JP3156305B2 - Optical writing device and gradation image recording device - Google Patents

Optical writing device and gradation image recording device

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JP3156305B2
JP3156305B2 JP26515591A JP26515591A JP3156305B2 JP 3156305 B2 JP3156305 B2 JP 3156305B2 JP 26515591 A JP26515591 A JP 26515591A JP 26515591 A JP26515591 A JP 26515591A JP 3156305 B2 JP3156305 B2 JP 3156305B2
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亨 勅使川原
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル複写機または
プリンタ等の感光体に選択的に光を照射し、静電潜像を
形成する光書き込み装置に関するものであり、特に階調
表現を行うためにレーザービームの強度を変える光書き
込み装置およびそれを利用する階調画像記録装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical writing apparatus for selectively irradiating a photosensitive member such as a digital copying machine or a printer with light to form an electrostatic latent image, and in particular, to perform gradation expression. For changing the intensity of a laser beam, and a gradation image recording apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は従来の光書き込み装置の概略構
成の説明図である。半導体レーザ1から出射されたビー
ムはコリメーターレンズ2によって平行光にされ、シリ
ンドリカルレンズ3によってポリゴンスキャナー7上に
副走査方向に集光される。そして、この集光されたビー
ムはポリゴンスキャナー7によって、感光体10の回転
軸に沿って走査され、fθ結像光学系(fθレンズ8、
シリンドリカルミラー9)によって、感光体10上で均
一な間隔のスポットとして集光され、静電潜像を形成す
る。
2. Description of the Related Art FIG. 11 is an explanatory view of a schematic configuration of a conventional optical writing device. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the collimator lens 2 and is condensed on the polygon scanner 7 by the cylindrical lens 3 in the sub-scanning direction. The condensed beam is scanned by the polygon scanner 7 along the rotation axis of the photoreceptor 10, and the fθ imaging optical system (fθ lens 8,
The light is condensed as spots at uniform intervals on the photoreceptor 10 by the cylindrical mirror 9) to form an electrostatic latent image.

【0003】このような光書き込み装置を用いた画像の
記録において、画像の高画質化のためには2値記録だけ
でなく、階調記録が行われる。その方法としては、図1
2に示すように、1つの画素を2値の出力を有する複数
のスポットによるマトリクスで構成し、画像に合わせて
その画素内におけるONスポットの数と画素サイズを変
えて擬似的な中間調を表現したり(例えば特開昭60−
236575号)、図13に示すように、半導体レーザ
の発光時間を制御したり(例えば特開昭62−3997
2号)、半導体レーザの駆動電流を制御して光出力を変
化させる例(特開昭60−208165号公報)などが
知られている。
In recording an image using such an optical writing device, not only binary recording but also gradation recording is performed to improve the image quality of the image. The method is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, one pixel is constituted by a matrix of a plurality of spots having binary outputs, and the number of ON spots in the pixel and the pixel size are changed according to an image to express a pseudo halftone. (See, for example,
As shown in FIG. 13, the emission time of a semiconductor laser is controlled (see, for example, JP-A-62-3997).
No. 2), an example in which the drive current of a semiconductor laser is controlled to change the optical output (Japanese Patent Laid-Open No. 60-208165) is known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これら従来の階調記録
方法にはそれぞれ次のような課題があった。まず、複数
のスポットで一つ画素を構成する方法は、一般にデイザ
法や濃度パターン法と呼ばれるものであるが、階調数を
増やすために1画素内のスポット数を増やすと、画像の
解像度が下がってしまう。階調数と解像度を両立させる
ためにはスポットサイズを小さくする必要があるが、ス
ポット径を小さくするためには、集光レンズの開口数N
Aを大きくする必要があるため、光学系のコストアップ
につながる。また、光源のLDのファーフィールドパタ
ーンの形や光源系スペースの制約からの限界もある。ま
た、仮にスポットを小さくしてその密度を上げたとして
も、ポリゴンスキャナーの回転速度やデータの転送速度
も上げなくてはならない。
These conventional gradation recording methods have the following problems, respectively. First, a method of forming one pixel by a plurality of spots is generally called a dither method or a density pattern method. However, when the number of spots in one pixel is increased to increase the number of gradations, the resolution of an image is increased. Will go down. It is necessary to reduce the spot size in order to make the number of gradations and the resolution compatible, but in order to reduce the spot diameter, the numerical aperture N of the condenser lens must be reduced.
Since A needs to be large, it leads to an increase in the cost of the optical system. In addition, there is a limit from the shape of the far field pattern of the LD of the light source and the restrictions on the light source system space. Also, even if the spot is made smaller and its density is increased, the rotation speed of the polygon scanner and the data transfer speed must also be increased.

【0005】また、半導体レーザの発光時間を制御する
方法は、特開昭62−39972号公報において開示さ
れている例のように、基準の三角波と画像信号を比較し
てパルス幅の変調信号を生成するものが知られている。
パルス幅の変調されたビームによるスポットは、感光体
上で露光の面積階調的挙動を示す。ところが、パルス幅
が短くなると、スポットによる露光は面積階調的挙動よ
りも、強度変調的挙動を示し、入力に対する出力階調に
非線形性が生じるとともに、有効な階調数が減少してし
まう。そこで、スポットサイズをできるだけ小さくしな
ければならない。しかし、スポットサイズを極力小さく
するための光学系が必要となるが、この場合もやはりコ
ストアップにつながり、その技術的限界もある。
A method of controlling the light emission time of a semiconductor laser is to compare a reference triangular wave with an image signal and to modulate a pulse width modulation signal as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-39972. What produces it is known.
The spot formed by the pulse-width-modulated beam exhibits an area gradation behavior of exposure on the photoconductor. However, when the pulse width is shortened, the exposure by the spot shows an intensity modulation behavior rather than an area gradation behavior, non-linearity is generated in an output gradation with respect to an input, and an effective number of gradations is reduced. Therefore, the spot size must be as small as possible. However, an optical system for reducing the spot size as much as possible is required, but this also leads to an increase in cost and has technical limitations.

【0006】さらに半導体レーザの駆動電流を制御して
光出力を変化させる場合は、半導体レーザの特性上、電
流に対する光出力の変化が大きいため微妙な制御が要求
され、さらに動作温度の変化による光出力の変動も考慮
しなくてはならず、安定した階調制御が困難であった。
Further, when the light output is changed by controlling the driving current of the semiconductor laser, a delicate control is required because the change in the light output with respect to the current is large due to the characteristics of the semiconductor laser. Fluctuations in output must also be taken into account, making stable gradation control difficult.

【0007】その他、特開昭61−62276号公報に
開示されているように出力の異なる複数のビームを重ね
合わせて階調表現を行う例もあるが、光学系も複雑にな
り、階調数を増やすには、ビーム本数を増やさなくては
ならず、それら複数ビームの位置合わせの難しさや光学
系のコストアップにつながるという欠点があった。
As another example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-62276, there is an example in which a plurality of beams having different outputs are superimposed to express gradation, but the optical system becomes complicated and the number of gradations is increased. In order to increase the number of beams, it is necessary to increase the number of beams, and there is a disadvantage that it is difficult to align the plurality of beams and the cost of the optical system is increased.

【0008】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、書き込みの解度像を低下させることなく、ま
た、画像信号の転送速度やポリゴンスキャナーの回転速
度を上げず、また、光学系のコストアップを必要とせず
に階調数と階調の安定性に優れた階調画像の光書き込み
装置およびそれを備えた階調画像記録装置を提供するこ
とを目的とするものである。
The present invention has been made in view of these circumstances, and does not reduce the resolution of writing, does not increase the transfer speed of image signals or the rotation speed of a polygon scanner, and does not increase the optical system. It is an object of the present invention to provide a gradation image optical writing device which is excellent in the number of gradations and the stability of the gradation without requiring an increase in cost, and a gradation image recording device provided with the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
為、請求項1の発明は、画像信号によってオン/オフが
制御されるレーザービームを走査し、感光体上に集光し
て、静電潜像を形成する光書き込み装置において、レー
ザビームが通過する空間領域の一部または全部において
画像階調信号に基づき選択的に格子の生成と消滅を制御
できる位相格子をレーザビームの光路中に設け、制御さ
れた位相格子を通過するビームの強度変調を行うことを
特徴とする。請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、位相格子が電気光学効果を有する結晶中に形成され
た屈折率が周期的に変化する位相格子であることを特徴
とする。請求項3の発明に係る階調画像記録装置は、請
求項1または請求項2記載の光書き込み装置を備えたこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is to scan a laser beam whose on / off is controlled by an image signal, focus the laser beam on a photoreceptor, and statically scan the laser beam. In an optical writing device that forms an electrostatic latent image, a phase grating that can selectively control the generation and disappearance of a grating based on an image gradation signal in a part or all of a space area where a laser beam passes is provided in an optical path of the laser beam. And performing intensity modulation of a beam passing through the controlled phase grating. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the phase grating is a phase grating formed in a crystal having an electro-optic effect and having a periodically changing refractive index. According to a third aspect of the present invention, there is provided a gradation image recording apparatus including the optical writing device according to the first or second aspect.

【0010】また、前記位相格子に入射するレーザビー
ムが電気光学結晶の端部から結晶内部に入射し、位相格
子が形成されている結晶の内面で全反射し、再び結晶外
部に出射するように、レーザビーム経路を構成すること
ができる。
Also, the laser beam incident on the phase grating is incident on the inside of the crystal from the end of the electro-optic crystal, is totally reflected on the inner surface of the crystal on which the phase grating is formed, and is emitted again outside the crystal. , A laser beam path can be configured.

【0011】また、前記位相格子に入射するビームが、
電気光学結晶の基板上に形成された導波路内に導かれ、
導波路上に形成された位相格子を通過するように、その
レーザビーム経路を構成することができる。
Further, the beam incident on the phase grating is:
Guided into a waveguide formed on a substrate of electro-optic crystal,
The laser beam path can be configured to pass through a phase grating formed on the waveguide.

【0012】本発明で用いられる位相格子は電気光学的
効果を有する結晶または磁気光学的効果を有する結晶が
用いられる。
As the phase grating used in the present invention, a crystal having an electro-optical effect or a crystal having a magneto-optical effect is used.

【0013】[0013]

【作用】レーザー光源から出射されたビームが、平行光
にされた後に、位相格子に入射する。位相格子は画像情
報から得られる階調信号に従って、その生成と消滅の制
御が可能であるので、位相格子に入射したビームは階調
信号に従って生成した位相格子を通過する。この位相格
子を通過したビームは多次の回折光と0次光に分かれ、
それぞれの強度は、回折の度合い(つまり位相の変化を
受ける領域の割合)に応じて変調される。強度変調され
たビームは走査手段と集光手段によって感光体上を走査
しながらスポットとして集光される。その結果、階調表
現が可能な画像の書き込みが行われる。
The beam emitted from the laser light source is collimated and then enters the phase grating. The generation and disappearance of the phase grating can be controlled in accordance with the gradation signal obtained from the image information. Therefore, the beam incident on the phase grating passes through the phase grating generated in accordance with the gradation signal. The beam passing through this phase grating is split into multi-order diffracted light and zero-order light,
The respective intensities are modulated according to the degree of diffraction (that is, the proportion of the area that undergoes a phase change). The intensity-modulated beam is condensed as a spot while scanning the photosensitive member by the scanning means and the condensing means. As a result, writing of an image capable of gradation expression is performed.

【0014】前記した位相格子に入射するレーザビーム
の偏光方向が、その回折方向と平行になるようにレーザ
ビームを入射させることによって、最大の回折効率を得
ることができる。
The maximum diffraction efficiency can be obtained by injecting the laser beam so that the polarization direction of the laser beam incident on the phase grating is parallel to the diffraction direction.

【0015】また、レーザビームの空間的な強度分布に
応じて、位相格子を形成する電極のうち、同時に電圧を
印加する電極数をレーザビームの通過する位置ごとに変
え、電極とレーザビームの位置によらずに均等な割合で
光強度の変調を行うことができる。
According to the spatial intensity distribution of the laser beam, the number of electrodes for simultaneously applying a voltage among the electrodes forming the phase grating is changed for each position where the laser beam passes, and the positions of the electrode and the laser beam are changed. The light intensity can be modulated at a uniform rate regardless of the above.

【0016】さらに、レーザビームの空間的な強度分布
に応じて、位相格子を形成する電極に与える電圧をレー
ザビームの通過する位置毎に変え、同様に均等な割合で
光強度の変調を行うことができる。
Further, the voltage applied to the electrodes forming the phase grating is changed for each position through which the laser beam passes according to the spatial intensity distribution of the laser beam, and the light intensity is similarly modulated at a uniform rate. Can be.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

以下、本発明の具体的な実施例を図面と共に説明する。 実施例1 電気光学結晶を位相格子として用い、結晶内部でのビー
ムの全反射を応用したデバイスについて説明する。図1
に本実施例による光書き込み装置の概略構成図を示す。
レーザー光源1は発光波長が例えば780nm程度の半
導体レーザであり、出射されたビームはコリメーターレ
ンズ2によって平行光にされる。平行光にされたビーム
はシリンドリカルレンズ3によって一方向に集光され
る。集光されたビームは電気光学結晶からなるデバイス
4の鏡面研磨された側面4aからある角度をもって入射
し、デバイス4の内部の位相格子が形成される領域にあ
たる内面4bで最もビーム径が絞られ、該内面4bで全
反射し、やはり鏡面研磨された他方の側面4cから出射
する。このデバイス4の構造について以下に詳しく述べ
る。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Example 1 A device using an electro-optic crystal as a phase grating and applying total reflection of a beam inside the crystal will be described. FIG.
1 shows a schematic configuration diagram of an optical writing device according to the present embodiment.
The laser light source 1 is a semiconductor laser having an emission wavelength of, for example, about 780 nm, and the emitted beam is collimated by the collimator lens 2. The collimated beam is converged in one direction by the cylindrical lens 3. The condensed beam enters at a certain angle from the mirror-polished side surface 4a of the device 4 made of an electro-optic crystal, and the beam diameter is most narrowed on the inner surface 4b corresponding to a region where the phase grating is formed inside the device 4. The light is totally reflected by the inner surface 4b and is emitted from the other side surface 4c which is also mirror-polished. The structure of the device 4 will be described in detail below.

【0018】デバイス4の材質は1次の電気光学効果
(ポッケルス効果)を有する結晶であるLiNbO3
用いている。なお、前記ポッケルス効果を有する結晶と
して、その他にLiTaO3を用いることもできる。
The material of the device 4 is LiNbO 3 which is a crystal having a primary electro-optic effect (Pockels effect). In addition, as the crystal having the Pockels effect, LiTaO 3 can also be used.

【0019】デバイス4の結晶の主面方位はY面であ
り、図2(a)に示すようにそのY面上にZ軸方向に電
界が加わるように交差指状(櫛状でもよい。)のアルミ
ニウム電極12が幅10μm、ピッチ20μmで形成さ
れている。ここでは電極12の数を128本とし、1本
おきの電極12a(64本)に0ボルト電圧を印加し、
その他の電極12b(64本)に画像の階調信号に対応
した電圧を印加する。この電圧印加される64本の電極
12bは個別に電圧が印加できるように図2(b)に示
す引き出し線13を介して、それぞれ独立に引き出され
ている。もちろん、128本の全電極12に個別に電圧
を印加できるように引き出すと、隣接する電極間に電界
が生じるように電圧印加パターンを制御することで12
8本の格子をON/OFFする構造にすることもでき
る。そして、引き出された各配線13は図示はしていな
い熱圧着によってFPC(Flexible Printed Circuit)
と接続され、それぞれに固有の階調信号が入力される。
電極12はLiNbO3基板上に着膜したアルミニウム
薄膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、エッ
チングして作製した。
The principal plane orientation of the crystal of the device 4 is the Y plane, and as shown in FIG. 2A, a cross finger (or comb) may be applied so that an electric field is applied to the Y plane in the Z-axis direction. Is formed with a width of 10 μm and a pitch of 20 μm. Here, the number of the electrodes 12 is 128, and a voltage of 0 volt is applied to every other electrode 12a (64),
A voltage corresponding to the gradation signal of the image is applied to the other electrodes 12b (64). The 64 electrodes 12b to which the voltage is applied are independently drawn out via the lead lines 13 shown in FIG. 2B so that a voltage can be individually applied. Of course, if the voltage is extracted so that a voltage can be individually applied to all 128 electrodes 12, the voltage application pattern is controlled so that an electric field is generated between adjacent electrodes.
A structure in which eight gratings are turned on / off can also be used. Each of the extracted wirings 13 is connected to a flexible printed circuit (FPC) by thermocompression bonding (not shown).
, And a unique gradation signal is input to each.
The electrode 12 was prepared by patterning and etching an aluminum thin film deposited on a LiNbO 3 substrate by photolithography.

【0020】図2(b)に示すようにデバイス4の結晶
のX軸方向に沿って入射したビームは、これらの電極1
2が形成されている結晶のX−Z軸平面と平行な一方の
表面のちょうど内側の面で全反射する。結晶に入射する
ビームの偏光方向は、Z軸方向に平行になるように調整
する。
As shown in FIG. 2B, the beam incident along the X-axis direction of the crystal of the device 4 is
2 is totally reflected on the surface just inside one of the surfaces parallel to the XZ axis plane of the crystal in which it is formed. The polarization direction of the beam incident on the crystal is adjusted so as to be parallel to the Z-axis direction.

【0021】以下、デバイス4の結晶中におけるビーム
の挙動について述べる。入射したビームが結晶内面で全
反射するときの角度条件はLiNbO3の屈折率(n=
2.2)から決められる。この場合、結晶内部反射面の
入射角θ1が θ1≧sin-1(1/2.2)=27deg であれば、光損失がなく全反射することになる。
Hereinafter, the behavior of the beam in the crystal of the device 4 will be described. The angle condition when the incident beam is totally reflected on the inner surface of the crystal is the refractive index of LiNbO 3 (n =
2.2). In this case, if the incident angle θ 1 of the crystal internal reflection surface is θ 1 ≧ sin −1 (1 / 2.2) = 27 deg, there is no light loss and total reflection occurs.

【0022】階調信号に対応した電極12に電圧が印加
されると、結晶内部の電極12が形成されている平面の
近傍には、図3に示すような電界が形成される。電界が
形成された部分は電気光学効果によってZ軸方向に入射
光の屈折率の変化を生じる。この屈折率の変化は電界の
かからない電極12近傍では起こらず、電圧の印加され
た電極12間のみで起こる。そして、電圧印加電極12
bのピッチに応じた周期で電界による屈折率変化の格子
が形成され、ここを通過するビームにこの周期を持った
位相の変化を生じさせる。すなわち、電圧印加電極12
bは位相格子として作用するわけである。
When a voltage is applied to the electrode 12 corresponding to the gradation signal, an electric field as shown in FIG. 3 is formed in the vicinity of the plane on which the electrode 12 is formed inside the crystal. The portion where the electric field is formed causes a change in the refractive index of the incident light in the Z-axis direction due to the electro-optic effect. This change in the refractive index does not occur near the electrodes 12 where no electric field is applied, but only between the electrodes 12 to which a voltage is applied. Then, the voltage application electrode 12
A grating of refractive index change due to the electric field is formed at a period corresponding to the pitch of b, and a beam passing therethrough causes a phase change having this period. That is, the voltage application electrode 12
b acts as a phase grating.

【0023】位相格子を通過したビームは回折を生じ
る。ビームが後述するブラッグ条件を満たす角度でこの
位相格子に入射した場合、ブラッグ回折が発生し、出射
光は0次光と1次光の2つのみに分かれる(図10参
照)。また、ビームが電極12に沿った方向と同じ方向
であるX軸方向に平行(X−Z軸平面に投影した場合)
に入射した場合はラマン・ナス回折が生じ、ビームは0
次光、1次光の他に2次光以上の多次光も発生する。こ
れらの回折の度合いを前記FPCを介して入力される階
調信号によってディジタル的に変化させ、ビームの強度
変調を行う。
The beam that has passed through the phase grating causes diffraction. When the beam enters this phase grating at an angle that satisfies the Bragg condition described later, Bragg diffraction occurs, and the outgoing light is split into only the 0th-order light and the 1st-order light (see FIG. 10). Further, the beam is parallel to the X-axis direction which is the same direction as the direction along the electrode 12 (when projected on the XZ-axis plane).
Incident on the surface, Raman-Nass diffraction occurs, and the beam
In addition to the primary light and the primary light, a secondary light or more multi-order light is also generated. The degree of these diffractions is digitally changed by a gradation signal input via the FPC, and the intensity of the beam is modulated.

【0024】以下、このデバイス4でラマン・ナス回折
を発生させレーザービームの強度変調を行う場合につい
て説明する。このデバイス4において、回折の効率は電
圧を印加する電極12bの数を調節して制御する。すな
わち、電圧を印加した電極12b近傍に入射するビーム
は、そこに生じた格子によって回折され、多次光成分と
0次光成分に別れるが、電圧を印加していない電極12
b近傍のビームは位相の変化を受けず素通りするため、
0次光成分のみとなる。この時の多次光成分もしくは0
次光成分を変調に用いる。以下、0次光成分を用いた変
調について具体的な手順を説明する。
Hereinafter, a case where Raman-Nass diffraction is generated by the device 4 to modulate the intensity of the laser beam will be described. In this device 4, the efficiency of diffraction is controlled by adjusting the number of electrodes 12b to which a voltage is applied. That is, the beam incident on the vicinity of the electrode 12b to which the voltage is applied is diffracted by the grating generated there, and is divided into a multi-order light component and a zero-order light component.
Since the beam near b passes through without being changed in phase,
Only the zero-order light component is present. The multi-order light component at this time or 0
The next light component is used for modulation. Hereinafter, a specific procedure for the modulation using the zero-order light component will be described.

【0025】まず、図4に示すように、デバイス4のす
べての電極12b(交差指状電極12のうちの1本おき
の電極12b(64本))に電圧を印加して、各電極間
に電界を生じさせ、入射レーザビームに回折を起こさせ
た後、集光レンズ5によって0次光と多次光を結像し分
離する。ここで多次光を遮光部材6でカットし、0次光
のみが通過できるようにする。次に、0次光の光強度が
0になる電圧を駆動電圧とする(数10V)。この状態
で電圧を印加する電極12bの電極数を少なくして行く
と、その数に応じて、0次光の強度がディジタル的なス
テップで変化して大きくなる。
First, as shown in FIG. 4, a voltage is applied to all the electrodes 12b of the device 4 (every other electrode 12b (64 of the interdigital electrodes 12)), and a voltage is applied between the electrodes. After an electric field is generated and the incident laser beam is diffracted, the 0th-order light and the multi-order light are imaged and separated by the condenser lens 5. Here, the multi-order light is cut by the light shielding member 6 so that only the zero-order light can pass. Next, a voltage at which the light intensity of the zero-order light becomes 0 is set as a drive voltage (several tens of volts). If the number of electrodes 12b to which a voltage is applied is reduced in this state, the intensity of the zero-order light changes in digital steps and increases according to the number.

【0026】ところで、入射するレーザービームの空間
的な強度分布は図5に示すように通常ガウス分布に近似
できる。そのため、ビームと格子の相対的な位置が変わ
ると、1本の格子当りに回折を起こさせた結果のビーム
の強度変化率が異なる。
Incidentally, the spatial intensity distribution of the incident laser beam can be approximated to a normal Gaussian distribution as shown in FIG. Therefore, when the relative position of the beam and the grating changes, the rate of change in the intensity of the beam as a result of diffracting one grating differs.

【0027】すなわち、本実施例の場合は、64本の電
極12bのうち、両端部に位置する電極12b(例えば
電極NO.0〜10付近および電極NO.55〜64付
近)における電圧印加電極12bは中央部に位置する電
極12b(例えば電極NO.20〜44付近)のそれに
比べてビームの強度変化に与える影響は小さい。そこ
で、図6に示すように、電極NO.0〜10付近と電極
NO.55〜64付近での電圧印加電極による位相格子
の変化に対する光強度の変化は小さいが、それ以外の領
域では電圧印加電極による位相格子の変化に対する光強
度の変化はほぼ直線的になっている。
That is, in the case of the present embodiment, of the 64 electrodes 12b, the voltage applying electrodes 12b at the electrodes 12b located at both ends (for example, near the electrodes No. 0 to 10 and near the electrodes No. 55 to 64). The effect on the beam intensity change is smaller than that of the electrode 12b (for example, near the electrodes Nos. 20 to 44) located at the center. Therefore, as shown in FIG. 0 to 10 and the electrode NO. The change in the light intensity with respect to the change in the phase grating due to the voltage application electrode around 55 to 64 is small, but in other regions, the change in the light intensity with respect to the change in the phase grating due to the voltage application electrode is almost linear.

【0028】この図6に示す関係に従って、所望の光強
度を得るために電圧を印加する電極12bの配置位置と
数を予め定め、光強度が均等なステップで変化するよう
に調節することができる。すなわち、中央部の電極12
bのみを使用して、その電圧印加を調整すると、その電
圧印加する電極数にほぼ比例して光強度が変化させるこ
とができる。また、両端部側の電極12bを使用して光
強度を均等にステップ状に変化させるためには、中央部
の電極12bの使用数より多くの数の電極12bを変化
させなければならない。また、逆に光強度を微妙に変化
させるためには、両端部側の電極12bの使用数を調整
することで階調ステップ数を多くすることができる。
According to the relationship shown in FIG. 6, the arrangement position and the number of the electrodes 12b to which a voltage is applied to obtain a desired light intensity can be determined in advance, and the light intensity can be adjusted so as to change in equal steps. . That is, the central electrode 12
When the voltage application is adjusted using only b, the light intensity can be changed almost in proportion to the number of electrodes to which the voltage is applied. Further, in order to change the light intensity evenly and stepwise using the electrodes 12b at both ends, it is necessary to change the number of electrodes 12b larger than the number of electrodes 12b at the center. Conversely, in order to slightly change the light intensity, the number of gradation steps can be increased by adjusting the number of electrodes 12b at both ends.

【0029】このように、階調信号に従って、予め決め
られた電極群に電圧を印加することによって所望の光強
度を得ることができる。
As described above, a desired light intensity can be obtained by applying a voltage to a predetermined electrode group in accordance with the gradation signal.

【0030】実施例2 実施例1ではラマン・ナス回折を発生させ、その時の0
次光を用いてその強度変調を行った。ここでは、第2の
実施例として多次光を用いた強度変調について説明す
る。図7に構成の概略を示す。実施例1で説明したもの
と同一のデバイス4に同じようにレーザビームを入射さ
せ、回折を発生させる。集光レンズ5によって0次光と
多次光を結像し分離する。ここで0次光を遮光部材11
でカットし、多次光のみが通過できるようにする。多次
光の相対的な強度は、各電極12bに電圧が印加されて
いないときに0になり、印加する電圧と共に上昇し、あ
る電圧で最大となる。この状態で電圧を印加する電極数
を変えて行くと、第1の実施例と同様にその電極数に応
じて、多次光の強度がディジタル的なステップで変化す
る。
Embodiment 2 In Embodiment 1, Raman-Nass diffraction is generated, and 0
The intensity was modulated using the next light. Here, intensity modulation using multi-order light will be described as a second embodiment. FIG. 7 schematically shows the configuration. In the same manner, a laser beam is incident on the same device 4 as that described in the first embodiment to generate diffraction. The condensing lens 5 images and separates the 0th-order light and the multi-order light. Here, the 0-order light is blocked by the light shielding member 11.
So that only multi-order light can pass through. The relative intensity of the multi-order light becomes 0 when no voltage is applied to each electrode 12b, increases with the applied voltage, and reaches a maximum at a certain voltage. If the number of electrodes to which a voltage is applied is changed in this state, the intensity of the multi-order light changes in digital steps according to the number of electrodes as in the first embodiment.

【0031】その挙動は実施例1に記載した0次光と丁
度、逆の傾きを持つ曲線関係を示す。そして、入射する
レーザビームの空間的な強度分布(ガウス分布)に合わ
せて、所望の光強度を得るために電圧を印加する電極1
2bの位置と数を定め、光強度が均等なステップで変化
するように調節することで直線性の良い階調表現が得ら
れる。
The behavior shows a curve relationship with the zero-order light described in the first embodiment, which has exactly the opposite slope. An electrode 1 for applying a voltage to obtain a desired light intensity according to the spatial intensity distribution (Gaussian distribution) of the incident laser beam.
By determining the position and number of 2b and adjusting the light intensity to change in equal steps, a gradation expression with good linearity can be obtained.

【0032】また、印加する電圧を下げて、相対的な強
度を最大値以下で使用し、ビームの空間強度分布に合わ
せて、各電極12bに印加する電圧を調節すれば、上記
の電極数を変える調整方法と同様な効果を得ることがで
きる。すなわち、両端部側の電極12bの印加電圧を中
央部側の印加電圧より高くすることで、印加電圧分布を
持たせ、両端部側の電極12bによる回折度合を中央部
側の電極12bの回折度合より大きくすることで、電圧
を印加する電極位置にかかわらず、電極12b一本当た
りのONによる光強度を均等なステップで変化させるこ
とができる(図8)。
The number of electrodes can be reduced by lowering the applied voltage and using the relative intensity below the maximum value and adjusting the voltage applied to each electrode 12b according to the spatial intensity distribution of the beam. The same effect as the changing adjustment method can be obtained. That is, by making the applied voltage of the electrodes 12b at both ends higher than the applied voltage at the center, an applied voltage distribution is provided and the degree of diffraction by the electrodes 12b at both ends is changed by the degree of diffraction of the electrode 12b at the center. By making it larger, the light intensity due to ON per electrode 12b can be changed in uniform steps regardless of the position of the electrode to which the voltage is applied (FIG. 8).

【0033】この場合には、中央部側の電極12bに対
する印加電圧を下げるので、この部位の回折の効率が若
干下がるが、電極12bを前述した例のようにグループ
で同時に動作させる必要がないため、同じ電極数のデバ
イスで得られる階調ステップ数を増やすことができる利
点がある。
In this case, since the voltage applied to the central electrode 12b is reduced, the diffraction efficiency at this portion is slightly reduced. However, it is not necessary to operate the electrodes 12b in groups simultaneously as in the above-described example. There is an advantage that the number of gradation steps obtained by a device having the same number of electrodes can be increased.

【0034】なお、多次光を用いて画像の書き込みをす
る場合には、ビームを単一のレンズで集光した場合に複
数のスポツトに分離してしまうため、これを感光体上の
一点に集光する複数のレンズを用いた光学系等によって
スポットを合成する必要がある。
When an image is written using multi-order light, the beam is separated into a plurality of spots when the beam is condensed by a single lens. It is necessary to combine the spots by an optical system using a plurality of lenses for focusing.

【0035】実施例3 実施例1、2で説明した位相格子となるデバイスは、バ
ルク状態のLiNbO3単結晶中にレーザビームを入射
させ、電極面近傍における位相格子が形成されている領
域での全反射を利用して回折を起こさせたものである
が、基本的に格子の生成と消滅が選択的に制御できる位
相格子によって回折を起こすことが可能なデバイスの素
材と構造であればこれに限定されるものではない。例え
ば図9に示すようにLiTaO3基板の上にLiTaO3
にNbを拡散して作った光導波路20にビームを導き、
光導波路20上に作製した交差指電極12を階調信号に
従った電極群にグループ分けし、アドレッシングするこ
とにより、回折の効率を制御し、所望の0次光強度もし
くは1次強度を得ることができる。なお、前記交差指電
極12は導波路20の表面上にアルミニウム薄膜を着膜
し、フォトリソグラフィーによって、パターニングして
作製した。
Embodiment 3 In the device serving as a phase grating described in Embodiments 1 and 2, a laser beam is incident on a LiNbO 3 single crystal in a bulk state, and the device is used in a region where the phase grating is formed near an electrode surface. Diffraction is caused by using total reflection, but basically any material and structure of a device that can cause diffraction by a phase grating that can selectively control the generation and extinction of the grating. It is not limited. LiTaO 3 for example on a LiTaO 3 substrate as shown in FIG. 9
Guides a beam to an optical waveguide 20 made by diffusing Nb into
By grouping and addressing the interdigital electrodes 12 formed on the optical waveguide 20 into an electrode group according to the gradation signal, the diffraction efficiency is controlled, and a desired zero-order light intensity or primary intensity is obtained. Can be. The interdigital electrode 12 was produced by depositing an aluminum thin film on the surface of the waveguide 20 and patterning the film by photolithography.

【0036】実施例1、2の場合は結晶のZ軸に平行な
側面での全反射を利用するため、位相の変化を受ける領
域は電極12近傍の反射箇所に限られるが、本実施例の
場合は電極12の長さに等しい領域において、位相の変
化を受けることができる。そのため、この場合、位相格
子とビームが作用しあう領域の長さを長くとることが可
能となり、駆動電圧を低くすることができる利点があ
る。
In the first and second embodiments, since the total reflection on the side surface parallel to the Z axis of the crystal is used, the area that undergoes a phase change is limited to the reflection point near the electrode 12. In this case, a phase change can be received in a region equal to the length of the electrode 12. Therefore, in this case, it is possible to increase the length of the region where the beam acts on the phase grating, and there is an advantage that the driving voltage can be reduced.

【0037】実施例4 実施例1、2、3ではラマン・ナス回折による0次光と
多次光を利用した強度変調について説明した。実施例3
で説明したように、位相格子とビームが作用しあう領域
の長さを長くとることのできるデバイス構造において、
デバイス中に形成される位相格子の長さLとそのピッチ
Pと入射するビームの波長λとの関係が 4π≦2πLλ/nP2 の条件を満たす場合はブラッグ回折が生じる。
Fourth Embodiment In the first, second and third embodiments, intensity modulation using zero-order light and multi-order light by Raman-Nass diffraction has been described. Example 3
As described in, in the device structure that can lengthen the length of the region where the beam interacts with the phase grating,
When the relationship between the length L of the phase grating formed in the device, the pitch P thereof, and the wavelength λ of the incident beam satisfies the condition of 4π ≦ 2πLλ / nP 2 , Bragg diffraction occurs.

【0038】図10に示すように、ブラッグ回折はビー
ムが格子に対してブラッグ角θ2が θ2=sin-1(λ/2P) を満たす角度で入射した場合に、0次光はそのままの方
向に素通りし、1次光は角度θ2で格子で反射されたよ
うな形で偏向される。多次光としては1次光のみしか発
生しないため、この1次光を強度変調のビームとして用
いた場合、ラマン・ナス回折による複数のスポットにな
る多次光と違って、感光体上で一点に集光するための光
学系が不要であるという利点がある。
As shown in FIG. 10, when the beam is incident on the grating at an angle such that the Bragg angle θ 2 satisfies θ 2 = sin −1 (λ / 2P), the zero-order light remains unchanged. The primary light is deflected at an angle θ 2 as if reflected by a grating. Since only primary light is generated as multi-order light, when this primary light is used as an intensity-modulated beam, unlike a multi-order light that becomes a plurality of spots due to Raman-Nass diffraction, one point is formed on the photoconductor. There is an advantage that an optical system for condensing light is not required.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明により、書き込みの解像度を低下
させることなく、また、画像信号の転送速度やポリゴン
スキャナーの回転速度を上げず、また、光学系のコスト
アップを必要とせずに階調数が上げられ、レーザー光源
の出力の不安定性に左右されずに階調の安定性に優れた
階調記録方法を提供することが可能になった。
According to the present invention, the number of gradations can be reduced without lowering the writing resolution, increasing the transfer speed of the image signal and the rotation speed of the polygon scanner, and without increasing the cost of the optical system. Thus, it has become possible to provide a gradation recording method which is excellent in gradation stability without being influenced by the instability of the output of the laser light source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の階調画像記録装置の構成の概略を説
明する図である。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a gradation image recording apparatus according to the present invention.

【図2】 本発明の実施例1に用いた位相格子デバイス
の電極構造を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode structure of a phase grating device used in Example 1 of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1に用いた位相格子デバイス
の中に形成された電界を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an electric field formed in the phase grating device used in the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1における位相格子デバイス
によって回折を発生させた時の図である。
FIG. 4 is a diagram when diffraction is generated by the phase grating device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明による実施例1の電圧印加電極の配置
位置と光強度(ガウス分布)の関係図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between an arrangement position of a voltage application electrode and light intensity (Gaussian distribution) according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明による実施例1の位相格子デバイスに
よる強度変調特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an intensity modulation characteristic of the phase grating device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明による実施例2を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment according to the present invention.

【図8】 本発明による実施例2の位相格子デバイスに
よる強度変調特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an intensity modulation characteristic of the phase grating device according to the second embodiment of the present invention.

【図9】 本発明による実施例3を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a third embodiment according to the present invention.

【図10】 本発明による実施例4を説明する図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth embodiment according to the present invention.

【図11】 従来の光書き込み装置の構成の概略を説明
する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a conventional optical writing device.

【図12】 従来の多階調記録方法(マトリクス)によ
るスポットの露光位置を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining an exposure position of a spot by a conventional multi-tone recording method (matrix).

【図13】 従来の多階調記録方法(パルス幅変調)に
よるスポットの露光位置を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining an exposure position of a spot by a conventional multi-tone recording method (pulse width modulation).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザー、2…コリメーターレンズ、3…シ
リンドリカルレンズ、4…位相格子デバイス、4a…位
相格子デバイスのビーム入射側端面、4b…位相格子デ
バイスのビーム内部全反射面、4c…位相格子デバイス
のビーム出射側端面、5…集光レンズ、6…多次光カッ
ト部材、7…ポリゴンスキャナー、8…fθレンズ、9
…シリンドリカルミラー、10…感光体、11…0次光
カット部材、12…電極、20…光導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Collimator lens, 3 ... Cylindrical lens, 4 ... Phase grating device, 4a ... Beam incident side end face of phase grating device, 4b ... Beam internal total reflection surface of phase grating device, 4c ... Phase grating device 5: Condensing lens, 6: Multi-order light cutting member, 7: Polygon scanner, 8: fθ lens, 9
... Cylindrical mirror, 10 ... Photoconductor, 11 ... 0th order light cut member, 12 ... Electrode, 20 ... Optical waveguide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−195688(JP,A) 特開 昭50−17652(JP,A) 特開 平3−109518(JP,A) 特開 昭57−94726(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/44 B41J 2/52 G02F 1/03 505 G03G 15/04 H04N 1/113 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-195688 (JP, A) JP-A-50-17652 (JP, A) JP-A-3-109518 (JP, A) JP-A 57-195 94726 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B41J 2/44 B41J 2/52 G02F 1/03 505 G03G 15/04 H04N 1/113

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 画像信号によってオン/オフが制御され
るレーザービームを走査し、感光体上に集光して、静電
潜像を形成する光書き込み装置において、 前記レーザビームが通過する空間領域の一部または全部
において画像階調信号に基づき選択的に格子の生成と消
滅を制御できる位相格子を前記レーザビームの光路中に
設け、前記制御された位相格子を通過するビームの強度
変調を行うことを特徴とする光書き込み装置。
1. An optical writing device that scans a laser beam whose on / off is controlled by an image signal and condenses the laser beam on a photosensitive member to form an electrostatic latent image, wherein a spatial region through which the laser beam passes A phase grating capable of selectively controlling the generation and extinction of a grating based on an image gradation signal in part or all of the laser beam is provided in the optical path of the laser beam, and the intensity of a beam passing through the controlled phase grating is modulated. An optical writing device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記位相格子が電気光学効果を有する結
晶中に形成された屈折率が周期的に変化する位相格子で
あることを特徴とする請求項1記載の光書き込み装置。
2. The optical writing apparatus according to claim 1, wherein the phase grating is a phase grating formed in a crystal having an electro-optic effect and having a periodically changing refractive index.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の光書き込
み装置を備えたことを特徴とする階調画像記録装置。
3. A gradation image recording device comprising the optical writing device according to claim 1.
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