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン等、あるいはこれらの誘導体等が挙げられる。なお、ここで（メタ）アクリル樹脂とは、アクリル樹脂及びメタクリル樹脂を意味するものである。これらのベースポリマーは１種単独でも、又は２種以上を混合して用いてもよい。
これらの例示したベースポリマーの中でも、優れた耐熱性の観点から、主鎖に芳香族骨格を有することが好ましく、特にフェノキシ樹脂が好ましい。また、３次元架橋し、耐熱性を向上できるとの観点からは、エポキシ樹脂が好ましく、特に室温で固形のエポキシ樹脂が好ましい。さらに、光又は熱重合性化合物との相溶性が、クラッド形成用樹脂フィルムの透明性を確保するために重要であるが、この観点からは上記フェノキシ樹脂及び（メタ）アクリル樹脂が好ましい。
【００１３】
なお、クラッド３２は、コア３１を取り囲む場所に応じて、複数の素材から構成されていてもよく、これらの素材は互いに異なる屈折率を有していてもよい。例えば、図１の（Ｃ）の断面図に示すように、コア３１の下に位置するクラッド３２ａは、ポリマ系素材を用い、それ以外のコア３１を取り囲む部分のクラッド３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、樹脂等の素材を用いず、空気にクラッドとしての役割を担わせる構成でもよい。本発明の実施形態においては、図１の（Ｂ）、（Ｃ）に示すいずれの構成もとることができる。
【００１４】
〔本発明の光導波路の第１実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第１実施形態について説明する。
本発明において、コア３１は、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コア３３を有する。本実施形態のテーパ形状コア３３は、図１の（Ｂ）、（Ｃ）の断面図が示すとおり、光入射部側に近い断面Ｐ１−Ｑ１では、コアの横幅は広いが、光出射部側に近づくにつれて横幅が狭くなっている。
なお、ここでいう「テーパ形状を含む」とは、図１で示すテーパ形状コア３３のように、光出射部に向かうにつれて一定の割合で徐々に横幅が狭くなる場合のみならず、光出射部側に向かう途中で、横幅が広くなるが、光出射部側端部３３ｂ付近において再び横幅が狭くなる場合も含まれる。ただし、異なる波長の光の強度分布を均一にする観点から、テーパ形状コア３３としては、図１に示すような、光出射部に向かうにつれて一定の割合で徐々に横幅が狭くなるものであることが好ましい。
本発明において、光導波路１のコア３１がテーパ形状コア３３を有することで、入射された異なる波長の光の強度分布を均一にし、光出射部側のコア表面から各波長の光の強度分布が均一である合波光が得られる。以下、その理由について詳述する。
【００１５】
図８は、従来の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した図である。入射した光は、境界面での反射を繰り返すことで、光の分布がランダムになる。ところが、図８のように、従来の光導波路のコアの横幅は一様であるため、入射した光が、コア１３１とクラッド１３２との境界面で反射する頻度は低い。特に、中央の発光点１２２ｂから出射される光の反射の頻度は低い。また、図９は、中央の発光点１２２ｂにのみ注目し、中央の発光点から出射される光の強度分布を模式的に示した図である。（ａ）及び（ｂ）の地点では、光の強度がコアの中央付近に局在化している。（ｃ）及び（ｄ）の地点においては、多少、光が境界面で反射するため、境界面付近においては干渉の影響も受けるが、コアの中央付近にいたっては、その干渉の影響はほとんど受けない。そのため、（ａ）〜（ｄ）のいずれの地点においても、コアの中央付近と境界面付近での光の強度差が大きく、光の強度分布は不均一である。これは、従来の光導波路では、光の反射頻度が少ないため、境界面からの干渉の影響も小さく、光の分布がランダムになりにくいためと考えられる。
一方、図２は、本発明の光導波路の光伝搬の様子を模式的に示した図である。本発明の光導波路のコアは、光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を含むテーパ形状コア３３を有するため、光入射部側から光出射部側に向かうにつれ、境界面での光の反射頻度が高くなる。当該反射の頻度が増すことで、光の分布がランダムになり、その結果、光出射部側端部３３ｂ付近では、光の強度分布が均一化されると考えられる。光の強度分布を均一化するためには、境界面に最も大きい角度で入射する伝搬光の成分が、出射部側に到達するまでに少なくとも３回以上境界面で反射する様なコア形状にすることが望ましい。また、図３は、中央の発光点２２ｂのみに注目し、中央の発光点から出射される光の強度分布を模式的に示した図である。光入射部側付近の（ａ）では、光の反射頻度も低く、境界面からの干渉の影響も小さい。そのため、境界面付近では、光の強度は小さい。しかし、コアの横幅が狭くなるにつれて、光の反射頻度も増し、境界面からの干渉の影響も大きくなり、境界面付近の光強度も強くなっている。その結果、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と光出射部側に向かうにつれて、境界面付近とコアの中央付近の光強度の差も徐々に縮まり、光出射部側端部３３ｂ付近の（ｅ）では、光の強度分布をほぼ均一にすることができる。図３においては、中央の発光点２２ｂにのみ注目しているが、他の発光点２２ａ、２２ｃについても、入射した光を、光出射部側端部３３ｂ付近において、光の強度分布をほぼ均一にすることができる。
したがって、本発明の光導波路を用いた波長多重光合波装置は、各波長の光の強度分布が均一である合波光を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のテーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さであることが好ましい。これは、図１の（Ｂ）、（Ｃ）において、Ｙ１がテーパ形状コアの厚さを示しているが、発光点の位置がずれた場合においても、光をコアに入射させることを可能にするためには、この厚さＹ１は一定以上の厚さがあることが望ましく、当該厚さを有する場合、光導波路は、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有することになるからである。
このような厚さＹ１のとしては、好ましくは３０〜３００μｍである。
【００１７】
ここで、テーパ形状コアの形状について詳述する。図１において、本発明のテーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａの横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部３３ｂの横幅をＷ２（μｍ）、及びテーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａから光出射部側端部３３ｂまでの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚さをＹ１（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）としたとき、以下の（１）〜（５）を満たすことが好ましい。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）３００≦Ｗ１≦１５００
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１５００≦Ｌ１≦４００００
（５）３０≦Ｙ１≦３００
【００１８】
条件（２）〜（４）については、上記テーパ角αの範囲を考慮した上で定められた範囲である。つまり、Ｗ１、Ｗ２、Ｌ１の範囲は、テーパ角α＝ｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］の関係、及び上記テーパ角αの範囲を考慮している。
条件（３）において、Ｗ２が５０（μｍ）以上であれば、光の伝搬損失を抑えることができるため好ましい。また、Ｗ２が２００（μｍ）以下であれば、光の強度分布を十分に均一化することができるため好ましい。
条件（４）において、Ｌ１が１５００（μｍ）以上であれば、入射した光がコアとクラッドとの境界面で全反射する頻度を十分に確保されるため好ましい。また、Ｌ１が４００００（μｍ）以下であれば、医療用内視鏡など小型化が求められる用途に用いることができるため好ましい。
なお、条件（５）を満たすことで、素子の厚み方向の許容位置ずれを十分確保することができる。
【００１９】
〔本発明の光導波路の第２実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第２実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した平面図である。
なお、上述の実施形態と同一の構成については説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。当該事項は、本実施形態に限らず、後述する第３、４の実施形態についても同様である。
本実施形態の波長多重光合波装置のテーパ形状コアは、光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含むことが好ましい。図４に示されたように、光入射部側端部３４ａ付近のコア３１とクラッド３２との境界線は曲線状に形成されている。テーパ形状コアをこのような形状にすることで、コア、クラッド界面で漏れる光を減少させ、伝搬損失を小さくすることができる。
【００２０】
〔本発明の光導波路の第３実施形態〕
次に、本発明の光導波路の第３実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る光導波路を用いた波長多重光合波装置の構造例を模式的に示した（Ａ）平面図、及び（Ｂ）、（Ｃ）断面図である。
第３実施形態の光導波路１ｂにおいて、コア３１は、前述のテーパ形状コア３３と、複数の入射用コア３５ａ、３５ｂ、３５ｃとから構成され、図５の（Ｂ）に示すとおり、これらのコアの回りをクラッド３２により取り囲んでいる。なお、クラッド３２は、上述の通り、コア３１を取り囲む場所に応じて、複数の素材から構成されていてもよく、これらの素材は互いに異なる屈折率を有していてもよく、図５の（Ｃ）に示すように、例えばコア３１の下に位置するクラッド３２ａはポリマ材料を用い、それ以外のコア３１を取り囲む部分のクラッドは空気とする構成をとることもできる。
複数の入射用コア３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、光入射部の各発光点２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応している。これら複数の入射用コアは、各発光点から入射される光を、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａへと伝搬する役割を果たす。なお、入射用コアは、各発光点に対応するように発光点の数だけ有し、これら入射用コアのうち少なくとも１つが曲線形状である。当該曲線形状の入射用コアの形状としては、略Ｓ字形状であることが好ましい。図５の光導波路１ｂにおいては、入射用コア３５ａ、３５ｃの形状が、略Ｓ字形状である。このような形状であることにより、伝搬損失を低減することができる。
【００２１】
図６は、第１及び第３の実施形態の光導波路において、光出射部側端部の横幅Ｗ２を変化させた際の波長５５０ｎｍでの光の伝搬損失を示すグラフである。図６のグラフが示すとおり、光出射部側端部の横幅Ｗ２を狭めると、伝搬損失が大きくなる傾向がある。ところが、本実施形態の光導波路では、少なくとも１つが曲線形状（略Ｓ字形状）である複数の入射用コアの構成を取り入れているため、伝搬損失を低減することができる。図６では一例として波長５５０ｎｍの光について示したが、他の波長の光についても横幅Ｗ２と伝搬損失の関係は同様の傾向を示す。
したがって、本実施形態の波長多重光合波装置は、伝搬損失を低減しつつ、横幅Ｗ２を狭めることで、入射された異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。
【００２２】
また、本実施形態においてもテーパ形状コアの厚さＹ１は、入射する光の波長に対してマルチモードとなる厚さであることが好ましい。また、入射用コアの厚さＹ２はテーパ形状コアの厚さＹ１と同じでも異なっていても良い。
【００２３】
ここで、本実施形態の光導波路のコアの形状について詳述する。
図５に示す光導波路１ｂにおいて、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａの横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コア３３の光入射部側端部３３ａから光出射部側端部３３ｂまでの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コア３３の厚みをＹ１（μｍ）、入射用コア３５の厚みをＹ２（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）、光入射部側端部３６ａにおける複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ１（μｍ）、テーパ形状コア側端部３６ｂにおける複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ２（μｍ）、入射用コアの光入射部側端部３６ａからテーパ形状コア側端部３６ｂまでの長さをＬ２（μｍ）としたとき、以下の（１）〜（９）を満たすことが好ましい。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）１３０≦Ｗ１≦７５０
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１０００≦Ｌ１≦３００００
（５）３０≦Ｙ１、Ｙ２≦３００
（６）５００≦Ｘ１≦１５００
（７）１００≦Ｘ２≦５００
（８）Ｗ１≧Ｘ２
（９）１０００≦Ｌ２≦５０００
【００２４】
上記条件のうち、条件（１）及び（５）は第一の実施形態で述べたとおりである。
条件（３）において、Ｗ２が５０（μｍ）以上であれば、光の伝搬損失を抑えることができるため好ましい。また、Ｗ２が２００（μｍ）以下であれば、光の強度分布を十分に均一化することができるため好ましい。
条件（４）において、Ｌ１が１０００（μｍ）以上であれば、入射した光がコアとクラッドとの境界面で全反射する頻度を十分に確保されるため好ましい。また、Ｌ１が３００００（μｍ）以下であれば、医療用内視鏡など小型化が求められる用途に用いることができるため好ましい。
条件（８）において、Ｗ１＝Ｘ２であってもよく、発光点から入射される光が、テーパ形状コアに漏れなく伝搬できれば問題ない。
【００２５】
〔本発明の光導波路の第４実施形態〕
本発明の光導波路の第４実施形態について、図７に示された光導波路１ｃが挙げられる。第４実施形態である光導波路１ｃは、基本的な構成として第３実施形態の光導波路１ｂの構成を具備しつつ、第２実施形態の光導波路１ａの光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部方向に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コア３４に置き換えたものである。
図７で示されたようなテーパ形状コア３４を有することで、コア、クラッド界面で漏れる光を減少させ、伝搬損失を小さくすることができると共に、異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。
また、図７に示されたような複数の入射用コアを有することで、より伝搬損失を低減することができる。
【００２６】
〔その他の実施形態〕
本発明の光導波路は、上記の実施形態には限定されず、入射された異なる波長の光の強度分布を均一にできるものであれば、本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、テーパ形状コアの一部分の横幅が、光出射部側に進むにつれて拡がるもの、もしくは一様である光導波路も、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の光導波路を備えた波長多重光合波装置は、装置の小型化を図ると共に、異なる波長の光の強度分布が均一な合波光を得ることができる。そのため、例えば、医療用内視鏡等の用途で有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 光導波路
１０ 光導波路本体
２０ 光入射部
２１ 発光素子
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 発光点
３ 波長多重光合波装置
３１ コア
３２ クラッド
３３、３４ テーパ形状コア
３３ａ、３４ａ （テーパ形状コアの）光入射部側端部
３３ｂ、３４ｂ （テーパ形状コアの）光出射部側端部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 入射用コア
３６ａ （複数の入射用コアの）光入射側光入射部側端部
３６ｂ （複数の入射用コアの）テーパ形状コア側端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、
前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記テーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さである請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記光導波路において、
テーパ形状コアの光入射部側端部の横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コアの光入射部側端部から光出射部側端部までの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚さをＹ１（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）としたとき、以下の（１）〜（５）を満たす請求項２に記載の光導波路。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）３００≦Ｗ１≦１５００
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１５００≦Ｌ１≦４００００
（５）３０≦Ｙ１≦３００
【請求項４】
前記光導波路において、
前記光導波路のコアは、テーパ形状コアと、２以上の異なる波長を有する光を該テーパ形状コアの光入射部側端部へと伝搬する複数の入射用コアとを有し、
該複数の入射用コアのうち、少なくとも１つが曲線形状である請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記テーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さである請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記光導波路において、
テーパ形状コアの光入射部側端部の横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コアの光入射部側端部から光出射部側端部までの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚みをＹ１（μｍ）、入射用コアの厚みをＹ２（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）、光入射部側端部における複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ１（μｍ）、テーパ形状コア側端部における複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ２（μｍ）、入射用コアの光入射部側端部からテーパ形状コア側端部までの長さをＬ２（μｍ）としたとき、以下の（１）〜（９）を満たす請求項５に記載の光導波路。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）１３０≦Ｗ１≦７５０
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１０００≦Ｌ１≦３００００
（５）３０≦Ｙ１，Ｙ２≦３００
（６）５００≦Ｘ１≦１５００
（７）１００≦Ｘ２≦５００
（８）Ｗ１≧Ｘ２
（９）１０００≦Ｌ２≦５０００
【請求項７】
曲線形状の入射用コアの形状が、略Ｓ字形状である請求項４〜６のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項８】
前記テーパ形状コアが、光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部方向に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項９】
前記光導波路がポリマ光導波路である請求項１〜８のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光導波路からなる光導波路本体と、
発光素子より構成される２以上の発光点から異なる波長の光を該光導波路本体へ出射する光入射部と、を備える波長多重光合波装置。
【請求項１１】
前記光入射部が、３つの発光点を有しており、それぞれ赤色、緑色、及び青色の光となる特定の波長を有する光を出射する請求項１０に記載の波長多重光合波装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【請求項１】
光入射部側から入射される２以上の異なる波長を有する光を、合波し、光出射部側へ伝搬するコアを備える光導波路であって、
前記光導波路のコアは、光入射部側から光出射部側に向けて横幅が狭くなるテーパ形状を少なくとも含むテーパ形状コアを有することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記テーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さである請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記光導波路において、
テーパ形状コアの光入射部側端部の横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コアの光入射部側端部から光出射部側端部までの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚さをＹ１（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）としたとき、以下の（１）〜（５）を満たす請求項２に記載の光導波路。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）３００≦Ｗ１≦１５００
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１５００≦Ｌ１≦４００００
（５）３０≦Ｙ１≦３００
【請求項４】
前記光導波路において、
前記光導波路のコアは、テーパ形状コアと、２以上の異なる波長を有する光を該テーパ形状コアの光入射部側端部へと伝搬する複数の入射用コアとを有し、
該複数の入射用コアのうち、少なくとも１つが曲線形状である請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記テーパ形状コアの少なくとも一部が、入射する光の波長に対して厚み方向の次数が複数の固有モードを有する厚さである請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記光導波路において、
テーパ形状コアの光入射部側端部の横幅をＷ１（μｍ）、光出射部側端部の横幅をＷ２（μｍ）、テーパ形状コアの光入射部側端部から光出射部側端部までの長さをＬ１（μｍ）、テーパ形状コアの厚みをＹ１（μｍ）、入射用コアの厚みをＹ２（μｍ）、及びｔａｎ-1［（Ｗ１−Ｗ２）／２／Ｌ１］で定義されるテーパ形状コアのテーパ角をα（度）、光入射部側端部における複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ１（μｍ）、テーパ形状コア側端部における複数の入射用コアのコア中心間最大距離をＸ２（μｍ）、入射用コアの光入射部側端部からテーパ形状コア側端部までの長さをＬ２（μｍ）としたとき、以下の（１）〜（９）を満たす請求項５に記載の光導波路。
（１）０．１≦α≦２．０
（２）１３０≦Ｗ１≦７５０
（３）５０≦Ｗ２≦２００
（４）１０００≦Ｌ１≦３００００
（５）３０≦Ｙ１，Ｙ２≦３００
（６）５００≦Ｘ１≦１５００
（７）１００≦Ｘ２≦５００
（８）Ｗ１≧Ｘ２
（９）１０００≦Ｌ２≦５０００
【請求項７】
曲線形状の入射用コアの形状が、略Ｓ字形状である請求項４〜６のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項８】
前記テーパ形状コアが、光入射部側端部付近で曲線形状を含み、光出射部方向に向けて横幅が曲線的に狭くなるテーパ形状を少なくとも含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項９】
前記光導波路がポリマ光導波路である請求項１〜８のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光導波路からなる光導波路本体と、
発光素子より構成される２以上の発光点から異なる波長の光を該光導波路本体へ出射する光入射部と、を備える波長多重光合波装置。
【請求項１１】
前記光入射部が、３つの発光点を有しており、それぞれ赤色、緑色、及び青色の光となる特定の波長を有する光を出射する請求項１０に記載の波長多重光合波装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の波長多重光合波装置を用いた医療用内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３２６７４（Ｐ２０１１−２３２６７４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５０１０（Ｐ２０１０−１０５０１０）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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