JPH05503261A - 多チャネル光プリントヘッド - 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】 多チヤネル光プリントヘッド 珠衛分野 本発明は、光プリントヘッドであって、−列の光スポットを発生させ、像及び文 章を記録媒体上に記録させ得るように位置決めした対応する複数の光ファイバに 結合された複数の光源を利用する型式の光プリントヘッドに関し、特に、光スポ ットを近接して位置決めし、記録の解像度を向上させる改良された光プリントヘ ッドに関するものである。

背景技術 上述の型式のプリントヘッドは周知である。例えば、米国特許第４．３８９．６ ５５号は、シリコン板にエツチングさせた溝内に光ファイバを直線状に保持する 光フアイバプリントヘッドの各種の形態が記載されている。光ファイバの各々は 、その入力端に光学的に結合された独立的に変調可能なレーザダイオードを備え ており、該ヘッドは、光ファイバの出力端が光レセプタの表面に極めて近接する ように位置決めされ、該ヘッドが該表面に沿って並進するとき、光ファイバから 出る幾つかの変調光ビームが対応する数の平行な像スキャン線を同時に書き込む ようにしである。

例えば、インチ当たり２４００−２８００画素といった高解像度の像書き込みを 行うためには、光レセプタの表面上における隣接するビームスポットの中心間の 間隔を極めて狭小にし、例えば、典型的なファイバの５０乃至１２５μｍの径よ りも狭小にすることが必要となる。例えば、インチ当たり２８００画素の解像度 は、９．０７μｍの間隔とすることが必要である。従来、非修正の単一モードフ ァイバは、現在、８０μｍ径のものが利用可能であり、中心間の間隔９０μｍに て基板上に取り付けることが出来る。上述の特許に記載されたように、光ビーム を光レセプタ上に直接投射する場合、かかる線ヘッドはインチ当たり約２８０画 素という比較的低解像度の像を書き込むことになろう。５０μｍの径の多重モー ドファイバが利用可能であるが、これらファイバを利用しても、インチ当たり僅 か４２０画素程度の比較的低い横断スキャン解像度しか得られないであろう。

望ましい狭小間隔を実現するための各種の技術が公知である。かかる技術の一つ として、ヘッドを書き込み方向に対しある角度にて傾斜させるものがある。しか し、適正な傾斜角度を得るためには、ファイバはエツチングさせ、その径を縮小 させ、ヘッド内におけるファイバの実装密度を増大させなければならない。ファ イバのエツチング工程は、ヘッドのコストを不当に増大させ、光フアイバ中に予 想しない同心度誤差を生じさせる可能性がある。更に、厚い外側クラッドを有す る単一モードのファイバしかエツチングさせることが出来ない。より大きい口径 で極めて薄いクラッドを有する多重モードファイバは、効果的にエツチングさせ 得ない。

７８０−８５０ｎｍ範囲で使用される市販の単一モード光ファイバの場合、コア のクラッドに対する同心度は１μｍ又はそれより良好である。ファイバの楕円率 は２％より良く、これは、８０μｍの径のファイバの場合、コアの同心度が１． ６μｍで非対称であることを意味する。このことは、シリコンＶ溝内にファイバ を完全に配置する場合、光ファイバの差のため、依然、コア毎に２，６μｍの整 列誤差が生じる可能性があることを意味する。高解像度、高精度のプリントの場 合、１つの画素の１７２０の誤差は許容可能である。１２μｍの画素間隔の場合 、許容可能な誤差は、０．６μｍ以下である。この例から、シリコンＶ溝内に配 置される光ファイバは、普通の方法では、この基準に適合し得ないことが明らか である。

故に、本発明の一つの目的は、経済的に製造し得る狭小間隔で配置したスポット を有する光プリントヘッドを提供することである。本発明の別の目的は、高解像 度の像書き込みを行うのに望ましい中心間の間隔を小さくするため、エツチング する必要のないファイバを備える光プリントヘッドを提供することである。

発男塁型栗 上記の目的は、本発明に従い、複数の光チャネル導波管を備えて形成される基板 を提供することにより実現される。該導波管は、扇状パターンにて形成される。

導波管の各々の扇状出口には、光を導波管に伝送する光ファイバが結合されてい る。光ファイバの各々は、別の基板にエツチングさせたＶ溝内に取り付ける。各 Ｖ溝の中心は、それぞれのチャネル導波管の中心に一致する。これら２つの基板 を相互に当接させ、接着剤により適所に固定し、集積プリントヘッドを形成する 。

本発明の好適な実施例において、ファイバは、第２の基板上に９０μｍの中心間 隔でｖ溝内に配ｌした８０μｍ径の単一モードファイバである。チャネル導波管 は銀イオン交換法により形成された導波管を備えるガラス基板である。導波管の 扇状パターンの出口間隔は１２μｍである。

各面の固単ｐ説朋 第１図は、本発明による光プリントヘッドの斜視図、第２図は、第１図の線２− ２に沿った部分断面図である。

本発明の実施例 第１図を参照すると、本発明による光プリントヘッドが全体として符号１０で示 しである。該プリントヘッドは、レーザダイオード１２ａ−ｎのような個々に変 調可能な高輝度の複数の光源を備えている。各レーザの出力は、光ファイバ１４ ａ−ｎに結合される。光ファイバ１４ａ−ｎは、ファイバ１４がその内に配置さ れるＶ溝１８（第２図参照）を画成する基板１６により離間した関係に保持され る。第２の基板２０は複数のチャネル導波管２２ａ−ｎを画成する。これらチャ ネル導波管は広い間隔の端部及び狭小間隔の端部を有する扇状パターンを画成す る。チャネル導波管の広い間隔の端部は第１の基板１６にて離間したファイバ１ ４の端部に突合わせ、その結果、各ファイバはチャネル導波管の１つと整列され る。導波管の扇状パターン２２ａ−ｎは、離間したファイバ１４ａ−ｎの端部か ら放出される光を受け取り、その光を導波管のより狭小間隔の端部から間隔の狭 小なパターンにて放出させる。

作動時、導波管の狭小間隔の端部からの光を利用して、感光性受像体を露光し又 は励起させて像を形成する。例えば、プリントヘッドをドラムスキャナ内に採用 し、該プリントヘッドは該ドラム上に支持した感光性媒体に近接させる。該ドラ ムが回転すると、チャネル導波管パターンの狭い端部からの光は、感光性媒体上 の複数の画素変調線を同時に露光する。図示しないキャリッジ機構が書き込みヘ ッドをドラムスキャナの回転軸線に対して平行な方向に並進させ、感光性媒体上 に二次元的像を露光させる。ファイバ１４ａ−ｎは可撓性の束に集束することが 出来るため、基板１６．２０を含むプリントヘッドの部分のみを並進させればよ く、この結果、比較的小さい質量の加速で済む。

本発明の好適な実施例において、写真フィルムを露光させるのに使用されるエイ コエックスーｉザインマスター（Ｅｉｋｏｎｉｘ　Ｄｅｓｉｇｒｕｓａｓｔｅｒ 　（登録商標））にューヨーク州、ロチニスターのイーストマン・コダック・カ ンパニー（ＥａｓｔｍａｒＩ［０ｄａｋ　Ｃｏａ＋ｐａｎｙ）から販売）レーザ ビームレコーダのようなドラムスキャナを改造して、フィルム又は電子写真光レ セプタの何れかを露光させることが出来、レーザダイオードは、波長約７９０ｎ ｍ及び最高出力８ミリワツトのシースター・オプテックス（Ｓｅａｓｔａｒ　０ ｐｔｉｃｓ）モデル３００ピグテール型レーザダイオードとし、単一モード光フ ァイバは、クラツド径８０μｍのコーニング・フレックスコア（Ｃ。

ｒｎｉｎｇ　Ｆｌｅｘｃｏｒ）　−８５０（登録商標））とし、基板は、１．０ １６ｍｍ　（０，０４０インチ）厚さのシリコンとし、（１００）シリコンウェ ハー上に自然の酸化物エツチングマスクをパターン形成する方法及び溝が（１１ ０）軸線に対して平行であるように電子ビーム発生によるフォトマスクによりフ ォトレジストに写真平版法により溝をパターン形成する方法により、９０μｍの 中心部にＶ溝を形成する。次に、ＣＨＦ３プラズマを使用して、フォトレジスト のこれら開口部を通じて反応型イオンエツチングを行い、自然の酸化物を除去す る。次に、８ｍｌの水、１７ｍ１のエチレンジアミン及び３ｇのピロカテコール から成るエツチング剤（ｅｔｃｈａｎｔ）内でシリコンウェハーをエツチングさ せる。このエツチング剤は高温度にて使用した。このエツチング剤は、エツチン グ速度がその他の方向のシリコンにおけるより遥かに遅い（１１１）軸線に沿っ た箇所を除いて、シリコンを急速にエツチングさせ、自然の酸化物をエツチング マスクとして使用する。これは、（１１１）シリコン面により形成される精密な Ｖ溝を形成する。

ファイバは、薄いガラス板２４をファイバの頂部に配置し、次に、毛管作用によ り、ガラス板とウェハーとの間の隙間にエポッテック（Ｅｐｏ−Ｔｅｋ）　３０ １接着剤のような接着剤２６を充填することが可能となる。ファイバは、適所に クランプされ、接着剤は６５℃の温度にて１時間で硬化させる。次に、半導体の ダイス切りソーを使用してヘッドを縁処理し、整列させ端部処理を行った。次に 、ヘッドをマイラーを裏当てしたアルミナラッピング膜の漸進的に細い粒子を使 用してラッピング装置内で手操作で研磨し、０．３ミクロン（μｍ）の粒子寸法 に仕上げ、研磨面が形成されるようにする。

ガラス導波管は、イオン交換法を適用し、標準的なりＫ−７光学ガラス内のナト リウムイオンを銀イオンと交換させて形成する。銀イオンは、ガラスの屈折率を 増大させる。導波管は、選択的イオン交換により形成される。最初に厚さ０．１ ４μｍのアルミニウム層を蒸着させることにより、研磨したＢＫ−７基板上にパ ターンを形成する。従来のフォトレジスト、写真平版法及び化学的エツチング法 を利用してアルミニウムに開口部を形成する。このパターン付き基板は３３０℃ まで予熱した後、５モル％の硝酸銀の３３０℃の浴に４０秒間、徐々に浸漬させ る。次に、導波管は、空気中で５（ｌ［）℃で１０分間、焼き鈍しし、徐冷する 。導波管は、ダイヤモンドソーにより最終寸法に切断され、導波管の端縁に鋭角 なコーナ部を確保するロジテック（Ｌｏｇｉｔｅｃｈ）　ＰＭ２Ａ研磨装看に装 置研磨される。

次に、導波管は、ファイバ列に取り付けられる。ダイマックス（Ｄｙｍｘ）　６ ２８Ｔ紫外線（ｕ　ｖ）硬化接着剤を使用する。最適な接着を保証するため、薄 い（０゜０４０μｍ）りσ−ム膜を導波管及びファイバ列の非作動頭載−Ｌに蒸 着させる。次に、このファイバ列を６軸のマイクロポジショナ内に保持する。接 着剤の薄い層を導波管に塗布し、レーザを励起させ、導波管から放出される光を 観察することにより、導波管をファイバ列と能動的に整列させる。導波管からの 出力が最適になるまで、光フイルタ列と導波管との相対的位置をマイクロポジシ ョナ内で調整する。好適な出力となったならば、ダイマックスライトウェルダ（ Ｄｙｍｘ　Ｌｉｇｈｔ−ｆｅｌｄｅｒ　（登録商標））により照射して接着剤は 、硬化させる。接着剤を均一に照射することにより、硬化中の接着剤の収縮に起 因して、ファイバ列と導波管との間の整合誤差が生じることはない。この簡単な 当接接続により、導波管はファイバ列に対して直接保持される。このようにして 、この温度変化の結果、ガラスとシリコンとの間に生じる可能性のある熱膨張の 差に起因して、導波管とファイバ列との整合状態が実質的に何ら影響されること はない。

扇状パターンは、幅の広い端部の中央間隔が９０μｍ及び狭小端部における中央 間隔が１２．８μｍの幅寸法が４μｍと５μｍとの間の正確なストリップから成 っている。これら導波管にパターン形成するのに使用されるマスクは、０．０５ μｍの非累積的な整合許容公差を提供する電子ビーム発生マスクである。上述の 光プリントヘッドは、２８０００ＰＩにてプリントし得るように４５°の角度で 使用するように設計されている。又、導波管内の出力チャネル間の間隔を９．０ ７μｍとすることにより、ヘッドを４５°傾斜さずに、　２８００ＤＰ　Ｉのプ リントが可能である。導波管にパターンを形成するのに使用される７オトー、・ スフの出力間隔を変化させるだけで、それぞれ、２４００．１８００．１２００ ＤＰＩ（インチ当たりドツト数）を形成することが出来る１０．６．１４．１． ２１．２μｍといったその他の間隔が実現可能である。上述のように、これら間 隔の非累積的整合許容公差は、０．０５μｍである。インチ当たり２８００ドツ トという最高度の解像度の場合、これは１つの画素の０．０５／９．０７又は０ ．５５％、即ち１　／２００を意味する。これは、かかるドラム書き込み装置に 典型的に指定される画素の１／２０よりも１０倍も優れたファクタである。

本発明は、多重モード導波管に結合された多重モードファイバに容易に応用可能 である。ファイバ列は、より大きいコア径のファイバを使用する点を除いて同一 の方法にて組み立てられる。一実施例において、５０μｍのコアを有する１２５ μｍの径のファイバを１５０μｍの中心間隔にてファイバ列内に組み立てられる 。磁界支援によるイオン交換法を使用して製造された扇状パターンの導波管は、 チャネル導波管に対しファイバのコアに適合し得るように５０　Ｘ　５０μｍ以 上のコア寸法を提供する。このときの扇状パターンは、６５μｍの出力端間隔を 実現する。

多重モードファイバ１４ａ−ｎは、レーザ１２ａ−ｎからのモードを複合させ、 プリントヘッドにより、より均一な光出力が得られるという更なる利点を提供す るものである。

これと別に、チャネル導波管２０は、チタニウムの拡散領域にて形成し、基板１ ４は、ＬｉＮｂＯ３材料を２字状に切断して形成することが出来る。これらチャ ネルは、約１０２５℃の温度で、約８時間かけて拡散させた約４００乃至５００ 人のチタニウムを使用して写真平版法により形成される。

デュポン（ＤｕＦｏｎｔ）からポリガイド（ＰＯＬＹＧＵＩＤＥ　（登録商標） ）として販売されている光重合体光学式導波管用材料のようなその他の材料を使 用してチャネル導波管の扇状パターンを形成することも可能である。

産業上の利用可能性及び利点 本発明による光プリントヘッドは、光プリント分野にて有用であり、プリントヘ ッドが極めて狭小で均一な間隔のスポットを形成し、光プリントヘッドは容易に 製造し得るという点で有利である。

多チヤネルプリントヘッドは、複数のレーザダイオードと、各ファイバが前記レ ーザダイオードの一つに結合された対応する数の複数の光ファイバと、光ファイ バの出力端を離間した関係に保持する溝を画成する第１の基板と、各々が入力端 及び出力端を有する対応する数の複数のチャネル導波管を有する第２の基板とを 備えており、上記入力端は、ファイバの出力端と等しい間隔にて離間され、出力 端は、入力端よりも狭小な間隔で配ｌされ、ファイバの出力端及びチャネル導波 管の入力端が当接関係に固定され、光ファイバがチャネル導波管のそれぞれの１ つに整合されかつ光学的に結合されるようにする。

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Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．多チャネルプリントヘッドにして、複数の光源と、 入力端及び出力端を画成する対応する複数の光ファイバであって、前記光源の各 々が前記光ファイバの一つのファイバの入力端に結合される光ファイバと、前記 ファイバの出力端を離間した関係に保持する溝を画成する第１の基板と、各々が 入力端及び出力端を有する対応する数の複数のチャネル導波管を備える第２の基 板とを備え、前記入力端が、前記ファイバの前記出力端と等しい間隔にて離間さ れ、前記導波管の前記出力端が、前記入力端よりも短い距離で離間され、前記フ ァイバの前記出力端及び前記チャネル導波管の前記入力端が、当接関係に固定さ れ、前記光ファイバが前記チャネル導波管のそれぞれの一つの導波管に整合され かつ光学的に結合されることを特徴とする多チャネルプリントヘッド。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の多チャネルプリントヘッドにして、前記第２の基 板がガラスであり、前記導波管がＡｇとＮａとのイオン交換法により形成される 多チャネルプリントヘッド。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の多チャネルプリントヘッドにして、前記光源がレ ーザダイオードである多チャネルプリントヘッド。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の多チャネルプリントヘッドにして、前記光ファイ バが単一モードファイバであり、前記導波管が単一モード導波管である多チャネ ルプリントヘッド。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の多数チャネルプリントヘッドにして、前記単一モ ード光ファイバが、８０μｍの直径であり、前記導波管が、幅４乃至５μｍで、 入力端における間隔が９０μｍで、出力端における間隔が１２．８μｍのストリ ップである多チャネルプリントヘッド。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の多チャネルプリントヘッドにして、前記光ファイ バが多重モードファイバであり、前記導波管が多重モード導波管である多チャネ ルプリントヘッド。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の多数チャネルプリントヘッドにして、前記多重モ ードファイバが５０μｍの径のコアを有する径１２５μｍのファイバであり、前 記多重モード導波管が、５０×５０μｍの断面積を有し、入力端における間隔が １５０μｍで、出力端における間隔が６５μｍのチャネル導波管である多チャネ ルプリントヘッド。