(57)【要約】    【課題】  光照射光学装置を安価に製造する。    【解決手段】  スタート構造となる光導波路アレイ構造体をカバー２２から研磨をしていく。研磨はＣＭＰ法により実行することができる。研磨はカバー２２を全て研磨により除去し、光ファイバ構造体６の中心付近まで研磨していく。その後、研磨された平坦面上に屈折率調整層１２を介して発光層１４となる有機ＥＬ構造を光ファイバ構造体６のピッチに合致する寸法で形成し、発光層１４間に駆動回路１６を形成し、発光層１４と駆動回路１６上に透明導電膜１８及びキャップ層２０を形成する。その後、その光導波路アレイ構造体を所望の長さに切断し、光導波路アレイ構造体の両端面をＣＭＰ法により研磨し、一方の端面を光出射面とし、他方の端面にはアルミニウム膜を蒸着法により形成して反射面とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱を軸に沿って切断して平坦面を形成した形状を有する複数の光導波路が、ベース基板に一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれの前記平坦面が同一平面内にあるように配置されており、該光導波路は端面に光出射面をもち、前記平坦面から導入された光をその光出射面から出射するものとなっている光導波路部と、
前記平坦面上に直接又は他の層を介して配置されて一体化され、前記平坦面から前記光導波路に光を導入するための発光層を有する発光素子と、を備えていることを特徴とする光照射光学装置。
【請求項２】
前記光導波路は周辺部に中心部領域よりも相対的に低屈折率の領域をもち、前記中心部領域が前記平坦面に露出している請求項１に記載の光照射光学装置。
【請求項３】
前記光導波路の中心部領域は所定の屈折率をもつコア層を形成し、前記周辺部領域はそれよりも低屈折率のクラッド層を形成しており、前記コア層とクラッド層との間の屈折率差が０．１５以上である請求項２に記載の光照射光学装置。
【請求項４】
前記光導波路は均一な屈折率をもち、前記平坦面を除いて前記光導波路よりも相対的に低屈折率の樹脂層により前記ベース基板に固定されている請求項１に記載の光照射光学装置。
【請求項５】
前記光導波路と前記樹脂層との間の屈折率差が０．１５以上である請求項４に記載の光照射光学装置。
【請求項６】
前記光導波路と発光素子との間には両者の屈折率の間の大きさの屈折率をもつ屈折率調整層が設けられている請求項１から５のいずれかに記載の光照射光学装置。
【請求項７】
前記屈折率調整層の屈折率は前記光導波路から発光素子方向に徐々に高くなっている請求項６に記載の光照射光学装置。
【請求項８】
前記屈折率調整層は無機材料で構成され１００ｎｍ以上の膜厚を有する請求項６又は７に記載の光照射光学装置。
【請求項９】
前記発光素子は前記光導波路に対して１対１の関係で配置されている請求項１から８のいずれかに記載の光照射光学装置。
【請求項１０】
前記発光素子は有機ＥＬ素子である請求項１から９のいずれかに記載の光照射光学装置。
【請求項１１】
前記光導波路の両端面のうち、光が出射する端面は光学平面であり、他方の端面は光反射面となっている請求項１から１０のいずれかに記載の光照射光学装置。
【請求項１２】
ベース基板に複数の円柱状光導波路が一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれ同一高さに配置されて固定された光導波路アレイ構造体を用意し、
すべての前記光導波路に対して同一高さを維持しながら研磨してそれぞれの光導波路に軸方向に延びる平坦面を形成するステップと、
前記平坦面上に直接又は他の層を介して、発光層を有する発光素子を形成するステップと、を備えたことを特徴とする光照射光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光プリンター用ヘッドなど、発光源として光を供給するための光照射光学装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光プリンター用ヘッドとしては、ベース基板の表面に複数の光導波路が一定間隔で互いに平行に配列された光導波路アレイ構造体を用いて光源からの光を導くようにしたものが使用されている。
そのような光導波路アレイ構造体としては、基板上に形成されたクラッド層中に断面が矩形でクラッド層よりも屈折率の高いコア部が埋め込まれたものが提案されている（特許文献１〜４参照。）。
【特許文献１】特開平８−４３６５３号公報
【特許文献２】特開平６−３３１８４４号公報
【特許文献３】特開平５−３２３１３６号公報
【特許文献４】特開２００１−２５５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、光導波路の一端面から光を入射させる光プリンター用ヘッドでは、光入射面積が小さいため出射される光量も制約をうけ、高い光量を得ることが困難となる。その結果、例えば、プリンターの感光体材料に光導波路の端面形状に対応したドットのデジタル光情報の書込みを行なおうとしても光量が不足して十分な書込みを行なうのが困難になる。
本発明の第１の目的は、高輝度なライン型光照射光学装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、そのような光照射光学装置を安価に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の光照射光学装置は、光導波路部と発光素子とが一体化されたものである。光導波路部は、円柱を軸に沿って切断して平坦面を形成した形状を有する複数の光導波路が、ベース基板に一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれの前記平坦面が同一平面内にあるように配置されており、その光導波路は端面に光出射面をもち、前記平坦面から導入された光をその光出射面から出射するものとなっている。発光素子は発光層を有し、前記平坦面から光導波路に光を導入するものであり、光導波路の前記平坦面上に直接又は他の層を介して配置され一体化されている。
【０００５】
光導波路は発光素子から平坦面を経て導入された光を側面から放出することなく出射用の端面まで導くものである。そのような光導波路の一例は、周辺部に中心部領域よりも相対的に低屈折率の領域をもち、中心部領域が前記平坦面に露出しているものである。そのような構造の光導波路は、一般に光ファイバ構造体と呼ばれているものである。屈折率は中心部領域と周辺部領域とで急峻に変化していてもよく、なだらかに変化していてもよい。具体的な一例は、光導波路の中心部領域は所定の屈折率をもつコア層を形成し、周辺部領域はそれよりも低屈折率のクラッド層を形成している光ファイバ構造体である。その場合、コア層とクラッド層との間の屈折率差が０．１５以上であることが好ましい。
【０００６】
光導波路の他の例は均一な屈折率をもつものである。その場合、導入された光が側面から放出されることなく端面まで導かれるようにするために、光導波路は前記平坦面を除いて光導波路よりも相対的に低屈折率の樹脂層によりベース基板に固定されているものとすることができる。その場合も、光導波路と樹脂層との間の屈折率差が０．１５以上であることが好ましい。
光導波路の材質としては、石英ガラス、多成分系ガラス、Ｓ−ＴＩＭ３５やＢＫ７などの光学ガラス材料のほか、光透過性の単結晶材料やプラスチック材料も使用することができる。ここで、多成分系ガラスとは石英母材に所望の微小屈折率変化を与える微量のドーパント（ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｅｒなど）が加えられたものを意味する。
光導波路と発光素子との間の屈折率差が大きい場合には、その界面で光が反射して発光素子から光導波路への光の導入の障害となることがある。そのような事態を避けるために、光導波路と発光素子との間に両者の屈折率の間の大きさの屈折率をもつ屈折率調整層が設けられていることが好ましい。そのような屈折率調整層においては、屈折率は光導波路から発光素子方向に徐々に高くなっているように設定されているのが好ましい。
【０００７】
屈折率調整層としては屈折率の大きい材質が要求され、無機材料が好ましい。また、屈折率調整層で屈折率を変化させる必要があることから、折率調整層の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
各光導波路からそれぞれ個別に光を供給することを目的とするときは、発光素子は光導波路に対して１対１の関係で配置されているようにする。
【０００８】
発光素子としては有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を使用することができる。有機ＥＬ素子は、発光材料に応じて発光波長を容易に変更できるため、プリンター感光材料の感光波長や感度に応じて、設計の自由度が高い。
光導波路は両端面をもっているが、そのうちの一方は光の出射端面である。光の出射端面は光学平面であり、他方の端面はアルミニウム膜蒸着や誘電体多層膜などにより光反射面となっていることが好ましい。光学平面とは表面粗さが２０ｎｍ以下の表面を意味する。
【０００９】
本発明の製造方法は、ベース基板に複数の円柱状光導波路が一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれ同一高さに配置されて固定された光導波路アレイ構造体を用意し、すべての前記光導波路に対して同一高さを維持しながら研磨してそれぞれの光導波路に軸方向に延びる平坦面を形成するステップと、前記平坦面上に直接又は他の層を介して、発光層を有する発光素子を形成するステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光照射光学装置では、複数配置された光導波路の軸に沿って形成された平坦面から発光素子により光を導入するので、従来のように光導波路の長手方向の端面のみから光入射させる方法に比べると、コア部の上面の面積は格段に広いため、光入射面積が例えば３桁以上というように桁違いに大きくなり、それにもとなって出射される光量も格段に多くなる。高い光量が得られると、例えば、プリンターの感光体材料に光導波路の端面形状に対応したドットのデジタル光情報の書込みが可能になる。
【００１１】
本発明の製造方法は、光導波路アレイ構造体を加工するので、既に安価に市販されている光ファイバアレイ構造体（セルフォックレンズ（登録商標）を含む）などを出発材料とすることができ、光ファイバアレイ構造体などの光導波路の上層部を研摩加工することで容易に製作することができるので、安価に量産製品を供給できる。
また、そのような光ファイバアレイ構造体を幅方向に複数個並べることによって光照射幅を広げることができるので、その場合には広幅の光照射光学装置を実現することができる。
【００１２】
また、光ファイバアレイ構造を使用すれば、位置決め用Ｖ溝、高屈折率線状材料と低屈折率材料が３次元構造を構成するため、材料（屈折率）の選定範囲が広く、かつ位置決め精度も高い。材料（屈折率）の選定範囲が広いことから、例えば発光素子として有機ＥＬ素子を形成する場合には、有機ＥＬ層の屈折率に合わせてコア材料の屈折率を選択できるので、光の利用効率が高い。
【００１３】
光ファイバアレイ構造は高密度配列のものを入手するのも容易である。そのため、例えば、光ファイバアレイ構造として配列ピッチ約１０μｍのものを使用すれば２５００ｄｐｉ、配列ピッチ約４２μｍのものでは６００ｄｐｉのヘッドとなり、高密度光プリンター用ヘッドが容易に供給できる。各種印刷密度に応じて、所望のピッチのヘッドを製作するのが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に一実施例の光照射光学装置である光プリンタヘッドを示す。
２はベース基板であり、紙面垂直方向に延びる板状の部材である。ベース基板２の表面には光ファイバ構造体を固定するための断面形状がＶ字形のＶ溝４が、一定の間隔で、複数個紙面垂直方向に延びて形成されている。基板２としては石英、ガラス基板、シリコン基板などを用いることができる。Ｖ溝４の配列ピッチは例えば１００μｍ、４２μｍ、１０μｍなどである。本発明で使用するＶ溝は、その加工プロセスからピッチ及び斜面角度は高精度に製作可能である。具体的には、ピッチは±０.２μｍ、斜面角度は±０.０１°程度に加工された製品が市販されている。このため、そのようなＶ溝製品を固定用基材として使用すれば、光ファイバ構造体の中心位置精度は中心±０.２μｍの高精度に位置決めすることが可能である。この位置精度は、コア部とクラッド部からなる、いわゆる市販光ファイバでも、コア部を構成する光ファイバ構造体であっても、いずれのタイプであってもＶ溝に固定することで高精度位置決めが可能となる。
【００１５】
各Ｖ溝４には１個ずつの光ファイバ構造体６が配置され、光ファイバ構造体６は低屈折率の樹脂８によりＶ溝４内に固定されている。隣接する光ファイバ構造体６間にも低屈折率の樹脂８が充填されている。光ファイバ構造体６は中心部（コア部）の屈折率が１.６９のＳ−ＴＩＭ３５材料にてなり、周辺部がそれより屈折率の低いクラッド層となっている。樹脂８としては、例えば紫外線硬化型樹脂を用いることができる。
【００１６】
光ファイバ構造体６はその円柱の一部が軸方向に沿って切断された形状に形成されており、それぞれの光ファイバ構造体６の平坦面１０が同一平面になるように配置されている。光ファイバ構造体６ではコア部が平坦面１０に露出している。光ファイバ構造体６間の樹脂８も光ファイバ構造体６の平坦面１０と同一平面になるように高さが揃えられて、平坦面１０と樹脂８の表面により１つの平坦面を形成している。
【００１７】
光ファイバ構造体６の平坦面１０上には屈折率調整層１２を介して発光層１４が形成されている。発光層１４は有機ＥＬ発光層である。発光層１４から発生した光は屈折率調整層１２を介してそれぞれの光ファイバ構造体６のコア部に導かれる。
【００１８】
発光層１４の屈折率が光ファイバ構造体６のコア部の屈折率と同じ場合は、屈折率調整層１２は不要である。例えば、中心部（コア部）の屈折率が１.９２のＳ−ＮＰＨ２材料にてなる場合は、屈折率調整層は形成する必要がなく、研磨された中心部（コア部）上に発光層を直接形成することができる。すなわち、導波路の屈折率が１.９２、その上の発光層の屈折率が１.９２から１.９４である。
光ファイバ構造体６のコア部の屈折率が発光層１４の屈折率よりも低い場合は、両者間に介在している中間屈折率を有する屈折率調整層１２は１００ｎｍ以上の膜厚を有し、光ファイバ構造体６から発光層１４の方向に向かって、光ファイバ構造体６のコアの屈折率に近い屈折率から発光層１４の屈折率に近い屈折率となるように徐々に屈折率が変化するように、膜厚方向に屈折率の分布をもっている。
【００１９】
屈折率調整層１２としては無機材料を使用する。そのような無機材料の一例は、シリコン酸化物と金属酸化物とを交互に繰り返して製膜した積層体のように複数原材料の繰返しによって得られる中間屈折率材料からなるものであり、原材料の繰返し成膜回数と酸化度合いによって屈折率が変更可能なものである。そのような無機材料層は、例えば、ＳｉＯ2の成膜時に微量に屈折率変更材料、例えばＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5などの単体又は複合材料、を混合することによって形成することができる。無機材料層は膜厚方向に屈折率が徐々に変化する層構造とすることも、また互いに屈折率の異なる複数層が積層されたものとすることできる。
【００２０】
膜厚方向に屈折率が徐々に変化する層構造は、膜厚方向に対して混合する材料成分を徐々に増加又は減少させるように濃度分布をもたせることによって形成することができる。
また、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａの酸化度を変更することでも、屈折率変化構造を形成することができる。すなわち、例えば、ＴｉＯｎ（ｎは２以下の実数：すなわち、Ｔｉ〜ＴｉＯ2までの酸化の程度）を制御することで、屈折率を変更することができる。ＴｉＯｎの場合はｎが大きくなると屈折率は小さくなる。
屈折率の異なる複数層が積層された無機材料層を形成する１つの方法は、膜厚方向に対して、例えば２段階、３段階というように段階的に分けて材料成分濃度を変更して段階的屈折率分布をもたせる方法である。例えば、１層目から３層目までの各層はＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ3の混合膜で、上に行くに従ってＮｂ2Ｏ3濃度が高くなるように形成されたものである。具体的には、１層目に導波路構造体に最も近い（直上の）膜で、Ｎｂ2Ｏ3を２８％、ＳｉＯ2を７２％含む膜を成膜し、２層目にＮｂ2Ｏ3を３５％、ＳｉＯ2を６５％含む膜を成膜し、３層目にＮｂ2Ｏ3を４７％、ＳｉＯ2を５３％含む膜を成膜する。すなわち、導波路の屈折率が１.６９、その上の１層目の膜の屈折率が１.７４、２層目の膜の屈折率が１.８３、３層目の膜の屈折率が１.８９である。
【００２１】
屈折率の異なる複数層が積層された無機材料層を形成する他の方法は、膜厚方向に対して、例えば２段階、３段階というように段階的に分けて材料成分の組合わせを変更して段階的屈折率分布をもたせる方法である。例えば、１層目がＳｉＯ2とＴａ2Ｏ3の混合膜、２層目がＳｉＯ2とＴｉＯ2の混合膜、３層目がＳｉＯ2層となっているような構成のものである。
【００２２】
発光層１４は膜厚が約０．１μｍの有機ＥＬ発光層であり、各ラインの光ファイバ構造体６ごとに分離して形成されている。隣接する発光層１４間には、図１では便宜上詳細の説明を割愛しているが、駆動用回路１６が形成されている。
【００２３】
発光層１４と駆動回路１６上には各発光層１４に共通の電極となるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や酸化スズ（ＳｎＯ2）などの透明導電膜（透明電極）１８が形成されている。透明導電膜１８上にはキャップ層（メタルカソード（金属電極からなる陰極））２０となる薄膜が形成されている。キャップ層２０はマグネシウムやアルミニウムなどのアルカリ金属やアルカリ金属酸化物からなり、カソード（陰極）の作用をするものである。
【００２４】
図示は省略されているが、発光層１４を挟んでＥＬ発光素子を形成するために、発光層１４と屈折率調整層１２の間にもＩＴＯや酸化スズなど透明電極が形成されており、発光層１４の間の領域には、各発光素子を駆動するための駆動回路が形成されている。
【００２５】
次に図２を参照してこの実施例の光照射光学装置を製造する方法について説明する。
同図（Ａ）は、この製造工程のスタート構造となる光導波路アレイ構造体を示したものである。ベース基板２の表面に形成されたＶ溝４のそれぞれに１本ずつの光ファイバ構造体６が配置され、低屈折率の樹脂８により固定されている。光ファイバ構造体６をベース基板２の反対側から固定するために光ファイバカバー２２が低屈折率樹脂８により光ファイバ構造体６上に固着されている。このような光導波路アレイ構造体は光ファイバコネクタなどとして市販されており、種々のピッチのものを入手することも製造することもできる。
【００２６】
同図（Ｂ）に示されるように、光導波路アレイ構造体のカバー２２から研磨をしていく。研磨はＣＭＰ（化学的機械的研磨）法により実行することができる。研磨はカバー２２を全て研磨により除去し、ａ→ｂ→ｃと光ファイバ構造体６の中心付近まで研磨していく。光ファイバ構造体６の研磨と同時に樹脂８も研磨されていき、光ファイバ構造体６の平坦面と樹脂８の平坦面が同一平面を形成しながら徐々に研磨されていく。同図（Ｂ）の太い鎖線ｃで示されるレベル、すなわち光ファイバ構造体６の中心付近、まで研磨を行なったところで、研磨工程を終了する。
【００２７】
その後、研磨された平坦面上に屈折率調整層１２をスパッタリング法などにより形成し、その上に図１に示されるように発光層１４となる有機ＥＬ構造を光ファイバ構造体６のピッチに合致する寸法で形成し、発光層１４間に駆動回路１６を形成し、発光層１４と駆動回路１６上に透明導電膜１８及びキャップ（メタルカソード）層２０をスパッタリング法や蒸着法により形成する。
【００２８】
その後、その光導波路アレイ構造体を所望の長さに切断し、光導波路アレイ構造体の両端面をＣＭＰ法により研磨する。一方の端面は光の出射面となる。他方の端面にはアルミニウム膜を蒸着法により形成して反射面とする。
このようにして、図１の実施例の光照射光学装置が得られる。
【００２９】
実施例では、説明を簡単にするために光導波路として光ファイバ構造体の例を挙げている。しかし本発明は、加工初期構造の光導波路は光ファイバ構造体に限定されるものではない。例えば、「高屈折率の線状材料をＶ溝上に低屈折率材料で固定する方法で得られる構造」や位置合わせされた一次元或いは二次元形「屈折率分布型光伝播光学部品」（日本板硝子製：セルフォックレンス゛に代表される）でも同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の光照射光学装置は、光プリンター用ヘッドなどとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施例の光プリンター用ヘッドを示す断面図である。
【図２】同実施例の光プリンター用ヘッドを製作する方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２      ベース基板
４      Ｖ溝
６      光ファイバ構造体
８      低屈折率の樹脂
１０      光ファイバ構造体の平坦面
１２      屈折率調整層
１４      発光層
１６      駆動回路
１８      透明導電膜
２０      キャップ層
【図１】
2005297241.tif 000003
【図２】
2005297241.tif 000004