JP2008145734A - Multi-beam generator, optical scanning device and image forming apparatus - Google Patents

Multi-beam generator, optical scanning device and image forming apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-beam generator capable of using light from a light source with high efficiency and generating multiple beams in a minute area, and to provide an optical scanning device and an image forming apparatus. <P>SOLUTION: The multi-beam generator includes one or more light sources, a plurality of optical fibers 101 guiding a plurality of light beams from the light source, and an optical waveguide element 102 guiding the beams from the optical fibers 101. The optical waveguide element 102 comprises an optical coupling section 103 coupling beams from the optical fibers 101, an optical waveguide interval changing section 105 changing intervals of the plurality of optical waveguides, a light input section 104 to input the beams guided from the optical coupling section 103 to the optical waveguide interval changing section 105, and a light output section 106 to output the beams through the optical waveguide interval changing section 105 outward from the optical waveguide element 102. The optical coupling section 103 has an optical waveguide structure, in which the relative index difference in the optical coupling section 103 is larger than the relative index difference in the optical fibers 101, and the cross-sectional area of the core in the optical coupling section 103 is smaller than the cross-sectional area of the core in the optical fibers 101. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マルチビーム発生器、光走査装置及び複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。   The present invention relates to an image forming apparatus such as a multi-beam generator, an optical scanning device, a copying machine, a laser printer, and a facsimile.

レーザプリンタ等のマルチビーム走査型画像形成装置においては、高速化、高解像度化が求められている。レーザプリンタの高速化を図る方式としては、光ビームを走査するためのポリゴンミラーの回転数を増加させる方式が挙げられる。しかしながら、この方式では、ポリゴンミラーの回転数が５万回転／ｍｉｎ程度に近づくと、遠心力によってポリゴンミラー面に歪が生じ、それ以上の高速化は困難である。非特許文献１によると、例えば６００ｄｏｔ／ｉｎ．の解像度、５４１ｍｍ／ｓｅｃのプリントスピードを実現するためには、ポリゴンミラーの回転速度は７万回転／ｍｉｎ以上が要求され、光ビームを走査するためのポリゴンミラーの回転数が限界に達している。   In a multi-beam scanning image forming apparatus such as a laser printer, higher speed and higher resolution are required. As a method for increasing the speed of a laser printer, there is a method for increasing the number of rotations of a polygon mirror for scanning a light beam. However, in this method, when the rotation speed of the polygon mirror approaches about 50,000 rotations / min, the polygon mirror surface is distorted by centrifugal force, and it is difficult to increase the speed further. According to Non-Patent Document 1, for example, 600 dots / in. In order to achieve a resolution of 541 mm / sec and a printing speed of 541 mm / sec, the rotational speed of the polygon mirror is required to be 70,000 revolutions / min or more, and the rotational speed of the polygon mirror for scanning the light beam has reached the limit. .

この問題を解決する手段としては、複数の光ビームによって感光体等の被走査面上に複数の走査線を同時に形成させるマルチビーム走査光学系が必須となっている。特許文献１においては、複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用いる方式が提案されており、また、特許文献１においては、マルチビーム走査光学系用の光源として、独立した複数の半導体レーザからの出射光ビームを複数の光ファイバにそれぞれ導き、この複数の光ファイバにおいて出射側の先端を互いに近接させて一列に配列させる光ファイバアレイ方式が提案されている。   As a means for solving this problem, a multi-beam scanning optical system that simultaneously forms a plurality of scanning lines on a surface to be scanned such as a photoconductor by a plurality of light beams is essential. In Patent Document 1, a method using a semiconductor laser array having a plurality of light emitting points is proposed. In Patent Document 1, a light source for a multi-beam scanning optical system is used as a light source for a plurality of independent semiconductor lasers. There has been proposed an optical fiber array system in which outgoing light beams are respectively guided to a plurality of optical fibers, and the tips on the outgoing side of these optical fibers are arranged close to each other in a row.

光ファイバアレイ方式は、市販の汎用半導体レーザを用いることができるため、半導体レーザアレイに比べて光源が安価で入手し易く、さらに光ビーム本数の増加も容易である。ただし、この方式では、光ファイバアレイを構成する個々の光ファイバから出射される光ビームの配列の精度がそのまま感光体上に形成する走査線の間隔誤差に対応するため、光ファイバアレイ部を製作する際には厳しい精度が要求される。具体的には、それぞれの光ファイバの位置ずれを０．５μｍ以下に抑える必要がある。   In the optical fiber array system, since a commercially available general-purpose semiconductor laser can be used, a light source is cheaper and easily available than a semiconductor laser array, and the number of light beams can be easily increased. However, in this method, the optical fiber array section is manufactured because the accuracy of the arrangement of the light beams emitted from the individual optical fibers constituting the optical fiber array corresponds to the error in the spacing of the scanning lines formed on the photoconductor as it is. When doing so, strict accuracy is required. Specifically, it is necessary to suppress the positional deviation of each optical fiber to 0.5 μm or less.

また、感光体上にマルチビームにより形成された光スポットは、光スポット直径の数１０倍程度の間隔で並んでいるのが普通である。具体的には光ファイバのコア直径が４〜５μｍ、光ファイバアレイの光ファイバピッチが１５０μｍ程度とすると、光ビームスポット径と光ファイバアレイの光ファイバピッチの比は３０程度になる。したがって、通常はマルチビームを同時に走査するため、各光ビームスポットの端が重なるような適切な角度で光ビームアレイを傾けるが、その傾き角度の誤差が走査線の間隔ずれに大きく影響する。さらに、光ファイバアレイの光ファイバピッチが大きい場合、マルチビームの本数を多くすると、両端の光ビームが光学系の光軸から離れるために収差特性の劣化が問題となる。したがって、光ビーム本数の増加に限界があった。   Further, the light spots formed by multi-beams on the photoconductor are usually arranged at intervals of several tens of times the diameter of the light spot. Specifically, when the core diameter of the optical fiber is 4 to 5 μm and the optical fiber pitch of the optical fiber array is about 150 μm, the ratio of the light beam spot diameter to the optical fiber pitch of the optical fiber array is about 30. Therefore, since the multi-beam is normally scanned at the same time, the light beam array is tilted at an appropriate angle so that the ends of the light beam spots overlap each other. However, an error in the tilt angle greatly affects the gap between the scanning lines. Furthermore, when the optical fiber pitch of the optical fiber array is large, if the number of multi-beams is increased, the light beams at both ends are separated from the optical axis of the optical system, so that deterioration of aberration characteristics becomes a problem. Therefore, there is a limit to the increase in the number of light beams.

上記の問題を解決するため、光ファイバアレイで導いた光ビームをさらに複数の光導波路アレイを設けた光導波素子に結合し、光導波素子において光ファイバアレイの光ファイバピッチを狭める方式が特許文献１で提案されている。光導波素子においては、同一基板上に複数の光導波路が並んでおり、縦方向すなわち膜厚方向の位置ずれはマルチビームのピッチが０．１μｍ以下になるように製作することが可能であるため、光導波素子からの出射光ビームの位置ずれも同様に０．１μｍ以下に抑えることができる。したがって、光ファイバアレイの光ビーム配列精度のトレランスを拡大できる。さらに、各光ファイバからそれぞれ対応する光導波路内に光ビームを入力し、それらの光導波路を曲げて互いに近接させることにより、光導波素子から出力される複数の光ビームであるマルチビームのピッチを狭めることができ、マルチビームを走査する際の傾き角の誤差が画質へ与える影響を低減できる。また、マルチビームの本数を多くした場合であっても、両端の光ビームが光学系の光軸側に近づくために収差特性の劣化を低減できる。   In order to solve the above-mentioned problem, there is a method in which a light beam guided by an optical fiber array is further coupled to an optical waveguide element provided with a plurality of optical waveguide arrays, and the optical fiber pitch of the optical fiber array is narrowed in the optical waveguide element. 1 is proposed. In an optical waveguide element, a plurality of optical waveguides are arranged on the same substrate, and the positional deviation in the vertical direction, that is, the film thickness direction can be manufactured so that the multi-beam pitch is 0.1 μm or less. Similarly, the positional deviation of the outgoing light beam from the optical waveguide element can be suppressed to 0.1 μm or less. Therefore, the tolerance of the optical beam array accuracy of the optical fiber array can be expanded. Furthermore, by inputting a light beam from each optical fiber into the corresponding optical waveguide and bending the optical waveguides close to each other, the pitch of the multi-beams that are a plurality of light beams output from the optical waveguide element is increased. It is possible to reduce the influence of the tilt angle error on the image quality when scanning with multiple beams. Even when the number of multi-beams is increased, the deterioration of aberration characteristics can be reduced because the light beams at both ends approach the optical axis side of the optical system.

さらに、特許文献１においては、光導波素子の出力部において、光導波路のコア幅を狭めることにより出射光ビームのフィールド分布を広げる走査方式を提案している。これにより、光導波素子から出力される各光ビームの両端が互いに重なり合い、マルチビームを走査する際の傾き角を設ける必要がなくなる。この走査方式により、マルチビーム全てが同じ記録タイミングで記録を行うことになり、マルチビームの斜め走査に必要な光ビーム間の記録タイミングの調整が不要となる。   Further, Patent Document 1 proposes a scanning method that widens the field distribution of the outgoing light beam by narrowing the core width of the optical waveguide at the output portion of the optical waveguide element. Thereby, both ends of each light beam output from the optical waveguide element overlap each other, and there is no need to provide an inclination angle when scanning a multi-beam. With this scanning method, all the multi-beams perform recording at the same recording timing, and adjustment of the recording timing between the light beams necessary for the oblique scanning of the multi-beam becomes unnecessary.

光導波素子を備えた、光ファイバアレイによるマルチビーム走査光学系の一例を図２３に示す。図２３において、１は半導体レーザモジュール部であり、この半導体レーザモジュール部１は複数の半導体レーザからの出力光を複数の光ファイバ２にそれぞれ導く。光ファイバ２の出射側先端は互いに近接させ、一列に配置した光ファイバアレイ３を形成する。光ファイバアレイ３において、複数の光ファイバ２はＶ溝等が設けられた基板上に密着して並べられて保持される。この場合、光ファイバアレイ３の光ファイバピッチは、光ファイバ２の直径より若干大きく、１５０μｍ程度である。光ファイバアレイ３内の各光ファイバ２は、光導波素子４上に設けられた複数の光導波路の入力ポート５にそれぞれバットジョイントで結合され、すなわち、直接に突き合わせて結合され、光ファイバ２の伝搬光をそれぞれの光導波路中に導く。光導波素子４内の各光導波路は曲がって光出力ポート６に達する。光出力ポート６は、出射するマルチビームが等間隔で且つ光ビーム間隔が狭くなるように光導波路間隔を狭めている。光導波素子４から出力されたマルチビームは、結合レンズ７でそれぞれ平行光に変換され、回転するポリゴンミラー８で一括して感光体ドラム１０上を走査レンズ９を介して走査する。光検知器１１は、光ビームの走査位置を検出するために設けてあり、走査レンズ９からの光ビームを検知する。   An example of a multi-beam scanning optical system with an optical fiber array provided with an optical waveguide element is shown in FIG. In FIG. 23, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser module unit. The semiconductor laser module unit 1 guides output light from a plurality of semiconductor lasers to a plurality of optical fibers 2, respectively. The optical fiber array 3 is arranged in a row by making the emission-side tips of the optical fibers 2 close to each other. In the optical fiber array 3, the plurality of optical fibers 2 are closely arranged and held on a substrate provided with a V-groove or the like. In this case, the optical fiber pitch of the optical fiber array 3 is slightly larger than the diameter of the optical fiber 2 and is about 150 μm. Each optical fiber 2 in the optical fiber array 3 is coupled to the input ports 5 of a plurality of optical waveguides provided on the optical waveguide element 4 by butt joints, that is, directly butted and coupled to each other. The propagating light is guided into each optical waveguide. Each optical waveguide in the optical waveguide element 4 is bent and reaches the optical output port 6. The optical output port 6 has the optical waveguide interval narrowed so that the emitted multi-beams are equally spaced and the light beam interval narrows. The multi-beams output from the optical waveguide element 4 are converted into parallel light by the coupling lens 7 and scanned on the photosensitive drum 10 through the scanning lens 9 at once by the rotating polygon mirror 8. The light detector 11 is provided to detect the scanning position of the light beam, and detects the light beam from the scanning lens 9.

特許第３６６３６１４号公報（特開平１１-２７１６５２号公報）Japanese Patent No. 3663614 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-271552) K．Kataoka, et. al., "Laser printer optics with use of slant scanning of multiple beams," APPLIED OPTICS, Vol.36, No.25, 6294-6317 (1997)K. Kataoka, et. Al., "Laser printer optics with use of slant scanning of multiple beams," APPLIED OPTICS, Vol. 36, No. 25, 6294-6317 (1997)

半導体レーザモジュール部１の半導体レーザの波長は、感光体ドラム１０の感度特性に応じて選択され、例えば６３５ｎｍの波長はＡｓ２Ｓｅ３により構成された感光体ドラム１０に適する。さらに、高耐久性、長寿命の特徴を持つセレン−テルルにより構成された感光体ドラムには波長が４０５ｎｍであるブルー半導体レーザが使用されている。このように半導体レーザの波長が短くなった場合、その出射光を導く光ファイバ２の比屈折率差Δは０．２%以下と非常に小さくなる。なぜなら、光軸の位置合せのために光ファイバ２のコア直径は４μｍ程度の大きさが必要であり、このコア径において光ファイバ２が単一モード条件を満たすためには光ファイバ２のコアとクラッドとの屈折率差を極めて小さくする必要があるためである。 The wavelength of the semiconductor laser of the semiconductor laser module unit 1 is selected according to the sensitivity characteristics of the photosensitive drum 10, and a wavelength of 635 nm, for example, is suitable for the photosensitive drum 10 made of As 2 Se 3 . Furthermore, a blue semiconductor laser having a wavelength of 405 nm is used for a photosensitive drum made of selenium-tellurium having characteristics of high durability and long life. In this way, when the wavelength of the semiconductor laser is shortened, the relative refractive index difference Δ of the optical fiber 2 that guides the emitted light becomes very small as 0.2% or less. This is because the core diameter of the optical fiber 2 is required to be about 4 μm for alignment of the optical axis, and in order to satisfy the single mode condition at this core diameter, the core of the optical fiber 2 This is because the difference in refractive index from the clad needs to be extremely small.

光ファイバ２と光導波素子４とを低損失で結合させるためには、光ファイバ２を伝搬する光の電磁界分布と光導波素子４上に設けられた光導波路の伝搬光の電磁界分布とを近づける必要がある。これは理論的には光導波路の比屈折率差とコアサイズとを光ファイバ２の比屈折率差およびコア径とがほぼ等しくなるようにすることで達成できる。すなわち、前述の通り、光導波路に要求される比屈折率差は０．２％以下となる。   In order to couple the optical fiber 2 and the optical waveguide element 4 with low loss, the electromagnetic field distribution of the light propagating through the optical fiber 2 and the electromagnetic field distribution of the propagating light in the optical waveguide provided on the optical waveguide element 4 Need to be close. Theoretically, this can be achieved by making the relative refractive index difference and the core size of the optical waveguide approximately equal to the relative refractive index difference and the core diameter of the optical fiber 2. That is, as described above, the relative refractive index difference required for the optical waveguide is 0.2% or less.

ここで、比屈折率差Δとは、コアの屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２としたときにΔ＝（ｎ１ ２−ｎ２ ２）／（２ｎ１ ２）で定義される。典型的な光導波路素子４における比屈折率差は０．７５％や１．５％であるが、Δ＜０．２％を満たすためには、例えばクラッドの屈折率を１．４８０と仮定した場合、コアの屈折率を１．４８３以下にする必要がある。すなわち、光導波素子４の全領域において、０．００３以下の非常に高精度なコアおよびクラッドの屈折率制御が要求される。 Here, the relative refractive index difference Δ is defined by Δ = (n 1 2 −n 2 2 ) / (2n 1 2 ) where n 1 is the refractive index of the core and n 2 is the refractive index of the cladding. The The relative refractive index difference in the typical optical waveguide element 4 is 0.75% or 1.5%, but in order to satisfy Δ <0.2%, for example, the refractive index of the cladding is assumed to be 1.480. In this case, the refractive index of the core needs to be 1.484 or less. That is, in the entire region of the optical waveguide element 4, it is required to control the refractive index of the core and cladding with a very high accuracy of 0.003 or less.

実際に光導波素子４を製作した場合は、光導波素子４全面に均一な屈折率を与えることは困難であり、光導波素子４のコアとクラッドとの屈折率差を完全に一定にすることはできない。光導波素子４内の一部分において、光導波路中にコアの屈折率がクラッドの屈折率よりも小さい領域が存在すると、全反射によるコア中への光閉じ込めが不可能となり、その箇所から伝搬光が放出され、光導波素子４における光パワーの損失が著しくなる。逆に、コアの屈折率がクラッドの屈折率と比較して大きすぎると、光導波路において本来伝搬させるべき基本モードの他に高次の伝搬モードが励振される。この高次の伝搬モードは、曲げに弱く、狭ピッチ化の際に光パワー損失の原因となる。   When the optical waveguide element 4 is actually manufactured, it is difficult to give a uniform refractive index to the entire surface of the optical waveguide element 4, and the difference in refractive index between the core and the clad of the optical waveguide element 4 is made completely constant. I can't. If there is a region in the optical waveguide 4 where the refractive index of the core is smaller than the refractive index of the cladding in a part of the optical waveguide element 4, it becomes impossible to confine light in the core due to total reflection, and propagation light from that location cannot be obtained. As a result, the optical power loss in the optical waveguide element 4 becomes significant. Conversely, if the refractive index of the core is too large compared to the refractive index of the cladding, a higher-order propagation mode is excited in addition to the fundamental mode that should be propagated in the optical waveguide. This higher-order propagation mode is vulnerable to bending and causes optical power loss when narrowing the pitch.

さらに、仮に高精度な屈折率制御によりΔ＜０.２％の光導波路が形成できたとしても、このような超低Δの光導波路は曲げに非常に弱い。すなわち、曲がり光導波路を構成した場合、光導波路のコアへの光閉じ込めが非常に弱いために光導波路の曲がり部分でコア内に光を閉じ込めることができずに放射してしまう。この曲がり光導波路による光放射損失を抑えるために、マルチビームの狭ピッチ化の際には極めて大きな曲率半径によって光導波路を曲げる必要がある。具体的な曲率半径は数ｍｍから数ｃｍ以上になる。これにより、光導波素子４全体のデバイスサイズが大きなものになってしまう。   Further, even if an optical waveguide with Δ <0.2% can be formed by high-precision refractive index control, such an ultra-low Δ optical waveguide is very vulnerable to bending. That is, when a bent optical waveguide is configured, light confinement in the core of the optical waveguide is very weak, and light is emitted without being confined in the core at the bent portion of the optical waveguide. In order to suppress the light radiation loss due to the bent optical waveguide, it is necessary to bend the optical waveguide with a very large radius of curvature when the pitch of the multi-beam is narrowed. The specific radius of curvature is several mm to several cm or more. As a result, the device size of the entire optical waveguide element 4 becomes large.

本発明は、これらの問題点を解決するためのものであり、光源からの光を高効率で利用でき、微小面積でマルチビーム化が可能となるマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
より詳細には、本発明は、光ファイバから導かれる光を高効率で光導波素子に結合することが可能なマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems. A multi-beam generator, an optical scanning device, and an image forming apparatus that can use light from a light source with high efficiency and can be made into a multi-beam in a small area. The purpose is to provide.
More specifically, an object of the present invention is to provide a multi-beam generator, an optical scanning device, and an image forming apparatus capable of coupling light guided from an optical fiber to an optical waveguide element with high efficiency.

本発明の他の目的は、光導波素子においてマルチビームの狭ピッチによる過剰損失の少ないコンパクトなマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、製作が容易であり、かつ、光ファイバと光導波素子との高効率な光結合が可能でコンパクトなマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a compact multi-beam generator, an optical scanning device, and an image forming apparatus with little excess loss due to a narrow pitch of multi-beams in an optical waveguide element.
Another object of the present invention is to provide a compact multi-beam generator, an optical scanning device, and an image forming apparatus that are easy to manufacture and that enable highly efficient optical coupling between an optical fiber and an optical waveguide element. It is in.

本発明の他の目的は、光ファイバと光導波素子との光結合の際やマルチビーム狭ピッチ化の際に生じた迷光が光導波素子からの出射光に影響を与えないマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、隣接する光ビームスポット同士が互いに接するように出力させることができるマルチビーム発生器、光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a multi-beam generator in which stray light generated at the time of optical coupling between an optical fiber and an optical waveguide element or at the time of multi-beam narrowing does not affect the light emitted from the optical waveguide element, The object is to provide an optical scanning device and an image forming apparatus.
Another object of the present invention is to provide a multi-beam generator, an optical scanning device, and an image forming apparatus that can output so that adjacent light beam spots are in contact with each other.

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、１つ以上の光源と、前記光源からの複数の光を導く複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバからの光を導く複数の光導波路を同一基板上に集積した光導波素子とを有するマルチビーム発生器において、前記光導波素子は、前記複数の光ファイバからの光を結合する光結合部と、前記複数の光導波路の間隔を変化させる光導波路間隔変換部と、前記光結合部により導かれた光を前記光導波路間隔変換部に入力する光入力部と、前記光導波路間隔変換部からの光を該光導波素子から出力する光出力部とを備え、前記光結合部が光導波路構造を有し、前記光結合部の比屈折率差が前記光ファイバの比屈折率差より大きく、かつ、前記光結合部のコアの断面積が前記光ファイバのコアの断面積より小さいものである。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes one or more light sources, a plurality of optical fibers for guiding a plurality of lights from the light sources, and a plurality of light guides for guiding the light from the plurality of optical fibers. In a multi-beam generator having an optical waveguide element in which waveguides are integrated on the same substrate, the optical waveguide element has an interval between an optical coupling portion for coupling light from the plurality of optical fibers and the plurality of optical waveguides. An optical waveguide interval conversion unit to be changed, an optical input unit that inputs light guided by the optical coupling unit to the optical waveguide interval conversion unit, and light from the optical waveguide interval conversion unit is output from the optical waveguide element An optical output section, the optical coupling section has an optical waveguide structure, the relative refractive index difference of the optical coupling section is larger than the relative refractive index difference of the optical fiber, and the core of the optical coupling section is disconnected. The area is the cross-sectional area of the optical fiber core It is smaller.

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマルチビーム発生器において、前記光結合部のコアの断面積が前記光入力部のコアの断面積より小さいものである。   The invention according to claim 2 is the multi-beam generator according to claim 1, wherein the cross-sectional area of the core of the optical coupling portion is smaller than the cross-sectional area of the core of the optical input portion.

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のマルチビーム発生器において、前記光結合部及び前記光入力部の各コアが互いに等しい厚さを有し、前記光結合部のコア幅が前記光入力部のコア幅より狭いものである。   The invention according to claim 3 is the multi-beam generator according to claim 2, wherein the cores of the optical coupling unit and the optical input unit have the same thickness, and the core width of the optical coupling unit is It is narrower than the core width of the light input section.

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のマルチビーム発生器において、前記光結合部のコアの幅が前記光入力部に向かってテーパー状に広がるものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the multi-beam generator according to the third aspect of the present invention, the width of the core of the optical coupling portion expands in a tapered shape toward the optical input portion.

請求項５に係る発明は、請求項１に記載のマルチビーム発生器において、前記光結合部のクラッドの屈折率と、前記光入力部のクラッドの屈折率とが異なるものである。   The invention according to claim 5 is the multi-beam generator according to claim 1, wherein the refractive index of the cladding of the optical coupling portion and the refractive index of the cladding of the optical input portion are different.

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、前記光結合部を構成する光導波路束の中心線と、前記光出力部を構成する光導波路束の中心線とがずれた位置に配置されるものである。   According to a sixth aspect of the present invention, in the multi-beam generator according to any one of the first to fifth aspects, the center line of the optical waveguide bundle that constitutes the optical coupling portion and the light that constitutes the optical output portion. It is arranged at a position shifted from the center line of the waveguide bundle.

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、前記光導波素子が前記複数の光導波路の各間に迷光防止部を有するものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the multi-beam generator according to any one of the first to sixth aspects, the optical waveguide element has a stray light preventing unit between each of the plurality of optical waveguides.

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、前記光導波路素子の前記光出力部において光導波路のコア幅がテーパー状に狭くなるものである。   According to an eighth aspect of the present invention, in the multi-beam generator according to any one of the first to seventh aspects, the core width of the optical waveguide is tapered in the light output portion of the optical waveguide element. is there.

請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器を備えたことを特徴とする光走査装置である。   The invention according to claim 9 is an optical scanning device comprising the multi-beam generator according to any one of claims 1 to 8.

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。   A tenth aspect of the present invention is an image forming apparatus comprising the optical scanning device according to the ninth aspect.

本発明によれば、光源からの光を高効率で利用でき、微小面積でマルチビーム化が可能となる。
より詳細には、本発明によれば、光ファイバから導かれる光を高効率で光導波素子に結合することが可能となる。
本発明によれば、光導波素子においてマルチビームの狭ピッチによる過剰損失を少なくできる。 According to the present invention, light from a light source can be used with high efficiency, and a multi-beam can be formed with a very small area.
More specifically, according to the present invention, light guided from the optical fiber can be coupled to the optical waveguide element with high efficiency.
According to the present invention, it is possible to reduce excess loss due to a narrow pitch of multi-beams in an optical waveguide element.

本発明によれば、製作が容易であり、かつ、光ファイバと光導波素子との高効率な光結合が可能になる。
本発明によれば、光ファイバと光導波素子との光結合の際やマルチビーム狭ピッチ化の際に生じた迷光が光導波素子からの出射光に影響を与えない。
本発明によれば、隣接する光ビームスポット同士が互いに接するように出力させることができる。 According to the present invention, manufacturing is easy, and highly efficient optical coupling between an optical fiber and an optical waveguide element is possible.
According to the present invention, stray light generated at the time of optical coupling between an optical fiber and an optical waveguide element or at the time of narrowing the multi-beam pitch does not affect the light emitted from the optical waveguide element.
According to the present invention, it is possible to output so that adjacent light beam spots are in contact with each other.

以下に本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるマルチビーム発生器の一部を抜粋したものである。この実施形態においては、１つの光源からの複数の光ビーム（または複数の光源からの複数の光ビーム）をそれぞれ導く複数の光ファイバ１０１と、この複数の光ファイバ１０１からの光をそれぞれ導く光導波素子１０２を有する。光導波素子１０２は、複数の光ファイバ１０１からの光を導く複数の光導波路を同一基板上に集積したもので、光結合部１０３、光入力部１０４、光導波路間隔変換部１０５、光出力部１０６によって構成される。光結合部１０３、光入力部１０４、光導波路間隔変換部１０５、光出力部１０６は、いずれも複数の光導波路からなり、互いに結合されている。 Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a partial extract of a multi-beam generator according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of optical fibers 101 for guiding a plurality of light beams from one light source (or a plurality of light beams from a plurality of light sources), respectively, and light guides for guiding the light from the plurality of optical fibers 101, respectively. A wave element 102 is included. The optical waveguide element 102 is obtained by integrating a plurality of optical waveguides for guiding light from a plurality of optical fibers 101 on the same substrate, and includes an optical coupling unit 103, an optical input unit 104, an optical waveguide interval conversion unit 105, an optical output unit. 106. The optical coupling unit 103, the optical input unit 104, the optical waveguide interval conversion unit 105, and the optical output unit 106 are all composed of a plurality of optical waveguides and are coupled to each other.

光ファイバ１０１の端面は光結合部１０３とバットジョイントで結合され、光ファイバ１０１内を伝搬してきた複数の光ビームからなるマルチビームは光結合部１０３を介して光導波素子１０２内に導かれる。光導波素子１０２内に導かれたマルチビームは、光入力部１０４を介して光導波路間隔変換部１０５に入力され、ここで間隔が狭められている光導波路により導かれて光出力部１０６から自由空間へ出力される。   The end face of the optical fiber 101 is coupled to the optical coupling unit 103 by a butt joint, and a multi-beam composed of a plurality of light beams propagating through the optical fiber 101 is guided into the optical waveguide element 102 through the optical coupling unit 103. The multi-beam guided into the optical waveguide element 102 is input to the optical waveguide interval conversion unit 105 via the optical input unit 104, and is guided by the optical waveguide whose space is narrowed here and freely transmitted from the optical output unit 106. Output to space.

具体的には、光入力部１０４においては、光導波路間隔が光ファイバ１０１の配列間隔にほぼ等しく、１５０μｍ程度であるが、光出力部１０６での光導波路間隔は２０μｍ程度以下に狭められる。光導波路間隔変換部１０５では、図１に示すように曲がり光導波路によって互いの光導波路を接近させる。光ファイバ１０１のみでマルチビームを形成した場合、各々の光ビームは光ファイバ１０１の直径程度までしか近づけることができず、したがって光ビーム間隔は１５０μｍ程度までしか接近できない。そこで、光ファイバ１０１を伝搬するマルチビームを光導波素子１０２に導いて狭ピッチ化を施すことにより、光ビーム間隔を２０μｍ程度以下に狭めることができる。   Specifically, in the optical input unit 104, the optical waveguide interval is substantially equal to the arrangement interval of the optical fibers 101 and is about 150 μm, but the optical waveguide interval in the light output unit 106 is narrowed to about 20 μm or less. In the optical waveguide interval converting unit 105, as shown in FIG. 1, the optical waveguides are brought close to each other by the bent optical waveguide. When a multi-beam is formed using only the optical fiber 101, each light beam can only approach the diameter of the optical fiber 101, and therefore the distance between the light beams can only approach about 150 μm. Therefore, by guiding the multi-beam propagating through the optical fiber 101 to the optical waveguide element 102 and reducing the pitch, the light beam interval can be reduced to about 20 μm or less.

図２は図１における光ファイバ１０１と光導波素子１０２との結合部１０３を抽出して示したものである。光ファイバ１０１は光導波路素子１０２とバットジョイントによって結合されている。図２において、１１１は光ファイバ１０１のコアであり、１１３および１１４はそれぞれ光導波素子１０２における光結合部１０３のコアおよびクラッドである。また、図３は図２を上面および側面から見た図である。   FIG. 2 shows an extracted portion 103 of the optical fiber 101 and the optical waveguide element 102 in FIG. The optical fiber 101 is coupled to the optical waveguide element 102 by a butt joint. In FIG. 2, 111 is a core of the optical fiber 101, and 113 and 114 are a core and a clad of the optical coupling portion 103 in the optical waveguide element 102, respectively. FIG. 3 is a view of FIG. 2 as viewed from the top and side.

レーザプリンタ等の画像形成装置の光書き込み用途では、感光体の感度によって光源の波長が決定され、具体的には６５０ｎｍや４０５ｎｍといった波長のレーザ光源が使用される。これは、通常の光ファイバ通信用途で用いられる光源の波長１３００ｎｍや１５５０ｎｍの１／２乃至１／３の波長であり、したがって光ファイバ１０１のコア径も必然的に小さくなる。光ファイバ１０１と光導波路との位置合せを考えると、それぞれの伝搬光の伝搬フィールド幅が広い方がトレランスを広くできる。従って、できる限り光ファイバ１０１のコア径を大きくして伝搬フィールドも広くするのが好ましいが、光ファイバ１０１はコア径を大きくしすぎるとシングルモードで動作しなくなる。さらに、光ファイバ１０１のコア径が大きい場合にシングルモード動作を可能にするために、光ファイバ１０１のコアとクラッドとの屈折率差を極めて小さくする必要がある。具体的には、波長４０５ｎｍの光源を使用する場合、シングルモード条件を満たすために、光ファイバ１０１の比屈折率Δは０．２％以下、光ファイバ１０１のコア直径は４μｍ程度である。   In the optical writing application of an image forming apparatus such as a laser printer, the wavelength of the light source is determined by the sensitivity of the photoreceptor, and specifically, a laser light source having a wavelength of 650 nm or 405 nm is used. This is a wavelength that is 1/2 to 1/3 of a wavelength of 1300 nm or 1550 nm of a light source used in a normal optical fiber communication application. Therefore, the core diameter of the optical fiber 101 is inevitably small. Considering the alignment between the optical fiber 101 and the optical waveguide, the wider the propagation field width of each propagation light, the wider the tolerance. Therefore, it is preferable to increase the core diameter of the optical fiber 101 as much as possible to increase the propagation field. However, if the core diameter is too large, the optical fiber 101 cannot operate in a single mode. Furthermore, in order to enable single mode operation when the core diameter of the optical fiber 101 is large, it is necessary to make the refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber 101 extremely small. Specifically, when a light source having a wavelength of 405 nm is used, in order to satisfy the single mode condition, the relative refractive index Δ of the optical fiber 101 is 0.2% or less, and the core diameter of the optical fiber 101 is about 4 μm.

光ファイバ１０１と光導波路とをバットジョイントによって高効率で結合するためには、光導波路の比屈折率差およびコア寸法を光ファイバ１０１の比屈折率差およびコア寸法と一致させるのが理想である。しかしながら、光導波路素子１０２において０．２％以下の比屈折率差を実現することは屈折率制御の精度の面から極めて困難である。石英系光導波路による平面光回路（Ｐｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）において、典型的な比屈折率差は０．７５％程度である。したがって、光導波素子１０２を構成する光導波路も、通常の石英系導波路と同じ程度の比屈折率差を持たせることが製作の容易さから好ましい。   In order to couple the optical fiber 101 and the optical waveguide with high efficiency by a butt joint, it is ideal that the relative refractive index difference and the core dimension of the optical waveguide are made to coincide with the relative refractive index difference and the core dimension of the optical fiber 101. . However, it is extremely difficult to realize a relative refractive index difference of 0.2% or less in the optical waveguide element 102 from the viewpoint of accuracy of refractive index control. In a planar light circuit (PLC) using a silica-based optical waveguide, a typical relative refractive index difference is about 0.75%. Therefore, it is preferable from the viewpoint of ease of manufacture that the optical waveguide constituting the optical waveguide element 102 also has a relative refractive index difference of the same degree as that of a normal silica-based waveguide.

図１７は光ファイバ１０１及び光導波路素子１０２の光導波路内を伝搬する光のフィールド分布を示す。この場合、光源の光の波長は４０５ｎｍとし、光ファイバ１０１のΔを０．１５％、光導波路のΔを０．７５％とした。光ファイバ１０１及び光導波路のコア径は、それぞれシングルモード条件を満たす範囲で最大にした。具体的には光ファイバ１０１のコア直径が３．７μｍ、光導波路のコアサイズ（コア断面積）が１．５μｍ×１．５μｍである。   FIG. 17 shows a field distribution of light propagating in the optical waveguide of the optical fiber 101 and the optical waveguide element 102. In this case, the light wavelength of the light source was 405 nm, Δ of the optical fiber 101 was 0.15%, and Δ of the optical waveguide was 0.75%. The core diameters of the optical fiber 101 and the optical waveguide were maximized within the range satisfying the single mode condition. Specifically, the core diameter of the optical fiber 101 is 3.7 μm, and the core size (core cross-sectional area) of the optical waveguide is 1.5 μm × 1.5 μm.

図１７（ａ）は光ファイバ１０１の伝搬フィールド分布を示し、図１７（ｂ）は光導波路素子１０２内の光導波路の伝搬フィールド分布を示す。光ファイバ１０１及び光導波路の伝搬フィールド分布を比較して分かるように、両者の伝搬フィールの大きさにはかなりの差がある。光ファイバ１０１と光導波路をバットジョイントで結合した際の結合効率ηを以下の数式１により計算すると、Δ＝０．１５％の光ファイバ１０１とΔ＝０．７５％の光導波路の結合効率は６０％程度である。   FIG. 17A shows the propagation field distribution of the optical fiber 101, and FIG. 17B shows the propagation field distribution of the optical waveguide in the optical waveguide element 102. As can be seen by comparing the propagation field distributions of the optical fiber 101 and the optical waveguide, there is a considerable difference in the size of the propagation field between the two. When the coupling efficiency η when the optical fiber 101 and the optical waveguide are coupled by a butt joint is calculated by the following Equation 1, the coupling efficiency of the optical fiber 101 of Δ = 0.15% and the optical waveguide of Δ = 0.75% is About 60%.

Figure 2008145734
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ここに、Ｅ（Ｆ）およびＥ（Ｗ）はそれぞれ光ファイバ１０１及び光導波路内の電界フィールドである。図１８は比屈折率の異なる光導波路と光ファイバ１０１との結合効率を示している。この場合、光ファイバ１０１及び光導波路内の比屈折率差において、光導波路のコア形状を正方形とし、光ファイバ１０１及び光導波路のコア寸法はシングルモード条件を満たす範囲で最大の値を仮定した。仮に理想的な比屈折率差で光導波路が作成できた場合は光ファイバ１０１とほぼ１００％の結合効率が達成できるが、０．７５％の比屈折率差をもつ光導波路と光ファイバ１０１を結合させた場合、上述のように結合効率は６０％程度まで低減する。更に比屈折率を高くした光導波路と光ファイバ１０１とを結合させた場合、結合効率は著しく悪化することが分かる。 Here, E (F) and E (W) are electric field fields in the optical fiber 101 and the optical waveguide, respectively. FIG. 18 shows the coupling efficiency between the optical waveguide 101 and the optical waveguide having different relative refractive indexes. In this case, in the relative refractive index difference between the optical fiber 101 and the optical waveguide, the core shape of the optical waveguide is assumed to be a square, and the core dimension of the optical fiber 101 and the optical waveguide is assumed to be the maximum value within a range satisfying the single mode condition. If an optical waveguide can be created with an ideal relative refractive index difference, a coupling efficiency of almost 100% can be achieved with the optical fiber 101. However, an optical waveguide having a relative refractive index difference of 0.75% and the optical fiber 101 can be combined. When combined, the coupling efficiency is reduced to about 60% as described above. Further, it can be seen that when the optical waveguide having a higher relative refractive index and the optical fiber 101 are coupled, the coupling efficiency is significantly deteriorated.

この問題を解決し、光ファイバ１０１と比屈折率の高い光導波路とを高効率で結合するために、本実施形態では、光導波路のコア寸法を光ファイバ１０１のコアより小さくする。一般に、光導波路の比屈折率差が一定の場合、シングルモード領域で光導波路のコア寸法をある限界以下に小さくすると、コア内への光閉じ込めが弱くなり、伝搬フィールド分布が大きく光がクラッドに浸み出す。このとき、光導波路の伝搬フィールド分布はガウス関数に近い形状をもつ光ファイバ１０１の伝搬フィールド分布とは異なり、裾がｅｘｐ関数で広がった形になる。しかしながら、ガウス関数との重なり積分はそれほど小さくならず、光導波路の伝搬フィールド幅を適切に設計すれば結合効率は９０％以上にできる。   In order to solve this problem and to couple the optical fiber 101 and the optical waveguide having a high relative refractive index with high efficiency, the core size of the optical waveguide is made smaller than that of the optical fiber 101 in this embodiment. In general, if the relative refractive index difference of the optical waveguide is constant, reducing the optical waveguide core dimension below a certain limit in the single mode region will weaken the optical confinement in the core, and the propagation field distribution will be large and the light will enter the cladding. Ooze out. At this time, unlike the propagation field distribution of the optical fiber 101 having a shape close to a Gaussian function, the propagation field distribution of the optical waveguide has a shape in which the tail is expanded by the exp function. However, the overlap integral with the Gaussian function is not so small, and the coupling efficiency can be increased to 90% or more if the propagation field width of the optical waveguide is appropriately designed.

本実施形態において、光導波路のコア寸法を小さくすることによって光ファイバ１０１との高効率結合を得ることは、光導波路のコア幅のみを狭めることによって容易に実現できる。図４は本実施形態において、光導波路のコア寸法を小さくした例を模式的に示している。この例では、光導波素子１０２における光導波路のコアの厚さは光結合部１０３のコア１１３の厚さと光入力部１０４のコア３０３の厚さで等しくし、光結合部１０３のコア幅のみを狭めている。図１９は光結合部１０３における光導波路のコア寸法を、単一モード条件を満たす１．５μｍ×１．５μｍから、コア幅のみを０．３μｍにまで狭めた場合の伝搬フィールド分布である。この伝搬フィールド分布は、図１７に示した光導波路の伝搬フィールドと比較して、クラッド１１３中に広く電界が浸み出している。   In the present embodiment, obtaining high-efficiency coupling with the optical fiber 101 by reducing the core dimension of the optical waveguide can be easily realized by reducing only the core width of the optical waveguide. FIG. 4 schematically shows an example in which the core dimension of the optical waveguide is reduced in this embodiment. In this example, the thickness of the core of the optical waveguide in the optical waveguide element 102 is equal to the thickness of the core 113 of the optical coupling unit 103 and the thickness of the core 303 of the optical input unit 104, and only the core width of the optical coupling unit 103 is set. It is narrowing. FIG. 19 shows a propagation field distribution when the core dimension of the optical waveguide in the optical coupling portion 103 is reduced from 1.5 μm × 1.5 μm satisfying the single mode condition to only the core width to 0.3 μm. In this propagation field distribution, compared with the propagation field of the optical waveguide shown in FIG.

図２０は光結合部１０３における光導波路のコア幅を変化させた場合の光ファイバ１０１と光導波路との結合効率を上記数式１により計算した結果を示す。この場合、光ファイバ１０１のコア１１１のΔは０．１５％、光結合部１０３のコア１１３のΔは０．７５％であり、導波路のコア厚はすべて１．５μｍである。図２０より光導波路のコア幅を０．３μｍまで狭めることで９５％程度の結合効率が得られることが分かる。また、コア幅が０．３５±０．１４μｍ以内（０．３５＋０．１４μｍ〜０．３５−０．１４μｍの範囲内）のとき、光ファイバ１０１と光導波路とを８０％以上の結合効率で結合できる。ＰＬＣの加工技術を用いれば、±１００ｎｍ程度の精度でのコア幅加工は可能であり、製作上の寸法誤差を考慮しても高効率な光結合が可能である。   FIG. 20 shows a result of calculating the coupling efficiency between the optical fiber 101 and the optical waveguide when the core width of the optical waveguide in the optical coupling unit 103 is changed by the above equation 1. In this case, Δ of the core 111 of the optical fiber 101 is 0.15%, Δ of the core 113 of the optical coupling portion 103 is 0.75%, and the core thickness of the waveguide is all 1.5 μm. FIG. 20 shows that a coupling efficiency of about 95% can be obtained by narrowing the core width of the optical waveguide to 0.3 μm. When the core width is within 0.35 ± 0.14 μm (within a range of 0.35 + 0.14 μm to 0.35-0.14 μm), the optical fiber 101 and the optical waveguide are coupled with a coupling efficiency of 80% or more. it can. If PLC processing technology is used, core width processing with an accuracy of about ± 100 nm is possible, and high-efficiency optical coupling is possible even when dimensional errors in manufacturing are taken into consideration.

図２１は本実施形態において光ファイバ１０１と光導波素子１０２内の光導波路との位置ずれΔｘに対するトレランスを計算した結果を示す。この場合、光結合部１０３における光導波路のコアサイズは１．５μｍ×０．３μｍとした。全く光ファイバ１０１と光導波路との位置ずれがない場合、光ファイバ１０１と光導波路との結合効率は９５％程度である。この状態から、水平方向および垂直方向に光導波路のコアの位置をずらして、光ファイバ１０１と光導波路との結合効率の変化量を計算した。図２１より光ファイバ１０１と光導波路との位置精度が水平方向および垂直方向のいずれについても０．８μｍの位置精度であれば、８０％以上の結合効率が得られることがわかった。この０．８μｍという値は光ファイバ１０１のコア径の１／４程度に対応しており、位置ずれに対するトレランスが大きいことを示している。   FIG. 21 shows the result of calculating the tolerance for the positional deviation Δx between the optical fiber 101 and the optical waveguide in the optical waveguide element 102 in the present embodiment. In this case, the core size of the optical waveguide in the optical coupling unit 103 was 1.5 μm × 0.3 μm. When there is no misalignment between the optical fiber 101 and the optical waveguide, the coupling efficiency between the optical fiber 101 and the optical waveguide is about 95%. From this state, the amount of change in coupling efficiency between the optical fiber 101 and the optical waveguide was calculated by shifting the position of the core of the optical waveguide in the horizontal and vertical directions. From FIG. 21, it was found that if the positional accuracy between the optical fiber 101 and the optical waveguide is 0.8 μm in both the horizontal and vertical directions, a coupling efficiency of 80% or more can be obtained. This value of 0.8 μm corresponds to about ¼ of the core diameter of the optical fiber 101, and indicates that the tolerance for positional deviation is large.

このように、本実施形態では、光結合部１０３の比屈折率差が光ファイバ１０１の比屈折率差より大きく、かつ、光結合部１０３のコアの断面積が光ファイバ１０１のコアの断面積より小さいことにより、光源からの光を高効率で利用でき、つまり、光ファイバから導かれる光を高効率で光導波素子に結合することが可能となる。
また、本実施形態では、光結合部１０３のコアの断面積が光入力部１０４のコアの断面積より小さいことにより、光導波素子１０２において狭ピッチによる過剰損失を少なくでき、コンパクトにできる。 Thus, in this embodiment, the relative refractive index difference of the optical coupling portion 103 is larger than the relative refractive index difference of the optical fiber 101, and the cross-sectional area of the core of the optical coupling portion 103 is the cross-sectional area of the core of the optical fiber 101. By being smaller, the light from the light source can be used with high efficiency, that is, the light guided from the optical fiber can be coupled with the optical waveguide element with high efficiency.
Further, in this embodiment, since the cross-sectional area of the core of the optical coupling unit 103 is smaller than the cross-sectional area of the core of the optical input unit 104, excess loss due to a narrow pitch can be reduced in the optical waveguide element 102, and the size can be reduced.

本実施形態のもう１つの特徴は、光導波素子１０２における光結合部１０３のみコア幅を狭めることにある。光ファイバ１０１から光結合部１０３を介して光導波素子１０２内に導かれた光は、その後、光導波路間隔を狭める等の光制御を受ける。そのような箇所において伝搬光は光導波路のコアに強く閉じ込められている方が好ましい。もし、伝搬光がクラッド中に大きく浸み出したまま光制御を行うと、複数の光導波路が互いに影響を与えないようにするために導波路間隔を広くする必要があり、また、各々の光導波路は非常に光閉じ込めが弱いから曲がり部分における放射損失が増大する。この問題を解決するために本実施形態では、光結合部１０３のみコア幅を狭くし、光入力部１０４より後ではコア幅を広げている。これにより、光導波素子１０２の光入力部１０４以降は、コア中に光が強く閉じ込められる。本実施形態では、光導波路のコア幅のみを変化させて導波光のフィールド分布を制御しているが、これは光導波素子製作時に導波路形状のパターニングを行うのみで実現でき、製作を容易にする構成である。   Another feature of the present embodiment is that the core width of only the optical coupling portion 103 in the optical waveguide element 102 is narrowed. The light guided from the optical fiber 101 into the optical waveguide element 102 via the optical coupling unit 103 is then subjected to light control such as narrowing the interval between the optical waveguides. It is preferable that the propagating light is strongly confined in the core of the optical waveguide in such a place. If the optical control is performed with the propagating light oozing out into the clad, it is necessary to widen the waveguide interval so that the plurality of optical waveguides do not affect each other. Since the waveguide is very weak in optical confinement, radiation loss at the bent portion increases. In order to solve this problem, in the present embodiment, the core width is reduced only in the optical coupling unit 103 and the core width is increased after the optical input unit 104. As a result, light is strongly confined in the core after the optical input unit 104 of the optical waveguide element 102. In this embodiment, only the core width of the optical waveguide is changed to control the field distribution of the guided light. However, this can be realized only by patterning the waveguide shape when manufacturing the optical waveguide element. It is the structure to do.

図４に示す例では、光結合部１０３と光入力部１０４の境界においてコア幅を不連続で変化させているため、この部分で光伝搬フィールドの不整合が発生し、結合損失の原因となる恐れがある。したがって、実際には、この境界で高効率な光結合を可能にするような構造を付加することが有効である。
このように、本実施形態では、光結合部１０３及び光入力部１０４の各コアが互いに等しい厚さを有し、光結合部１０３のコア幅が光入力部１０４のコア幅より狭いことにより、製作が容易であり、かつ、光ファイバと光導波素子との高効率な光結合が可能になる。 In the example shown in FIG. 4, since the core width is discontinuously changed at the boundary between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104, mismatching of the optical propagation field occurs in this part, which causes coupling loss. There is a fear. Therefore, in practice, it is effective to add a structure that enables highly efficient optical coupling at this boundary.
As described above, in this embodiment, the cores of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 have the same thickness, and the core width of the optical coupling unit 103 is narrower than the core width of the optical input unit 104. Manufacture is easy, and highly efficient optical coupling between the optical fiber and the optical waveguide element becomes possible.

図５は光結合部１０３と光入力部１０４との高効率結合のための具体的な構成例を示す。前述のように、光導波路幅の異なる光結合部１０３と光入力部１０４を直接に接続すると、それぞれの光導波路を伝搬する光の間にモード不整合が生じ、過剰損失の原因となる。そこで、この例では、光結合部１０３と光入力部１０４の間にモードの不整合を解消する光遷移部４０３を設ける。光遷移部４０３のコア４０４における両端は、一方が光結合部１０３のコア１１３と同じコア幅を有し、もう一方が光入力部１０４のコア４０５と同じコア幅を有する。そして、光遷移部４０３におけるコア４０４の幅はテーパー状に少しずつ変化させる。この場合、コア４０４の幅をゆっくりと断熱的に変化させると、光結合部１０３と光入力部１０４との間の光導波路内の光伝搬フィールド形状が少しずつ変化し、コア幅の異なる光結合部１０３と光入力部１０４との光導波路間のモード不整合を解消できる。すなわち、ほとんど結合損失なしでコアサイズの異なる光結合部１０３と光入力部１０４との間の光導波路同士を結合することが可能である。   FIG. 5 shows a specific configuration example for highly efficient coupling between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104. As described above, when the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 having different optical waveguide widths are directly connected, mode mismatch occurs between the light propagating through the respective optical waveguides, causing excessive loss. Therefore, in this example, an optical transition unit 403 for eliminating mode mismatch is provided between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104. At both ends of the core 404 of the optical transition unit 403, one has the same core width as the core 113 of the optical coupling unit 103, and the other has the same core width as the core 405 of the optical input unit 104. Then, the width of the core 404 in the light transition portion 403 is gradually changed in a tapered shape. In this case, if the width of the core 404 is slowly changed in an adiabatic manner, the shape of the light propagation field in the optical waveguide between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 changes little by little, and optical couplings with different core widths are obtained. The mode mismatch between the optical waveguides of the portion 103 and the light input portion 104 can be eliminated. That is, the optical waveguides between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 having different core sizes can be coupled with almost no coupling loss.

図２２はコア４０４の幅がテーパー状に少しずつ変化する光遷移部４０３に対する結合損失を３Ｄ−ＢＰＭシミュレーションによって計算した結果を示す。この場合、光結合部１０３におけるコアサイズを１．５μｍ×０．３μｍ、光入力部１０４におけるコアサイズを１．５μｍ×１．５μｍと仮定した。また、光結合部１０３における光導波路の比屈折率差は０．７５％、光の波長を４５０ｎｍとした。図２２より、光遷移部４０３の長さ（テーパー長Ｌ）を長くするほど結合損失が低減することが分かる。コア幅がテーパー状に少しずつ変化する光遷移部４０３の長さを３０００μｍ以上にすれば結合損失が０．１ｄＢ以下になり、ほぼ損失なしで光結合部１０３と光入力部１０４との結合が可能である。   FIG. 22 shows the result of calculating the coupling loss for the optical transition part 403 in which the width of the core 404 gradually changes in a tapered shape by 3D-BPM simulation. In this case, the core size in the optical coupling unit 103 is assumed to be 1.5 μm × 0.3 μm, and the core size in the optical input unit 104 is assumed to be 1.5 μm × 1.5 μm. Further, the relative refractive index difference of the optical waveguide in the optical coupling portion 103 was 0.75%, and the wavelength of light was 450 nm. FIG. 22 shows that the coupling loss decreases as the length of the light transition portion 403 (taper length L) is increased. If the length of the optical transition part 403 whose core width gradually changes in a tapered shape is increased to 3000 μm or more, the coupling loss becomes 0.1 dB or less, and the coupling between the optical coupling part 103 and the optical input part 104 can be achieved without substantial loss. Is possible.

また、光遷移部４０３におけるコア幅の変化は、直線形状に限定されず、例えば図６に示すように光遷移部４０３のコア４０４をパラボリック状に変化させることも有効である。このような光遷移部４０３のコア幅の遷移形状によって、光遷移部４０３において光伝搬フィールド分布を変化させる際に光が光導波路を伝搬する基本モードが高次の伝搬モードに結合することを抑制することができる。
このように、本実施形態では、光結合部１０３のコアの幅が光入力部１０４に向かってテーパー状に広がることにより、製作が容易であり、かつ、光ファイバ１０１と光導波素子１０２との高効率な光結合が可能でコンパクトとなる。 Further, the change in the core width in the light transition unit 403 is not limited to a linear shape, and it is also effective to change the core 404 of the light transition unit 403 in a parabolic manner as shown in FIG. 6, for example. Such a transition shape of the core width of the optical transition unit 403 suppresses coupling of a fundamental mode in which light propagates through the optical waveguide to a higher-order propagation mode when the optical propagation field distribution is changed in the optical transition unit 403. can do.
As described above, in the present embodiment, the width of the core of the optical coupling unit 103 is increased in a tapered shape toward the optical input unit 104, so that the fabrication is easy, and the optical fiber 101 and the optical waveguide element 102 are formed. Highly efficient optical coupling is possible and compact.

図７〜図９は、本実施形態において、光結合部１０３のコア幅を狭め、光導波路間隔変換部１０５のコア幅を広くした光導波素子１０２の各例を模式的に示す。図７に示す光導波素子１０２の例は、曲がり光導波路２１５によって光導波路間隔の狭ピッチ化を行う構成例であり、光入力部１０４から後はコア幅が広くなっている。したがって、曲がり光導波路２１５において、光はコア中に強く閉じ込められるから曲がり光導波路２１５の曲がりの曲率半径を小さくできる。   7 to 9 schematically show examples of the optical waveguide element 102 in which the core width of the optical coupling unit 103 is narrowed and the core width of the optical waveguide interval conversion unit 105 is widened in the present embodiment. The example of the optical waveguide element 102 shown in FIG. 7 is a configuration example in which the pitch of the optical waveguide is narrowed by the bent optical waveguide 215, and the core width is widened after the optical input unit 104. Therefore, in the bent optical waveguide 215, since light is strongly confined in the core, the radius of curvature of the bent optical waveguide 215 can be reduced.

図８は全反射ミラーによって光の伝搬方向を変化させることで光導波路間隔の狭ピッチ化を行った光導波素子１０２の例を示す。この例では、光導波路２１５の曲がり部分に設けた全反射ミラー８２５での光反射時に過剰損失を低減するためには、ミラー８２５の垂直性が重要となるが、光導波路２１５への光閉じ込めが弱いとその伝搬フィールドの広がり応じてミラー８２５の面積も広くする必要がある。したがって、ミラー８２５を形成するためのエッチング量も多くなり、側壁の垂直性の悪化が懸念される。本構成例では、ミラー８２５での光反射時において光はコア２１５内に強く閉じ込められているから、ミラー８２５は最小限の面積で構成できる。すなわち、ミラー８２５の光反射による過剰損失を低減できる。   FIG. 8 shows an example of the optical waveguide element 102 in which the optical waveguide interval is narrowed by changing the light propagation direction using a total reflection mirror. In this example, the perpendicularity of the mirror 825 is important for reducing excess loss when light is reflected by the total reflection mirror 825 provided at the bent portion of the optical waveguide 215. However, confinement of the light in the optical waveguide 215 is important. If it is weak, the area of the mirror 825 needs to be increased according to the spread of the propagation field. Therefore, the amount of etching for forming the mirror 825 also increases, and there is a concern that the verticality of the side wall is deteriorated. In this configuration example, since the light is strongly confined in the core 215 when the light is reflected by the mirror 825, the mirror 825 can be configured with a minimum area. That is, excess loss due to light reflection of the mirror 825 can be reduced.

図８に示す光導波素子１０２の例ではミラー８２５の反射角度を９０°にしているが、図９に示したように光導波路２１５の曲がり部分に設けた複数の全反射ミラー８３５により、より浅い角度の光反射を複数回繰り返すことで光導波路の狭ピッチ化を行うこともできる。もちろん、曲がり光導波路２１５と反射ミラーを組み合わせることも有効である。   In the example of the optical waveguide element 102 shown in FIG. 8, the reflection angle of the mirror 825 is 90 °. However, as shown in FIG. 9, it is shallower by the plurality of total reflection mirrors 835 provided at the bent portion of the optical waveguide 215. The pitch of the optical waveguide can be narrowed by repeating the light reflection at an angle a plurality of times. Of course, it is also effective to combine the bent optical waveguide 215 and the reflecting mirror.

図１０、図１１は本実施形態における光導波素子１０２の他の例において光結合部１０３と光入力部１０４の付近を抜粋して上面から見た図である。この光導波素子１０２の例では、光結合部１０３は光ファイバ１０１との高効率結合のためにコア幅を狭めて光閉じ込めを弱くしている。これに対して、光入力部１０４ではコアへの光閉じ込めを強くすることが好ましい。この例では、光結合部１０３と光入力部１０４とでクラッド材料を互いに異ならせることで上記の要求を実現する。すなわち、光入力部１０４におけるクラッド５０７の屈折率を、光結合部１０３におけるクラッド１１４材料の屈折率より低くする。光入力部１０４のΔを光結合部１０３のΔより高くすることにより、光入力部１０４のコア３０３への光閉じ込めを強めることができる。この場合、光結合部１０３及び光入力部１０４それぞれのコア幅は同じであって構わないが、光入力部１０４のコア幅を若干光結合部１０３のコア幅より広げることも有効である。
このように、本実施形態では、光結合部１０３のクラッドの屈折率と、光入力部１０４のクラッドの屈折率とが異なることにより、製作が容易であり、かつ、光ファイバと光導波素子との高効率な光結合が可能でコンパクトにできる。 FIG. 10 and FIG. 11 are views illustrating the vicinity of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 in another example of the optical waveguide element 102 in the present embodiment, as viewed from above. In this example of the optical waveguide element 102, the optical coupling portion 103 narrows the optical confinement by narrowing the core width for high efficiency coupling with the optical fiber 101. On the other hand, in the optical input unit 104, it is preferable to increase the optical confinement in the core. In this example, the above requirements are realized by making the cladding materials of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 different from each other. That is, the refractive index of the cladding 507 in the optical input unit 104 is set lower than the refractive index of the material of the cladding 114 in the optical coupling unit 103. By making Δ of the optical input unit 104 higher than Δ of the optical coupling unit 103, light confinement in the core 303 of the optical input unit 104 can be strengthened. In this case, the core widths of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 may be the same, but it is also effective to slightly increase the core width of the optical input unit 104 than the core width of the optical coupling unit 103.
As described above, in this embodiment, the refractive index of the clad of the optical coupling unit 103 and the refractive index of the clad of the optical input unit 104 are easy to manufacture, and the optical fiber, the optical waveguide element, High-efficiency optical coupling is possible and can be made compact.

Δの異なる光導波路同士を直接に結合すると、それらの光伝搬フィールドのミスマッチにより過剰損失が生じる。そこで、図１０及び図１１に示す例では、光結合部１０３と光入力部１０４とを低損失で結合するための光遷移部４０３を両者１０３、１０４の間に挿入している。光遷移部４０３では光結合部１０３のクラッド１１４幅と光入力部１０４のクラッド５０７幅をテーパー状に変化させる。例えば図１０に示す例では、光結合部１０３のクラッド１１４の幅を光入力部１０４に向かってテーパー状に狭めており、図１１に示す例では、逆に光入力部１０４のクラッド５０７の幅を光結合部１０３に向かってテーパー状に広げている。このように光結合部１０３及び光入力部１０４のクラッド１１４、５０７の幅を徐々に変化させることにより、光結合部１０３及び光入力部１０４の間の光伝搬フィールド分布を光遷移部４０３で徐々に変化させることができ、光結合部１０３及び光入力部１０４の比屈折率差の異なる光導波路同士をほぼ損失なしで結合することが可能である。   When optical waveguides having different Δs are directly coupled to each other, excess loss occurs due to mismatch of their optical propagation fields. Therefore, in the example shown in FIGS. 10 and 11, an optical transition unit 403 for coupling the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 with low loss is inserted between the both 103 and 104. In the light transition part 403, the width of the clad 114 of the optical coupling part 103 and the width of the clad 507 of the light input part 104 are changed in a tapered shape. For example, in the example illustrated in FIG. 10, the width of the clad 114 of the optical coupling unit 103 is tapered toward the optical input unit 104, and conversely in the example illustrated in FIG. 11, the width of the cladding 507 of the optical input unit 104. Is expanded toward the optical coupling portion 103 in a tapered shape. In this way, by gradually changing the widths of the claddings 114 and 507 of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104, the optical transition field distribution between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 is gradually changed by the optical transition unit 403. The optical waveguides having different relative refractive index differences between the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 can be coupled with almost no loss.

図１２及び図１３は図１０、図１１に示す例の光導波素子１０２全体を上面から見た図である。光結合部１０３では、光ファイバ１０１と高効率で結合するために、コア１１３の幅を狭め、光伝搬フィールドを広げている。その後、光遷移部４０３によって光導波路の光伝搬フィールドを狭め、光入力部１０４ではコア５０７内に光が強く閉じ込められている。光導波路幅変換部１０５においては、マルチビームの狭ピッチ化が施される。具体的には、光導波路変換部１０５は、複数の曲がり光導波路で構成されるが、コアへの光閉じ込めを強くしているため、曲がり光導波路の曲げ半径を小さくできる。狭ピッチ化されたマルチビームは光出力部１０６より出力される。   12 and 13 are views of the entire optical waveguide element 102 of the example shown in FIGS. 10 and 11 as viewed from above. In the optical coupling unit 103, in order to couple with the optical fiber 101 with high efficiency, the width of the core 113 is narrowed and the light propagation field is widened. Thereafter, the light propagation field of the optical waveguide is narrowed by the light transition part 403, and the light is strongly confined in the core 507 in the light input part 104. In the optical waveguide width conversion unit 105, the pitch of the multi-beam is narrowed. Specifically, the optical waveguide converter 105 includes a plurality of bent optical waveguides. However, since the optical confinement in the core is strengthened, the bending radius of the bent optical waveguide can be reduced. The multi-beam having the narrow pitch is output from the light output unit 106.

図１４は本実施形態における光導波素子１０２を上面から見た図である。光ファイバ１０１から光結合部１０３を介して光入力部１０４に入力された光は、光導波路間隔変換部１０５により狭ピッチ化されて光出力部１０６より出射するが、このとき、光出力部１０６は光結合部１０３と対面しないように配置される。
光導波素子１０２内に外部からの光を結合させる際に位置ずれ等が発生し、光導波路に結合しない光が発生する可能性がある。このような光は、迷光となり、光導波素子１０２の性能を悪化させる。例えば、光導波素子１０２内に光変調部が設けられていた場合、その光変調器を構成する導波路内に迷光が入り込むことによって、マルチビーム変調時の消光比が悪くなる。また、光出力部１０６における強度変調されたマルチビームに迷光が混入することによって、出射光強度に揺らぎが生じ、変調光の消光比が悪化する等の問題が起こる。 FIG. 14 is a view of the optical waveguide element 102 in the present embodiment as viewed from above. Light input from the optical fiber 101 to the light input unit 104 via the light coupling unit 103 is narrowed by the optical waveguide interval conversion unit 105 and emitted from the light output unit 106. At this time, the light output unit 106 Are arranged so as not to face the optical coupling unit 103.
When light from the outside is coupled into the optical waveguide element 102, a positional shift or the like may occur, and light that is not coupled to the optical waveguide may be generated. Such light becomes stray light and deteriorates the performance of the optical waveguide element 102. For example, when an optical modulation unit is provided in the optical waveguide element 102, the extinction ratio at the time of multi-beam modulation deteriorates due to stray light entering the waveguide constituting the optical modulator. Further, when stray light is mixed into the intensity-modulated multi-beam in the light output unit 106, the emitted light intensity fluctuates, causing problems such as deterioration of the extinction ratio of the modulated light.

光結合部１０３において発生する迷光は回折によって光導波素子１０２内部を放射状に広がると考えられる。したがって、図１４に示すように光出力部１０６を光入力部１０４と対面しないように光結合部１０３を構成する導波路束の中心線と、光出力部１０６を構成する導波路束の中心線とをずらして配置すれば、迷光の回折光が伝搬する方向と光出力部１０６における光の伝搬方向が異なるので、迷光の影響を低減することができる。
このように、本実施形態では、光結合部１０３を構成する導波路束の中心線と、光出力部１０６を構成する導波路束の中心線とがずれた位置に配置されることにより、光ファイバと光導波素子との光結合の際やマルチビーム狭ピッチ化の際に生じた迷光が光導波素子からの出射光に影響を与えないようにできる。 It is considered that stray light generated in the optical coupling unit 103 spreads radially inside the optical waveguide element 102 by diffraction. Therefore, as shown in FIG. 14, the center line of the waveguide bundle constituting the optical coupling portion 103 and the center line of the waveguide bundle constituting the light output portion 106 so that the light output portion 106 does not face the light input portion 104. Since the direction of propagation of stray light diffracted light and the direction of light propagation in the light output unit 106 are different, the influence of stray light can be reduced.
As described above, in this embodiment, the center line of the waveguide bundle constituting the optical coupling unit 103 and the center line of the waveguide bundle constituting the light output unit 106 are arranged at positions shifted from each other, thereby It is possible to prevent stray light generated at the time of optical coupling between the fiber and the optical waveguide element or at the time of reducing the multi-beam narrow pitch from affecting the light emitted from the optical waveguide element.

図１５は本実施形態における光導波素子１０２を上面から見た図である。光ファイバ１０１から光結合部１０３を介して光入力部１０４に入力された光は、光導波路間隔変換部１０５により狭ピッチ化されて光出力部１０６より出射する。ここで、複数の光導波路それぞれの間に迷光防止部としての迷光遮断部７０７を挿入する。
外部からの光を光導波素子１０２内に導く際や、光導波路間隔を狭める際において、各々の光導波路の伝搬モードに結合しない光成分が放射されて光導波素子１０２内を伝搬する可能性がある。ある光導波路から発生した放射光がその他の光導波路のいずれかに達するとそれがノイズとなり、光導波素子１０２の特性を劣化させる。 FIG. 15 is a view of the optical waveguide element 102 according to this embodiment as viewed from above. The light input from the optical fiber 101 to the light input unit 104 via the optical coupling unit 103 is narrowed by the optical waveguide interval conversion unit 105 and emitted from the light output unit 106. Here, a stray light blocking unit 707 as a stray light preventing unit is inserted between each of the plurality of optical waveguides.
When light from the outside is guided into the optical waveguide element 102 or when the interval between the optical waveguides is narrowed, there is a possibility that an optical component that is not coupled to the propagation mode of each optical waveguide is emitted and propagates in the optical waveguide element 102. is there. When radiated light generated from a certain optical waveguide reaches any one of the other optical waveguides, it becomes noise and deteriorates the characteristics of the optical waveguide element 102.

この問題を解決するために、図１５に示す例では、各々の光導波路の間に迷光の伝搬を防止するような迷光遮断部７０７を設けている。具体的には、光を吸収するような金属を各導波路の間に埋め込んで迷光遮断部７０７を形成することによって、ノイズの原因となるような迷光を吸収、除去できる。また、光導波路のコア材料と比べて屈折率の高い材料を導波路間に埋め込んで迷光遮断部７０７を形成することも有効である。光導波路からの放射光を迷光遮断部７０７に閉じ込め、その中を伝搬させることによって迷光成分を減衰させることができる。このような迷光遮断部７０７は図１４に示すような光出力位置をずらした構成に適用することも有効である。
このように、本実施形態では、迷光遮断部７０７は、各光導波路の間で迷光を遮断することにより、光ファイバ１０１と光導波素子１０２との光結合の際やマルチビーム狭ピッチ化の際に生じた迷光が光導波素子１０２からの出射光に影響を与えなくなる。 In order to solve this problem, in the example shown in FIG. 15, a stray light blocking unit 707 that prevents the propagation of stray light is provided between the respective optical waveguides. Specifically, stray light that causes noise can be absorbed and removed by embedding a metal that absorbs light between the waveguides to form the stray light blocking portion 707. It is also effective to form the stray light blocking portion 707 by embedding a material having a higher refractive index than the core material of the optical waveguide between the waveguides. The stray light component can be attenuated by confining the radiated light from the optical waveguide in the stray light blocking portion 707 and propagating it. It is also effective to apply such a stray light blocking unit 707 to a configuration in which the light output position is shifted as shown in FIG.
As described above, in the present embodiment, the stray light blocking unit 707 blocks stray light between the optical waveguides, thereby optical coupling between the optical fiber 101 and the optical waveguide element 102 or multi-beam narrowing pitch. The stray light generated in the step does not affect the light emitted from the optical waveguide element 102.

図１６は本実施形態における光導波素子１０２他の例の光出力部１０６を上面から見た図である。この例では、光出力部１０４における光導波路のコア８０２出射端の幅をコア８０２の他の部分の幅より狭める。この場合、光導波素子１０２の出射端では、光導波路への光閉じ込めが弱くなり、伝搬フィールドが大きくクラッドに広げられる。これにより、複数の隣接する光導波路において伝搬光のフィールドの裾部分がわずかに重なり合う。   FIG. 16 is a view of the optical output unit 106 of another example of the optical waveguide element 102 in this embodiment as viewed from above. In this example, the width of the output end of the core 802 of the optical waveguide in the light output unit 104 is made narrower than the width of the other part of the core 802. In this case, light confinement in the optical waveguide becomes weak at the emission end of the optical waveguide element 102, and the propagation field is greatly expanded to the cladding. As a result, the skirt portions of the propagation light fields slightly overlap in a plurality of adjacent optical waveguides.

一般にマルチビームを構成する各々の光ビームのスポットの間に隙間がある場合、互いの光ビームの隙間を埋めて密接した走査線を形成するために、光スポット列の配列方向を斜めにして走査する。しかしながら、マルチビームの光スポット間の隙間が広い場合、その光スポット列の傾斜角を高精度に制御する必要があり、わずかな傾斜角の誤差が走査線の間隔ずれに大きく影響する。   In general, when there is a gap between the spots of each light beam that constitutes a multi-beam, scanning is performed with the arrangement direction of the light spot rows inclined to fill the gap between the light beams and form a close scanning line. To do. However, when the gap between the light spots of the multi-beams is wide, it is necessary to control the inclination angle of the light spot row with high accuracy, and a slight error in the inclination angle greatly affects the gap between the scanning lines.

この問題を解決するため、上述のようにマルチビームを構成する光スポットを密接させれば、光スポット配列を垂直に走査しても走査線に隙間が生じることがない。したがって、高精度な光スポット配列の角度制御が不要になり、かつ、マルチビームがすべて同じタイミングで記録を行うから、マルチビームを斜めに走査する際に必要な記録タイミングの調整も不要になる。   In order to solve this problem, if the light spots constituting the multi-beam are brought into close contact with each other as described above, there is no gap in the scanning line even if the light spot array is scanned vertically. Therefore, it is not necessary to control the angle of the light spot array with high accuracy, and since all the multi-beams perform recording at the same timing, it is not necessary to adjust the recording timing required when scanning the multi-beams obliquely.

各光ビームスポットの重なり量は、光出力部１０６のコア幅によって決定され、所望の重なり量を持つようにコア幅を設計することによって、記録に最適な光スポット配列を形成することが可能である。また、図１６に示すように、光出力部１０６における光導波路幅（光導波路のコア８０２の幅）をテーパー状に断熱的に変化させることにより、ほとんど損失なくビームスポット形状を変化させることができる。なお、図１６において、８０３は光出力部１０６から出射された光の電界強度分布を示す。
このように、本実施形態では、光導波路素子１０２の光出力部１０６において光導波路のコア幅がテーパー状に狭められることにより、隣接する光ビームスポット同士が互いに接するように出力させることができる。 The amount of overlap of each light beam spot is determined by the core width of the light output unit 106. By designing the core width so as to have a desired amount of overlap, it is possible to form an optimal light spot array for recording. is there. Further, as shown in FIG. 16, the beam spot shape can be changed with almost no loss by adiabatically changing the width of the optical waveguide (the width of the core 802 of the optical waveguide) in the optical output unit 106 into a tapered shape. . In FIG. 16, reference numeral 803 denotes the electric field intensity distribution of the light emitted from the light output unit 106.
As described above, in the present embodiment, the light output core 106 of the optical waveguide device 102 has the optical waveguide core width narrowed in a tapered shape, so that the adjacent light beam spots can be output so as to contact each other.

以上のように、本実施形態は、光源からの複数の光ビームを導く光ファイバ１０１と、複数の光導波路を一括して集積した光導波素子１０２を有する。光導波素子１０２は光ファイバ１０１からの光を高効率で導く光結合部１０３と、光導波素子１０２に導かれた複数の光ビームを狭ピッチ化する光導波路間隔変換部１０５とを備える。光導波路間隔変換部１０５における光伝搬フィールド分布と光結合部１０３における光伝搬フィールド分布とを異ならせることにより、光源からの光を高効率で光導波素子１０２に導くことと、微小領域において狭ピッチ化することを両立できる。したがって、光源からの光を高効率で利用できるコンパクトなマルチビーム発生器を提供できる。   As described above, the present embodiment includes the optical fiber 101 that guides a plurality of light beams from the light source, and the optical waveguide element 102 in which the plurality of optical waveguides are integrated together. The optical waveguide element 102 includes an optical coupling unit 103 that guides light from the optical fiber 101 with high efficiency, and an optical waveguide interval conversion unit 105 that narrows a plurality of light beams guided to the optical waveguide element 102. By differentiating the light propagation field distribution in the optical waveguide interval conversion unit 105 and the light propagation field distribution in the optical coupling unit 103, light from the light source is guided to the optical waveguide element 102 with high efficiency, and a narrow pitch in a minute region. Can be compatible. Therefore, a compact multi-beam generator that can use light from the light source with high efficiency can be provided.

本実施形態においては、
（１）光結合部１０３の比屈折率差が光ファイバ１０１の比屈折率差より大きく、かつ、光結合部１０３のコアの断面積が光ファイバ１０１のコアの断面積より小さいこと、
（２）光結合部１０３のコアの断面積が光入力部１０４のコアの断面積より小さいこと、
（３）光結合部１０３及び光入力部１０４の各コアが互いに等しい厚さを有し、光結合部のコア幅が前記光入力部のコア幅より狭いこと、
（４）光結合部１０３のコアの幅が光遷移部４０３で光入力部１０４に向かってテーパー状に広がること、
（５）光結合部１０３のクラッドの屈折率と、光入力部１０４のクラッドの屈折率とが異なること、
（６）光結合部１０３を構成する光導波路束の中心線と、光出力部１０６を構成する光導波路束の中心線とがずれた位置に配置されること、
（７）光導波素子１０２が複数の光導波路の各間に迷光防止部としての迷光遮断部７０７を有すること、
（８）光導波路素子１０２の光出力部１０６において光導波路のコア幅がテーパー状に狭くなること、
（９）光出力部１０６と光結合部１０３とが対面しないようにずらして配置されること、
を任意に組み合わせた構成例とすることが可能である。 In this embodiment,
(1) The relative refractive index difference of the optical coupling portion 103 is larger than the relative refractive index difference of the optical fiber 101, and the cross-sectional area of the core of the optical coupling portion 103 is smaller than the cross-sectional area of the core of the optical fiber 101;
(2) the cross-sectional area of the core of the optical coupling unit 103 is smaller than the cross-sectional area of the core of the light input unit 104;
(3) Each core of the optical coupling unit 103 and the optical input unit 104 has the same thickness, and the core width of the optical coupling unit is narrower than the core width of the optical input unit,
(4) The width of the core of the optical coupling unit 103 is tapered toward the optical input unit 104 at the optical transition unit 403;
(5) The refractive index of the cladding of the optical coupling unit 103 is different from the refractive index of the cladding of the optical input unit 104;
(6) The center line of the optical waveguide bundle that constitutes the optical coupling unit 103 and the center line of the optical waveguide bundle that constitutes the optical output unit 106 are disposed at positions shifted from each other.
(7) The optical waveguide element 102 has a stray light blocking unit 707 as a stray light preventing unit between each of the plurality of optical waveguides.
(8) the core width of the optical waveguide is tapered in the light output portion 106 of the optical waveguide element 102;
(9) The optical output unit 106 and the optical coupling unit 103 are arranged so as not to face each other,
It is possible to set it as the structural example which combined these arbitrarily.

本発明の他の実施形態は、マルチビーム方式の光走査装置であり、図２３に示す光走査装置としての前述したマルチビーム走査光学系において、半導体レーザモジュール部１、光ファイバアレイ３及び光導波素子４の代りに上記実施形態のマルチビーム発生器（上述した各構成例を含む）が用いられ、光源が変調器により画像信号に応じて変調駆動される。
この実施形態によれば、上記実施形態のマルチビーム発生器を有するので、上記実施形態と同様な効果を奏する。 Another embodiment of the present invention is a multi-beam optical scanning device. In the above-described multi-beam scanning optical system as the optical scanning device shown in FIG. 23, the semiconductor laser module unit 1, the optical fiber array 3, and the optical waveguide are used. Instead of the element 4, the multi-beam generator of the above embodiment (including the above-described configuration examples) is used, and the light source is modulated and driven by the modulator according to the image signal.
According to this embodiment, since the multi-beam generator of the above-described embodiment is provided, the same effects as those of the above-described embodiment are obtained.

図２４は本発明の別の実施形態としてのレーザプリンタを示す。このレーザプリンタ１０００は、像担持体１１１０として、円筒状に形成された光導電性の感光体を有している。像担持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像手段としての現像装置１１３１、転写手段としての転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１５１等が配備されている。さらに、光走査装置１１７１として上記実施形態の光走査装置が設けられ、帯電ローラ１１２１と現像装置１１３１との間で光書込による露光を行うようになっている。また、図２４において、符号１１６１は定着手段としての定着装置、符号１１８１は給紙カセット、符号１１９１はレジストローラ対、符号１２０１は給紙コロ、符号１２１１は搬送路、符号１２２１は排紙ローラ対、符号１２３１は排紙トレイ、符号Ｐは記録媒体としての転写紙を示している。   FIG. 24 shows a laser printer as another embodiment of the present invention. The laser printer 1000 has a photoconductive photosensitive member formed in a cylindrical shape as the image carrier 1110. Around the image carrier 1110, a charging roller 1121 as a charging unit, a developing device 1131 as a developing unit, a transfer roller 1141 as a transferring unit, a cleaning device 1151, and the like are arranged. Further, the optical scanning device of the above embodiment is provided as the optical scanning device 1171, and exposure by optical writing is performed between the charging roller 1121 and the developing device 1131. In FIG. 24, reference numeral 1161 denotes a fixing device as fixing means, reference numeral 1181 denotes a paper feed cassette, reference numeral 1191 denotes a registration roller pair, reference numeral 1201 denotes a paper feed roller, reference numeral 1211 denotes a conveyance path, and reference numeral 1221 denotes a paper discharge roller pair. Reference numeral 1231 denotes a paper discharge tray, and reference numeral P denotes a transfer sheet as a recording medium.

帯電手段としては帯電ローラの他、コロナチャージャ、帯電ブラシ等、種々のものを用いることができる。現像装置１１３１としては、現像剤としてトナーを用いる一成分現像方式の現像装置や、現像剤としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式の現像装置などがあるが、どの現像方式を用いてもよい。転写手段としては、転写ローラの他、転写チャージャ、転写ブラシ、転写ベルト等、種々のものを用いることができる。クリーニング装置１１５１としては、クリーニングブレード方式、クリーニングブラシ方式、クリーニングローラ方式、あるいはこれらを組み合わせたものなどがあるが、どの方式を用いてもよい。定着装置１１６１としては、加熱ローラと加圧ローラを用いる方式や、加熱ベルトと加圧ローラを用いる方式、加熱ベルトと加圧ベルトを用いる方式等、種々のものがあるが、どの方式を用いてもよい。   Various charging means such as a corona charger and a charging brush can be used in addition to the charging roller. The developing device 1131 includes a one-component developing type developing device that uses toner as a developer, and a two-component developing type developing device that uses toner and a carrier as developers, and any developing method may be used. As the transfer means, various transfer rollers, transfer chargers, transfer brushes, transfer belts, and the like can be used. The cleaning device 1151 includes a cleaning blade method, a cleaning brush method, a cleaning roller method, or a combination of these, but any method may be used. There are various fixing devices 1161, such as a method using a heating roller and a pressure roller, a method using a heating belt and a pressure roller, and a method using a heating belt and a pressure belt. Also good.

画像形成を行うときには、光導電性の感光体である像担持体１１１０が図示しない駆動部により時計回りに等速で回転駆動され、その表面が帯電ローラ１１２１により均一帯電され、光走査装置１１７１の光ビームＬＢによる露光で光書込みを受けて静電潜像が形成される。像担持体１１１０上に形成された静電潜像は所謂ネガ潜像であり、像担持体１１１０は画像部が露光される。この像担持体１１１０上の静電潜像は現像装置１１３１により反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。   When an image is formed, an image carrier 1110 that is a photoconductive photosensitive member is rotated at a constant speed clockwise by a driving unit (not shown), and the surface thereof is uniformly charged by a charging roller 1121. An electrostatic latent image is formed by receiving light writing by exposure with the light beam LB. The electrostatic latent image formed on the image carrier 1110 is a so-called negative latent image, and an image portion of the image carrier 1110 is exposed. The electrostatic latent image on the image carrier 1110 is reversely developed by the developing device 1131, and a toner image is formed on the image carrier 1110.

転写紙Ｐを収納した給紙カセット１１８１は、当該画像形成装置１０００の本体に脱着可能であり、図示のごとく該本体に装着された状態において、給紙カセット１１８１に収納されている転写紙Ｐのうちの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により給紙され、その先端部がレジストローラ対１１９１に突き当たって一旦停止する。レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。転写部へ送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられて転写ローラ１１４１によりトナー画像が静電転写される。トナー画像が転写された転写紙Ｐは、定着装置１１６１へ送られ、定着装置１１６１においてトナー画像が定着され、搬送路１２１１を通り、排紙ローラ対１２２１により排紙トレイ１２３１上に排出される。一方、トナー画像が転写された後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１５１によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
この実施形態によれば、上記実施形態の光走査装置を有するので、上記実施形態と同様な効果を奏する。 The paper feed cassette 1181 storing the transfer paper P is detachable from the main body of the image forming apparatus 1000, and when the transfer paper P is stored in the main body of the image forming apparatus 1000 as shown in the drawing, One of the uppermost sheets is fed by the sheet feeding roller 1201, and the leading end of the sheet abuts against the registration roller pair 1191 to temporarily stop. The registration roller pair 1191 feeds the transfer paper P to the transfer unit in time with the toner image on the image carrier 1110 moving to the transfer position. The transfer paper P sent to the transfer unit is superimposed on the toner image in the transfer unit, and the toner image is electrostatically transferred by the transfer roller 1141. The transfer paper P onto which the toner image has been transferred is sent to the fixing device 1161, where the toner image is fixed in the fixing device 1161, passes through the conveyance path 1211, and is discharged onto the paper discharge tray 1231 by the paper discharge roller pair 1221. On the other hand, the surface of the image carrier 1110 after the toner image is transferred is cleaned by a cleaning device 1151 to remove residual toner, paper dust, and the like.
According to this embodiment, since the optical scanning device of the above embodiment is included, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.

本発明の一実施形態の一部を抜粋して示す断面図である。It is sectional drawing which extracts and shows a part of one Embodiment of this invention. 同実施形態における光ファイバと光導波素子との結合部を抽出して示す透視図である。It is a perspective view which extracts and shows the coupling | bond part of the optical fiber and optical waveguide element in the embodiment. 図２を上面および側面から見た上面図及び側面図である。It is the top view and side view which looked at FIG. 2 from the upper surface and the side. 上記実施形態において光導波路のコア寸法を小さくした例を模式的に示す上面図及び側面図である。It is the top view and side view which show typically the example which made the core dimension of the optical waveguide small in the said embodiment. 上記実施形態において光結合部と光入力部との高効率結合のための具体的な構成例を示す上面図及び側面図である。In the said embodiment, it is the upper side figure and side view which show the specific structural example for the highly efficient coupling | bonding of an optical coupling part and an optical input part. 上記実施形態において光結合部と光入力部との高効率結合のための具体的な他の構成例を示す上面図及び側面図である。In the said embodiment, it is the upper side figure and side view which show the other specific structural example for the highly efficient coupling | bonding of an optical coupling part and an optical input part. 上記実施形態において、光結合部のコア幅を狭め、光導波路間隔変換部のコア幅を広くした光導波素子の例を模式的に示す断面略図である。In the said embodiment, it is the cross-sectional schematic which shows typically the example of the optical waveguide element which narrowed the core width of the optical coupling part and widened the core width of the optical waveguide space | interval conversion part. 上記実施形態において、光結合部のコア幅を狭め、光導波路間隔変換部のコア幅を広くした光導波素子の他の例を模式的に示す断面図である。In the said embodiment, it is sectional drawing which shows typically the other example of the optical waveguide element which narrowed the core width of the optical coupling part and widened the core width of the optical waveguide space | interval conversion part. 上記実施形態において、光結合部のコア幅を狭め、光導波路間隔変換部のコア幅を広くした光導波素子の別の例を模式的に示す断面略図である。In the said embodiment, it is the cross-sectional schematic which shows typically another example of the optical waveguide element which narrowed the core width of the optical coupling part and widened the core width of the optical waveguide space | interval conversion part. 上記実施形態における光導波素子の更に他の例において光結合部と光入力部の付近を抜粋して上面から見た断面図である。It is sectional drawing which extracted the vicinity of the optical coupling part and the optical input part in the further another example of the optical waveguide element in the said embodiment, and was seen from the upper surface. 上記実施形態における光導波素子の更に別の例において光結合部と光入力部の付近を抜粋して上面から見た断面図である。It is sectional drawing which extracted the vicinity of the optical coupling part and the optical input part in another example of the optical waveguide element in the said embodiment, and was seen from the upper surface. 図１０に示す例の光導波素子全体を上面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the whole optical waveguide element of the example shown in FIG. 10 from the upper surface. 図１１に示す例の光導波素子全体を上面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the whole optical waveguide element of the example shown in FIG. 11 from the upper surface. 上記実施形態における光導波素子を上面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the optical waveguide element in the said embodiment from the upper surface. 上記実施形態における光導波素子を上面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the optical waveguide element in the said embodiment from the upper surface. 上記実施形態における光導波素子の他の例の光出力部を上面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the optical output part of the other example of the optical waveguide element in the said embodiment from the upper surface. 上記実施形態における光ファイバ及び光導波路素子の光導波路内を伝搬する光のフィールド分布を示す図である。It is a figure which shows the field distribution of the light which propagates the inside of the optical fiber of the optical fiber in the said embodiment, and an optical waveguide element. 上記実施形態における比屈折率の異なる光導波路と光ファイバとの結合効率を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the coupling efficiency of the optical waveguide and optical fiber from which the relative refractive index differs in the said embodiment. 上記実施形態において光結合部における光導波路のコア寸法を、単一モード条件を満たす１．５μｍ×１．５μｍから、コア幅のみを０．３μｍにまで狭めた場合の光伝搬フィールド分布を示す図である。The figure which shows the optical propagation field distribution at the time of narrowing only the core width | variety from 1.5 micrometers x 1.5 micrometers which satisfy | fills a single mode condition to the core dimension of the optical waveguide in an optical coupling part in the said embodiment. It is. 上記実施形態の光ファイバ及び光導波路素子の光導波路を示す斜視図、光結合部における光導波路のコア幅を変化させた場合の光ファイバと光導波路との結合効率を計算した結果を示す特性図である。The perspective view which shows the optical fiber of the said embodiment, and the optical waveguide of an optical waveguide element, The characteristic view which shows the result of having calculated the coupling efficiency of an optical fiber and an optical waveguide when changing the core width of the optical waveguide in an optical coupling part It is. 上記実施形態において光ファイバと光導波素子内の光導波路との位置ずれに対するトレランスを計算した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having calculated the tolerance with respect to position shift with an optical fiber and the optical waveguide in an optical waveguide element in the said embodiment. 上記実施形態における光導波路素子の光結合部、光遷移部及び光入力部を上から見た断面図、光遷移部に対する結合損失を計算した結果を示す特性図である。It is sectional drawing which looked at the optical coupling part of the optical waveguide element in the said embodiment, an optical transition part, and an optical input part from the top, and a characteristic view which shows the result of having calculated the coupling loss with respect to an optical transition part. マルチビーム走査光学系の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a multi-beam scanning optical system. 本発明の別の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ 光ファイバ
１０２ 光導波素子
１０３ 光結合部
１０４ 光入力部
１０５ 光導波路間隔変換部
１０６ 光出力部
１１１ 光ファイバのコア
１１３ 光結合部のコア
１１４ 光結合部のクラッド
２１５ 曲がり光導波路
３０３ 光入力部のコア
４０３ 光遷移部
４０４ 光遷移部のコア
５０７ 光入力部のクラッド
７０７ 迷光遮断部
８０３ 光出力部のコア
８２５、８３５ ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Optical fiber 102 Optical waveguide element 103 Optical coupling part 104 Optical input part 105 Optical waveguide space | interval conversion part 106 Optical output part 111 Core of optical fiber 113 Core of optical coupling part 114 Clad 215 of optical coupling part Curved optical waveguide 303 Optical input part Core 403 light transition portion 404 light transition portion core 507 light input portion cladding 707 stray light blocking portion 803 light output portion cores 825 and 835 mirrors

Claims (10)

１つ以上の光源と、
前記光源からの複数の光を導く複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバからの光を導く複数の光導波路を同一基板上に集積した光導波素子と
を有するマルチビーム発生器において、
前記光導波素子は、
前記複数の光ファイバからの光を結合する光結合部と、
前記複数の光導波路の間隔を変化させる光導波路間隔変換部と、
前記光結合部により導かれた光を前記光導波路間隔変換部に入力する光入力部と、
前記光導波路間隔変換部からの光を該光導波素子から出力する光出力部とを備え、
前記光結合部が光導波路構造を有し、
前記光結合部の比屈折率差が前記光ファイバの比屈折率差より大きく、
かつ、前記光結合部のコアの断面積が前記光ファイバのコアの断面積より小さい
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 One or more light sources;
A plurality of optical fibers for guiding a plurality of lights from the light source;
In a multi-beam generator having an optical waveguide element in which a plurality of optical waveguides for guiding light from the plurality of optical fibers are integrated on the same substrate,
The optical waveguide element is
An optical coupling unit for coupling light from the plurality of optical fibers;
An optical waveguide interval converter for changing the interval between the plurality of optical waveguides;
A light input unit for inputting the light guided by the optical coupling unit to the optical waveguide interval conversion unit;
A light output unit that outputs light from the optical waveguide interval conversion unit from the optical waveguide element;
The optical coupling portion has an optical waveguide structure;
The relative refractive index difference of the optical coupling portion is larger than the relative refractive index difference of the optical fiber,
The multi-beam generator is characterized in that the cross-sectional area of the core of the optical coupling portion is smaller than the cross-sectional area of the core of the optical fiber. 請求項１に記載のマルチビーム発生器において、
前記光結合部のコアの断面積が前記光入力部のコアの断面積より小さい
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to claim 1.
The multi-beam generator, wherein a cross-sectional area of the core of the optical coupling unit is smaller than a cross-sectional area of the core of the optical input unit. 請求項１に記載のマルチビーム発生器において、
前記光結合部及び前記光入力部の各コアが互いに等しい厚さを有し、
前記光結合部のコア幅が前記光入力部のコア幅より狭い
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to claim 1.
Each core of the optical coupling unit and the optical input unit has a thickness equal to each other,
The multi-beam generator, wherein a core width of the optical coupling unit is narrower than a core width of the optical input unit. 請求項３に記載のマルチビーム発生器において、
前記光結合部のコアの幅が前記光入力部に向かってテーパー状に広がる
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to claim 3.
The multi-beam generator according to claim 1, wherein a width of a core of the optical coupling part is tapered toward the optical input part. 請求項１に記載のマルチビーム発生器において、
前記光結合部のクラッドの屈折率と、前記光入力部のクラッドの屈折率とが異なる
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to claim 1.
The multi-beam generator according to claim 1, wherein a refractive index of the clad of the optical coupling portion is different from a refractive index of the clad of the optical input portion. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、
前記光結合部を構成する光導波路束の中心線と、前記光出力部を構成する光導波路束の中心線とがずれた位置に配置される
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to any one of claims 1 to 5,
A multi-beam generator, wherein the center line of the optical waveguide bundle constituting the optical coupling portion and the center line of the optical waveguide bundle constituting the optical output portion are arranged at a shifted position. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、
前記光導波素子が前記複数の光導波路の各間に迷光防止部を有する
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to any one of claims 1 to 6,
The multi-beam generator, wherein the optical waveguide element has a stray light prevention unit between each of the plurality of optical waveguides. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器において、
前記光導波路素子の前記光出力部において光導波路のコア幅がテーパー状に狭くなる
ことを特徴とするマルチビーム発生器。 The multi-beam generator according to any one of claims 1 to 7,
The multi-beam generator, wherein a core width of the optical waveguide is tapered in the light output portion of the optical waveguide element. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載のマルチビーム発生器を備えたことを特徴とする光走査装置。   An optical scanning device comprising the multi-beam generator according to claim 1. 請求項９に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the optical scanning device according to claim 9.
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