JPH10186418A

JPH10186418A - 光偏向装置

Info

Publication number: JPH10186418A
Application number: JP8345162A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishii; 昭石井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】静電容量の増大を招くことなく駆動電圧を低
減して、応答速度を高めること。【解決手段】導電性又は半導電性の基板上に形成され
た光導波路上に、光ビームの出射側に光軸に対して逆方
向に傾斜した斜辺を有した形状を有する少なくとも一対
の電極を形成し、少なくとも一対の電極の一方と基板の
間、及び他方と電極の間に別々に所定の電圧を印加し
て、光ビームを光軸に対して逆方向に偏向するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル複写機
やレーザプリンタ等、光ビームを用いて画像形成を行う
画像形成装置において、光ビームを電気光学効果によっ
て偏向する光偏向装置に関し、特に、静電容量の増大を
招くことなく駆動電圧を低減して、応答速度を高めた光
偏向装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル複写機やレーザプリンタ等、
光ビームを用いて画像形成を行う画像形成装置として、
画像情報に応じて変調された光ビームを光偏向器、例え
ば、ポリゴンミラーにより反射偏向し、感光体等の走査
面上を走査して画像情報を記録するものが一般的に知ら
れている。

【０００３】ところで、このような画像形成装置では、
走査面上における光ビームの走査線が主走査の周期で離
散化するため、副走査方向の解像度が低く、斜め線のぎ
ざつき（ジャギー）の発生や、細線の再現性の低下等、
副走査方向の描画精度の低下が問題になっている。この
ため、印刷やデスクトップパブリッシング分野で要求さ
れる高精度の文字、線画画像を提供することが困難な状
況になっている。

【０００４】一方、副走査方向の解像度を高くするに
は、ポリゴンミラーを高速回転させて主走査を高速に行
えば実現できるが、ポリゴンミラーの高速回転には機械
的駆動上の限界があり、高速、高解像の両立が困難であ
った。

【０００５】そこで最近では、例えば、特開平３−１３
１８１８号公報等に開示されるように、電気光学素子に
よる光偏向装置を光路中に挿入し、光ビームを主走査方
向に走査する際、光偏向装置で光ビームを副走査方向に
微小距離だけ高速に繰り返し変位させることにより、副
走査方向の解像度を向上させる光ビーム走査方式が提案
されている。

【０００６】図２２の(a),(b) は、電気光学素子を用い
た光偏向装置を示す。この光偏向装置は、強誘電体結晶
として電界によってその屈折率が変化する特性を有する
ＬｉＮｂＯ₃やＰＬＺＴ等から成り、光ビームｌが通さ
れる電気光学結晶１と、電気光学結晶１の一面に貼付さ
れ、光ビームｌの光軸に対して直交する長さＬ₁の垂直
辺、光ビームｌの光軸に平行な長さＬ₂の底辺、及び垂
直辺に対して頂角αをなす斜辺を有する三角形状のプリ
ズム電極２と、電気光学結晶１の他面に貼付されたベー
ス電極３と、プリズム電極２とベース電極３に駆動電圧
Ｖ_sを印加して、電気光学結晶１中に電界Ｅを発生させ
る駆動回路４より構成されている。

【０００７】以上の構成において、プリズム電極２とベ
ース電極３に駆動電圧Ｖ_sを印加すると、電気光学結晶
１のプリズム電極２から厚さ方向に伸びる三角柱部分の
領域（以下、光偏向領域という）１Ａの屈折率が変化
し、ここを通る光ビームｌに対して光学的にプリズムの
作用を与える。このときの電気光学結晶１の光偏向領域
１Ａの屈折率変化Δｎは、(1) 式で与えられる。 Δｎ＝ｎ₀−ｎ＝−ａＥ−ｂＥ²−・・・ −−−(1) ここで、ｎ₀は電界が０の時の屈折率、ｎは電界Ｅが発
生したときの屈折率であり、一次の項はＰｏｃｋｅｌｓ
効果、二次の項はＫｅｒｒ効果と呼ばれている。

【０００８】光ビームｌは光偏向領域１Ａのプリズム電
極２の垂直辺に対応する入射面に直角に入射し、プリズ
ム電極２の斜辺に対応する出射面をその法線に対して角
度αを有して通過するようになっているため、このよう
な屈折率変化により電気光学結晶１の光偏向領域１Ａの
出射面での光の屈折は、(2) 式のスネルの法則により、
(3) 式の関係となる。（ｎ₀＋Δｎ）ｓｉｎα＝ｎｓｉｎ（α＋θ_D） −−−(2) （１＋Δｎ／ｎ₀）＝ｃｏｓθ_D＋ｓｉｎθ_D／ｔａｎα （１＋Δｎ／ｎ₀）＝ｃｏｓθ_D＋ｓｉｎθ_D／（Ｌ₂／Ｌ₁）−−−(3) ここで、θ_Dは光ビームｌのプリズム電極２の光偏向領
域１Ａの出射面での屈折による偏向角を表す。

【０００９】電気光学効果による屈折率変化は非常に小
さく、偏向角θ_Dも小さいため、ｃｏｓθ_D≒１ｓｉｎθ_D≒θ_D と近似できる。このため、θ_Dは(4) 式で与えられる。 θ_D≒（Ｌ₂／Ｌ₁）（Δｎ／ｎ₀） −−−(4)

【００１０】このようにして光偏向領域１Ａで偏向を与
えられた光ビームｌは、電気光学結晶１の端面で再度屈
折し、偏向角θ_Oで出射される。電気光学結晶１の端面
での光ビームｌの屈折は、空気の屈折率ｎ_air＝１とし
て、同様にスネルの法則により(5) 式の関係となる。 θ_O≒ｎ₀θ_D −−−(5) (4) 式、及び(5) 式より偏向角θ_Oは(6) 式で与えられ
る。 θ_O＝Δｎ（Ｌ₂／Ｌ₁） −−−(6)

【００１１】しかし、以上述べた光偏向装置によると、
電気光学結晶１の厚みが大であるので、高い駆動電圧が
必要となり、実用的な偏向角を得ることができないとい
う問題があった。

【００１２】そこで、このような問題を解決する、従来
の光偏向装置として、特開昭６２−４７２６７号公報等
に開示されるものがある。この光偏向装置は、ＬｉＮｂ
Ｏ₃等といった電気光学効果を有する結晶基板にチタン
の熱拡散等によって薄膜光導波路を形成したものであ
り、光導波路の薄膜化により駆動電圧の低減を図ってい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光偏向
装置によると、光導波路を薄膜化しても光導波路がそれ
に比べて非常に厚い誘電体基板上に形成されているた
め、十分な光偏向を得るのに依然として数百ボルトの高
電圧を必要とする。そのため、電気光学素子の材料その
ものの応答性は非常に高速であるにもかかわらず装置と
しての高速動作が困難になっている。

【００１４】一方、導電性または半導電性の単結晶基板
上にエピタキシャル成長等によって強誘電体薄膜を光導
波路として形成し、導電性または半導電性の単結晶基板
をベース電極として用いる光偏向装置が、本出願人によ
って提案されているが、極めて薄い光導波路層を挟んで
電極が形成されるため、電極間の静電容量が増大し、高
速動作の阻害要因となるという問題が生じる。

【００１５】従って、本発明の目的は静電容量の増大を
招くことなく駆動電圧を低減して、応答速度を高めるこ
とができる光偏向装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、静電容量の増大を招くことなく駆動電圧を低減し
て、応答速度を高めるため、導電性又は半導電性の基板
と、電気光学効果を有し、基板上に形成された光導波路
と、光導波路に光ビームを入射する光ビーム入射手段
と、光導波路上に設けられ、光導波路内を伝送される光
ビームの光軸上に間隔を有して位置する第１、及び第２
の電極と、第１の電極と基板の間、及び第２の電極と基
板の間に別々に所定の電圧を印加する電圧印加手段を有
し、第１、及び第２の電極は、光ビームの出射側に光軸
に対して逆方向に傾斜した斜辺を有した形状を有した光
偏向装置を提供するものである。

【００１７】上記第１、及び第２の電極は、光軸に対す
る斜辺の角度の和が１８０°になる形状を有することが
好ましい。

【００１８】上記第１、及び第２の電極は、直角三角形
の形状を有することが好ましい。

【００１９】上記電圧印加手段は、第１、及び第２の電
極に光ビームの偏向周期に応じたタイミングで周期的に
等しい電圧を印加することが好ましい。

【００２０】また、本発明は以上述べた目的を実現する
ため、導電性又は半導電性の基板と、電気光学効果を有
し、基板上に形成された光導波路と、光導波路に光ビー
ムを入射する光ビーム入射手段と、光導波路上に設けら
れ、光導波路内を伝送される光ビームの光軸上に間隔を
有して位置する第１、及び第２の電極と、第１の電極と
基板の間、及び第２の電極と基板の間に別々に所定の電
圧を印加する電圧印加手段を有し、第１、及び第２の電
極は、光軸と直交する方向に列状に配置された複数の電
極をそれぞれ有した電極群によって構成され、電極群の
各電極は、光ビームの出射側に光軸に対して第１、及び
第２の電極で逆方向に傾斜した斜辺を有した形状を有し
た光偏向装置を提供するものである。

【００２１】更に、本発明は以上述べた目的を実現する
ため、導電性又は半導電性の基板と、電気光学効果を有
し、基板上に形成された光導波路と、光導波路に光ビー
ムを入射する光ビーム入射手段と、光導波路上に設けら
れ、光導波路内を伝送される光ビームの光軸上に間隔を
有して位置する複数の電極群と、複数の電極群の各電極
群と基板の間に別々に所定の電圧を印加する電圧印加手
段を有し、各電極群は、光軸と直交する方向に列状に配
置され、他の電極群とサイズが異なった複数の電極より
構成された光偏向装置を提供するものである。

【００２２】上記電圧印加手段は、複数の電極群に光ビ
ームの偏向周期に応じたタイミングで周期的に等しい電
圧を印加することが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光偏向装置につい
て添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２４】図１の(a),(b) は、本発明の第１の実施の
形態の光偏向装置を示す。この光偏向装置は、Ｎｂをド
ープしたＳｒＴｉＯ₃からなる導電性単結晶基板５と、
導電性単結晶基板５の面上にエピタキシャル成長によっ
て形成されたＫｅｒｒ効果を有するＰＬＺＴからなる厚
さｄの薄膜光導波路６と、薄膜光導波路６上に形成さ
れ、光ビームｌの光軸に対して直交する長さＬ₁の垂直
辺、光ビームｌの光軸に平行な長さＬ₂の底辺、及び垂
直辺に対して頂角αをなす斜辺を有するＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ、Ｔｉｔａｎｉｕｍ、Ｏｘｉｄｅ）からなる三角
形状のプリズム電極７Ａ、７Ｂと、プリズム電極７Ａと
導電性単結晶基板５、及びプリズム電極７Ｂと導電性単
結晶基板５の間にそれぞれ所定の駆動電圧Ｖ_a、Ｖ_bを
印加する駆動回路８Ａ、８Ｂと、薄膜光導波路６に光ビ
ームｌを入射させるグレーディング９を備えて構成され
ている。

【００２５】プリズム電極７Ａと７Ｂは、裏返し形状に
なっており、斜辺が光ビームｌの光軸に対して逆方向に
傾斜するように光ビームｌの光軸に対して頂角αの位置
が反対方向になるように配置されている。

【００２６】以上の構成において、プリズム電極７Ａと
導電性単結晶基板５の間に所定の駆動電圧Ｖ_aを印加す
る（プリズム電極７Ｂを駆動しない）と、薄膜光導波路
６の対応する領域中に電界Ｅが発生し、Ｋｅｒｒ効果に
より薄膜光導波路６のプリズム電極７Ａから厚さ方向に
伸びる三角柱部分の光偏向領域６Ａの屈折率が変化す
る。このため、グレーティング９から薄膜光導波路６に
光ビームｌを入射させると、光ビームｌは薄膜光導波路
６を伝播し、Ｋｅｒｒ効果に基づくプリズム作用により
光偏向領域６Ａの出射面で所定の偏向角θ_Dだけプリズ
ム電極７Ａの底辺の方向（以下、正の方向という）に屈
折する。そして、屈折した光ビームｌは、薄膜光導波路
６の出射端面で再度屈折し、偏向角θ_Oで出射する。

【００２７】一方、プリズム電極７Ｂと導電性単結晶基
板５の間に所定の電圧Ｖ_bを印加すると、薄膜光導波路
６中に電界Ｅが発生し、Ｋｅｒｒ効果により薄膜光導波
路６のプリズム電極７Ｂから厚さ方向に伸びる三角柱部
分の光偏向領域６Ｂの屈折率が変化する。このため、グ
レーティング９から薄膜光導波路６に光ビームｌを入射
させると、光ビームｌは薄膜光導波路６を伝播し、Ｋｅ
ｒｒ効果に基づくプリズム作用により光偏向領域６Ａの
出射面で所定の偏向角θ_Dだけプリズム電極７Ｂの底辺
の方向（以下、負の方向という）に屈折する。プリズム
電極７Ｂがプリズム電極７Ａの裏返し形状になっている
ため、光ビームｌの屈折は光偏向領域６Ａによる屈折と
は反対方向になる。そして、屈折した光ビームｌは、薄
膜光導波路６の出射端面で再度屈折し、偏向角θ_Oで出
射する。

【００２８】以上の光ビームｌの正負の方向の偏向にお
いて、Ｋｅｒｒ効果によるＰＬＺＴの屈折率変化Δｎは
(7) 式で与えられる。 Δｎ＝０．５×ｒ×ｎ₀ ³×Ｅ² −−−(7) ここで、Ｋｅｒｒ定数ｒ＝３．９×１０^-15(ｍ²／Ｖ²）屈折率ｎ₀＝２．５であるから、 Δｎ＝３．０５×１０^-14×Ｅ² −−−(8) となり、(6) 式、及び(8) 式より偏向角θ_Oは(9) 式の
ようになる。 θ_O＝３．０５×１０^-14×Ｅ²×（Ｌ₂／Ｌ₁） −−−(9)

【００２９】図２は、薄膜光導波路６の厚さｄを１μ
ｍ、１．５μｍ、プリズム電極７Ａ、７Ｂの長さＬ₂と
Ｌ₁の比Ｌ₂／Ｌ₁を０．０６、０．１２として上記
(9) 式を用いて計算した時の駆動電圧Ｖ_a、Ｖ_bと偏向
角θ_Oの関係を示す。

【００３０】次に、以上述べた光偏向装置で光ビームｌ
を所定の角度にわたって周期的に偏向させる場合につい
て説明する。

【００３１】光ビームｌを所定の角度にわたって周期的
に偏向させる場合、駆動回路８Ａ、８Ｂから所定の周期
で増加、及び減少する鋸歯状の駆動信号を交互のタイミ
ングで出力する。

【００３２】図３の(a),(b) は、駆動回路８Ａ、８Ｂか
ら出力される駆動信号を示し、駆動回路８Ａは駆動電圧
Ｖ_aが掃引周期Ｔの半分の時間で０からＶ_mに増加する
鋸歯状の駆動信号を、また、駆動回路８Ｂは駆動電圧Ｖ
_bが掃引周期Ｔの半分の時間でＶ_mから０に減少する鋸
歯状の駆動信号をそれぞれ交互のタイミングで出力す
る。

【００３３】図４は、駆動回路８Ａ、８Ｂからこのよう
な駆動信号が出力された場合の光ビームｌの偏向角θ_O
を示し、駆動回路８Ｂから出力される駆動信号に基づい
て光ビームｌの偏向角θ_Oが−θ_aから０にかけて連続
的に変化し、続いて駆動回路８Ａから出力される駆動信
号で光ビームｌの偏向角θ_Oが０からθ_aにかけて連続
的に変化する。このため、光ビームｌが２θ_a分の角度
にわたって周期的に偏向する。なお、光導波路６はＫｅ
ｒｒ効果を有し、偏向角θ_Oは電界Ｅの二乗に比例する
ので、偏向角θ_Oの変化を表す波形は鋸歯状ではなく、
二次曲線状になる。

【００３４】このようにプリズム電極７Ａと導電性単結
晶基板５の間に駆動信号を与えたときに生じる光ビーム
ｌの正の方向への周期的な偏向と、プリズム電極７Ｂと
導電性単結晶基板５の間に駆動信号を与えたときに生じ
る光ビームｌの負の方向への周期的な偏向を交互のタイ
ミングで発生させることにより、所定の角度にわたる周
期的な偏向を実現する。このため、１枚のプリズム電極
で光ビームｌを同じ角度だけ偏向させる場合に比べて偏
向に必要な駆動電圧を１／２^1/2（０．７１倍）に抑え
ることができる。なお、薄膜光導波路６をＫｅｒｒ効果
を有するものからＰｏｃｋｅｌｓ効果を有するものに変
えた場合は、偏向に必要な駆動電圧を１／２（０．５
倍）に抑えることができる。

【００３５】次に、駆動回路８Ａ、８Ｂの応答速度につ
いて説明する。

【００３６】図５の(a),(b) は、図３の(a),(b) に対応
する駆動回路８Ａ、８Ｂからの駆動信号を示す。図示さ
れるように、駆動信号には駆動電圧Ｖ_a、Ｖ_bの最大値
Ｖ_mに対する立ち下がり、及び立ち上がりの信号遷移時
間ｔｒ₁、及びｔｒ₂が存在している。駆動回路８Ａ、
８Ｂの応答速度は、スイッチングトランジスタ等を含む
出力段のスルーレートで決まり、駆動信号の振幅、つま
り、電圧Ｖ_a、Ｖ_bの最大値Ｖ_mが小さいほど信号遷移
時間ｔｒ₁、ｔｒ₂は短くなって速くなる。従って、本
実施の形態では、前述したように偏向角を正負の方向で
分担して、駆動電圧Ｖ_a、Ｖ_bの最大値Ｖ_mを低減して
いるため、信号遷移時間ｔｒ₁、ｔｒ₂が短くなり、駆
動回路８Ａ、８Ｂの応答速度は速くなる。このため、図
６に示すように、信号遷移時間ｔｒ₁、ｔｒ₂に対応し
た偏向時間中の無効偏向時間ｔｒを短くして、有効偏向
時間の割合を大きくすることができる。その結果、光ビ
ームｌの所定の角度にわたる周期的な偏向を行う場合に
は、その高速化を図ることができる。一方、１枚のプリ
ズム電極で同じ角度だけ光ビームｌを周期的に偏向させ
る場合には、図７に示すように、駆動信号の駆動電圧の
最大値は２^1/2（１．４）倍の１．４Ｖ_mとなり、更に
鋸歯状波形の最も波形の鋭い領域でスイッチングしなけ
ればならないため、信号遷移時間ｔｒ’は本実施の形態
の信号遷移時間ｔｒ₁、ｔｒ₂に比べ、１．５〜２倍程
度長くなる。このため、図８に示すように、信号遷移時
間ｔｒ’に対応した偏向時間中の無効偏向時間ｔｒ”が
長くなって、有効偏向時間の割合が本実施の形態に比べ
て小さくなる。

【００３７】このように本実施の形態では、導電性単結
晶基板５を用いて薄膜光導波路６を形成しているため、
薄膜光導波路６にだけ効率良く電界を与えられるように
なり、図２に示すように、実用的な偏向角を得るための
駆動電圧を低減することができ、駆動回路の応答速度の
高速化を図ることができる。すなわち、このような構成
を採用しても、２枚のプリズム電極７Ａ、７Ｂに選択的
に駆動信号を与えて光ビームｌを所定の偏向角にわたる
周期的、且つ、連続的な偏向を行うようにしたので、電
極間距離の減少に基づく静電容量の増加による影響を排
することができ、これによる応答速度の低下を防ぐこと
ができる。また、１枚のプリズム電極で光ビームｌを同
じ角度だけ偏向させる場合に比べて偏向に必要な駆動電
圧を低減することができ、これによっても駆動回路の応
答速度を高めることができる。

【００３８】図９の(a),(b) は、本発明の第２の実施の
形態の光偏向装置を示す。この光偏向装置は、第１の実
施の形態のプリズム電極７Ａ、７Ｂに代えてプリズム電
極アレイ１０Ａ、１０Ｂを薄膜光導波路６上に形成した
ものである。なお、この図において図１の(a),(b) と同
一の部分には同一の引用数字を付したので、重複する説
明は省略する。

【００３９】図１０は、プリズム電極アレイ１０Ａ、１
０Ｂを示し、光ビームｌの光軸に対して直交する長さＬ
₃の垂直辺、光ビームｌの光軸に平行な長さＬ₄の底
辺、及び垂直辺に対して頂角αをなす斜辺を有し、第１
の実施の形態のプリズム電極７Ａ、７Ｂと相似形でそれ
より小さい面積を有する１０個のプリズム電極７Ａ’₁
〜７Ａ’₁₀、７Ｂ’₁〜７Ｂ’₁₀をそれぞれ光ビームｌ
の光軸と直交する方向に配列して構成されている。

【００４０】このような構成では、プリズム電極アレイ
１０Ａ、１０Ｂの三角形の各プリズム電極７Ａ’₁〜７
Ａ’₁₀、７Ｂ’₁〜７Ｂ’₁₀を第１の実施の形態のプリ
ズム電極７Ａ、７Ｂの相似形でそれより小さい面積にし
ているため、光ビームｌを正、或いは負の方向へ偏向す
るための１つの電極の総面積が小さくなり、電極間距離
の減少に基づく静電容量の増加による影響を更に低減す
ることができる。

【００４１】ここで、発明者がプリズム電極アレイと静
電容量の関係について行った検討とその結果を説明す
る。

【００４２】図１１は、プリズム電極７を示す。このプ
リズム電極７は、光ビームｌの光軸に対して直交する長
さＬ₁の垂直辺、光ビームｌの光軸に平行な長さＬ₂の
底辺、及び垂直辺に対して頂角αをなす斜辺を有して構
成され、光ビームｌに対して所定の回折効果を与える。

【００４３】光ビームｌの偏向角は、所定の駆動条件に
対してプリズム電極７の垂直辺と底辺の比Ｌ₂／Ｌ₁で
決まるため、プリズム電極７と相似形でそれより小さく
すれば、光ビームｌの回折効果を変えずに静電容量の低
減を図ることができる。しかし、プリズム電極を小さく
すると、光ビームｌの光軸と直交する方向の長さも短く
なり、光ビームｌの通過位置の変動に対して全ての光ビ
ームｌを偏向させることが難しくなる。そこで、プリズ
ム電極７と相似形でそれより小さいプリズム電極を光ビ
ームｌの光軸と直交する方向に配列することによりこの
ような懸念を払拭することができる。

【００４４】図１２は、このような思想に基づくプリズ
ム電極アレイ１０を示し、光ビームｌの光軸に対して直
交する長さＬ₃の垂直辺、光ビームＬの光軸に平行な長
さＬ ₄の底辺、及び垂直辺に対して頂角αをなす斜辺を
有し、図１１に示すプリズム電極７と相似形でそれより
小さい複数（Ｎ個）のプリズム電極７’₁〜７’_Nを光
ビームｌの光軸と直交する方向に、プリズム電極７の垂
直辺と等しい長さにかけて配列して構成されている。す
なわち、プリズム電極７に対してＮ・Ｌ₃＝Ｌ ₁、Ｎ・
Ｌ₄＝Ｌ₂に設計されており、光ビームｌに対してプリ
ズム電極７と等しい回折効果を与えることができる。

【００４５】ここで、プリズム電極７とプリズム電極ア
レイ１０を比較した場合、プリズム電極アレイ１０のＮ
個のプリズム電極７’₁〜７’_Nの総面積は、プリズム
電極７の面積より小さくなっており、静電容量の低減を
図ることができる。

【００４６】図１３は、プリズム電極アレイによる静電
容量の低減効果を示し、光導波路の厚さを１．０μｍ、
１．５μｍ、図１２に示すプリズム電極７の長さＬ₃を
１ｍｍ、長さＬ₄を０．０６ｍｍ、０．１２ｍｍの組み
合わせで電極数を１から４０に変えて計算した。この結
果から判るように、プリズム電極の数が多くすればする
程、静電容量を低減することができる。

【００４７】ところが、プリズム電極７の数を多くすれ
ばするほど、各々のプリズム電極７が小さくなり、プリ
ズム効果を出す領域に比べ、効果の不安定な電極接合部
の領域の割合が大きくなってしまい、結像光学的に悪影
響がでてしまう。そのため、静電容量を下げるためにプ
リズム電極７の数を多くしたいが、結像光学的にはプリ
ズム電極７の数を少なくしたいという矛盾が発生する。

【００４８】このような矛盾に対して、本実施の形態で
は、プリズム電極アレイ１０Ａ、１０Ｂを設けて光ビー
ムｌの偏向を正負の方向に分担して行うようにしたた
め、光ビームｌの偏向を一方にのみ行う１つのプリズム
電極アレイに比べてプリズム電極７Ａ’₁〜７Ａ’₁₀、
７Ｂ’₁〜７Ｂ’₁₀の長さＬ₄を小さくすることができ
る。このため、プリズム効果が不安定な電極接合部の領
域の割合を小さくして、結像光学的に悪影響がでるのを
防ぐことができる。

【００４９】次に、第２の実施の形態の光偏向装置を画
像形成用光走査装置に組み込んだ場合について説明す
る。

【００５０】図１４は、第２の実施の形態の光偏向装置
を備えた光走査装置を示す。この光走査装置は、画像デ
ータに応じて変調された光ビームｌを出射する半導体レ
ーザ１２と、半導体レーザ１２から出射された拡散する
光ビームｌを平行ビームにするコリメータレンズ１３
と、コリメータレンズ１３を通過した平行ビームｌを主
走査方向（後述するポリゴンミラー１９で走査する方
向）に発散させるシリンドリカルレンズ１４と、駆動回
路８Ａ、８Ｂから出力される駆動信号に基づいて光ビー
ムを主走査方向と直交する副走査方向に変位させる光偏
向装置１５と、光偏向装置１５から出射される主走査方
向に広い発散角を持つ光ビームを平行ビームにするシリ
ンドリカルレンズ１６と、平行ビームを副走査方向に集
束させるシリンドリカルレンズ１７と、シリンドリカル
レンズ１７を通過した光ビームを所定の方向へ反射する
反射ミラー１８と、反射ミラー１８から入射した光ビー
ムを反射偏向するポリゴンミラー１９と、ポリゴンミラ
ー１９によって反射偏向した偏向ビームを主走査方向に
集束させて所定の主走査ライン上を等速度で走査させる
ｆθレンズ２０と、ポリゴンミラー１９の偏向ビームを
副走査方向に集束させて所定の主走査ライン上に合焦さ
せるシリンドリカルレンズ２１と、所定の主走査ライン
に露光ラインを一致して配置されることにより光ビーム
の走査によって静電潜像が形成される感光体ドラム２２
を備えて構成されている。

【００５１】図１５は、上記光走査装置を主走査方向か
ら見た側面図を示す。なお、この図において、主走査方
向だけにパワーをもつシリンドリカルレンズ１４、１５
の図示を省略している。また、θ_lは半導体レーザ１２
の出射角を、ｗは光偏向装置１５のアパーチャを、βは
光偏向装置１５の偏向角を、δは感光体ドラム２２上の
ビームスポットの移動距離を、ｍは半導体レーザ１２の
出射端と感光体ドラム２２の表面２２Ａの間の横倍率を
それぞれ示す。

【００５２】以下、上記光走査装置で画像形成を行う方
法について図１６、及び図１７を参照しながら説明す
る。

【００５３】まず、図示しないレーザ変調回路によって
半導体レーザ１２を所定の発光量が得られる駆動電流で
駆動して、半導体レーザ１２から画像データに応じて変
調された光ビームｌを出射角θ_lで出射する。

【００５４】半導体レーザ１２から出射された光ビーム
ｌは、コリメータレンズ１３、シリンドリカルレンズ１
４、光偏向装置１５、シリンドリカルレンズ１６、１
７、及び反射ミラー１８を経てポリゴンミラー１９で反
射偏向され、ｆθレンズ２０、及びシリンドリカルレン
ズ２１を経て感光体ドラム２２の主走査ライン上を走査
する。

【００５５】一方、駆動回路８Ａは駆動電圧Ｖ_aが０か
らＶ_mに増加する鋸歯状の駆動信号（図１６の(a))を、
また、駆動回路８Ｂは駆動電圧Ｖ_bがＶ_mから０に減少
する鋸歯状の駆動信号（図１６の(b))をそれぞれ交互の
タイミングで出力して、駆動信号に応じた駆動電圧
Ｖ_a、Ｖ_bをプリズム電極７Ａと導電性単結晶基板５の
間、及びプリズム電極７Ｂと導電性単結晶基板５の間に
印加する。

【００５６】このように駆動信号に基づく駆動電圧
Ｖ_a、Ｖ_bがプリズム電極７Ａと導電性単結晶基板５の
間、及びプリズム電極７Ｂと導電性単結晶基板５の間に
交互に印加されると、光偏向装置１５を通過する光ビー
ムｌがＫｅｒｒ効果によって偏向する。すなわち、駆動
回路８Ｂから出力される駆動信号に基づいて光ビームｌ
の偏向角θ_Oが−θ_aから０にかけて連続的に変化し、
続いて駆動回路８Ａから出力される駆動信号で光ビーム
ｌの偏向角θ_Oが０からθ_aにかけて連続的に変化し
（図１７）、その結果、感光体ドラム２２上の光ビーム
ｌのスポット位置が偏向角２θ_aに応じた距離δだけ副
走査方向に変位する。なお、図１７においてＡ〜Ｈは駆
動電圧の最大値に対する立ち上がり、及び立ち下がりに
対応する偏向開始点と偏向終了点を示す。

【００５７】ここで、ビームスポット移動距離δに６０
０ｓｐｉ（ｓｐｏｔ／ｉｎｃｈ）、１走査間隔４２μｍ
を与えるための条件を検討する。

【００５８】まず、感光体ドラム２２上のスポット移動
距離δは、光偏向装置１５での偏向角βとアパーチャ
ｗ、半導体レーザ１２の出射角θ_lの倍率計算より式(1
0)で与えられる。 β・ｗ＝（δ・θ_l）／ｍ −−−(10) ここで、半導体レーザ１２の出射端と感光体ドラム２２
の表面は光学的に共役で、その間の横倍率ｍは一般に１
〜１０倍であり、本実施の形態ではｍ＝３とした。レー
ザプリンタ等では一般に半導体レーザの出射光の電界方
向を副走査にするため、最大光量の１／ｅ²で定義する
広がり角θ_lは標準的な半導体レーザでの値である０．
２７ｒａｄとした。従って、δに４２μｍを与えるため
にはβ・ｗが式(11) の関係を満たさなくてはならな
い。 β・ｗ＝４２×１０^-6・０．２７／３＝３．８２×１０^-6 −−−(11) ここで、ｗ＝１ｍｍとすると、β＝３．８２ｍｒａｄが
必要になる。式(9) は式(12)に書き換えられる。 θ_O＝３．０５×１０^-14×（Ｖ_s／ｄ）²×（Ｌ₄／Ｌ₃） −−−(12) 次に、Ｌ₄＝６μｍ、Ｌ₃＝１００μｍ、ｄ＝１．５μ
ｍとしてβ＝θ_Oとなる印加電圧Ｖ_sは、Ｖ_s＝２．１
７と計算される。

【００５９】本実施の形態では、２つのプリズム電極ア
レイ１０Ａ、１０Ｂで光ビームｌの偏向を正負の方向に
分割しているので、プリズム電極アレイ１０Ａ、１０Ｂ
に印加する電圧Ｖ_a、Ｖ_bの最大値Ｖ_mは２．１７×
０．７０７＝１．５３Ｖで良い。このときの偏向角θ_O
は−θ_a＝−１．９ｍｒａｄからθ_a＝１．９ｍｒａｄ
まで変化する。

【００６０】光ビームｌを６００ｓｐｉのピッチでの主
走査方向へ走査させた時、６００ｓｐｉの走査時間内に
光偏向装置１５で光ビームｌに４２μｍの副走査微小変
位を４周期与えることで、感光体ドラム２２上の光ビー
ムｌの走査軌跡が、図１８に示すように、光ビームｌの
主走査基準線に対して所定の角度を有する傾斜した二次
曲線Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ、Ｅ−Ｆ、Ｇ−Ｈと、副走査方向に
伸びる垂直線Ｂ−Ｃ、Ｄ−Ｅ、Ｆ−Ｇ、Ｈ−Ａを交互に
繰り返す鋸歯状になる。このとき、Ａ〜Ｈは図１７に示
す偏向開始点と偏向終了点を表すＡ〜Ｈに対応してお
り、各垂直線Ｂ−Ｃ、Ｄ−Ｅ、Ｆ−Ｇ、Ｈ−Ａの部分は
走査が瞬時に行われるので、感光体ドラム２２は露光さ
れず、所定の時限をもって走査する傾斜した各二次曲線
Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ、Ｅ−Ｆ、Ｇ−Ｈ上に画像データに対応
するドットパターンの露光像が形成される。

【００６１】図１９は、本発明の第３の実施の形態の光
偏向装置を示す。この光偏向装置は、第１の実施の形態
のプリズム電極７Ａ、７Ｂに代えて４つのプリズム電極
アレイ２３Ａ〜２３Ｄを薄膜光導波路６上に形成したも
のである。なお、この図において図１の(a),(b) と同一
の部分には同一の引用数字を付したので、重複する説明
は省略する。

【００６２】プリズム電極アレイ２３Ａと２３Ｄは、光
ビームｌの光軸に対して直交する長さＬ₃の垂直辺、光
ビームｌの光軸に平行な長さＬ₄の底辺、及び垂直辺に
対して頂角αをなす斜辺を有する１０個のプリズム電極
７Ａ’₁〜７Ａ’₁₀とその裏返し形状の１０個のプリズ
ム電極７Ｄ’₁〜７Ｄ’₁₀をそれぞれ光ビームｌの光軸
と直交する方向に配列して構成され、各プリズム電極７
Ａ’₁〜７Ａ’₁₀と７Ｄ’₁〜７Ｄ’₁₀は光ビームｌの
光軸に対して頂角αの位置が反対方向になるように配置
されている。

【００６３】プリズム電極アレイ２３Ｂと２３Ｃは、光
ビームｌの光軸に対して直交する長さＬ₃'の垂直辺、光
ビームｌの光軸に平行な長さＬ₄の底辺、及び垂直辺に
対して頂角αをなす斜辺を有する１０個のプリズム電極
７Ｂ’₁〜７Ｂ’₅とその裏返し形状の１０個のプリズ
ム電極７Ｃ’₁〜７Ｃ’₅をそれぞれ光ビームｌの光軸
と直交する方向に配列して構成され、各プリズム電極７
Ｂ’₁〜７Ｂ’₅と７Ｃ’₁〜７Ｃ’₅は光ビームｌの
光軸に対して頂角αの位置が反対になるように配置され
ている。

【００６４】プリズム電極７Ａ’₁〜７Ａ’₁₀、７Ｄ’
₁〜７Ｄ’₁₀とプリズム電極７Ｂ’ ₁〜７Ｂ’₅、７
Ｃ’₁〜７Ｃ’₅は、長さＬ₃とＬ₃’の比が１：２に
なるように構成されている。

【００６５】以上の構成において、図２０の(a),(b),
(c),(d) に示すような矩形パルスの駆動信号をプリズム
電極アレイ２３Ａ〜２３Ｄと導電性単結晶基板５の間に
順次印加すると、薄膜光導波路６を伝播する光ビームｌ
の偏向角θ_Oがθ_a、θ_b、−θ_b、−θ_aと離散的に
変位する。

【００６６】ここで、Ｌ₃を１００μｍ、Ｌ₄を６μ
ｍ、薄膜光導波路６の厚さを１．５μｍ、駆動電圧を
１．３２Ｖに設定した場合、θ_a＝１．４２ｍｒａｄ、
θ_b＝０．４７ｍｒａｄ、−θ_b＝−０．４７ｍｒａ
ｄ、−θ_a＝−１．４２ｍｒａｄとなり、図１４に示す
光走査装置に適用した場合、感光体ドラム２２の表面２
２Ａで図２１に示すような光ビームの走査軌跡を描くこ
とになる。図中、実線部は光ビームが実効的に走査する
場所であり、破線部は光ビームが高速に遷移するため実
効的に露光されない。この実線の光ビームの走査に合わ
せて半導体レーザ１２の変調を行えば、高解像の画像形
成が可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光偏向装置
によると、導電性又は半導電性の基板上の光導波路上に
光ビームの出射側に光軸に対して逆方向に傾斜した斜辺
を有した形状を有する少なくとも一対の電極を形成し、
少なくとも一対の電極の一方と基板の間、及び他方と基
板の間に別々に所定の電圧を印加して、光ビームを光軸
に対して逆方向に偏向するようにしたため、静電容量の
増大を招くことなく駆動電圧を低減して、応答速度を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す説明図。

【図２】第１の実施の形態に係る駆動電圧と偏向角の関
係を表すグラフ。

【図３】第１の実施の形態に係る駆動信号を示す説明
図。

【図４】第１の実施の形態に係る偏向特性を示す説明
図。

【図５】第１の実施の形態に係る駆動信号と信号遷移時
間を示す説明図。

【図６】第１の実施の形態に係る偏向時の有効偏向時間
の割合を示す説明図。

【図７】１つのプリズム電極に与える駆動信号と信号遷
移時間を示す説明図。

【図８】１つのプリズム電極による偏向時の有効偏向時
間の割合を示す説明図。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示す説明図。

【図１０】第２の実施の形態に係るプリズム電極アレイ
を示す説明図。

【図１１】静電容量の低減を図るための検討に用いたプ
リズム電極を示す説明図。

【図１２】静電容量の低減を図るための検討に用いたプ
リズム電極アレイを示す説明図。

【図１３】プリズム電極の数と静電容量の関係を表すグ
ラフ。

【図１４】第２の実施の形態に係る光走査装置を示す説
明図。

【図１５】第２の実施の形態に係る光走査装置を示す側
面図。

【図１６】第２の実施の形態に係る駆動信号を示す説明
図。

【図１７】第２の実施の形態に係る偏向角の変化を示す
説明図。

【図１８】第２の実施の形態に係る感光体ドラム上の走
査軌跡を示す説明図。

【図１９】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。

【図２０】第３の実施の形態に係る駆動信号を示す説明
図。

【図２１】第３の実施の形態に係る感光体ドラム上の走
査軌跡を示す説明図。

【図２２】従来の光偏向装置を示す説明図。

【符号の説明】

１電気光学結晶２プリズム電極３ベース電極４駆動回路５導電性単結晶基板６薄膜光導波路６Ａ、６Ｂ光偏向領域７プリズム電極７₁〜７_N プリズム電極７Ａ、７Ｂプリズム電極７Ａ₁’〜７Ａ₁₀’ プリズム電極７Ｂ₁’〜７Ｂ₁₀’ プリズム電極７Ｃ₁’〜７Ｃ₁₀’ プリズム電極７Ｄ₁’〜７Ｄ₁₀’ プリズム電極８Ａ、８Ｂ駆動回路９グレーティング１０Ａ、１０Ｂプリズム電極アレイ１２半導体レーザ１３コリメータレンズ１４シリンドリカルレンズ１５光偏向装置１６シリンドリカルレンズ１７シリンドリカルレンズ１８反射ミラー１９ポリゴンミラー２０ｆθレンズ２１シリンドリカルレンズ２２感光体ドラム２２Ａ表面２３Ａ〜２３Ｄプリズム電極アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性又は半導電性の基板と、電気光学効果を有し、前記基板上に形成された光導波路
と、前記光導波路に光ビームを入射する光ビーム入射手段
と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路内を伝送され
る前記光ビームの光軸上に間隔を有して位置する第１、
及び第２の電極と、前記第１の電極と前記基板の間、及び前記第２の電極と
前記基板の間に別々に所定の電圧を印加する電圧印加手
段を有し、前記第１、及び第２の電極は、前記光ビームの出射側に
前記光軸に対して逆方向に傾斜した斜辺を有した形状を
有することを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】前記第１、及び第２の電極は、前記光軸
に対する前記斜辺の角度の和が１８０°になる形状を有
する請求項１記載の光偏向装置。
【請求項３】前記第１、及び第２の電極は、直角三角
形の形状を有する請求項１記載の光偏向装置。
【請求項４】前記電圧印加手段は、前記第１、及び第
２の電極に前記光ビームの偏向周期に応じたタイミング
で周期的に等しい電圧を印加する請求項１記載の光偏向
装置。
【請求項５】導電性又は半導電性の基板と、電気光学効果を有し、前記基板上に形成された光導波路
と、前記光導波路に光ビームを入射する光ビーム入射手段
と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路内を伝送され
る前記光ビームの光軸上に間隔を有して位置する第１、
及び第２の電極と、前記第１の電極と前記基板の間、及び前記第２の電極と
前記基板の間に別々に所定の電圧を印加する電圧印加手
段を有し、前記第１、及び第２の電極は、前記光軸と直交する方向
に列状に配置された複数の電極をそれぞれ有した電極群
によって構成され、前記電極群の各電極は、前記光ビームの出射側に前記光
軸に対して前記第１、及び第２の電極で逆方向に傾斜し
た斜辺を有した形状を有することを特徴とする光偏向装
置。
【請求項６】導電性又は半導電性の基板と、電気光学効果を有し、前記基板上に形成された光導波路
と、前記光導波路に光ビームを入射する光ビーム入射手段
と、前記光導波路上に設けられ、前記光導波路内を伝送され
る前記光ビームの光軸上に間隔を有して位置する複数の
電極群と、前記複数の電極群の各電極群と前記基板の間に別々に所
定の電圧を印加する電圧印加手段を有し、前記各電極群は、前記光軸と直交する方向に列状に配置
され、他の電極群とサイズが異なった複数の電極より構
成されることを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】前記電圧印加手段は、前記複数の電極群
に前記光ビームの偏向周期に応じたタイミングで周期的
に等しい電圧を印加する請求項６記載の光偏向装置。