JP2784025B2 - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
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- Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
Description
本発明は、光プリンタなどに使用される光走査装置に
関し、特に高精細な光走査を実現出来る光走査装置に関
する。
関し、特に高精細な光走査を実現出来る光走査装置に関
する。
従来光プリンタなどに応用されている代表的光走査法
はつぎの二つがある。一つは第13図に示すようなレーザ
ビームなどを偏向する手段をもつものである。もう一つ
は光源アレイを点滅、走査するか、もしくはシャッタア
レイを開閉、走査するものである（第14図）。 光偏向による方法の代表的装置は回転多面鏡で、大き
な偏向角、分解点数をとれる特徴をもっている。しかし
小型化が難しく、光学系の調整が複雑で機械的振動に弱
いという難点を持っているため高い精度を要求される用
途には適さない。このような難点を解決する光偏向素子
としては音響光学効果や電気光学効果などを用いた屈折
率の変調を利用したものが知られている。これらは固体
素子であるため小型化が可能であり、また可動部がない
ため調整が容易であり機械的振動の影響も受けにくい。
したがって走査光スポットの位置精度が高い特徴があ
る。しかし一般に偏向角および分解点数が回転多面鏡な
ど機械的手段による偏向に比べると小さく応用範囲が狭
い。これら偏向による光走査は光源の数は少なくてよい
のが一般的利点であるが、これは光走査の幅が広くなる
と受光面における光強度を一定に保つのが難しくなると
いう共通の難点につながる。 一方、光源あるいはシャッタのアレイを用いる光走査
方法は本来可動部をもたず、要素となる素子数を増加す
れば走査幅を原理的には自由に広げられるという利点を
持っている。しかし走査幅が広がるにつれて発光素子あ
るいは光シャッタなどの素子数が増加し、それにともな
ってそれらを駆動する回路（IC）も増大するためワイヤ
ボンディングなど作製プロセスが煩雑になるという問題
点があった。この問題点を解決する手段が先の発明であ
る（特願昭63−65359「発光素子アレイとその駆動方
法」）。すなわち第８図の等価回路に示すように発光素
子Ｔ（ｉ）には制御電極Ｇ（ｉ）のある形を採用し、こ
れを抵抗等RL、RIを介して接続しておく。このようなネ
ットワークのもとでクロックラインφ１、φ２、φ３に
順に適当に大きさを設定した電圧もしくは電流パルスを
加えることにより点灯した発光素子を次々に隣接した素
子へ移すことが可能である。このような制御電極を有す
る発光素子のひとつに発光サイリスタがある（青木昌治
編著「発光ダイオード」工業調査会 p167〜169）。通
常のサイリスタと同様にpnpn構造をもち、一方のpn接合
が発光ダイオードとして動作する。pnpn構造をもつサイ
リスタ（第９図）の電流−電圧特性はよく知られている
ように第10図のような負性抵抗特性をもつ。アノード電
圧があるしきい値（ON電圧）を越えると素子はON状態に
なり電流が流れ、発光サイリスタでは発光が開始する。
またこの素子のゲート電極に電圧を加えることにより素
子のON電圧を変化させることができる。 この素子Ｔ（ｉ），（ｉ＝・・・−1,0,1・・・）を
第８図のようなネットワーク内に接続し、多数配列した
場合を考える。この接続のもとで例えば転送クロックφ
３がハイレベルでＴ（０）がONになっているとする。こ
のときゲート電極G0の電位は零ボルト近くまで引き下げ
られる。VGKを一定とするとRL、RIからなる抵抗ネット
ワークにより各サイリスタのゲート電圧は決定され、隣
接の素子Ｔ（−１）およびＴ（１）のON電圧VON1がもっ
とも低下し、Ｔ（−２）、Ｔ（２）のON電圧VON2はこれ
より高くなる。したがってこのVON1とVON2の中間に電圧
を設定したクロックパルスを例えばφ１のラインに加わ
え、φ３をローレベルにすると、Ｔ（１）だけが、また
φ２に加えるとＴ（−１）だけがそれぞれON状態になる
が、Ｔ（２）、Ｔ（−２）はOFFのまま保たれる。言い
替えればON状態の素子をクロックパルスにより任意に隣
へ移行させることができる。このような方式を採用する
ことにより発光素子アレイを駆動する回路を大幅に減ら
すことができ、光走査幅の増大が容易になる。
はつぎの二つがある。一つは第13図に示すようなレーザ
ビームなどを偏向する手段をもつものである。もう一つ
は光源アレイを点滅、走査するか、もしくはシャッタア
レイを開閉、走査するものである（第14図）。 光偏向による方法の代表的装置は回転多面鏡で、大き
な偏向角、分解点数をとれる特徴をもっている。しかし
小型化が難しく、光学系の調整が複雑で機械的振動に弱
いという難点を持っているため高い精度を要求される用
途には適さない。このような難点を解決する光偏向素子
としては音響光学効果や電気光学効果などを用いた屈折
率の変調を利用したものが知られている。これらは固体
素子であるため小型化が可能であり、また可動部がない
ため調整が容易であり機械的振動の影響も受けにくい。
したがって走査光スポットの位置精度が高い特徴があ
る。しかし一般に偏向角および分解点数が回転多面鏡な
ど機械的手段による偏向に比べると小さく応用範囲が狭
い。これら偏向による光走査は光源の数は少なくてよい
のが一般的利点であるが、これは光走査の幅が広くなる
と受光面における光強度を一定に保つのが難しくなると
いう共通の難点につながる。 一方、光源あるいはシャッタのアレイを用いる光走査
方法は本来可動部をもたず、要素となる素子数を増加す
れば走査幅を原理的には自由に広げられるという利点を
持っている。しかし走査幅が広がるにつれて発光素子あ
るいは光シャッタなどの素子数が増加し、それにともな
ってそれらを駆動する回路（IC）も増大するためワイヤ
ボンディングなど作製プロセスが煩雑になるという問題
点があった。この問題点を解決する手段が先の発明であ
る（特願昭63−65359「発光素子アレイとその駆動方
法」）。すなわち第８図の等価回路に示すように発光素
子Ｔ（ｉ）には制御電極Ｇ（ｉ）のある形を採用し、こ
れを抵抗等RL、RIを介して接続しておく。このようなネ
ットワークのもとでクロックラインφ１、φ２、φ３に
順に適当に大きさを設定した電圧もしくは電流パルスを
加えることにより点灯した発光素子を次々に隣接した素
子へ移すことが可能である。このような制御電極を有す
る発光素子のひとつに発光サイリスタがある（青木昌治
編著「発光ダイオード」工業調査会 p167〜169）。通
常のサイリスタと同様にpnpn構造をもち、一方のpn接合
が発光ダイオードとして動作する。pnpn構造をもつサイ
リスタ（第９図）の電流−電圧特性はよく知られている
ように第10図のような負性抵抗特性をもつ。アノード電
圧があるしきい値（ON電圧）を越えると素子はON状態に
なり電流が流れ、発光サイリスタでは発光が開始する。
またこの素子のゲート電極に電圧を加えることにより素
子のON電圧を変化させることができる。 この素子Ｔ（ｉ），（ｉ＝・・・−1,0,1・・・）を
第８図のようなネットワーク内に接続し、多数配列した
場合を考える。この接続のもとで例えば転送クロックφ
３がハイレベルでＴ（０）がONになっているとする。こ
のときゲート電極G0の電位は零ボルト近くまで引き下げ
られる。VGKを一定とするとRL、RIからなる抵抗ネット
ワークにより各サイリスタのゲート電圧は決定され、隣
接の素子Ｔ（−１）およびＴ（１）のON電圧VON1がもっ
とも低下し、Ｔ（−２）、Ｔ（２）のON電圧VON2はこれ
より高くなる。したがってこのVON1とVON2の中間に電圧
を設定したクロックパルスを例えばφ１のラインに加わ
え、φ３をローレベルにすると、Ｔ（１）だけが、また
φ２に加えるとＴ（−１）だけがそれぞれON状態になる
が、Ｔ（２）、Ｔ（−２）はOFFのまま保たれる。言い
替えればON状態の素子をクロックパルスにより任意に隣
へ移行させることができる。このような方式を採用する
ことにより発光素子アレイを駆動する回路を大幅に減ら
すことができ、光走査幅の増大が容易になる。
しかしながら、上記従来の方法にはつぎのような問題
点があった。すなわち上記の駆動方法を採用すれば発光
素子アレイによる光走査において走査幅を広げることは
かなり容易になるが、発光素子と走査される光スポット
とは走査幅によらず常に一対一対応である。したがって
光スポットの精細度を向上させるためには発光素子の発
光面積を小さくし素子間のピッチを短くする必要があ
る。しかし発光素子に一定の光出力強度を要求する限り
発光面積を減少させるには限度がある。したがって上記
方法による光走査では、ある程度以上の光スポットの短
ピッチ化、すなわち高精細化は困難となる。
点があった。すなわち上記の駆動方法を採用すれば発光
素子アレイによる光走査において走査幅を広げることは
かなり容易になるが、発光素子と走査される光スポット
とは走査幅によらず常に一対一対応である。したがって
光スポットの精細度を向上させるためには発光素子の発
光面積を小さくし素子間のピッチを短くする必要があ
る。しかし発光素子に一定の光出力強度を要求する限り
発光面積を減少させるには限度がある。したがって上記
方法による光走査では、ある程度以上の光スポットの短
ピッチ化、すなわち高精細化は困難となる。
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされた
もので、発光のためのしきい電圧もしくはしきい電流が
外部から電気的に制御可能な３端子発光素子多数個を、
一次元，二次元，もしくは三次元的に配列し、各発光素
子のしきい電圧もしくはしきい電流を制御する制御電極
を互いに電気的手段にて接続し、各発光素子の残りの２
端子のうちの一方に、外部から電圧もしくは電流を印加
させるクロックラインを接続し、ある発光素子の発光状
態が、その発光素子近傍の他の発光素子のしきい電圧も
しくはしきい電流を、前記電気的手段を介して変化さ
せ、前記クロックラインへ印加される電圧もしくは電流
により、前記他の発光素子を発光させる自己走査形発光
素子アレイと、 各々の発光素子に設けられ、各発光素子から発した光
の出射方向を制御できる光偏光素子とを備えたことを特
徴とする光走査装置である。 前記光偏向素子としては、電流の注入により屈折率に
傾斜を生じさせる光偏向素子、電界をかけて屈折率を制
御する光偏向素子等、入射された光の向きを変化させ、
制御できる素子であれば任意の素子が使用できる。
もので、発光のためのしきい電圧もしくはしきい電流が
外部から電気的に制御可能な３端子発光素子多数個を、
一次元，二次元，もしくは三次元的に配列し、各発光素
子のしきい電圧もしくはしきい電流を制御する制御電極
を互いに電気的手段にて接続し、各発光素子の残りの２
端子のうちの一方に、外部から電圧もしくは電流を印加
させるクロックラインを接続し、ある発光素子の発光状
態が、その発光素子近傍の他の発光素子のしきい電圧も
しくはしきい電流を、前記電気的手段を介して変化さ
せ、前記クロックラインへ印加される電圧もしくは電流
により、前記他の発光素子を発光させる自己走査形発光
素子アレイと、 各々の発光素子に設けられ、各発光素子から発した光
の出射方向を制御できる光偏光素子とを備えたことを特
徴とする光走査装置である。 前記光偏向素子としては、電流の注入により屈折率に
傾斜を生じさせる光偏向素子、電界をかけて屈折率を制
御する光偏向素子等、入射された光の向きを変化させ、
制御できる素子であれば任意の素子が使用できる。
第１図に示すように発光素子Ｔと該発光素子と対をな
す光偏向素子Ｄを多数一次元に配列し、発光素子Ｔ
（ｉ）の発する光ビームが入射する光偏向素子をＤ
（ｉ）とする。 発光素子Ｔ（０）がONになるのと同時に光偏光素子Ｄ
（０）が偏向動作を開始するように制御し、光偏光素子
Ｄ（０）の偏向ビームが受光面100上の終点x1に達する
と同時に発光素子Ｔ（１）を発光させかつ光偏光素子Ｄ
（１）の動作を開始させる。このとき上記の終点x1に当
たる光スポットの位置と光偏光素子Ｄ（１）の偏光開始
点のスポット位置を一致させるように調整する。 以下同様に設定し、制御すれば、この系により連続的
かつ広範囲の光走査が実現する。さらに光偏光素子Ｄの
分解点数をＮとすれば、発光素子数を増加させずに精細
度をＮ倍にできる。 いま全発光素子数がＭであれば、各発光素子に光偏向
素子を付加したときの総素子数は2Mである。したがって
Ｎ＞２であれば、同じ素子数で発光素子だけのアレイの
場合より精細度を向上できる。このことから本発明に用
いる光偏向素子の分解点数はそれほど大きくなくても効
果を発揮できるといえる。
す光偏向素子Ｄを多数一次元に配列し、発光素子Ｔ
（ｉ）の発する光ビームが入射する光偏向素子をＤ
（ｉ）とする。 発光素子Ｔ（０）がONになるのと同時に光偏光素子Ｄ
（０）が偏向動作を開始するように制御し、光偏光素子
Ｄ（０）の偏向ビームが受光面100上の終点x1に達する
と同時に発光素子Ｔ（１）を発光させかつ光偏光素子Ｄ
（１）の動作を開始させる。このとき上記の終点x1に当
たる光スポットの位置と光偏光素子Ｄ（１）の偏光開始
点のスポット位置を一致させるように調整する。 以下同様に設定し、制御すれば、この系により連続的
かつ広範囲の光走査が実現する。さらに光偏光素子Ｄの
分解点数をＮとすれば、発光素子数を増加させずに精細
度をＮ倍にできる。 いま全発光素子数がＭであれば、各発光素子に光偏向
素子を付加したときの総素子数は2Mである。したがって
Ｎ＞２であれば、同じ素子数で発光素子だけのアレイの
場合より精細度を向上できる。このことから本発明に用
いる光偏向素子の分解点数はそれほど大きくなくても効
果を発揮できるといえる。
実施例−１ AlGaAs/GaAs系で構成した複合素子による実施例を以
下に説明する。第11図のような光偏向機能付き半導体レ
ーザの一例がElectronics Letters,23巻,p.361（1987）
に開示されている。半導体レーザの出射光が伝搬する半
導体導波路に二つの電極を設け、この電極に非対称な大
きさの電流を注入することによって導波路部分の屈折率
に傾斜を生じさせ光偏向を行う。本実施例では発光素子
としてビームの収束性のよい半導体レーザを採用し、し
きい電流の制御を行うためレーザサイリスタとする。レ
ーザサイリスタの一例は1987年秋季応用物理学会講演
会、18p−ZG−10に開示されている。光偏向素子的は原
理的には上記文献のものと同様に電流の注入による方式
を用い、両電極をサイリスタ構造化して外部信号による
制御を可能とした。このような素子を第１図のようにア
レイ状に配列し、第８図に示したネットワークに接続し
て光走査装置を構成した。 第２図は素子間の電気接続を示す図で、第３図はこの
電気接続および光の結合を実現するための複合素子アレ
イの平面配置図の一部である。この配置は一例であっ
て、レーザサイリスタＴからの発光出力14が効率よく光
偏向素子Ｄに入射するように配置されていれば電気配線
のパターンなどはこれと異なっていてもよい。なお本実
施例の抵抗RIはダイオードに置き換えてもよい。先発明
（特願昭63−164353「発光素子アレイ」）に述べられて
いるように抵抗をダイオードに置き換えることにより、
クロックラインを２系統に減らすことができる。第４図
はAlGaAs/GaAs系で構成したレーザサイリスタアレイ部
分（第３図中Ｘ−Ｘ′）、第５図は光偏向素子部分（第
３図中Ｙ−Ｙ′）に相当する断面構造図である。 つぎにデバイス構造を簡単に説明する。各結晶層の構
成はレーザサイリスタと光偏向素子とで共通とした。こ
れは必須条件ではないが、作製プロセスを簡略化するた
めに共通の結晶層を用いることが望ましい。ｎ形GaAs基
板１に適当なｎ・GaAsバッファ層を形成し（図では省略
されている）、ついでｎ・AlGaAs層２、ｐ・AlGaAs層
３、ノンドープGaAs層４、ｎ・AlGaAs層５、ｐ・AlGaAs
層６を順次形成する。さらに最上層にｐ・GaAsをコンタ
クト層として形成する場合もある。ノンドープGaAs層４
がレーザの活性層であり、その両側のAlGaAs層3,5がク
ラッド層である。本実施例のレーザサイリスタでは最上
層から上部クラッド層５の途中までの一部を除去してリ
ッジ13を形成する。レーザの構造は必ずしもこれに限ら
ず、埋め込み構造なども使用できる。ゲート電極のコン
タクト11は上部クラッド層であるｎ・AlGaAs層５に設け
る。レーザサイリスタの光共振器の偏向素子側端面16
（第３図参照）はドライエッチング法などで形成する
が、他の端面17は僻開法によってもよい。光偏向素子は
レーザと同一の層構造で構成され、光の伝搬方向に対し
て対称な位置に電流注入用素子D1、D2が設けられ、これ
らはレーザ同様のサイリスタ構造を持っている。上部電
極71、72直下のｐ・AlGaAs層６は横方向の電流を防ぐた
め分離溝12により分離する。ゲート電極のコンタクト11
はレーザ部分同様に上層を除去して露出させたｎ・AlGa
As層５に設ける。光偏向素子はレーザの出射光14が効率
よく入射できる位置に配置するが、両素子間は電気的に
は分離しなければならない。 上記の素子形成に用いる結晶成長は液相成長、有機金
属気相成長あるいは分子線エピタキシーなどの方法のい
ずれかで行うことができる。なお本実施例ではレーザの
活性層をGaAsとしたため発光波長は900nm前後となるが
材料はGaAsに限定されず、AlGaAsを用いれば780nm程度
まで、InGaPやAlGaInPを用いれば600nm台まで短波長化
が可能で、用途に応じて選択できる。 光走査装置としての駆動方法をつぎに説明する。第２
図に示したような接続下で、たとえばレーザサイリスタ
Ｔ（−１）、Ｔ（０）、Ｔ（１）にクロックパルスをφ
２、φ３、φ１のラインに第６図のタイミングで順に印
加してONとし、φ１のラインからレーザの駆動電流ITを
供給して点灯、走査する。光偏向素子Ｄ（−１）、Ｄ
（０）、Ｄ（１）の二つ一組のサイリスタD1（−１）、
D2（−１）、D1（０）、D2（０）、D1（１）、D2（１）
には第６図に示したように上記クロックパルスよりそれ
ぞれΔｔだけ早く立ち上がるパルスをφ１′、φ１″、
φ２′、φ２″、φ３′、φ３″のラインを介して順に
印加する。たとえばφ３にクロックパルスが加わってレ
ーザＴ（０）が点灯する直前にラインφ３′、φ３″か
ら光偏向素子Ｄ（０）の二つのサイリスタD1（０）、D2
（０）にパルスが印加され、これら二つがONになる。Ｔ
（０）が点灯すると同時にφ１′、φ１″から対称なラ
ンプ電流ID1、ID2がD1（０）、D2（０）に加えられる。
上記クロックパルスは次のクロックパルスがφ１に送ら
れると同時に零になり、該ランプ電流は初期値に戻る。
これでサイリスタD1（０）、D2（０）はOFFとなる。こ
の時点で隣の光偏向素子Ｄ（１）のサイリスタD1
（１）、D2（１）はすでにONとなっており、隣のレーザ
Ｔ（１）が点灯すると同時に偏向動作を開始する。以下
同様なタイミングで動作する。 実施例−２ 本実施例では光偏向素子として電界で屈折率を制御す
るタイプを採用した。このような効果を利用した光偏向
素子は電気光学効果をもつ誘電体結晶プリズムを用いて
実現できることが知られている（末田正著 「光エレク
トロニクス」 昭晃堂 p190〜193）。半導体の場合、
電気光学効果だけでなくフランツーケルディッシュ効
果、あるいは量子井戸を用いれば量子閉じ込めシュタル
ク効果等も、接合に逆バイアスを印加することにより利
用することができる。このような効果を半導体導波路に
適用すれば上記誘電体素子から半導体光偏向素子が容易
に煩雑される。第12図にその構成例を示す。これは、ｎ
形GaAs層基板１上にｎ形AlGaAs22,ノンドープGaAs4,p形
AlGaAs24を形成し、さらにこの両面に電極35,29を設け
たものである。ここで入射光に対して斜めの側端部を有
する電極35に、電極29に対して負の電圧を印加すると、
ノンドープGaAs4が空乏化して電界が印加され、この電
界強度に依存してノンドープGaAs4の屈折率が変化す
る。したがって電極35の下の屈折率とこれ以外の領域の
屈折率が異なりこの違いが外部から制御できるため出射
光15の方向を制御することができる。この光偏向素子と
レーザサイリスタを組み合わせて光走査装置を実現し
た。レーザサイリスタは実施例１ものと同一素子でよ
く、素子の配置も実施例１同様でよい。ただし本実施例
の光偏向素子は逆バイアス状態で使用するためパワーの
消費が少なく、全素子を常時動作させていても差し支え
ない。したがってこの場合第７図に示すようにクロック
ラインは発光素子だけに設ければよく、光偏向素子には
ゲート電極は不要で、共通のランプ電圧を供給するライ
ンだけを配線する。もちろんこのランプ電圧の始点と終
点は各レーザの点灯、消灯のタイミングに一致させてお
く必要がある。 なお第12図の光偏向素子は最も単純な例であり、他の
構造であってもよい。例えば光導波層は量子井戸層とし
てもよい。ただしこの場合レーザサイリスタも量子井戸
レーザとする方が作製プロセスが容易になる。 また電極形状も第12図のものに限定する必要はなく、
有効に非対称な屈折率分布を形成できるものであればよ
い。さらに構成材料も上記効果を有するものであればよ
く、実施例１で挙げた材料は少なくとも利用できる。 上記実施例においては、光偏向素子として光偏向機能
付き半導体レーザおよび電界で屈折率を制御する物等を
例示したが、本発明は上記に限らず同様の機能を有する
素子であれば使用できる。
下に説明する。第11図のような光偏向機能付き半導体レ
ーザの一例がElectronics Letters,23巻,p.361（1987）
に開示されている。半導体レーザの出射光が伝搬する半
導体導波路に二つの電極を設け、この電極に非対称な大
きさの電流を注入することによって導波路部分の屈折率
に傾斜を生じさせ光偏向を行う。本実施例では発光素子
としてビームの収束性のよい半導体レーザを採用し、し
きい電流の制御を行うためレーザサイリスタとする。レ
ーザサイリスタの一例は1987年秋季応用物理学会講演
会、18p−ZG−10に開示されている。光偏向素子的は原
理的には上記文献のものと同様に電流の注入による方式
を用い、両電極をサイリスタ構造化して外部信号による
制御を可能とした。このような素子を第１図のようにア
レイ状に配列し、第８図に示したネットワークに接続し
て光走査装置を構成した。 第２図は素子間の電気接続を示す図で、第３図はこの
電気接続および光の結合を実現するための複合素子アレ
イの平面配置図の一部である。この配置は一例であっ
て、レーザサイリスタＴからの発光出力14が効率よく光
偏向素子Ｄに入射するように配置されていれば電気配線
のパターンなどはこれと異なっていてもよい。なお本実
施例の抵抗RIはダイオードに置き換えてもよい。先発明
（特願昭63−164353「発光素子アレイ」）に述べられて
いるように抵抗をダイオードに置き換えることにより、
クロックラインを２系統に減らすことができる。第４図
はAlGaAs/GaAs系で構成したレーザサイリスタアレイ部
分（第３図中Ｘ−Ｘ′）、第５図は光偏向素子部分（第
３図中Ｙ−Ｙ′）に相当する断面構造図である。 つぎにデバイス構造を簡単に説明する。各結晶層の構
成はレーザサイリスタと光偏向素子とで共通とした。こ
れは必須条件ではないが、作製プロセスを簡略化するた
めに共通の結晶層を用いることが望ましい。ｎ形GaAs基
板１に適当なｎ・GaAsバッファ層を形成し（図では省略
されている）、ついでｎ・AlGaAs層２、ｐ・AlGaAs層
３、ノンドープGaAs層４、ｎ・AlGaAs層５、ｐ・AlGaAs
層６を順次形成する。さらに最上層にｐ・GaAsをコンタ
クト層として形成する場合もある。ノンドープGaAs層４
がレーザの活性層であり、その両側のAlGaAs層3,5がク
ラッド層である。本実施例のレーザサイリスタでは最上
層から上部クラッド層５の途中までの一部を除去してリ
ッジ13を形成する。レーザの構造は必ずしもこれに限ら
ず、埋め込み構造なども使用できる。ゲート電極のコン
タクト11は上部クラッド層であるｎ・AlGaAs層５に設け
る。レーザサイリスタの光共振器の偏向素子側端面16
（第３図参照）はドライエッチング法などで形成する
が、他の端面17は僻開法によってもよい。光偏向素子は
レーザと同一の層構造で構成され、光の伝搬方向に対し
て対称な位置に電流注入用素子D1、D2が設けられ、これ
らはレーザ同様のサイリスタ構造を持っている。上部電
極71、72直下のｐ・AlGaAs層６は横方向の電流を防ぐた
め分離溝12により分離する。ゲート電極のコンタクト11
はレーザ部分同様に上層を除去して露出させたｎ・AlGa
As層５に設ける。光偏向素子はレーザの出射光14が効率
よく入射できる位置に配置するが、両素子間は電気的に
は分離しなければならない。 上記の素子形成に用いる結晶成長は液相成長、有機金
属気相成長あるいは分子線エピタキシーなどの方法のい
ずれかで行うことができる。なお本実施例ではレーザの
活性層をGaAsとしたため発光波長は900nm前後となるが
材料はGaAsに限定されず、AlGaAsを用いれば780nm程度
まで、InGaPやAlGaInPを用いれば600nm台まで短波長化
が可能で、用途に応じて選択できる。 光走査装置としての駆動方法をつぎに説明する。第２
図に示したような接続下で、たとえばレーザサイリスタ
Ｔ（−１）、Ｔ（０）、Ｔ（１）にクロックパルスをφ
２、φ３、φ１のラインに第６図のタイミングで順に印
加してONとし、φ１のラインからレーザの駆動電流ITを
供給して点灯、走査する。光偏向素子Ｄ（−１）、Ｄ
（０）、Ｄ（１）の二つ一組のサイリスタD1（−１）、
D2（−１）、D1（０）、D2（０）、D1（１）、D2（１）
には第６図に示したように上記クロックパルスよりそれ
ぞれΔｔだけ早く立ち上がるパルスをφ１′、φ１″、
φ２′、φ２″、φ３′、φ３″のラインを介して順に
印加する。たとえばφ３にクロックパルスが加わってレ
ーザＴ（０）が点灯する直前にラインφ３′、φ３″か
ら光偏向素子Ｄ（０）の二つのサイリスタD1（０）、D2
（０）にパルスが印加され、これら二つがONになる。Ｔ
（０）が点灯すると同時にφ１′、φ１″から対称なラ
ンプ電流ID1、ID2がD1（０）、D2（０）に加えられる。
上記クロックパルスは次のクロックパルスがφ１に送ら
れると同時に零になり、該ランプ電流は初期値に戻る。
これでサイリスタD1（０）、D2（０）はOFFとなる。こ
の時点で隣の光偏向素子Ｄ（１）のサイリスタD1
（１）、D2（１）はすでにONとなっており、隣のレーザ
Ｔ（１）が点灯すると同時に偏向動作を開始する。以下
同様なタイミングで動作する。 実施例−２ 本実施例では光偏向素子として電界で屈折率を制御す
るタイプを採用した。このような効果を利用した光偏向
素子は電気光学効果をもつ誘電体結晶プリズムを用いて
実現できることが知られている（末田正著 「光エレク
トロニクス」 昭晃堂 p190〜193）。半導体の場合、
電気光学効果だけでなくフランツーケルディッシュ効
果、あるいは量子井戸を用いれば量子閉じ込めシュタル
ク効果等も、接合に逆バイアスを印加することにより利
用することができる。このような効果を半導体導波路に
適用すれば上記誘電体素子から半導体光偏向素子が容易
に煩雑される。第12図にその構成例を示す。これは、ｎ
形GaAs層基板１上にｎ形AlGaAs22,ノンドープGaAs4,p形
AlGaAs24を形成し、さらにこの両面に電極35,29を設け
たものである。ここで入射光に対して斜めの側端部を有
する電極35に、電極29に対して負の電圧を印加すると、
ノンドープGaAs4が空乏化して電界が印加され、この電
界強度に依存してノンドープGaAs4の屈折率が変化す
る。したがって電極35の下の屈折率とこれ以外の領域の
屈折率が異なりこの違いが外部から制御できるため出射
光15の方向を制御することができる。この光偏向素子と
レーザサイリスタを組み合わせて光走査装置を実現し
た。レーザサイリスタは実施例１ものと同一素子でよ
く、素子の配置も実施例１同様でよい。ただし本実施例
の光偏向素子は逆バイアス状態で使用するためパワーの
消費が少なく、全素子を常時動作させていても差し支え
ない。したがってこの場合第７図に示すようにクロック
ラインは発光素子だけに設ければよく、光偏向素子には
ゲート電極は不要で、共通のランプ電圧を供給するライ
ンだけを配線する。もちろんこのランプ電圧の始点と終
点は各レーザの点灯、消灯のタイミングに一致させてお
く必要がある。 なお第12図の光偏向素子は最も単純な例であり、他の
構造であってもよい。例えば光導波層は量子井戸層とし
てもよい。ただしこの場合レーザサイリスタも量子井戸
レーザとする方が作製プロセスが容易になる。 また電極形状も第12図のものに限定する必要はなく、
有効に非対称な屈折率分布を形成できるものであればよ
い。さらに構成材料も上記効果を有するものであればよ
く、実施例１で挙げた材料は少なくとも利用できる。 上記実施例においては、光偏向素子として光偏向機能
付き半導体レーザおよび電界で屈折率を制御する物等を
例示したが、本発明は上記に限らず同様の機能を有する
素子であれば使用できる。
本発明によれば、発光素子に光偏向素子を付加したた
め、発光素子にアレイだけによる光走査装置に比べ、同
一発光素子数で走査光点の精細度を向上できる。また発
光素子はしきい電流もしくはしきい電圧を制御できるも
のとし、制御用電極を電気的手段により接続したため、
クロックパルスの印加のみで走査が行え、光偏向素子を
付加しても駆動回路が複雑化しない効果がある。
め、発光素子にアレイだけによる光走査装置に比べ、同
一発光素子数で走査光点の精細度を向上できる。また発
光素子はしきい電流もしくはしきい電圧を制御できるも
のとし、制御用電極を電気的手段により接続したため、
クロックパルスの印加のみで走査が行え、光偏向素子を
付加しても駆動回路が複雑化しない効果がある。
第１図は本発明の基本構成を示す概略図、第２図は第１
の実施例の等価回路図、第３図は同実施例の一部の平面
図、第４図は同実施例のレーザサイリスタ部分の断面
図、第５図は同実施例の光偏向素子部分の断面図、第６
図は同実施例の駆動タイミング図、第７図は第２の実施
例の等価回路図、第８図は先発明における発光素子アレ
イの駆動方法を示す等価回路図、第９図は従来のサイリ
スタの基本構造図、第10図はサイリスタの電流−電圧特
性、第11図は光偏向機能付き半導体レーザの従来例の斜
視図、第12図は第２の実施例に用いられる光偏向素子の
一構成例の斜視図、第13図は偏向による光走査方式を示
す原理図、第14図はアレイを用いた光走査方式を示す原
理図である。 Ｔ……発光素子、Ｄ……光偏向素子、 φ、φ′、φ″……クロックライン IT……発光素子駆動電流、 ID……光偏向素子駆動電流、 VGK……ゲート電圧用電源 １……ｎ形GaAs基板、2,5,22……ｎ形AlGaAs層、 3,24……ｐ形AlGaAs層、４……ノンドープGaAs層、 ６……ｐ形AlGaAs層、25……ｐ形GaAs層、 27,28,29,35……電極、8,10,26……絶縁膜、 ９……抵抗層、10……抵抗層、 11……ゲート電極コンタクト、 12……分離溝、13……リッジ 14……発光素子出射光、15……偏向光ビーム 16,17……レーザ端面
の実施例の等価回路図、第３図は同実施例の一部の平面
図、第４図は同実施例のレーザサイリスタ部分の断面
図、第５図は同実施例の光偏向素子部分の断面図、第６
図は同実施例の駆動タイミング図、第７図は第２の実施
例の等価回路図、第８図は先発明における発光素子アレ
イの駆動方法を示す等価回路図、第９図は従来のサイリ
スタの基本構造図、第10図はサイリスタの電流−電圧特
性、第11図は光偏向機能付き半導体レーザの従来例の斜
視図、第12図は第２の実施例に用いられる光偏向素子の
一構成例の斜視図、第13図は偏向による光走査方式を示
す原理図、第14図はアレイを用いた光走査方式を示す原
理図である。 Ｔ……発光素子、Ｄ……光偏向素子、 φ、φ′、φ″……クロックライン IT……発光素子駆動電流、 ID……光偏向素子駆動電流、 VGK……ゲート電圧用電源 １……ｎ形GaAs基板、2,5,22……ｎ形AlGaAs層、 3,24……ｐ形AlGaAs層、４……ノンドープGaAs層、 ６……ｐ形AlGaAs層、25……ｐ形GaAs層、 27,28,29,35……電極、8,10,26……絶縁膜、 ９……抵抗層、10……抵抗層、 11……ゲート電極コンタクト、 12……分離溝、13……リッジ 14……発光素子出射光、15……偏向光ビーム 16,17……レーザ端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/113 (72)発明者 田中 修平 大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地 日本板硝子株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/45 B41J 2/455 H04N 1/04
Claims (4)
- 【請求項１】発光のためのしきい電圧もしくはしきい電
流が外部から電気的に制御可能な３端子発光素子多数個
を、一次元，二次元，もしくは三次元的に配列し、各発
光素子のしきい電圧もしくはしきい電流を制御する制御
電極を互いに電気的手段にて接続し、各発光素子の残り
の２端子のうちの一方に、外部から電圧もしくは電流を
印加させるクロックラインを接続し、ある発光素子の発
光状態が、その発光素子近傍の他の発光素子のしきい電
圧もしくはしきい電流を、前記電気的手段を介して変化
させ、前記クロックラインへ印加される電圧もしくは電
流により、前記他の発光素子を発光させる自己走査形発
光素子アレイと、 各々の発光素子に設けられ、各発光素子から発した光の
出射方向を制御できる光偏光素子とを備えたことを特徴
とする光走査装置。 - 【請求項２】前記光偏向素子はアレイを構成し、前記自
己走査形発光素子アレイの発光する発光素子に対応する
光偏向素子のみ駆動するようにしたことを特徴とする請
求項１記載の光走査装置。 - 【請求項３】前記自己走査形発光素子は、レーザサイリ
スタで構成され、前記光偏向素子は、前記レーザサイリ
スタと同一の層構造で構成され、光の伝搬方向に対して
対称な位置に電流注入用素子が設けられ、これら電流注
入用素子に対称なランプ電流を加えて、前記光偏向素子
の導波路部分の屈折率に傾斜を生じさせることを特徴と
する請求項２記載の光走査装置。 - 【請求項４】前記自己走査形発光素子は、レーザサイリ
スタで構成され、前記光偏向素子は、電気光学効果をも
つ誘導体結晶プリズムで構成され、その電極に電圧を印
加することにより、電極の下の領域の屈折率と、電極の
下以外の領域の屈折率とを異ならせることを特徴とする
請求項２記載の光走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2782689A JP2784025B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2782689A JP2784025B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 光走査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02208067A JPH02208067A (ja) | 1990-08-17 |
| JP2784025B2 true JP2784025B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=12231749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2782689A Expired - Fee Related JP2784025B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 光走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784025B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10211732A (ja) * | 1997-01-30 | 1998-08-11 | Canon Inc | ヘッド及びその実装方法 |
| JPH11192744A (ja) | 1997-12-29 | 1999-07-21 | Canon Inc | Ｌｅｄアレイ駆動装置および方法 |
| JPH11340498A (ja) | 1998-05-29 | 1999-12-10 | Canon Inc | 駆動制御装置および画像記録装置 |
| US6262758B1 (en) | 1999-01-18 | 2001-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Image formation apparatus with clock circuit for driving recording chips |
| JP2000203078A (ja) | 1999-01-18 | 2000-07-25 | Canon Inc | 駆動制御装置および駆動制御方法 |
| US6563526B1 (en) | 1999-01-22 | 2003-05-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Image formation apparatus |
| JP2001102626A (ja) | 1999-07-28 | 2001-04-13 | Canon Inc | Ｌｅｄチップ、ｌｅｄアレイチップ、ｌｅｄアレイヘッド及び画像形成装置 |
| JP2001096805A (ja) | 1999-07-29 | 2001-04-10 | Canon Inc | フレキシブルケーブルおよびフレキシブルケーブルの装着方法、ならびに、フレキシブルケーブルを有する半導体素子あるいはｌｅｄアレイヘッド、およびｌｅｄヘッドを有する画像形成装置 |
| US7042591B1 (en) | 1999-07-30 | 2006-05-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Image exposure apparatus and image forming apparatus |
| US6710794B1 (en) | 1999-08-31 | 2004-03-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Light print head |
| JP4693199B2 (ja) | 1999-09-20 | 2011-06-01 | キヤノン株式会社 | 記録装置 |
| JP4362905B2 (ja) | 1999-09-21 | 2009-11-11 | 富士ゼロックス株式会社 | 自己走査型発光装置、書き込み用光源および光プリンタ |
| JP2001096802A (ja) | 1999-10-04 | 2001-04-10 | Canon Inc | Ｌｅｄアレーヘッドの製造方法 |
| JP4289743B2 (ja) | 1999-10-26 | 2009-07-01 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4896291A (ja) * | 1972-03-23 | 1973-12-08 | ||
| JPS61282825A (ja) * | 1985-06-08 | 1986-12-13 | Brother Ind Ltd | レ−ザプリンタ |
| JPS62156627A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Brother Ind Ltd | 光偏向装置 |
| JPS63119370A (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-24 | Ricoh Co Ltd | 自己走査型等倍光センサ |
-
1989
- 1989-02-07 JP JP2782689A patent/JP2784025B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4896291A (ja) * | 1972-03-23 | 1973-12-08 | ||
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| JPS63119370A (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-24 | Ricoh Co Ltd | 自己走査型等倍光センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02208067A (ja) | 1990-08-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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