JP2540870B2 - Optical scanner - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光のビームを走査する光スキャナに関し、
特に、光スイッチを使用した光スキャナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanner for scanning a beam of light,
In particular, it relates to an optical scanner using an optical switch.
例えば、レーザプリンタ等の画像出力装置において
は、光スキャナを使用し、変調されたレーザビームによ
り感光体を走査して、感光体上に静電潜像を形成する必
要がある。For example, in an image output device such as a laser printer, it is necessary to use an optical scanner and scan the photoconductor with a modulated laser beam to form an electrostatic latent image on the photoconductor.
光スキャナとして、例えば、回転多面鏡を使用したも
のが知られている。この回転多面鏡による光スキャナに
おいては、半導体レーザ等の光源からのビームを、回転
多面鏡に照射し、回転多面鏡で反射したビームをfθレ
ンズを介して感光体上に集束させ、露光走査を行ってい
る。また、回転多面鏡の代わりに共振ミラーを使用した
ものもあるが基本的には同じである。As an optical scanner, for example, one using a rotary polygon mirror is known. In this optical scanner using a rotary polygon mirror, a beam from a light source such as a semiconductor laser is applied to the rotary polygon mirror, and the beam reflected by the rotary polygon mirror is focused on a photoconductor through an fθ lens to perform exposure scanning. Is going. Further, there is one in which a resonance mirror is used instead of the rotary polygon mirror, but basically the same.
〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、このような回転多面鏡,共振ミラー等を使
用した光スキャナにおいては、機械的な可動部が存在す
るため高速化に限度があると共に信頼性が低い。また、
回転多面鏡,共振ミラー等の回転或いは振動により騒音
が発生するだけでなく、ジッタ,ウォブル等の走査位置
の乱れが生じるという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in an optical scanner using such a rotating polygon mirror, a resonant mirror, etc., there is a mechanical moving part, so there is a limit to the speedup and the reliability is low. . Also,
There is a problem that not only noise is generated due to rotation or vibration of the rotary polygon mirror, the resonance mirror, etc., but also disturbance of the scanning position such as jitter and wobble occurs.
また、光源から感光体までのビームの光路が長く、ま
たこの光路中に各種レンズ等の光学要素が配置されるた
め装置が複雑化及び大型化するという問題があった。In addition, there is a problem that the optical path of the beam from the light source to the photoconductor is long and optical elements such as various lenses are arranged in this optical path, so that the apparatus becomes complicated and large.
これらの問題点を解決するため、例えば、音響光学効
果を利用した超音波光偏向器等を使用することが考えら
れる。In order to solve these problems, it is possible to use, for example, an ultrasonic optical deflector utilizing the acousto-optic effect.
しかし、この超音波光偏向器は、偏向角度が小さく、
また、連続的に偏向角度を変えることが困難である。更
に、超音波光偏向器を出たビームを像面に結像させるた
めにレンズが必要となるが、偏向されたビームは振り幅
が広がっているので、大口径のレンズが必要となる。ま
た、ビームは中心以外も走査するため、走査の両端部で
は収差が増加して分解能が低下すると共に、光が完全に
はレンズに取り込まれず、効率が悪くなるという問題が
ある。However, this ultrasonic optical deflector has a small deflection angle,
Further, it is difficult to continuously change the deflection angle. Further, a lens is required to form the beam emitted from the ultrasonic optical deflector on the image plane, but since the deflected beam has a wide swing width, a lens having a large diameter is required. Further, since the beam scans other than the center as well, there is a problem that the aberration increases and the resolution decreases at both ends of the scan, and the light is not completely taken into the lens, resulting in poor efficiency.
本発明は、上述の問題点を解決するために案出された
ものであって、高速且つ高分解能の光スキャを小型化し
且つ高効率化することを目的とする。The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to reduce the size and efficiency of a high-speed and high-resolution optical scatter.
本発明の光スキャナは、前記目的を達成するため、各
出射光の光軸が一点で交わるように基板上に複数の光導
波路を形成すると共に、入射光を前記複数の光導波路の
いずれかに選択的に進行させる光スイッチを前記基板上
に設け、前記各出射光が交わる点に該各出射光を像面に
集束させるレンズ部材を配置したことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the optical scanner of the present invention forms a plurality of optical waveguides on a substrate so that the optical axes of the emitted lights intersect at one point, and the incident light is directed to any of the plurality of optical waveguides. It is characterized in that an optical switch for selectively advancing is provided on the substrate, and a lens member for converging the respective emitted lights on an image plane is arranged at a point where the respective emitted lights intersect.
レンズ部材としては、ジオデシックレンズを使用する
ことができる。また、このジオデシックレンズは前記光
導波路と共に共通の基板上に形成することができる。A geodesic lens can be used as the lens member. Further, this geodesic lens can be formed on a common substrate together with the optical waveguide.
本発明によれば、入射光は光スイッチにより複数の光
導波路に切り換えられると共に、各光導波路からの出射
光はレンズ部材を通過して像面上の異なった位置に集束
し、走査が行われる。このとき、複数の光導波路はその
出射光の光軸が一点で交わるように形成され、この交点
にレンズ部材が配置されているので、出射光は走査位置
に拘わらず常にレンズ部材の中心を通過する。したがっ
て、出射光がレンズ部材の収差の影響を受けることがな
い。According to the present invention, the incident light is switched to the plurality of optical waveguides by the optical switch, and the emitted light from each optical waveguide passes through the lens member and is focused at different positions on the image plane for scanning. . At this time, the plurality of optical waveguides are formed so that the optical axes of the emitted light intersect at one point, and since the lens member is arranged at this intersection, the emitted light always passes through the center of the lens member regardless of the scanning position. To do. Therefore, the emitted light is not affected by the aberration of the lens member.
また、前記レンズ部材として、ジオデシックレンズを
使用した場合は、入射光は殆どジオデシックレンズに取
り込まれるので、効率は高くなると共に収差が発生しな
い。When a geodesic lens is used as the lens member, most of the incident light is taken in by the geodesic lens, so that the efficiency is improved and no aberration occurs.
以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の
特徴を具体的に説明する。Hereinafter, features of the present invention will be specifically described based on embodiments with reference to the drawings.
第2図は本発明に拘る光スキャナにおいて使用される
光スイッチの一例の概略構成を示している。第2図
(a)は光スイッチの平面図、第2図(b)は同正面
図、第2図(c)は同側面図である。FIG. 2 shows a schematic configuration of an example of an optical switch used in the optical scanner according to the present invention. 2 (a) is a plan view of the optical switch, FIG. 2 (b) is a front view thereof, and FIG. 2 (c) is a side view thereof.
図において、1は屈折率n1の基板を示し、この基板1
の一面に入射側の光導波路2及びこの光導波路2から分
岐された出射側の光導波路31,32が形成されている。な
お、第2図(c)においては、参考のために光導波路31
を破線で示している。これらの光導波路31,32の屈折率n
2は、基板1の屈折率n1に対してわずかに高くなってい
る。In the figure, reference numeral 1 denotes a substrate having a refractive index n 1 , and this substrate 1
An optical waveguide 2 on the incident side and optical waveguides 31 and 32 on the outgoing side branched from the optical waveguide 2 are formed on one surface. In FIG. 2 (c), the optical waveguide 31 is provided for reference.
Is indicated by a broken line. Refractive index n of these optical waveguides 31, 32
2 is slightly higher than the refractive index n 1 of the substrate 1.
また、光導波路31,32の分岐部分には電極部4が設け
られている。この電極部4には、光導波路32上を斜めに
横切った一対の平行な電極4a,4bが設けられている。そ
して、一方の電極4aは接地され、他方の電極4bには電圧
端子4cが接続される。この電圧端子4cへの電圧のオンオ
フにより、後述するように電極部4における透過,全反
射を制御し光路の切り換えを行う。なお、光導波路32の
電極部4部分の屈折率をn3とする。Further, the electrode portion 4 is provided at the branched portion of the optical waveguides 31 and 32. The electrode portion 4 is provided with a pair of parallel electrodes 4a and 4b diagonally crossing over the optical waveguide 32. Then, one electrode 4a is grounded and the other electrode 4b is connected to the voltage terminal 4c. By turning on / off the voltage to the voltage terminal 4c, transmission and total reflection in the electrode portion 4 are controlled and the optical path is switched, as described later. The refractive index of the electrode portion 4 portion of the optical waveguide 32 is n 3 .
また、光導波路31は光路の途中で光導波路32方向に折
り曲げられ、この折り曲げ部分に屈折率n4の反射材5が
設けられている。この反射材5の屈折率n4は、上述の各
屈折率のなかで最も低く設定されており、導波路入射端
2aから進行し、電極部4で反射されてきた光は、反射材
5で全反射され導波路出射端31aへほとんど損失なく進
行するようになっている。Further, the optical waveguide 31 is bent in the direction of the optical waveguide 32 in the middle of the optical path, and the reflecting member 5 having a refractive index n 4 is provided at this bent portion. The refractive index n 4 of this reflecting material 5 is set to the lowest of the above-mentioned refractive indexes, and
The light traveling from 2a and reflected by the electrode portion 4 is totally reflected by the reflector 5 and travels to the waveguide emission end 31a with almost no loss.
以上の基板1,光導波路2,31,32,反射材5の材質の全部
又は少なくとも電極部4部分を電気光学効果を有する材
料で構成する。All or at least the electrode portion 4 part of the material of the substrate 1, the optical waveguides 2, 31, 32, and the reflection material 5 described above is made of a material having an electro-optical effect.
例えば、基板1は透明ガラス状のLiNbO3から形成さ
れ、この基板1に対してTiを拡散するTi拡散法により光
導波路2,31,32を形成することができる。なお、Ti拡散
法の他に、外部拡散法,LiTaO3の結晶成長法,イオン交
換法等を使用することができる。また、基板1をLiTaO3
から形成し、Cu電界拡散法或いはNb,LiNbO3等の拡散に
より光導波路を形成することができ、また、基板1をLi
TaO3から形成し、PLZTのスパッタリングにより光導波路
を形成することができる。また、電極4a,4bは、光導波
路32上に金或いは銀ペースト等を印刷,焼成することに
より形成することができる。For example, the substrate 1 is made of transparent glass-like LiNbO 3, and the optical waveguides 2, 31, 32 can be formed by a Ti diffusion method in which Ti is diffused in the substrate 1. In addition to the Ti diffusion method, an external diffusion method, a LiTaO 3 crystal growth method, an ion exchange method, or the like can be used. In addition, the substrate 1 is LiTaO 3
It is possible to form an optical waveguide by a Cu electric field diffusion method or diffusion of Nb, LiNbO 3 or the like.
An optical waveguide can be formed by sputtering TaO 3 and then sputtering PLZT. Further, the electrodes 4a and 4b can be formed by printing gold or silver paste or the like on the optical waveguide 32 and baking the paste.
次に、第2図に示す光スイッチの動作について説明す
る。Next, the operation of the optical switch shown in FIG. 2 will be described.
導波路入射端2aから入射した光は、光導波路2内を進
行し電極部4に至る。ここで電極部4に電圧を印加した
場合を考えると、導波路の材料として上述のようにLiNb
O3のような電気光学効果の大きなものを用いることによ
り、この部分のみの屈折率が変化する。例えば、5〜10
Vの電圧で屈折率の変化Δnは2〜5×10-3となる。こ
の場合、屈折率が例えば0.1下がれば入射角が80℃以下
でも全反射がおこる。したがって、電極部4への印加電
圧の有無により入射光は導波路出射端31a側又は32a側へ
スイッチングされる。すなわち、電極部4の屈折率n3が
光導波路32の屈折率n2と等しいときは、光は導波路出射
端32aに進行し、屈折率n3が屈折率n2より低いときは、
電極部4で全反射して導波路出射端31aに進行する。The light incident from the waveguide entrance end 2a travels in the optical waveguide 2 and reaches the electrode portion 4. Considering the case where a voltage is applied to the electrode section 4, the material of the waveguide is LiNb as described above.
By using a material having a large electro-optical effect such as O 3 , the refractive index of only this portion changes. For example, 5-10
The change Δn in the refractive index with the voltage V is 2 to 5 × 10 −3 . In this case, if the refractive index is lowered by 0.1, for example, total reflection occurs even at an incident angle of 80 ° C. or less. Therefore, the incident light is switched to the waveguide exit end 31a side or 32a side depending on the presence or absence of the applied voltage to the electrode portion 4. That is, when the refractive index n 3 of the electrode portion 4 is equal to the refractive index n 2 of the optical waveguide 32, light travels to the waveguide emission end 32a, and when the refractive index n 3 is lower than the refractive index n 2 ,
The light is totally reflected by the electrode portion 4 and proceeds to the waveguide emission end 31a.
第3図は上述の光スイッチをアレイ状に例えば4個並
べて光スイッチアレイを構成し、5つの光路を切り換え
るようにしたものである。なお、光路の数は必要に応じ
て増やすことができる。FIG. 3 shows an optical switch array in which, for example, four optical switches described above are arranged in an array to switch five optical paths. The number of optical paths can be increased if necessary.
第3図に示す構成においては、入射側の光導波路2に
対してその光軸に沿った一直線上に4個の電極部41〜44
を設けて光路を5つに分岐し、分岐された各光路中にそ
れぞれ反射材51〜55を設けている。そして、出射側の光
導波路31〜35は、それらの光軸が点6で一致するように
配置されている。In the configuration shown in FIG. 3, the four electrode parts 41 to 44 are arranged in a straight line along the optical axis of the optical waveguide 2 on the incident side.
Is provided and the optical path is branched into five, and reflectors 51 to 55 are provided in the respective branched optical paths. The optical waveguides 31 to 35 on the emitting side are arranged so that their optical axes coincide with each other at a point 6.
第1図は、第3図に示される光スイッチアレイを使用
した本発明実施例の光スキャナの一例を示している。FIG. 1 shows an example of an optical scanner of an embodiment of the present invention using the optical switch array shown in FIG.
第1図に示される構成においては、光スイッチアレイ
とジオデシック(geodesic)レンズとが一体的に形成さ
れている。すなわち、光スイッチアレイの出射側の光導
波路31〜35(第3図参照)の光軸が交わる点6、すなわ
ち、出射光軸交点を中心とするジオデシックレンズ7を
配置し、導波路出射端31a〜35aからの出射光8を像面9
上に結像するようにしている。このとき、第3図におい
て説明した光スイッチとジオデシックレンズ7とは共通
の基板1上に形成することができる。In the configuration shown in FIG. 1, the optical switch array and the geodesic lens are integrally formed. That is, a point 6 where the optical axes of the optical waveguides 31 to 35 (see FIG. 3) on the emission side of the optical switch array intersect, that is, a geodesic lens 7 centered on the intersection of the emission optical axes is arranged, and the waveguide emission end 31a. Output light 8 from ~ 35a
The image is formed on the top. At this time, the optical switch and the geodesic lens 7 described in FIG. 3 can be formed on the common substrate 1.
ここで、ジオデシックレンズ7について簡単に説明す
ると、第4図に示されるように、基板101上に光導波路1
02を形成すると共に光導波路102側の面に所定の曲面を
有する凹部103を形成したものである。そして、光導波
路102を伝播してきた光ビーム104は点105に結像され
る。このジオデシックレンズ7の詳細は、「アメリカ光
学学会ジャーナル(Journal of the Optical Society o
f America」,vol.69(1979),p1248に記載されている
が、このジオデシックレンズ7は、どの方向から入射し
た光に対しても最短距離を通って結像点に収束するよう
に前記曲面が設計されている。そして、その中心を通る
光線については、どの角度から入射した光線に対しても
同じ結像性能を示すので、通常の光学レンズのように両
端で収差が大きくなることがないという性質を有してい
る。Here, the geodesic lens 7 will be briefly described. As shown in FIG. 4, the optical waveguide 1 is formed on the substrate 101.
In addition to forming 02, a recess 103 having a predetermined curved surface is formed on the surface on the optical waveguide 102 side. Then, the light beam 104 propagating through the optical waveguide 102 is imaged at a point 105. For details of this geodesic lens 7, refer to "Journal of the Optical Society o
f America ”, vol.69 (1979), p1248, the geodesic lens 7 has the curved surface so that light incident from any direction passes through the shortest distance and converges to the image forming point. Is designed. A ray passing through the center shows the same image forming performance for a ray incident from any angle, so that it has a property that aberration does not become large at both ends unlike an ordinary optical lens. There is.
次に、第1図に示す実施例の動作について説明する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
導波路入射端2aからの入射光は、第3図に示す実施例
と同様に、電極部41〜44により選択的に分岐される。分
岐された光は、低屈折率であるために全反射をおこす反
射材51〜55により反射され、反射材51〜55からの光は、
ジオデシックレンズ7の中心へ向かって配置された導波
路出射端31a〜35a(第3図参照)から放射される。放射
された光は、導波路20内を走査面内のみに拡りながら進
行し、ジオデシックレンズ7に入射する。このとき放射
された光のすべてがジオデシックレンズ7に入射するよ
うに、すなわち、光導波路31〜35(第3図参照)をジオ
デシックレンズ7の中心へ向かって配置することによ
り、光量を効率よく利用することができる。Incident light from the waveguide entrance end 2a is selectively branched by the electrode portions 41 to 44 as in the embodiment shown in FIG. The branched light is reflected by the reflecting materials 51 to 55 that cause total reflection due to the low refractive index, and the light from the reflecting materials 51 to 55 is
It is radiated from the waveguide emission ends 31a to 35a (see FIG. 3) arranged toward the center of the geodesic lens 7. The emitted light travels in the waveguide 20 while spreading only in the scanning plane, and enters the geodesic lens 7. At this time, all the light emitted is incident on the geodesic lens 7, that is, by arranging the optical waveguides 31 to 35 (see FIG. 3) toward the center of the geodesic lens 7, the amount of light is efficiently used. can do.
ここで、導波路出射端31a〜35a(第3図参照)の光軸
方向の位置を最適にすることにより、ジオデシックレン
ズ7からの出射光8は、均一に一直線状に像面9上に光
スポットとして照射される。Here, by optimizing the positions of the waveguide emission ends 31a to 35a (see FIG. 3) in the optical axis direction, the emission light 8 from the geodesic lens 7 is uniformly and linearly reflected on the image plane 9. It is illuminated as a spot.
したがって、電極部41〜44に印加される電圧を順次切
り換えることにより、電極部41〜44における透過,全反
射を制御し、導波路出射端31a〜35aからの光を順次像面
9上に照射し像面9を走査することができる。例えば、
電極部41で全反射が起きるような電圧を印加すると、入
射光は電極部41及び反射材51で反射されて出射光8aとな
り、電極部41〜44を全て通過するような電圧を印加する
と、入射光は反射材55で反射されて出射光8bとなる。こ
のとき、光導波路31〜35はジオデシックレンズ7の中心
へ向かって配置されているので、導波路出射31a〜35aか
らの光は必ずジオデシックレンズ7の中心を通過する。
したがって、レンズによる収差がなくなる。また、光導
波路32〜35(第3図参照)からの出射光は、中心部も両
端部もすべて同じようにジオデシックレンズ7に取り込
まれるので両端部が暗くなることがない。Therefore, by sequentially switching the voltage applied to the electrode parts 41 to 44, the transmission and total reflection in the electrode parts 41 to 44 are controlled, and the light from the waveguide emission ends 31a to 35a is sequentially irradiated onto the image plane 9. Then, the image plane 9 can be scanned. For example,
When a voltage that causes total reflection at the electrode portion 41 is applied, the incident light is reflected by the electrode portion 41 and the reflective material 51 to become emitted light 8a, and when a voltage that passes through all the electrode portions 41 to 44 is applied, Incident light is reflected by the reflector 55 to become emitted light 8b. At this time, since the optical waveguides 31 to 35 are arranged toward the center of the geodesic lens 7, the light from the waveguide exits 31a to 35a always passes through the center of the geodesic lens 7.
Therefore, the aberration due to the lens is eliminated. Further, the light emitted from the optical waveguides 32 to 35 (see FIG. 3) is taken into the geodesic lens 7 in the same manner at both the center and both ends, so that both ends do not become dark.
第5図は光スキャナの他の実施例を示す。なお、第5
図(a)は同光スキャナを走査面に直交する向きから見
た平面図であり、第5図(b)は第5図(a)を走査面
に平行な方向から見た側面図である。なお、第5図
(b)においては、電極部の図示は省略している。FIG. 5 shows another embodiment of the optical scanner. The fifth
FIG. 5A is a plan view of the optical scanner seen from a direction orthogonal to the scanning plane, and FIG. 5B is a side view of FIG. 5A seen from a direction parallel to the scanning plane. . In addition, in FIG. 5B, the illustration of the electrode portion is omitted.
この実施例においては、走査面に直交する方向にのみ
屈折率分布をもった一方向屈折率分布型レンズ10が、第
1図に示す光スキャナに対して、例えば、紫外線硬化型
の接着剤により固着されて一体的に設けられている。そ
して、ジオデシックレンズ7からの出射光8は、この一
方向屈折率分布型レンズ10を介して像面9に集束され
る。なお、第5図に示す例においては、ジオデシックレ
ンズ7部分の上面全体に光導波路20が形成されている。In this embodiment, the unidirectional gradient index lens 10 having a refractive index distribution only in the direction orthogonal to the scanning plane is used for the optical scanner shown in FIG. It is fixed and provided integrally. The emitted light 8 from the geodesic lens 7 is focused on the image plane 9 via the unidirectional gradient index lens 10. In the example shown in FIG. 5, the optical waveguide 20 is formed on the entire upper surface of the geodesic lens 7 portion.
次に、第5図に示される実施例の動作について説明す
る。但し、ジオデシックレンズ7までの動作について
は、第1図に示す実施例と同様であるのジオデシックレ
ンズ7以降についてのみ説明する。Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 5 will be described. However, the operation up to the geodesic lens 7 is the same as in the embodiment shown in FIG.
ジオデシックレンズ7を出た光は、第5図(a)に示
されるように、走査方向に集束されながら一方向屈折率
分布型レンズ10に入射する。走査面の方向に関しては、
第1図と同様にジオデシックレンズ7により像面9上に
集束され、走査に直交する方向に関しては、ここで始め
て導波路20から解放され回折により広がり始めるが、一
方向屈折率分布型レンズ10の集束作用により第5図
(b)に示されるように像面9上に集束する。このと
き、走査方向に関しては一方向屈折率分布型レンズ10の
集束効果はないため、ジオデシックレンズ7の集束作用
のみが作用しており、両方向が各々独立した状態で像面
9上に結像される。したがって、ジオデシックレンズ7
と一方向屈折率分布型レンズ10の各々の倍率を選択する
ことにより、結像された光点の縦横比又は楕円の離心率
を任意に設定できる。The light emitted from the geodesic lens 7 enters the unidirectional gradient index lens 10 while being focused in the scanning direction, as shown in FIG. 5 (a). Regarding the direction of the scan plane,
As in FIG. 1, the geodesic lens 7 focuses the light on the image plane 9, and in the direction orthogonal to the scanning, it is first released from the waveguide 20 and begins to spread by diffraction, but the unidirectional gradient index lens 10 Due to the focusing action, it is focused on the image plane 9 as shown in FIG. 5 (b). At this time, since there is no focusing effect of the unidirectional gradient index lens 10 in the scanning direction, only the focusing action of the geodesic lens 7 is acting, and both directions are imaged on the image plane 9 independently of each other. It Therefore, geodesic lens 7
By selecting the magnification of each of the unidirectional gradient index lens 10, the aspect ratio of the imaged light spot or the eccentricity of the ellipse can be arbitrarily set.
第6図は像面9上に照射される光点の光量分布を示し
ており、この光量分布は導波路出射端31a〜35aの光導波
モードで決定される。なお、図において横軸は光軸中心
X0からの位置x,縦軸は光強度Pを示している。FIG. 6 shows the light quantity distribution of the light spots irradiated on the image plane 9, and this light quantity distribution is determined by the optical waveguide mode of the waveguide emission ends 31a to 35a. In the figure, the horizontal axis is the optical axis center.
The position x from X 0 and the vertical axis represent the light intensity P.
例えば、HE21のような高次の導波モードの場合には第
6図(b)に示されるような双峰特性を有する光量分布
となり、本スキャナを、例えば光プリンタ等に用いる場
合、分解能が低下して望ましくない。そこで、この導波
モードをシングルモードHE11とすることによって光量分
布は第6図(a)に示されるような単峰特性となり、こ
の問題は解消される。この導波モードのシングルモード
化は、周知のように導波路断面形状を選択したり、コア
とクラッドの関係にある導波路とその周囲の部材、例え
ば、第2図の場合は、導波路2,31,32と基板1の屈折率
の選択することにより実現することができる。For example, in the case of a high-order guided mode such as HE 21, the light amount distribution has a bimodal characteristic as shown in FIG. 6 (b), and when this scanner is used for an optical printer, the resolution is Is not desirable. Therefore, by setting the guided mode to the single mode HE 11 , the light amount distribution has a single-peak characteristic as shown in FIG. 6 (a), and this problem is solved. As is well known, the waveguide mode is made into a single mode by selecting a waveguide cross-sectional shape, or a waveguide having a relationship between a core and a clad and a member around the waveguide, such as the waveguide 2 in the case of FIG. This can be realized by selecting the refractive index of the substrate 1, 31 and 32.
第7図は更に他の実施例を示しており、各電極部4を
曲線上に配列し、各電極部4において電圧印加時に入射
光が全反射し、かつ非電圧印加時に僅かに屈折する浅い
角度にこの曲線形状及び各電極部4の配列を選定する。
これにより、光路折曲げ用の反射材を用いることなく、
導波路出射光の光軸が一点の交点6を持つようにするこ
とができる。この場合、反射材が不要となるので、この
反射材による損失がなくなるという効果がある。FIG. 7 shows still another embodiment, in which each electrode portion 4 is arranged on a curved line, and incident light is totally reflected when a voltage is applied to each electrode portion 4 and slightly refracted when a non-voltage is applied. The curved shape and the arrangement of the electrode portions 4 are selected for the angle.
With this, without using a reflecting material for bending the optical path,
The optical axis of the light emitted from the waveguide can have one intersection 6. In this case, since the reflecting material is unnecessary, there is an effect that the loss due to the reflecting material is eliminated.
第8図〜第10図は更に他の実施例を示しており、第1
図に示される実施例のジオデシックレンズ7を通常の光
学レンズに置換した例である。8 to 10 show still another embodiment, in which
This is an example in which the geodesic lens 7 of the embodiment shown in the figure is replaced with a normal optical lens.
第8図はジオデシックレンズ7に代えて球面レンズ11
を使用した実施例の平面図である。FIG. 8 shows a spherical lens 11 instead of the geodesic lens 7.
It is a top view of the Example which used.
第9図(a),(b)は、ジオデシックレンズ7に代
えて互いに直交する2個のシリンドリカルレンズ12,13
を用いた実施例の平面図及び側面図である。9A and 9B, instead of the geodesic lens 7, two cylindrical lenses 12 and 13 orthogonal to each other are shown.
3A and 3B are a plan view and a side view of an embodiment using the.
また、第10図はジオデシックレンズ7を屈折率分布型
レンズ14で置換した例を示す。Further, FIG. 10 shows an example in which the geodesic lens 7 is replaced with a gradient index lens 14.
上述の第8図〜第10図に示される実施例においても、
走査方向及び走査方向に直交する方向に光を収束するこ
とが可能であるが、いずれの場合も走査方向の集束の収
差低減を計る必要がある。Also in the embodiment shown in FIGS. 8 to 10 described above,
It is possible to converge the light in the scanning direction and the direction orthogonal to the scanning direction, but in either case, it is necessary to reduce the aberration of focusing in the scanning direction.
次に、基板としてLiNbO3を使用し、Ti拡散により光導
波路を形成する光スイッチの製法の一例について以下に
説明する。Next, an example of a method of manufacturing an optical switch using LiNbO 3 as a substrate and forming an optical waveguide by Ti diffusion will be described below.
(1) LiNbO3基板を洗浄する。(1) Clean the LiNbO 3 substrate.
(2) 基板の表面にTiをコーティングする。(2) The surface of the substrate is coated with Ti.
(3) 光導波路となるべき部分にレジストパターンを
形成する。(3) A resist pattern is formed on a portion to be an optical waveguide.
(4) エッチングによりレジストパターン以外のTiを
除去する。(4) Remove Ti other than the resist pattern by etching.
(5) Ti拡散を行う。例えば、空気中,O2中或いはア
ルゴン及びH2O(水蒸気)の雰囲気下においてキューリ
ー温度以下である900〜1100℃で、数時間〜数十時間熱
拡散を行う。(5) Ti diffusion is performed. For example, thermal diffusion is performed for several hours to several tens of hours at 900 to 1100 ° C., which is below the Curie temperature, in air, in O 2 , or in an atmosphere of argon and H 2 O (steam).
(6) 電極パターンを導電ペースト等の印刷,焼成に
より形成する。(6) The electrode pattern is formed by printing a conductive paste or the like and firing.
(7) 基板に対して、切断,研磨,へき開等の端面加
工を行う。(7) End face processing such as cutting, polishing, and cleavage is performed on the substrate.
以上の各処理により、LiNbO3基板にTi拡散による光導
波路を形成することができる。By each of the above processes, an optical waveguide can be formed on the LiNbO 3 substrate by Ti diffusion.
以上述べたように、各実施例においては、入射光の光
路を複数の出射光路に切り換える光スイッチを設け、こ
の光スイッチにより切り換えられた出射光路の光軸を1
点で交わらせるようにし、この点にレンズ部材を設け、
前記出射光路の光軸が交わる点とレンズ部材の中心とを
一致させるようにしている。したがって、出射光は損失
なく像面に照射され高効率化が図れる。特に、レンズ部
材として、ジオデシックレンズを使用した場合は、更に
光量均一化が図れると共に収差が減少する。As described above, in each embodiment, an optical switch for switching the optical path of incident light to a plurality of outgoing optical paths is provided, and the optical axis of the outgoing optical path switched by the optical switch is set to 1.
Let it intersect at a point, and provide a lens member at this point,
The point where the optical axes of the outgoing optical paths intersect is made to coincide with the center of the lens member. Therefore, the emitted light is irradiated onto the image surface without loss, and the efficiency can be improved. In particular, when a geodesic lens is used as the lens member, the light amount can be made more uniform and the aberration can be reduced.
また、第1図,第5図に示されるように光スイッチ及
びジオデシックレンズを一体的に構成することにより光
スキャナの小型化,無調整化が可能になる。Further, as shown in FIGS. 1 and 5, the optical switch and the geodesic lens are integrally configured, so that the optical scanner can be downsized and can be adjusted.
更に、本実施例においては、光を走査するための回転
ミラー,振動ミラー等の可能部がないため信頼性が高く
また無騒音である。また、導波路出射端が固定している
ため、機械的な走査系を使用したときのようなジッタ,
ウェブルといった走査位置の乱れが全くない。Furthermore, in this embodiment, since there is no possible part such as a rotating mirror and a vibrating mirror for scanning light, the reliability is high and there is no noise. In addition, since the exit end of the waveguide is fixed, it is possible to reduce jitter such as when using a mechanical scanning system.
There is no disturbance in scanning position such as wobble.
また、導波路出射端の形状、ピッチ、光軸方向位置を
設定することにより、像面上に所望の光スポットが作れ
る。Further, a desired light spot can be formed on the image plane by setting the shape, pitch, and position in the optical axis direction of the waveguide emission ends.
上述の実施例においては、光のスイッチングに電気光
学効果を利用したが、これに限定されるものではなく、
他の方式のスイッチを用いることも可能である。例え
ば、音響光学効果を利用することができる。具体的に
は、表面音響波を利用した光偏向器が利用できる。この
場合、Al2O3の基板上にZnOをスパッタリングして光導波
路を形成することができる。In the above-mentioned embodiments, the electro-optical effect is used for switching light, but the invention is not limited to this.
It is also possible to use other types of switches. For example, the acousto-optic effect can be used. Specifically, an optical deflector using surface acoustic waves can be used. In this case, ZnO can be sputtered on the Al 2 O 3 substrate to form an optical waveguide.
また、光スイッチ,光導波路を、例えばGaAlAs系の材
料とし、第2図に示される電極部4から電流を注入する
ことにより、屈折率の変化を発生させ、導波路のエネル
ギーギャップを大きくして光吸収を防ぐことにより、導
波路入射端2aの部分にGaAlAs半導体レーザを一体に作り
込んだ光スキャナを構成することもできる。Further, the optical switch and the optical waveguide are made of, for example, a GaAlAs-based material, and a current is injected from the electrode portion 4 shown in FIG. 2 to cause a change in the refractive index to increase the energy gap of the waveguide. By preventing light absorption, it is possible to configure an optical scanner in which a GaAlAs semiconductor laser is integrally formed in the waveguide entrance end 2a.
更に、基板の光導波路が形成された側の面に例えば、
Ti製のプリズムを固着し、このプリズムに対して半導体
レーザからのビームを照射することにより、プリズムを
介してレーザのビームを光導波路に入射させることもで
きる。その他、光ファイバを使用して、光導波路のレー
ザビームを入射させてもよい。Furthermore, for example, on the surface of the substrate where the optical waveguide is formed,
By fixing a prism made of Ti and irradiating the prism with a beam from a semiconductor laser, the beam of the laser can be made incident on the optical waveguide through the prism. Alternatively, an optical fiber may be used to enter the laser beam of the optical waveguide.
以上述べたように、本発明においては、選択的に切り
換えられる複数の光導波路の出射光軸を一点に集中させ
ると共に、この点に中心が一致するようにレンズ部材を
配置している。これにより、各光導波路からの光は走査
位置に関係なく、最も収差の少ないレンズ部材の中心を
通ることになり高い分解能を得ることできる。また、各
光導波路からの出射光は殆どレンズ部材に取り込まれる
ため損失なく像面に照射され、高効率化が図れる。更
に、本発明においては、光導波路と光スイッチを共通の
基板上に形成し、可動部を設けることなく走査を行うの
で、光スキャナを小型化すると共に高速化することがで
きる。As described above, in the present invention, the output optical axes of the plurality of selectively switched optical waveguides are concentrated at one point, and the lens member is arranged so that the centers thereof coincide with this point. As a result, the light from each optical waveguide passes through the center of the lens member with the least aberration, regardless of the scanning position, and high resolution can be obtained. In addition, almost all the light emitted from each optical waveguide is captured by the lens member, so that the image surface is irradiated without loss, and the efficiency can be improved. Further, in the present invention, since the optical waveguide and the optical switch are formed on the common substrate and scanning is performed without providing a movable portion, the optical scanner can be downsized and speeded up.
第1図は本発明実施例の光スキャナの平面図、第2図
(a),(b),(c)は光スキャナにおいて使用され
る光スイッチを示す平面図,正面図及び側面図、第3図
は光スイッチアレイを示す図、第4図はジオデシックレ
ンズを説明するための斜視図、第5図(a),(b)は
一方向屈折率レンズを使用した光スキャナの平面図及び
側面図、第6図(a),(b)はシングルモード時及び
マルチモード時の光強度分布を示すグラフ、第7図は電
極部を曲線上に配列した光スイッチの平面図、第8図は
球面レンズを使用した実施例の平面図、第9図(a),
(b)は2個のシリンドリカルレンズを用いた実施例の
平面図及び側面図、第10図は屈折率分布型レンズを用い
た実施例の平面図である。 1:基板、2,31〜35:光導波路 2a:導波路入射端、31a〜35a:導波路出射端 4,41〜44:電極部、4a,4b:電極 5:反射材、6:出射光軸交点 7:ジオデシックレンズ、8:出射光 9:像面FIG. 1 is a plan view of an optical scanner according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b), and (c) are plan views, front views, and side views showing an optical switch used in the optical scanner. 3 is a view showing an optical switch array, FIG. 4 is a perspective view for explaining a geodesic lens, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are a plan view and a side view of an optical scanner using a unidirectional refractive index lens. FIGS. 6 (a) and 6 (b) are graphs showing light intensity distributions in single mode and multimode, FIG. 7 is a plan view of an optical switch in which electrode parts are arranged on a curved line, and FIG. 8 is A plan view of an embodiment using a spherical lens, FIG. 9 (a),
(B) is a plan view and a side view of an embodiment using two cylindrical lenses, and FIG. 10 is a plan view of an embodiment using a gradient index lens. 1: Substrate, 2, 31 to 35: Optical waveguide 2a: Waveguide entrance end, 31a to 35a: Waveguide exit end 4,41 to 44: Electrode part, 4a, 4b: Electrode 5: Reflector, 6: Emitted light Axes 7: Geodesic lens, 8: Emitted light 9: Image plane
Claims (3)
上に複数の光導波路を形成すると共に、入射光を前記複
数の光導波路のいずれかに選択的に進行させる光スイッ
チを前記基板上に設け、前記各出射光が交わる点に該各
出射光を像面に集束させるレンズ部材を配置したことを
特徴とする光スキャナ。1. An optical switch, wherein a plurality of optical waveguides are formed on a substrate so that the optical axes of respective emitted lights intersect at one point, and the incident light is selectively advanced to any one of the plurality of optical waveguides. An optical scanner characterized in that a lens member provided on a substrate and converging the respective emitted lights on an image plane is arranged at a point where the respective emitted lights intersect.
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光スキ
ャナ。2. The optical scanner according to claim 1, wherein the lens member is a geodesic lens.
レンズは前記基板上に共通に形成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の光スキャナ。3. The optical scanner according to claim 2, wherein the plurality of optical waveguides and the geodesic lens are formed in common on the substrate.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP17782287A JP2540870B2 (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | Optical scanner |
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---|---|---|---|
JP17782287A JP2540870B2 (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | Optical scanner |
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JPS6420526A JPS6420526A (en) | 1989-01-24 |
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