JP3511776B2 - Optical deflection element, method of manufacturing optical deflection element, and image forming apparatus - Google Patents

Optical deflection element, method of manufacturing optical deflection element, and image forming apparatus

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JP3511776B2
JP3511776B2 JP315296A JP315296A JP3511776B2 JP 3511776 B2 JP3511776 B2 JP 3511776B2 JP 315296 A JP315296 A JP 315296A JP 315296 A JP315296 A JP 315296A JP 3511776 B2 JP3511776 B2 JP 3511776B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光偏向素子、光偏
向素子の製造方法及び画像形成装置にかかり、特に、薄
膜で形成された光導波路内に入射された光ビームを光導
波路内で偏向する光偏向素子、この光偏向素子の製造方
法及びレーザー・プリンター、デジタル複写機、ファク
シミリ等の光偏向素子を用いた画像形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical deflecting element, a method of manufacturing the optical deflecting element, and an image forming apparatus, and more particularly to deflecting a light beam incident on an optical waveguide formed of a thin film within the optical waveguide. The present invention relates to an optical deflector, a method for manufacturing the optical deflector, and an image forming apparatus using the optical deflector such as a laser printer, a digital copying machine, and a facsimile.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザー・ビーム・プリンター、デジタ
ル複写機、ファクシミリ等に用いられる光ビームによる
光走査装置としては、気体レーザーや半導体レーザーか
らの光ビームを偏向する回転多面鏡(ポリゴンミラー)
と、その回転多面鏡により反射された光ビームを感光体
等の結像面上において等速度直線運動の状態に集光する
fθレンズとで構成されたものが代表的に用いられてい
る。このようなポリゴンミラーを用いた光走査装置は、
モーターによってポリゴンミラーを高速回転させるため
に、耐久性に問題があると共に高速回転の際の騒音が発
生する。また、これら耐久性や騒音を考慮すると、光走
査速度はモーターの回転数によって制限されるという問
題がある。
2. Description of the Related Art An optical scanning device using a light beam used in a laser beam printer, a digital copying machine, a facsimile, etc., is a rotary polygonal mirror (polygon mirror) for deflecting a light beam from a gas laser or a semiconductor laser.
And an f.theta. Lens that focuses the light beam reflected by the rotating polygon mirror in a state of constant velocity linear motion on the image forming surface of the photoconductor or the like. An optical scanning device using such a polygon mirror is
Since the motor rotates the polygon mirror at high speed, there is a problem in durability and noise is generated during high speed rotation. Further, considering these durability and noise, there is a problem that the optical scanning speed is limited by the number of rotations of the motor.

【0003】このため、音響光学効果を利用した光導波
路型の光偏向素子が期待されている(C.S.Tsai,IEEE Tr
ans.Circuits and Syst.vol.CAS-26(1979)1072. 、特開
昭52−68307号公報や特公昭63−64765号
公報等参照)。この光導波路型の光偏向素子は、LiN
bO3 やZnO等よりなる光導波路と、この光導波路内
に光ビームをカップリング(入射)させるための入射手
段と、光導波路中の光ビームを音響光学効果により偏向
するための表面弾性波を励起するくし形電極(トランス
デューサ)と、偏向された光ビームを光導波路中より射
出するための射出手段とを備えたものである。また、効
率的に光ビームを射出するために、必要に応じて薄膜レ
ンズ等を光偏向素子へ付加することもできる。これらの
光導波路型の光偏向素子は、ポリゴンミラーのように機
械的な可動部分が無いことにより、無騒音であって信頼
性に優れたものであり、かつ小型であるという利点を有
している。
Therefore, an optical waveguide type optical deflector utilizing the acousto-optic effect is expected (CSTsai, IEEE Tr.
ans.Circuits and Syst.vol.CAS-26 (1979) 1072., JP-A-52-68307, JP-B-63-64765, etc.). This optical waveguide type optical deflector is made of LiN
An optical waveguide made of bO 3 or ZnO, an incident means for coupling the light beam into the optical waveguide, and a surface acoustic wave for deflecting the light beam in the optical waveguide by the acousto-optic effect are provided. It is provided with a comb-shaped electrode (transducer) to be excited and an emitting means for emitting the deflected light beam from the optical waveguide. Further, in order to efficiently emit the light beam, a thin film lens or the like can be added to the light deflection element as necessary. These optical waveguide type optical deflection elements have no mechanical moving parts like polygon mirrors, and thus have the advantages of being noiseless, highly reliable, and compact. There is.

【0004】また、機械的な可動部分が無い他の光偏向
素子として、音響光学効果と比較して変調速度の速い電
気光学効果を有する材料を用いたプリズム型光偏向素子
が知られている(A.Yariv,Optical Electronics,4th e
d.(NewYork,Rinehart and Winston,1991)pp.336〜339
、Q.Chen,etal.,J.LightwaveTech.vol.12(1994)1401
、特開昭62−47627号公報等参照)。励起され
た表面弾性波で光ビームを偏向する音響光学効果による
光偏向素子に対して、電気光学効果による光偏向素子
は、光導波路に設けた電極に信号を入力することによっ
て光導波路に周期的な屈折率変化を与えてこの屈折率変
化によって光ビームを偏向する。
As another optical deflecting element having no mechanically movable part, a prism type optical deflecting element using a material having an electro-optical effect having a higher modulation speed than an acousto-optical effect is known ( A.Yariv, Optical Electronics, 4th e
d. (New York, Rinehart and Winston, 1991) pp.336-339
, Q.Chen, et al., J. LightwaveTech.vol.12 (1994) 1401
, JP-A-62-47627, etc.). In contrast to the acousto-optic effect-based optical deflection element that deflects the light beam with the excited surface acoustic waves, the electro-optic effect-based optical deflection element allows the optical waveguide to be periodically input to the optical waveguide by inputting a signal to the electrode. A large change in the refractive index is given, and the light beam is deflected by the change in the refractive index.

【0005】上記光偏向素子を用いて画像形成装置を構
成する場合には、光偏向素子の光ビームの偏向を主走査
とし、光ビームが照射される感光体等の投影面の主走査
方向と交差する方向の移動を副走査として、主走査及び
副走査すれば、投影面上に主走査によって形成される走
査線が副走査方向に連続した画像面を形成することがで
きる。この走査(主走査及び副走査)と同期して、画像
の濃度等に応じた画像データに応じて光ビームの強度を
変更すれば、画像を形成することができる。最近では、
高品質なプリント等の出力を短時間で形成する、すなわ
ち、走査速度の高速化が要求されている。
When an image forming apparatus is constructed using the above-mentioned light deflection element, the deflection of the light beam of the light deflection element is used as the main scanning, and the main scanning direction of the projection surface of the photoconductor or the like irradiated with the light beam is used. When the main scanning and the sub scanning are performed with the movement in the intersecting direction as the sub scanning, the image plane in which the scanning lines formed by the main scanning are continuous in the sub scanning direction can be formed on the projection surface. An image can be formed by synchronizing the scanning (main scanning and sub-scanning) and changing the intensity of the light beam according to the image data corresponding to the density of the image. recently,
It is required to form an output such as a high-quality print in a short time, that is, to increase the scanning speed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光走査装置において、音響光学効果による光偏向素子で
偏向した1本の光ビームで高速走査をする場合、励起さ
れた表面弾性波によって偏向するので偏向速度に限界が
あり、走査速度が上限値を有するという問題がある。
However, in the conventional optical scanning device, when high-speed scanning is performed by one light beam deflected by the optical deflecting element by the acousto-optic effect, it is deflected by the excited surface acoustic wave. There is a problem that the deflection speed is limited and the scanning speed has an upper limit value.

【0007】一方、電気光学効果による光偏向素子は、
電気光学的スイッチング速度が高速のため、走査速度が
上限値を有するという問題は生じないが、光導波路へ入
射する光ビームの強度を画像データに応じて変調するた
めのドライバーの変調速度に限界があり、この変調速度
によって走査速度が制限されるという問題がある。
On the other hand, the light deflection element based on the electro-optic effect is
Since the electro-optical switching speed is high, the problem that the scanning speed has the upper limit value does not occur, but there is a limit to the modulation speed of the driver for modulating the intensity of the light beam incident on the optical waveguide according to the image data. However, there is a problem that the scanning speed is limited by this modulation speed.

【0008】この問題を解消するためは、複数の光ビー
ムを略同時に走査させることによって、見掛け上の変調
速度を上昇させることができる。
In order to solve this problem, the apparent modulation speed can be increased by scanning a plurality of light beams substantially at the same time.

【0009】しかしながら、複数の光ビームを同時走査
させるためには、上記画像面について数十ミクロンの走
査線の間隔を維持させてムラが生じないように、複数の
光ビームに対応する各々の偏向素子を高精度で位置決め
するための光軸調整をする必要がある。このような位置
精度を実現する光軸調整は、実験的には可能であるが、
構造が複雑化すると共に微妙かつ長時間の調整時間を必
要とするので、実用的ではない。
However, in order to simultaneously scan a plurality of light beams, the respective deflections corresponding to the plurality of light beams are maintained so that the intervals of the scanning lines of several tens of microns are maintained on the image plane so that unevenness does not occur. It is necessary to adjust the optical axis for positioning the element with high accuracy. Optical axis adjustment to achieve such position accuracy is possible experimentally,
This is not practical because the structure becomes complicated and a delicate and long adjustment time is required.

【0010】本発明は、上記事実を考慮して、単純な構
成で複数の光ビームにより形成される複数の走査線につ
いて所定間隔を維持させながら略同時に偏向することが
できる光偏向素子を得ることが目的である。
In view of the above facts, the present invention provides a light deflection element having a simple structure and capable of deflecting a plurality of scanning lines formed by a plurality of light beams substantially simultaneously while maintaining a predetermined interval. Is the purpose.

【0011】また、上記目的に加え、光偏向素子を容易
に製造することができる光偏向素子の製造方法、及び光
偏向素子を用いた画像形成装置を得ることが目的であ
る。
In addition to the above objects, it is another object of the present invention to obtain a method of manufacturing a light deflecting element that can easily manufacture the light deflecting element, and an image forming apparatus using the light deflecting element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光偏向素子は、薄膜で形成されかつ入射され
た光ビームを端部から射出する光導波路と、前記光導波
路に入射された光ビームを偏向させる偏向手段と、を各
々備えた複数の導波路と、前記複数の導波路の各偏向手
段で偏向される光ビームの偏向方向の各々が略一致する
と共に、当該偏向方向と交差する方向について異なる位
置から光ビームが射出されるように前記複数の導波路の
各々を設けた単一の基板と、を備えている。
In order to achieve the above object, an optical deflecting element of the present invention comprises an optical waveguide which is formed of a thin film and which emits an incident light beam from an end, and an optical waveguide which is incident on the optical waveguide. A plurality of waveguides each provided with a deflection means for deflecting the light beam, and the deflection directions of the light beams deflected by the respective deflection means of the plurality of waveguides substantially coincide with each other, and A single substrate provided with each of the plurality of waveguides so that the light beams are emitted from different positions in the intersecting direction.

【0013】この光偏向素子は、光導波路と偏向手段か
らなる複数の導波路を単一の基板に設けている。複数の
導波路の各々は光導波路と偏向手段からなり、光導波路
は薄膜で形成されかつ入射された光ビームを端部から射
出し、偏向手段は光導波路に入射された光ビームを偏向
させる。複数の導波路は偏向手段の各々で偏向される光
ビームの偏向方向が略一致するように基板に設けられ
る。従って、光導波路の端部から射出される光ビームは
略同一方向に偏向される。これと共に、複数の導波路は
偏向方向と交差する方向について異なる位置から光ビー
ムが射出されるように各々基板に設けられる。従って、
射出される光ビームは光導波路の端部にて異なる位置と
なる段差を有して射出されることになる。これによっ
て、光導波路の端部からは略同一方向に偏向されかつ異
なる位置から光ビームが射出される。従って、光偏向素
子を高精度で位置決めするための光軸調整をすることな
く、隣り合う光ビームの間隔を所定間隔を維持させなが
ら、複数の光ビームを同時走査させるまたは複数の光ビ
ームを選択的に走査させることができる。
In this optical deflecting element, a plurality of waveguides including an optical waveguide and a deflecting means are provided on a single substrate. Each of the plurality of waveguides is composed of an optical waveguide and a deflecting means. The optical waveguide is formed of a thin film and emits the incident light beam from the end portion, and the deflecting means deflects the light beam incident on the optical waveguide. The plurality of waveguides are provided on the substrate such that the deflection directions of the light beams deflected by the respective deflection means are substantially the same. Therefore, the light beam emitted from the end of the optical waveguide is deflected in substantially the same direction. Along with this, the plurality of waveguides are respectively provided on the substrate so that the light beams are emitted from different positions in the direction intersecting the deflection direction. Therefore,
The emitted light beam is emitted with a step at different positions at the end of the optical waveguide. As a result, the light beams are deflected from the end of the optical waveguide in substantially the same direction and emitted from different positions. Therefore, without adjusting the optical axis for positioning the light deflection element with high accuracy, the plurality of light beams are simultaneously scanned or the plurality of light beams are selected while maintaining the distance between the adjacent light beams at a predetermined distance. Can be scanned.

【0014】前記偏向手段は、請求項2に記載したよう
に、入力信号に応じて表面弾性波を励起するトランスデ
ューサを備え、前記表面弾性波により回折を生じさせる
音響光学効果によって入射された光ビームを偏向させる
ことができる。また、請求項3に記載したように、前記
偏向手段は、入力信号に応じて前記光導波路に対して屈
折率変化を与える電極を備え、前記屈折率変化により回
折を生じさせる電気光学効果によって入射された光ビー
ムを偏向させることができる。
According to a second aspect of the present invention, the deflecting means includes a transducer that excites a surface acoustic wave according to an input signal, and the light beam incident by the acousto-optic effect that causes diffraction by the surface acoustic wave. Can be deflected. Further, as described in claim 3, the deflecting means includes an electrode for changing the refractive index with respect to the optical waveguide in response to an input signal, and is incident by an electro-optical effect that causes diffraction by the change in the refractive index. The deflected light beam can be deflected.

【0015】次に、本発明の光偏向素子の製造方法は、
所定厚及び縦横の長さが各々所定長の一枚の平坦な基板
を、縦横いずれか一方の方向に所定幅の面部が厚さ方向
に所定段差となるように階段状に形成し、形成された階
段状の基板の各面部に、入射された光ビームを端部から
射出する薄膜の光導波路を形成する。このように、基板
は階段状に形成されるので、形成された階段状基板の面
部と面部の間は段差を有することになる。従って、薄膜
の光導波路を各面部について同じように形成すれば、光
偏向素子を高精度で位置決めするための光軸調整をする
ことなく、隣り合う光ビームの間隔を所定間隔を維持さ
せながら、複数の光ビームを同時走査させるまたは複数
を選択的に走査させることができる光偏向素子を得るこ
とができる。
Next, the manufacturing method of the optical deflecting element of the present invention is as follows.
Formed by forming one flat substrate with a predetermined thickness and vertical and horizontal lengths in a predetermined length in a stepwise manner so that the surface portion of a predetermined width in either one of the vertical and horizontal directions forms a predetermined step in the thickness direction. On each surface of the stepped substrate, a thin film optical waveguide for emitting the incident light beam from the end is formed. Since the substrate is thus formed in a stepped shape, there is a step between the surface portions of the formed stepped substrate. Therefore, if the thin film optical waveguide is formed in the same manner for each surface portion, without adjusting the optical axis for positioning the optical deflecting element with high accuracy, while maintaining the interval between adjacent light beams at a predetermined interval, It is possible to obtain an optical deflection element capable of simultaneously scanning a plurality of light beams or selectively scanning a plurality of light beams.

【0016】また、光偏向素子の他の製造方法として
は、所定厚及び縦横の長さが各々所定長の一枚の平坦な
基板上に、縦横いずれか一方の方向に所定幅の面部が厚
さ方向に所定段差となるように、下地クラッド層または
基板と同一材料層を階段状に成膜し、成膜された各面部
に、入射された光ビームを端部から射出する。このよう
に、平坦な基板上に階段状に成膜することによって基板
上には階段状の下地が形成されるので、薄膜の光導波路
を各面部について同じように形成すれば、光偏向素子を
高精度で位置決めするための光軸調整をすることなく、
隣り合う光ビームの間隔を所定間隔を維持させながら、
複数の光ビームを同時走査させるまたは複数を選択的に
走査させることができる光偏向素子を得ることができ
る。
As another method of manufacturing the light deflecting element, a plane portion having a predetermined width in one of the vertical and horizontal directions is thick on one flat substrate having a predetermined thickness and a predetermined horizontal and vertical length. The underlying clad layer or the same material layer as the substrate is formed stepwise so as to form a predetermined step in the vertical direction, and the incident light beam is emitted from the end to each of the formed surface portions. In this way, since the step-like base is formed on the substrate by forming the step-like film on the flat substrate, if the optical waveguide of the thin film is formed in the same manner for each surface portion, the optical deflection element can be formed. Without adjusting the optical axis for high-precision positioning,
While maintaining the interval between adjacent light beams at a predetermined interval,
It is possible to obtain an optical deflection element capable of simultaneously scanning a plurality of light beams or selectively scanning a plurality of light beams.

【0017】また、画像を形成するための感光体と、前
記感光体を一様に帯電する帯電手段と、前記感光体に光
を照射して潜像を形成する露光手段と、前記潜像を可視
化する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記
露光手段として、薄膜で形成されかつ入射された光ビー
ムを端部から射出する光導波路と、前記光導波路に入射
された光ビームを偏向させる偏向手段と、を各々備えた
複数の導波路と、前記複数の導波路の各偏向手段で偏向
される光ビームの偏向方向の各々が略一致すると共に、
当該偏向方向と交差する方向について異なる位置から光
ビームが射出されるように前記複数の導波路の各々を設
けた単一の基板と、前記光導波路の各々に光ビームを入
射するための光源と、から構成した光偏向素子を用いる
ことによって、光偏向素子を高精度で位置決めするため
の光軸調整をすることなく、画像面について走査線を所
定間隔を維持させてながらムラが生じないように、複数
の光ビームの同時走査または複数を選択的な走査が可能
である。
Further, a photoreceptor for forming an image, a charging means for uniformly charging the photoreceptor, an exposing means for irradiating the photoreceptor with light to form a latent image, and the latent image In an image forming apparatus provided with a developing means for visualizing, as the exposing means, an optical waveguide formed from a thin film and emitting an incident light beam from an end portion, and a light beam incident on the optical waveguide are deflected. A plurality of waveguides each provided with a deflection means, and each of the deflection directions of the light beam deflected by each deflection means of the plurality of waveguides substantially match,
A single substrate provided with each of the plurality of waveguides so that the light beams are emitted from different positions in a direction intersecting with the deflection direction, and a light source for making the light beams incident on each of the optical waveguides. By using the optical deflecting element configured as described above, there is no need to adjust the optical axis for positioning the optical deflecting element with high accuracy, and to prevent unevenness while maintaining the scanning lines at a predetermined interval on the image surface. It is possible to simultaneously scan a plurality of light beams or selectively scan a plurality of light beams.

【0018】ところで、固体素子における光ビームの偏
向は、電気光学的な偏向、音響光学的な偏向、磁気光学
的な偏向等が知られているが、本発明では、制御が容易
であることや製造が簡単であること等により、音響光学
効果的な偏向、または電気光学効果的な偏向により光ビ
ームを偏向する偏向手段を用いることが好ましい。
The deflection of the light beam in the solid state element is known to be electro-optical deflection, acousto-optical deflection, magneto-optical deflection, etc., but in the present invention, it is easy to control. It is preferable to use the deflecting means for deflecting the light beam by the acousto-optically effective deflection or the electro-optically effective deflection because it is easy to manufacture.

【0019】音響光学効果的な偏向手段は、圧電体薄膜
の光導波路に表面弾性波(以下、SAWという。)を励
起し、入射された光ビームをSAWによりブラック回折
させることにより偏向する。SAWを励起するくし形電
極等のトランスデューサは、平行くし形電極、SAWの
伝搬方向に電極指間ピッチを変化させたチャープ電極、
これらの電極を角度を変えて複数配置した電極、各電極
指間の角度が傾斜したチャープ電極、湾曲したすだれ状
電極、各電極指間隔が電極長さ方向に変化する湾曲電
極、電極指間ピッチの異なる複数個の電極を角度を変え
て配置した電極等を用いることができ、また上記いずれ
かの電極を用いて光導波路中の光ビームを多重回折する
こともできる。また、SAWの変調は、デジタル変調ま
たはアナログ変調を用いることができる。
The acousto-optic effective deflecting means excites a surface acoustic wave (hereinafter referred to as SAW) in an optical waveguide of a piezoelectric thin film, and deflects an incident light beam by black diffraction by the SAW. A transducer such as a comb electrode that excites the SAW is a parallel comb electrode, a chirp electrode in which the pitch between the electrode fingers is changed in the SAW propagation direction,
An electrode in which a plurality of these electrodes are arranged at different angles, a chirp electrode in which the angle between the electrode fingers is inclined, a curved interdigital electrode, a curved electrode in which the distance between the electrode fingers changes in the electrode length direction, and a pitch between the electrode fingers It is possible to use an electrode or the like in which a plurality of different electrodes are arranged at different angles, and it is also possible to multiple-diffract the light beam in the optical waveguide using any one of the above electrodes. The SAW modulation can use digital modulation or analog modulation.

【0020】一方、電気光学効果的な偏向手段は、薄膜
の光導波路表面にくし形電極等の電極を配置し、このく
し形電極間に電圧を印加することにより、薄膜の光導波
路の屈折率変化による回折格子によって、入射された光
ビームをブラック回折させて偏向する、または互いに平
行でない二辺を持つプリズム形状の屈折率変化を利用し
たプリズム型偏向素子で偏向する。なお、くし形電極へ
の電圧印加により偏向する偏向手段では、実用上十分な
解像度を得ることが難しいため、プリズム型偏向素子を
用いることが好ましい。プリズム型偏向素子は、互いに
平行でない二辺をもつプリズム形状の分極ドメイン反転
部分を有し、上下の電極間に電圧を印加することにより
前記プリズム形状の分極ドメイン反転部分とそれ以外の
部分において異なる屈折率を発生させる。なお、この場
合前記上部電極が互いに平行でない二辺をもつプリズム
形状パターンを有し、前記電極間に電圧を印加すること
により前記電極パターンに対応する異なる屈折率をもつ
部分を発生させることもできる。
On the other hand, in the electro-optically effective deflecting means, electrodes such as comb-shaped electrodes are arranged on the surface of the thin film optical waveguide, and a voltage is applied between the comb-shaped electrodes so that the refractive index of the thin film optical waveguide is increased. The incident light beam is black-diffracted and deflected by the diffraction grating due to the change, or is deflected by the prism type deflection element utilizing the change in the refractive index of the prism shape having two sides which are not parallel to each other. It is preferable to use a prism-type deflecting element because it is difficult to obtain a practically sufficient resolution in the deflecting means that deflects by applying a voltage to the comb-shaped electrode. The prism type deflection element has a prism-shaped polarization domain inversion portion having two sides that are not parallel to each other, and is different between the prism-shaped polarization domain inversion portion and other portions by applying a voltage between the upper and lower electrodes. Generates a refractive index. In this case, the upper electrode may have a prism-shaped pattern having two sides that are not parallel to each other, and a portion having different refractive indexes corresponding to the electrode pattern may be generated by applying a voltage between the electrodes. .

【0021】本発明の光導波路を形成するために適用が
可能な光導波路材料としては、音響光学的な偏向手段を
用いる場合には、LiNbO3 、LiTaO3 、Zn
O、Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,L
a)(Zr,Ti)O3 (PLZT)などが代表的なも
のとして用いられる。この光導波路材料が、例えば、L
iNbO3 の場合は、LiNbO3 単結晶ウエハにTi
を蒸着した後、Tiを約1000°CにてLiNbO3
に拡散することによって作製した光導波路、あるいはL
iNbO3 単結晶ウエハのプロトン交換によって作製し
た光導波路、LiTaO3 単結晶基板上へLiNbO3
薄膜をRf−マグネトロン・スパッタリングによって気
相エピタキシャル成長した光導波路、α−Al2 3
結晶基板上へLiNbO3 薄膜をゾルゲル法によって固
相エピタキシャル成長した光導波路等を用いることがで
きる。また、ZnOの場合には、ガラス基板上へ電子ビ
ーム蒸着またはRf−マグネトロン・スパッタリングに
よって作製したc軸配向性のZnO薄膜を光導波路とし
たものを用いることができる。さらに、PLZTの場合
には、MgO基板上へPLZT薄膜をイオンビーム・ス
パッタリングによって気相エピタキシャル成長した光導
波路、GaAs基板上エピタキシャルMgOバッファ層
へPLZT薄膜をRfマグネトロン・スパッタリングに
よって気相エピタキシャル成長した光導波路、SrTi
3 基板上へPLZT薄膜をゾルゲル法によって固相エ
ピタキシャル成長した光導波路等を用いることができ
る。
As an optical waveguide material applicable for forming the optical waveguide of the present invention, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Zn is used when an acousto-optical deflecting means is used.
O, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), (Pb, L
a) (Zr, Ti) O 3 (PLZT) is typically used. This optical waveguide material is, for example, L
In the case of iNbO 3 , a LiNbO 3 single crystal wafer is coated with Ti.
After vapor deposition of Ti, LiNbO 3 was added at about 1000 ° C.
Optical waveguide manufactured by diffusing into
Optical waveguide prepared by proton exchange of iNbO 3 single crystal wafer, LiNbO 3 on LiTaO 3 single crystal substrate
An optical waveguide in which a thin film is vapor-phase epitaxially grown by Rf-magnetron sputtering, an optical waveguide in which a LiNbO 3 thin film is solid-phase epitaxially grown on an α-Al 2 O 3 single crystal substrate by a sol-gel method, and the like can be used. In the case of ZnO, a c-axis oriented ZnO thin film prepared by electron beam evaporation or Rf-magnetron sputtering on a glass substrate as an optical waveguide can be used. Further, in the case of PLZT, an optical waveguide in which a PLZT thin film is vapor-phase epitaxially grown on a MgO substrate by ion beam sputtering, and an optical waveguide in which a PLZT thin film is vapor-phase epitaxially grown on an epitaxial MgO buffer layer on a GaAs substrate by Rf magnetron sputtering, SrTi
An optical waveguide or the like in which a PLZT thin film is solid-phase epitaxially grown on an O 3 substrate by a sol-gel method can be used.

【0022】一方、電気光学的な偏向手段を用いる場合
には、薄膜の光導波路を構成する材料は、強誘電体薄膜
としてはABO3 型のペロブスカイト型酸化物では、正
方晶、斜方晶または擬立方晶系として、例えばBaTi
3 、PbTiO3 、Pb1- x Lax (Zry
1-y 1-x/4 3 (xおよびyの値によりPZT、P
LT、PLZT)、Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 、K
NbO3 等があり、六方晶系として、例えばLiNbO
3 、LiTaO3 などに代表される強誘電体があり、タ
ングステンブロンズ型酸化物ではSrx Ba1-x Nb2
6 、Pbx Ba1-xNb2 6 等がある。また、上記
材料の他に、Bi4 Ti3 12、Pb2 KNb 5 15
3 Li2 Nb5 15、さらに上記材料の置換誘導体等
がある。
On the other hand, when an electro-optical deflecting means is used
Is a ferroelectric thin film.
As ABO3In positive-type perovskite-type oxides, positive
As a tetragonal, orthorhombic or pseudo-cubic system, for example BaTi
O3, PbTiO3, Pb1- xLax(ZryT
i1-y)1-x / 4O3(Depending on the values of x and y, PZT, P
LT, PLZT), Pb (Mg1/3Nb2/3) O3, K
NbO3As a hexagonal system, for example, LiNbO
3, LiTaO3There are ferroelectrics typified by
Sung in the bronze type oxidexBa1-xNb2
O6, PbxBa1-xNb2O6Etc. Also, above
In addition to materials, BiFourTi3O12, Pb2KNb FiveO15,
K3Li2NbFiveO15, Further substituted derivatives of the above materials, etc.
There is.

【0023】また、前記電極はPt、Al等の金属電極
や前記光導波路よりも小さい屈折率を有するITO等の
透明酸化物電極を用いることができる。
As the electrode, a metal electrode such as Pt or Al or a transparent oxide electrode such as ITO having a refractive index smaller than that of the optical waveguide can be used.

【0024】また、前記光導波路と電極(上部電極また
は下部電極)との間には光導波路よりも屈折率が小さな
クラッド層を設けることができる。例えば、光導波路と
上部電極との間にクラッド層を設ける場合には、上部電
極は任意の材料を用いることができるが駆動電圧の増加
を招くのでITOなどの透明酸化物電極を用いることが
望ましい。下部電極としては導電性または半導電性の単
結晶基板、あるいは基板と光導波路の間に設けた導電性
または半導電性のエピタキシャルまたは配向性の薄膜を
用いることができる。このような下部電極を用いる場合
には、光導波路よりも小さい屈折率を有するNbドープ
のSrTiO3 、AlドープのZnO、In2 3 、R
uO2 、BaPbO3 、SrRuO3 、YBa2 Cu3
7-x 、SrVO3 、LaNiO3 、La0.5 Sr0.5
CoO3 等の酸化物が望ましいが、Pd、Pt、Al、
Au、Ag等の金属などを用いることも有効である。こ
れらの導電性または半導電性の単結晶基板、あるいは導
電性または半導電性のエピタキシャルまたは配向性の薄
膜は、前記強誘電体薄膜の結晶構造に応じて選ばれるこ
とが望ましい。なお、上部電極または下部電極として用
いられる導電性または半導電性の薄膜または単結晶基板
の抵抗率としては10-6Ω・cm〜103 Ω・cm程度
の範囲が有効あるが、電圧降下が無視できる程度の抵抗
率であれば上部電極または下部電極として利用可能であ
る。また、偏向速度または変調速度によってはキャリア
・モビリティが適当な上部電極材料または下部電極材料
を選択することができる。
A clad layer having a smaller refractive index than the optical waveguide can be provided between the optical waveguide and the electrode (upper electrode or lower electrode). For example, when a clad layer is provided between the optical waveguide and the upper electrode, any material may be used for the upper electrode, but it is desirable to use a transparent oxide electrode such as ITO because it causes an increase in driving voltage. . As the lower electrode, a conductive or semiconductive single crystal substrate or a conductive or semiconductive epitaxial or oriented thin film provided between the substrate and the optical waveguide can be used. When such a lower electrode is used, Nb-doped SrTiO 3 , Al-doped ZnO, In 2 O 3 , R having a smaller refractive index than the optical waveguide.
uO 2 , BaPbO 3 , SrRuO 3 , YBa 2 Cu 3
O 7-x , SrVO 3 , LaNiO 3 , La 0.5 Sr 0.5
An oxide such as CoO 3 is preferable, but Pd, Pt, Al,
It is also effective to use a metal such as Au or Ag. The conductive or semiconductive single crystal substrate or the conductive or semiconductive epitaxial or oriented thin film is preferably selected according to the crystal structure of the ferroelectric thin film. The conductive or semi-conductive thin film or the single crystal substrate used as the upper electrode or the lower electrode has a resistivity in the range of about 10 −6 Ω · cm to 10 3 Ω · cm. If the resistivity is negligible, it can be used as the upper electrode or the lower electrode. Further, an upper electrode material or a lower electrode material having an appropriate carrier mobility can be selected depending on the deflection speed or the modulation speed.

【0025】光源として用いるレーザーとしては、具体
的にはHe−Neなどの気体レーザーや、AlGaAs
などの化合物半導体レーザーまたはこれらのレーザー・
アレイなどを用いることができる。レーザーの発振によ
るレーザー光はプリズム・カップリング、バット・カッ
プリング (またはエンド・カップリング)、グレーテ
ィング・カップリング、エバネッセント・フィールド・
カップリング等より選ばれる方法によって光導波路に導
入される。
The laser used as the light source is, for example, a gas laser such as He-Ne or AlGaAs.
Compound semiconductor lasers such as or these lasers
An array or the like can be used. Laser light generated by laser oscillation is prism coupling, butt coupling (or end coupling), grating coupling, evanescent field
It is introduced into the optical waveguide by a method selected from coupling and the like.

【0026】薄膜レンズとしては、モード・インデック
ス・レンズ、ルネブルク・レンズ、ジオデシック・レン
ズ、フレネル・レンズ、グレーティング・レンズなどが
適している。
Suitable thin film lenses are mode index lenses, Reneburg lenses, geodesic lenses, Fresnel lenses, grating lenses and the like.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0028】まず、本発明が適用可能な光導波路におけ
る音響光学効果な偏向について説明する。
First, the deflection with an acousto-optical effect in the optical waveguide to which the present invention is applicable will be described.

【0029】例えば、LiNbO3 薄膜の圧電効果を用
いると、表面弾性波(SAW)をトランスデュサーを介
して励起させることができる。SAWは薄膜の屈折率を
周期的に変化させるので、SAWに交わって入射する強
誘電体薄膜中へカップリングされたレーザー光は、次の
(1)式のブラッグ条件のもとで音響光学効果によるブ
ラッグ反射を起こす。
For example, by using the piezoelectric effect of the LiNbO 3 thin film, surface acoustic waves (SAW) can be excited via a transducer. Since the SAW periodically changes the refractive index of the thin film, the laser light coupled into the ferroelectric thin film that intersects with the SAW is incident on the acousto-optic effect under the Bragg condition of the following equation (1). Causes Bragg reflection.

【0030】 mλ=2ΛsinθB ・・・(1) 但し、m:回折されたレーザーの次数 λ:レーザーの波長 Λ:SAWの波長 θB :ブラッグ角(偏向角×1/2)Mλ = 2Λsin θ B (1) where m: order of diffracted laser λ: wavelength of laser Λ: wavelength of SAW θ B : Bragg angle (deflection angle × 1/2)

【0031】この際、トランスデュサーへの入力周波数
を変調することにより、SAWの波長Λが変化すること
によりブラッグ角θB が変化することを利用して、レー
ザー光をスキャンすることができる。この周波数掃引は
一般にデジタル変調にて行われ、入射するレーザー光の
ビーム幅に交わるSAWの周波数は適当なステップで変
化し、レーザー光のビーム幅にわたるSAWの周波数は
一定である。音響光学効果的な偏向時のデジタル変調に
おけるレーザー光のスポット径、スポット数、スポット
移動時間は次のように定まる。光導波路中のレーザー光
のビーム幅をD l 、結像レンズの焦点距離をFl とすれ
ば、回折限界スポット径2ω(1/e2径)は、次の
(2)式で表せる。また、このとき、解像レーザー・ス
ポット数N d は、次の(3)式で表せる。
At this time, the input frequency to the transducer
That the wavelength Λ of the SAW changes by modulating the
Due to Bragg angle θBChange to take advantage of
The light can be scanned. This frequency sweep
Generally, digital modulation is used to
The SAW frequency that intersects the beam width is changed in appropriate steps.
And the SAW frequency over the beam width of the laser light is
It is constant. Acousto-optic for digital modulation during effective deflection
Laser light spot diameter, number of spots, spots
The travel time is determined as follows. Laser light in optical waveguide
Beam width of D l, The focal length of the imaging lens is FlTosure
For example, the diffraction limit spot diameter 2ω (1 / e2Diameter) is the following
It can be expressed by equation (2). At this time, the resolution laser scan
Number of pots N dCan be expressed by the following equation (3).

【0032】 2ω=(4/π)・(λ・Fl /Dl ) ・・・(2) Nd =2ΔθB ・F/2ω=(π/4)・τ・Δfd ・・・(3)2ω = (4 / π) · (λ · F l / D l ) ... (2) N d = 2Δθ B · F / 2ω = (π / 4) · τ · Δf d ... ( 3)

【0033】ここで、τはレーザー光のビーム幅に対す
るSAWの通過時間であり、SAWがデジタル変調の場
合には次の(4)式で示すスポット移動時間td とな
る。この場合、レーザー光のビーム幅を小さくするこ
と、及びSAW速度の速い光導波路材料を選択すること
の少なくとも一方によって、SAWの通過時間(スポッ
ト移動時間)を短くすることができる。
Here, τ is the transit time of the SAW with respect to the beam width of the laser light, and when the SAW is digital modulation, it is the spot moving time t d shown in the following equation (4). In this case, the SAW passage time (spot movement time) can be shortened by reducing the beam width of the laser beam and / or selecting an optical waveguide material having a high SAW speed.

【0034】 td =τ=(Dl /v) ・・・(4) 上記の解像レーザー・スポット数Nd は、SAW周波数
帯域をΔfd 、回折に必要な周波数変化をδfd (=1
/τ)とすると、次の(5)式に示すように表すことが
できる。
T d = τ = (D l / v) (4) The number N d of resolution laser spots is Δf d in the SAW frequency band and δf d (= the frequency change required for diffraction). 1
/ Τ), it can be expressed as shown in the following equation (5).

【0035】 Nd ≒Δfd /δfd =τ・Δfd =Dl /v・Δfd ・・(5) このように、スポット移動時間を短くするとスポット数
は少なくなり、スポット数を多くするとスポット移動時
間が長くなる関係にある。従って、スポット移動時間を
変化させることなくスポット数を多くするためにはトラ
ンスデュサーの帯域を広くすることが有効である。
N d ≈Δf d / δf d = τ · Δf d = D l / v · Δf d ··· (5) As described above, when the spot moving time is shortened, the number of spots is reduced and when the number of spots is increased. The spot movement time is long. Therefore, in order to increase the number of spots without changing the spot moving time, it is effective to widen the band of the transducer.

【0036】さらに、SAWの通過時間τと解像レーザ
ー・スポット数Nd により、走査速度(スポット移動時
間)td は上記(5)式を用いて変形すると次の(6)
式で表せる。
Further, depending on the SAW transit time τ and the number of resolution laser spots N d , the scanning speed (spot moving time) t d can be transformed using the above equation (5) to obtain the following (6).
It can be expressed by a formula.

【0037】 td ≒τ×Nd ≒τ×τ・Δfd =τ2 ・Δfd ・・・(6) ここで、後述するように、本実施の形態では、複数のレ
ーザー光を同時に偏向(走査し)感光体を露光すること
ができるので、次の(7)式に示すように、ビーム数を
mとするとみかけの走査速度を1/m向上させることが
できる。
T d ≈τ × N d ≈τ × τ · Δf d = τ 2 · Δf d (6) As will be described later, in the present embodiment, a plurality of laser beams are deflected simultaneously. Since the photoconductor can be exposed (by scanning), the apparent scanning speed can be improved by 1 / m when the number of beams is m, as shown in the following expression (7).

【0038】 tm =td/m ≒(τ×Nd )/m =(τ×τ・Δfd )/m =(τ2 ・Δfd )/m ・・・(7)T m = td / m ≈ (τ × N d ) / m = (τ × τ · Δf d ) / m = (τ 2 · Δf d ) / m (7)

【0039】アナログ変調の場合には、SAWの周波数
がレーザー光のビーム幅に渡って連続的に変化するため
にSAWが伝搬する光導波路の部位はフレネル・ゾーン
・レンズとしても機能し、回折されたレーザー光は偏向
されると同時に集光される。この場合、レーザー光のビ
ーム幅内でのアナログ変調によるSAWの周波数帯域を
δfa とすると、焦点距離Fは次の(8)式で表せ、焦
点位置でのスポット径dは次の(9)で表せる。
In the case of analog modulation, since the SAW frequency continuously changes over the beam width of the laser light, the portion of the optical waveguide through which the SAW propagates also functions as a Fresnel zone lens and is diffracted. The laser light is deflected and condensed at the same time. In this case, if the frequency band of SAW by analog modulation within the beam width of the laser light is δf a , the focal length F can be expressed by the following equation (8), and the spot diameter d at the focal position can be expressed by the following (9). Can be expressed as

【0040】 F=Dv/(λδfa )=(v2 /λ)・(τ/δfa ) (8) d=v/δfa ・・・(9) また、変調スイープ時間(アナログ変調時間幅)を
a 、アナログ変調によるSAWの周波数帯域をΔfa
とすると、走査速度ta は次の(10)式で表せ、解像
レーザー・スポット数Na は次の(11)式で表せる。
F = Dv / (λδf a ) = (v 2 / λ) · (τ / δf a ) (8) d = v / δf a (9) Further, the modulation sweep time (analog modulation time width) ) and T a, the SAW of the frequency band by analog modulation Delta] f a
When the scanning speed t a is expressed by the following equation (10), the resolution laser spot number N a expressed by the following equation (11).

【0041】 ta =Ta −τ ・・・(10) Na =(Ta −τ)/Ta ・(τ・Δfa ) ・・・(11) また、この場合も同様に、後述するように、複数のレー
ザー光を同時に偏向(走査し)感光体を露光することが
できるので、次の(12)式に示すように、ビーム数を
mとするとみかけの走査速度を1/m向上させることが
できる。
T a = T a −τ (10) N a = (T a −τ) / T a · (τ · Δf a ) (11) Also, in this case, the same will be described later. As described above, since a plurality of laser beams can be simultaneously deflected (scanned) to expose the photoconductor, as shown in the following formula (12), when the number of beams is m, the apparent scanning speed is 1 / m. Can be improved.

【0042】 tm =ta /m≒(Ta −τ)/m ・・・(12)T m = t a / m≈ (T a −τ) / m (12)

【0043】次に、電気光学効果的な偏向について説明
する。電気光学効果では、屈折率nと電場Eとの関係
は、次の(13)式で表せる。
Next, the electro-optically effective deflection will be described. In the electro-optic effect, the relationship between the refractive index n and the electric field E can be expressed by the following equation (13).

【0044】 n=n0 +aE+bE2 +cE3 +・・・ ・・・(13) この(13)式は、対称心のある結晶構造の材料では、
電場による屈折率変化は奇数次の項が消え、次の(1
4)式で表せる。
N = n 0 + aE + bE 2 + cE 3 + ... (13) This equation (13) is applied to a material having a crystal structure with a symmetry center.
As for the change in refractive index due to the electric field, the odd-order terms disappear and the next (1
It can be expressed by equation 4).

【0045】 Δn=n0 −n=−bE2 −・・・ ・・・(14) この(14)式の二次の項がカー(Kerr)効果と呼
ばれ、一般に次の(15)式で表される。
Δn = n 0 −n = −bE 2 −... (14) The quadratic term of the equation (14) is called the Kerr effect, and is generally expressed by the following equation (15). It is represented by.

【0046】 Δn=−1/2Rn3 2 ・・・(15) 一方、対称心のない結晶構造の材料での、電場による屈
折率変化は奇数次の項は残り、次の(16)式で表せ
る。
Δn = −½Rn 3 E 2 (15) On the other hand, in the material having a crystal structure without a symmetry center, the change in the refractive index due to the electric field leaves odd-order terms, and the following equation (16) Can be expressed as

【0047】 Δn=n0 −n=−aE−bE2 −・・・ ・・・(16) この(16)式の一次の項がポッケルス(Pockel
s)効果と呼ばれ、一般に次の(17)式で表される。
Δn = n 0 −n = −aE−bE 2 −... (16) The first-order term of the equation (16) is Pockels.
s) Effect, which is generally expressed by the following equation (17).

【0048】 Δn=−1/2rn3 E ・・・(17) これらの効果は、対称心のない結晶構造を持つ物質、す
なわち圧電体や強誘電体にのみ見られるものである。実
際には、電場を大きくしていくに従ってポッケルス効果
に徐々にカー効果が重畳する形で屈折率変化が起こる。
Δn = −½rn 3 E (17) These effects can be seen only in a substance having a crystal structure with no center of symmetry, that is, a piezoelectric substance or a ferroelectric substance. In reality, as the electric field is increased, the refractive index changes in such a manner that the Kerr effect is gradually superimposed on the Pockels effect.

【0049】このような電気光学効果を用いる際は、対
称心のない結晶構造を持ち高い係数を持つ強誘電体を用
いることとなり、LiNbO3 やPLZTが代表的であ
る。PLZT薄膜のような強誘電体に局所電場を印加す
ると上記のようにその部分の屈折率の低下が起こり、ブ
ラッグ反射や全反射によってレーザー光の向きをスイッ
チング(切換)することができる。このEO(電気光学
効果による)変調の場合は音響光学効果を利用した光偏
向素子のようなフォノンの移動時間による制限を受けず
分極によるために、スポット移動時間(スイッチング時
間)はピコ秒オーダーと極めて速い。
When using such an electro-optical effect, a ferroelectric substance having a crystal structure with no symmetry center and a high coefficient is used, and LiNbO 3 and PLZT are typical. When a local electric field is applied to a ferroelectric such as a PLZT thin film, the refractive index at that portion is lowered as described above, and the direction of laser light can be switched (switched) by Bragg reflection or total reflection. In the case of this EO (electro-optic effect) modulation, the spot movement time (switching time) is on the order of picoseconds because it is not limited by the movement time of the phonon such as an optical deflection element utilizing the acousto-optic effect and is due to polarization. Extremely fast.

【0050】くし形電極等に所定の電場を印加すると、
図1に示すように、電場が印加されないときの屈折率n
1 と異なる屈折率n2 の部位12を周期的(図1の間隔
Aで示した周期的)に有するように薄膜(光導波路)の
屈折率が変化する。このように屈折率が周期的に変化す
ると、入射されたレーザー光10は上記の(1)式で示
されるブラッグ条件のもとで部位12においてブラッグ
反射される。これによって、入射されたレーザー光10
はブラッグ反射、すなわち偏向されたレーザー光14と
なる。
When a predetermined electric field is applied to the comb electrodes,
As shown in FIG. 1, the refractive index n when no electric field is applied
The refractive index of the thin film (optical waveguide) changes so that the portions 12 having a refractive index n 2 different from 1 are periodically (periodically indicated by the interval A in FIG. 1). When the refractive index changes periodically in this way, the incident laser light 10 is Bragg-reflected at the portion 12 under the Bragg condition shown by the above equation (1). As a result, the incident laser light 10
Becomes the Bragg reflection, that is, the deflected laser light 14.

【0051】なお、ブラッグ角は微小な角度となるの
で、レーザー光を範囲で偏向(走査)するためには、数
多くの電極を配置し、偏向角に応じて屈折率の変化周期
を変えるべくアドレッシングを行うことが好ましい。
Since the Bragg angle is a minute angle, in order to deflect (scan) the laser light in a range, many electrodes are arranged and the addressing is performed so that the changing cycle of the refractive index is changed according to the deflection angle. Is preferably performed.

【0052】一方、図2に示すように、異なる屈折率の
媒体(図2に屈折率n1 及び屈折率n2 で示した媒体)
の境界で光が全反射するためには、次式の全反射条件を
満たしていなければならない。
On the other hand, as shown in FIG. 2, media having different refractive indices (mediums shown by refractive index n 1 and refractive index n 2 in FIG. 2)
In order for light to be totally reflected at the boundary of, the total reflection condition of the following equation must be satisfied.

【0053】θ≧θT =sin-1(n2 /n1 ) 但し、θT :入射角(臨界角) n1 :光導波路の材料の屈折率 n2 :屈折率の低下部分の屈折率 n2 <n1 ここで、屈折率低下がカー効果による際には上述のよう
にΔn=1/2Rn32 となるので入射角θT は、次
式で表せる。
Θ ≧ θ T = sin −1 (n 2 / n 1 ), where θ T : incident angle (critical angle) n 1 : refractive index of the material of the optical waveguide n 2 : refractive index of the lower refractive index portion n 2 <n 1 Here, when the decrease in the refractive index is due to the Kerr effect, Δn = ½Rn 3 E 2 as described above, so the incident angle θ T can be expressed by the following equation.

【0054】 θT =sin-1(n2 /n1 ) =sin-1{(n1 − Δn)/n1 } =sin-1(1−1/2Rn2 E)Θ T = sin −1 (n 2 / n 1 ) = sin −1 {(n 1 −Δn) / n 1 } = sin −1 (1-1 / 2Rn 2 E)

【0055】屈折率n0 =2.286(633nm)の
LiNbO3 におけるポッケルス係数はr33=30.8
×10-12 m/V程度であるので、100kV/cm
印加では2×10-3の屈折率変化となり、レーザー光の
最大の進行方向の変化θmaxは臨界角θT において次
のように得られる。
The Pockels coefficient of LiNbO 3 having a refractive index n 0 = 2.286 (633 nm) is r 33 = 30.8.
× 10 -12 m / V, so 100 kV / cm
When applied, the refractive index changes by 2 × 10 −3 , and the maximum change θmax in the traveling direction of the laser light is obtained at the critical angle θ T as follows.

【0056】 θmax=(90−θT )×2 ={90−sin-1(n2 /n1 )}×2 =(90°−87.60°)×2 =2.40°×2 =4.80°Θmax = (90−θ T ) × 2 = {90−sin −1 (n 2 / n 1 )} × 2 = (90 ° −87.60 °) × 2 = 2.40 ° × 2 = 4.80 °

【0057】また、上記の他に電気光学効果を有する素
子として、プリズム型光偏向素子が知られている。図3
に示す、長さがl、高さがDの同一形状で屈折率が異な
る2つのプリズム22、24の斜辺部分が接合された媒
質20を用いて説明する。この媒質20へ入射する光L
A は屈折率na のプリズム22を通過し、その通過時間
τa はプリズム22での光速をca とすると、次の(1
8)式で表せ、cを真空中での光速とすると、次の(1
9)式で表せる。同様に、屈折率nb のプリズム24を
通過する光LB の通過時間τb は、次の(20)式で表
せる。
In addition to the above, a prism type light deflection element is known as an element having an electro-optical effect. Figure 3
The description will be made using the medium 20 in which the hypotenuse portions of the two prisms 22 and 24 having the same shape having a length of 1 and a height of D and having different refractive indices are joined as shown in FIG. Light L incident on this medium 20
When A is passed through a prism 22 having a refractive index n a, its transit time tau a for the speed of light in the prism 22 and c a, the following (1
It can be expressed by the equation (8), and when c is the speed of light in a vacuum, the following (1
It can be expressed by equation (9). Similarly, the transit time τ b of the light L B passing through the prism 24 having the refractive index n b can be expressed by the following equation (20).

【0058】 τa =l/ca ・・・(18) τa =l/ca =l/c・na ・・・(19) τb =l/cb =l/c・nb ・・・(20)Τ a = l / c a (18) τ a = l / c a = l / c · n a (19) τ b = l / c b = l / c · n b ... (20)

【0059】従って、光LA およびLB の通過時間の差
Δτは、na =n+Δn>nb =nとすると、次の(2
1)式で表せる。
Therefore, the difference Δτ between the transit times of the lights L A and L B is given by the following (2), where n a = n + Δn> n b = n.
It can be expressed by the formula 1).

【0060】 Δτ=l/c・(na −nb )=l/c・Δn ・・・(21) この通過時間の差Δτによってプリズムを射出前の波面
の位置の差Δyは、次の(22)式で表せる。
Δτ = 1 / c (n a −n b ) = 1 / cΔn (21) Due to the difference Δτ in transit time, the difference Δy in the position of the wavefront before exiting the prism is It can be expressed by equation (22).

【0061】 Δy=cb ・Δτ=c/nb ・l/c・Δn=lΔn/n (22) これはプリズム内のビーム軸の屈折と等価で、その角度
は、次の(23)式で表せる。
Δy = c b · Δτ = c / n b · l / c · Δn = l Δn / n (22) This is equivalent to refraction of the beam axis in the prism, and its angle is expressed by the following equation (23). Can be expressed as

【0062】 θD ≒tan(θD )=−Δy/D=−lΔn/Dn (23) さらに、スネル則によってプリズムから射出した際の角
度は、次の(24)式で表せ、 nair ・sinθO =sinθO =n・sinθD ・・(24) 角度θO は次式で表せる。
Θ D ≈tan (θ D ) = − Δy / D = −lΔn / Dn (23) Further, the angle when the light is emitted from the prism according to Snell's law can be expressed by the following equation (24), and n air · sin θ O = sin θ O = n · sin θ D ··· (24) The angle θ O can be expressed by the following equation.

【0063】 θO =sin-1(n・sinθD )=n・θD =−n・lΔn/Dn=−lΔn/DΘ O = sin −1 (n · sin θ D ) = n · θ D = −n · lΔn / Dn = −lΔn / D

【0064】ここで、二つのプリズムが反対向きの分極
軸を持ち、電場がz軸に平行方向に印加されるとする
と、上記の(17)式から、屈折率na 、nb は、次の
(25)、(26)式で表せ、これらの屈折率の差Δn
(=na −nb )は、次の(27)式で表せる。
Here, assuming that the two prisms have polarization axes in opposite directions and an electric field is applied in a direction parallel to the z-axis, from the above equation (17), the refractive indices n a and n b are (25) and (26), and the difference Δn between these refractive indices
(= N a −n b ) can be expressed by the following equation (27).

【0065】 na =n0 −1/2rn0 3E ・・・(25) nb =n0 +1/2rn0 3E ・・・(26) Δn=−rn0 3E ・・・(27)N a = n 0 −1/2 rn 0 3 E ・ ・ ・ (25) n b = n 0 +1/2 rn 0 3 E ・ ・ ・ (26) Δn = −rn 0 3 E ・ ・ ・ (27) )

【0066】従って、印加電圧をV、プリズムの厚さを
dとすると、角度θ0 は次の(28)式で表せるので、
電場または電圧に比例してレーザー光を偏向できる。
Therefore, assuming that the applied voltage is V and the thickness of the prism is d, the angle θ 0 can be expressed by the following equation (28).
The laser light can be deflected in proportion to the electric field or voltage.

【0067】 θ0 =−lΔn/D=l/D・rn0 3E =l/D・rn0 3(V/d) ・・・(28)Θ 0 = −lΔn / D = 1 / D · rn 0 3 E = l / D · rn 0 3 (V / d) (28)

【0068】2つのプリズムの代わりに、三角形の電極
が図3のプリズム22の位置に配置され、電場がz軸に
平行方向に印加されるとすると、屈折率na 、nb は、
次の(29)、(30)式で表せ、これらの屈折率の差
Δn(=na −nb )は、次の(31)式で表せる。
If instead of two prisms a triangular electrode is placed at the position of prism 22 in FIG. 3 and an electric field is applied parallel to the z-axis, the indices of refraction n a , n b are
It can be expressed by the following equations (29) and (30), and the difference Δn (= n a −n b ) between these refractive indices can be expressed by the following equation (31).

【0069】 na =n0 −1/2rn0 3E ・・・(29) nb =n0 ・・・(30) Δn=−1/2rn0 3E ・・・(31)N a = n 0 −1/2 rn 0 3 E ・ ・ ・ (29) n b = n 0・ ・ ・ (30) Δn = −1 / 2 rn 0 3 E ・ ・ ・ (31)

【0070】従って、印加電圧をV、媒質の厚さをdと
すると、角度θ0 は次の(32)式で表せ、電場または
電圧に比例してレーザー光を偏向できる。
Therefore, assuming that the applied voltage is V and the thickness of the medium is d, the angle θ 0 can be expressed by the following equation (32), and the laser beam can be deflected in proportion to the electric field or the voltage.

【0071】 θ0 =−lΔn/D=l/D・1/2rn0 3E =l/2D・rn0 3(V/d) ・・・(32)Θ 0 = −lΔn / D = 1 / D · ½rn 0 3 E = l / 2D · rn 0 3 (V / d) (32)

【0072】このような素子としては、図4及び図5に
示すようなTi拡散型の単結晶LiNbO3 光導波路や
プロトン交換型の単結晶LiNbO3 光導波路による光
走査素子42が検討されている。この光走査素子42
は、絶縁性基板38上に分極ドメイン反転部分(プリズ
ム部分)30を有する光導波路36が設けられ、絶縁性
基板38の下部には下部電極40が設けられている。光
導波路36上にはグラッド層34及び上部電極32が順
に設けられている。
As such an element, an optical scanning element 42 using a Ti diffusion type single crystal LiNbO 3 optical waveguide or a proton exchange type single crystal LiNbO 3 optical waveguide as shown in FIGS. 4 and 5 has been studied. . This optical scanning element 42
The optical waveguide 36 having the polarization domain inversion portion (prism portion) 30 is provided on the insulating substrate 38, and the lower electrode 40 is provided below the insulating substrate 38. A glad layer 34 and an upper electrode 32 are sequentially provided on the optical waveguide 36.

【0073】このような電気光学的な偏向を用いた場合
には、電気光学的スイッチング速度が非常に速いことか
らレーザー走査速度の上限の問題は無いが、レーザー・
ドライバーの変調速度に上限があり、レーザー記録速度
を上げられないという問題がある。しかしながら、後述
するように、複数のレーザー光を同時に走査し感光体を
露光することが可能になるために、ビーム数をmとする
とみかけの走査速度は上記で説明したように1/mと向
上させることが可能である。
When such electro-optical deflection is used, since the electro-optical switching speed is very high, there is no problem of the upper limit of the laser scanning speed.
There is a problem that the modulation speed of the driver has an upper limit and the laser recording speed cannot be increased. However, as will be described later, since it becomes possible to simultaneously scan a plurality of laser beams to expose the photoconductor, the apparent scanning speed is improved to 1 / m as described above when the number of beams is m. It is possible to

【0074】上記の原理を考慮して、本発明が適用可能
な実施の形態の光偏向素子は、単一の基板上に設けられ
ると共にステップ状に配置されかつ薄膜で形成された複
数の光導波路と、光導波路内に複数の光ビームを入射さ
せる複数のレーザーまたは複数のレーザー光を発振する
レーザー・アレイよりなる光源とその入射手段を有し、
光導波路中には必要に応じて光ビームの整形を行う薄膜
レンズと、光ビームを偏向するための手段が備えられ、
偏向された各光ビームを光導波路外へ射出するための手
段として、膜厚方向にステップ状に異なる位置に設置さ
れた、各光ビームに対応する、光学的に研磨された端面
により構成される。
In consideration of the above principle, the optical deflecting element of the embodiment to which the present invention is applicable is provided with a plurality of optical waveguides which are provided on a single substrate and arranged in steps and formed of a thin film. And a light source including a plurality of lasers for injecting a plurality of light beams into the optical waveguide or a laser array for oscillating a plurality of laser beams, and an incident means thereof.
In the optical waveguide, a thin film lens that shapes the light beam as needed, and means for deflecting the light beam are provided.
As a means for emitting each deflected light beam to the outside of the optical waveguide, it is composed of optically polished end faces corresponding to each light beam, which are installed at different positions in a stepwise direction in the film thickness direction. .

【0075】偏向された光ビームを光導波路外へ射出す
る射出手段は、光偏向素子の端面の他に、実用的にはグ
レーティングまたはプリズムを用いることが可能であ
る。本発明者等は、この射出手段としてグレーティング
またはプリズムを用いた複数ビームの偏向素子を提案し
ている(特願平7−152743号公報参照)。
As the emitting means for emitting the deflected light beam to the outside of the optical waveguide, it is possible to practically use a grating or a prism in addition to the end face of the optical deflecting element. The present inventors have proposed a deflecting element for a plurality of beams using a grating or a prism as the emitting means (see Japanese Patent Application No. 7-152743).

【0076】ところで、音響光学的または電気光学的な
偏向素子は、偏向角が比較的小さいので、偏向角を広げ
るために種々の工夫がなされてきた。この偏向角を拡大
するためには、偏向部での帯域の拡大や、複数回回折な
どが検討されているが、素子の複雑化や大型化を伴って
いた。
By the way, since the acousto-optical or electro-optical deflection element has a relatively small deflection angle, various measures have been taken to widen the deflection angle. In order to expand the deflection angle, expansion of the band in the deflecting section and multiple diffraction have been studied, but this has been accompanied by complication and size increase of the element.

【0077】しかしながら、射出手段として光偏向素子
の端面を用いることにより、屈折率の高い媒体から低い
媒体へ光が伝搬するときのスネルの法則による端面での
屈折を利用でき、約1.5倍から3倍程度の偏向角度の
拡大が可能となる。また、光偏向素子の端面を射出手段
として形成するための光偏向素子の加工は比較的簡単で
あり、素子の大型化や複雑化を伴わない点で特に優れて
いる。
However, by using the end face of the light deflecting element as the emitting means, the refraction at the end face according to Snell's law when light propagates from a medium having a high refractive index to a medium having a low refractive index can be utilized, which is about 1.5 times. Therefore, the deflection angle can be increased by about 3 times. Further, the processing of the light deflecting element for forming the end face of the light deflecting element as the emitting means is relatively simple, and is particularly excellent in that it does not cause the element to become large or complicated.

【0078】上記光偏向素子は、次のようにして製造す
ることができる。まず、光偏向素子へのステップの形成
は、一枚の平坦な基板を物理的、または化学的に研磨す
るか、または、一枚の平坦な基板上に、基板と同じ材
質、あるいは異なる材質の薄膜をステップ状に堆積す
る。ステップの間隔は、光学系との組合せにより決定さ
れるものであり、結像スポット径や走査線密度、あるい
は結像スポットを得るための集光光学系の倍率等を考慮
して決定される。但し、光偏向素子の製造上の理由か
ら、0.1μmから200μmの範囲で形成することが
好ましい。ステップの間隔が小さすぎる場合には、研磨
時の加工精度、または薄膜堆積時の膜厚精度を確保する
ことが難しく、また、ステップの間隔が大きすぎる場合
には、加工または堆積のために長時間を要し、スループ
ットが悪化して、光偏向素子のコストを引き上げる結果
となる。基板の研磨方法としては、研磨材とポリッシャ
を用いた液中研磨、メカノケミカルポリッシングなどの
機械的ポリッシング、イオンミリング、ドライまたはウ
エットエッチング等の、一般的な研磨方法またはこれら
の方法を組み合せて用いることができる。また、薄膜を
堆積してステップを形成する場合には、基板と同じ材料
をホモエピタキシャル成長させるか、または、異なる材
料をヘテロエピタキシャル成長させるか、あるいは配向
性の薄膜を成長させることが望ましい。これは、光導波
路用の薄膜を、この基板の上に形成する場合、基板表面
にアモルファスな層や多結晶の層が存在する場合には、
光導波路としての品質の低下を起こし、光導波路におけ
る損失が増加して、実用に適さなくなるためである。
The above light deflection element can be manufactured as follows. First, steps are formed on the light deflection element by physically or chemically polishing one flat substrate, or by using the same material as the substrate or a different material on the one flat substrate. A thin film is deposited in steps. The step interval is determined in combination with the optical system, and is determined in consideration of the image spot diameter, the scanning line density, the magnification of the condensing optical system for obtaining the image spot, and the like. However, it is preferable to form the light-deflecting element in the range of 0.1 μm to 200 μm for manufacturing reasons. If the step interval is too small, it is difficult to secure the processing accuracy during polishing or the film thickness accuracy when depositing a thin film.If the step interval is too large, it will take a long time for processing or deposition. It takes time, the throughput is deteriorated, and the cost of the light deflection element is increased. As a method of polishing the substrate, a general polishing method such as submerged polishing using an abrasive and a polisher, mechanical polishing such as mechanochemical polishing, ion milling, dry or wet etching, or a combination of these methods is used. be able to. Also, when depositing a thin film to form steps, it is desirable to homoepitaxially grow the same material as the substrate, heteroepitaxially grow a different material, or grow an oriented thin film. This means that when a thin film for optical waveguide is formed on this substrate, if there is an amorphous layer or a polycrystalline layer on the substrate surface,
This is because the quality of the optical waveguide deteriorates, the loss in the optical waveguide increases, and it becomes unsuitable for practical use.

【0079】上記のようにして作製した基板上に、前述
の薄膜の光導波路を形成して光偏向素子を作製する。こ
の薄膜の導波路はLiNbO3 単結晶ウエハを用いる場
合には、LiNbO3 単結晶ウエハにTiを蒸着した
後、Tiを約1000°CにてLiNbO3 に拡散する
ことによって、あるいはLiNbO3 単結晶ウエハのプ
ロトン交換などによって作製され、エピタキシャル薄膜
を用いる場合には、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、
イオン・プレーティング、Rf−マグネトロン・スパッ
タリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー
・アブレーション、MBE、CVD、プラズマCVD、
MOCVD等より選ばれる気相成長法およびゾルゲル
法、MOD法等のウエット・プロセスにより作製された
薄膜の固相成長法によって作製される。
An optical deflector is manufactured by forming the above-mentioned thin film optical waveguide on the substrate manufactured as described above. If the waveguide of the thin film using a LiNbO 3 single crystal wafer, LiNbO 3 was deposited on Ti the single crystal wafer by diffusing into LiNbO 3 and Ti at about 1000 ° C, or LiNbO 3 single crystal When an epitaxial thin film is prepared by exchanging protons on a wafer, electron beam evaporation, flash evaporation,
Ion plating, Rf-magnetron sputtering, ion beam sputtering, laser ablation, MBE, CVD, plasma CVD,
It is prepared by a vapor phase growth method selected from MOCVD and the like, and a solid phase growth method of a thin film prepared by a wet process such as a sol-gel method and a MOD method.

【0080】なお、光導波路から射出されたレーザー光
は、コリメータレンズ、アパーチャ、F・θレンズ等の
集光光学系を経て感光体を露光し、レーザー光の走査は
偏向による主走査及び感光体のドラムまたはベルトの副
走査(回転)により、複数のライン(走査線)を同時走
査または飛び越し走査することができる。
The laser beam emitted from the optical waveguide exposes the photoconductor through a focusing optical system such as a collimator lens, an aperture, and an F.theta. Lens, and the laser beam is scanned by the main scanning by deflection and the photoconductor. By sub-scanning (rotating) the drum or belt, a plurality of lines (scanning lines) can be simultaneously scanned or interlaced scanned.

【0081】また、複数の光導波路のステップの間隔
は、集光光学系と、光偏向素子との組合せにより、予め
定められるが、光源が3つ以上のレーザー光を射出し、
3つ以上のレーザー光を偏向する場合には、ステップを
等間隔に配置することが好ましい。
The step intervals of the plurality of optical waveguides are predetermined depending on the combination of the condensing optical system and the light deflection element, but the light source emits three or more laser beams,
When deflecting three or more laser beams, it is preferable to arrange the steps at equal intervals.

【0082】さらに、光偏向素子の端面より射出するレ
ーザー光は、膜厚方向に広がり角を有する。この広がり
角を有するレーザー光を、コリメータレンズにより平行
光とした後、アパーチャを通過させることにより、ビー
ム形状の整形、ビーム位置の調整を行うことができる。
この場合、アパーチャの形状、挿入位置を任意に選ぶこ
とにより、端面での射出位置が、任意に配置されていて
も、所定の位置に結像可能である。すなわち、副走査方
向に対しての各ビームの結像位置は、各ビームに対応し
たアパーチャを等間隔にずらし、アパーチャ位置での像
面を、予め定めた倍率でドラム面に結像可能な光学系を
選択することにより、走査線間隔を維持することが可能
となる。一方、射出端面が等間隔に配置されていない場
合には、アパーチャでの透過効率の低下、ビーム形状の
不均一化が問題となり、結果的に、各ビーム間でのビー
ム品質のばらつきを増加させる。また、光偏向素子を画
像形成装置に用いた場合には、画質を劣化させることと
なる。一方、ステップを等間隔に配置した場合には、射
出位置、アパーチャ位置および結像位置が直線上に配置
されることから、各ビーム間でのビーム品質のばらつき
を抑制し、高画質化を達成することが可能となる。
Further, the laser light emitted from the end face of the light deflection element has a divergence angle in the film thickness direction. The laser beam having this divergence angle is collimated by the collimator lens and then passed through the aperture, whereby the beam shape can be shaped and the beam position can be adjusted.
In this case, by arbitrarily selecting the shape and insertion position of the aperture, it is possible to form an image at a predetermined position even if the exit position on the end face is arbitrarily arranged. That is, the image forming positions of the respective beams in the sub-scanning direction are such that the apertures corresponding to the respective beams are shifted at equal intervals, and the image plane at the aperture positions can be imaged on the drum surface at a predetermined magnification. By selecting the system, it becomes possible to maintain the scanning line interval. On the other hand, when the emission end faces are not arranged at equal intervals, there are problems such as a reduction in transmission efficiency at the aperture and non-uniformity of the beam shape, resulting in an increase in variations in beam quality among the beams. . Further, when the light deflection element is used in the image forming apparatus, the image quality is deteriorated. On the other hand, when steps are arranged at equal intervals, the emission position, aperture position, and image formation position are arranged on a straight line, which suppresses variations in beam quality between beams and achieves high image quality. It becomes possible to do.

【0083】次に、第1実施の形態を詳細に説明する。
第1実施の形態は、音響光学的な偏向をする光偏向素子
を本発明に適用したものである。
Next, the first embodiment will be described in detail.
The first embodiment is an application of an optical deflecting element for performing acousto-optical deflection to the present invention.

【0084】図8(1)に示すように、本実施の形態の
画像形成装置48は、半導体レーザー52及び基板54
と光導波路56を主要要素とする光偏向素子50を備え
ている。この光偏向素子50からは所定角度で偏向され
た3本のレーザー光が射出される(詳細は後述)。光偏
向素子50のレーザー光の射出側には、fθレンズを含
む集光光学系66、及び感光体64が順に設けられてい
る。また、画像形成装置48は、偏向制御回路68A、
レーザー駆動回路68B、及び回転制御回路68Cを含
んで構成された制御装置68を備えている。
As shown in FIG. 8A, the image forming apparatus 48 of the present embodiment includes a semiconductor laser 52 and a substrate 54.
And an optical deflection element 50 having an optical waveguide 56 as a main element. Three laser beams deflected at a predetermined angle are emitted from the light deflection element 50 (details will be described later). A condensing optical system 66 including an fθ lens and a photoconductor 64 are sequentially provided on the laser beam emission side of the light deflection element 50. Further, the image forming apparatus 48 includes the deflection control circuit 68A,
The controller 68 includes a laser drive circuit 68B and a rotation control circuit 68C.

【0085】この集光光学系66は、コリメートレンズ
66A、各レーザー光に対応しかつ約20μm間隔づつ
ずらして設けられたスリット状のアパーチャ66B、第
1レンズ66C及び第2レンズ66DからなるF・θレ
ンズから構成されている。この集光光学系66では、音
響光学的に偏向され、射出端面から光導波路外へ射出さ
れたレーザー光の各々を、感光体64上でレーザー光の
ビーム間隔が42μmとなるように略2倍に拡大して結
像する。
This condensing optical system 66 is composed of a collimator lens 66A, a slit-shaped aperture 66B corresponding to each laser beam and provided at intervals of about 20 μm, a first lens 66C and a second lens 66D. It is composed of a θ lens. In this condensing optical system 66, each of the laser beams that are acousto-optically deflected and emitted from the emission end face to the outside of the optical waveguide is approximately doubled so that the beam interval of the laser beams on the photoconductor 64 is 42 μm. To magnify and image.

【0086】本実施の形態では、制御装置68の偏向制
御回路68Aは、レーザー光を音響光学効果によるSA
Wを励起させるための回路である。この偏向制御回路6
8Aからの電圧印加によってレーザー光は感光体64上
において所定方向(図8(2)の矢印X方向、主走査方
向)に走査される。また、レーザー駆動回路68Bは、
半導体レーザー52から射出されるレーザー光の強度及
び射出時間(露光時間)を制御するための回路である。
また、回転制御回路68Cは感光体64を所定方向(図
8(1)の矢印Y方向、副走査方向)に一定速度で回転
またはステップ駆動させるための回路である。
In the present embodiment, the deflection control circuit 68A of the control device 68 changes the laser beam to SA by the acousto-optic effect.
It is a circuit for exciting W. This deflection control circuit 6
By applying a voltage from 8A, the laser light is scanned on the photoconductor 64 in a predetermined direction (the arrow X direction in FIG. 8B, the main scanning direction). Further, the laser drive circuit 68B is
It is a circuit for controlling the intensity of laser light emitted from the semiconductor laser 52 and the emission time (exposure time).
The rotation control circuit 68C is a circuit for rotating or stepping the photoconductor 64 at a constant speed in a predetermined direction (arrow Y direction in FIG. 8A, sub-scanning direction).

【0087】なお、上記のレーザー駆動回路68Bは、
図示しないホストコンピュータ等から供給される画像デ
ータに基づいて半導体レーザー52をパルス幅変調や振
幅変調する。この画像データは感光体64上に形成され
る画像に対応するデータである。この場合、レーザー駆
動回路68Bによる駆動により射出されるレーザー光
は、偏向制御回路68A及び回転制御回路68Cと同期
されており、偏向制御回路68Aによって偏向する光ビ
ームの偏向角度は画像形成時の主走査方向の位置に対応
し、回転制御回路68Cによって回転する感光体64の
位置は画像形成時の副走査方向の位置に対応する。この
主走査と副走査により感光体64に2次元画像を形成で
きる。
The laser drive circuit 68B described above is
The semiconductor laser 52 is subjected to pulse width modulation or amplitude modulation based on image data supplied from a host computer (not shown) or the like. This image data is data corresponding to the image formed on the photoconductor 64. In this case, the laser light emitted by the drive by the laser drive circuit 68B is synchronized with the deflection control circuit 68A and the rotation control circuit 68C, and the deflection angle of the light beam deflected by the deflection control circuit 68A is the main angle during image formation. The position of the photoconductor 64 that corresponds to the position in the scanning direction and that is rotated by the rotation control circuit 68C corresponds to the position in the sub-scanning direction during image formation. A two-dimensional image can be formed on the photoconductor 64 by the main scanning and the sub scanning.

【0088】また、画像形成装置48は、感光体64を
一様に帯電するための帯電装置90、及び感光体64に
潜像形成された画像を可視化するための現像装置92を
備えている。これら帯電装置90及び現像装置92によ
り画像が可視化される。すなわち、予め帯電装置90に
よって感光体64は一様に帯電され、その感光体64に
レーザー光の露光によって露光部位に潜像が形成され
る。このように感光体64に形成された潜像が現像装置
92によって紙やフィルム等の複写材料に可視化され
る。
The image forming apparatus 48 also includes a charging device 90 for uniformly charging the photoconductor 64 and a developing device 92 for visualizing the image formed as a latent image on the photoconductor 64. An image is visualized by the charging device 90 and the developing device 92. That is, the photoconductor 64 is uniformly charged in advance by the charging device 90, and a latent image is formed on the photoconductor 64 by exposing the photoconductor 64 to the exposed portion. The latent image thus formed on the photoconductor 64 is visualized on a copying material such as paper or film by the developing device 92.

【0089】図6に示すように、本実施の形態の光偏向
素子50は、3本のレーザー光52 1 、522 、523
を射出する3スポット型の半導体レーザー52を備えて
いる。この半導体レーザー52は、本実施の形態では各
レーザー光が約20mW、トータルで60mWの出力の
3スポット・レーザー・ダイオード・アレイを用いてい
る。この半導体レーザー52の射出側には、後述するよ
うにステップ状に所定段差を有した光導波路561 、5
2 、563 が形成された単結晶導電性の基板54が設
けられている。
As shown in FIG. 6, the optical deflection of this embodiment is
The element 50 has three laser beams 52 1, 522, 523
Equipped with a three-spot type semiconductor laser 52 that emits
There is. This semiconductor laser 52 is
Laser light output of about 20mW, total 60mW
Using a 3-spot laser diode array
It The emission side of this semiconductor laser 52 will be described later.
Optical waveguide 56 having a predetermined step in a stepped manner15,
62, 563A single crystal conductive substrate 54 on which the
It has been burned.

【0090】光導波路561 のレーザー光521 の入射
側には、入射されたレーザー光52 1 を(幅D=8mm
に)コリメートするためのモードインデックス・レンズ
58 1 が設けられている。また、光導波路561 には、
SAW611 を励起する電極601 が設けられている。
光導波路561 のレーザー光の進行方向の端面は、後述
するように研磨され、レーザー光521 を光導波路56
1 外へ射出する機能を有している。なお、光導波路56
2 、563 は同様の構成のため、説明を省略する。
Optical waveguide 561Laser light 521Incidence of
On the side, the incident laser light 52 1(Width D = 8 mm
Mode index lens for collimating
58 1Is provided. In addition, the optical waveguide 561Has
SAW611Electrode 60 for exciting1Is provided.
Optical waveguide 561The end face of the laser light in the traveling direction will be described later.
Laser light 52 that is polished to1The optical waveguide 56
1It has the function of ejecting to the outside. The optical waveguide 56
2, 563Since they have the same configuration, description thereof will be omitted.

【0091】上記光偏向素子50は、次のようにして作
製される。まず、α−Al2 3 単結晶の材料(長方形
状)を用意し、このα−Al2 3 単結晶の材料の全面
を、SiO2 砥粒を用いて研磨(メカノケミカルポリッ
シング)する。その後に、この材料を所定長さずらしな
がら部分的にメカノケミカルポリッシングすることによ
って、ステップ高さが20μmでかつ3段のステップを
有する基板54を形成する(図7参照)。この基板54
を洗剤および溶剤により洗浄し、塩酸水溶液中で全面に
エッチング処理を施した後に、基板54上のステップ部
分の各々にゾルゲル法による固相エピタキシャル成長す
ることによってLiNbO3 薄膜の光導波路561 、5
2 、563 を形成する。次に、光導波路561 、56
2 、563 の一方の端面を研磨して入射端面62Aを形
成し、かつ他方の端面を研磨して射出端面62Bを形成
する。
The light deflection element 50 is manufactured as follows.
Made. First, α-Al2O3Single crystal material (rectangle
Form) and prepare this α-Al2O 3Full surface of single crystal material
Is SiO2Polishing with abrasive grains (mechanochemical polishing
Sing). After that, do not shift this material a specified length.
By partially mechanochemical polishing
Therefore, the step height is 20 μm and three steps are used.
The substrate 54 having is formed (see FIG. 7). This board 54
With a detergent and solvent, and then
After performing the etching process, the step portion on the substrate 54
Solid phase epitaxial growth by sol-gel method
By doing LiNbO3Thin film optical waveguide 5615,
62, 563To form. Next, the optical waveguide 561, 56
2, 563One of the end faces is polished to form the incident end face 62A.
And polishing the other end face to form the injection end face 62B.
To do.

【0092】また、光導波路561 上には、モードイン
デックス・レンズ581 および電極指間ピッチを変化さ
せたチャープ電極601 を設ける。同様に、光導波路5
2上には、モードインデックス・レンズ582 及びチ
ャープ電極602 を設け、光導波路563 上には、モー
ドインデックス・レンズ583 及びチャープ電極60 3
を設ける。さらに、半導体レーザー52から射出される
レーザー光521 〜523 の各々が光導波路561 〜5
3 に入射されるようにバット・カップリングするた
め、上記入射端面62Aに半導体レーザー52が直接固
定される。このようにして、音響光学的な光偏向素子5
0を作製する。
Further, the optical waveguide 561On the mode in
Dex lens 581And the pitch between electrode fingers is changed
Set chirp electrode 601To provide. Similarly, the optical waveguide 5
62On top is the mode index lens 582And J
Charp electrode 602The optical waveguide 563On top
Index lens 583And chirp electrode 60 3
To provide. Further, it is emitted from the semiconductor laser 52.
Laser light 521~ 523Each of the optical waveguides 561~ 5
63Butt coupling to be incident on
Therefore, the semiconductor laser 52 is fixed directly on the incident end face 62A.
Is determined. In this way, the acousto-optical light deflection element 5
Create 0.

【0093】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光偏向素子50では、半導体レーザ
ー52において3つのレーザー光が射出され、薄膜の各
光導波路561 〜563 に入射される。光導波路561
に入射されたレーザー光521 はモードインデックス・
レンズ581 によってビーム幅D=8mmにコリメート
された後、SAW伝搬方向(図6に示すSAW611
矢印方向)にチャープ電極601 によってデジタル変調
され、偏向される。偏向されたレーザー光は、光導波路
561 の射出端面62Bから光導波路561 外へ射出さ
れ、コリメートレンズ66A、レーザー光521 に対応
したアパーチャ66B、及びF・θレンズによる集光光
学系66を経て、感光体64上にビーム間隔が42μm
となるように結像される。また、所定段差で設けられた
導波路562 に入射されたレーザー光522 はモードイ
ンデックス・レンズ582 でコリメートされ、SAW伝
搬方向(図6に示すSAW612 の矢印方向)にチャー
プ電極602 によってデジタル変調され、偏向される。
偏向後のレーザー光522は光導波路562 の射出端面
62Bから光導波路562 外へ射出され、集光光学系6
6を経て、感光体64上にビーム間隔が42μmとなる
ように結像される。同様に、所定段差で設けられた導波
路563 に入射されたレーザー光523 はモードインデ
ックス・レンズ583 でコリメートされ、SAW伝搬方
向(図6に示すSAW613 の矢印方向)にチャープ電
極603 によってデジタル変調され、偏向される。偏向
後のレーザー光523 は光導波路563 の射出端面62
Bから光導波路563 外へ射出され、集光光学系66を
経て、感光体64上にビーム間隔が42μmとなるよう
に結像される。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment will be described. First, the optical deflection element 50, is emitted three laser light in the semiconductor laser 52 is incident on each of the thin film optical waveguide 56 1-56 3. Optical waveguide 56 1
The laser light 52 1 incident on the
After being collimated by the lens 58 1 to have a beam width D = 8 mm, it is digitally modulated and deflected by the chirp electrode 60 1 in the SAW propagation direction (the arrow direction of SAW 61 1 shown in FIG. 6). Deflected laser beam is emitted from the optical waveguide 56 1 of the exit end face 62B to the optical waveguide 56 1 outside, a collimator lens 66A, an aperture 66B corresponding to the laser light 52 1, and the light collecting optical system according to F · theta lens 66 And the beam spacing on the photoconductor 64 is 42 μm.
Is imaged so that Further, the laser beam 52 2 incident on the waveguide 56 2 provided at a predetermined step is collimated by the mode index lens 58 2 and the chirp electrode 60 2 is directed in the SAW propagation direction (arrow direction of SAW 61 2 shown in FIG. 6). Is digitally modulated and deflected by.
Laser light 52 2 after deflection emitted from the exit end face 62B of the optical waveguide 56 2 to the optical waveguide 56 2 outside condensing optical system 6
After 6, the image is formed on the photoconductor 64 so that the beam interval is 42 μm. Similarly, the laser light 52 3 incident on the waveguide 56 3 provided with a predetermined step is collimated by the mode index lens 58 3 and the chirp electrode 60 is formed in the SAW propagation direction (the arrow direction of SAW 61 3 shown in FIG. 6). Digitally modulated and deflected by 3 . The deflected laser light 52 3 is emitted from the exit end face 62 of the optical waveguide 56 3.
Emitted from B to the optical waveguide 56 3 outside, through the focusing optical system 66, the beam interval is imaged so as to 42μm on the photosensitive member 64.

【0094】上記のようにして偏向され光導波路から射
出された各レーザー光は、fθレンズ等の集光光学系6
6を介して感光体64へ至り感光体64を露光する。こ
の光偏向素子50における偏向を主走査(図8の矢印X
方向の走査)とし、各レーザー光について同一の偏向を
同時に行って、感光体64の回転におけるレーザー光の
移動による副走査(図8の矢印Y方向の走査)をすれ
ば、感光体64上では3ライン毎の同時走査が行われ、
副走査方向(感光体ドラムの回転方向)に3ライン毎の
飛び越し走査が行われる。
Each laser beam deflected as described above and emitted from the optical waveguide is collected by the condensing optical system 6 such as an fθ lens.
The photosensitive member 64 is exposed through 6 to the photosensitive member 64. The deflection in the optical deflector 50 is performed by main scanning (arrow X in FIG. 8).
(Scanning in the direction), the same deflection is simultaneously performed for each laser beam, and sub-scanning (scanning in the direction of arrow Y in FIG. 8) due to movement of the laser beam during rotation of the photosensitive member 64 is performed. Simultaneous scanning every 3 lines is performed,
Interlaced scanning is performed every three lines in the sub-scanning direction (rotational direction of the photosensitive drum).

【0095】なお、感光体64は帯電装置90によって
予め一様に帯電されており、同時走査が行われることに
よって感光体64に潜像形成される。この同時走査が行
われた後の感光体64に形成された潜像は現像装置92
によって、紙やフィルム等の複写材料に可視化される。
The photosensitive member 64 is uniformly charged in advance by the charging device 90, and a latent image is formed on the photosensitive member 64 by simultaneous scanning. The latent image formed on the photoconductor 64 after the simultaneous scanning is performed by the developing device 92.
It is visualized as a copy material such as paper or film.

【0096】上記偏向されて光導波路から射出された各
レーザー光は、略同一の方向に段差をもって射出され
る。すなわち、ステップ状に形成された光導波路のその
段差に対応して偏向方向(主走査方向及び副走査方向)
について異なる位置から射出される。従って、光偏向素
子50から射出される複数のレーザー光は、同一方向に
向けた略平行な3本のレーザー光となる。これらのレー
ザー光は各々同時に偏向(主走査)が可能であるので、
同一方向に向けた略平行な状態を維持したままの3本の
レーザー光が光偏向素子50から射出される。従って、
複数本のレーザー光を同時走査(偏向)させ、感光体6
4の画像面について数十ミクロンの走査線の間隔を維持
させてムラが生じないようにするための、複雑な調整装
置を設けることや微妙な光軸調整をする必要がなく、集
光光学系66を介して感光体64へ集光させるのみで一
定の走査線の間隔を維持した走査をすることができる。
The respective laser beams deflected and emitted from the optical waveguide are emitted with a step in substantially the same direction. That is, the deflection direction (main scanning direction and sub-scanning direction) corresponding to the step of the optical waveguide formed in a step shape
Are fired from different positions. Therefore, the plurality of laser beams emitted from the light deflection element 50 are three substantially parallel laser beams directed in the same direction. Since these laser lights can be deflected (main scanning) at the same time,
Three laser beams, which are maintained in a substantially parallel state in the same direction, are emitted from the light deflection element 50. Therefore,
Simultaneous scanning (deflection) of a plurality of laser beams,
It is not necessary to provide a complicated adjusting device or finely adjust the optical axis in order to maintain the spacing of the scanning lines of several tens of microns on the image surface of No. 4 and prevent unevenness. Only by condensing the light onto the photoconductor 64 via 66, it is possible to perform scanning while maintaining a constant scanning line interval.

【0097】本実施の形態の光偏向素子50の性能は、
トランスデュサーの帯域Δf=800MHz、レーザー
の波長λ0=780nmとすると、走査時間td は各レ
ーザー光について11.3ms/lineであるが、3
ラインを同時に走査するためにみかけ走査時間tmは
2.8ms/lineとなる。本発明者は、この条件に
て感光体を露光する実験を行い、600dot/inc
hの印字がA4サイズの用紙に毎分3枚程度にて可能に
なり、実用的な印字速度が実現される、という結果を得
た。
The performance of the light deflection element 50 of this embodiment is as follows.
If the bandwidth of the transducer is Δf = 800 MHz and the wavelength of the laser is λ0 = 780 nm, the scanning time t d is 11.3 ms / line for each laser beam, but 3
Since the lines are simultaneously scanned, the apparent scanning time tm is 2.8 ms / line. The present inventor conducted an experiment of exposing the photoconductor under these conditions, and found that it was 600 dot / inc.
The result is that h can be printed on A4 size paper at about 3 sheets per minute, and a practical printing speed is realized.

【0098】ここで、従来の光導波路型の光偏向素子
は、レーザー光を光導波路へ入射させるときにレーザー
光の強度が低下する損失(入射損失)、光導波路中のレ
ーザー光の散乱等による光強度の損失(散乱損失)、レ
ーザー光を偏向させるときの光強度の損失(偏向損
失)、及び光導波路からレーザー光を射出させるときの
光強度の損失(射出損失)等がある。これらの損失によ
って、感光体へ到達するレーザー光の強度は変動し、感
光体上ではレーザー光により露光されたときのエネルギ
ー密度が変化する。このため、ファクシミリ等の画像形
成装置では、印字ムラ等が生じるという問題がある。
Here, the conventional optical waveguide type optical deflector is caused by a loss (incident loss) in which the intensity of the laser light is reduced when the laser light is incident on the optical waveguide, a scattering of the laser light in the optical waveguide, and the like. There are a loss of light intensity (scattering loss), a loss of light intensity when deflecting laser light (deflection loss), and a loss of light intensity when emitting laser light from an optical waveguide (emission loss). Due to these losses, the intensity of the laser light reaching the photoconductor changes, and the energy density on the photoconductor when exposed to the laser light changes. For this reason, in an image forming apparatus such as a facsimile, there is a problem that uneven printing occurs.

【0099】一方、本実施の形態では、3つのレーザー
光を射出可能な半導体レーザーを用いているため、レー
ザー光の損失があってもシングル・ビーム・レーザーに
よる場合の3倍の露光エネルギー密度を得ることが可能
となり、感光体の露光に必要な感光体上での露光エネル
ギー密度を十分に得ることができる。
On the other hand, in this embodiment, since the semiconductor laser capable of emitting three laser beams is used, even if there is a loss of the laser beam, the exposure energy density three times that of the single beam laser can be obtained. Thus, the exposure energy density on the photoconductor required for exposing the photoconductor can be sufficiently obtained.

【0100】また、本実施の形態では、偏向された各レ
ーザー光を光導波路外に射出するため、射出位置を光導
波路の膜厚方向、すなわち、走査線の副走査方向に一定
の間隔でずらし、各レーザー光の光軸上にアパーチャを
配置して、集光光学系66により略2倍に拡大して結像
させる構成を採ったことにより、各射出ビーム間の位置
精度は、光偏向素子およびこれらの光学系の機械的精度
の約2倍となる。従って、機械的研磨の加工精度を、約
±0.5μmとすれば、各射出レーザー光間の位置精度
は略±1μmとなり、大幅に位置精度を向上させること
ができる。
Further, in this embodiment, since each deflected laser beam is emitted to the outside of the optical waveguide, the emission position is shifted at a constant interval in the film thickness direction of the optical waveguide, that is, in the sub-scanning direction of the scanning line. By arranging an aperture on the optical axis of each laser beam and taking a configuration in which the focusing optical system 66 magnifies the image approximately twice, the positional accuracy between the emitted beams is determined by the optical deflection element. And about twice the mechanical accuracy of these optical systems. Therefore, if the processing accuracy of the mechanical polishing is about ± 0.5 μm, the positional accuracy between the emitted laser beams is about ± 1 μm, and the positional accuracy can be greatly improved.

【0101】次に、第2実施の形態を説明する。なお、
本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のた
め、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。また、本実施の形態では、図9に示すように1本の
レーザー光について複数(本実施の形態では2つ)のチ
ャープ電極を並べて偏向角を増大させたものである。
Next, a second embodiment will be described. In addition,
Since this embodiment has a configuration similar to that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, a plurality of (two in the present embodiment) chirp electrodes are arranged for one laser beam to increase the deflection angle.

【0102】本実施の形態の光偏向素子50Aは次のよ
うにして作製される。第1実施の形態では基板54に3
段のステップを形成したが、本実施の形態では、2段の
ステップを有する基板54を形成し、上記実施の形態と
同様にしてα−Al2 3 単結晶基板上にZnO薄膜の
光導波路を作製する(図9)。光導波路561 上には、
モードインデックス・レンズ581 、電極指間ピッチを
変化させた第1チャープ電極6011及び第2チャープ電
極6012を順に設ける。同様に、薄膜の光導波路562
上には、モードインデックス・レンズ582 、第1チャ
ープ電極6021及び第2チャープ電極6022を設ける。
また、本実施の形態の半導体レーザー52Aは、デュア
ル・ビーム・レーザー・ダイオード・アレイを用いて、
ZnO薄膜の光導波路端面へ直接固定してカップリング
する。このようにして、音響光学的な光偏向素子50A
を作製する。
The optical deflection element 50A of this embodiment is manufactured as follows. In the first embodiment, the substrate 54 has three
Although the steps are formed, in the present embodiment, the substrate 54 having the two steps is formed, and the optical waveguide of the ZnO thin film is formed on the α-Al 2 O 3 single crystal substrate in the same manner as the above embodiment. Are produced (FIG. 9). On the optical waveguide 56 1 ,
A mode index lens 58 1 , a first chirp electrode 60 11 and a second chirp electrode 60 12 in which the pitch between the electrode fingers is changed are sequentially provided. Similarly, a thin film optical waveguide 56 2
A mode index lens 58 2 , a first chirp electrode 60 21 and a second chirp electrode 60 22 are provided on the top.
Further, the semiconductor laser 52A of the present embodiment uses a dual beam laser diode array,
The ZnO thin film is directly fixed and coupled to the end face of the optical waveguide. In this way, the acousto-optical light deflection element 50A
To make.

【0103】本実施の形態の画像形成装置は、図10に
示すように、図8の光偏向素子50を薄膜の光導波路5
1 、562 を有する2段の光偏向素子50Aに代え
た、図8の画像形成装置と略同様の構成である。
In the image forming apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 10, the optical deflection element 50 of FIG.
6 1, 56 2 in place of the two-stage light deflector 50A having an image forming apparatus and substantially the same structure as in FIG.

【0104】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光偏向素子50Aでは、半導体レー
ザー52Aにおいて2つのレーザー光が射出され、各々
光導波路561 、562 に入射される。光導波路に入射
された各レーザー光はモードインデックス・レンズ58
によってコリメートされた後、第1チャープ電極6
11、6021によってデジタル変調され、さらに第2チ
ャープ電極6012、6022によってデジタル変調される
ことにより2回回折され、偏向される。これにより偏向
角は2倍となる。偏向されたレーザー光は、射出端面の
位置を光導波路の膜厚方向に20μmの間隔をもって配
置した光導波路外へ射出する端面によって射出され、上
記実施の形態と同様に配置されたアパーチャ、レンズ等
の集光光学系66を介して、600dot/inchで
感光体を露光する。レーザー光の感光体上への走査は偏
向による主走査及び感光体ドラムの回転による副走査で
2ラインごとの飛び越し走査される。この場合も、略2
倍に拡大して結像させるため、各射出ビーム間の位置精
度は、光偏向素子50Aおよびこれらの光学系の機械的
精度の約2倍となる。すなわち、機械的研磨の加工精度
を、おおよそ±0.5μmとすれば、各射出ビーム間の
位置精度はほぼ±1μmとなり、大幅に位置精度を向上
させることができる。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment will be described. First, in the light deflection element 50A, two laser beams are emitted from the semiconductor laser 52A and are incident on the optical waveguides 56 1 and 56 2 , respectively. Each laser beam incident on the optical waveguide is a mode index lens 58.
After being collimated by the first chirp electrode 6
It is diffracted and deflected twice by being digitally modulated by 0 11 and 60 21 and further digitally modulated by the second chirp electrodes 60 12 and 60 22 . This doubles the deflection angle. The deflected laser light is emitted by an end face that is emitted at the position of the emission end face at an interval of 20 μm in the film thickness direction of the optical waveguide and is emitted to the outside of the optical waveguide. The photoconductor is exposed at 600 dots / inch through the condensing optical system 66. The scanning of the laser beam onto the photosensitive member is interlaced by every two lines by main scanning by deflection and sub-scanning by rotation of the photosensitive drum. Also in this case, approximately 2
Since the image is magnified twice, the positional accuracy between the emitted beams is about twice as high as the mechanical accuracy of the light deflection element 50A and these optical systems. That is, if the processing accuracy of the mechanical polishing is set to approximately ± 0.5 μm, the positional accuracy between the injection beams becomes approximately ± 1 μm, and the positional accuracy can be greatly improved.

【0105】次に、第3実施の形態を説明する。本実施
の形態は上記実施の形態と略同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付し詳細な説明を省略する。また、本
実施の形態では、図11に示すように、光導波路へのレ
ーザー光の導入をプリズム・カップリングによって行う
ものである。
Next, a third embodiment will be described. Since this embodiment has a configuration similar to that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, the laser light is introduced into the optical waveguide by prism coupling.

【0106】本実施の形態の光偏向素子50Bは次のよ
うにして作製される。α−Al2 3 単結晶の材料を用
いて、上記実施の形態と同様の研磨(メカノケミカルポ
リッシング)及び塩酸水溶液中のエッチング処理(化学
エッチング)により約40μmの3段のステップを設け
た後に、基板54上のステップ部分の各々にTiを拡散
することによって薄膜の光導波路561 、562 、56
3 を形成する。次に、光導波路561 、562 、563
の一方の端面を研磨して射出端面62Bを形成する。
The light deflection element 50B of this embodiment is manufactured as follows. After using the α-Al 2 O 3 single crystal material and performing the same polishing (mechanochemical polishing) and etching treatment in a hydrochloric acid aqueous solution (chemical etching) as in the above-described embodiment to provide three steps of about 40 μm, , Thin film optical waveguides 56 1 , 56 2 , 56 by diffusing Ti into each of the stepped portions on the substrate 54.
Forming 3 Next, the optical waveguides 56 1 , 56 2 , and 56 3
One of the end faces is polished to form an injection end face 62B.

【0107】図11に示すように、この光導波路5
1 、562 、563 の他方の端面側の光導波路5
1 、562 、563 の各々には、プリズム・カップリ
ング591 、592 、593 が設けられる。これらプリ
ズム・カップリング591 、592 、593 の各々によ
りレーザー光が光導波路へ導入される。
As shown in FIG. 11, this optical waveguide 5
6 1, 56 2, 56 3 of the other end face side optical waveguide 5
6 1, 56 2, 56 3 of the each prism coupling 59 1, 59 2, 59 3 are provided. Laser light is introduced into the optical waveguide by each of these prism couplings 59 1 , 59 2 , 59 3 .

【0108】本実施の形態の半導体レーザー52Bは、
基板及び光導波路と別体に構成され、3スポット・レー
ザー・ダイオード・アレイ及びコリメート・レンズを含
んでいる。この半導体レーザー52Bは、3本のコリメ
ートされたレーザー光521、522 、523 を射出す
る。
The semiconductor laser 52B of this embodiment is
Constructed separately from the substrate and optical waveguide, it contains a 3-spot laser diode array and a collimating lens. The semiconductor laser 52B emits three collimated laser beams 52 1 , 52 2 , and 52 3 .

【0109】なお、本実施の形態の画像形成装置は、図
8と同様の構成のため、図8の光偏向素子50を光偏向
素子50Bに代えて説明する。なお、本実施の形態で
は、集光光学系66の光学倍率は等倍に設定されている
と共に、スリット状のアパーチャ64Bの各々は、レー
ザー光に対応して約40μm間隔でずらして設けられて
いる。
The image forming apparatus according to the present embodiment has the same structure as that shown in FIG. 8, and therefore the optical deflecting element 50 shown in FIG. 8 will be described in place of the optical deflecting element 50B. In addition, in the present embodiment, the optical magnification of the condensing optical system 66 is set to the same magnification, and each of the slit-shaped apertures 64B is provided with a shift of about 40 μm corresponding to the laser light. There is.

【0110】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光偏向素子50Bでは、半導体レー
ザー52Bにおいて3つのコリメートされたレーザー光
が射出され、プリズム・カップリング591 、592
59 3 により各々光導波路561 、562 、563 に入
射される。光導波路に入射された各レーザー光はチャー
プ電極60によってデジタル変調されることにより回折
され、偏向される。偏向されたレーザー光は、射出端面
の位置を光導波路の膜厚方向に40μmの間隔をもって
配置した光導波路外へ射出する端面によって射出され、
アパーチャ、レンズ等の集光光学系66を介して感光体
を露光する。レーザー光の感光体上への走査は偏向によ
る主走査及び感光体ドラムの回転による副走査で3ライ
ン毎に同時走査される。この場合、略等倍に拡大して結
像させるため、各射出ビーム間の位置精度は、光偏向素
子50Bおよびこれらの光学系の機械的精度に等しくな
る。すなわち、機械的研磨の加工精度を、おおよそ±
0.5μmとすれば、各射出ビーム間の位置精度は略±
0.5μmとなり、大幅に位置精度を向上させることが
できる。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment
Will be explained. First, in the light deflection element 50B, the semiconductor laser
Laser beams collimated at the laser 52B
Is ejected and the prism coupling 591, 592,
59 3By optical waveguide 561, 562, 563Enter
Is shot. Each laser light incident on the optical waveguide is char
Diffraction by being digitally modulated by the electrode 60
Be deflected. The deflected laser light is emitted from the exit end face.
With a space of 40 μm in the film thickness direction of the optical waveguide.
It is emitted by the end face that emits outside the arranged optical waveguide,
Photoconductor via a condensing optical system 66 such as an aperture and a lens
To expose. The scanning of the laser light onto the photoconductor is by deflection.
Main scan and sub-scan by rotation of the photosensitive drum
Scanning is performed simultaneously for each scan. In this case, enlarge the image to approximately 1x
The position accuracy between each output beam is
Equal to the mechanical precision of the child 50B and these optical systems.
It That is, the processing accuracy of mechanical polishing is approximately ±
If it is 0.5 μm, the positional accuracy between each emitted beam is approximately ±
0.5 μm, which can greatly improve the position accuracy.
it can.

【0111】次に、第4実施の形態を説明する。なお、
本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のた
め、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。
Next, a fourth embodiment will be described. In addition,
Since this embodiment has a configuration similar to that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0112】本実施の形態の光偏向素子は次のようにし
て作製される。第2実施の形態ではα−Al2 3 単結
晶の材料による基板54に2段のステップを形成した
が、本実施の形態では、LiTaO3 単結晶の材料を用
いて、この単一のLiTaO3 単結晶基板上に、基板の
半分をマスクした状態で、Rf−マグネトロン・スパッ
タリングによってLiTaO3 を1.0μmホモエピタ
キシャル成長させて、2段のステップを形成する。次
に、形成された2段のステップ状の基板を、Rfスパッ
タリング法によりエピタキシャルLiNbO3 薄膜の光
導波路を、1.0μm成長させることによって、光導波
路を作製する。なお、光導波路上に形成するチャープ電
極はレーザー光に対応して1つとし、光導波路561
には、モードインデックス・レンズ581 、電極指間ピ
ッチを変化させたチャープ電極6011を順に設け、光導
波路562 上には、モードインデックス・レンズ5
2 、チャープ電極6021を設ける(図9)。このよう
にして、音響光学的な光偏向素子を作製する。
The light deflection element of this embodiment is manufactured as follows. In the second embodiment, two steps of steps are formed on the substrate 54 made of the α-Al 2 O 3 single crystal material. However, in the present embodiment, the LiTaO 3 single crystal material is used and the single LiTaO 3 is used. LiTaO 3 is homoepitaxially grown by Rf-magnetron sputtering to 1.0 μm on the 3 single crystal substrate with half of the substrate being masked to form two steps. Next, an optical waveguide is produced by growing an optical waveguide of an epitaxial LiNbO 3 thin film by 1.0 μm on the formed two-step substrate by the Rf sputtering method. It should be noted that one chirp electrode is formed on the optical waveguide corresponding to the laser beam, and on the optical waveguide 56 1 , a mode index lens 58 1 and a chirp electrode 60 11 with a pitch between the electrode fingers changed are sequentially arranged. A mode index lens 5 is provided on the optical waveguide 56 2.
8 2 and a chirp electrode 60 21 are provided (FIG. 9). In this way, an acousto-optical light deflection element is manufactured.

【0113】なお、本実施の形態の画像形成装置は、図
10と略同様の構成のため、説明を省略する。なお、本
実施の形態では、集光光学系66は、スリット状のアパ
ーチャを用いることなく光学倍率を約20倍に設定す
る。また、チャープ電極6011、6021の各々によりS
AWを励起させるための制御は、アナログ変調を採用し
ている。
The image forming apparatus according to the present embodiment has substantially the same structure as that shown in FIG. In this embodiment, the condensing optical system 66 sets the optical magnification to about 20 times without using the slit-shaped aperture. In addition, S is generated by each of the chirp electrodes 60 11 and 60 21.
The control for exciting the AW adopts analog modulation.

【0114】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光偏向素子では、半導体レーザー5
2Aにおいて2つのレーザー光が射出され、各々光導波
路561 、562 に入射される。光導波路に入射された
各レーザー光はモードインデックス・レンズ58によっ
てコリメートされた後、チャープ電極によってアナログ
変調されることにより回折され、偏向される。偏向さ
れ、端面から射出されたレーザー光は、アパーチャを用
いない集光光学系66を経て、約20倍に拡大されて感
光体面上に結像される。レーザー光の感光体上への走査
は偏向による主走査及び感光体ドラムの回転による副走
査で2ライン毎に同時走査される。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment will be described. First, in the light deflection element, the semiconductor laser 5
In 2A, two laser beams are emitted and made incident on the optical waveguides 56 1 and 56 2 , respectively. Each laser beam incident on the optical waveguide is collimated by the mode index lens 58 and then diffracted and deflected by being analog-modulated by the chirp electrode. The laser beam deflected and emitted from the end face passes through a condensing optical system 66 that does not use an aperture, is magnified about 20 times, and is imaged on the surface of the photoconductor. The scanning of the laser beam onto the photosensitive member is performed simultaneously every two lines by main scanning by deflection and sub-scanning by rotation of the photosensitive drum.

【0115】本実施の形態では、アナログ変調を用いて
いるため、走査速度はデジタル変調による走査速度より
も2桁ほど早い走査速度85μs/lineによる12
00dpi/inchの印字がA4サイズの用紙に毎分
60枚以上が可能である。しかし、このような高密度、
高速走査速度では走査露光速度はレーザー光の走査速度
よりもレーザー光の変調のためのビデオ・レートの速度
が制限となり、ビデオ・レートは約800Mbps必要
となる。このような高速のビデオ・レートを一つの半導
体レーザーについて実現するのは困難であり、400M
bpsが上限となる。本実施の形態では2本のレーザー
光にて同時に走査露光できるため、1本のレーザー光に
ついてのビデオ・レートは400Mbpsで同一である
が、みかけのビデオ・レートはレーザー光の本数倍の8
00Mbpsとなり、1本のレーザー光を射出する半導
体レーザーを用いた場合に対して2倍の高速走査露光が
実現可能となる。また、ビームの位置精度は、膜厚精度
で0.1μm以下が可能なことから、各射出ビーム間の
位置精度は2μm以下となり、大幅に位置精度を向上さ
せることができる。
In this embodiment, since the analog modulation is used, the scanning speed is 85 μs / line which is two orders of magnitude faster than the scanning speed by digital modulation.
Printing of 00 dpi / inch is possible on 60 sheets or more per minute on A4 size paper. But such high density,
At a high scanning speed, the scanning exposure speed is limited by the speed of the video rate for modulating the laser light rather than the scanning speed of the laser light, and the video rate requires about 800 Mbps. It is difficult to realize such a high video rate for one semiconductor laser, and
bps is the upper limit. In this embodiment, since two laser beams can be simultaneously scanned and exposed, the video rate for one laser beam is the same at 400 Mbps, but the apparent video rate is 8 times the number of laser beams.
Since it becomes 00 Mbps, it is possible to realize high-speed scanning exposure that is twice as fast as the case of using a semiconductor laser that emits one laser beam. Further, since the beam positional accuracy can be 0.1 μm or less in terms of film thickness accuracy, the positional accuracy between the emitted beams is 2 μm or less, and the positional accuracy can be significantly improved.

【0116】次に、第5実施の形態を説明する。なお、
本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のた
め、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。第2実施の形態では光導波路端面からレーザー光を
入射したが、本実施の形態では、光導波路上にグレーテ
ィングを形成し、このグレーティングによって、レーザ
ー光を光導波路内へ導入する。
Next, a fifth embodiment will be described. In addition,
Since this embodiment has a configuration similar to that of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In the second embodiment, laser light is incident from the end face of the optical waveguide, but in the present embodiment, a grating is formed on the optical waveguide and the laser light is introduced into the optical waveguide by this grating.

【0117】本実施の形態の光偏向素子50Cは次のよ
うにして作製される。MgO単結晶の材料を用いて、こ
の単一のMgO単結晶基板上に、基板の半分をマスクし
た状態で、Rf−マグネトロン・スパッタリングによっ
てPZT薄膜よりも小さい屈折率を有するPLT薄膜を
クラッド層として、0.9μmエピタキシャル成長させ
て2段のステップを形成する。次に、形成された2段の
ステップ状の基板を、Rfスパッタリング法によりエピ
タキシャルPZT薄膜の光導波路を、0.9μm成長さ
せることによって、光導波路を作製する。
The light deflection element 50C of this embodiment is manufactured as follows. Using a material of MgO single crystal, a PLT thin film having a smaller refractive index than the PZT thin film as a cladding layer is formed on this single MgO single crystal substrate by masking half of the substrate by Rf-magnetron sputtering. , 0.9 μm epitaxial growth to form two steps. Next, an optical waveguide is produced by growing an optical waveguide of an epitaxial PZT thin film on the formed two-step stepped substrate by Rf sputtering to a thickness of 0.9 μm.

【0118】図12に示すように、光導波路561 上に
は、グレーティング571 、電極指間ピッチを変化させ
た第1チャープ電極6011及び第2チャープ電極6012
を順に設ける。同様に、光導波路562 上には、グレー
ティング572 、第1チャープ電極6021及び第2チャ
ープ電極6022を設ける。また、本実施の形態の半導体
レーザー52Cは、デュアル・ビーム・レーザー・ダイ
オード・アレイ及びコリメータレンズを含んでいる。こ
の半導体レーザー52Cは、2本の各々コリメートされ
たレーザー光521 、522 を射出する。このようにし
て、音響光学的な光偏向素子50Aを作製する。
As shown in FIG. 12, on the optical waveguide 56 1 , the grating 57 1 , the first chirp electrode 60 11 and the second chirp electrode 60 12 with the pitch between the electrode fingers changed.
Are provided in order. Similarly, a grating 57 2 , a first chirp electrode 60 21 and a second chirp electrode 60 22 are provided on the optical waveguide 56 2 . Further, the semiconductor laser 52C of the present embodiment includes a dual beam laser diode array and a collimator lens. The semiconductor laser 52C emits two collimated laser beams 52 1 and 52 2 . In this way, the acousto-optical light deflection element 50A is manufactured.

【0119】なお、本実施の形態の画像形成装置の構成
は、図10に示す画像形成装置と略同様の構成であるた
め、詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態では、
集光光学系66は、スリット状のアパーチャを用いるこ
となく光学倍率を約23倍に設定されている。
Since the structure of the image forming apparatus of this embodiment is substantially the same as that of the image forming apparatus shown in FIG. 10, detailed description thereof will be omitted. In the present embodiment,
The condensing optical system 66 has an optical magnification set to about 23 times without using a slit-shaped aperture.

【0120】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、半導体レーザー50Cからコリメー
トされ射出されたレーザー光521は、グレーティング
571 によって光導波路561 に導入される。入射され
たレーザー光521 は、第1チャープ電極6011によっ
てデジタル変調され、さらに第2チャープ電極6012
よってデジタル変調されることにより2回回折され偏向
される。これにより、偏向角は2倍となる。偏向された
レーザー光521 は端面62Bから光導波路561 外へ
射出される。同様に、レーザー光522 は、グレーティ
ング572 によって光導波路562 に導入され、第1チ
ャープ電極60 21及び第2チャープ電極6022によって
デジタル変調されることにより2回回折され偏向され
る。偏向されたレーザー光522 は端面62Bから光導
波路562外へ射出される。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment
Will be explained. First, collimation from the semiconductor laser 50C
Laser light 52 emitted1The grating
571By optical waveguide 561Will be introduced to. Incident
Laser light 521Is the first chirp electrode 6011By
Digitally modulated, and further the second chirp electrode 6012To
Therefore, by being digitally modulated, it is diffracted twice and deflected.
To be done. This doubles the deflection angle. Biased
Laser light 521From the end face 62B to the optical waveguide 561Outside
Is ejected. Similarly, laser light 522Is a great
572By optical waveguide 562Introduced in
Charp electrode 60 twenty oneAnd the second chirp electrode 60twenty twoBy
It is diffracted and deflected twice by being digitally modulated
It Polarized laser light 522Is light from the end face 62B
Waveguide 562It is ejected to the outside.

【0121】本実施の形態では、レーザー光は集光光学
系66によって約23倍に拡大されて感光体面上に結像
されるので、射出された各レーザー光間の位置精度はお
およそ2μm程度となり、大幅に位置精度を向上させる
ことができる。
In this embodiment, the laser light is magnified about 23 times by the condensing optical system 66 and focused on the surface of the photoconductor, so that the positional accuracy between the emitted laser lights is about 2 μm. , The position accuracy can be greatly improved.

【0122】次に、第6実施の形態を説明する。第6実
施の形態は、電気光学的な偏向をする光偏向素子を本発
明に適用したものである。なお、本実施の形態は、上記
実施の形態と略同様の構成のため、同一部分には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment is an application of the present invention to an optical deflecting element that performs electro-optical deflection. Since the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the above-described embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0123】図13に示すように、抵抗率が略5mΩ・
cm〜500mΩ・cmのNbドープSrTiO3 (1
00)単結晶の材料を用いて、第1実施の形態と同様に
メカノケミカル研磨および化学エッチングにより、ステ
ップ高さが20μmでかつ3段のステップを有する導電
性の基板74形成する。この基板74のステップ部分の
各々に、エピタキシャルPLZT(12/40/60)
薄膜の光導波路761、762 、763 を成長させる。
これらの光導波路761 、762 、763 は、厚さdw
=600nm、εw=1300、r=120×10-12
m/VのPLZT層であり、ゾルゲル法を用いた固相エ
ピタキシャル成長によって次のようにして作製する。
As shown in FIG. 13, the resistivity is about 5 mΩ ·
cm-500 mΩ · cm Nb-doped SrTiO 3 (1
00) Using a single crystal material, a conductive substrate 74 having a step height of 20 μm and three steps is formed by mechanochemical polishing and chemical etching as in the first embodiment. Epitaxial PLZT (12/40/60) is formed on each of the steps of the substrate 74.
Optical waveguide 76 1 of the thin film, 76 2, 76 3 is growth.
These optical waveguides 76 1, 76 2, 76 3, thickness dw
= 600 nm, εw = 1300, r = 120 × 10 −12
It is a PLZT layer of m / V, and is manufactured as follows by solid phase epitaxial growth using the sol-gel method.

【0124】まず、無水酢酸鉛Pb(CH3 CO
O)2 、ランタン・イソプロポキシドLa(O-iso- C
3 7 3 、ジルコニウム・イソプロポキシドZr(O
-iso- C37 4 、及びチタン・イソプロポキシドT
i(O-iso- C3 7 4 を出発原料として、2−メト
キシエタノールに溶解し、6時間の蒸留を行ったのち1
8時間の還流を行い、最終的にPb濃度で0.6MのP
LZT(12/40/60)用前駆体溶液を得る。さら
に、この前駆体溶液を基板へスピンコーティングを行
う。以上の操作はすべてN2 雰囲気中にて行う。次に、
加湿O2 雰囲気中で10°C/秒にて昇温して350°
Cにて保持の後、650°Cに保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却する。これにより膜厚約100nmの第
1層目のPZT薄膜が固相エピタキシャル成長される。
これをさらに所定回(本実施の形態では、5回)繰り返
すことにより総膜厚600nmのエピタキシャルPLZ
T薄膜が得られる。結晶学的関係はPLZT(100)
//Nb−SrTiO3 (100)、面内方位PLZT
[001]//Nb−SrTiO3 [001]の構造が得
られる。
First, anhydrous lead acetate Pb (CH 3 CO
O) 2 , lanthanum isopropoxide La (O-iso-C
3 H 7 ) 3 , zirconium isopropoxide Zr (O
-iso- C 3 H 7) 4, and titanium isopropoxide T
i a (O-iso- C 3 H 7 ) 4 as a starting material, was dissolved in 2-methoxyethanol, then distillation was carried out for 6 hours 1
The mixture was refluxed for 8 hours, and finally the Pb concentration was 0.6M P
A precursor solution for LZT (12/40/60) is obtained. Further, this precursor solution is spin-coated on the substrate. All the above operations are performed in an N 2 atmosphere. next,
350 ° C by raising the temperature at 10 ° C / sec in a humidified O 2 atmosphere
After holding at C, the temperature is kept at 650 ° C. Finally, the electric furnace is turned off and cooled. As a result, the first PZT thin film having a film thickness of about 100 nm is solid-phase epitaxially grown.
By repeating this a predetermined number of times (five times in the present embodiment), an epitaxial PLZ with a total film thickness of 600 nm is obtained.
A T thin film is obtained. The crystallographic relationship is PLZT (100)
// Nb-SrTiO 3 (100), in-plane orientation PLZT
A structure of [001] // Nb-SrTiO 3 [001] is obtained.

【0125】これらの各PLZT薄膜の光導波路761
〜763 上には抵抗率が約1mΩ・cmである、膜厚が
約100nmのITO透明導電性酸化物薄膜によるプリ
ズム型の電極アレー801 、802 、803 を作製す
る。また、基板74及び光導波路761 〜763 の両端
面は、上記実施の形態と同様に研磨して入射端面62A
及び射出端面62Bを形成する。入射端面62Aには、
半導体レーザー52が直接固定されバット・カップリン
グされる。
Optical waveguide 76 1 of each of these PLZT thin films
To 76 3 on the resistivity of about 1 M.OMEGA · cm, thickness to form an electrode array 80 1, 80 2, 80 3 of the prism type of ITO transparent conductive oxide thin film of about 100 nm. Further, both end faces of the substrate 74 and the optical waveguide 76 1-76 3, the above-described embodiment and likewise polished to the incident end surface 62A
And the emission end face 62B. On the incident end face 62A,
The semiconductor laser 52 is directly fixed and butt coupled.

【0126】次に本実施の形態の画像形成装置の作動を
説明する。まず、光偏向素子70では、半導体レーザー
52から射出されたレーザー光521 〜523 の各々
が、対応する光導波路761 〜763 へ導入される。P
LZT薄膜の各光導波路761 〜763 は、上部設けら
れたITO透明導電性酸化物薄膜(電極アレー801
803 )及びNbドープSrTiO3 (100)単結晶
基板74よりも屈折率が高いため、各レーザー光521
〜523 は光導波路内に閉じ込められる。入射された各
レーザー光521 〜523 は電極アレー801〜803
及び基板74の間に印加電圧することによって屈折率変
化が生じ偏向される。偏向された各レーザー光521
523 は、膜厚方向にステップの間隔(約20μm)を
もって射出端面62Bより射出され、コリメートレンズ
66A、各レーザー光に対応して20μm間隔でずらし
て設けられたスリット状のアパーチャ66B、及びF・
θレンズによる集光光学系66を介して感光体64を露
光する。
Next, the operation of the image forming apparatus of this embodiment will be described. First, the light deflector 70, each of the laser beams 52 1 to 52 3 emitted from the semiconductor laser 52 is introduced into the corresponding optical waveguide 76 1-76 3. P
Each optical waveguide 76 1-76 of LZT thin film 3, the upper provided with ITO transparent conductive oxide thin film (electrode array 80 1 -
80 3) and Nb-doped SrTiO 3 (100) because of the high refractive index than the single crystal substrate 74, the laser light 52 1
To 52 3 is confined in the optical waveguide. Each laser beam 52 which is incident 1-52 3 electrode array 80 1-80 3
By applying a voltage between the substrate 74 and the substrate 74, a change in the refractive index occurs and the light is deflected. Each deflected laser light 52 1 ~
52 3 is emitted from the exit end face 62B with a spacing step in the thickness direction (about 20 [mu] m), a collimator lens 66A, a slit-shaped aperture 66B arranged staggered at 20 [mu] m intervals corresponding to each laser beam, and F・
The photoconductor 64 is exposed through the condensing optical system 66 by the θ lens.

【0127】また、レーザー光の光導波路へのカップリ
ング時の損失、光導波路中でのレーザー光の散乱などに
よる損失、光導波路からのレーザー光の射出時の損失等
によって感光体上でのレーザー光の露光エネルギー密度
が低下するが、本実施の形態では、3本のレーザー光を
射出可能な半導体レーザーを使用可能なため、レーザー
光の損失があっても1本のレーザー光を射出する半導体
レーザーに比べて約3倍の露光エネルギー密度を得るこ
とが可能となり、感光体の露光に必要な感光体上でレー
ザー光の露光エネルギー密度を十分に得ることができ
る。また、集光光学系の拡大倍率は略2倍であるため、
射出されたレーザー光間の位置精度は、光偏向素子及び
これらの光学系の機械的精度の2倍になる。すなわち、
機械的研磨の加工精度を、約±0.5μmとすれば、各
射出ビーム間の位置精度は略±1.0μmとなり、各射
出ビーム間の位置精度を向上させることができる。
Further, the laser on the photosensitive member may be lost due to a loss at the time of coupling the laser light to the optical waveguide, a loss due to scattering of the laser light in the optical waveguide, a loss at the time of emitting the laser light from the optical waveguide, and the like. Although the exposure energy density of light decreases, a semiconductor laser that can emit three laser beams can be used in this embodiment; therefore, a semiconductor that emits one laser beam even if there is a loss of laser light. It is possible to obtain an exposure energy density that is about three times that of a laser, and it is possible to obtain a sufficient exposure energy density of laser light on the photoconductor required for exposing the photoconductor. Moreover, since the magnification of the condensing optical system is about 2 times,
The positional accuracy between the emitted laser beams is twice as high as the mechanical accuracy of the light deflection element and these optical systems. That is,
If the processing accuracy of the mechanical polishing is about ± 0.5 μm, the positional accuracy between the emitted beams becomes approximately ± 1.0 μm, and the positional accuracy between the emitted beams can be improved.

【0128】以上説明したように、上記各実施の形態の
光偏向素子は、同時に複数の光ビームを同時走査または
飛び越し走査できるので、レーザー光の走査速度(偏向
速度)及び記録速度を向上させることができる。従っ
て、レーザー・プリンター、デジタル複写機、ファクシ
ミリ等の画像形成装置に利用範囲を拡大させることがで
きる。
As described above, the light deflection elements of the above-described embodiments can simultaneously scan or interlace with a plurality of light beams, so that the scanning speed (deflection speed) of laser light and the recording speed can be improved. You can Therefore, the range of use can be expanded to image forming apparatuses such as laser printers, digital copying machines, and facsimiles.

【0129】また、偏向された各レーザー光は端面から
光導波路外に射出されると共に、射出端面の位置が導波
路の膜厚方向、すなわち、走査線の副走査方向に一定の
間隔でずらして配置した構成であるので、各射出ビーム
間の位置精度を向上させることができると共に、レーザ
ー光が端面より射出する際のスネルの法則より偏向角を
実質的に拡大して使用することが可能となる。
Further, each deflected laser light is emitted from the end face to the outside of the optical waveguide, and the position of the emission end face is shifted at a constant interval in the film thickness direction of the waveguide, that is, in the sub-scanning direction of the scanning line. Since the configuration is arranged, it is possible to improve the positional accuracy between the emitted beams, and it is possible to substantially enlarge the deflection angle according to Snell's law when the laser beam is emitted from the end face and use it. Become.

【0130】さらに、上記各実施の形態の画像形成装置
は、上記光偏向素子を感光体を露光するために用いるこ
とにより、高い走査速度で画像を形成することができ
る。
Further, the image forming apparatus of each of the above-mentioned embodiments can form an image at a high scanning speed by using the light deflection element for exposing the photosensitive member.

【0131】なお、上記実施の形態の光偏向素子は、画
像形成装置の露光に用いた一例を説明したが、具体的に
は、光ビームにより複数の走査線を描画して画像を形成
するレーザー・プリンター、デジタル複写機、ファクシ
ミリ等に用いて好適であり、光偏向素子を光ディスク用
のピックアップ、光通信や光コンピュータ用の光スイッ
チ等を含むオプト・エレクトロニクス全般に用いられて
いる光素子に用いることができる。
The light deflection element of the above embodiment has been described as an example used for the exposure of the image forming apparatus. Specifically, a laser for drawing a plurality of scanning lines with a light beam to form an image. Suitable for use in printers, digital copiers, facsimiles, etc., and use optical deflection elements for optical elements used in general optoelectronics including optical disk pickups, optical switches for optical communication and optical computers, etc. be able to.

【0132】[0132]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光偏向素子
によれば、光導波路と偏向手段からなる複数の導波路を
単一の基板に段差を有して光偏向素子を形成することに
よって、複数の光導波路の各端部から射出される光ビー
ムの各々は略同一方向に偏向されると共に、偏向方向と
交差する方向に異なる位置から射出されるので、光偏向
素子を高精度で位置決めするための光軸調整をすること
なく、隣り合う光ビームの間隔を所定間隔を維持させな
がら、複数の光ビームを同時走査させるまたは複数の光
ビームを選択的に走査させることができる、という効果
がある。
As described above, according to the optical deflecting element of the present invention, the optical deflecting element is formed by forming a plurality of waveguides including the optical waveguide and the deflecting means on a single substrate with steps. , The light beams emitted from the respective ends of the plurality of optical waveguides are deflected in substantially the same direction, and are emitted from different positions in the direction intersecting the deflection direction, so that the optical deflection element is positioned with high accuracy. The effect that the plurality of light beams can be simultaneously scanned or the plurality of light beams can be selectively scanned while maintaining the distance between the adjacent light beams at a predetermined distance without adjusting the optical axis for There is.

【0133】また、本発明の光偏向素子の製造方法によ
れば、一枚の平坦な基板を、所定幅の面部が厚さ方向に
所定段差となるように階段状に形成することにより光ビ
ームを端部から射出する薄膜の光導波路を複数形成でき
るので、光偏向素子を高精度で位置決めするための光軸
調整が不要な光偏向素子を容易に得ることができる、と
いう効果がある。また、一枚の平坦な基板上に所定段差
の下地クラッド層または基板と同一材料層を階段状に成
膜することによって光ビームを端部から射出する薄膜の
光導波路を複数形成でき、光偏向素子を高精度で位置決
めするための光軸調整が不要な光偏向素子を得ることが
できる。
Further, according to the method of manufacturing an optical deflecting element of the present invention, the light beam is formed by forming one flat substrate in a stepwise manner so that the surface portion having a predetermined width has a predetermined step in the thickness direction. Since a plurality of thin-film optical waveguides that emit light from the end can be formed, it is possible to easily obtain an optical deflection element that does not require optical axis adjustment for positioning the optical deflection element with high accuracy. Also, by forming a step clad layer of the underlying clad layer or the same material as the substrate on a single flat substrate, it is possible to form a plurality of thin film optical waveguides that emit a light beam from the end, and It is possible to obtain an optical deflecting element that does not require optical axis adjustment for positioning the element with high accuracy.

【0134】さらに、本発明の画像形成装置によれば、
光偏向素子を高精度で位置決めするための光軸調整が不
要な光偏向素子によって感光体に光ビームを照射して潜
像を形成することができるので、光偏向素子を高精度で
位置決めするための光軸調整をすることなく、画像面に
ついて走査線を所定間隔を維持させてながらムラが生じ
ないように、高い走査速度で画像を形成することができ
る、という効果がある。
Further, according to the image forming apparatus of the present invention,
Since the optical beam can be irradiated onto the photoconductor by the light deflecting element which does not require the optical axis adjustment for positioning the light deflecting element with high accuracy to form a latent image, the light deflecting element can be positioned with high accuracy. There is an effect that an image can be formed at a high scanning speed without causing unevenness while maintaining a predetermined interval between scanning lines on the image surface without adjusting the optical axis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ブラッグ回折を説明するための説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining Bragg diffraction.

【図2】全反射を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining total reflection.

【図3】プリズム型偏向素子の概念構成図である。FIG. 3 is a conceptual configuration diagram of a prism type deflection element.

【図4】光導波路型プリズム偏向素子を示す上面図であ
る。
FIG. 4 is a top view showing an optical waveguide type prism deflecting element.

【図5】光導波路型プリズム偏向素子を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an optical waveguide type prism deflecting element.

【図6】第1実施の形態にかかる光偏向素子を示す概略
図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an optical deflection element according to the first embodiment.

【図7】図6の一部断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of FIG.

【図8】第1実施の形態にかかる光偏向素子による画像
形成装置を示す概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an optical deflecting element according to the first embodiment.

【図9】第2実施の形態にかかる光偏向素子を示す概略
図である。
FIG. 9 is a schematic view showing an optical deflection element according to a second embodiment.

【図10】第2実施の形態にかかる光偏向素子による画
像形成装置を示す概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an optical deflecting element according to a second embodiment.

【図11】第3実施の形態にかかる光偏向素子を示す概
略図である。
FIG. 11 is a schematic view showing an optical deflecting element according to a third embodiment.

【図12】第5実施の形態にかかる光偏向素子を示す概
略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an optical deflecting element according to a fifth embodiment.

【図13】第6実施の形態にかかる光偏向素子を示す概
略構成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an optical deflecting element according to a sixth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50 光偏向素子 52 半導体レーザー 54 基板 56 光導波路 58 モードインデックスレンズ 60 電極 50 Optical deflection element 52 Semiconductor laser 54 substrate 56 Optical Waveguide 58 mode index lens 60 electrodes

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 薄膜で形成されかつ入射された光ビーム
を端部から射出する光導波路と、前記光導波路に入射さ
れた光ビームを偏向させる偏向手段と、を各々備えた複
数の導波路と、 前記複数の導波路の各偏向手段で偏向される光ビームの
偏向方向の各々が略一致すると共に、当該偏向方向と交
差する方向について異なる位置から光ビームが射出され
るように前記複数の導波路の各々を設けた単一の基板
と、 を備えた光偏向素子。
1. A plurality of waveguides each comprising an optical waveguide formed of a thin film and emitting an incident light beam from an end portion, and a deflection means for deflecting the incident light beam into the optical waveguide. The deflection directions of the light beams deflected by the deflection means of the plurality of waveguides are substantially the same, and the plurality of light guides are emitted so that the light beams are emitted from different positions in a direction intersecting the deflection direction. An optical deflection element comprising: a single substrate provided with each of the waveguides;
【請求項2】 前記偏向手段は、入力信号に応じて表面
弾性波を励起するトランスデューサを備え、前記表面弾
性波により回折を生じさせる音響光学効果によって入射
された光ビームを偏向させることを特徴とする請求項1
に記載の光偏向素子。
2. The deflecting means includes a transducer for exciting a surface acoustic wave according to an input signal, and deflects an incident light beam by an acousto-optic effect that causes diffraction by the surface acoustic wave. Claim 1
The light deflection element according to.
【請求項3】 前記偏向手段は、入力信号に応じて前記
光導波路に対して屈折率変化を与える電極を備え、前記
屈折率変化により回折を生じさせる電気光学効果によっ
て入射された光ビームを偏向させることを特徴とする請
求項1に記載の光偏向素子。
3. The deflecting means includes an electrode that changes the refractive index of the optical waveguide according to an input signal, and deflects the incident light beam by an electro-optical effect that causes diffraction due to the change of the refractive index. The optical deflection element according to claim 1, wherein
【請求項4】 所定厚及び縦横の長さが各々所定長の一
枚の平坦な基板を、縦横いずれか一方の方向に所定幅の
面部が厚さ方向に所定段差となるように階段状に形成
し、形成された階段状の基板の各面部に、入射された光
ビームを端部から射出する薄膜の光導波路を形成する光
偏向素子の製造方法。
4. A flat substrate having a predetermined thickness and vertical and horizontal lengths each having a predetermined length is stepped so that a surface portion having a predetermined width in one of the vertical and horizontal directions forms a predetermined step in the thickness direction. A method of manufacturing an optical deflecting element, comprising forming a thin film optical waveguide for emitting an incident light beam from an end portion on each surface portion of a formed stepped substrate.
【請求項5】 所定厚及び縦横の長さが各々所定長の一
枚の平坦な基板上に、縦横いずれか一方の方向に所定幅
の面部が厚さ方向に所定段差となるように、下地クラッ
ド層または基板と同一材料層を階段状に成膜し、成膜さ
れた各面部に、入射された光ビームを端部から射出する
薄膜の光導波路を形成する光偏向素子の製造方法。
5. A substrate having a predetermined thickness and a predetermined length and width on a single flat substrate such that a surface portion having a predetermined width in one of the length and width forms a predetermined step in the thickness direction. A method of manufacturing an optical deflecting element, which comprises forming a clad layer or a layer of the same material as a substrate in a stepwise manner, and forming a thin film optical waveguide for emitting an incident light beam from an end on each formed surface.
【請求項6】 画像を形成するための感光体と、前記感
光体を一様に帯電する帯電手段と、前記感光体に光を照
射して潜像を形成する露光手段と、前記潜像を可視化す
る現像手段とを備えた画像形成装置において、 前記露光手段は、 薄膜で形成されかつ入射された光ビームを端部から射出
する光導波路と、前記光導波路に入射された光ビームを
偏向させる偏向手段と、を各々備えた複数の導波路と、 前記複数の導波路の各偏向手段で偏向される光ビームの
偏向方向の各々が略一致すると共に、当該偏向方向と交
差する方向について異なる位置から光ビームが射出され
るように前記複数の導波路の各々を設けた単一の基板
と、 前記光導波路の各々に光ビームを入射するための光源
と、 から構成した光偏向素子であることを特徴とする画像形
成装置。
6. A photosensitive member for forming an image, a charging unit for uniformly charging the photosensitive member, an exposing unit for irradiating the photosensitive member with light to form a latent image, and the latent image In an image forming apparatus including a developing unit for visualizing, the exposing unit deflects the light beam incident on the optical waveguide, the optical waveguide being formed of a thin film and emitting the incident light beam from an end thereof. A plurality of waveguides each including a deflecting unit and a deflection direction of a light beam deflected by each deflecting unit of the plurality of waveguides substantially coincide with each other, and different positions in a direction intersecting the deflection direction. And a light source for injecting a light beam into each of the optical waveguides, and a single substrate provided with each of the plurality of waveguides so that the light beam is emitted from the optical deflector. Image formation characterized by Location.
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