JPH0421826A

JPH0421826A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0421826A
Application number: JP2127371A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Shiono; 照弘塩野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1992-01-24
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JP2854672B2

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、レーザプリンターやバーコードリーダ等に用
いるレーザ光の光走査装置に関する。

従来の技術光走査装置は、レーザプリンターやバーコードリーダ等
に重要な構成部品である。特に、レーザ光を用いたプリ
ンタは、高品位の印字が可能で、騒音のない印字装置と
して注目されている。従来のレーザプリンタの光走査装
置として、第４図に示すものがあった（稲垣他″ホログ
ラムを用いたパターン入出力技術”、　ＦＵＪ　ＩＴｓ
Ｕ、　ｖｏｌ　、　３８．　Ｎｏ。

２、　ｐｐ、　＋３７−１４２　（１９８７）、）。同
図において光源である半導体レーザｌから出射された光
は、コリメータレンズ１６とプリズム１２で、円形ビー
ム（入射光６）になるように補正され、モータ１４によ
って回転している回転多面鏡１３に入射する。

回転多面鏡１３で反射された光（偏向光７）は。、集光
レンズ４に入射し、感光ドラム１５の走査面８、トに集
光される。回転多面鏡１３の回転にともなって、レーザ
光は走査面８上を走査する。

発明が解決しようとする課題第４図に示した従来の光走査装置では、光を偏向するた
めに、回転多面鏡１３を用いている。この回転多面鏡１
３は、駆動モータ１４と、軸ずれや、ふれのない非常に
高精度な回転機構が必要であった。このため、小形軽量
化、低価格化が困難であるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、回
転機構のない小形で低価格化が可能な光走査装置を提供
するものである。

課題を解決するための手段本発明は、光を発射する光源と、その光を斜めに入射し
、出射する電気光学基板手段を有する光走査装置であっ
て、前記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気
光学基板手段中に屈折率グレーティングを形成すること
によって、前記光を離散的に偏向される回折制御手段と
、前記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気光
学基板手段中に屈折率プリズムを形成することによって
、前記光を連続的に偏向させる屈折制御手段とを備えた
ものである。

作用本発明は、光源から光を発射し、電気光学基板手段がそ
の光を斜め乞こ人射し、出射する場合、回折制御手段が
、前記電気光学基板手段に、電界な印加することによっ
て電気光学基板手段中に屈折率グレーティングを形成し
、屈折制御手段で、電界を印加することによって電気光
学基板手段に屈折率プリズムを形成し、この剤１み合わ
せて、光を偏向させる。大きな偏向角が可能であるが離
散的な偏向しかできない電気光学的光回折と、小さな偏
向角しかとれないが連続的な偏向が可能である電気光学
的光屈折な糾み合わせることによって、大きな偏向角で
しかも連続的な偏向を可能にする。

実施例第１図は、本発明の一実施例の光走査装置の基本構成と
偏向光が走査面に集光する様子を示す平面図である。第
２図は、第１図の断面図である。

第３図（ａ）は、本発明の一実施例の光走査装置の回折
制御手段としての回折制御電極の平面構造図であり、第
３図（ｂ）は、同実施例の回折制御手段としての回折制
御電極に印加する電位分布図であり、第３図（ｃ）は、
同実施例の第３図（ｂ）に示した電位分布により電気光
学基板手段としての電気光学基板中に生じる電界分布図
である。

以下に本発明の一実施例の光走査装置について、第１図
、第２図、第３図を用いて詳細に説明する。

本発明は、光を発射する光源と、その光を斜めに人則し
、出射する電気光学基板手段を有する光走査装置であっ
て、前記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気
光学基板手段中に屈折率グレ−ティングを形成すること
によって、前記光を離散的に偏向される回折制御手段と
、前記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気光
学基板手段中に屈折率プリズムを形成することによって
、前記光を連続的に偏向させる屈折制御手段とを備えた
ものである。

第１図、第２図において、光を発射する光源である、例
えは波長λ＝０．７８μ１１１の半導体レーザ１から出
射されたＹＺ平面で直線偏光している光は、コリメータ
集光レンズ５によって、電気光学基板手段としての例え
はＺ板（結晶軸方向の面を示す）のＬ　ｉ　Ｎ　１１０
３の電気光学基板９（例えは、厚さ１　ｍ　ｍ、　　幅
１０　ｍ　ｍ、長さ２５ｍｍ）の端面から、電気光学基
板９の上面に形成した回折制御平段としての回折制御電
極２の下面に集光する（例えは、集光スポット径は光軸
の垂直面で９０７ｚ　ｍ程度）にうに、ＹＺ面でＹ軸方
向に対し斜めに、例えは角度ｌＯ°て入射する。この電
気光学基板手段としての電気光学基板９は、その一部に
電界が印加されることによって、その一部の屈折率が変
化するものである。即ち、電気光学基板９は、透明な固
体や液体に電場を加えたとき、屈折率が変化する現象で
ある電気光学効果を有するものである。電気光学基板９
と回折制御電極２の間には、バッファ層ｌＯとして、例
えはＳｉＯ２やＭ　ｇ　Ｆ　２の薄膜を１００ＯＡ程度
設けた。このバッファ層１０を設けることにより、回折
制御電極２そのものによる回折を防ぐことができる。回
折制御電極２は、例えばＩＴＯの透明電極（例えば、４
５０本）で、Ｙ軸方向の長さは、例えは、０．６ｍｍ、
電極幅はｄ＝０．１μｍ、電極間隔はｓ＝ｏ、ＩＩｌｍ
（電極周期０．２μｍ）である。この回折制御電極２に
、第３図（ｃ）に示すような周期的な放物線状の電位分
布■１〜Ｖ　＋＋を与えると電気光学効果により電気光
学基板９中に鋸歯形状の電界分布に比例した屈折率グレ
ーティングが形成され、印加電圧Ｖ１〜Ｖ　ｎの与え方
に応じて入射光を回折偏向することができる。屈折率グ
レーティングの周期を八、入射光の波長をλとすると、
空気中に換算した１次回折の回折角θは、０＝ｓｉｎ−’（λ／八）となる。鋸歯形状の屈折率グレーティングを形成するこ
とにより、適当な印加電圧で、通常は多数発生ずる回折
光を１次のみに限定することが可能である。このときの
条件は、電気光学基板９中で受ける屈折率変化による位
相変化量の最大値がちょうど２πに等しくなるときであ
る。位相変化量は、屈折率の変化量と波数（ｋ＝２π／
入）と屈折率が変化している光路長（相互作用長）の積
で表わされる。屈折率の変化量は、電気光学基板９の深
さ方向＜−２軸方向）に依存しており、深いほど小さく
なる。従って、屈折率グレーティングに斜め入射するこ
とによって、相互作用長を増加−１〇− させることができ、しかも反射形であるからさらに２倍
の相互作用長をかせぐことができる。例えば、入射角が
１０°のとき、通常の垂直入射透過形の構造の場合に比
べて、はぼ１２倍程度の位相変化量が得られる。５°で
は、２３倍である。逆にいえば、斜め入射の反射構造と
することにより最大駆動電圧ｖ　ｎｎｘを小さくするこ
とができる。しかしながら、あまり入射角を小さくする
と、回折制御電極２のＹ軸方向のサイズを大きくする必
要がある。この屈折率グレーティングによる回折では、
電位分布の与え方で種々の周！！１１の屈折率グレーテ
ィングが形成可能である。尚、式（１）から分かるよう
に、回折角は回折制御電極２の幅があるため連続的に変
化させるのが難しく、通常離散的な変化となる。本実施
例では、例えは屈折率グレーティングの周Ｊｕｌ　Ａを
３０μｍから１．６μｍまでのｌＯ段階の変化を与えた
。つまり、入＝０．７８μｍのとき、Ａ＝３０μｍでは
Ｏ＝１．５°　　Ａ＝９．９７ｚｍではθ＝４．５°　
Ａ＝６．０７ｚｍではθ＝７．５６　　Ａ＝４．３μｍ
ではθ＝１０．５°　　Ａ＝３．３μｍではθ＝１３．
５８　　Ａ＝２．７７１ｍではｆ）　＝　１　Ｆ３　、
５°　　Ａ＝２．３μｍではθ＝１９．５゜△＝２．０
７ｚｍではθ＝２２．５８　　Ａ＝１．８μｍではθ＝
　２５．５°、Ａ＝１．６μｍではθ＝２８．５゜とな
る。このように、複数の回折制御電極２のそれぞれに、
第３図（ｔ））に示す鋸歯形状の電界分布を得るような
印加電圧を与えることにより、電気光学基板９中に鋸歯
形状の電界分布に比例した屈折率グレーティングが形成
され、回折制御電極２の下面に集光した入射光を回折偏
向することができる。

次に、このようとこ反射回折された光７は、電気光学基
板９の屈折制御手段としての屈折制御電極３を形成した
ところに入射する。この電気光学基板９の相対する２面
（例えは、２面と−７面）」二それぞれに、電極間隙間
であるギャップ形状が入射光７に対してＸ字となる４分
割構造の制御電極３ａ〜３ｄ（２面）と、分割なしの屈
折制御電極３ｅ（−２面）を、例えば、Ａ１、Ａｕ等の
金属薄膜で形成した。キャブサイズは、例えは１．０１
ｒｎｍである。

Ｌ　ｉ　Ｎ　１１０３の電気光学基板９に、Ｚ軸方向に
電界Ｅがかかるように電圧Ｖを印加すると、偏光方向が
Ｚ軸に平行な異常光に対しての屈折率は、ｎ　ｌ”　ｒ
ｌ　ｅ−Δｎただし、Δｎ＝０．５ｎｅ３ｒ３３Ｅ、Ｅ　＝　Ｖ　／
　ｂ（：３）となり、印加電圧と印加方向に依存する。ここで、ｈは
電気光学基板９の厚さ、ｎｅは、異常光の屈折率で、例
えばｎ　６　＝　２−２であり、ｒ３３は電気光学係数
で、例えば、ｒ　３３：３０．８　Ｘ　１０−１２ｍ／
　Ｖである。例えば、屈折制御電極３Ｃ５３ｄに電位■
、屈折制御電極３ａ、３ｂに電位−■、屈折制御電極３
ｅに電位Ｏとなるように電圧を印加すると、屈折制御電
極３ｃと３ｄの下部の電気光学基板９中では、電界が−
ＺＸ軸方向生じるため、屈折率は、ｎ　ｚ　”　ｎ　ａ
十へ！ｌと増加し、逆に、屈折制御電極３ａと３ｂの下
部では、屈折率は、■２−ｎｅ−八〇と減少する屈折率
プリズムが形成される。

従って、ＬｉＮｂＯ３の電気光学基板９中を一進行する
光は、屈折制御電極３ｃ、３ｄと屈折制御電極３ａ、３
ｂの境界部で、スネルの法則にしたがって屈折が起こり
、−Ｘ軸方向に第１図のように偏向する。偏向角は、印
加電圧に依存しており、例えはＶ＝１００００Ｖて、約
２°である。Ｘ軸方向に偏向したいときは、例えば、屈
折制御電極３ｂ、３ｃに電位Ｖ、屈折制御電極３ａ、３
ｄに電位−■、屈折制御電極３ｅに電位０となるように
電圧を印加する。このような電気光学屈折率プリズムの
場合は、偏向角は小さいが効率１００％で連続的に偏向
可能である。本実施例の光走査装置では、この電気光学
屈折率プリズムにおける偏向角を±１．５°程度とし、
回折制御電極２による電気光学屈折率グレーティングと
の絹合せにより、偏向角±３０°の連続走査を可能にし
た。具体的に、感光ドラム上の走査面に連続走査する例
を示すと、例えは、電気光学基板９中に入射した光を、
まず、回折制御電極２によって、反射回折する。

この場合、複数の回折制御電極２に印加する電圧をそれ
ぞれの電極の電圧はちがうが、それぞれの電圧をそのま
まにすることにより、鋸歯形状の電界分布はそのままで
あるので、鋸歯形状の屈折率グレーティングもそのまま
であり、よって次々と入射した光を同一方向に反射回折
する。そして、次に屈折制御電極３の電圧を変化される
ことのよって屈折率プリズムでの偏向角を変化させ、そ
の反射回折されてきた光を順次そこで連続的に偏向して
いく。次に、屈折制御電極３での偏向角が最大になると
、次に回折制御電極２のそれぞれの電圧を変化させ゛Ｃ
１反射回折を離散的に反射回折し、そして反射回折され
た光を屈折制御電極３での偏向角をまた、最小から連続
的に変化させて、先はどの続きの感光ドラムの走査面に
集光させる。このように、回折制御電極２は、屈折制御
電極３による偏向角の変化が最大になる度に離散的に大
きく偏向角を変化させて、結果的に感光ドラムの走査面
に連続して集光するようにしている。屈折制御電極３の
設は方としては、電気光学基板９中の電界方向が以」−
説明したのとほぼ同しになれは良い（基板の材料によっ
ては回折制御電極及び屈折制御電極を基板中に設けても
良い）。

偏向した光７は、例えは、Ｘ軸方向サイズ１０ｍｍ、Ｚ
軸方向サイズ１ｍｍ、焦点距離１８２ｍｍである集光レ
ンズ４に入射し、走査面８に集光される。走査面８は、
レーザプリンターの場合は、−様に電随を与えられた感
光体である感光ドラム上にある。最大走査幅は、例えは
２１０ｍｍであり、プリンターではＡ４サイズが印字可
能である。

本実施例の光走査装置は電気光学効果を用いて光を偏向
しでいるため高速でかつ、ランダム偏向することが可能
である。例えば、レーザプリンターの場合、パターンの
ない部分は、とはし偏向できるため一層高速印字が可能
である。

尚、集光レンズ４は、通常の凸レンズでもよいが、例え
ばフレネルレンズやグレーティングレンズのような回折
作用を有する素子を用いると厚さが１７ｚｍ程度で集光
作用を行なえるため、本発明の光走査装置を小形化する
のに効果がある。さらに、回折作用を有する素子（集光
レンズ４）を電気光学基板９の偏向光７の出射端面に一
体化すると、より小形化、安定化できる。

叉、屈折制御電極３の、４分割された電極３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄのそれぞれのギャップ間隔は、電気光学基板
９の厚さよりも大きくすることにより、電気光学基板９
中に生じる電界方向が、Ｚ軸方向に下行に近づき効果的
に屈折率を制御することができる。

屈折制御電極３と電気光学基板９の間に、例えは染料ま
たは顔料を含んだポリイミド等の有機膜等の光吸収手段
１１ａ、ｌｌｂを設けると、電気光学基板９上の屈折制
御電極３により乱反射された光が偏向光７に混ざって出
力されてくる現象がなくなり、偏向光７のＳＮ比が向上
した。

また、屈折制御電極３間の少なくともギャップ」二にポ
リイミド等の有機膜を設けると沿面放電が減少し、高電
界になっても光偏向が効果的に実現できた。

また、コリメータ集光レンズ５は、通常のレンズを回折
制御電極２下面て最も集光するように用いたものであり
、このようなレンズ５を用いることにより、回折制御電
極２のサイズを小さくすることが可能になり、作製が容
易になる。また、集光レンズ４に入射する偏向光７の口
径が大きくなり、走査面８で光スポットがよく絞れるよ
うになる。

電気光学基板９として、本実施例で説明したのは、Ｌ　
ｉ　Ｎ　ｂｏ　３の場合であるが、電気光学係数が大き
い材料、例えば、Ｌｉｌ０：＋、Ｋ　Ｎ　ｈ０３、ＫＴ
ｉＯＰＯ４、Ｋ　ＩＩ　２　Ｐ　Ｏｓ、ＬｉＴａＯ３や
、ＭＮＡ　（、メチルニトロアニリン）等のベンゼン環
をもったπ電子共役系化合物を含む高分子等を電気光学
基板９として用いれは低電圧化できる。特に電気光学基
板９として、ＬｉＮｂ０ｑやＬｉＴａＯ３を用いると、
Ｚ軸方向に電界を加える場合に屈折率変化量が最も大き
くなり使いやすい。

又、回折制御手段としての回折制御電極２と屈折制御手
段としての屈折制御電極３の配列順を入れ換え、屈折さ
せてから回折させて、光偏向な行＝１８なっでも動作可能である。その場合、具体的に感光ドラ
Ｊ１上の走査面に連続走査をする例を示すと、例えは、
電気光学基板９中に入射した光を、まず屈折制御電極３
に印加する電圧を変化させて、偏向角を最小から最大に
変化させることによって、その入射光を次々と、連続的
に偏向させる。そして、回折制御電極２は、屈折率グレ
ーティングを所定の状態に固定し、屈折制御電極３で偏
向された光を、回折制御電極２によって、反射回折させ
る。すると、感光ドラム上の走査面に光が小偏向角で連
続的に順次集光する。屈折制御電極３による偏向角が最
大になると、回折制御電極２の印加電圧を変えることに
よって、離散的に偏向角を大きく変化させ、ばつ、屈折
制御電極３による偏向角を、又、最小から最大へと連続
的に変化させて、次々に入射光を偏向させ、回折制御電
極２下部へと入射させる。そして、その入射した偏向光
を回折制御電極２下部で反射回折させ、先はどの続きの
走査面に集光させる。このように、屈折制御電極３によ
る連続的な偏向角の変化が最大になる度に、回折制御電
極２は、離散的に大きく偏向角を変化させて、結束的に
感光ドラムの走査面に集光するようにしている。

又、回折制御電極及び屈折制御電極は、上下逆に設けて
も良いし、横に設けてもよい。

叉、本発明の実施例では、光回折で反射形を用いている
ため駆動電圧が透過形の半分以上小さくてきる。従って
、本発明の光走査装置は、低駆動電圧、小形軽量、キ■
み立て容易になり低価格化も実現され、ざらにランダム
走査かできるため用途に合わせて使い勝手が良くなる（
レーザプリンターでは、高速になる）。

発明の効果以上のように本発明によれは、回転機構が不要となり、
小形軽量、高速で、組み立ても容易になり低価格化も可
能な光走査装置が実現可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光走査装置の基本構成と偏
向光が走査面に集光する様子を示す平面図、第２図は第
１図の断面図、第３図（ａ、　）は木−２０＝発明の一実施例の光走査装置の回折制御電極の平面構造
図、第３図（ｂ）は同実施例の回折制御電極に印加する
電位分布図、第３図（ｃ）は同実施例の第３図（１））
に示した電位分布により電気光学基板中に生じる電界分
布図、第４図は従来の光走査装置の斜視図である。１・・・光源、２・・・回折制御電極（回折制御手段）
３・・・屈折制御電極（屈折制御手段）、４・・・集光
レンズ、５・・・コリメータ集光レンズ、６・・・入射
光、８・・・走査面、９・・・電気光学基板（電気光学
基板手段）、ｌＯ・・・バッファ層、１１・・・光吸収
手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光を発射する光源と、その光を斜めに入射し、出
射する電気光学基板手段を有する光走査装置であって、
前記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気光学
基板手段中に屈折率グレーテイングを形成することによ
って、前記光を離散的に偏向される回折制御手段と、前
記電気光学基板手段に、電界を印加して前記電気光学基
板手段中に屈折率プリズムを形成することによって、前
記光を連続的に偏向させる屈折制御手段とを備えたこと
を特徴とする光走査装置。
（２）光源からの光を、前記回折制御手段によって、離
散的に偏向させた後、前記屈折制御手段によって、連続
的に偏向させるか、又は、前記光源からの前記光を、前
記屈折制御手段によって、連続的に偏向させた後、前記
回折制御手段によって、離散的に偏向させることを特徴
とする請求項１記載の光走査装置。
（３）光を発射する光源と、電気光学基板に設けられた
回折制御電極と、前記電気光学基板に設けられた屈折制
御電極と、集光レンズとを有し、前記光源からの入射光
を、前記回折制御電極近傍の前記電気光学基板に導いて
、前記回折制御電極に所定の電圧を加えることによって
、前記入射光を前記回折制御電極の近傍で反射回折させ
た後、前記反射回折させた光を、前記屈折制御電極のあ
る前記電気光学基板内に導いて前記屈折制御電極に所定
の電圧を加えて屈折させ、前記屈折させた光を前記集光
レンズに導いて走査対象面に集光するか、もしくは、前
記光源からの入射光を、前記屈折制御電極のある前記電
気光学基板内に導いて、前記屈折制御電極に所定の電圧
を加え、前記入射光を屈折させた後、前記屈折させた光
を、前記回折制御電極近傍の前記電気光学基板内に導い
て、前記回折制御電極に所定の電圧を加えて前記屈折さ
せた光を前記回折制御電極の近傍で反射回折させ、前記
反射回折させた光を前記集光レンズに導いて走査対象面
に集光することを特徴とする光走査装置。
（４）屈折制御電極は、前記電気光学基板の相対する２
面にそれぞれ設けられ、前記屈折制御電極は、少なくと
も１つは、ギャップ形状が入射光に対してＸ字となる４
分割構造であることを特徴とする請求項３に記載の光走
査装置。
（５）集光レンズは、回折作用を有し、前記電気光学基
板と一体化したことを特徴とする請求項３記載の光走査
装置。
（６）回折制御電極近傍に導いた入射光の、前記回折制
御電極が設けられた下面で反射回折させる入射角度は、
前記下面に対し非垂直であることを特徴とする請求項３
記載の光走査装置。
（７）電気光学基板は、ＬｉＮｂＯ＿３もしくはＬｉＴ
ａＯ＿３であり、前記屈折制御電極は前記電気光学基板
のＺ面と−Ｚ面に、前記回折制御電極は前記電気光学基
板のＺ面もしくは−Ｚ面に形成することを特徴とする請
求項３記載の光走査装置。
（８）屈折制御電極は、それぞれのギャップ間隔が、前
記電気光学基板の厚さよりも大きいことを特徴とする請
求項４記載の光走査装置。
（９）屈折制御電極と前記電気光学基板の間に光吸収手
段を設けたことを特徴とする請求項３記載の光走査装置
。
（１０）光源と前記電気光学基板の間にコリメータ集光
レンズを設けることを特徴とする請求項３記載の光走査
装置。
（１１）屈折制御電極間の前記ギャップ上に有機膜を設
けることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
（１２）回折制御電極と前記電気光学基板の間にバッフ
ァ層を設けたことを特徴とする請求項３記載の光走査装
置。