JPS62183440A - 光偏向装置 - 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】 技術分野 本発明は熱光学効果を利用した光偏向装置に関し、特に
その高速応答性や直線性を改善する技術に関するもので
ある。

従来技術 レーザプリンタなどに用いられる光偏向装置の一種に、
二次元光導波路を一面に有する基板を備え、その二次元
光導波路内を伝播する光の進行方向に対して交差する方
向において温度勾配を形成することによりその光を偏向
させる形式のものが知られている。このような熱光学効
果を利用した光偏向装置においては、一般に、基板の一
面に膜状の抵抗体を蒸着などの手法を用いて固着し、こ
の抵抗体に電力を供給してジュール熱を発生させること
によって上記温度勾配を形成していた。

発明が解決すべき問題点 しかしながら、斯る従来の形式の光偏向装置においては
抵抗体自体に熱を発生させ且つその熱を基板内へ伝導さ
せることにより温度勾配を形成するものであるため、光
偏向装置の重要な機能である高速応答性や直線性が充分
に得られなかった。

問題点を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その要旨とするところは、二次元光導波路を一面に有す
る基板を（Ｉｆｆｆえ、その二次元光導波路内を伝播す
る光の進行方向に対して交差する方向に温度勾配を形成
することにより光を偏向させる形式の光偏向装置におい
て、前記基板の一面上であって前記光の進行方向に対し
て交差する方向において照射エネルギー密度が連続的に
異なる加熱ビームを照射することにより前記温度勾配を
形成する温度勾配形成装置を設けたことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、温度勾配形成装置によって、基板の
一面上であって前記光の進行方向に対して交差する方向
において照射エネルギー密度が連続的または段階的に異
なる加熱ビームが照射されるので、基板の一面に備えら
れた二次元光導波路内には所定の温度勾配が速やかに形
成される。したがって、光偏向装置の高速応答性や直線
性が大幅に改善されるのである。

実施例 第１図は光偏向装置に用いられる基板１０を示している
。基板１０はＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　、　Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
：＋などの透光性および熱光学効果を備えた物質にて構
成されており、その上面には二次元光導波路１２が形成
されている。この二次元光Ｗ波路１２は、基板１０の上
面から”Ｉ”ｉ（チタン）などの拡散物質を一面に拡散
させることにより基板１０の厚み方向において屈折率が
局部的に高（された数ミクロンの層であり、基板１０の
一端に設けられた半導体レーザチップ１４から光取束部
１６を通して発射されたレーザビームは、基板１０の厚
み方向に閉じ込められた状態で二次元光導波路１２内を
基板１０の他端へ向かって伝（３させられるようになっ
ている。上記光取束部１６はチタン拡散、プロトン交換
などの手法によってフレネルレンズ状に局部的に屈折率
を高めたものであり、半導体レーザチップ１４からのレ
ーザビームを平行ビームとする機能を有する。

上記基板ＩＯにおいては、レーザビームの進行方向に対
して交差する方向、たとえばレーザビームの進行方向に
対して直交するＡ−Ａ“線の方向に温度勾配が第２図に
示すように存在しない場合には、半導体レーザチップ１
２から発射されたレーザビームは第１図のａに示すよう
に偏向されないで直線的に伝播し基板１０の他端から出
射する。

しかし、第３図に示す温度勾配が形成されるとｂに示す
ようにレーザビームが偏向される。このような温度勾配
によって二次元光導波路１２中において屈折率勾配が形
成されるので、この屈折率勾配が形成された部分を通過
するレーザビーム内の各部が経験する屈折率が異なって
光の進行方向が曲げられるのである。同様に、第４図に
示すように第３図の場合よりも緩い温度勾配が形成され
た場合には第１図のＣに示すようにｂよりも小さい角度
で偏向され、第５図に示すように第３図と逆の温度勾配
が形成されると、第１図のｄに示すようにｂと反対の方
向へ偏向される。したがって、基板ＩＯにおいて上記の
ような温度勾配が形成される部分は二次元光導波路１２
内を伝播するレーザビームを偏向させるための偏向部に
相当する。

なお、上記第２図、第３図、第４図、第５図は基板ＩＯ
の二次元光導波路１２内におけるＡ−Ａ　’線に沿った
温度分布であって八−Ａ°線を半導体レーザチップ１４
から見た場合のものである。

次に、上記温度勾配を形成するための温度勾配形成装置
２０を第６図および第７図にしたがって説明する。基板
１０の上方において前記Ａ−Ａ　’線と直交する軸２２
により反射板２４が回動可能に設けられており、その反
射板２４はスプリング２６によって一ロ動力向へ付勢さ
れるとともに積層電歪アクチュエータ２８によりスプリ
ング２６の付勢力に抗して回動させられるようになって
いる。偏向制御装置３０は上記積層電歪アクチュエータ
２８へ駆動信号を供給して反射板２４を往復回動させる
とともに、その回動速度を制御する。

一方、レーザ光源３２からの加熱用レーザビームはシリ
ンドリカルレンズ３４を通して反射Ｖｉ、２４へ入射さ
せられるようになっている。このシリンドリカルレンズ
３４は加熱用レーザビームを断面が直線状である平面状
のビームに変形させるものであり、基板１０上における
加熱用レーザビームの照射スポットは前記Ａ−Ａ“線と
直交する方向に長くなるようにされている。そして、前
記偏向制御装置３０はこのレーザ光源３２に駆動電力を
供給し、一定出力の加熱用レーザビームを出力させる。

以上のように構成された光偏向装置においては、レーザ
光源３２からの加熱用レーザビームは反射板２４を経て
基板１０の二次元光導波路１２に照射される。反射板２
４は偏向制御装置３０により回動速度が制御される結果
、基板１０上に照射される加熱用レーザビームの偏向角
度、換言すれば二次元光導波路１２上の加熱用レーザビ
ームの掃引速度はたとえば第８図に示すように変化させ
られる。このため、二次元光導波路１２上の前記Ａ−Ａ
’線の一端側（Ａ側）では、他端側（Ａ’側）と比較し
て加熱用レーザビームの掃引速度が遅くされて、加熱用
レーザビームから受ける照射エネルギー密度が他端側（
Ａ’側）と比較して高くなる。この結果、二次元光導波
路１２上のＡ−Ａ’線の一端側に位置する部分は他端側
に位置する部分に比較して温度が高くされるので、たと
えば前記第３図に示す温度勾配が形成されて、二次元光
導波路１２内を伝播するレーザビームが第１図のｂに示
すように偏向されるのである。

また、基板１０上に照射される加熱用レーザビームの偏
向角度、換言すれば二次元光導波路１２上の加熱用レー
ザビームの掃引速度が、偏向制御装置３０によりたとえ
ば第９図に示すように変化させられると、上記に比較し
て、二次元光■波路１２上の前記Ａ−Ａ“線の一端側（
Ａ側）では、加熱用レーザビームの掃引速度が速くされ
て加熱用レーザビームから受ける照射エネルギー密度が
減少する一方、他端側（Ａ’側）では、加熱用レーザビ
ームの掃引速度が遅くされて加熱用レーザビームから受
ける照射エネルギー密度が増加する。

このため、たとえば前記第４図に示す温度勾配が形成さ
れて、二次元光導波路１２内を伝播するレーザビームが
第１図のＣに示すように偏向されるのである。なお、加
熱用レーザビームの掃引周波数、すなわち第８図または
第９図に示す波動の周波数は、二次元光導波路１２内を
伝播するレーザビームの偏向周波数よりも充分に高くさ
れる。

本実施例によれば、上述のように加熱用レーザビームの
掃引速度が前記Ａ−Ａ　’線に沿った照射エネルギー密
度が連続的に変化するように制御されるとともに、その
加熱用レーザビームが直接に基板１０へ入射されること
により基板１０の偏向部に温度勾配が形成されるため、
基板ｌＯの上面に固着した膜状抵抗体に発熱させ且つそ
れを伝導させることにより温度勾配を形成する従来の場
合に比較して、高い高速応答性および直線性が得られる
のである。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。

第１０図において、レーザ光１ｇ３２からの加熱用レー
ザビームはシリンドリカルレンズ３４を通してポリゴン
ミラー４０へ入射させられるようになっている。ポリゴ
ンミラー４０は一定の回転速度で回転駆動されており、
加熱用レーザビームはポリゴンミラー４０に反射される
ことにより基板１０上を掃引される。基板１０上には、
掃引される加熱用レーザビームを受ける光センサ４２が
配設されており、光センサ４２からの信号は偏向制御回
路４４に供給される。偏向制御回路４４は、光センサ４
２からの信号に同期してレーザ光源３２に供給する駆動
電力を変化させることにより、レーザ光源３２から出力
される加熱用レーザビームの強さく出力）を加熱用レー
ザビームの掃引に同期して周期的に変化させるように構
成されている。

本実施例では、偏向制御回路４４はレーザ光源３２から
出力される加熱用レーザビームをスイッチングさせると
ともにそのスイッチングパルスを第１１図あるいは第１
２図に示すように変化させることにより、加熱用レーザ
ビームの強さを変化させる。たとえば、第１１図に示す
ように周期αで変化するスイッチング周波数にて加熱用
レーザビームがスイッチングされると、二次元光導波路
１２上の前記Ａ−Ａ　’線の一端側（Ａ側）では、他端
側（Ａ’側）と比較して加熱用レーザビームから受ける
照射エネルギー密度が他端側（Ａ’側）と比較して高く
なる。この結果、二次元光導波路１２上のＡ−Ａ　’線
の一端側に位置する部分は他端側に位置する部分に比較
して温度が高くされるので、たとえば曲屈第３図に示す
温度勾配が形成されて、二次元光４波路１２内を伝播す
るレーザビームが第１図のｂに示すように偏向されるの
である。

また、第１２図に示すように加熱用レーザビームがスイ
ッチングされると、上記に比較して、二次元光導波路１
２上の前記Ａ−Ａ　’線の一端側（Ａ側）では、加熱用
レーザビームから受ける照射エネルギー密度が減少する
一方、他端側（Ａ“側）では、加熱用レーザビームから
受ける照射エネルギー密度が増加する。このため、たと
えば前記第５図に示す温度勾配が形成されて、二次元光
導波路１２内を伝播するレーザビームが第１図のｄに示
すように偏向されるのである。なお、本実施例では加熱
用レーザビームのスイッチング周波数の変化周期αは二
次元光導波路１２内を伝播するレーザビームの偏向部１
更よりも充分に小さくされる。

本実施例でも、加熱用レーザビームのスイッチング周波
数が前記Ａ−Ａ“線に沿った照射エネルギー密度が連続
的に変化するように制御されるとともに、その加熱用レ
ーザビームが直接基板ｌＯに照射されることにより温度
勾配が形成されるので、前述の実施例と同様の効果が得
られる。

第１３図に示すように、温度勾配形成装置２０は、二次
元光導波路１２の偏向部、すなわち温度勾配形成部分全
体に加熱用ビームを同時に照射するものであっても良い
。すなわち、レーザ光源３２からの加熱用レーザビーム
は凸レンズ５０によって拡げられ且つコリメートレンズ
５２によって平行ビームとされた後、ガルバノミラ−５
４によって第１曲面反射板５６または第２曲面反射板５
８へ向かって反射させられる。ガルバノミラ−５４は図
示しない電磁アクチュエータによって破線に示す位置と
の間で往復回動させられるので、ガルバノミラ−５４に
よって反射された加熱用レーザビームは第１曲面反射板
５６または第２曲面反射板５８へ交互に向う。第１曲面
反射板５６または第２曲面反射板５８からの反射光には
強度分布が形成されるので、二次元光導波路１２の偏向
部におい、てたとえば第３図に示す温度勾配と第５図に
示す温度勾配が前記Ａ−Ａ　’線に沿って交互に形成さ
れ、二次元光導波路１２内を伝播するレーザビームが交
互に偏向されるのである。本実施例においても、加熱用
レーザビームが第１曲面反射板５６または第２曲面反射
板５８に反射されることにより前記Ａ−Ａ　’線に沿っ
た照射エネルギー密度が連続的に変化するように強度分
布が形成されるとともに、その加熱用レーザビームが基
板１０に直接に照射されることにより温度勾配が形成さ
れるので、前述の実施例と同様の効果が得られる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、上述の実施例の加熱用ビームは、レーザビー
ムに限らず、コヒーレントではない他の光が用いられ得
るし、また、加熱用ビームは可視光に限定されるもので
はなく、必要に応じて赤外光や紫外光などの種々の波長
の光が用いられ得る。

また、第１０図の実施例において、ポリゴンミラー４０
に替えて、ホログラムスキャナが用いられてもよい。

また、第１０図の実施例では、スイッチング周波数を変
化させることにより加熱用レーザビームの出力を変化さ
せていたが、スイッチングされる加熱用レーザビームの
デユーティ比を変化させることにより加熱用レーザビー
ムの出力を変化させてもよいのである。

また、第１３図の実施例においてはガルバノミラ−５４
により、第１曲面反射板５６または第２曲面反射板５８
へ加熱用レーザビームが交互に当てられているが、第１
曲面反射板５６および第２曲面反射板５８に向かって加
熱用レーザビームを交互に出力する一対のレーザ光源を
設けてもよいのである。

また、前述の実施例においては、高温となる程屈折率が
高くなる物質、すなわち熱光学係数が正である物質が用
いられているが、熱光学係数が負である物質でも良いの
である。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第６図の光偏向装置に用いられる基板を示す斜
視図である。第２図、第３図、第４図、および第５図は
第１図のａ、ｂ、ｃ、ｄに示す偏向方向を生じさせるた
めに基板内に形成される温度勾配をそれぞれ示す図であ
る。第６図は本発明の一実施例の光偏向装置を説明する
図である。第７図は第６図の要部を示す図である。第８
図および第９図は第６図の実施例における加熱用レーザ
ビームの偏向角度の時間的変化をそれぞれ示す図である
。第１０図は本発明の他の実施例を示す第６図に相当す
る図である。第１１図および第１２図は第１０図の実施
例における加熱用レーザビームのスイッチングパルスの
周波数変化を示す図である。第１３図は本発明の他の実
施例を示す第６図に相当する図である。 １０：基板　　　　　　１２；二次元光導波１路２０：
温度勾配形成装置 出願人　　ブラザー工業株式会社 第１図 第２図　　　　　　　第４図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二次元光導波路を一面に有する基板を備え、該二次元光
   導波路内を伝播する光の進行方向に対して交差する方向
   に温度勾配を形成することにより該光を偏向させる形式
   の光偏向装置において、前記基板の一面上であって前記
   光の進行方向に対して交差する方向において照射エネル
   ギー密度が連続的に異なる加熱ビームを照射することに
   より前記温度勾配を形成する温度勾配形成装置を設けた
   ことを特徴とする光偏向装置。