JPH04237031A

JPH04237031A - 光走査素子

Info

Publication number: JPH04237031A
Application number: JP511691A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Taki; 和也滝
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1991-01-21
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1992-08-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光プリンタ等の感光体
ドラムに光を照射し走査露光したり、バーコードリーダ
等において光走査を行う光走査素子、さらに詳細には光
導波路を用いて光走査を行う光走査素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザプリンタ等の感光体ドラム
に露光する露光装置は例えば図１２に示すように、半導
体レーザ１０１、コリメータレンズ１０２、ポリゴンミ
ラー１０４、ｆθレンズ１０６、反射ミラー１０８とか
ら構成されている。半導体レーザ１０１から発せられた
レーザ光はコリメータレンズ１０２で平行光となり、回
転しているポリゴンミラー１０４へ照射される。ポリゴ
ンミラー１０４で反射したレーザ光は等角速度で偏向さ
れるためｆθレンズ１０６によりレーザ光が等速で移動
するように変換され、全反射ミラー１０８で反射された
後、あらかじめ帯電された感光体ドラム１１０上を走査
、露光する。感光体ドラム１１０の露光された部分は、
光導電性により電荷が消失するため、感光体ドラム１１
０と同じ極性に帯電されたトナーが反発されずに付着す
る。このトナーを紙に転写後、加熱等により定着するこ
とで印刷が完了する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
プリンタではポリゴンミラーとレンズによる走査光学系
が複雑であり、光軸調整が難しく、また、高い加工精度
を要求されるため生産性が低い、さらにポリゴンミラー
の回転機構が必要なことから小型化が困難であるという
問題点がある。

【０００４】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、電気光学効果を有
し、光の伝搬方向に対して曲率が徐々に増加あるいは変
化する曲がり導波路を用いることにより、回転機構等の
可動部が不用であり、構成が簡単で生産性が高い、小型
の光走査素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の光走査素子は基板と、その基板上あるいは
基板表面に形成され、電気光学効果を有し、光の伝搬方
向に対して曲率が徐々に増加あるいは変化する曲がり導
波路と、この曲がり導波路に電界を印加する電極とから
成る。また、曲がり導波路の周囲に電界を印加する電極
を有してもよい。さらに、基板の端面のうちで光が外部
へ放射される部分を凸状等の非平面としてもよい。

【０００６】

【作用】上記の構成を有する本発明の光走査素子におい
て、半導体レーザ等の光源から発せられ、曲がり導波路
に導かれた光は曲がり導波路中を伝搬するが、電極によ
り曲がり導波路に電界を印加し、電気光学効果により、
曲がり導波路の屈折率を小さくすることにより光は導波
路中に閉じ込められなくなり導波路の外へ放射される。曲がり導波路の曲率は、光の伝搬方向に徐々に変化して
おり、曲率の大きな部分では、小さな電界を印加するこ
とにより導波路の屈折率が少し低下しただけで光を閉じ
込められなくなり、光が放射される。一方、曲率が小さ
い部分では大きな電界を印加し、導波路の屈折率低下を
大きくしなければ光は放射されない。従って、印加電界
の大きさによって光が放射される位置を制御することが
できる。さらに、曲がり導波路において、光の放射位置
が異なれば、放射される方向も異なるため印加電界で光
の放射方向が制御でき、光走査を行うことができる。な
お、曲がり導波路の屈折率を電界で変化させる代わりに
、曲がり導波路の周囲の屈折率を変化させても同様に光
走査を行うことができる。また、光が外部へ放射される
基板の端面を例えば、凸状等の非平面状に加工すること
により、放射光を集束させる等の機能を付加することが
できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。本発明を好適に適用した光走査素子
１０は、例えば図１に示すように、電気光学効果を有す
るＬｉＮｂＯ３等の基板１２にＴｉ等を拡散させて作製
したＴｉ拡散導波路１４と、その両側に形成されたＡｌ
等から成る複数の電極１６とから構成されている。Ｔｉ
拡散導波路１４は直線光導波路１８と曲がり導波路２０
とから成る。曲がり導波路２０は光の伝搬方向に対して
徐々に曲率が大きくなるように作製されている。また、
直線光導波路１８の一端には光源である半導体レーザ２
２が取り付けられている。さらに、曲がり導波路２０の
端には光吸収材２３が設けられている。

【０００８】このような光走査素子１０の製造法は図２
を用いて説明する。すなわち、図２（ａ）のように、Ｌ
ｉＮｂＯ３等の基板１２上に回転塗布法等によりフォト
レジスト２４を塗布する。その上に所定の導波路形状の
パターンを有するマスク２６を密着させ紫外線を照射し
、露光する。露光後、現像するとフォトレジスト２４は
同図（ｂ）のように紫外線が照射された部分が残る。こ
の上に、スパッタ法、真空蒸着法等のよく知られた薄膜
形成手段によりＴｉ薄膜２８を形成する。その後、溶剤
によりフォトレジスト２４を除去することにより、同図
（ｃ）のように所定の導波路形状にＴｉ薄膜２８を加工
できる。この基板１２を１０００゜Ｃ程度に加熱し、数時間熱拡
散を行うとＴｉ薄膜２８がＬｉＮｂＯ３中に拡散し、同
図（ｄ）のようにＴｉ拡散導波路１４が形成される。さ
らに、同図（ｅ）のように、電極１６となるＡｌ薄膜３
０をスパッタ法、真空蒸着法等のよく知られた薄膜形成
手段により形成し、その上に回転塗布法等によりフォト
レジスト２４を塗布する。その上に所定の電極形状のパ
ターンを有するマスク３２を密着させ紫外線を照射し、
露光する。露光後、現像するとフォトレジスト２４は同
図（ｆ）のように紫外線が照射された部分のみが残る。ここで、酸、アルカリ等のエッチング液やプラズマエッ
チング等を用いて、フォトレジスト２４が付着していな
い部分のＡｌ薄膜３０をエッチングした後、残ったフォ
トレジスト２４を溶剤等で除去することにより同図（ｇ
）のように電極１６を形成することができる。

【０００９】本発明の光走査素子１０の動作は図３およ
び図４を用いて説明する。基板１２に用いるＬｉＮｂＯ
３は、光学軸が基板面に平行なＹカット板であり、図３
のように電極１６に電圧を印加すると基板面にほぼ平行
な電界３６が導波路１４に印加される。ここで、印加電
圧をＥ、ＬｉＮｂＯ３の常光および異常光に対する屈折
率をｎｏおよびｎｅ、電気光学定数をγ３３とすると、
電界の振動方向が基板面に平行な導波モードであるＴＥ
モードに対する導波路１４の屈折率ｎｇは、ＬｉＮｂＯ
３の光学軸（Ｃ軸）が光の伝搬方向と垂直な場合ｎｇ＝ｎｅ−（ｎｅ３γ３３／２）Ｅ　　　　　（１）
で与えられ、電界Ｅに比例して導波路１４すなわち曲が
り導波路２０の屈折率ｎｇが減少する。ただし、導波路
の曲がりにより、ＬｉＮｂＯ３の光学軸（Ｃ軸）が光の
伝搬方向に垂直な方向からずれると、ｎｇの変化は小さ
くなるが、電界Ｅを大きくすることにより補うことがで
きる。

【００１０】図４（ａ）において、光源である半導体レ
ーザ２２から発せられたレーザ光は直線導波路１８へ導
かれ、さらに曲がり導波路２０中を伝搬する。ここで、
電極１６に電圧を印加し、曲がり導波路２０の屈折率を
減少させると、光３８は曲がり導波路２０中に閉じ込め
られなくなり、曲がり導波路２０の外へ放射される。こ
のとき、曲がり導波路２０は光の伝搬方向に対し、曲率
が大きくなるように形成されており、曲率が大きいほど
導波路中への光の閉じ込めは弱くなる。従って、曲率の
大きな部分４０においては低い電圧を電極１６に印加し
、曲がり導波路２０の屈折率が少し減少しただけで光４
２は導波路中に閉じ込められなくなり、曲がり導波路２
０外へ放射される。一方、曲がり導波路２０の曲率の小
さな部分４４は光の閉じ込めが比較的強いため、光４６
を曲がり導波路２０の外へ放射させるためには高い電圧
を電極１６に印加し、曲がり導波路２０の屈折率の減少
を大きくする必要がある。このように、曲がり導波路２
０は光の伝搬方向に対し、曲率が大きくなるように形成
されているため、電極１６に印加する電圧の大きさによ
り、曲がり導波路２０における光の放射位置を制御する
ことができる。図４のように、光が放射される位置によ
り、光の放射方向も異なるため、電極１６に印加する電
圧を変化させ、光の放射位置を変化させることにより光
を走査することができる。放射された光３８、４２、４
６はレンズ４８により感光体ドラム５０上に集光され露
光される。例えば、図４（ｂ）のように変化する波形の
電圧を電極１６に印加することにより、同図（ａ）にお
いて下から上に走査することができる。なお、曲がり導
波路２０の外部へ放射されなかった光は曲がり導波路２
０の一端に設けられたＡｌ等の金属クラッドを用いた光
吸収材２３で減衰する。

【００１１】以上、本発明の一実施例を図１から図４に
基づいて詳細に説明したが、その他本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々の変形が可能である。すなわち、基板
および曲がり導波路、さらに電極の材料、形状について
は特に限定されない。例えば、曲がり導波路２０の曲率
の大きさや曲率が変化する割合については特に限定され
ない。また、基板１２と電極１６の間にＳｉＯ２等から
なるバッファ層を設けてもよい。これにより放射光が電
極１６により減衰するのを防ぐことができる。また、電
極１６の間隔は一定である必要はない。また、電極１６
に印加する電圧の波形については特に限定されない。

【００１２】また、基板および曲がり導波路の一方ある
いは両方に電気光学効果を有する材料が用いられていれ
ばよく、基板にＬｉＴａＯ３、曲がり導波路にＬｉＮｂ
Ｏ３を用いてもよい。さらに、基板にガラス、サファイ
ア等を用い、曲がり導波路にＰＬＺＴ、ＺｎＯ等の薄膜
を用いてもよい。このときの導波路形状は、図５（ａ）
に示すように、基板６０の上に作製された薄膜６２の一
部を削りリッジ６４を形成したリッジ型導波路、さらに
、同図（ｂ）のようにリッジの形状を非対称としたリッ
ジ型導波路としてもよい。すなわち、リッジ形状を非対
称とし外側６６を内側６８よりも厚くすることにより導
波路の外部への放射効率が向上する。また、同図（ｃ）
のように基板６０の上に３次元導波路６２を設けてもよ
い。

【００１３】また、図６のように曲がり導波路２０に電
界を印加する代わりに、曲がり導波路２０の上にＳｉＯ
２等のバッファ層７０を設け、その上に電極７２を作製
し、曲がり導波路２０の外側７４に電界７６を印加して
もよい。このとき、電界の方向は図３に示した方向と逆
であり、（１）式より、曲がり導波路２０の外側７４の
屈折率は増加する。このため、曲がり導波路２０におけ
る光の閉じ込めが弱まり、光が導波路の外へ放射される
。

【００１４】また、基板や導波路に用いる結晶の結晶軸
の方向についても限定されず、例えばＹカットＬｉＮｂ
Ｏ３の代わりにＺカットＬｉＮｂＯ３を用いてもよい。この場合、図７のようにＴｉ拡散導波路１４の上にＳｉ
Ｏ２等のバッファ層７０を設け、Ｔｉ拡散導波路１４の
上部とその両側に電極７４を形成する。このときの電界
７６は、基板面に垂直な方向に発生する。この電界によ
り、磁界の振動方向が基板面に平行なＴＭモードに対す
る導波路の屈折率ｎｇはやはり、（１）式で表わされる
ため先に説明したように電極７４によって電界を印加す
ることにより光走査を行うことができる。ここで、導波
路の屈折率ｎｇの変化は導波路の曲がりによる光の伝搬
方向の変化に依存しないため、電極７４に印加する電圧
の制御が簡単になる。

【００１５】また、曲がり導波路を作製するため、Ｌｉ
ＮｂＯ３に拡散する材料についても限定しない。また、
拡散導波路の屈折率分布についても特に限定しない。例
えば、図８（ａ）のように、拡散導波路８０の屈折率分
布を屈折率が高い領域が外側に広がるように形成しても
よい。この場合、導波路の外側に対する光の閉じ込めが弱くな
り、放射の制御が容易になる。さらに、バッファ層７０
を設け、電極８２により拡散導波路８０の内側と外側と
で方向が逆の電界を印加してもよい。これにより、拡散
導波路８０の内側の屈折率が減少すると共に、外側の屈
折率が増加するため電界の印加により光の放射が容易に
なる。また、同図（ｂ）のようにＴｉ等の拡散物濃度が
高く導波路となる領域８４のまわり、特に外側に、領域
８４よりも拡散物濃度が低い領域８６を設けてもよい。また、同図（ｃ）のように、Ｔｉ等の拡散物濃度が高く
導波路となる領域８４の内側８７および外側８８に基板
１２の屈折率が低くなるＭｇＯ等の材料を拡散してもよ
い。これにより、導波路中への光の閉じ込めが強くなり
、弱い電界が印加されたときに光が外部へ放射されるこ
とがなくなるため、曲がり導波路２０の曲率が小さい部
分に対して有効である。すなわち、図１に示した曲がり
導波路２０の形状は一定である必要はなく、曲率に応じ
て図８に示した導波路を組み合わせてもよい。

【００１６】また、Ｔｉ拡散の代わりに、よく知られて
いるプロトン交換を用いて曲がり導波路２０を作製して
もよい。プロトン交換では大きな表面屈折率の変化が実
現できるため、全体的に曲がり導波路２０の曲率半径を
小さくでき光走査素子全体をさらに小型化することがで
きる。

【００１７】また、図１に示した実施例では曲がり導波
路の屈折率が減少するように電界を印加していたが、電
界の印加方向は特に限定されるわけではなく、曲がり導
波路の屈折率が増加するように電界を印加してもよい。すなわち、曲がり導波路の屈折率を電界を印加しないと
きには光が放射されるように小さくしておき、電界を印
加することにより屈折率が増加し光が閉じ込められるよ
うにしてもよい。このとき、曲がり導波路の曲率が小さ
い部分では小さな電界を印加すれば光が閉じ込められる
。一方、曲率が大きな部分では大きな電界を印加しない
と光が閉じ込められないため、印加電界の大きさにより
光の放射位置を制御することができる。

【００１８】また、図１における直線導波路１８につい
て、その長さ、形状等については限定しない。また、直
線導波路１８は必ずしも必要ではなく設けなくてもよい
。このとき、レーザ光は直接曲がり導波路２０に入射さ
せればよい。また、光源である半導体レーザ２２は導波
路端面に直接結合させる必要はなく、図９（ａ）のよう
に光ファイバを用いて半導体レーザから発せられたレー
ザ光を直線導波路１８に結合してもよい。また、同図（
ｂ）のように半導体レーザ２２から発せられたレーザ光
を対物レンズ９２を用いて直線導波路１８に結合しても
よい。

【００１９】また、曲がり導波路２０の形成されている
基板１２の形状についても特に限定されない。例えば図
１０（ａ）に示すように、放射光９４が出射する基板１
２の端面９５を凸状に加工してもよい。これにより、基
板面に平行な面内で光を集束させることができる。基板
面に垂直な方向は円筒レンズ９６を用いて集束させる。また、放射光９４が出射する基板１２の端面９５を基板
面に垂直な方向にも凸状に加工すれば円筒レンズ９６も
不用となる。また、同図（ｂ）のように放射光９４が出
射する基板１２の端面９５を凹状に加工してもよい。凸
レンズ９７と組み合わせることにより走査範囲を大きく
することができる。

【００２０】また、図１１（ａ）のように、曲がり導波
路２０のまわりの放射光が伝搬する領域にスラブ型導波
路９８を形成してもよい。これにより、放射光もスラブ
型導波路９８を伝搬するため、基板面に垂直方向には広
がらずに伝搬する。また、同図（ｂ）のように基板６０
の上にスラブ型導波路６２を形成し、その上にＳｉＯ２
等の誘電体９９を装荷しても同様の効果が得られる。こ
のとき、誘電体９９は曲がり導波路の形状で作製すれば
よい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明によれば、電気光学効果を有し、光の伝搬方向に
対して曲率が徐々に変化する曲がり導波路を用いて光走
査素子を構成しており、回転機構等の可動部が不用とな
り、構成が簡単で生産性が高くなるとともに、小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である光走査素子の構成を示す上面図で
ある。

【図２】（ａ）〜（ｇ）は光走査素子の製造方法を示す
説明図である。

【図３】電界の印加方法を示す断面図である。

【図４】（ａ）は光走査素子の動作を説明する上面図、
（ｂ）は印加電界の波形を示す説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は導波路の形状を示す説明図で
ある。

【図６】電界の印加方法を示す断面図である。

【図７】電界の印加方法を示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は拡散導波路の形状を示す断面
図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は光の入射方法を示す説明図で
ある。

【図１０】（ａ）、（ｂ）は光走査素子の基板形状を示
す説明図

【図１１】（ａ）、（ｂ）は導波路の形状を説明する断
面図である。

【図１２】従来の走査装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１２　　基板１４　　拡散導波路１６　　電極２０　　曲がり導波路７２　　電極９５　　基板端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基板と、その基板上あるいは基板表面
に形成され、電気光学効果を有し、光の伝搬方向に対し
て曲率が徐々に増加あるいは変化する曲がり導波路と、
前記曲がり導波路に電界を印加する電極とから成ること
を特徴とする光走査素子。
【請求項２】　　請求項１に記載の光走査素子において
、前記曲がり導波路の周囲に電界を印加する電極を有す
ることを特徴とする光走査素子。
【請求項３】　　請求項１に記載の光走査素子において
、前記基板の端面のうち、光が外部へ放射される部分が
非平面であることを特徴とする光走査素子。