JPH0234011B2 - - Google Patents

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JPH0234011B2
JPH0234011B2 JP56027748A JP2774881A JPH0234011B2 JP H0234011 B2 JPH0234011 B2 JP H0234011B2 JP 56027748 A JP56027748 A JP 56027748A JP 2774881 A JP2774881 A JP 2774881A JP H0234011 B2 JPH0234011 B2 JP H0234011B2
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JP
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waveguide
light beam
scanning
thin film
bright spot
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JP56027748A
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Hideki Hosoya
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Canon Inc
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Canon Inc
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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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜導波路を用いた輝点走査装置に関
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
を偏向する為のボ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。
この欠点を除去した、薄膜導波路を用いる新規
な輝点走査素子が本出願人より特願昭55―92939
号として既に出願されているが、この走査素子の
特徴は上記出願明細書にも詳細に記載されている
ように、従来のバルク型A/O偏向器を用いた走
査装置に比べても、高速走査及び大きい偏向角の
高分解能走査が可能であり、更にコンパクト化さ
れた低コストの走査装置が実現できるといつた特
徴を有する。
第1図に、上記出願明細書に示された輝点走査
素子の1例を示す。第1図で1はLiNbO3(ニオ
ブ酸リチウム)の圧電性基盤である。この基盤1
の上に形成された高屈折率の導波路2の端面に設
置された半導体レーザー3より出射された光束
を、直接導波路中に導く。圧電性の基盤1上には
薄膜レンズ4,5及び表面弾性波トランデユーサ
ーとしての櫛の歯状電極6(以下IDTと称す)が
設けられている。半導体レーザー3より薄膜導波
路に直接結合された光束7は薄膜レンズ4により
平行光束8となる。周波数が連続的に変化する、
いわゆるチヤーブト信号が印加されたIDT6より
圧電効果によつて生じた表面弾性波9と交差した
光束8はブラツク回折され、その回折角、即ち偏
向角は、表面弾性波のピツチつまりIDT6に印加
される信号の周波数により変化する。回折光10
は、薄膜導波路2の端面11に輝点12を形成す
るように配置された薄膜レンズ5により集光さ
れ、端面11上で輝点走査が行われる。なお、基
板1は圧電効果を有し超音波の伝搬効率の点から
LiNbO3の他にLiTaO3,ZnO等が考えられる。
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として得られる。
薄膜レンズ4及び5としては、IEEE Quntnm
Elect vol QE―13,P129,1977(by D.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。
第1図に示した様な薄膜導波路型の走査装置
は、前述した如く従来のパルク型A/O偏向器を
用いた装置と比べて大きな偏向角を得られ、コン
パクトで高速な走査が可能である等の利点がある
が、一方、例えば走査幅を大きくする等の理由に
より第1図示の装置で薄膜レンズの焦点距離を長
くする事は、走査面である端面を薄膜レンズ5よ
り遠く離す必要がある為素子形状を大きくする事
になり、価格の点から好ましくない。また現在の
薄膜導波路の損失は1cm当り1dB程度であり、従
つて焦点距離を長くする事は伝搬損失の増大を招
く為好ましい事ではない。
本発明の日的は上記の欠点を解消し、コンパク
トで高速走査が可能であつて、かつ走査幅が広い
輝点走査装置を提供する事である。
以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第2図は本発明の第1実施例の走査装置を示す
図であり、aはその上面図、bは側面図である。
薄膜導波路を用いた素子30自体の構成は、第1
図に示したものと全く同様である。ただし第2図
aに示す如く薄膜レンズ12の焦点距離は出射光
束13が導波路2が無限に長いとした時、実際の
導波路端面14よりFaの距離に集光する様に選
んである。実際には、導波路2は長さを限定して
ある為、光束は端面より出射する際屈折され、従
つて空気中では光束は端面より Fb=Fa/n (1) :導波路の屈折率 の距離に集光する。これは導波路面内のx―2平
面図(第2図a図示)で考えた場合であるが薄膜
レンズ12はY方向(導波路の厚み方向)には集
光作用を持たないので、第2図bに示す如く導波
路端面14を出射して光束13はY方向において
発散する。
このように導波路端面より離れた地点に導波路
面内(x―z平面内)で集光して輝点を形成しよ
うとすると、導波路端面より出射する光束は直交
する2方向でビームウエスト位置が異なる。即ち
この出射光束は、ビームウエスト位置(光束が最
も細くなる集束点又は発光点の位置)が導波路面
内方向では端面より遠く離れているのに対し、そ
の垂直方向ではその位置が導波路内の端面近傍に
あつて、この為端面外では発散して集光点を形成
しない。本実施例ではこのような出射光束を集光
し、2次元的な輝点を形成する為にシリンドリカ
ルレンズ15からなる補正図アナモフイツク光学
系が導波路端面からの出射光束の光路中に配置さ
れている。このシリンドリカルレンズ15は、導
波路面内(x―z面)で集光作用をもたず、一方
それと垂直なY方向では導波路面内での集光点3
1に一致して光束を集光させるパワーを有する。
従つて導波路内で偏向され、出射する光束は常に
垂直2方向で同一点に集束して輝点を形成し、従
つて良好な走査幅の広い輝点走査が可能である。
以上のような構成とする事により、導波路自体
の形状面積を大きくする事無く長焦点距離の広範
囲走査装置を実現する事ができる。なお、一般
に、導波路の厚みは数nm程度であり、この様な
場合は、Y方向の集光点は、ほぼ端面14上での
光束の出射点と共役点の関係となる。尚アナモフ
イツク光学系の垂直2方向のパワーを調節する事
により、例えば導波路面内のパワーを負にする事
により、集光点を導波路端面より更に遠く離し
て、より広範囲の輝点走査を行なう事が可能であ
る。
第3図は、本発明の他の実施例であり、IDT1
6に印加するチヤープト信号による自己集光作用
を利用する事により、第2図の実施例に示した結
像用の薄膜レンズを除去したものであり、装置の
構成が簡単かつ小形になる利点を有する。以下、
チヤープト信号による自己集光作用について第4
図を用いて説明する。
第4図において、16は入射平行光束、17は
回折光束、18は表面弾性波である。
第4図において、偏向角θ′は(2)式で与えられ
る。
tanθ′=sinθ−2sinθB/cosθ (2) ここで θ:光束16の入射角 θB:ブラツク角 であり、θの小さな範囲では θ′=θ−2θB (3) と考えて十分である。
ここで、ブラツグ角θBは、超音波の速度をVa
導波路内での光束波長をλとすると、 sinθBθB=λ/2Vaa(ξ) (4) と表わせる。(4)式においてa(ξ)は、入射光束
内の位置ξにおける超音波周波数で(5)式で与えら
れる。
a(ξ)=min+d/dt ξ−ξmin/Va (5) ここで、 min:光束内での超音波の最低周波数 ξmin:minの位置 である。ところで第4図より焦点距離Fは、光束
幅をdとすると F=d/θ′max−θ′min (6) で与えられる(負号はθ′を負に取つている為)の
で、(3),(4),(5),(6)式より F=Va2/λ df-1/dt=Va2t/λ〓f となる。ここで、 τ:超音波が光束を横切る時間 δ:チヤープト信号の帯域幅 df/dt:チヤープト比 である。つまり、チヤープト信号による表面弾性
波は、(7)式で与えられる焦点距離を有するレンズ
としての作用を持つ事になる。例えば Va=3.5×103(m) τ =65(μs) λ =λ0/n=0.374(μm)(λ0=0.83μm,n= 2.22) δ=700(MH2) とすると F=281cmとなる。これは、結晶中の場合で、
空気中では、Fは(1)式より126cmとなる。
以上説明した様に、チヤープト信号による表面
弾性波自身が自己集光作用を持つ為、改めて結像
レンズを導波路内に付加する事なく、第2図と同
様に、外部に補正用アナモフイツク光学系として
のシリンドリカルレンズ19を配置する事によ
り、長焦点距離の走査装置を実現できる。
本実施例の如く、チヤープト信号による表面弾
性波の自己集光作用を利用すれば、薄膜レンズを
省略できる為構成が簡単になり、装置を小型化で
きるとともに光量の低損失化が図れる。
第5図は本発明の第3の実施例であり、薄膜導
波路型偏光器より、一方向には平行な光束が出射
する場合の例である。
第5図の実施例は、第2図に示した実施例と構
成的にはほとんど同じであるが、偏向光束20を
導波路端面21より取り出さず、プリズムカプラ
ー22を用いて取り出している事が異なる点であ
る。この場合、プリズムカプラー22より出射す
る光束は光束の進行方向に垂直でかつ互いに垂直
な2方向について、一方向には平行な、他方向に
ついては収束する光束である。従つて、光束の進
行方向と垂直でかつX軸と平行な方向に母線を有
するシリンドリカルレンズ23を付加する事によ
り、X方向と垂直なY方向の集光点をX方向のそ
れと一致する事ができ長焦点距離の広範囲走査装
置を実現できる。
なお、第5図示の実施例では、導波路端面内の
集光は第2図の実施例と同様導波路に配置した薄
膜レンズ24により行つているが、第3図の実施
例と同様に薄膜レンズ24を用いずに表面弾性波
による光束の自己集光作用を利用してもさしつか
えない。
なお、以上の実施例において、光源として半導
体レーザーを用い、光束は導波路と直接結合され
るとして説明したが、光源としてはHe―Ne Ar
等のレーザー、また結合方法としては、プリズム
カプラー、グレーテイングカプラー等を用いても
さしつかえない。
また、以上の説明では光ビームの走査は等角度
走査となるが、等速度走査とする為には導波路端
面に対向して設けた補正用アナモフイツク光学系
に走査と平行する方向にθ補正の特性を持たせる
事により可能である。又は補正用光学系として単
にシリンドリカルレンズを用い、くし形電極に加
える高周波信号として輝点走査が等束度走査とな
るような特性の信号を用いる事により可能であ
る。
以上説明したように、本発明を用いれば、高速
走査が可能であつて、導波路自体の形状を大きく
しなくても、広範囲の輝点走査が可能である非常
にコンパクトな輝点走査装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は既に本出願人が出願した新規な輝点走
査素子を示す図、第2図は、本発明の第1実施例
の輝点走査装置を示す図、第3図は本発明の第2
実施例の装置を示す図、第4図は、チヤープト信
号による弾性表面波の自己集光作用の説明図、第
5図は、本発明の第3の実施例の装置を示す図で
ある。 図中において、1は圧電性の基板、2は導波
路、3は半導体レーザー、4,5,12は薄膜レ
ンズ、6はくし型電極、15,18はシリンドリ
カルレンズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 薄膜導波路と、該薄膜導波路中を伝搬する光
    を偏向する弾性表面波の発生手段とを備え、前記
    偏向された光束を導波路の面内方向に集束して走
    査する輝点走査装置において、 前記偏向光束を集束点の手前で導波路から出射
    させ、且つ、出射した光束の光路中にアナモフイ
    ツク光学系を設けて、この光束を導波路の厚み方
    向に面内方向と同一点に集束させることによつ
    て、導波路端面から離れた走査面において輝点走
    査を行なうことを特徴とする輝点走査装置。
JP2774881A 1981-02-27 1981-02-27 Luminescence spot scanner Granted JPS57142604A (en)

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JPS57142604A JPS57142604A (en) 1982-09-03
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60149006A (ja) * 1983-12-14 1985-08-06 Nec Corp 平面レンズ
JPS61232427A (ja) * 1985-04-08 1986-10-16 Fuji Photo Film Co Ltd 光走査記録装置
JPS61232429A (ja) * 1985-04-08 1986-10-16 Fuji Photo Film Co Ltd 光走査読取装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4849315A (ja) * 1971-10-18 1973-07-12 Ibm
JPS5268307A (en) * 1975-12-05 1977-06-07 Olympus Optical Co Ltd Lihgt scanner

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