JPH01149006A - 光導波路素子 - 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） 本発明は光導波路素子、特に詳細には光導波路の表面に
集光性回折格子を備え、光導波路中を導波させた光ビー
ムをこの集光性回折格子において回折させて、集光しつ
つ光導波路外に出射させるようにした光導波路素子に関
するものである。

（従来の技術） 例えば光走査記録装置や光走査読取装置等において光ビ
ームを偏向させる光偏向装置として、従来より、ガルバ
ノメータミラーやポリゴンミラー等の機械式光偏向器や
、ＥＯＤ　（電気光学光偏向器）　、ＡＯＤ　（音響光
学光偏向器）が多く用いられている。しかし機械式光偏
向器においては、耐久性に難がある、大型化しやすいと
いった問題があり、一方ＥＯＤやＡＯｐにおいては、光
偏向角が大きく取れないのでビーム光路が長くなり、光
走査記録装置等の大型化を招くといった問題がある。

上述のような問題を解消しうる光偏向装置として近時、
光導波路を用いる光偏向装置が注目されている。この光
偏向装置は、表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
たスラブ状の光導波路と、この光導波路内を導波する光
ビームと交わる方向に進行して周波数が連続的に変化す
る表面弾性波を該光導波路において発生させる手段（例
えば交叉くし形電極対と、この電極対に周波数が連続的
に変化する交番電圧を印加するドライバとから構成され
る）とを有するものである。この光偏向装置においては
、光導波路内を導波する光ビームが表面弾性波との音響
光学相互作用によりブラッグ回折し、そしてこの回折角
は表面弾性波周波数に応じて変化するので、表面弾性波
周波数を上述のように変えることにより、光ビームを光
導波路内において連続的に偏向させることができる。な
おこのような光偏向装置については、例、えば特開昭６
２−７７７６１号公報に詳しい記載がなされている。

上述の光導波路を用いる光偏向装置においては、偏向さ
せた光ビームを集光しつつ光導波路外に出射させるため
に、光導波路の表面に設けた集光性回折格子（Ｆｏｃｕ
ｓｉｎｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ：　ＦＧ
Ｃ）を用いることが多い。このような集光性回折格子は
光導波路外に配置される通常の球面レンズと比べれば極
めて薄くまた小型に形成されつるので、光偏向装置を小
型軽量化する上で有利である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしその反面この集光性回折格子に導波光が斜め、つ
まり回折格子の並び方向に対して角度をなす状態で入射
した場合、該集光性回折格子によって集束された光ビー
ムには、球面レンズで光ビームを集束させる場合と全く
異なる特殊な収差が生じ、この収差を球面レンズからな
る補正光学系によって補正することが困難になるという
問題が生じる。前述のように表面弾性波によって導波光
を偏向させる場合は、この導波光の集光性回折格子に対
する入射方向は刻々変化するから、偏向中のほとんどの
期間導波光が上述のように斜めに入射することになり、
上記特殊な収差の発生を回避することができない。

偏向した光ビームを平らな被走査面上に走査させて精密
な画像記録あるいは画像読取り等を行なう際には、上記
の収差を取り除くことが必要となるから、光導波路外に
非球面レンズ等から構成される複雑な補正光学系を配設
しなければならない。

しかしこのような複雑な補正光学系を設ければ、当然な
がら光走査記録装置あるいは光走査読取装置が大型化し
てしまう。

以上、光導波路素子からなる光偏向装置における問題に
ついて述べたが、光導波路に表面弾性波を伝播させて導
波光を該表面弾性波によって回折させる光導波路素子は
例えば高周波スペクトルアナライザー等への適用も考え
られており、そのような場合も導波光を前述のような集
光性回折格子によって光導波路外へ出射させるようにす
れば、同様の問題が生じることになる。

そこで本発明は、上述の問題を解決することができる光
導波路素子を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光導波路素子は、前述したように光導波路の表
面に形成する集光性回折格子を、その格子並び方向中央
位置から出射する光ビームの出射角がほぼ０°となる形
状としたことを特徴とするものである。

（作　　用） 本発明者らの研究によると、集光性回折格子から上述の
ような角度で導波光を光導波路外に出射させる場合には
、通常の球面単レンズによって光ビームを集光する場合
の収差とほぼ同様の収差が発生することが分かった。し
たがってこの場合は、光導波路素子から出射した光ビー
ムを、従来から広く用いられている球面レンズからなる
補正光学系に通すだけで、上記収差を取り除くことがで
きる。上記の補正光学系は、例えば凹レンズ１枚と凸レ
ンズ１枚とから簡単に構成することができる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の一実施例による光導波路素子ｌＯの側
面形状を示すものであり、第２図はこの光導波路素子Ｉ
Ｏを用いて構成された画像記録用の光偏向器を示してい
る。光導波路素子１０は、透明な基板１６上に形成され
たスラブ状光導波路１１と、この光導波路１１の側端部
に設けられた交叉くし形電極対（Ｉ　ｎｔｅｒ　　Ｄ　
１ｇ１ｔａｌ　　Ｔ　ｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｓ以下ＩＤ
Ｔと称する）　１５と、この光導波路ｌｌの表面におい
て互いに離して設けられた光入射用線状回折格子（Ｌｉ
ｎｅａｒ　ｃｒａｔｔｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｅｒ：以下Ｌ
ＧＣと称する）２０および光出射用集光性回折格子（以
下、ＦＣＣと称する）２１とを有している。またこの光
導波路素子ｌＯのＦＧＣ２１の下方には、凹レンズ３０
゜凸レンズ３１が配置され、ＬＧＣ２０の下方にはコリ
メーターレンズ３２が配置されている。

本実施例においては一例として、基板１６にＬｉＮｂＯ
３ウェハを用い、このウェハの表面にＴｉ拡散膜を設け
ることにより光導波路１１を形成している。なお基板１
６としてその他サファイア、Ｓｉ等からなる結晶性基板
が用いられてもよい。また光導波路１１も上記のＴｉ拡
散に限らず、基板１６上にその他の材料をスパッタ、蒸
着する等して形成することもできる。なお光導波路につ
いては、例えばティー　タミール（Ｔ−９Ｔａｍｉｒ）
編「インチグレイテッド　オブティクス（Ｉ　ｎｔｅｇ
ｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）Ｊ（）ピックス　イン　ア
プライド　フィジックス（Ｔｏｐｉｃｓ　Ｉｎ　　Ａｐ
ｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ）第７巻）スブリンガー
　フエアラーグ（Ｓ　ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）
刊（１９７５）：西原、音名、栖原共著「光集積回路」
オーム社刊（１９８５）等の成著に詳細な記述があり、
本発明では光導波路１１としてこれら公知の光導波路の
いずれをも使用できる。ただしこの光導波路１１は、上
記Ｔｉ拡散膜等、後述する表面弾性波が伝播可能な材料
から形成される。また光導波路は２層以上の積層構造を
有していてもよい。

記録光を発する半導体レーザ１８は、コリメーターレン
ズ３２の下方から光入射用Ｌ　Ｇ　Ｃ２０に向けて光ビ
ーム（レーザビーム）　１３を射出するように配置され
ている。発散ビームであるこの光ビーム１３は、上記コ
リメーターレンズ３２によって平行ビームとされた上で
透明な基板ＩＢおよび光導波路１１を透過して、その表
面に形成された前記Ｌ　Ｇ　Ｃ２０の部分に入射する。

それにより光ビーム１３はこのＬＧＣ２０で回折して光
導波路１１内に入射し、該光導波路１１内を導波モード
で矢印Ａ方向に進行する。

画像記録を行なう際には、例えばエンドレスベルト等の
移送手段２２上に感光体２３がセットされる。

そして半導体レーザ１８はレーザ駆動回路１９により、
レーザビーム■３を射出するように駆動され、それとと
もにＩＤＴ１５には、駆動回路１７から連続的に周波数
が変化する交番電圧が印加される。なおレーザ駆動回路
１９は変調回路２４によって制御され、画像信号Ｓに応
じて光出力を変えるように（すなわち光ビーム１３の強
度や、光ビーム１３をパルス状に射出する場合はパルス
数やパルス幅を変えるように）半導体レーザ１８を駆動
する。

ＩＤＴ１５に上述のような電圧印加がなされることによ
り、光導波路１１の表面を表面弾性波１２が第２図の矢
印Ｂ方向に進行する。ＩＤＴ１５は、この表面弾性波１
２が導波光（平行ビーム）１３′　の光路に交わる方向
に進行するように配設されている。

したがって導波光１３°は、表面弾性波１２を横切るよ
うに進行するが、その際該導波光１３°は表面弾性波１
２との音響光学相互作用によりブラッグ（Ｂｒａｇｇ）
回折する。周知の通り、この回折による導波光１３’　
の偏向角は、表面弾性波１２の周波数にほぼ比例する。

前述の通り駆動回路１７はＩＤＴ１５に、周波数が連続
的に変化する交番電圧を印加するので、表面弾性波１２
の周波数が連続的に変化し、上記偏向角が連続的に変化
するようになる。したがってこの導波光１３゛　は矢印
Ｃで示す通り、回折角が連続的に変化するように回折、
偏向する。このようにして偏向した導波光１３°は、Ｆ
ＣＣ２１により回折して光導波路１１から基板１６側に
出射する。

このＦＧＣ２１は曲りとチャーブ周期、あるいは曲りを
有する回折格子であり、ここで回折して光導波路１１外
に出射する際に光ビーム１３“は、該ＦＧＣ２１の集光
作用により集光される。また本発明の特徴部分として上
記ＦＧＣ２１は、第１図に明確に示されるように、その
格子並び方向中央位置から出射する光ビーム１３″がほ
ぼ出射角０１′で（すなわち光導波路１１に対してほぼ
垂直に）出射するように格子ピッチが設定されている。

このような角度で光導波路素子ｌＯ外に出射した光ビー
ム１３″は、凹レンズ３０および凸レンズ３１を通過し
て小さなビームスポットＰに絞られ、感光体２３上を矢
印Ｘ方向に走査（主走査）する。それとともに感光体２
３が、移送手段２２により上記主走査の方向と略直角な
矢印ｙ方向に移送されて副走査がなされるので、感光体
２３は光ビーム１３”により２次元的に走査される。前
述したようにこの光ビーム１３’は画像信号Ｓに基づい
て変調されているので、感光体２３上にはこの画像信号
Ｓが担う画像が記録される。

なお１主走査ライン分の画像信号Ｓと光ビーム１３″の
主走査との同期をとるためには、、この画像信号Ｓに含
まれるブランキング信号ｓｂをトリガ信号として用いて
、ＩＤＴ１５への電圧印加タイミングを制御すればよい
。またこのブランキング信号ｓｂにより移送手段２２の
駆動タイミングを制御することにより、上記主走査と副
走査との同期をとることができる。

ＦＣＣ２１から先に述べたような角度で光ビーム１３″
を出射させると、上記凹レンズ３０および凸レンズ３１
を通さないで光ビーム１３″を平面の感光体２３上に走
査させた場合、非点収差と像面湾曲が生じる。このとき
ビームスポットＰの主走査方向Ｘの像面湾曲の曲率半径
は、副走査方向ｙのそれの約１／３となる。このような
収差は、球面単レンズによって平行ビームを集束させる
場合のそれとほぼ等しい。そこで上記凹レンズ３０およ
び凸レンズ３１として、従来より球面単レンズの非点収
差、像面湾曲補正のために用いられているものを用いる
ことにより、上記Ｆ　Ｇ　Ｃ２１による収差をほぼすべ
て取り除くことができる。

第３図に、上述のようにして収差を取り除く凹レンズ８
０と凸レンズ３１とからなる収差補正光学系の一例を詳
しく示す。なおこの例では、光ビーム１３”が出射する
基板１Ｂの裏側の表面ｌｅａも負の屈折力を有する面に
形成されて、補正光学系の一部を構成している。図中の
寸法は各面間の距離を示し、単位はｍｍである。また本
例で基板１Ｂ、凹レンズ３０、凸レンズ３１の屈折率は
それぞれ２．２０２．１．５１５１．１．７７８６であ
る。また図中　ｒｌ　％ｒｓで示す各面の曲率半径を下
表に示す。

なお面ｒ！はＦＧＣ２１設置面であり、本例においてそ
の焦点距離は２２０６．６３ｍｍであるので、この値を
面ｒ１の曲率半径として示しである。

第３図の収差補正光学系により補正がなされた後の主走
査方向、副走査方向別の像面湾曲量と、第１図の光軸り
が被走査面となす角度θとの関係の一例を第４図に示す
。

なお勿論ながら、ＦＧＣ２１から出射した光ビーム１３
”の前記収差を補正する光学系は上記仕様のものに限定
されるものではなく、従来から球面単レンズの収差を補
正するために用いられている光学系と同様、種々に形成
されうるものである。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光導波路素子において
は、光導波路表面に形成する光ビーム出射用の集光性回
折格子を、その格子並び方向中央位置から出射する光ビ
ームの出射角がほぼ０°となる形状としたことにより、
この出射した光ビームの収差を、球面単レンズを通した
際のそれとほぼ等しくすることができる。そこでこの光
導波路素子によれば、従来から用いられている各１枚の
凹レンズ、凸レンズ等からなる比較的簡単な収差補正光
学系によって、上記収差を取り除くことができるように
なる。したがって本発明の光導波路素子を光走査記録装
置等に適用すれば、該装置の小型軽量化、コストダウン
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ、本発明の一実施例による光
導波路素子を示す側面図と斜視図、第３図は上記実施例
における収差補正光学系を詳しく示す側面図、 第４図は第３図の収差補正光学系を有する上記実施例に
おける像面湾曲の特性を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面に集光性回折格子が形成され、導波光をこの集光性
   回折格子において回折させて集光しつつ外部に出射させ
   るようにした光導波路素子において、 前記集光性回折格子が、その格子並び方向中央位置から
   出射する光ビームの出射角がほぼ０゜となる形状とされ
   ていることを特徴とする光導波路素子。