JPS6287945A - 光走査装置 - 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】 （発明の分野） 本発明は光走査装置、特に詳細には熱により光屈折率を
変える熱光学材料を用いて光走査を行なうようにした光
走査装置に関するものである。

（従来の技術） 周知の通り従来より、光走査式の記録装置や、読取装置
が種々提供されている。このような装置において記録光
あるいは読取光を１次元的に走査する光走査装置として
従来より、 ■例えばガルバノメータミラーやポリゴンミラー（回転
多面鏡）等の機械式光偏向器により光ビームを偏向走査
させるもの、 ■ＥＯＤ　（電気光学光偏向器）やＡＯＤ　（音響光学
光偏向器）など固体光偏向素子を用いた光偏向器により
光ビームを偏向走査させるもの、■液晶素子アレイやＰ
ＬＺＴアレイ等のシャッタアレイと線光源とを組み合わ
せ、シャッタアレイの各シャッタ素子に個別的に駆動回
路を接続し、画像信号に応じて、０Ｎ１０ＦＦを選択し
て同時に開くことにより線順次走査をざぜるもの、ざら
には ■ＬＥＤ等の発光素子を多数−列に並設し、各発光素子
に個別的に駆動回路を接続し、画像信号に応じて０Ｎ１
０ＦＦを選択して同時に発光させることにより線順次走
査させるもの等が知られている。

ところが上記■の機械式光偏向器は振動に対して弱く、
また機械的耐久性も低く、その上調整が面倒であるとい
う欠点を有している。ざらに光ビームを振って偏向させ
るために光学系が大きくなり、記録装置や読取装置の大
型化を招くという問題もある。

また■のＥＯＤやＡＯＤを用いる光走査装置にあっても
、上記と同様に光ビームを撮って偏向させるために、装
置が大型になりやすいという問題がある。特に上記ＥＯ
ＤやＡＯＤは光偏向角が大きくとれないので、■の機械
式光偏向器を用いる場合よりもざらに光学系が大きくな
りがちである。

一方■のシャッタアレイを用いる光走査装置にあっては
、偏光板を２枚使用する必要がおることから、光源の光
利用効率が非常に低いという問題がある。

また■の発光素子を多数並設して用いる光走査装置にあ
っては、各発光素子の発光強度にバラツキが生じるため
、精密走査には不向きでおるという問題がある。

上記のような事情に鑑み本出願人は、耐久性、耐振動性
に優れ、調整が容易で、光利用効率が高く、精密走査が
可能で、しかも小型に形成されつる光走査装置を提案し
た（特願昭６０−７４０６１号）。この光走査装置は、 少なくとも一方がエネルギー付加により光屈折率を変え
る材料からなり、互いに密着された光導波層と通常は該
光導波層よりも小さい光屈折率を示す隣接層との積層体
と、 上記光導波層および／または隣接層に、光導波層内を進
む導波光の光路に沿って設けられた複数のエネルギー付
加手段と、 上記隣接層の上部の、少なくとも上記エネルギー付加手
段によるエネルギー付加箇所に対応する部分にそれぞれ
設けられた回折格子と、上記複数のエネルギー付加手段
を順次択一的に所定のエネルギー付加状態に設定し、そ
のエネルギー付加箇所において導波光が前記回折格子と
の相互作用により前記積層体の外に出射するように光導
波層および／または隣接層の光屈折率を変化させる駆動
回路とから構成され、 光導波層の光屈折率（ｎｌ）および／または隣接層の光
屈折率（ｎｌ、通常状態すなわちエネルギーが付加され
ていない状態ではｎｌ＞ｎｌの関係を持つ）を、その差
（ｎ２ｒｌｌ＞が小ざくなるよう（、あるいはｎ２≦０
１となるように変化させて、光導波層中に閉じ込められ
た導波光の界分布を変化させ、回折格子との相互作用に
よって導波光を光導波層と隣接層との積層体から外部へ
取り出し、これを走査光として利用するようにしたもの
である。

上記構成の光走査装置は、単一の光源を使用するもので
あるから、前記ＬＥＤアレイ等にみられる光源の発光強
度バラツキの問題が無く、精密走査が可能となり、光源
の光利用効率も高められる。

またこの光走査装置は、機械的作動部分を備えないから
耐久性、副搬動性に優れて調整も容易であり、さらに光
ビームを大きく振らずに走査可能であるから、この装置
によれば、光走査系の大型化を回避し、光走査記録装置
あるいは読取装置を小型に形成することができる。

前述のようにエネルギー付加により光屈折率を変える材
料としては、電界により光屈折率を変える電気光学材料
、熱により光屈折率を変える熱光学材料、超音波により
光屈折率を変える音響光学材腔１、磁界により光屈折率
を変える磁気光学材料等が利用可能であるが、そのうち
の熱光学材料を使用する場合には、所望箇所を効率良く
加熱することが難しく、またその光屈折率を変化させる
エネルギー付り口手段として発熱ヘッドが必要になるか
ら、構成が複雑になりやすいという難点が有った。

（発明の目的） そこで本発明は、前記特願昭６０−７４０６１号に示さ
れるような光走査装置において、エネルギー付加により
光屈折率を変える材料として熱光学材料を用い、この熱
光学材料の所望箇所が効率良く加熱され１ｑ、しかも構
成が簡単な光走査装置を提供することを目的とするもの
である。

（発明の構成） 本発明の光走査装置は、先に述べたように少なくとも一
方がエネルギー付加により光屈折率を変える材料からな
る光導波層と隣接層との積層体と、複数のエネルギー付
加手段と、回折格子と、駆動回路とを有し、上記材料と
して熱光学材料が利用され、またエネルギー付加手段が
発熱ヘッドとされた光走査装置において、 上記回折格子を透明な電熱材料（すなわち電流を流すこ
とによって発熱する材料）から形成して、これを発熱ヘ
ッドとして並用し、そして上記駆動回路を、これらの回
折格子に順次択一的に発熱用の電流を供給するように形
成したことを特徴とするものである。

（作　　用） 上記のように隣接層の表面に設けられた回折格子を発熱
させると、この回折格子に対向する箇所において隣接層
および／または光導波層を所定温度に加熱することがで
きる。したがってこれら隣接層および／または光導波層
を熱光学材料から形成してお（プば、光導波層の光屈折
率（ｎｌ）と隣接層の光屈折率（ｎｌ）の関係を、前述
のように通常時（この場合は非加熱時）のｎｌ　＞ｎｌ
の関係から、差（ｎｌ　　ｎｘ）が小さくなるように、
あるいはｎ２≦ｎ１となるように変化させることができ
、導波光を積層体外へ取り出すことができる。

より詳細に説明するならば、例えば第１図に示すように
この光走査装置が、基板１０上に光導波層１１、表面に
回折格子Ｇが設けられた隣接層１２（熱光学材料から形
成されている）を右し、基板１０の光屈折率ｎ３、光導
波層１１の屈折率ｎ２、加熱されていないときの隣接層
１２の光屈折率ｎ１の間にｎｌ　＞ｎｌ　、ｒｈの関係
が成り立っているものとする。

第１図で示した構成の場合、隣接層１２が加熱されない
時の分散曲線は第２図（ａ）のように表わされる。第２
図（ａ）において縦軸は光の実効屈折率を、また横軸は
光導波層１１の厚みを表わし、光導波層１１の厚みをＴ
とすると、光導波層１１の実効屈折率はｎｅｆｆである
。この時導波光１４の界分布（Ｎ部分１５）は、例えば
ＴＥｏモードを仮定すると、第３図（ａ＞のように表わ
される。第３図（ａ＞は導波光が隣接層１２や基板１０
にわずかに浸み出しているものの、回折格子Ｇと相互作
用をするにはいたらず、導波光がほとんど外部へ漏れず
に光導波層１１中を進行している状態を示している。

次に、隣接層１２の表面に直接あるいは中間層を介して
設けた透明電熱材料製回折格子Ｇに電流を流して発熱さ
せ、回折格子対向部分Ｐにおける隣接層１２を所定温度
に加熱してその光屈折率をｎｌからｎ、＋△ｎへ増大さ
せる。この時、分散曲線は第２図（ｂ）の１点鎖線で表
わせられ、光導波層１１の実効屈折率ｎ　ｅｆｆは”ｅ
ｆｆ　　に増大する。

この時の導波光の電界分布は第３図（ｂ）のように変化
し、隣接層１２への導波光の浸み出し光が、回折格子Ｇ
と十分相互作用するように増加する。

その結果、図の斜線部の浸み出し光が図の上方（回折格
子Ｇの種類によっては下方又は上下双方）へ放射されな
がら進行し、遂には、はとんどの導波光が外部へ取り出
される。

また、第１図で示した構成において、隣接層１２の光屈
折率をｎｌからｎ１＋△ｎ１１に変化させたとき、この
ｎ１＋△ｎＴＴの値が、隣接層１２の光屈折率の変化に
伴って変化する光導波層１１の実効屈折率ｎ１１　　　
と等しくなるほどに大きくなると、ｅｌ’ｆ その分散曲線は第２図（Ｃ）の１点鎖線のようになり、
導波光は導波モードから放射モードへ変換し、光は隣接
層１２へ移行する。このときの導波光の電界分布は第３
図（Ｃ）のように変化し、導波光は隣接層１２へ多量に
漏れ出し、回折格子Ｇと相互作用して図の上方（および
／または下方）へ放射されながら進行し、速やかに外部
に取り出される。また、隣接層１２の光屈折率ｎ、を光
導波層１１の光屈折率ｎ２と略等しいか又はｎ２よりも
大きくなるように変化させることによって、光導波層１
１内の導波光の全反射条件を変化させて導波光を隣接層
１２中に移動させ、更に回折格子Ｇとの相互作用により
、外部へ取り出すことができる。このようにして、加熱
した箇所で導波光を外部に取り出すことができるから、
上述の回折格子Ｇを複数、１列に延びるように股【ブて
おき、各回折格子Ｇに順次択一的に加熱用電流を供給す
れば、隣接層１２からは出射位置を変えながら光が出射
するようになり、光走査がなされる。

なお前述のように隣接層１２を熱光学材料から形成して
その光屈折率を変化させる他、反対に光導波層１１を熱
光学材料から形成して隣接層１２越しに加熱し、該光導
波層１１の光屈折率を変化させる（低下さぜる）ように
してもよいし、さらには光導波層１１と隣接層１２の双
方を熱光学材料から形成して双方を加熱し、双方の光屈
折率を変化させるようにしてもよい。

またこの場合、回折格子Ｇの横道を集光回折格−子にし
ておくと、取り出された光は一点へ集光し、散逸を防ぐ
ことができる。

（実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第４図は本発明の一実施態様による光走査装置２０を示
すものでおる。基板１０の上には、光導波層１１と該光
導波層１１に密着した隣接層１２とからなる積層体１３
が設けられている。なお隣接層１２は熱光学材料から形
成されている。そして前述のように光導波層１１内を光
が進行しうるように光導波層１１、隣接層１２、基板１
０はそれぞれ、前記関係ｎ２　　＞ｎｌ　　、　　ｎ３ を満たす材料から形成されている。なお前述の通り、ｎ
２　、ｎ３はそれぞれ光導波層１１、基板１０の光屈折
率、ｎｌは隣接層１２の非加熱時の光屈折率である。こ
のような光導波層１１、隣接層１２、基板１０の材料の
組合せとしては例えば、（Ｎｔ）２０５：に３　Ｌ　ｌ
２Ｎｂ＝　Ｏｔｓ　ニガラス）、ＣＮｂｚ　Ｏｓ　　：
ＬｉＮｂＯ３：カラス〕等が挙げられる。なお光導波路
については、例えばティー　タミール（Ｔ。

Ｔａｍ１ｒ）偏ｒインチグレイテッド　オプテイクス（
■ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）Ｊ（トピックス
　イン　アプライド　フィジックス（Ｔｏｐｉｃｓ　　
ｉｎ　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓ　ｉ　Ｃ５＞第７
巻）スプリンガー　フエアラーグ（３ｐｒｉｎｇｅｒ−
Ｖｅｒｌａｇ）刊（１９７５）；西原、春名、楢原共著
「光集積回路」オーム社用（１９８５）等の成著に詳細
な記述がある。

また光導波層１１、隣接層１２、基板１０はそれぞれ一
例として厚さ０．５〜１０μｍ、１〜５０μｍ、１μｍ
以上に形成されるが、これに限られるものではない。

隣接層１２の表面には、透明電熱材料から形成された回
折格子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｑｎが１列に並設されて
いる。上述の透明電熱材料としては例えば、１ｎ２０３
と５ｎＯｚとからなるもの等が挙げられる。なお回折格
子Ｇ１〜Ｑｎの大きさは、例えば１０Ｘ１０μｍ−Ｑ、
２Ｘ５Ｍ程度とされ、各回折格子Ｇ１〜Ｇｎ間の間隔は
１００〜２００μｍ程度に設定される。各回折格子０１
〜Ｇｎを構成する複数の格子要素は、両端部においてそ
れぞれ互いに電気的に導通するようにされ、そして各回
折格子Ｇ１〜（３ｎは基板１０上に形成されたドライバ
１５に接続されている。なおこのドライバ１５は、基板
１０とは独立して設けられてもよい。

−５光導波層１１には、回折格子０１〜Ｇｎの並び方向
の延長上において、導波路レンズ１６が形成されており
、また基板１０には光導波層１１内の上記導波路レンズ
１６に向けてレーザビーム（放射ビーム＞　１４’　、
！−射出する半導体レーザ１７が取り付けられている。

第５図は上記光走査装置２０の駆動回路２１を示すもの
である。以下この第５図も参照して、光走査装＠２０の
作動について説明する。まず前述の半導体レーザ１７が
駆動され、レーザビーム１４′が光導波層１１内に射出
される。このレーザビーム１４′は導波路レンズ１６に
よって平行光１４とされ、この光１４は光導波層１１内
を導波モードで回折格子Ｇ１〜Ｑｎの並び方向に進行す
る（第４図参照）。そして回折格子０１〜Ｇｎには、加
熱用電源２２からの電流Ｉが、前記ドライバ１５を介し
て流される。このドライバ１５は、クロック信号ＣＬＫ
に同期して作動するシフトレジスタ２３の出力を受けて
作動し、電流Ｉを供給する回折格子Ｇ１〜（３ｎを１つ
ずつ１順次選択して、電流供給を行なう。つまり最初は
ｎｌ［ｌの回折格子０１〜Ｇｎのうち１番目の回折格子
Ｇ１のみに、次は２番目の回折格子Ｇ２のみに、・・・
・・・と電流■が供給される。こうして回折格子０１〜
Ｑｎに順次電流■が流されると各回折格子Ｇ１〜Ｇｎｔ
ｆｉ順次発熱し、発熱した回折格子に接している部分の
隣接層１２が加熱され、その光屈折率が高くなる。する
と前述したように前記光（導波光）１４は上記光屈折率
が変化した部分において、光導波層１１から隣接Ｍ１２
側に出射し、回折格子０１〜Ｇｎの回折作用により隣接
層１２外に出射する。

つまり最初は回折格子Ｇ１から、次は回折格子Ｇ２から
、回折格子Ｑｎの次は元に戻って回折格子Ｇ１から、と
光１４の出射位置が順次変化するので、被走査体１８は
この出射した光１４により、第４図の矢印Ｘ方向に走査
されるようになる（なお光出射位置が、回折格子Ｇ１→
Ｇ２→・・・・・・Ｇｎ−＋Ｇ　（ｎ−１）→Ｇ　（ｎ
−２）・・・と変化するように、回折格子Ｇ１〜Ｑｎへ
の電流供給を制御してもよい）。

そして上記のようにして主走査を行なうとともに、クロ
ック信号ＣＬＫによって該主走査と同期をとって被走査
体１８を第４図の矢印Ｙ方向に移動させて副走査を行な
えば、この被走査体１８は２次元に走査されることにな
る。

なお本実！態様において隣接層１２の表面に設けられる
回折格子Ｇ１〜Ｇｎは、集光回折格子として形成されて
あり、該回折格子Ｇ１〜Ｇｎから出射した光１４は、被
走査体１８上の一点に集束されるようになっている。こ
の集光回折格子は、光導波層１１内の導波光１４の進行
方向に２次曲線状の格子パターン（グリッドパターン）
を並設し、そして各パターンの曲率とパターン間ピッチ
を変化させてなるものであり、それにより上述のような
集束作用を有するものとなっている。なおこのような集
光回折格子については、例えば電子通信学会技術研究報
告０ＱＣ８３−８４の４７〜５４ページ等に詳しく記載
されている。

また、半導体レーザ１７を光導波層１１に直接結合せず
に、レンズやカプラープリズム、グレーティングカブラ
等を介して光導波層１１に光を入射させるようにしても
よい。また半導体レーザ１１は光導波層の形成時に、こ
れと一体に作られてもよい。

走査光を発生する光源は上述の半導体レーザ１７に限ら
ず、その他例えばガスレーザや固体レーザ等が用いられ
てもよい。

また隣接層１２かう出射した光１４を１点に集束させる
には、前記のように回折格子Ｇ１〜Ｇｎ８集光回折格子
とする他、第６図に示すように、光走査装置２０と被走
査体１８との間に例えばセルフォックレンズアレイ等か
らなるレンズアレイ３０を設けるようにしてもよい。ま
た第７図に示すように隣接層１２の上に、各回折格子Ｇ
１．Ｇ２、Ｇ３〜Ｇｎに対向する位置にレンズＬ１、Ｌ
２、Ｌ３〜Ｌｎが設けられたレンズアレイ層３１を設け
るようにしてもよい。この場合上記レンズ１１〜Ｉｎは
、第７図に示されるように通常の凸レンズ状としてもよ
いし、またアレイ層材料の屈折率に分布を与えてなる屈
折率分布型レン゛ズとしてもよい。ざらには上記のよう
なレンズアレイ３０やレンズアレイ層３１と、前記集光
回折格子の双方によって光１４を集束させるようにして
もよい。しかし上記集光回折格子のみを用いれば、レン
ズアレイ３０ヤレンズアレイ層３１が不要となり、光走
査装置の構造が簡単になって好ましい。また隣接層１２
から出射する光１４を以上説明のようにして集束させる
ことは必ずしも必要ではなく、場合によっては平行光、
あるいは拡散光によって被走査体１８を走査するように
してら構わない。

以上説明した実施態様においては、光導波層１１と隣接
層１２とのｖ４層体１３は基板１０上に設けられている
が、特にこのような基板１０を用いず、光導波層１１が
直接空気に接するようにしても構わないし、ざらには光
導波層１１の両表面に隣接層１２を積層して、光導波層
１１の上下両側に走査光を出射させ、２つの被走査面を
同時に走査することも可能である。

また本発明の光走査装置は、走査光取出し部分である回
折格子Ｇ１〜Ｇｎの列が複数列並ぶように形成して、複
数の走査光を同時に取出し可能とすることもできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光走査装置は、単一の
光源を使用するものであるから、前記ＬＥＤアレイ等に
みられる光源の発光強度バラツキの問題が無く、精密走
査が可能となり、光源の光利用効率も高められる。また
本発明の光走査装置は機械的作動部分を備えないから耐
久性、耐振動性に優れて調整も容易でおり、ざらに光ビ
ームを大きく振らずに走査可能でおるから、本発明装置
によれば、光走査系の大型化を回避し、光走査記録装置
あるいは読取装置を小型に形成することができる。

しかも本発明の光走査装置においては、隣接層からの走
査光取出し部分となる回折格子によって隣接層および／
または光導波層を加熱するようにしだから、走査先取出
しのために光屈折率を変化させたい部分がこの回折格子
によって全面的かつ直接的に効率良く加熱されるように
なり、この加熱のための消費エネルギーが低減されうる
。そして本発明装置においては上述の通り、隣接層から
走査光を取り出すための回折格子が発熱ヘッドを兼ねて
いるから構成が簡単になり、信頼性向上、コストダウン
の効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の光走査の仕組みを説明する説明図
、 第２図は第１図の構成の分散曲線を示すグラフ、第３図
は第１図の構成における導波光の電界弁イ「を示す概念
図、 第４図は本発明の一実施態様による光走査装置を示す斜
視図、 第５図は上記光走査装置の電気回路を示すブロック図、 第６図、第７図はそれぞれ、本発明の第２実施態様、第
３実施態様による光走査装置の一部を示す側面図でおる
。 １０・・・基板　　　　　　　１１・・・光導波層１２
・・・隣接層　　　　　　１３・・・積層体１４・・・
光　　　　　　　　１５・・・ドライバ１６・・・導波
路レンズ　　　１７・・・半導体レーザ２０・・・光走
査装置　　　　２１・・・駆動回路２２・・・加熱用電
源　　　　２３・・・シフトレジスタ０１〜Ｇｎ・・・
回折格子 ；、、Ｊｓ５図 第６１３１ １ρ ２゜ 第７Ｌス１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方が加熱により光屈折率を変える材
   料からなり、互いに密着された光導波層と非加熱時は該
   光導波層よりも小さい光屈折率を示す隣接層との積層体
   と、 透明電熱材料からなり前記隣接層の表面に、前記導波層
   内を進む導波光の光路に沿つて設けられた複数の回折格
   子と、 これら複数の回折格子に順次択一的に電流を供給して発
   熱状態に設定し、この熱が加えられた箇所において前記
   導波光が該回折格子との相互作用により前記積層体の外
   に出射するように前記光導波層および／または隣接層の
   光屈折率を変化させる駆動回路とからなる光走査装置。
2. （２）前記回折格子が、前記光導波層から前記隣接層内
   に入射した光を、集束するように出射させる集光回折格
   子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光走査装置。
3. （３）前記積層体の外側に、出射した光を集束させる集
   束光学系が設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第２項いずれか１項記載の光走査装置。