JPH03144545A - 光走査装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光偏向器を使用した光走査装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザープリンタ、バーコードプリンタ等の装置では、
°点光源からの光を偏光させ、感光体上を走査露光する
ための光走査装置が用いられる。

従来、このような光走査装置としては、ポリゴンミラー
を用いたポリゴンスキャナ、ホログラムスキャナが知ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の光走査装置はいずれも機械的
回転系を持つため走査速度が比較的小さい。また、駆動
装置やそのための回転制御装置を必要とし、加えて光ビ
ームの成形レンズや、ｆθレンズ等の非球面レンズを必
要とするので、装置が高価なものとなる。

そこで、本発明は、走査速度を更に向上し、かつ装置構
成の簡素化を図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するため、本発明は、複屈折結晶板と
偏光切替えスイッチとの組からなる出射光ビームのスポ
ット位置を切り替える素子が、１本の入射光ビームにつ
いて２Ｎ個の偏向点数を得ることができるように、Ｎ段
縦続された光偏向器が設けられ、該光偏向器の入射光ビ
ームが入射する側には該入射光ビームを作る光源及び光
学レンズが設けられ、前記光ビームが前記光偏向器から
出射する側には感光体が設けられた構成を採用している
。

また、必要に応じて、入射光ビームの方向に沿った線を
対称軸として複屈折結晶板内の異常光線の屈折方向が対
称になるよう、第２段以降の複屈折結晶板が配置された
構成とすることもできる。

更に、偏光切替えスイッチがファラデー回転子とした構
成とすることも可能である。

〔作用〕

光源及び光学レンズが１本の入射光ビームを作る。

光偏向器はこの光ビームを受け、各段において出射光ビ
ームのスポット位置を切り替えるようにし、最終段にお
いて２Ｎ個の偏向点数を与える。

光偏向器は、その制御部のコントロールにより偏光切替
えスイッチが切り替えられることにより、最終段からの
出射光を一端から他端に向かって走らせる。

このため、感光体は前記出射光の走査を受けて所定の画
像が露光されることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光走査装置の実施例について説明す
る。

この光走査装置は、第１図に示されるように、入射光ビ
ーム１を作る光源２及び光学レンズ３と、前記１本の入
射光ビーム１について２Ｎ個の偏向点数を得る光偏向器
４と、該光偏向器４から光ビ−ムが出射する側に設けら
れた感光体５とが光ビーム１の方向に順次配置された構
成となっている。

光源２は、例えば半導体レーザで構成され、図示しない
駆動回路により画像信号に基づいて変調されるようにな
っている。

光学レンズ３は、ビーム整形レンズであり、前記光源２
から来る光ビーム１の形状を整えるためのものである。

光偏向器４は、第２図に示されるように、複屈折結晶板
りと偏光切替えスイッチＳとの組からなる出射光ビーム
のスポット位置を切り替える素子が、１本の入射光ビー
ム１について２Ｎ個の偏向点数を得ることができるよう
に、Ｎ段縦続された構成となっている。

複屈折結晶板りは、複屈折現象が見られる方解石等の異
方性結晶板であり、光学軸に対して斜に切り出された一
軸結晶の板である。なお、複屈折については各種文献（
例えば、「光エレクトロニクス」、昭和６３年５月２０
日発行、昭晃堂発行、末１）正　著）に詳しいので、そ
の説明は省略する。

偏光切替えスイッチＳは、第４図に示されるようなファ
ラデー回転子の原理に基づいて構成されている。

ファラデー回転子とは、物質に印加する磁界の方向と同
じ方向に直線偏光の光波を伝搬させたとき偏光面が回転
するいわゆるファラデー効果を利用したものである。

すなわち、第４図に示されるように、物質６にコイル７
を巻き付け、矢印方向に電流を流して磁界Ｈを作ると、
入射偏光は角度αだけ回転して出射するのである。この
偏光面回転角αは、印加磁界Ｈと物質６の長さｌに比例
し、 α＝Ｖ・Ｈ−１ で表される。■はベルデ定数と呼ばれｍｉｎ／（Ｏｅ＊
ｃｍ）あるいはｒ　ａ　ｄ　／　Ａで表される。

なお、ファラデー回転子では磁界の向きが逆になると偏
光面の回転方向も逆になる。

ファラデー回転子の材料として、波長が可視から近赤外
（〈１μｍ）で比較的大きなベルデ定数を示すものには
次のようなものがある。

ＴＡＧ（Ｔｂ３Ａ１５０１２）、ＴＧＧ（Ｔｂ３Ｇａ５
０１２）、ＺｎＳｅｌＣｄＭｎＴｅ　（Ｃｄ、、Ｍｎｘ
Ｔｅ　；Ｏ＜Ｘ＜１）　、Ｔｂドープガラス（ＨＯＹＡ
　ＰＲ−５） また、偏光面の４５度の回転に必要な材料の長さは夫々
次のようである。

ＴＡＧ：　４にθｅの磁界で１゜０８ａｎ（λ＝６３２
８Ａ）ＴＧＧ：　　　　　〃　　　１．９１ａｎ（λ＝
６９４３人）ｃｄｏ、５５Ｍｎｏ、４５Ｔｅ：３にθｅ
の磁界で０．１３１ａｎ（λ＝６３２８Ａ）偏光切替え
スイッチＳは、具体的には第５図に示されるように、符
号８で示されるＴＡＧやＴＧＧのような比較的大きなベ
ルデ定数を持つファラデー回転子を鉄心９で取り巻き、
更にその上からコイル１０を巻き付けてなっている。ま
た、ファラデー回転子８は、偏光面の回転角が４５度に
なるように、その長さが設定されている。

この偏光切替えスイッチＳは次のようにして動作させる
ことができる。

まず、コイル１０に矢印方向に電流を流すと、発生する
磁界により入射直線偏光Ｅｉはその偏光面が右回りに４
５度回転し、水平方向の偏光ＥＩＩとなる。電流を逆向
きに流すと、偏光面は左回りに４５度回転し、垂直方向
の偏光Ｅｖとなる。即ち、電流の方向を反転させること
で偏光面の方向を切り替えることができ、偏光切り替え
スイッチとして動作させることができる。この切替えス
イッチＤに流す電流の方向は、前述の画像信号によって
点滅する光源２と同期して切り替えられるようになって
いる。

前記複屈折結晶板りと偏光切替えスイッチＳとの組から
なる素子は、第２図に示されるように、光ビーム１の方
向に沿って縦続され、複屈折結晶板りの厚さは第１段及
び第２段の素子のものがｌであり、第３段、第４段・・
・の素子のものは第１段のものの２倍、４倍・・・であ
る２１．４１・・・となっている。また、複屈折結晶板
りは、第２段目以降のものから入射光ビーム１の方向に
沿った線Ｘを対称軸として複屈折結晶板り内の異常光線
の屈折方向が対称になるように配置されている。

これにより、前記光源２から来る１本の入射光ビーム１
゛について２Ｎ個の偏向点数を得ることができる。

なお、各段の複屈折結晶板りにおける出射光ビームのス
ポット位置の離間距離は次の式（１）で与えられる。

１’ｔａｎ　　　γ　　　　　（１） 但し、ｌは第１段の複屈折結晶板Ｄｌの厚さであり、γ
は次式（２）で与えられる分離角である。

但し、θは複屈折結晶板りの結晶の光学軸が結晶面の法
線方向に対して傾いた角度、ｎｏは常光線の屈折率、ｎ
ｅは異常光線の屈折率である。

感光体５はこの場合ドラム型になっており、前記光偏向
器４から光ビームが出射する側に回転軸が該光ビームの
方向と直角になるように設けられている。

次に、 前記光走査装置の動作について説明する。

まず、第２図に示されるように、第１段の素子は、光源
２から発した光ビーム１が入射すると、偏光切替えスイ
ッチＳ１の電流を所定の向きとすることにより入射した
直線偏光を水平偏光か垂直偏光かに分離する。この分離
されたものが水平偏光の場合は、第２段の素子の複屈折
偏光板の一方の側Ｄ２ｂが更に水平偏光か垂直偏光かに
分離し、また垂直偏光の場合は他の側Ｄ２ａが更に水平
偏光か垂直偏光かに分離する。以後、第３段から後の素
子も同様にして光ビームを分離して行く。

この場合、上記各素子の分離操作は、制御部により第２
図の右側に示されるコード表に基づきコントロールされ
る。なお、「１」は垂直偏光にするための電流の向きで
あり、「０」は水平偏光にするための電流の向きである
。

前記各素子の偏光切替えスイッチＳは、画像信号に基づ
く入射光の変調周波数と同調し、前記コード表の上から
下へ順に切り替え動作を行なう。

これにより、最終段の素子から出射する光ビームは矢印
Ｆ方向に走査し、感光体５の表面に前記画像をプリント
することとなる。

なお、前記光偏向器４は、第３図に示されるような構成
とすることも可能である。これは、前記実施例の第２段
以降の素子の複屈折結晶板Ｄ２・・・を対称的に設けな
いで、各々単一の板で構成したものである。この場合も
分離しうる光スポットの数は２Ｎである。

また、光偏向器４内の光偏光切替えスイッチＳは、第６
図に示されるようなポッケルス効果を利用したものとす
ることもできる。

第６図において、長さ１１厚さｄの電気光学効果をもつ
結晶（例えば、ニオブ酸リチウム）１１は、厚さｄ方向
の両端面に電極を持ち、矢印Ｅ方向に電界が印加されて
いる。また、結晶１１は、主軸ｘ、ｙ、ｚについて第６
図のように各々平行に切り出されており、光はｚ、ｘ面
に垂直に入射している。

このような電気光学結晶１１においては、電界の印加方
向と光伝搬方向を適当に選ぶと、その伝搬方向に対し互
いに直交する２つの固有直線偏光１ が決まる。更に、各偏光に対する屈折率ｎが電界Ｅに比
例して変化するポッケルス効果を呈する。

各偏光に対する屈折率は、上記２つの偏光方向をＸ軸及
びＸ軸で示すと で表せる。ここで、Ｅは磁界の強さ〔ｖ／ｍ〕、ｎＱｌ
、”［１２は電界を印加しないときの屈折率、γ１．γ
２は電気光学係数（ｍ／Ｖｌである。

このように、式（３）に示す屈折率ｎが、電界Ｅを変調
させることで変化するので、結晶１１中を通過する光波
の位相甲も変化する。

Ｘ軸、Ｘ軸の２つの軸に関する偏光の位相差（ｒｅｔａ
ｒｄａｔ　ｔｏｎ）をΔψとすると、光の波長をλ　、
結晶長さをｌとしてΔφは次式のように表すことができ
る。

２ なお、式（４）の第１項は自然複屈折、第２項は電界の
印加による誘導複屈折によるものである。

即ち、電界Ｅ＝Ｏならば、 ２π △ψｏ：（ｎ０１　ｎ０２” λ　　　　　　　　　　　　　　　（５）の位相差が生
じており、電界Ｅにより、更に、の位相差が生じる。

偏光面を９０度回転させるため電圧Ｖ＝Ｅ−ｄは、式（
４）のΔψがπとなるような値である。

これより、式（７）が得られる。

Ｖ　　　＝［λ　／（ｎ　　３７　−ｎ　　３７　　）
　コ　（ｄ１０λ／２ｏ０１１Ｇ２２ 上式（７）より結晶１■の固有のパラメータｎ０１”０
２、γ１１γ２と、結晶の大きさｌ、ｄ及び入射光の波
長λＧが分れば、偏光面の９０度の回転に必要な電圧（
Δψ＝πとして解くので半波長電圧という）■　　が計
算できることがわかλ／２ る。

因みにζ結晶１１がニオブ酸リチウムで、波長７８０ｎ
ｍのレーザ光を用い、結晶工１をその厚さｄに対し十分
長いｌ／ｄ＝３０として■　　をλ／２ 計算してみると、式（７）において、 ｎｏ、＝ｎｏ＝２．２８６、 ｎ０２”ｎｅ　＝２．２００、γ１＝−γ＋ａ＝　　１
０、γ　＝−７３３＝−３２，２であるから、Ｖ　　　
＝９３Ｖとなる。

λ／２ このようなポッケルス効果を利用した偏光切替えスイッ
チは、具体的には第７図に示されるように構成される。

この図で示されるように、実際に偏光切替えスイッチと
して使用するには電気光学結晶■１の後ろに更に補償板
１２が設けられている。これは、前記式（４）に示され
るように偏光の位相差Δψには第１項のΔψ０の自然複
屈折が存在し、これによる位相差を補償するためのもの
である。

このような偏光切替えスイッチＳに対してレーザ光を第
７図（ａ）のようにＸ軸から４５度傾けて入射するとｖ
＝０のとき位相差が生じないため同図（ｂ）のように入
射光と同じ偏光で出射する。

一方、電界を印加するとＥｚに対しＥｘの位相がπだけ
ずれるため同図（Ｃ）のように偏光方向は９０度回転す
る。即ち、入射光が直線偏光のとき印加電圧Ｖが０なら
ば入射光と同じ偏光の出力光ビームが、また半波長電圧
■　　を印加したときλ／２ には入射偏光と９０度異能る偏光の出力光ビームが得ら
れることとなる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のような構成を備えてなるので、従来の
光走査装置におけるような機械的回転系によらないで光
走査を行うことができる。従って、高速走査を可能にし
、レーザープリンタ等の光プリンタにおける処理速度の
向上を図ることができるという効果を奏する。また、機
械的可動部分がないので、例えばポリゴンミラーの駆動
モータの軸受のガタや該ミラーの面倒れによる走査線の
位５ Ｄ・・・複屈折結晶板。

置精度の低下を防止することができると共に装置構成の
簡素化を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光走査装置の一実施例の部分切欠
斜視図、第２図は光偏向器の模式平面図、第３図は他の
光偏向器の模式平面図、第４図は光偏光スイッチに利用
されるファラデー回転子の原理を説明する斜視図、第５
図はファラデー回転子を利用した光偏光スイッチの斜視
図、第６図は光偏光スイッチに利用されるポッケルス効
果の原理を説明する斜視図であり、第７図（ａ）はポッ
ケルス効果の原理を利用した光偏光スイッチの斜視図、
同図（ｂ）は結晶板に対する印加電圧を０とした場合の
出射光の偏向方向を示す斜視図、同図（Ｃ）は半波長電
圧を印加した場合の出射光の偏向方向を示す斜視図であ
る。 １・・・光ビーム、２・・・光源、３・・・光学レンズ
、４・・・光偏向器、５・・・感光体、Ｓ・・・光偏向
スイッチ、６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複屈折結晶板と偏光切替えスイッチとの組からなる
   出射光ビームのスポット位置を切り替える素子が、１本
   の入射光ビームについて２＾Ｎ個の偏向点数を得ること
   ができるように、Ｎ段縦続された光偏向器が設けられ、
   該光偏向器の入射光ビームが入射する側には該入射光ビ
   ームを作る光源及び光学レンズが設けられ、前記光ビー
   ムが前記光偏向器から出射する側には感光体が設けられ
   ていることを特徴とする光走査装置。 ２、入射光ビームの方向に沿った線を対称軸として複屈
   折結晶板内の異常光線の屈折方向が対称になるよう、第
   ２段以降の複屈折結晶板が配置されていることを特徴と
   する請求項１記載の光走査装置。 ３、偏光切替えスイッチがファラデー回転子で構成され
   ていることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装
   置。