JPH01122463A - 光走査モジュール - 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〕 この発明は、光記録装置などに用いられる光ビーム走査
装置に閃し、全固体式で可動部がないため高精度で高速
の光走査ができる小型の光走査モジュールに関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来より光走査装置は、感光体を光で走査する記録装置
をはじめ各種光学機器に利用されている。

光走査の方式は大別して、（１）光の偏向を利用するも
のと、（２）アレイ状に配列した光源を点滅することに
よるものとがある。

これらのうち（１）は、第２図のように光源ｊ／から出
た光を光偏向器！−に入射させ、この光偏向器ｊ２によ
る光ビームｊｌＡの角度偏向によって受光面！３上の光
点を走査させる。

光ビームの角度偏向を行う最も単純な手段は、鏡などの
光学素子を機械的に移動させる方法である。機械的可動
部のないものとしては、音物光学効果を用いたものが代
表的であり、この種の偏向器では表面弾性波を励振させ
て屈折率の周期的な変化をつくり出し、これと光とを相
互作用させることにより光ビームの偏向を行なう。

前記（２）のタイプでは、第り図のように受光面よ３に
対向して、該面に平行な面内に多数の光源要素ｊ／が配
置されている。

光源要素ｊ／としては、単一光源と液晶あるいはＰＬＺ
Ｔなどを用いた光シャッタアレイ、多数の発光素子なア
レイ状に配列したもの等が使用される。これらの各光源
要素！／は、電気信号により独立に制御、点滅され、受
光面ｊ３上で光点の走査を行なう。

”〔発明の解決しようとする問題点〕 光の偏向を利用する方式の走査装置のうち、可動部のあ
る機械式のものは、偏向点数は大きいが耐久性に問題が
あり、装置の調整が筆軸で走査のｍ度に限界がある。

また音響光学効果を用いた偏向素子では偏向点数を大き
くするために、表面弾性波の励振のための高周波の周波
数を広範囲に変化させることが必要となる。

光源アレイの点滅方式の場合は、必要な偏向点数を得る
ためにはその数に相当するＬＥＤなどの光源、あるいは
液晶やＰＬＺＴなどを用いた光シャッタのアレイが必要
である。

この場合、基本的に走査距離とアレイの大きさはｔ’Ｈ
ｔに対応するため、一般に走査装置は大型となり、消費
電力も大きい。また半導体レーザのアレイを用いれば高
い強度の光を利用できるが、実際には消費電力が大きく
、高価になるためあまり使用されていない。

〔問題点を解決するための手段〕

光走査モジュールを、半導体発光素子と、この発光素子
の発する光を遮断、透過切り換え可能なシャッタ要素を
平面的に配列した光シャッタアレイと、シャッタアレイ
からの出射光を偏向する屈折率分布型円柱レンズとで構
成した。

〔作　用〕

シャッタアレイを成す各シャッタを開閉することにより
、円柱レンズの端面上での光入射位置を変えると、上記
レンズからの出射位置が変化し、これにより光ビームを
走査させることができる。

〔実　施　例〕

以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説明す
る。

第７図は光走査モジエールを示す平面図であり１１は発
光素子としてＡｌＧａＡｓ　／　ＧａＡｓ系半導体レー
ザ、コは半導体レーザｌの出射光をコリメートするため
の屈折率分布型円柱レンズ（日本板硝子株式会社製：商
品名「セル７オツクレンズ」）、３はＧａＡＳ　／　ａ
ｌＧａＡｓ超格子を用いた光吸収型シャッタアレイ、≠
は光偏向用の屈折率分布型円柱レンズであり、これらは
一体に成形されたモジュールである。

上記のシャッタアレイ３の製作方法については、例えば
ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　ｌ
ｉ；１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓコ／巻／／７頁（／９１！年
）　ｌ　Ｔ、　Ｈ，Ｗｏｏｄ他の論文に２験されている
。光シャッタアレイ３の構造例を第２図に断面図で示す
。

このシャッタアレイ素子の基本構造は、ｎ型ＧａＡＳ層
３／とＡＪＧａＡＳ層３ｊとから成る基板３００上に、
ｎ型とｐ型のＡｌｙＧａ１−ｙＡＥｉＭＩＪＪ、ｊｊ’
ｔ’狭んだＣＴａＡＢ　／　Ａｌｘ　Ｇａｐ　−：ｔ　
Ａｓ多重量子井戸層３ダを積層した構造となっている。

結晶成長はＭＢＥあるいはＮ０ＶＰＫなどの方法で一貫
して行う。

Ａ１組成ｙは比較的小さい値（例えばｙ−Ｏ，／ｊ）と
し、Ｘは使用する波長に応じて決定する。

さらにフォトリングラフィな用いて上面ＷＩＫ多数の円
柱状の突起３ｏｔを間隔をおいて配列形成するとともに
、下面側には上記各突起ＪＯ／に対応させて円柱状凹部
μ２を形成しである。さらに突起３０／上面には、中央
部に光の入射窩３ｔを設けたＡｕ電極３７を蒸着し、基
板３００の裏面にもＡｕ系合金電極３ｊを蒸着する。

そして上面側の突起３０／間の凹部には、ボリイミｙな
どの樹脂充填材３りを充填して素子表面を平坦化し、そ
の表面上に導電＃ダＯを付着させる。この基板３００は
、第３図に示すように四辺形の一辺をレンズダの径より
も長くシ、その端部に導電端子μｌを設ける。

半導体レーザｌは後述するように波長を選定し、これを
コリメートレンズコの端面中央に接着する。

一方、光シャッタアレイ３は光偏向用リング［の端面の
中心を通る直線上に、中心に対して対称になるように接
着する。

さらにこれを反射防止膜りを設けたコリメートレンズ２
の出射側端面に固着する。

この素子を、光出射用窓７をもったパッケージ１０に納
めて光走査モジュールとする。

次に、半導体超格子を用いた光シャッタ３の動作原理に
ついて説明する。なおこのような光シャッタの原理ニツ
イては、例えばＰｈｙｓｉｃａｌ　ＲｅｖｉｅｗＢ　３
２巻／　０１１３頁（１５’Ｊ’ｊ年）のり、　Ａ、　
Ｂ、　Ｍｉｌｌｅｒ他による論文に詳細に説明されてい
る。前述の多重量子井戸層３ダを狭んだｐｉｎ構造に逆
バイアスを印加する。このときｐ層、ｎ層を高キャリア
濃度にしておくと、印加電界はほとんど全て多重量子井
戸層３μにかかる。量子井戸の光吸収端付近の光吸収特
性は室温で第弘図のように電界により変化する（量子と
じ込めシュタルク効果）。

従って図中破線で示した波長の光を用いれば、この光の
透過率は印加電界によって制御できる。

アレイ状の各素子への電圧印加を独立に制御すれば、光
シャッタアレイとして動作させることができる。

次に光偏向素子としての動作を説明する。

屈折率分布型レンズの光線方程式は次式で与えＩ−−−
−ｍ−− またｒｌ、ｒ３は第！図に示したようにレンズへの光の
入射位置、レンズ出射端面からＬの１離にある受光面上
に光の到達する位置であり、φ１．φ３はそれぞれの位
置での光線の角度（ラジアン）である。

また２はレンズ長である。

いまＺ−Ｏ，，２ｔｐ（１）−，２π／□）のレンズを
採用すると、（１）式は簡単化され、 となる。この式から明らかなように、出射ビームの角度
φ３は入射光の位置ｒ１に比例して変化する。したがっ
て−状態の光シャッタの位置の変化に対応して出射光が
偏向される。

偏向用レンズ≠として直径ａＯ−／ａｘ＋ｇ、　Ｚ−ｍ
Ｏ，λｊｐ。

Ｖτ−に＋、５ｍｍ−１．ｎ□−／、ｊ６のものを採用
すると、ｒｌとφ３の関係は第６図のようになり、かな
り大きな偏向角が得られる。

上記のように偏向用レンズμの直径ｄｏを７ｍｓ程度と
すると、シャッタアレイの／チップ当りの要素数は１０
素子程度以下とするのが製作が容易である。したがって
／モジュール当りの偏向点数は少なく、これを多くする
ためにはモジュールを複数配列する。

ｌチップ上のシャッタアレイの両端間の距離をｄとする
と、これは受光面上では（２）式より、Ｄ−ＬｎＯｖ′
Ｔｄｌ 拡大される。ただしＬ＞＞／／ｎｏｖ’Ｔにとると＞＞
ｄ’となる。前述ｖＩ値例ではｎ□ＶＴ−０，７Ｊ’ニ
ー１である。

第７図のように、このとき偏向用レンズ弘それぞれの間
にＤ−ｄＱの厚みのスペーサ１２を挟んで配列すれば、
受光面ｊ上で連続的に任意の偏向点数だけ走査が可能で
ある。ただし第７図ではモジュールの偏向用レンズ≠以
外の部分は図示を省略している。

以上本発明を一実施例について説明したが、本発明は上
記実施例以外に種々変更可能であることは言うまでもな
い。

例えば、発光素子／として半導体レーザを用いたが、Ｌ
ＥＤなど他の発光素子であってもよい。

また使用する波長も量子井戸層であるＧａＡｓ　Ｊｕｌ
にＡＩを加え、その組成を制御することによっである稈
度変化させることができる。さらにＩｎＧａＡｓＰ　／
　ＩｎＰ系量子井戸を用いればへＪ〜／、ｊμｍ帯でも
使用できる。ただし発光素子の波長はそれに応じて変え
る必要がある。また前述実施例では、光シャッタアレイ
３として量子井戸の量子とじ込めシェタルク効果を利用
したものを使用したが、屈折率分布型円柱レンズの直径
の長さの範囲に複数個の要素が形成可能であれば、フラ
ンツ−ケルデイツシュ効果など他の原理を利用したもの
でもよい。

またレンズの直径をさらに大きなものとし、より大きな
要素数の光シャッタアレイと組み合せてもよい。さらに
、レンズ長２は０．２！ｐ　以下であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光走査モジュールを半導体発光素子、
屈折率分布型円柱レンズ、光シャッタアレイから構成し
たので、耐久性があり、高速で且つ高精度の光走査がで
きる小型の光走査モジュールが得られ、偏向点数を大き
くしても消費ヱカが少ないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面断面図、第２図は
第１図の光走査モジュールの光シャッタアレイの構造例
を示す側断面図、第３図は第１図の光走査モジエールの
Ａ−ＡｉｌＪに沿う断面正面図、第ｅＨは光シャッタア
レイに使用したＧａＡｓ／ＡＡ’ＧａＡＳ量子井戸の光
吸収スペクトルの印加電圧依存性を示すグラフ、第５図
は屈折率分布型円柱レンズ中を進行する光線の軌跡を示
す側断面図、第を図は偏向用レンズの偏向特性の例を示
すグラフ、第７図は光走査モジュールのアレイを示す概
略側断面図、第ｒ図は従来の光偏向式の光走査方法を示
す概°念図、第り図は従来の光源アレイによる光走査方
法を示す概念図である。 ｌ・・・・・・半導体発光素子　２・・・・・・フリメ
ートレンズ３・・・・・・光シャッタアレイ 帽・・・・・光偏向用円柱レンズ ！・・・・・・受光面　６・・・・・・光ビーム７・・
・・・・光出射用窓　？・・・・・・反射防止膜ＩＯ・
・・・・・パッケージ　３２　、　ｊ　ｊ　−−Ａｌｙ
Ｇａ１−　ｙＡ８層　３４！・・・・・・多重量子井戸
層　３６・・・・・・光入射窓３７・・・・・・電極 第４図 光のエネルギー　（ｅＶ） 第５図 第６図 ｒ＋（ｍｍ） 第７図 第　８　図　（従来例） 咽 手続補正書 昭和６２年／／月１９日 ／　事件の表示／２−ンダｏ３７３ 特公昭　　−号 ２　発明の名称 光走査モジュール ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名　称　
（＜１ｏｏ）　日本板硝子株式会社代表者　　刺　賀　
信　雄 Ｚ代理人 ７　補正の内容 （１）明細書簡ｊ頁第１弘行ないし第１！行に、「Ｇａ
ＡＳ層３／と１ＧａＡｓ層３ｊとから蔽る基板３００上
に」とあるのを、 「ＧａＡＳ結晶基ｉＩ！１．３／上にＡ　ＩＧａＡ　ｓ
層３！を形成し、さらにその上に」 と補正する。 （２１明細書第６頁第３行ないし第μ行に、「対応させ
て円柱状」とあるのを、 「対応させてＡｌＧａＡｓ層３５に達する円柱状」と補
正する。 （３）明細、書箱６貞第１／行に［基板３００Ｊとある
のを、「基板３／」 と補正する。 （４）明細書箱ｒ−自第ｊ行に ｒ　ｎ　ｆｒｌ　−ｎ□　（／−Ａ／２ｒ２　）　Ｊと
あるのを、［ｎ（ｒｌ−ｎ□（／−Ａｒ２／Ｊ　）Ｊと
補正する。 （５）明細書第１Ｏ貞第７行及び第２行にｒｄ’Ｊとあ
るのを「ｄＪと補正する。 （６）図面中筒２図を刷新の通り（参照番号３００の削
除）補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体発光素子と、該発光素子の発する光を遮断、透過
   切り換え可能な複数のシャッタ要素を平面的に配列した
   光シャッタアレイと、この光シャッタアレイの後方に配
   置した屈折率分布型円柱レンズとを少くとも１組備え、
   前記シャッタ要素の選択的開閉切り換えで前記レンズへ
   の光入射位置を変えることにより出射光ビームを偏向さ
   せるようにした光走査モジュール。