JP3392740B2 - 光変調素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリンタ
やディジタル複写機等の記録装置、主として２値感材に
対し網点で階調を表現する印刷分野の記録装置に用いら
れる、電気光学結晶からなる光変調素子を備えた光変調
装置およびその駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からレーザプリンタやディジタル複
写機等の記録装置においては、一般に電気光学結晶から
なる光変調素子アレイが用いられている。

【０００３】特開平４−372927号には、光路長を長くす
ることにより駆動電圧を低くし、電気光学結晶基板の一
面に個別電極、他面に共通電極を設けた光変調素子が開
示されており、特に、画素間のクロストークを防止する
ために各電極の中間に物理的な開口分離溝を設けること
が望ましい旨が開示されている。

【０００４】しかしながら、上記のようにクロストーク
低減のための開口分離溝構造とした場合、記録対象とな
る感材が印刷等の網点画像を構成する場合に用いられる
２値感材であるとき、形成される画像（線）が著しく細
るという問題が生じる。また、該溝を設けない場合に
も、光変調素子の電極幅／電気光学結晶基板厚のアスペ
クト比が小さくなると問題が生じる。該アスペクト比が
小さくなるに従い、透過する変調光が理想的な平行平板
近似から得られる矩形からずれ、ガウシアン的になって
くるため、やはり２値感材への画像形成においては画像
線が細る。なお、端面入射型の光変調素子ではこのよう
なアスペクト比で用いられることが多い。

【０００５】上記のような光変調素子の一例を図５に示
す。図５（ａ）に示す従来例の光変調素子40は、電気光
学結晶基板（ＰＬＺＴ板）41の一面に共通電極42、他面
に複数個の個別電極43が設けられ、各個別電極43は長方
形状に形成されている。同図（ｂ）は（ａ）の光変調素
子40を個別電極上方から見た図である。開口ピッチは10
0 μｍ、電極の形状は幅（ｘ方向幅）＝80μｍ、長さ
（ｚ方向長）＝２ｍｍ、基板厚（ｙ方向厚）＝250 μｍ
とし、開口ピッチ／ＰＬＺＴ板厚比は１／2.5 である。
この光変調素子において、連続する開口ａ，ｂ，ｃを光
透過状態／光遮断状態／光透過状態に設定した場合の透
過光のプロファイルは図５（ｃ）に示すものとなる。図
示するように、ビームプロファイルは平行平板近似から
予想される矩形ではなく、ガウス分布に近い形状とな
る。このようなプロファイルとなる光変調素子を用いて
２値感材等を露光する場合、同図中の閾値レベルＴh 以
上のパワーの光のみにより画像が形成されるため、感光
材料上に形成される画像線が本来の開口ピッチと比較し
て細いものとなってしまう。具体的には、使用される感
光材料（感材）上に画像が形成され得る光のパワー閾値
レベルＴh がピークパワーの80％であった場合、線画像
の幅は開口ピッチの0.65倍となる。隣り合う開口が共に
光透過状態となっている場合にはそれぞれの端部におい
て透過状態がオーバーラップするために線の細りは少な
いが、上記のように両隣が非透過状態となるような場合
には線細りのために良好な画像が得られない。

【０００６】また、特開昭63−129318号には、１次元状
に配列された開口の形状が、光軸（ｚ軸）に垂直な平面
（ｘｙ平面）で見て台形であることを特徴とする光変調
素子が開示されている。一般に、開口列に垂直な方向に
感材を主走査して画像を形成する場合、各開口の形状を
単純な分離された長方形で構成すると、各開口間で露光
され得ない空白部が生じ、結果として画像の主走査方向
に縦スジムラが生じる。この特開昭63−129318号では、
この問題を解決するために、開口形状を台形にし、感材
が主走査方向に走査された時に各開口からの露光をオー
バーラップさせる旨が開示されている。

【０００７】上述のように開口形状を台形にしたことに
より、前述の特開平4-372927号で述べた問題点である画
像（線）の細りに対して改善効果が期待される。一方、
このような開口の形状および配置を、ＰＬＺＴセラミッ
ク等の電気光学結晶の２次の電気光学効果を用いるよう
に実現するためには立体的に形成された開口形状が必須
であるが、端面入射型の構造で実現するためには電気光
学結晶に斜めに開口分離溝を切り込んで形成する等の複
雑な加工を行う必要があり、工業的には現実的でない。

【０００８】特開昭58−117521号には、個別電極を光軸
に垂直な面内で２列に千鳥状に配置した光変調素子につ
いて記載されており、個別電極を千鳥状に配置し、各個
別電極により一つの開口を構成するようにして、主走査
方向に露光を感材面上で各開口からの光をオーバーラッ
プさせることにより、開口が一次元的に配されている従
来の素子を用いて感材上に画像を形成する際に生じてい
た縦スジムラを防ぐことができる旨が開示されている。

【０００９】しかしながら、開口を千鳥状に配置して
も、上述の従来例と同様に一つの開口を一つの個別電極
により構成しているため、所定開口を光透過状態として
その開口が感材上に形成する画素と隣り合う画素を形成
する開口を光遮断状態と設定する場合には、該所定開口
から出射される光により２値感材上に形成される画像線
はやはり細るという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気光学結
晶の２次電気光学効果を用いた端面入射型の光変調素子
について、主として２値感材へ露光する場合に、感材上
に形成される画像の線幅が著しく細くなるという従来の
光変調素子における問題点を鑑みて、２値感材上への画
像形成時にも線幅が細らない光変調素子を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光変調素子は、
一方の面に複数個の個別電極が所定方向に並んで形成さ
れ、他方の面に前記複数個の個別電極の全てに対向する
共通電極が形成された電気光学結晶基板からなり、前記
対向する電極間の電圧の制御により光を透過する状態と
光を遮断する状態との間で切り換えられる複数の開口部
を備え、該開口部に入射された光を変調する光変調素子
であって、前記複数個の個別電極が、前記所定の方向に
等ピッチで形成された複数個の主電極と、前記主電極間
にそれぞれ位置するように前記所定の方向に等ピッチで
形成された複数個の副電極とからなり、前記主電極とそ
の両側に位置する副電極とにより１つの前記開口部が形
成されることを特徴とするものである。

【００１２】ここで、「前記所定の方向に等ピッチで形
成された」とは、該所定の方向の所定軸上におけるピッ
チが等しくなるように形成されたものであればよく、必
ずしも一次元的に並んでいるものである必要はない。ま
た、「前記等間隔に形成された主電極間にそれぞれ位置
するように」とは、前記所定の方向の所定軸上における
副電極の位置が主電極と主電極との間となるようにとの
意味であり、この場合も副電極は該所定の方向に一次元
的に並んでいるものである必要はない。さらに、主電極
と副電極は該所定の方向の所定軸上における位置で部分
的にオーバーラップするものであってもよい。

【００１３】前記「幅」とは、各電極の前記所定の方向
における長さをいう。前記「その両側に位置する副電
極」とは、該主電極に対して前記所定の方向の所定軸上
において両隣にそれぞれ形成されている２つの副電極を
いう。

【００１４】「前記主電極とその両側に位置する副電極
とにより１つの前記開口部が形成される」とは、具体的
には、電気光学基板の、１つの主電極および２つの副電
極と共通電極とに挟まれた部分から開口部が構成される
ものであることを意味する。

【００１５】前記主電極および前記副電極の具体的な配
列としては、前記主電極および前記副電極が、前記所定
の方向に交互に一列に形成されていてもよいし、前記主
電極が前記所定の方向に一列に形成され、前記副電極が
前記一列に形成された主電極間に位置するように、前記
所定の方向に直交する方向において前記主電極と異なる
位置に前記所定の方向に一列に形成されていてもよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明の光変調装置は、電気光学結晶基
板の一方の面に所定の方向に並んで形成されている、主
電極と副電極とからなる個別電極のうち、主電極とその
両側に形成されている副電極により一つの開口部を形成
するものであるため、各開口部が光透過状態に設定され
たとき、所定の値、例えば２値感材への画像形成に必要
なパワー閾値以上の透過光量を示す部分が、個別電極が
長方形状であり一つの個別電極により一つの開口を構成
する、同等の開口ピッチを有する従来の素子と比較して
広がる。従って、２値感材を露光する場合にも本光変調
素子を用いると各開口部を透過した光により形成される
画像線の幅は、一個の個別電極により一つの開口部が形
成される従来の光変調素子の場合と比較して細りが小さ
くなり、結果として良好な画像を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の光変調素子の一実施形態の
電極配置（給電用のボンディングワイヤは図示せず）
（同図（ａ），（ｂ））と透過光プロファイル（同図
（ｃ））を示す。

【００１９】本発明の光変調素子10は、ＰＬＺＴセラミ
ックからなる電気光学結晶基板11と、該光学結晶基板11
の下面に形成された共通電極12と、上面に形成された複
数個の個別電極（個別電極群13）とからなる（図１
（ａ））。図１（ｂ）は同図（ａ）に示されている光変
調素子10を個別電極群13の上方から見た図である。同図
（ｂ）に示すように、本光変調素子10は、個別電極群13
が、一列上に交互に配された主電極13a と該主電極13a
よりも幅細の副電極13b とから構成されていることを特
徴とする。なお、本発明の光変調素子10は、図２に示す
ように温度調節用アッシィ20の上に配され、各個別電極
13は図示しない駆動回路に接続されている。なお、温度
調節用アッシィ20は、サーモエレクトロニック素子21、
放熱フィン22、サーミスタ（サーミスタのリード線）23
を備えている。

【００２０】以下に、本光変調素子10の構造を作成方法
と併せて説明する。

【００２１】電気光学媒体としては、(La_xPb_1-x)(Zr_yTi
_1-y)_1-x/4O₃ 、組成比は％単位でx/y/1-y＝9/65/35、グ
レインサイズ平均４μｍφのＰＬＺＴセラミックを用
い、素子の母材としては、該ＰＬＺＴセラミックを250
μｍ厚にスライスし、両面を若干研磨したウエファーを
用いる。

【００２２】先ず、該ウエファーの片面に共通電極12と
して、真空蒸着法によりCr/Au 積層膜を形成する。この
ときCr膜の厚みは50A （オングストローム）、Au膜の厚
みは500Aとする。次に共通電極が形成された面と対向す
る他面にリフトオフ法により個別電極群を形成する。個
別電極13を形成する面にフォトレジストを塗布し、予め
個別電極パターンおよび個別の素子へ切断する際のカッ
ティングマーク等のパターンを設けたフォトマスクにて
露光後現像し、フォトレジストのパターンを形成する。
その後、共通電極形成と同様にCr/Au 電極を真空蒸着法
により形成する。最後に、そのウエファーをアセトン中
に浸漬してフォトレジストパターンを溶解して該フォト
レジストパターン上に蒸着されていたCr/Au 薄膜をリフ
トオフし、所望の電極パターン（個別電極群13(13a,13
b) ）を得る。

【００２３】開口は一つの主電極13a および該主電極13
a の両側の副電極13b と共通電極12とにより構成され
る。主電極13a 間に配されている副電極13b は、主に該
主電極13a により構成される隣接した開口の両方の制御
において用いられる。例えば、図面中における主電極13
a を左からＩ，II，III ，IVとし、副電極13b を左から
ｉ，ii，iii ，ivとするとき、副電極Ｉおよび副電極
ｉ，iiと共通電極12とにより開口ａが構成され、同様に
して主電極IIおよび副電極ii，iii と共通電極12とによ
り開口ｂ、主電極III および副電極iii ，ivと共通電極
12とにより開口ｃがそれぞれ構成される。

【００２４】本実施形態では、該光変調素子の幾何学的
な寸法として、開口ピッチは100 μｍとし、個別電極の
形状は、主電極が幅（ｘ方向）＝50μｍ、長さ（ｚ軸＝
光軸方向の射長）＝２ｍｍ、副電極が幅（ｘ方向）＝30
μｍ、長さ（ｚ軸）＝２ｍｍ、主電極と副電極との間隔
（ｘ方向）＝10μｍとした。開口ピッチ／ＰＬＺＴ板厚
比は１／2.5 である。但し、素子の幾何学的構造はこれ
に限定されるものではない。

【００２５】次に、ダイサーによりウエファーを各素子
へ切断する。各素子は幅（ｘ方向）＝26ｍｍ（256 個の
開口）、長さ（ｚ方向）＝２ｍｍの形状とした。

【００２６】切断した各素子の光入射端面15および出射
端面16は、光学研磨されたのち、実際に用いる光の波長
に対して無反射コートが施される。ここでは、無反射コ
ーティングにSiO₂膜を用いたが、その他の材料により構
成してもよい。

【００２７】加工された素子10の共通電極12が形成され
た側の面（共通電極12の表面）を、温度調節用アッシィ
20の上に取り付けられた台板（図示せず）の上に固定す
る。台板は共通電極の電気的な端子も兼ねているので良
導電性で、且つ、良熱伝導性の材料が望ましい。ここで
は、アルミ（Ａｌ）からなる台板を用い、該台板と素子
10との接着には導電性接着材を用いた（図１）。なお、
この接着には半田等を用いてもよい。この台板の電気光
学素子10に近い部分には温度検出用のサーミスタを挿入
するための穴を設けてあり、サーミスタ23を挿入してあ
る。最後に、各個別電極13を駆動回路25に結線されたボ
ンディングパッド24へワイヤーボンディングにより接続
する。

【００２８】上述のようにして作成された光変調素子10
を含む光変調装置19は、図３に示すような光学系30にお
いて用いられる。図３は、上記光変調装置19を備えた記
録装置の光学系の側面図である。レーザ光源31から出射
されたレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ32を含むレ
ンズ群33により光変調素子全体を照明する線状の光に成
形される。成形された光は、偏光比が不足する場合は偏
光子（図３には図示せず）を通した後、１／２波長板34
により偏光方向を素子のｘ軸に対して45°回転させて、
光変調素子10に入射する。該光変調素子10に入射した光
は、該素子10の個別電極13に印加されている電圧に応じ
て電気光学媒体中に生じる複屈折により、その偏光面が
回転させられて出射される。

【００２９】本実施形態においては、光を透過する開口
の電極間（共通電極12と個別電極群13との間）には80Ｖ
を印加した。

【００３０】光変調素子10を透過した光は、再び１／２
波長板35にて45°だけ戻され（なお、１／２波長板35は
必ずしも必要ではない）、前記偏光子とクロスニコルを
成すように配置された偏光子36において偏光面角度の変
調を光の強度変化に変換される。その後、結像レンズ系
37で開口像を所望のサイズに縮小し、ドラム38上の感材
面上に結像する。本実施形態においては、光変調素子10
の開口ピッチ＝100 μｍを30μｍに縮小した。

【００３１】光変調素子10の連続した開口ａ，ｂ，ｃを
光透過状態／光遮断状態／光透過状態にする場合、開口
ａ，ｃを構成する主電極および副電極と共通電極との間
に８０Ｖの電圧を印加する。具体的には、開口ａを光透
過状態とするために、主電極Ｉおよび副電極ｉ，iiと共
通電極12との間に８０Ｖの電圧を印加し、同時に開口ｃ
を光透過状態とするために、主電極III および副電極ii
i ，ivと共通電極12との間に８０Ｖの電圧を印加する。
なお、透過光の形状を更に微妙に制御したい場合には、
主電極、副電極の各々に印加する電圧を異なる電圧に設
定すればよい。ここで光変調とは、主として電圧のオ
ン、オフにより開口を光透過状態および光遮断状態の間
で切り換えることをいう。

【００３２】図１（ｃ）は、連続した開口ａ，ｂ，ｃを
光透過状態／光遮断状態／光透過状態とした場合の透過
光プロファイルの例を示している。このように、光透過
状態とされている開口ａ，ｃを透過する光の光量はほぼ
開口幅よりやや広い幅で感材の閾値レベルＴh を越える
ものとなっており、隣り合う開口が連続して光透過状態
と設定されていない場合でも、各開口から出射された光
により形成される画像線は細りがほとんどない。

【００３３】具体的には、画像が形成されるパワーの閾
値レベルＴh が80％であった場合の線画像の幅は開口ピ
ッチの1.1 倍であった。

【００３４】図４には、本発明の光変調素子の他の実施
形態の電極配置（同図（ａ），（ｂ））と透過光プロフ
ァイル（同図（ｃ））を示す。

【００３５】図４に示すように、本光変調素子10' は主
電極113aと副電極113bとが千鳥状に配列してなる。な
お、上述の光変調素子10と同等の構成要素には同一の符
号を付し詳細な説明は省略する。

【００３６】本光変調素子10' においては、開口ピッチ
は100 μｍとし、個別電極の形状は、主電極が幅（ｘ方
向）＝80μｍ、長さ（ｚ軸＝光軸方向の射長）＝２ｍ
ｍ、副電極が幅（ｘ方向）＝50μｍ、長さ（ｚ軸）＝２
ｍｍ、主電極と副電極とは各々の列の中心の間隔がｚ軸
上で2.05ｍｍ離して形成した。開口ピッチ／ＰＬＺＴ板
厚比は１／2.5 である。なお、変調素子の形状は幅26ｍ
ｍ、長さ（ｚ方向）4.2ｍｍとした。

【００３７】光変調素子10’の連続した開口ａ，ｂ，ｃ
を光透過状態／光遮断状態／光透過状態にする場合、開
口ａ，ｃを構成する主電極および副電極と共通電極との
間に８０Ｖの電圧を印加する。具体的には、開口ａを光
透過状態とするために、主電極Ｉおよび副電極ｉ，iiと
共通電極12との間に８０Ｖの電圧を印加する。また、開
口ｃを光透過状態とするために、主電極III および副電
極iii ，ivと共通電極12との間に８０Ｖの電圧を印加す
る。

【００３８】図４（ｃ）は、連続した開口ａ，ｂ，ｃを
光透過状態／光遮断状態／光透過状態とした場合の透過
光プロファイルの例を示している。このように、光透過
状態とされている開口ａ，ｃを透過する光の光量はほぼ
開口幅よりやや広い幅で感材の閾値レベルＴh を越える
ものとなっており、隣り合う開口が連続して光透過状態
と設定されていない場合でも、各開口から出射された光
により形成される画像線は細りがほとんどない。

【００３９】具体的には、画像が形成されるパワーの閾
値レベルＴh が80％であった場合の線画像の幅は開口ピ
ッチの1.1 倍であった。

【００４０】上記実施形態においては、それぞれ１列の
主電極113aと副電極113bを２列の千鳥状に配した電極配
置について説明したが。２列の千鳥配列のみならず、主
電極および／もしくは副電極を複数列に配し、個別電極
全体を複数列の千鳥状に形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光変調素子

【図２】本発明の光変調素子に制御回路を配した光変調
装置

【図３】本発明の光変調素子を備えた記録装置の光学系
の側面図

【図４】本発明の他の実施形態に係る光変調素子

【図５】従来の端面入射型光変調素子

【符号の説明】

10 光変調素子 11 電気光学結晶基板 12 共通電極 13 個別電極 19 光変調装置 20 温度調節用アッシィ 21 サーモエレクトロニック素子 22 放熱フィン 23 サーミスタ 24 ボンディングパッド 25 駆動回路 26 制御手段 31 レーザ光源 32 シリンドリカルレンズ 33 レンズ群 34，35 λ／２板 36 偏光子 37 結像レンズ系 38 ドラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−188337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−9762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−163814（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168231（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−31929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−117521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−46783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/03 - 1/055

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の面に複数個の個別電極が所定方向
   に並んで形成され、他方の面に前記複数個の個別電極の
   全てに対向する共通電極が形成された電気光学結晶基板
   からなり、前記対向する電極間の電圧の制御により光を
   透過する状態と光を遮断する状態との間で切り換えられ
   る複数の開口部を備え、該開口部に入射された光を変調
   する光変調素子であって、 前記複数個の個別電極が、前記所定の方向に等ピッチで
   形成された複数個の主電極と、前記主電極間にそれぞれ
   位置するように前記所定の方向に等ピッチで形成された
   複数個の副電極とからなり、 前記主電極とその両側に位置する副電極とにより１つの
   前記開口部が形成されることを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 前記主電極および前記副電極が、前記所
   定の方向に交互に一列に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の光変調素子。
3. 【請求項３】 前記主電極が前記所定の方向に一列に形
   成され、 前記副電極が前記一列に形成された主電極間に位置する
   ように、前記所定の方向に直交する方向において前記主
   電極と異なる位置に前記所定の方向に一列に形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の光変調素子。