JPH0443305A - ２次元屈折率分布レンズを用いた光導波路アレイ及びその２次元屈折率分布レンズの製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザプリンタ等の光走査装置に使用される
２次元屈折率分布レンズを用いた光導波路アレイ及びそ
の２次元屈折率分布レンズの製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、光導波路アレイ９５を用いたレーザプリンタ用の
光走査装置としては第１０図に示すような装置が提案さ
れている。この装置では、半導体レーザ９１からのレー
ザビームは結像レンズ系９３を通過後、一定速度で回転
するポリゴンミラー９４によって偏向される。このポリ
ゴンミラー９４からの反射光は、光導波路アレイ９５の
入射部９５Ａから入射して光導波路部を伝搬し、出射部
９５Ｂから出射した後、レンズアレイ９７で集束され、
等速回転する感光体ドラム９６上において、その回転軸
と平行な矢印Ｅの方向に沿って走査される。このレンズ
アレ・イ９７は、出射部９５Ｂから出射した光線を走査
方向及び走査方向に垂直な方向に集束するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の光走査装置においてレンズアレイ
９７がないと、第９図に示すように出射部９５Ｂより出
射される光線は、その光導波路の開口数ＮＡで決まる角
θ。（＝ｓ　ｉ　ｎ−”　（ＮＡ））で広がる。このた
め、感光体ドラム９６表面に照射される光信号のスポッ
ト径が大きくなり、感光体ドラム９６上に形成される潜
像の解像度が悪くなる。そこで、従来の光走査装置では
、光導波路アレイ９５の出射部９５Ｂと感光体ドラム９
６との間にレンズアレイ９７を挿入し、光導波路アレイ
９５から出射した光線を感光体ドラム９６表面で集束さ
せているのだが、このようなｌ／レンズレイ９７はたい
へん高価であるため、光走査装置の大幅なコストアップ
につながるという問題点かあった。

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、安価に光走査装置を構成できる２次元屈折率
分布レンズを用いた光導波路アレイ及びその２次元屈折
率分布レンズの製造方法を提供することを目的としてい
る。

［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２次元屈折率分布レ
ンズを用いた光導波路アレイは、光信号が入射される入
射部と、前記光信号が出射される出射部と、それらを接
続しており、且つ光信号が伝搬される光導波路部とから
構成されている光導波路を複数備え大光導波路アレイの
前記出射部から出射した光を、その走査方向に集束させ
る２次元屈折率分布レンズが前記出射部に配設されてい
る。

更に、この目的を達成するために本発明の２次元屈折率
分布レンズの製造方法は、透光特性を有し、且つ平板状
の第一の材料の上に、光重合反応により屈折率が可変と
なる特性を有する第二の材料を載置する工程と、該第二
の材料の表面に照射する光照射エネルギーが連続的に変
化されることにより２次元的に屈折率の分布する部分を
形成する工程と、前記第二の材料の上から、第一の拐料
若しくは第一の材料と同様の屈折率を持つ第三の材料で
被覆する工程とからなる。

［作用］ 上述した構成を有する本発明によれば、光導波路アレイ
の入射部から入射された光信号が、光導波路部を伝搬さ
れて出射部から出射される。出射部から出射された光信
号は、出射部に配設されている２次元屈折率分布レンズ
により、その走査方向に集束させられる。

［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。

最初に第１図と第２図とを参照して光導波路アレイｌ及
びその出射面７に配置されている２次元屈折率分布レン
ズ２３の構成について説明する。

第１図（ａ）から第１図（ｅ）までは本実施例で用いら
れる光導波路アレイ１の上面図及び側面図と２次元屈折
率分布レンス２３の上面図及び側面図、そしてそれらの
屈折率分布を説明（−だ図である。黒濃度は屈折率分布
を表わしている。第２図は、本実施例の光走査装置２０
の一部分であり、光導波路アレイ〕の出射面フイマ１近
の斜視図である。

他の部分については、従来の技術と同様であるため、説
明を省略する。

光導波路アレイ１は、基板８上に形成されており、２枚
の屈折率の低いクラット層４および５の間に屈折率分布
をもつ層（以下、コア層と称す）２かはさまれた構造を
し、ている。また、光導波路アレイ１の出射面７に沿っ
て２次元屈折率分布レンズ２３か、基板２４上に載置さ
れて、光導波路アレイ】−の各光導波路の光軸の高さと
中心が一致するように配置されている。この２次元屈折
率分布レンズ２３は２枚の屈折率の低いクラッド層２５
および２６の間に屈折率分布をもつ層（以下、コア層と
称す）２７がはさまれた構造を（７ている。

コア層２７は光走査をする方向（以下ｙ方向と称す）に
２次元的に屈折率が分布しているものである。

２次元屈折率分布レンズ２３の部分のコア層２７のＸ方
向の屈折率ｎ　（ｙ）は、 で分布している。ここでαは定数、Ｖｌｌは各光導波路
の中心９のＸ方向の位置、またｎｏは光導波路アレイ１
のコアの屈折率及び２次元屈折率分布レンズ２３のＸ方
向の屈折率である。屈折率は、光の走査方向に対して垂
直な方向（以下Ｘ方向と称す）及び光の出射方向（以下
２方向と称す）には一定である。２次元屈折率分布レン
ズ２３は出射面７より長さしの分だけ形成されており、
その長さＬは、２次元屈折率分布レンズ２３内の光の蛇
行周期２π／αの４分の１と２分の１の間、即ちπ／２
αとπ／αとの間とする。この時、光導波路アレイ１の
出射面７から出射して２次元屈折率分布レンズ２３へ入
射した光は、光導波路アレイ１の出射面７から集束する
位置までの距離をＺ、とすると、 の位置に集束する。

以上のように２次元屈折率分布レンズ２３は光導波路ア
レイ１からの出射光を走査方向に集束させる作用を有す
る。ここで屈折率の分布は前記の式で近似できる分布で
あればよく、また、２次元屈折率分布レンズ２３の長さ
しは、前記の長さに、２次元屈折率分布レンズ２３内の
光の蛇行周期の整数倍を加えた長さでもよい。

次に、第３図（ａ）から第３図（ｄ）までを参照してＸ
方向に出射光を集束させる２次元屈折率分布レンズ２３
の製造方法を説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように基板２４上にＰＭＭＡ
　（ポリメチルメタクリレート）のクラッド層２５を形
成し、その上に、光重合反応により屈折率を変化させら
れるような樹脂、例えばヌヂレンを含有したＰＭＭＡの
層、即ちコア層２７を形成する。このような樹脂の光重
合反応による屈折率の変化は、紫外線の照射エネルギー
によって制御できる。したがって、紫外線の照射エネル
ギーを変化させることにより、所望の屈折率分布をつく
ることができる。次に、第３図（ｂ）に示すようなマス
ク３２を矢印Ｍの方向に移動しながら紫外線を照射する
。マスク３２は光導波路アレイ１の各光導波路の中心部
の位置に頂点をもち、長さが２次元屈折率分布レンズの
長さしよりも長い、模型の紫外線透過口３４をもつ。こ
れを矢印Ｍの方向に移動させながら紫外線を照射するこ
とにより、各光導波路の中心部の延長上には長時間照射
され、そこから離れるにしたがって照射時間が短くなる
。この時の照射時間の減少は、照射口３４の形状によっ
て決まる。照射口３４の形状は、照射エネルギーと屈折
率変化の関係を考慮して、所望の屈折率が得られるよう
な照射時間となるようにしておく。この後、第３図（Ｃ
）に示すように、ベーキングにより未反応のモノマーを
取り除き、第３図（ｄ）に示すようにＰＭＭＡのクラッ
ド層２６を形成する。

以上の工程によりＸ方向に出射光を集束させる２次元屈
折率分布レンズ２３が成形できる。

しかし、２次元屈折率分布レンズ２３を光導波路アレイ
１の出射面７に配設しただけでは、出射光をＸ方向に集
束させるだけなので、この出射光をＸ方向にも集束させ
る集束手段が必要である。

この集束手段としては、出射光をＸ方向に集束させるシ
リンドリカルレンズや２次元屈折率分布レンズを使用す
ることが望ましい。シリンドリカルレンズは一般的であ
るので、説明を省略するが、出射光をＸ方向に集束させ
る２次元屈折率分布レンズに関しては、その構成及び製
造方法を説明する。

第７図に本実施例で用いられる２次元屈折率分布レンズ
３３の上面図および側面図と屈折率分布を説明した図を
示す。点濃度は屈折率分布を表わしている。このように
２次元屈折率分布レンズ３３はＸ方向に屈折率が２乗分
布しているため、２次元屈折率分布レンズ３３に入射し
た光線は、Ｘ方向には、光導波路アレイ１の場合と同様
に集束する。２次元屈折率分布レンズ３３はＸ方向には
屈折率が一定のため、この方向には入射したときの角度
のまま光は直進する。

次に、以上で述べた２次元屈折率分布レンズ３３を本実
施例の光走査装置２０に用いた場合の構成および作用を
第１０図を用いて説明する。

２次元屈折率分布レンズ３３は、基材３５の上に積載さ
れ、ｙ軸方向に出射光を集束する２次元屈折率分布レン
ズ２３と光軸の高さが一致するように配置されている。

先に述べたことかられかるように、前記のような構成に
することにより、光導波路アレイ１から出射した光線は
、２次元屈折率分布レンズ２３の作用により、ｙ軸方向
に集束され、出射後、２次元屈折率分布レンズ３３に入
射することにより、Ｘ軸方向にも集束される。

ここで、２次元屈折率分布レンズ３３の屈折率分布およ
びレンズ長ｋを集束位置が光導波路アＩフイ１によるｙ
軸方向の集束位置と一致するように決める。この集束位
置に感光体ドラム２２を配置することにより、感光体ド
ラム２２の表面に走査光を集束させることができる。こ
のときの集束の様子を第１０図に示す。

以上で述べたことから明かなように、２つの２次元屈折
率分布レンズ２３．３３を用いることにより、解像度の
高い潜像を得ることができる。

次に、第４図および第５図により、本実施例で用いた、
Ｘ方向に屈折率分布を持った２次元屈折率分布レンズ３
３の製造法の一例を説明する。

まず、屈折率を高くするイオン、例えばＬｉ（リチウム
）、Ｃｓ（セシウム）、ＴＩ（タリウム）等のイオンを
含むガラス板４１の側面を、第４図に示すように、マス
ク４２でマスクする。これをＮａ（ナトリウム）または
Ｋ（カリウム）のイオンを含有する溶融塩中に浸漬し、
高温でガラス中のイオンと溶融塩中のイオンを交換する
（第５図）ことにより、ガラス中に屈折率を高くするイ
オンの濃度勾配が形成され、２次元屈折率分布レンズ３
３となる。

また、第６図により、Ｘ方向に屈折率分布を持った２次
元屈折率分布レンズ３３の製造法の他の一例を説明する
。

まず、第６図に示すように分相した硼珪酸塩ガラス５１
を酸により多孔質ガラスとする。この多孔質ガラスの孔
中に詰める物質としてＴｌＮ０３（硝酸タリウム）やＣ
ｓＮ０３（硝酸セシウム）の水溶液を含浸させる。ここ
でガラス板の側面をマスクし、孔中に詰められた物質を
再び溶出させて濃度分布を形成する。これを乾燥焼成し
て無孔化する。これにより屈折率分布レンズ３３が形成
されるものである。

本考案は以上詳述した実施例に限定されることなく、そ
の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えるこ
とができる。

例えば、Ｘ方向に光を集束させる集束手段としては、２
次元屈折率分布レンズでもシリンドリカルレンズでも良
い。

又、基板、コア部、クラッド部の材質についてもここで
述べたものに限定されない。

［発明の効果コ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、安価に光走査装置を構成できる２次元屈折率分布レン
スを用いた光導波路アレイ及びその２次元屈折率分布レ
ンズの製造方法を提供することかできるという産業上者
しい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第８図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図（ａ）は光導波路アレイ及び２次元屈
折率分布レンズの上面図、第１図（ｂ）は光導波路アレ
イのＸ方向の屈折率分布を示すグラフ、第１図（Ｃ）は
２次元屈折率分布レンズのＸ方向の屈折率分布を示すグ
ラフ、第１図（ｄ）は光導波路アレイ及び２次元屈折率
分布レンズの側面図、第１図（ｅ）は光導波路アレイ及
び２次元屈折率分布レンスのＸ方向の屈折率分布を示す
グラフ、第２図は光走査装置の出射部付近の斜面図、第
３図（ａ）から（ｄ）まではＸ方向に出射光を集束させ
る２次元屈折率分布レンスの製造工程を順に説明した図
、第４図は２次元屈折率分布レンズを作製する際のマス
クの取り付けを説明した斜視図、第５図はその作製の際
のイオン交換を説明した図、第６図は２次元屈折率分布
しンズの別の製造方法の手順を説明した図、第７図は２
次元屈折率分布レンズの上面及び側面とコアの屈折率分
布を説明した図、第８図（ａ）と（ｂ）とはＸ出射光を
集束させる２次元屈折率分布レンズの作用を説明するた
めの上面図及び側面図、第９図はレンズアレイを用いな
い場合の光導波路アレイの出射部から出射した光の広が
りを示した図、第１０図は従来の光導波路アレイを用い
た光走査装置の一例を示す斜視図である。 図中、１は光導波路アレイ、７は出射面、２２は感光体
ドラム、２３は２次元屈折率分布レンズ、９１は半導体
レーザ、９４はポリゴンミラー、９５Ａは入射面である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光信号が入射される入射部と、前記光信号が出射さ
   れる出射部と、それらを接続しており、且つ光信号が伝
   搬される光導波路部とから構成されている光導波路を複
   数備えた光導波路アレイの前記出射部に、そこから出射
   した光をその走査方向に集束させる２次元屈折率分布レ
   ンズを固定したことを特徴とする２次元屈折率分布レン
   ズを用いた光導波路アレイ。 ２、透光特性を有し、且つ平板状の第一の材料の上に、
   光重合反応により屈折率が可変となる特性を有する第二
   の材料を載置する工程と、 該第二の材料の表面に照射する光照射エネルギーが連続
   的に変化されることにより２次元的に屈折率の分布する
   部分を形成する工程と、 前記第二の材料の上から、第一の材料若しくは第一の材
   料と同様の屈折率を持つ第三の材料で被覆する工程と からなることを特徴とする２次元屈折率分布レンズの製
   造方法。