JPH05289117A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JPH05289117A
JPH05289117A JP4090819A JP9081992A JPH05289117A JP H05289117 A JPH05289117 A JP H05289117A JP 4090819 A JP4090819 A JP 4090819A JP 9081992 A JP9081992 A JP 9081992A JP H05289117 A JPH05289117 A JP H05289117A
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JP
Japan
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light
electric field
refractive index
optical
scanning device
Prior art date
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Pending
Application number
JP4090819A
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English (en)
Inventor
Yoshiro Nishimoto
善郎 西元
Yuichiro Goto
有一郎 後藤
Yasushi Yoneda
康司 米田
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気光学偏向型の光走査装置で,効率,光分
解能の高い光走査装置を提供する。 【構成】 一方向に発射された光線の進行経路を複数の
経路に切りかえる光走査装置において,上記一方向に発
射された光線の進行経路に直線的に設けられ,上記光が
透過する材質により構成された複数の光導波路部材と,
上記光導波路部材と交互に光線の進行経路に設けられ,
進行する光の屈折率が電場の有無により変化し,電場が
有り又は無しの時上記光導波路部材の屈折率と等しいか
近くなり,電場が無し又は有りの時上記光導波路部材の
屈折率と離れた屈折率となる複数の電場屈折部材と,上
記各電場屈折部材に対応して設けられた電極群と,該電
極群の各電極に所定電圧を選択的に印加する制御回路と
を具備してなることを特徴とする光走査装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,レーザビーム等の一方
向に発射された光線の進行経路を複数の方向に切りかえ
る光走査装置に係り,例えば,画像読み取り装置(スキ
ャナ),記録装置(レーザビームプリンタ),表面検査
装置,表示装置等における光走査装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来,上記のような光走査装置として,
走査方向の切りかえ手段に着目して分類すると,機械式
走査装置と非機械式走査装置とに大別される。機械式走
査装置としては,例えば,ポリゴンミラーやガルガノメ
ーター,ホログラムスキャナ等を用いた走査装置が知ら
れているが,このような機械式走査装置は文字通り回転
や振動等の機械的動きによって光線の走査を行うため,
走査速度は著しく限定される。また,走査中に任意の位
置で光ビームを止めたり,任意の態様で光走査をするこ
とが困難である。例えば,特開昭62−212937号
公報が知られている。そこで,これらの機械式走査装置
の欠点を解消するために,非機械式走査装置が提案され
ている。例えば,音響光学偏向器,ピエゾスキャナ,熱
光学偏向器,電気光学偏向器等である。図6(a)は音
響光学偏向器の一例であり,Ti拡散LiNbO3 導波
路上で実現したものを示す。トランスジューサから発し
た超音波は,導波路上を横断し,屈折率の周期的粗密を
作る。それによりブラッグ回折が生じ,導波光が回折,
即ち,偏向される。超音波の周波数を変えると粗密のピ
ッチ(波長)が変わり,偏向方向が変わる。このような
音響光学偏向器を用いた光走査装置は,偏向角が小さい
こと及び偏向分解能が不十分であるといった理由により
実用化されていない。ピエゾスキャナは,偏向角度が小
さいという理由から実用的でない。熱光学偏向器は,温
度変化により屈折率が変化する熱光学効果を用いたもの
で,熱を用いることから走査速度が遅い欠点がある。電
気光学偏向器は,強誘電体の電場による屈折率の変化
(電気光学効果)を利用した偏向器で,図6(b)はそ
の改良された一例である。図6(b)はLiNbO
3 (LN)導波路を用いて実現した例で,フレネルゾー
ンプレートの原理を利用している。即ち,偶数番ゾーン
にはLN結晶の導波路が設けられており,電圧を印加し
ないときには点Pに集光されるが,電圧を印加し各チャ
ンネルの導波路を通過する光の位相を制御すれば,任意
の点Qに集光できる。この素子は,前述の偏向素子に比
べて走査速度が速く,集光機能を持つ等の長所がある
が,効率,偏向分解能の低いことが欠点である。従っ
て,本発明が目的とするところは,上記したような導波
路型電気光学偏向器における効率,偏向分解能の向上を
図った光走査装置を提供することである。
【0003】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に,本発明は,一方向に発射された光線の進行経路を複
数の経路に切りかえる光走査装置において,上記一方向
に発射された光線の進行経路に直線的に設けられ,上記
光が透過する材質により構成された複数の光導波路部材
と,上記光導波路部材と交互に光線の進行経路に設けら
れ,進行する光の屈折率が電場の有無により変化し,電
場が有り又は無しの時上記光導波路部材の屈折率と等し
いか近くなり,電場が無し又は有りの時上記光導波路部
材の屈折率と離れた屈折率となる複数の電場屈折部材
と,上記各電場屈折部材に対応して設けられた電極群
と,該電極群の各電極に所定電圧を選択的に印加する制
御回路とを具備してなることを特徴とする光走査装置と
して構成されている。
【0004】
【作用】光導波路部材の列に撃ち込まれた光線は,光導
波路部材列内を直進する。隣接する光導波路部材の間に
は交互に電場屈折部材が設けられており,これらの電場
屈折部材に対する電場を,制御回路により切りかえるこ
とにより,電場のかけられた電場屈折部材と光導波部材
との接合面で光が直進経路から外れて所定方向に屈折し
て進行する。従って,上記制御回路により,電場の与え
られた電場屈折部材を順次切りかえれば,上記屈折の乗
じる電場屈折部材を切りかえることができ,これに対向
する検出対象を走査することができる。
【0005】
【実施例】続いて,添付した図面を参照して,本発明を
具体化した実施例につき説明し,本発明の理解に供す
る。ここに,図1は本発明の一実施例に係る光走査装置
の概念を示す図であり,図2はその光走査の作用を示す
図,図3は同光走査装置の光導波路部材の形状例を示す
図,図4は同光導波路部材の配置例を示す図,図5は本
発明の他の実施例を示す断面図である。先ず,図1を参
照して,本発明の一実施例である導波路型光走査素子6
を製造する手順を説明する。 (1)先ず,Si 基板7上にSiO2 層7′を形成す
る。 (2)次に,上記SiO2 層7′上にピッチpでAl電
極群4及び配線パターン5′を蒸着する。 (3)上記SiO2 層7′及びAl電極群4を,フッ化
マグネシウムMgF2のバッファ層8で覆う。 (4)上記バッファ層8の上に,反応性直流マグネトロ
ンスパッタ法により,LiNbO3 層9を結晶軸(Z
軸)が基板に直交するように形成する。 (5)上記LiNbO3 層9上にTiをスパッタで付着
させ,1000℃のN 2 雰囲気で約10時間加熱する。
これにより,LiNbO3 層9の表層にTiを熱拡散さ
せ,スラブ導波路1を形成する。 (6)上記スラブ導波路1上にフォトレジストを塗布
し,ドライエッチング又はフッ素酸系溶液を用いてウェ
ットエッチングをして,ピッチpの周期的凹み群2を形
成する。上記凹み群2は隣接するAl電極4の間に形成
される。 (7)上記周期的凹み群2に対して,Nb1+X3-x を堆
積させ,その後上記周期的凹み群2以外のNb1+X3-x
を除去することにより,周期的凹み群2に光学材料3
(Nb1+X3-x )(光導波路部材)を充填する。従って
隣接する上記光学材料3,3の間にはさまれたスラブ導
波路1の部分(Al電極4と対向する)が電場屈折部材
1′を構成する。但し,上記化学論的組成比Xは上記光
学材料3(Nb1+X3-x )の屈折率n1が無電場のとき
のスラブ導波路1(電場屈折部材1′)の屈折率n
0 (異常光線に対する屈折率で2.2程度であり,拡散
させるTiの濃度によっても変わる)に合致するように
調節されている。 (8)続いて,上面にITO(I;インジウム,T;
錫,O;酸素)透明電極4´を作成する。 (9)上記配線パターン5´及び透明電極4´を電圧駆
動切り換え回路5(制御回路)にボンディングする。こ
の場合,上記透明電極4´をアース側とする。 (10)上記ITO透明電極4´及び配線パターン5´
を透明の絶縁保護膜10で被覆する。
【0006】上記の手順で作成されたスラブ導波路1の
一方の端面1a より,上記スラブ導波路1に導入された
光線の経路を切りかえる光走査動作を,図2を用いて説
明する。 a)Al電極群4に電圧を印加しないとき。n1 とn0
が等しいため,導波レーザ光等の光線にとってスラブ導
波路1上に周期的凹み群2の光学材料3が見えず,光線
はスラブ導波路1内を直進する(通り抜ける)。 b)Al電極群4のうち,いずれか一つ以上のAl電極
4に所定の電圧Vを印加したとき。Al電極群4と透明
電極4′との距離をdとすると,上記電圧Vの印加によ
って,電場E=V/dがスラブ導波路1の電場屈折部材
1′及び光学材料3(Nb1 +X3-x )にかかる。上記光
学材料3は電気光学効果を持たないので,その屈折率は
1 のままであるが,スラブ導波路1の電場屈折部材
1′は電気光学効果を有するので,屈折率は次式のΔn
だけ変化する。 Δn=(1/2)r33・n0 ・E …(1) ここに,r33はスラブ導波路1のZ軸方向に電場をかけ
たときにZ軸方向に寄与する電気光学定数である。従っ
て,電場をかけた領域の周期的凹み2の内部と外部で屈
折率差が生じ,凹み部2の界面で導波光の散乱が起こ
る。もしここで,電圧を印加する電極のピッチが一定で
あれば,各界面からの散乱光(ホイヘンスの素源波)は
おたがいに位相があった方向に回折されることになる。
屈折率の変化Δnは,電場として結晶の絶縁破壊をもた
らす限界よりやや小さい10V/μmを印加したとき
(V=30V,t=3μm)でも1.6×10 -3程度で
あり,1界面での光強度透過率Tはフレネルの透過法則
に従って, T={(2n0 )/(2n0 +Δn)}2 =0.999273 …(2) と,極めて1に近く散乱は僅かであるが,周期的凹み部
2のピッチを1μmとし,導波方向2mmにわたって2
000個の凹みに電圧を印加すれば,凹みの両端でほぼ
式(2)で与えられる散乱が起こり,4000界面が生
じるから, T4000≒0.05 …(3) となり,約95%の光量が回折されることになる。
【0007】以上述べたように,上記実施例では,電極
4に選択的に電圧を印加することにより,偏向位置を平
行移動させることができる。これにより光走査素子を得
ることができ,その平行移動の分解能は電極ピッチで決
められる。また,その偏向角は,電圧を印加する電極4
のピッチpを変えることにより調整される。従って図2
(c)に示す如く,上記電極4のピッチpを除々に変え
るとによりk番目〜k+n番目の凹み部2からの散乱光
を1点Pに集光させることも可能である。上記のような
集光は電極に与える電圧の大きさを除々に変化させるこ
とによっても可能である。上述の実施例では,Al電極
群4及び周期的凹み群2は,図1(b)に示す如く導波
方向に直交する方向に直線の帯状に形成されているが,
上述の集光効果を高めるために,円形又は楕円の帯状
に,図3の如く,形成してもよい。また,前記Al電極
群4及び周期的凹み群2を,図4に示す如く,碁盤目状
に2次元配列させることにより,電極の2次元的選択を
可能とし,スラブ導波路1外の空間中の一点に集光させ
ることも可能である。上記の実施例では,電圧を印加し
ないとき,Tiを拡散させたLiNbO3 の屈折率と凹
み部2に充填した光学材料3(ND1+X3-x )の屈折率
とを厳密に一致させたが,10-3の精度で合っておれば
LiNbO3 の電気光学効果は双方向性であるので,バ
イアス電圧を適当に与えることによって両者の屈折率を
合致させることも可能である。また,上記の実施例で
は,スラブ導波路1(2次元導波路)を用いたが,チャ
ンネル導波路(1次元導波路)を用いることもできる。
なお,上記実施例では,スラブ導波路1をTi拡散Li
NbO3 により作成し,電気光学効果を持たせ,周期的
凹み群2の内部には電気光学効果を持たない光学材料3
(ND1+X3-x )を用いたが,図5に示す如く,スラブ
導波路1´を電気光学効果を持たない光学材料でステッ
プ型(屈折率の高い導波側と屈折率の低い基板からな
る)で構成し,その表面に周期的凹み群2´を形成し,
電気光学効果のある光学材料3´の堆積を形成してもよ
い。
【0008】
【発明の効果】本発明は,以上述べた如く構成されてい
るので,効率が高く,偏向分解能の高い光走査装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る光走査装置の概念を
示す図。
【図2】 その光走査の作用を示す図。
【図3】 同光走査装置の光導波路部材の形状例を示す
図。
【図4】 同光導波路部材の配置例を示す図。
【図5】 本発明の他の実施例を示す断面図。
【図6】 従来の光走査装置の概念図。
【符号の説明】
1…スラブ導波路 1′…電場屈折部材 4…Al電極群(電極群) 5…電圧駆動切り換
え回路(制御回路) 2…周期的凹み部 3…光学部材(光導
波路部材) 6…導波路型光走査装置 7…Si基板 8…バッファ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方向に発射された光線の進行経路を複
    数の経路に切りかえる光走査装置において,上記一方向
    に発射された光線の進行経路に直線的に設けられ,上記
    光が透過する材質により構成された複数の光導波路部材
    と,上記光導波路部材と交互に光線の進行経路に設けら
    れ,進行する光の屈折率が電場の有無により変化し,電
    場が有り又は無しの時上記光導波路部材の屈折率と等し
    いか近くなり,電場が無し又は有りの時上記光導波路部
    材の屈折率と離れた屈折率となる複数の電場屈折部材
    と,上記各電場屈折部材に対応して設けられた電極群
    と,該電極群の各電極に所定電圧を選択的に印加する制
    御回路とを具備してなることを特徴とする光走査装置。
JP4090819A 1992-04-10 1992-04-10 光走査装置 Pending JPH05289117A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005242214A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Keio Gijuku 光機能導波路、光変調器、アレイ導波路回折格子及び分散補償回路

Cited By (3)

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US7756376B2 (en) 2004-02-27 2010-07-13 Keio University Optical functional waveguide, optical modulator, arrayed waveguide grating, and dispersion compensation circuit

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