JP3152519B2 - 光書き込み素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像信号によりハードコ
ピーを得るビデオプリンタ，デジタル複写機，ファクシ
ミリ，レーザプリンタ等の装置において写真感光材料，
電子写真感光体等に画像を書き込む光書き込み素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオプリンタ，デジタル複写
機，ファクシミリ，レーザプリンタ等の装置において写
真感光材料，電子写真感光体等に画像を書き込む光書き
込み手段としては、多数の書き込み点において画像信号
に応じて光源からの光を透過させる液晶シャッタや、
ＬＥＤ（発光ダイオード）プリンタヘッド，レーザ光
とポリゴンミラーによる書き込み系などがある。

【０００３】ＬＥＤプリンタヘッドでは、図６及び図
７に示すように画像信号が１走査線分づつ直列又は並列
にシフトレジスタ１１に入力され、このシフトレジスタ
１１の出力信号によりＬＥＤアレイ１２が駆動される。
ＬＥＤアレイ１２は主走査方向に配列された１走査線分
の複数のＬＥＤ１２１，１２２，１２３・・・からな
り、シフトレジスタ１１の各段の出力信号によりそれぞ
れ駆動されて発光する。このＬＥＤアレイ１２は感光体
ドラム１３の幅方向に配置され、各ＬＥＤ１２１，１２
２，１２３・・・からの光が結像レンズ１４を介して感
光体ドラム１３上に結像される。

【０００４】感光体ドラム１３は、モータにより回転駆
動されて帯電器により均一に帯電された後にＬＥＤ１２
１，１２２，１２３・・・からの光で露光されて画像が
書き込まれ、静電潜像が形成される。この場合、ＬＥＤ
アレイ１２による感光体ドラム１３の露光、すなわちね
光書き込みは各ＬＥＤ１２１，１２２，１２３・・・１
個づの発光ドットＤ１，Ｄ２，Ｄ３・・・がそれぞれ１
ドットの結像パターンとしての１画素を形成する。１走
査線の走査時間が長い場合には全画素を複数の群に分割
し、各群毎に時系列で走査を行うことも可能である。逆
に１走査線を同時に走査することも可能である。

【０００５】また、レーザ光とポリゴンミラーによる書
き込み系では、図８に示すようにガスレーザ１５から
のレーザ光がＡＤ変調器１６で画像信号により変調さ
れ、ポリゴンミラー１７により偏向されてｆθレンズ１
８を介して感光体ドラム１９に照射される。感光体ドラ
ム１９は、モータにより回転駆動されて帯電器により均
一に帯電された後にｆθレンズ１８からのレーザ光がポ
リゴンミラー１７により主走査方向に繰り返して走査さ
れながら照射されることにより露光されて画像が書き込
まれ、静電潜像が形成される。なお、ガスレーザ１５及
びＡＤ変調器１６の代りに半導体レーザを用い、この半
導体レーザを画像信号により駆動するようにしてもよ
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記液晶シャッタ
や、ＬＥＤプリンタヘッド，レーザ光とポリゴンミラ
ーによる書き込み系などの光書き込み手段では、いず
れも光源からの光をアナログ的に調整するか、又は光源
の発光量を連続的に制御して光書き込みの対象となる感
光部材の感光量を変化させているが、現在は画像信号を
画像処理部でデジタル信号として記憶し処理すること
が、画像に対して様々な処理を画像処理部で行う上で有
利であることから主流になっている。従って、画像処理
部と光書き込み手段との間にはデジタル信号をアナログ
信号に変換する装置が余分に必要になる。このため、回
路構成が複雑になって生産コストが上昇し、デジタル信
号をアナログ信号に変換する際の誤差により書き込み画
像の品質が低下し、小型化および低コスト化の上で障害
になるなどの欠点がある。

【０００７】また、ＬＥＤプリンタヘッドのように多
数の光源を用いる光書き込み手段では、各光源の光量お
よびその入力信号に対する変化の割合を一致させなけれ
ばならないので、生産上相当に高い技術を必要とし、生
産コストの上昇と歩留まりの低下を招く。

【０００８】また、液晶シャッタのように多数の書き
込み点において透過光量を調整する光書き込み手段で
は、各書き込み点の個々の透過率とその入力信号に対す
る変化の割合を揃えなければならないので、同様な問題
が生ずる。

【０００９】また、どちらの光書き込み手段において
も、長期間の使用により発光光量の低下，透過率の変動
など経時変化を生ずるから、長期間の使用において初期
の画像品質を維持するには特性変化を何らかの手段によ
り補正する必要がある。しかし、個々の書き込み点にお
いてその特性変化が異なるから、それを補正しようとす
れば個々の書き込み点毎に補正量検出手段と補正手段と
が必要になり、例えばＡ３サイズ，６００ｄｐｉの画像
書き込みを行う場合には書き込み点の数が約６０００と
いう膨大な数になる。このため、特性変化の補正を行う
ＬＥＤプリンタヘッドや液晶シャッタを実現することは
実際上不可能であった。

【００１０】従って、これらの光書き込み手段では、経
年変化による書き込み画像品質の低下という欠点が避け
られなかった。なぜこれらの光書き込み手段が用いられ
ているかといえば、これらの光書き込み手段は小型であ
るという利点があるからである。

【００１１】一方、１つの光源からの光をポリゴンミラ
ー等の偏向光学系で偏向する書き込み系などでは、光
源が１つであるから、その発光量の変化等に対して補正
を施すことは容易であるが、偏向光学系が大型であるこ
とから、小型化できないという欠点があった。

【００１２】本発明は、上記欠点を改善し、画像品質の
向上及び小型化，低コスト化，歩留まりの向上を同時に
計ることができる光書き込み素子を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、露出した領域を有し光を導
波するコア層と、このコア層を囲むクラッド層とを有す
る光導波路部と、前記コア層の露出した領域に対応して
配置され前記コア層により導波される光の一部を順次に
２倍異なる光吸収量だけ吸収する複数の光吸収体と、こ
の複数の光吸収体を機械的に保持するとともに、外部か
らの信号に応じてこの複数の光吸収体に対して機械的変
位を与え若しくは電気的な効果及び磁気的な効果の少な
くとも一方を与えることにより、前記コア層により導波
される光の一部を吸収する状態と光を吸収しない状態と
を選択的にとらせる複数の光吸収体駆動機構とを有する
光減衰部と、外部において設定された光減衰量を示す信
号を取り込み、この信号を所定時間記憶して前記光吸収
体駆動機構に伝達する信号処理回路とを備えたものであ
る。

【００１４】

【作用】光がコア層により導波され、複数の光吸収体駆
動機構が外部からの信号に応じて複数の光吸収体に対し
て機械的変位を与え若しくは電気的な効果及び磁気的な
効果の少なくとも一方を与えることにより、複数の光吸
収体がコア層により導波される光の一部を吸収する状態
と光を吸収しない状態とを選択的にとる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例の構成を示す。この実
施例の書き込み素子は、基板２１、この基板２１上に形
成されて光束を導波するコア層２２、並びにコア層２２
を囲むクラッド層２３，２４とからなる光導波路部と、
複数（ｎ）個の光吸収体２５１〜２５ｎ、および光吸収
体２５１〜２５ｎを機械的に保持するとともに、外部か
ら光吸収体２５１〜２５ｎにそれぞれ機械的変位を与
え、もしくは光吸収体２５１〜２５ｎにそれぞれ電気的
効果又は磁気的効果又はその両方の効果を与える光吸収
体駆動機構２６１〜２６ｎからなる光減衰部と、外部に
おいて設定された光減衰量を示す複数ビットのデジタル
画像信号を取り込み、これを一定時間記憶して光吸収体
駆動機構２６１〜２６ｎに伝達する信号処理回路２７と
により構成される。

【００１６】光導波路部はクラッド層２４が無くてコア
層２２が露出した領域を有し、光減衰部はコア層２２の
露出した領域に配置されて光吸収体２５１〜２５ｎがコ
ア層２２に接し又は近接して配置される。ｎ個の光吸収
体２５１〜２５ｎはコア層２２を伝ぱんする光束に対し
て互いに異なる光吸収量を持ち、これらの光吸収量の間
には最も小さい光吸収量を１とした場合に光吸収量が大
きくなるにつれて順次に２の（ｎ−１）乗倍の光吸収量
となる関係、つまり、光吸収量が１，２，４，８・・・
というように順次に２倍異なる関係が成り立つ。

【００１７】この実施例の動作を説明すると、光減衰部
は光吸収体駆動機構２６１〜２６ｎが信号処理回路２７
からのデジタル画像信号に応じてｎ個の光吸収体２５１
〜２５ｎに対して機械的変位を与え若しくは電気的な効
果及び磁気的な効果の少なくとも一方を与えることによ
り光吸収体２５１〜２５ｎを駆動し、光吸収体２５１〜
２５ｎがコア層２２により導波される光束の一部を吸収
する状態と光束を吸収しない状態とを選択的にとる。外
部の光源から出た一定量の光束は、コア層２２に図１の
右端部より入射してコア層２２により導波され、光減衰
部により信号処理回路２７で設定された分だけ減衰させ
られてコア層２２の左端部よりより射出される。コア層
２２の左端部のごく近傍に写真感光材料，電子写真感光
体等の感光部材を置いておけば、この感光部材に画像信
号に応じた露光を与えることができる。

【００１８】光減衰部の動作について詳述すると、ｎ個
の光吸収体２５１〜２５ｎは各々独立に動作し、光吸収
体駆動機構２６１〜２６ｎの働きによって、コア層２２
を伝ぱんする光束を減衰させる状態と，コア層２２を伝
ぱんする光束を全く減衰させない状態との２つの状態を
選択的にとる。１つの光吸収体は光束を減衰させる状態
にあるときには常にその光減衰量が一定量になるように
１つの光吸収体駆動機構により駆動される。

【００１９】ｎ個の光吸収体２５１〜２５ｎはコア層２
２から光吸収を行う状態にあるときにはコア層２２を伝
ぱんする光束に対して互いに異なる光減衰量を持ち、こ
れらの光吸収量の間には最も小さい光吸収量を１とした
場合に光吸収量が大きくなるにつれて順次に２の（ｎ−
１）乗倍の光吸収量となるように設定されているから、
信号処理回路２７から出力されるデジタル画像信号（輝
度信号）のＬＳＢに最も光吸収量の小さな光吸収体２５
１を割り当て、デジタル画像信号の他の各ビットをＭＳ
Ｂに近くなるにつれて順次に光減衰量が大きくなる光吸
収体２５２〜２５ｎに割り当てて行けば、コア層２２よ
り射出される光束の光量はデジタル画像信号を反転した
ものとなってネガタイプの感光部材に対して画像を書き
込むことができる。また、ポジタイプの感光部材に対し
ては信号処理回路２７においてデジタル画像信号を反転
すればよく、これは容易に行える。

【００２０】光吸収体２５１〜２５ｎと光吸収体駆動機
構２６１〜２６ｎとしては種々のものがある。例えば光
吸収体２５１〜２５ｎは結晶シリコンの異方性エッチン
グにより作成したカンチレバーで支持されたシリコンの
ブロックが用いられ、光吸収体駆動機構２６１〜２６ｎ
はコア層２２上に付けた透明電極と上記カンチレバーと
の間に電圧を印加して静電引力により光吸収体２５１〜
２５ｎを透明電極に密着させることでコア層２２中を伝
ぱんしている光の一部を光吸収体２５１〜２５ｎに吸収
させ、光吸収体２５１〜２５ｎによる光吸収を止めると
きには上記電圧をゼロにしてカンチレバーの復元力で光
吸収体２５１〜２５ｎを離す機構が用いられる。

【００２１】また、光吸収体２５１〜２５ｎはコア層２
２に接した電気光学結晶と，光束が上記電気光学結晶に
導かれた場合にその光束を吸収する光吸収部材とからな
る光吸収体を用いることもできる。光吸収体駆動機構２
６１〜２６ｎは電気光学結晶に電界を印加するための複
数の電極と，これらの電極の電位を制御するスイッチと
からなり、コア層２２の屈折率をｎｃ、電気光学結晶の
電界を印加した場合の屈折率をｎａ、電気光学結晶の電
界を印加しない場合の屈折率をｎｂとしたとき、ｎａ＞
ｎｃ＞ｎｂとなるように上記電極の電位制御により電気
光学結晶の屈折率を変化させる機構を用いることもでき
る。

【００２２】光吸収体２５１〜２５ｎはほとんど全ての
金属により作成することができ、近赤外から可視域にか
けての光を吸収する場合にはＳｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｔａ、
Ｗなどが適している。

【００２３】この実施例では、複数ビットのデジタル画
像信号を信号処理回路２７に直接に入力してコア層２２
からの射出光量を制御することができるので、光書き込
み素子を用いてデダシル処理された画像信号から画像を
出力する機器を構成する場合に必ず必要であったデジタ
ル信号をアナログ信号に変換する装置が不要となり、機
器の構成簡略化による小型化，低コスト化，歩留まりの
向上を計ることができる。また、従来の画像出力機器に
おいてデジタル信号をアナログ信号に変換する過程で生
じていた遅延時間が無くなるので、画像出力に要する時
間を短縮することができ、より高速度の画像出力機器を
実現できる。

【００２４】また、この実施例の光書き込み素子は光導
波路部のコア層２２を伝ぱんする光束を光吸収体２５１
〜２５ｎで吸収するようになっており、物質の光吸収量
は物質値として非常に安定したものであるので、光吸収
体２５１〜２５ｎの設定した光吸収量は長期にわたって
変動することはない。また、光吸収体駆動機構２６１〜
２６ｎはそれぞれに接続された光吸収体２５１〜２５ｎ
に対してコア層２２を伝ぱんする光束の一部を吸収する
か又は全く吸収しないかの２つの状態のみを設定するよ
うに動作するので、光吸収体２５１〜２５ｎによる光吸
収量を連続的に変化させる場合に生じ易い光吸収量の変
動を生じさせることがなく、全体として非常に経時変化
の少ない光書き込み素子を実現することができる。

【００２５】本実施例の光書き込み素子を複数個アレイ
状に並べて画像を感光部材に書き込む場合には、本実施
例の光書き込み素子は光導波路部を伝ぱんしてきた光を
減衰させるので、本実施例の光書き込み素子に入射する
光は光導波路部を用いて自由に引き回すことが簡単に行
うことができ、書き込み点がどんなに多くても１つの光
源があれば良く、光源の発光量が変動したとしてもそれ
を補正するには補正量検出手段と補正手段とが１つずつ
あればよい。このように従来の１つの光源からの光を偏
向光学系を用いて感光部材に書き込む光書き込み手段に
おいてのみ可能であった簡単な発光光量変動の補正が本
実施例においては可能であり、また、本実施例は、従来
の１つの光源からの光を偏向光学系を用いて感光部材に
書き込む光書き込み手段において欠点であった大型の偏
向光学系を必要とする点に対して形状の上では感光部材
に近接して設置することが可能な従来のＬＥＤアレイや
液晶シャッタと同等かそれ以下とすることができ、小型
の光書き込み素子において問題となっていた経時的な特
性変化が避けられずに画像品質が低下するという欠点を
大型化することなく解決することができる。

【００２６】図２〜図４は上記実施例においてｎ＝２と
した光書き込み素子を示す。このエレメントが１つのエ
レメントとして共通の基板２１上に６００ｄｐｉの密度
で２５０ｍｍにわたり並列に複数個並べられて光書き込
み素子アレイが作成される。光吸収体２５１，２５２
は、Ｓｉにより構成され、両端部が異方性エッチングで
作成された保持バネ２８１，２８２，２８３により支持
されて保持バネ２８１，２８２，２８３がクラッド層２
４上に固定されている。光導波路部はコア層２２及びク
ラッド層２３，２４がＳｉＯＮ膜，プラズマＣＶＤで作
られている。光導波路部はスパッタによるガラス導波路
なども使用できる。

【００２７】基板２１はホウケイ酸ガラスで作られてい
る。クラッド層２３が十分に厚くて基板２１での光吸収
が無ければ基板２１は金属でもよい。光吸収体駆動機構
２６１，２６２はコア層２２の上面に光吸収体２５１，
２５２と対向して設けられた透明電極２９１，２９２と
光吸収体２５１，２５２との各間に半導体スイッチ３０
１，３０２により電位をかけて静電引力により光吸収体
２５１，２５２を透明電極２９１，２９２に吸着させる
構造となっている。光吸収体２５１，２５２の透明電極
２９１，２９２と接触する面を薄く酸化してＳｉＯ₂の
非常に薄い膜に作っておけば、光吸収体２５１，２５２
が光束の一部を吸収するためにコア層２２上の透明電極
２９１，２９２に密着した場合でも、光吸収体２５１，
２５２と透明電極２９１，２９２との密着によって光吸
収体駆動機構２６１，２６２から光吸収体２５１，２５
２に電流が流れることを阻止できる。しかも、ＳｉＯ₂
の層が薄いので、このＳｉＯ₂の層による光閉じ込め効
果がほとんどなく、光吸収体２５１，２５２のＳｉで光
が良好に吸収される。

【００２８】このような光書き込み素子は例えば次の手
順（１）〜（３）により光減衰部を除く部分が作られ、
光源としては入射側に平行に棒状の冷陰極放電管が置か
れている。 （１）基板２１上にクラッド層２３，コア層２２，クラ
ッド層２４の順に光導波路部の膜を付ける。 （２）これをパターンニングして導波路ストライプとす
る。 （３）導波路ストライプにおけるクラッド層２４の所定
部分をエッチングで取り除き、コア層２４を露出させて
導波路とする。

【００２９】これらの工程は一般的なフォトリソグラフ
ィとドライエッチングにより行える。これとは別にＳｉ
の異方性エッチングにより光吸収体２５１，２５２とな
るＳｉブロック、保持バネ２８１，２８２，２８３をＳ
ｉウエハより削り出し、上記導波路のコア層２２が露出
した位置に透明電極２９１，２９２を付けて透明電極２
９１，２９２を端子Ｂ，Ｃを介して半導体スイッチ３０
１，３０２に配線した後にこれに端子Ａが配線されてい
る光吸収体２５１，２５２を位置合わせして重ね、低融
点ガラスや陽極接合により固定して光書き込み素子を完
成する。

【００３０】この光書き込み素子は光吸収体２５１，２
５２が端子Ａを介して接地され、半導体スイッチ３０
１，３０２が信号処理回路２７からのデジタル画像信号
によりオン／オフする。この光書き込み素子の入力信号
に対する光出力を測定した結果、図５に示すように入射
光量の１００％から３５％までの間で光量を制御でき
た。この場合、問題となる光量のバラツキが無く、単一
の冷陰極放電管の光量を変化することにより光書き込み
素子アレイの全てのエレメント（光書き込み素子）で同
じだけ光量が変化し、上記効果を確認できた。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、露出した領域を有し光を導波するコア層と、このコ
ア層を囲むクラッド層とを有する光導波路部と、前記コ
ア層の露出した領域に対応して配置され前記コア層によ
り導波される光の一部を順次に２倍異なる光吸収量だけ
吸収する複数の光吸収体と、この複数の光吸収体を機械
的に保持するとともに、外部からの信号に応じてこの複
数の光吸収体に対して機械的変位を与え若しくは電気的
な効果及び磁気的な効果の少なくとも一方を与えること
により、前記コア層により導波される光の一部を吸収す
る状態と光を吸収しない状態とを選択的にとらせる複数
の光吸収体駆動機構とを有する光減衰部と、外部におい
て設定された光減衰量を示す信号を取り込み、この信号
を所定時間記憶して前記光吸収体駆動機構に伝達する信
号処理回路とを備えたので、画像品質の向上及び小型
化，低コスト化，歩留まりの向上を同時に計ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図３】同実施例を示す斜視図である。

【図４】同実施例の一部を示すブロック図である。

【図５】同実施例の実験結果を示す図である。

【図６】従来のＬＥＤプリンタヘッド及び感光体を示す
側面図である。

【図７】同ＬＥＤプリンタヘッドの回路構成及び発光ド
ット列を示す図である。

【図８】従来のレーザ光とポリゴンミラーによる書き込
み系を示す図である。

【符号の説明】

２２ コア層 ２３，２４ クラッド層 ２５１〜２５ｎ 光吸収体 ２６１〜２６ｎ 光吸収体駆動機構 ２７ 信号処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/02 B41J 3/46 G02F 1/01 - 1/295

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露出した領域を有し光を導波するコア層
   と、このコア層を囲むクラッド層とを有する光導波路部
   と、 前記コア層の露出した領域に対応して配置され前記コア
   層により導波される光の一部を順次に２倍異なる光吸収
   量だけ吸収する複数の光吸収体と、この複数の光吸収体
   を機械的に保持するとともに、外部からの信号に応じて
   この複数の光吸収体に対して機械的変位を与え若しくは
   電気的な効果及び磁気的な効果の少なくとも一方を与え
   ることにより、前記コア層により導波される光の一部を
   吸収する状態と光を吸収しない状態とを選択的にとらせ
   る複数の光吸収体駆動機構とを有する光減衰部と、 外部において設定された光減衰量を示す信号を取り込
   み、この信号を所定時間記憶して前記光吸収体駆動機構
   に伝達する信号処理回路とを備えたことを特徴とする光
   書き込み素子。