JPS6364765B2 - - Google Patents

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JPS6364765B2
JPS6364765B2 JP55012939A JP1293980A JPS6364765B2 JP S6364765 B2 JPS6364765 B2 JP S6364765B2 JP 55012939 A JP55012939 A JP 55012939A JP 1293980 A JP1293980 A JP 1293980A JP S6364765 B2 JPS6364765 B2 JP S6364765B2
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waveguide
bright spot
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lens
scanning
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices
    • G02F1/335Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は輝点走査を行なう為の装置に関するも
のである。そして本発明は、薄膜導波路を利用し
て、新規でコンパクトな輝点走査素子を提供する
ものである。
従来、輝点走査装置としては、レーザービーム
を利用したものがあり、それらはレーザービーム
を偏向する為のポリゴン回転鏡や偏向光束を集光
し線形な輝点運動に変換する為の―θレンズ等
から構成されていいる。しかしながらこれら従来
の装置は、各作用部が個々独立してかつ相互に一
定光路間隔を必要とする為装置の組立及び精密な
調整が非常に複雑であり、また組み立てた装置は
大型になる等の欠点を有していた。
本発明の第1の目的は偏向器と集光レンズが同
一基盤上に一体化されたコンパクトで安定かつ、
組立調整が不要な輝点走査素子を与えることであ
る。また、本発明の第2の目的はコンパクトで組
立調整の不用な輝点走査素子であつて、更に走査
に伴う焦点ずれが生じない輝点走査素子を提供す
る事である。
本発明は最近開発されつつある薄膜導波路光集
積技術を利用して上記目的を達成するものであ
る。上記技術はT.Tamir著「Integrated Optics」
Spinger Varlag社(1975)等に解説されており、
その内容は、基盤上に形成された薄膜導波路に薄
膜レンズやA/O偏向器、E/O変調器等を形成
して光集積回路を作成するものである。本発明は
これらの技術を輝点走査装置に適用して光偏向器
と集光レンズが同一基盤上に一体化された装置を
形成し、従来の大型で精密調整を必要とする輝点
走査装置にとつてかわつたコンパクトで組立調整
の不用な装置を得るものである。
以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の第1実施例の輝点走査素子を
示す。この輝点走査素子では、基盤1上に形成さ
れた導波路2にプリズムカツプラー3、櫛の歯状
電極6及び薄膜レンズ9が設けられている。今レ
ーザー平行光束4がプリズムカツプラー3を通じ
て導波路2中に光束5として導かれる。そして導
波路を伝わる光束5は、導波路2の1部に設けら
れた櫛の歯状電極6によつて励起される所の超音
波表面弾性波7により回折作用をおこし偏向され
る。更にこの偏向光束8は薄膜レンズ9により薄
膜導波路の端面10に輝点11を形成するように
集光される。即ち端面10は、x―z面(図示)
内でパワーを有する薄膜レンズ9の焦点面とほぼ
一致した位置に形成されており、集光光束は端面
10又はその近傍にx方向において集光し、射出
する。またx―z面と垂直なy方向には導波路の
厚みd(通常数μm)で限定されている。このよ
うな構成において、本実施例の輝点走査素子では
前記櫛の歯状電極6に印加する高周波電圧の周波
数を変化させて、導波路上の超音波表面弾性波の
波長を変える事により偏向角を制御し、射出端面
上で輝点走査を行なう。このように本実施例の輝
点走査素子は、光偏向器及び集光レンズを同一基
盤上に設け、その導波路の射出端面又はその近傍
に輝点を形成し走査する為、非常にコンパクトで
あるとともに精密な調整が不用である等の利点を
有している。
次に上記実施例の輝点走査素子の各構成部分に
ついて更に詳しく説明する。
基盤1は圧電効果を有し、高周波の超音波が能
率良く伝播される材料が適しており、LiNbO3
LiTaO3、ZnO等が望ましい。また導波路2は、
LiNbO3基盤の場合はTiを高温(約1000℃)下で
in―diffuseして基盤上に数μmの厚さで形成す
る。また、LiTaO3基盤の場合は、Nb又はTiをin
―diffuseして得られる。更に他の例が前掲書に
記述されているが、本実施例の導波路は高屈折率
でかつ基盤との屈折率差が大きく導波路を薄くし
ても光が伝播される材料で形成される事が望まし
い。また導波路の屈折率が高い為、集光レンズで
形成される端面上の輝点は非常にスポツト径の小
さい、つまりシヤープなものを得ることができ
る。
偏向器は、超音波表面弾性波を利用するものが
望ましく、本実施例では第2図に示した如く、圧
電性の導波路面上に形成された櫛の歯状電極6に
より超音波を励起する。櫛の歯状電極のピツチa
は励起する超音波の中心波長の1/2に設定する。
例えばLiNbO3基盤で電極ピツチa=16.5μmに設
定すれば200MHzの高周波電圧を印加した時、波
長33μmの超音波が励起可能である。(超音波の
速度は約6.6×106mm/secである。)この一つの電
極で得られる偏向器の帯域は、励起された超音波
が作るブラツグ型回折格子の角度選択幅と、この
圧電材と電極からなるトランデユーサー自身がも
つ帯域により制限される。前者のブラツグ回折に
より制限される帯域はProc IEEE64、776(1976) E.G.Lean et al「Thin Film Acoustooptic
Devices」より次式で与えられる。
△ν1=2nv/λ0 Λ/L (1) ここで n:導波路の屈折率 λ0:入射光束の波長 v:超音波表面弾性波の速度 Λ:同じく弾性波の波長 L:同じく弾性波の幅 である。
また、印加周波数を△νだけ偏奇させたときの
偏向角△ψは次式で与えられる。
△ψλ0/nv△ν (2) この偏向角内で互いに分離可能な走査点数Nは
次式で与えられる。但しWは入射光束幅である。
N=△ν・W/v (3) 例えば、△ν=50MHz、W=10mm、v=6.6×
106mm/secのとき、N=75点となる。
更に走査点数を拡張する時はC.S.Tsaiらによつ
て示された広帯域偏向器等を利用する事ができ
る。(SPIE vol139、P139、1978)これは第3図
に示す如く、互にピツチの異なる複数個の電極を
各波長帯域に応じて入射光に対してブラツグ回折
条件を満たす角度で配置し、各々のトランデユー
サー12に広帯域の1部を分担させ、そして電極
に周波数が連続的に変わるいわゆるチヤープト信
号を入力して500MHzの広帯域を変化させるもの
である。これにより1250点の走査点を得る事が可
能である。
次に薄膜レンズ9としては、IEEE Qun Elect
vol QE―13、P129、1977(byD.W.Vakey&Van
E.Wood)にも示されているモードインデツクス
レンズ(mode index lens)、ルネブルクレンズ
(Luneburg lens)、ジオデイツクレンズ
(geodesic lens)等が適している。この後者の二
種のレンズにより理論解像限界に近い性能が得ら
れている。
薄膜レンズにより集光されるx方向における輝
点の大きさ(直径)δは次式で与えられる。
δ=2.44λO/nW (4) =2.44(λO/n)F (5) ここで、Fはf/Wで与えられるFナンバーであ る。
本実施例においてFナンバーを2.0、入射光の
波長λ0=820nm、、導波路の屈折率n=2.2に設定
した時、x方向の輝点直径δは1.8μmであり、ま
た導波路膜厚を1.5μmに形成する事によつて射出
端面10においてほぼ円形の輝点を得る事ができ
る。また第1図において射出面はxy面に平行な
端面10とせず、端面を斜設する事によつて光を
y方向に折り曲げx−z面に平行な導波路表面の
端の帯領域を射出端面としても良い。
このように本発明の輝点走査素子においては偏
向器、と集光レンズが同一基盤上に形成されてい
るため、コンパクトで配置ずれのない安定な素子
となる。
所で一般の光学系における薄肉レンズの像面は
ほぼフラツトであり、従がつて輝点もほぼ平面内
を走査する。しかしながら薄膜レンズのように特
殊なレンズを使用すると、像面(集光点の軌跡)
が非常に彎曲する為、狭い帯域を走査する場合に
おいてはその影響は無視できるが、非常に広い帯
域を走査する場合は問題となる。
前述した如き3つのタイプのレンズの場合、光
束が△ψだけ偏向された時の集光点の位置は、軸
上光束の焦点面よりも△=1/cos(△ψ/2)−1の ずれが生じ、輝点走査面は湾曲する。もし、△ψ
が小さく、例えば△ψ=6゜程度であれば△=1μm
であつて無視できる。偏向角が大きい即ち走査帯
域が広い場合に、第1図の如き平端面上で輝点走
査をすると走査途中で焦点ずれによつて平端面上
の輝点の大きさが変動し非常に不都合である。こ
の不都合を解決した実施例を第4図に示す。
第4図示の如き前述した3つのタイプの円形薄
膜レンズ9の像面は、x−z面内で薄膜レンズ9
の円心円上にある。従つてこの焦点外れ誤差を解
決するには光束の射出端面を第4図に示すように
レンズ9の中心を同心とする円筒面形状端面15
にすればよい。このように集光用薄膜レンズの像
面とほぼ一致した形に射出面を形成する事によつ
て焦点ぼけを除去できる。また、第1の実施例で
は光束はカツプリング用のプリズム3を介して導
波路に導かれたが、第4図に示す本実施例のよう
に導波路端面に近接させて半導体レーザー13を
設置し直接導波路に光束を入射させても良い。た
だし、この場合には導波路2内で光束は発散光と
なるため、平行光束にする薄膜レンズ14が必要
になる。
次に本発明の輝点走査素子を応用するいくつか
の実施例を説明する。
第5図は本発明の輝点走査素子をTV画像のフ
イルム記録に適用する実施例である。本発明の輝
点走査素子16から射出される輝点17を拡大投
影レンズ18によりフイルム面に導く。輝点走査
素子16は第1図に示した各光IC部から構成さ
れている。この場合の基盤1はLiNbO3基盤であ
り、導波路はTiをin―diffuseして得られる。い
まN=500、λO=0.82μ、=15mm、n=2.2、F
=/W=2、vA=3.5×106mm/secとすると、この ときの帯域幅△ν、振り角△ψ、輝点直径δ、走
査幅l、レスポンスτはそれぞれ次のとおりとな
る。
δ=2.44λ0/nF=1.8μ l=1.8×10-3×500=0.9mm W=7.5mm △φ=2tan-10.9/2/15=3.8゜ △ν=nvA/λO△φ=625MHz τ=W/vA=2.1μsec この走査輝点を拡大投影レンズ18により輝点
走査方向と垂直方向に移動するフイルムに投影す
ることによりTV画像のフイルム記録ができる。
ただし、この場合走査線の繰返し周波数は15.7K
Hzとし、TV画面の一走査線ごとに高速走査する
必要がある。
本発明の薄膜導波路型走査素子の特徴はこのよ
うな高速走査に適することと、それを駆動するド
ライバーの出力が低パワーで良いことが利点であ
る。
本発明の第2の応用実施例を第6図に示す。こ
の例は本発明の第2実施例で示した輝点走査素子
の射出端面20に沿つてTiまたはTe等の金属薄
膜記録材21を接触または微小間隙をあけて設置
し、この輝点走査素子により高速走査をするとと
もに記録体をこの高速走査方向と直交方向に相対
運動(副走査)させてTVの画像信号を記録する
記録ヘツドに応用するものである。画像信号は半
導体レーザー13を電流変調することにより与え
られる。記録体としてはTeAsGe、GeAs等のア
モルフアス半導体、MnBi、GdCo、GdFe、
TbFe等のアモルフアス磁性薄膜でも良い。但
し、後者の磁性薄膜記録体の場合にはフイルムと
垂直方向の外部磁場をかけておく必要がある。ま
た、後者の場合には半導体レーザーには変調を与
えずに連続させ上記外部磁場に画像信号を与えて
も良い。
この第2の応用実施例においてTV信号の再生
は記録時に用いたと同じヘツドを用い半導体レー
ザーのセルフカツプリング作用を利用し、記録体
21から反射される光束が再び導波路2中にはい
り半導体レーザー13中に入射したために生じる
半導体レーザーの電流変化を検出して再生が可能
である。但し、再生の際には記録信号を損傷しな
いように半導体レーザーの出力を多くする必要が
ある。
記録体が前記光磁気記録体の場合には記録体か
らの反射光は垂直磁化のカー効果によりダ円偏向
となり、それが導波路がもつモード選択性により
導波路中で強度変化に変換され半導体レーザー1
3により信号が検知される。
第6図の実施例において薄膜記録材21の幅に
対して走査幅をその1/2としTV信号を記録すれ
ば、往復で2倍の信号記録ができ、更にTV信号
の1ラスター分を1走査線で記録すればTV画像
と相似の信号記録が可能となる。
以上述べたように本発明はコンパクトで、信頼
性が高く、高速走査ができる輝点走査素子が得ら
れ、この輝点走査素子は種々の形態で応用でき、
利用性の非常に高いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す図、第2図
は偏向器を示す図、第3図は広帯域の偏向器を示
す図、第4図は本発明の第2実施例を示す図、第
5図はレンズを介した画像信号記録の実施例を示
す図、第6図は密着型の画像信号記録の実施例を
示す図である。 図中で、1…基盤、2…導波路、3…プリズム
カツプラー、6…櫛の歯状電極、9…薄膜レン
ズ、10…射出端面、11…輝点、21…薄膜磁
性記録体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 薄膜導波路の一部に、該導波路中に導かれた
    光束を偏向する為の光偏向部と、偏向された光束
    を前記導波路の端面に集光させる為の薄膜レンズ
    とを設け、前記光偏向部を作動させて前記導波路
    端面において輝点走査を行う輝点走査素子におい
    て、 前記導波路の厚さを、前記薄膜レンズによる集
    光点の大きさと同等に形成することによつて、前
    記導波路端面の輝点をほぼ円形としたことを特徴
    とする輝点走査素子。
JP1293980A 1980-01-31 1980-01-31 Calescence point scanning element Granted JPS56107217A (en)

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