JPH03501782A - 光ファイバアレー - 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】 光フアイバアレ一 本発明は光フアイバアレーに係り、特に光学走査装置に使用される光フアイバア レーに関する。

感光記録媒体上に情報を記録するのに使用されるプリントヘッドに光フアイバア レーを使用することは従来から周知である。

ファイバの出力端が記録媒体の移動方向に直交する方向に伸びる線形アレー内に 配置され、例えば発行ダイオード若しくはダイオードレーザ等の光源がファイバ の入力端に接続されている。

各ファイバ内の光は情報信号に応じて変調され、所望の像が形成される。焦点合 わせ手段が各ファイバの全面に使用され、これによって光が記録媒体上に焦点合 わせされる。光ファイ／くアレーにとっては出力像を形成するために必要な／（ ツ７アデータの量を制限するため、バッキング密度、即ちアレーの単位幅当たり のファイバの数が多い方が望ましい。しかしながらより細いファイバによってパ フキング密度を上げることには問題がある。ファイバを細く作ると、ファイバの 取り扱い及び位置決めが困難になり、また細いファイバは組み立て最中に容易に 破損しやすい。

米国特許第４．３８９．６５５には、ノンインパクト光学記録装置が示されてお り、ここでは記録ヘッドが光フッイノく線形アレーを有している。記録ヘッドは 複数の溝を有する調整プレートを有しており、光ファイバは各溝内に固定されて いる。この発明の実施例においては、ファイバは溝内に配置され、アレーの出力 端に向けて集まり、ファイバの出力端では近接配置さに配置されないということ である。この結果記録媒体上に最適な露光パターンを得るため光学収集器を使用 しなければならない。

本発明は上述しｔ；従来の問題点を解決することを目的とし、走査装置に使用さ れる改良されｔ；光フアイバアレーを提供することを目的とする。

本発明の−の特徴によれば、光フアイバアレーは、表面に複数の溝を有する基質 を有しており、同溝内に設けられた複数の７アイパにおいて、溝は数組に別けて 配置され、溝の各組みは表面の略平坦な領域によって互いに離されており、平面 領域は溝の底と同一平面上に配置されている。

本発明の光ファイバは基質内に形成された溝内に支持された光フアイバアレーを 有している。溝は位置決めされた組みとして配置され、溝の各組みは、溝の底と 同一平面上に位置する基質上の平坦な領域によって分けられている。基質の入力 端では光ファイバのジャケットを収容する大きさの溝の−組みが配置され、ファ イバのクラッドを収容する溝の組みは基質に沿って基質の出力端に分離されてい る。連続する溝のピッチは、ファイバが基質の出力端に接近するに従って減少し 、これによって出力端ではファイバは近接している。本発明の−の艮施例におい ては、近接配置されたＶ字状の溝の組みがシリコン基質上にエツチングされてお り、半径の小さいクラッド部分を有する光ファイバが各構内に挿入され、ファイ バの線形アレーを形成している。接着剤によって溝内にファイバが固定されてい る。

本発明のア１／−によって光ファイバは、ファイバに損傷を与えずに、即ちファ イバの機能に影響を与えずに基質上に互いに近接配置される。平坦な領域によっ て分けられた溝の組み内でファイバを支持する結果、ファイバが徐々に狭いピッ チで溝内に配置され、急激な曲げによってファイバに損傷を与えるということが なくなる。更に溝の間の平坦な領域によって溝内にファイバをセメントで固める のが容易になる。

本発明のアレーによって更にクラッドの直径が一端で比較的細いファイバを使用 する結果、バッキング密度が高くなる。更に、端の直径が細くないファイバと同 様に取り扱うことができるような強度を有するようにファイバを構成することが できる。

近接配置され、個別にアドレス可能なファイバからの出力は、異なる制限機能を 備えｔ；光学器の単一トレインを通して記録媒体上に投影される。

本発明の実施例は添付の図面を参照して以下に記載されている。

第１図は本発明に係る実施例の斜視図、第２図は溝の間隔と溝内の光ファイバの 位置どを示すアレーの一端を示す部分拡大図、 第３図は本発明に使用される基質の平面図、第４図はエツチングのために準備さ れたファイバを示す図、第５区はエツチング後のファイバを示す図、第６Ａ−６ Ｃ図は各々第３図の６Ａ−６Ａ、６Ｂ−６Ｂ、６Ｃ−６Ｃ線に沿って得られた断 面図、 第７図ないし第１３図は基質に溝を形成するステップを示す図である。

第１図によれば、本発明に係るファイバ光学器Ｉ／　−１０が示されている。フ ァイバ光学アレー１０は３つの光ファイバ１２を有しており、同ファイバは基質 １６上に支持されている。ファイバ１２の一つのみが全長に亙って示されており 、これによって本発明の様々な特徴が示されている。しかしながら、各ファイバ １２は同一であり基質１６の全長に亙って伸びているいることは勿論である。各 ファイバ１２は光フアイバ接続器手段１８によって他の光ファイバ２０と接続さ れている。光フアイバ接続器１８は、１９８８年２月９日に発行された共有米国 特許４．７２３．８３０号、「光フアイバ接続器」に示されたタイプのものであ る。各光ファイバ２０は、例えばダイオードレーザあるいは発光ダイオード等の 光源２２に接続されている。アレー１０内の各光源２２は情報信号に従って周知 の方法で変調される。アｌ、−−Ｉ　Ｑは、例えば光導電体あるいは写真フィル ム等の感光媒体（図示せず）上に情報を記録するのに使用される。

アレー１０はまた光学スキャナ（図示せずドとしても使用され、対象物から反射 した光を光ファイバを通して感光要素へ伝送する。

第４因及び第５図に示されるように、各光７アイバ１２はジャケット３０と、ク ラッド３２と、コア３４とを有している。ジャケット３０はファイバ１２の煽３ １から取り除かれ、クラッド３２が剥き出しにされている。クラッド部分３３（ 第５図）において、クラッドの直径は実質的に細くされ、これによって部分３３ は他の部分に比べてより近接配置することができる。クラッド部分３６は部分３ ３の一端で細くされている。本発明での使用の好適なファイバはコーニングガラ ス会社によって製造されている、ファイバ番号５６７０４１２１、ＫＨＩの特別 なシングルモードファイバである。このファイバはコア３４内にゲルマユ９ムが 滴下されたシリコンから形成されている。ジャケット３０は直径が２５０μｍで あり、クラッド３２の直径は１２５μｍであり、コア３４は直径が４μｍである 。

本発明は肩部で直径が細くされた光ファイバについて記載しているが、本発明の アレーは、クラッドの直径がファイバの全長を通して一定のファイバを使用する ことも出来る。

第１図に示されているように、ファイバ１２はファイバのジャケット３０を支持 するアｌ／　−１０の入力端１５からアレーの種強く端１７まで伸びており、フ ァイバ１２は端１７で最も接近している。ファイバ１２は−組みの溝２８ａ−２ ８ｇ内取り付けられており、間溝は基質１６内に形成され、基質１６の平旦な領 域２９ａ−２９ｇによって隔てられている。各組みの溝２８ａ−２８ｇは各々ラ ンド２５ａ−２５ｇによって隔てられている。溝２８ｍは第６Ａ図に示されてい るように、断面が略長方形であり、溝２８ｂ−２８ｇは第６Ｂ図に示されるよう に断面が略Ｖ字状である。領域２９ａ−２９ｆは、隣の溝の底端若しくは底と同 一平面に位置しているのが望ましい、溝の底端の内の一つが第６Ｂ図において符 号２７ｂで示されている。

第２図に示されるように、ガラスプレート２１が溝２８ｇ内でファイバ１２の上 に伸び、同様なプレート（図示せず）が溝２８ａ−２８ｆの他の各組みにおいて 、ファイバ１２の上に伸びている。これらガラスプレートは後述するように、ア レーｌＯの製造において大変重要である。ガラスプレート２１は本発明の要素を より明瞭に示すために第１図では省略されている。

溝２８ａ−２８ｇの各組みにおいて、プレート２１は溝及びファイバ１２の上に 伸びており、第２図に示されるように、エポキシ２３がプレート２ｉと、基質１ ６と、ファイバ１２との間の空白領域に満ｔ；されている。

溝２８ａ−２８ｇはファイバ１２がアレー１０の出力端１７の方向に近接配置さ れるように配置されている。溝２８亀−２８ｇの連続する組みにおいて、溝のピ ッチＰ（第６Ｂ図）を徐々に狭くすることにより、徐々に間隔を狭くしている。

第６Ｂ因に示されるように、溝のピッチＰは溝の幅Ｗとランド２５ａ−２５ｇの 輻Ｓからなっている。ピッチＰはランドの幅Ｓを変えることにより、若しくは溝 の輻Ｗを変えることにより、若しくはＳとＷの双方を変えることにより変更する ことができる。

溝２８ａはファイバ１２のジャケット３０を収容する大きさにされている。溝２ ８ｂ−２８ｆはファイバ１２のクラッド３２を収容するよになっている。溝２８ ｇは直径が細くされたクラッド部分３３を収容するようになっている。ジャケッ ト３０はファイバの一定の長さに互って基質１６上のファイバ１２上に残ってお り、アレーｌＯの安定に役立っている。幾つかの実施例においては、クラッド部 分３３が溝２８ｂ−２８ｆの他の組み内に伸びているのが望ましい。溝２８ｂ− ２８ｆの大きさはアレー１０内で使用されるファイバの形式によって決定される 。上述したコーニングガラス会社のシングルモードファイバにおいては、溝２８ ａは幅が約２５５から約２８０μｍであり、溝２８ｂ−２８ｆは幅が約１５５μ ｍである。溝２８ｇの大きさは種々の大きさのクラッド部分３３に対して以下の 表Ｉに与えられている。溝２８ｂから始まって、連続する組みを通過し、溝２８ ｇに至る間に、溝２８ｂ−２８ｇが徐々に暢Ｓが狭くなるランド２！５ｂ−２５ ｇによって隔てられており、これによってアレーｌＯの端１７において、ファイ バ１２が徐々に近接配置されている。例えばランド２５ａ−２５ｇの輻Ｓは各々 ２５．１００．７６．５３．２９．５、及び４ｐｍである０本発明の実施例にお いては、基質１６の長さは約７５ｍｍであり、基質の幅は２５ｍｍであり、基質 の厚さは約５２５μｍである。溝２８ａの長さは約１０ｍｍであり、溝２８ｂ− ２８ｆの長さは約２ｍｍであり、溝２８ｇの長さは約２５ｍｍである。平旦な領 域２９ａ−２９ｅの長さは約４ｍｍであり、平旦な領域２９ｆの長さは約１０ｍ ｍである。

ファイバ１２の部分３３及び溝２８ｇの大きさ第２図に示されている。ここでは Ｗは溝２８ｇの幅であり、βは溝２８ｇの半角であり、Ｓは隣合う溝２８ｇの間 のランド２５ｇの幅であり、Ｐは底２７ｇでの溝２８ｇの間の距離を示すチャネ ル間隔を示している。Ｄはファイバ１２のクラッド部分３３の直径である。角度 βは溝がシリコン内にエツチングされたときには約３５６である。しかしながら 他の角度であっても良いことは勿論である。種々の直径りに対して溝２８ｇの大 きさは表１に示されている。

艮上 Ｄ（μ＠）　Ｗ（μｍ）　Ｓ（μｍ）　Ｐ（μｍ）２０　２４　４　２Ｂ フアイバエツチング 第４図にはファイバ１２が示されており、ここではジャケット３０はエツチング ステップの準備段階でその部分から取り除かれる。ファイバ１２はフッカ水素酸 （ＨＦ）によってエツチングされ、例えばクラッド３２の直径が１２５μｍが１ ０ｐｍまで細（される。室温でのみかけのエツチング速度は１．００２ｍ７分で ある。部分３３の直径は隣合うファイバの間で光結合が起こらないように十分広 くなければならない。最も最適な結果を得るためには、部分３３において、クラ ッドの直径が少なくとも１０２ｍでなければならない。

エツチング後のファイバ１２が第５図に示されている。エツチング処理の間、フ ァイバ１２の端はフッカ水素酸の中に置かれ、毛細管現象によって、尖った部分 ３６がフッカ水素酸上に形成される。尖端部３６は、クラッド３２の直径がクラ ッド部分３３の直径からいきなり細くされた場合に比べて曲げ剛性が高いことが 分かった。ファイバ１２のコア３４はクラッド３４よりも早くエツチングされ、 この結果へこんだ先端（図示せず）がコア３４に形成され、エツチングステップ 後に磨くことによって取り除かれる。

基】」す１ 基質１６は写真手段によってシリコンウェファ（図示せず）に形成されるのが望 ましい。第７図ないし第１３図には、ウェファに溝２８ｂ−２８ｇ及び平坦な領 域２９ａ−２９ｆを形成するステップが示されている。第７図に示されているよ うに、Ｓｉ、Ｎ、の層５０がシリコウェファ５２上に形成される。第８図に示さ れているように、ネガフォトレジスト５３がＳｉ、Ｎ４上に形成される。ネガフ ォトレジスト 合可能なプラスチック例えばＫＴＩケミカル社製のネガフォトレジスト、タイプ ７４７を使用することができる。フォトレジスト５３は、マスク５４（第９図） を通して紫外線に露光される。紫外線は水銀蒸気ランプから供給することができ る。次ぎのステップでは、７オトレジストは例えばＫＴＩケミカル社製の投影現 像装置を使用することによって現像され、第１θ図に示すようにフォトレジスト の露光していない部分が取り除かれる。次ぎに、Ｓｉ３Ｎ，層５０はプラズマエ ツチングを使用してエツチングされ、第１１図に示すようにフォトレジスト５３ が取り除かれる。ウェファ５２の露光部分が次いでエツチングされ、第１２図に 符号２８で示される溝２８ａ−２８ｇと、基質１６の平坦な領域２９ａ−２９ｆ とが形成される。溝と平坦な領域が形成されｔ；後、ｓｉ３Ｎ４層５０がプラズ マエツチングによって取り除かれ、第１３図に示すようにウェファ５２が現れる 。溝内にファイバ１２を固定するのに使用される接着剤が総ての条件下でＳｉｓ Ｎ．に粘着するのでＳｉ３Ｎ．層５０の削除は重要なステップであることが分か った。アセトン及びイオンが取り際かれた水を使用してエツチングされる前後ウ ェア１５２がきれいにされ、次いでウェファが窒素によって吹き付は乾燥される 。

上述したプロセスは基質１６に溝２８ｂ−２８ｇ及び平坦な領域２９λ−２９ｆ を形成するのに使用される。基質１６の端１５の溝２８ａが最後に形成される。

それらはダイアモンドブレードを使用して形成される。溝２８ａはファイバ１２ のジャケット３０を収容するようにされている。実施例においては、第６Ａ図に 示すように、溝２８Ａの断面は長方形であり、その１ｗは約２５５から約２８０ μｍの間であり、その深さは約１５０ｐｍであり、またそのランド２５ａの暢Ｓ は約２５ｐｍである。

ファイバ１２は破損しやすく、また比較的小さいので基質１６上にファイバ１２ を取り付けるのには大変な注意が必要である。第１のステップでは、ファイバは 、ジャケット３０を収容するチャネルを備えたホルダ（図示せず）内で互いに平 行に配置されている。位置決めされたファイバ３０のジャケット３０は次いで基 質１６の溝２８ａ内に挿入される。ガラスプレート、例えば第２図に示されるよ うなプレート２１が溝２８ａ内のジャケット３０上に置かれる。ガラスプレート は約１５０μｍの厚さであり、溝２８ａ上に伸びる大きさを有している。ガラス プレー１・は、「ラッカ　アンド　コール」から販売されているマイクロポジシ 讐す　モデル２２１の針によって適宜の位置に保持されている。紫外線によって 固化するエポキシがガラスプレートと基質１６との間に注入され、エポキシは、 毛細管現象によってファイバ１２のジャケット３０の回りの溝２８ａ内に浸透す る。エポキシはガラスを通してユボキシ上の向けられる紫外線によって固化する 。ファイバ１２のクラッド３２は次いで徐々にピッチが狭くなる溝２８ｂ−２８ ｇ内に置かれ、ファイバ１２は上述したガラスプレートと、紫外線固化エポキシ によって溝２８ｂ−２８ｇの各組み内の適宜の位置に固定される。即ちガラスプ レートは溝内でファイバ１２上に直接置かれ、マイクロポジショナによって適宜 の位置に保持され、紫外線固化エポキシが毛細管現象によって溝内のファイバ１ ２の回りに浸透する。

平坦な領域２９ａ−２９ｆにおいて、ファイバ１２は徐々にピッチが狭くなる略 平行な溝２８ｂ−２８ｇの各組みの間で互いに近接配置される。平坦な領域２９ ａ−２９　ｆは上述のステップにおいて重要である。即ち平坦な領域はファイバ が現実に位置決めされているか否かを決定するためファイバを観察する手段とな る。溝２８ｂ−２８ｇ内のファイバを観察するのは非常に困難だからである。

ファイバ１２が溝２８ａ−２８ｇ内に固定された時、アレー面ｌＯの位置部が研 磨のこ（図示せず）手段によって取り除かれ、面１９が磨かれる。研磨のこけ浸 透測脂ダイアモンドブレードである。研磨ステップは、クラッド部分３３、光フ ァイバ１２及び基質１６を覆うガラスプレートを同時に切断することによって行 われる。

本発明においては、ファイバ１２を基質１６に固定するのに使用される接着剤が 重要な要素となる。接着剤は毛細管現象のため粘性は低くなければならず、また 放射ロス及びファイバ１２の間のクロストークを最小限に抑えるため、クラッド ３２のよりも屈折率が低くなければならない。接着剤が固化した後、マイクロベ ンヂングロスを最小限にするためファイバに作用する応力は低くなければならな いし、また接着剤は、表面の研磨制度を高くするｌ；め適当な園さでなければな らない。適宜の接着剤はノーランド６１接着剤であり、ノーランド会社から販売 されている。しかしながらランデツクＵｖ接着剤、カタログ番号１７７が望まし い。これはコネチカット、トーリングトン、のアメリカンケミカルアンドエンジ ニアリング会社のダイマツクスエンギニアリング接着剤部から販売されている。

本発明の実施例に示されているように、アレー１０は直径約４μｍのコア及び直 径約１２５μｍクラッドを有するシングルモードファイバから構成された。部分 ３３は直径約１５μｍにエツチングされ、部分３３の長さは約２５ｍｍにされ、 また基質１６の！２８ｇの間の分離チャネル（ｐ）は約２８μｍであつ１；。フ ァイバ１２は第１図に示すように基質１６上に取り付けられた。即ち形成されｔ ；アレーは、テーパ／パッケージングロス、クロストークレベル、オヨビ出力ビ ーム品質等について検査された。テーバ／パッケージングロスは、細くされた７ アイパ、エツチングされたクラッド及びパフケージング応力に起因する放射ロス を、エツチングされていないシングルモードファイバの放射ロスと比較しｔ；指 標である。光ファイバの伝播特性の変化はエツチング及びバッケージングズロセ スによって最小限に抑えられている。即ち、本発明のアＩ／−によって、７アイ バの必要な公立を維持しつつ、バッキング密度を実質的に増加さることができる 。

ファイバ１２の数及び間隔は必要に応じて変更できることは勿論である。アレー （図示せず）は記録媒体の全長に亙って拡張できるし、あるいは記録ヘッド（図 示せず）は複数のアレーを横方向に順次配置して若しくは平行に配置して有する ことができる。アレー１０は様々なプリントフォーマットを作成するのに使用す ることができるし、作成されたフォーマットは各ファイバの光源の操作によって 決定される。

ＦＩＧ。７ ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ。９ ＦＩＧ、ＩＩ ＦｊＧ、　１２ ＦＩＧ、　１３ １＋＋、、、＋ｍｎｌ　ＡＨ１１ｃｍ＋ｍ　Ｎ＠　ＰＣＴ／ｕＳ８９１０４２４ ５国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面上に複数の溝（２８ａ−２８ｇ）を有する基質（１６）と、前記溝内の 複数のフイバ（１２）とを有してなる光ファイバアレーにおいて、前記溝（２８ ａ−２８ｇ）は組みとして配置されると共に、同溝の前記組みは前記表面の略平 坦な領域（２９ａ−２９ｆ）によって互いに離間され、かつ前記平坦な領域は前 記溝の底（２７ａ−２７ｇ）と同一平面上に略位置していることを特徴とする光 ファイバアレー。 ２．前記ファイバ（１２）は、前記ファイバの端が線形アレーを形成するように 前記溝（２８ａ−２８ｇ）内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第一 項記載の光ファイバアレー。 ３．溝（２８ａ−２８ｇ）の前記組みは略位置決めされ、前記ファイバ（１２） は横方向に順次配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光ファ イバアレー。 ４．前記各組み内の溝（２８ａ−２８ｇ）は略平行であり、全ての組みの溝（２ ８ａ−２８ｇ）は略同一方向に伸びていることを特徴とする請求の範囲第１項記 載の光ファイバアレー。 ５．平面要素（２１）が溝（２８ａ−２８ｇ）の各組み及びその中のファイバの 上に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光ファイバアレー 。 ６．溝（２８ａ−２８ｇ）の前記組みは前記基質（１６）に沿って一端（１５） から他端（１７）まで間隔を置いて配置され、前記溝のピッチ（Ｐ）は前記一端 （１５）においてよりも、基質（１６）の他端（１７）においての方が狭く、こ の結果その中のフイバが前記他端に向かって集合していることを特徴とする請求 の範囲第１項記載の光ファイバアレー。 ７．溝（２８ａ−２８ｇ）の各連続した組みのピッチ（Ｐ）は前記一端（１５） から前記他端（１７）に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とする請求の 範囲第６項記載の光ファイバアレー。 ８．前記他端（１７）での前記溝（２８ｇ）の各々は約１２μｍから約４６μｍ の間の最大幅を有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の光ファイバアレ ー。 ９．前記溝（２８ａ−２８ｇ）の少なくとも幾つかは略Ｖ字状であることを特徴 とする請求の範囲第１項記載の光ファイバアレー。 １０．前記ファイバ（１２）の各々はコア（３４）と、同コア（３４）の回りの クラッド（３２）とを有し、クラッド（３２）の外径は第２の部分（３３）より も第１の部分のほうが小さいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光ファイ バアレー。 １１．前記ファイバ（１２）のクラッド（３２）は断面略円形であり、前記クラ ッドの外径はその直径であることを特徴とする請求の範囲第１０項記載の光ファ イバアレー。 １２．前記フイバ（１２）の各々クラッド（３２）は細くされた部分（３６）を 有し、同細くされた部分（３６）は前記領域（２９ａ−２９ｆ）の一つの上に支 持されていることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の光ファイバアレー。 １３．前記第１の部分における前記クラッドの直径は約１０μｍから約１００μ ｍの間であることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の光ファイバアレー。 １４．フイバ（１２）の各々はジャケット（３０）を有する部分と、クラッドが 露出している部分とを有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光フ ァイバアレー。 １５．前記基質（１６）は、ファイバ（１２）のジャケット（３０）を収容する 溝（２８ａ）を有することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光ファイバア レー。