JP2000275449A

JP2000275449A - 光導波路

Info

Publication number: JP2000275449A
Application number: JP11080964A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nishida; 直樹西田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-06
Also published as: US6671446B1

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な配置，簡易な光学系により、感光体面上
で理想的にオーバーラップしたレーザービームスポット
が得られる光導波路を提供する。【解決手段】基板３上に実線で示す上部導波路４及び破
線で示す下部導波路５が合わせて２層にそれぞれ複数本
形成されていて、基板３の光入射側３ａにある上部導波
路４の光入射端４ａ及び下部導波路５の光入射端５ａの
ピッチＰａよりも、基板３の光射出側３ｂにある上部導
波路４の光射出端４ｂ及び下部導波路５の光射出端５ｂ
のピッチＰｂの方が狭小化され、密接した構成となって
いる。また、基板３の光射出側３ｂには、実線で示す導
波路４の光射出端４ｂ及び破線で示す導波路５の光射出
端５ｂが、コア列としてそれぞれ１列で合わせて２層に
配列され、しかも千鳥状の配置となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に関する
ものであり、更に詳しくは、特にレーザービームプリン
タの光源として構成される、多層の光導波路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報ネットワークの発達及びデジ
タル化に伴い、レーザービームプリンタの高速化が強く
望まれてきている。この、レーザービームプリンタの高
速化を図る手段の一つとして、走査用のポリゴンミラー
の回転を高速化する事が挙げられる。ところが、現状で
はポリゴンミラーの回転数が５万回転近くになると、遠
心力によるポリゴン面の歪が生じるため、これ以上のポ
リゴンミラーの回転の高速化には限度があるとされてい
る。そこで、レーザービームプリンタの描画速度のさら
なる高速化を図るために、複数のレーザービームで感光
体面を走査する事が従来より行われている。

【０００３】具体的には、例えば特開平１０−２８２４
４１号公報，ＵＳＰ４６３７６７９号公報，ＵＳＰ４５
４７０３８号公報，ＵＳＰ４９５８８９３号公報等に記
載されている如く、偏光ビームスプリッタ，ハーフミラ
ー，プリズム面の反射等を利用して、複数のレーザービ
ームを適切な間隔に光学的に偏向して調整する構成が提
案或いは採用されている。けれども、これらの方法で
は、レーザービームの本数が多くなると、アライメント
が困難になり、部品が大きくなってコストがかかりすぎ
るという欠点があり、現在以上の高速化は非常に困難な
状況となっている。

【０００４】このため、複数のレーザー光源を微小ピッ
チで配置したいわゆるマルチ光源を構成する方法が望ま
れている。その方法としては、例えば特開昭５４−７３
２８号公報に記載されている如く、複数のレーザー光源
として基板上に複数のレーザーダイオードを形成したい
わゆるアレイレーザーを使用する方法、光ファイバーよ
り射出した光を二次光源として用いる方法、入射側より
射出側のピッチを狭小化した光導波路を用いる方法があ
る。

【０００５】但し、アレイレーザーを使用する方法にお
いて、レーザーダイオードが配置されるピッチは、感光
体面上での結像状態を考えると、複数のレーザービーム
スポットを充分近接させるために、１００μｍ以下の微
小間隔である事が望ましいのであるが、このような微小
ピッチで基板上にレーザーダイオードを形成する事は、
発熱の問題があり、困難である。故に、上記他の方法で
ある光ファイバー或いは光導波路を用いる方法が有効で
あると考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
レーザービームを用いる場合、感光体面上を隙間なく描
画するためには、その感光体面上におけるレーザービー
ムスポットは、互いにオーバーラップしている必要があ
る。このとき、例えば光射出側のピッチを狭小化した光
導波路を用いたとして、その光射出端のコアピッチを限
界まで小さくしたとしても、射出光がオーバーラップし
ていないと、感光体面上でも必要なオーバーラップが得
られない。

【０００７】なぜならば、縮小光学系を用いて感光体面
上のレーザービームスポットのピッチを縮小しても、そ
のビームスポット径も痩せて縮小するためである。尚、
光導波路ではなく光ファイバーを用いたタイプも考えら
れるが、光導波路を用いたタイプには、複数光路を狭小
化する上での自由度が高いという特徴がある。

【０００８】図７は、光射出側のピッチを狭小化した従
来の光導波路の構成及びそれによる走査線を模式的に示
す図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は
右側面図で光射出側を示している。また、同図（ｃ）
は、感光体面上に描かれる走査線の様子を示している。
（ａ）に示すように、従来の光導波路は、基板１上に複
数本の導波路２が形成されていて、基板１の光入射側１
ａにある導波路２の光入射端２ａのピッチＰａよりも、
基板１の光射出側１ｂにある導波路２の光射出端２ｂの
ピッチＰｂの方が狭小化され、密接した構成となってい
る。また、（ｂ）に示すように、基板１の光射出側１ｂ
には、導波路２の光射出端２ｂが、コア列として１列に
配列されている。

【０００９】今、このような従来の光導波路を用いて、
矢印Ａで示す主走査方向に走査したとすると、（ｃ）に
示すように、主走査方向には複数の連続した走査線Ｌが
得られるが、矢印Ｂで示す副走査方向には、各走査線Ｌ
の間に隙間Ｓが生じる事となる。尚、（ｃ）に示す走査
線の様子は、感光体面側から見た状態を示している。

【００１０】このような不具合点の対策として、例えば
特開平５−６６３５４号公報に記載されている如く、光
導波路を使用するのではなく、各レーザービーム光源か
らのレーザービーム光を、個々のマイクロレンズにより
コリメートし、レーザービームスポットをオーバーラッ
プさせる技術が開示されている。ところが、このような
マイクロレンズは、作製及び位置合わせが困難であり、
ひいてはコストアップの要因となる。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な配
置，簡易な光学系により、感光体面上で理想的にオーバ
ーラップしたレーザービームスポットが得られる光導波
路を提供する事を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの複数のレーザービームを所
定の形状に密接させ、前記光源の副次的光源を形成する
光導波路であって、前記複数のレーザービームが通過す
るコア列が多層構造を成す光導波路において、前記コア
列は前記複数のレーザービームの射出側で千鳥状に配置
されている請求項１の構成とする。

【００１３】また、前記コア列を成す、最上段の層を除
く各層は、その各層に形成されたオーバークラッド上面
を研磨して平坦にした後、その各層の上段を積層される
請求項１に記載の請求項２の構成とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一
実施形態の光導波路の構成及びそれによる走査線を模式
的に示す図である。同図（ａ）は平面図を示し、同図
（ｂ）は右側面図で光射出側を示している。また、同図
（ｃ）は、感光体面上に描かれる走査線の様子を示して
いる。

【００１５】（ａ）に示すように、本実施形態の光導波
路は、基板３上に実線で示す上部導波路４及び破線で示
す下部導波路５が合わせて２層にそれぞれ複数本形成さ
れていて、基板３の光入射側３ａにある上部導波路４の
光入射端４ａ及び下部導波路５の光入射端５ａのピッチ
Ｐａよりも、基板３の光射出側３ｂにある上部導波路４
の光射出端４ｂ及び下部導波路５の光射出端５ｂのピッ
チＰｂの方が狭小化され、密接した構成となっている。
また、（ｂ）に示すように、基板３の光射出側３ｂに
は、実線で示す導波路４の光射出端４ｂ及び破線で示す
導波路５の光射出端５ｂが、コア列としてそれぞれ１列
で合わせて２層に配列され、しかも千鳥状の配置となっ
ている。

【００１６】今、このような本実施形態の光導波路を用
いて、矢印Ａで示す主走査方向に走査したとすると、
（ｃ）に示すように、主走査方向には実線で示す複数の
連続した走査線Ｌａと、それにオーバーラップした破線
で示す複数の連続した走査線Ｌｂとが得られ、矢印Ｂで
示す副走査方向にも隙間がない状態となる。尚、（ｃ）
に示す走査線の様子は、感光体面側から見た状態を示し
ている。

【００１７】但し、このままでは、主走査方向の書き出
し点は、ＬａとＬｂとで交互にずれるので、それぞれの
走査線毎にＳＯＳ（start of scanning）信号により同
期して、書き出し点を揃えるか、または各層間の作製精
度を高めて、一方の走査線のＳＯＳ信号に基づいて他方
の走査線の信号を制御して、書き出し点を揃えれば良
い。

【００１８】図２は、感光体面上におけるレーザービー
ムのパワーの分布を模式的に示す図である。同図では、
左右方向にビームの位置関係を、上下方向にビームのパ
ワーを示している。本実施形態において、レーザービー
ムプリンタの描画速度が６００ｄｐｉのとき、感光体面
上における互いにオーバーラップしているレーザービー
ム間のピッチＰ＝４２μｍとすると、感光体面上におけ
るレーザービームスポット径Ｄは、一般には光のパワー
がスポット中心の１／ｅ²となる直径で定義され、Ｄ＝
６０μｍとなり、以下の関係式（１）が成り立つ。Ｐ／Ｄ＝０．７（１）

【００１９】図３は、本実施形態の光導波路の光射出端
のモードフィールドの配置を模式的に示す図である。こ
こで、モードフィールドとは、導波路のコアから射出光
が浸み出したフィールドの事である。光学設計では、コ
ア径よりもこの浸み出しサイズ即ちモードフィールド径
が重要である。同図に示すように、本実施形態におい
て、光導波路３の光射出端３ｂにおける、上部導波路４
のモードフィールド４ｆのモードフィールド径をｄ＝８
μｍにすると、モードフィールド４ｆの配列の周期即ち
ピッチはｐ１＝１１．４μｍに設定される。

【００２０】これに対して、下部導波路５のモードフィ
ールド５ｆのモードフィールド径及び配列の周期をモー
ドフィールド４ｆと同じにし、モードフィールド５ｆの
一つがモードフィールド４ｆ間の中央に相対するように
千鳥配置を行う。これにより、モードフィールドの実効
的な配列の周期即ちモードフィールド４ｆ，５ｆ間のピ
ッチはｐ２＝５．７μｍとなり、以下の関係式（２）が
成り立ち、上記関係式（１）と同様の条件を満たす事が
できる。ｐ２／ｄ≒０．７（２）

【００２１】図４は、他の実施形態の光導波路の光射出
端のモードフィールドの配置を模式的に示す図である。
同図に示すように、本実施形態では、導波路が３層とな
るように構成されている。導波路のコア径を、シングル
モード条件を満たすように設定する場合、伝播する光の
波長λ＝０．７８μｍ，屈折率差Δｎ＝０．５５％のと
き、モードフィールド径はｄ≒３μｍとなる。導波路間
のクロストーク即ちコア同士間の光の洩れをなくすため
には、各層におけるモードフィールド間の間隔は、約３
μｍ必要となる。

【００２２】このとき、同図において、光導波路６の光
射出端６ｂにおける、１層目のモードフィールド７ｆの
モードフィールド径をｄ＝３μｍにすると、モードフィ
ールド７ｆの配列の周期即ちピッチはｐ１＝６．３μｍ
に設定される。これに対して、２層目のモードフィール
ド８ｆのモードフィールド径及び配列の周期をモードフ
ィールド７ｆと同じにし、モードフィールド７ｆ，８ｆ
間のピッチがｐ２＝２．１μｍとして、更に３層目のモ
ードフィールド９ｆについても同様とすれば、以下の関
係式（３）が成り立ち、上記関係式（１）と同様の条件
を満たす事ができる。ｐ２／ｄ＝０．７（３）また、この要領で、光導波路を更に多層の構造にする事
も可能である。

【００２３】図５は、本発明の光導波路の具体的な構成
を、光射出側から模式的に示す図である。同図に示すよ
うに、ガラス，Ｓｉ等より成る基板１１上面に、下から
順に下層クラッド１２ａ，中間層クラッド１２ｂ，上層
クラッド１２ｃが形成され、中間層クラッド１２ｂには
下部コア１３ａが設けられ、上層クラッド１２ｃには上
部コア１４ａが設けられている。下部コア１３ａと上部
コア１４ａは、千鳥配置が成されている。これらの膜の
材料としては、石英，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等
が使用される。各部の寸法は、それぞれ寸法線で示すよ
うに、クラッド全層の厚さは４５μｍ、下部コア１３ａ
間の間隔は３μｍ、下部コア１３ａと上部コア１４ａ間
の間隔も３μｍ、各コアの幅１０μｍ，厚さ８μｍが例
示されている。

【００２４】図６は、本発明の光導波路の、具体的な作
製プロセスを模式的に示す図である。上記膜材料での成
膜法としては、石英については火炎体積法，ＣＶＤ，ス
パッタ法等が用いられ、ポリイミド等のポリマー材料に
ついては、スピンコート法が用いられる。また、紫外線
硬化樹脂を用いた方法も、別法として挙げられる。具体
的なプロセスは、まず、同図（ａ）に示すように、基板
１１上面に下層クラッド１２ａを形成する。続いて同図
（ｂ）に示すように、下層クラッド１２ａ上面に下部コ
ア層１３を形成する。さらに、同図（ｃ）に示すよう
に、下部コア層１３上面に、これを残したい部分にのみ
フォトリソグラフィーによりレジスト１５を形成する。

【００２５】（ｃ）の状態で、ドライエッチングにより
下部コア層１３をエッチングすると、同図（ｄ）に示す
ように、残った部分が下部コア１３ａとなる。続いて同
図（ｅ）に示すように、下層クラッド１２ａ上面に、下
部コア１３ａも覆うように、中間層クラッド１２ｂを形
成する（オーバークラッド）。続いて同図（ｆ）に示す
ように、中間層クラッド１２ｂ上面に上部コア層１４を
形成する。さらに、同図（ｇ）に示すように、上部コア
層１４上面に、これを残したい部分にのみフォトリソグ
ラフィーによりレジスト１６を形成する。

【００２６】（ｇ）の状態で、ドライエッチングにより
上部コア層１４をエッチングすると、同図（ｈ）に示す
ように、残った部分が上部コア１４ａとなる。続いて同
図（ｉ）に示すように、中間層クラッド１２ｂ上面に、
上部コア１４ａも覆うように、上層クラッド１２ｃを形
成する（オーバークラッド）。以上のようなプロセス
で、本発明の光導波路が作製される。コアが３層以上の
場合も同様である。

【００２７】尚、同図（ｅ）に示すような中間層クラッ
ド１２ｂを形成する際に、下部コア１３ａの上部が盛り
上がってしまうので、これが上部コア１４ａに損失等を
与える恐れがある。これを防止するために、中間層クラ
ッド１２ｂの上面を研磨して平坦にしてから上部コア１
４ａを形成する事もできる。また、本発明のような多層
の光導波路では、クラッド層の膜厚が極めて厚くなるた
めに、その応力による基板１１の反り等が問題となる。
これを防止するために、基板１１の下面（図５に１１ａ
で示す）に同じ膜厚のクラッド層をダミーで形成する等
の対策を行う事もできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な配置，簡易な光学系により、感光体面上で理想的
にオーバーラップしたレーザービームスポットが得られ
る光導波路を提供する事ができる。

【００２９】特に、請求項１によるならば、マルチ光源
による走査線に隙間が生じるのを防止する事ができる。

【００３０】また、請求項２によるならば、オーバーク
ラッドの盛り上がりによるコアの損失等を防止する事が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の光導波路の構成及び走査
線の模式図。

【図２】感光体面上におけるレーザービームのパワーの
分布の模式図。

【図３】一実施形態の光導波路の光射出端のモードフィ
ールド配置の模式図。

【図４】他実施形態の光導波路の光射出端のモードフィ
ールド配置の模式図。

【図５】本発明の光導波路の具体的な構成を、光射出側
から模式的に示す図。

【図６】本発明の光導波路の、具体的な作製プロセスを
模式的に示す図。

【図７】従来の光導波路の構成及び走査線を模式的に示
す図。

【符号の説明】

３基板４上部導波路５下部導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの複数のレーザービームを所定
の形状に密接させ、前記光源の副次的光源を形成する光
導波路であって、前記複数のレーザービームが通過するコア列が多層構造
を成す光導波路において、前記コア列は前記複数のレーザービームの射出側で千鳥
状に配置されている事を特徴とする光導波路。
【請求項２】前記コア列を成す、最上段の層を除く各
層は、該各層に形成されたオーバークラッド上面を研磨
して平坦にした後、該各層の上段を積層される事を特徴
とする請求項１に記載の光導波路。