JP3430756B2

JP3430756B2 - 光走査素子及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3430756B2
Application number: JP32583295A
Authority: JP
Inventors: 恵一梨本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JPH09159950A; US6025864A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査素子及び画
像形成装置にかかり、特に、光ディスク用のピックアッ
プ、光通信や光コンピューター用の光スイッチ等の光学
素子を含み、薄膜で形成された光導波路内に入射された
複数光ビームの各々を、光導波路の屈折率変化によって
偏向する光走査素子、及びレーザー・プリンター、デジ
タル複写機、ファクシミリ等の光走査素子を用いた画像
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー・ビーム・プリンター、デジタ
ル複写機、ファクシミリ等に用いられる光ビームによる
光走査装置としては、気体レーザーや半導体レーザーか
らの光ビームを偏向する回転多面鏡（ポリゴンミラー）
と、その回転多面鏡により反射された光ビームを感光体
等の結像面上において等速度直線運動の状態に集光する
ｆθレンズとで構成されたものが代表的に用いられてい
る。このようなポリゴンミラーを用いた光走査装置は、
モーターによってポリゴンミラーを高速回転させるため
に、耐久性に問題があると共に高速回転の際の騒音が発
生する。また、これら耐久性や騒音を考慮すると、光走
査速度はモーターの回転数によって制限されるという問
題がある。

【０００３】このため、音響光学効果を利用した光導波
路型の光走査素子としての光偏向素子が期待されている
（C.S.Tsai,IEEE Trans.Circuits and Syst.vol.CAS-26
(1979)1072. 、特開昭５２−６８３０７号公報や特公昭
６３−６４７６５号公報等参照）。この光導波路型の光
偏向素子は、ＬｉＮｂＯ₃やＺｎＯ等よりなる光導波路
と、この光導波路内に光ビームをカップリング（入射）
させるための入射手段と、光導波路中の光ビームを音響
光学効果により偏向するための表面弾性波を励起するく
し形電極（トランスデューサ）と、偏向された光ビーム
を光導波路中より射出するための射出手段とを備えたも
のである。また、効率的に光ビームを射出するために、
必要に応じて薄膜レンズ等を光偏向素子へ付加すること
もできる。これらの光導波路型の光偏向素子は、ポリゴ
ンミラーのように機械的な可動部分が無いことにより、
無騒音であって信頼性に優れたものであり、かつ小型で
あるという利点を有している。

【０００４】上記光偏向素子を用いて画像形成装置を構
成する場合には、光偏向素子の光ビームの偏向を主走査
とし、光ビームが照射される感光体等の投影面の主走査
方向と交差する方向の移動を副走査として、主走査及び
副走査すれば、投影面上に主走査によって形成される走
査線が副走査方向に連続した画像面を形成することがで
きる。この走査（主走査及び副走査）と同期して、画像
の濃度等に応じた画像データに応じて光ビームの強度を
変更すれば、画像を形成することができる。最近では、
高品質なプリント等の出力を短時間で形成する、すなわ
ち、走査速度の高速化が要求されている。

【０００５】しかしながら、音響光学効果を利用した光
偏向素子は一般に偏向速度限界によってレーザ走査速度
に上限値を有するという問題がある。すなわち、音響光
学効果による光偏向素子で偏向した１本の光ビームで高
速走査をする場合、励起された表面弾性波によって偏向
するので偏向速度に限界があり、走査速度が上限値を有
する。従って、レーザー・プリンター、デジタル複写
機、ファクシミリ等の画像形成装置への応用には限界が
存在する。

【０００６】この問題を解消するため、機械的な可動部
分が無い他の光偏向素子として、音響光学効果と比較し
て変調速度の速い電気光学効果を有する材料を用いたプ
リズム型光偏向素子が知られている（A.Yariv,Optical
Electronics,4th ed.(NewYork,Rinehart and Winston,1
991)pp.336〜339 、Q.Chen,etal.,J.LightwaveTech.vo
l.12(1994)1401 、特開昭６２−４７６２７号公報等参
照）。励起された表面弾性波で光ビームを偏向する音響
光学効果による光偏向素子に対して、電気光学効果によ
る光偏向素子は、光導波路に設けた電極に信号を入力す
ることによって光導波路に周期的な屈折率変化を与えて
この屈折率変化によって光ビームを偏向する。このよう
な、プリズム型光偏向素子としてはセラミックや単結晶
を用いたバルク素子があるが、素子自体が大型となり、
また、駆動電圧が高電圧となるために実用的な偏向角度
を得ることができなかった。また、Ｔｉ拡散型光導波路
やプロトン交換型光導波路を作製したＬｉＮｂＯ₃単結
晶ウエハーを用いてプリズム型ドメイン反転光偏向素子
またはプリズム型電極光偏向素子もある。

【０００７】しかしながら、電気光学効果を得るために
は、ＬｉＮｂＯ₃単結晶ウエハーの厚さである約０．５
ｍｍの電極の間隔が必要となるので駆動電圧が高電圧
となり、上記従来の技術では±６００Ｖの駆動電圧でも
わずか０．５°程度の偏向角度しか得ることができず、
実用的な偏向角度を得ることはできないという問題があ
る。

【０００８】この問題を解消するため、本発明者は、光
導波路と、光導波路内に光ビームを入射させる光源を有
し、光導波路中の光ビームを電気光学効果によって偏向
するための電極が備えられた光走査素子を提案している
（特願平７−１７６９３９号）。

【０００９】このような電気光学効果による光走査素子
は、電気光学的スイッチング速度が高速のために、走査
速度が上限値を有するという問題は生じないが、光導波
路へ入射する光ビームの強度を画像データに応じて変調
するためのドライバーの変調速度に限界があり、この変
調速度によって走査速度が制限されるという問題があ
る。

【００１０】この問題を解消するためには、複数の光ビ
ームを略同時または複数の光ビームから選択的に定めら
れた光ビームを走査させることによって、見掛け上の変
調速度を上昇させることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
光ビームを同時走査させるためには、上記画像面につい
て数十ミクロンの走査線の間隔を維持させてムラが生じ
ないように、複数の光ビームに対応する各々の光走査素
子を高精度で位置決めするための光軸調整をする必要が
ある。このような位置精度を実現する光軸調整は、実験
的には可能であるが、構造が複雑化すると共に微妙かつ
長時間の調整時間を必要とするので、実用的ではない。

【００１２】本発明は、上記事実を考慮して、単純な構
成で複数の光ビームにより形成される複数の走査線につ
いて所定間隔を維持させながら偏向することができる光
走査素子を得ることが目的である。

【００１３】また、上記目的に加え、光走査素子を用い
た画像形成装置を得ることが目的である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光走査素子は、薄膜で形成された光導波路
と、前記光導波路内に複数の光ビームを入射させる光源
と、前記複数の光ビームに対応して設けられると共に、
各々入力信号に応じて前記光導波路に対して屈折率を変
化させ当該屈折率の変化により回折を生じさせる電気光
学効果によって前記光ビームの各々を偏向させる複数の
偏向手段と、前記複数の偏向手段に対応して設けられる
と共に、各々偏向された光ビームを前記光導波路から射
出させる複数の射出手段と、を備えている。

【００１５】本発明の光走査素子の複数の偏向手段の各
々では、電気光学効果によって入射された光ビームが偏
向される。この偏向手段の各々に対応して射出手段が設
けられているので、偏向手段の各々で偏向された光ビー
ムは、対応する射出手段のみによって光導波路から射出
される。従って、複雑な調整をすることなく、各々偏向
された複数の光ビームを光走査素子から容易に射出する
ことができる。

【００１６】前記光走査素子の複数の偏向手段の各々
は、請求項２にも記載したように、互いに平行でない二
辺を有するプリズム形状の分極ドメイン反転領域が前記
光導波路に設定されると共に、前記光導波路を挟持する
複数の電極を備え、複数の電極間に電圧を印加すること
により前記プリズム形状の分極ドメイン反転領域とそれ
以外の領域において異なる屈折率を発生させることによ
って屈折率を変化させること、または、前記光導波路を
挟持しかつ互いに平行でない二辺を有するプリズム形状
パターンを有する複数の電極を備え、複数の電極間に電
圧を印加することにより電極パターンに対応する異なる
屈折率を有する領域を発生させることによって屈折率を
変化させることができる。

【００１７】前記光源は、請求項３にも記載したよう
に、単一の基板上に形成されると共に、複数の光ビーム
を発振するレーザー・アレイを用いることができる。こ
のようにすることによって、入射時点における入射光軸
等の複雑な調整をすることなく、容易に光導波路内へ複
数の光ビームを入射させることができる。

【００１８】ここで、上記従来の技術の欄で説明したよ
うに、走査速度が制限されないように見掛け上の変調速
度を上昇させるため、複数の光ビームを略同時または複
数の光ビームから選択的に定められた光ビームを走査
（偏向）させるときにむらなく走査させるためには、複
数の光ビームの各々を、その複数の光ビームの偏向によ
る走査によって形成され得る走査線毎に異なった制御を
する必要がある。

【００１９】そこで、請求項４にも記載したように、前
記複数の射出手段を、入射された光ビームの進行方向に
ついて入射された位置から略同一の距離を隔てた位置に
配置され、各々異なる射出角で前記光ビームを射出する
ように設ける。このようにすることによって、光走査素
子から射出される光ビームは異なる向きで射出されるこ
とになり、射出された時点で各光ビームが向きによって
分離され、各光ビーム毎に用いることが容易となる。

【００２０】また、画像形成等による複数本の走査線を
形成する場合に、複数の光ビームを略同時または複数の
光ビームから選択的に定められた光ビームを偏向によっ
て走査させるときには、複数の光ビームによって単一の
光ビームを複数回走査したものと等価な光ビームを得る
ため、光走査素子から射出される複数の光ビームは射出
角の振れ方向に均一に分布して射出される必要がある。

【００２１】そこで、請求項５にも記載したように、前
記複数の射出手段が３つ以上の射出手段からなる場合
は、射出角を大きさ順に並べたとき隣り合う射出角の角
度差が略一致するように設定する。このようにすること
によって、光走査素子から射出される複数の光ビーム
は、等角度の間隔で射出されることになり、射出角の振
れ方向に均一に分布して射出することができる。

【００２２】また、前記複数の射出手段は、請求項６に
記載したように、入射された光ビームの進行方向につい
て入射された位置から異なる距離を隔てた位置に配置さ
れ、各々略同一の射出角で光ビームを射出することによ
って、複数の光ビーム間で所定の間隔を隔てた偏向によ
る走査をすることができる。これによって、射出された
時点で各光ビームは略同一の向きで射出されると共に、
射出位置によって分離され、各光ビーム毎に用いること
が容易となる。

【００２３】また、請求項４の欄にも説明したように、
画像形成等による複数本の走査線を形成する場合に、複
数の光ビームを略同時または複数の光ビームから選択的
に定められた光ビームを偏向によって走査させるときに
は、複数の光ビームによって単一の光ビームを複数回走
査したものと等価な光ビームを得るため、光走査素子か
ら射出される複数の光ビームは均一に分布して射出され
る必要がある。

【００２４】そこで、請求項７に記載したように、前記
複数の射出手段が３つ以上の射出手段からなる場合は、
前記異なる距離を隔てた各々の位置を、前記光ビームの
進行方向について等間隔となるように設定する。これに
よって、射出された時点で各光ビームは略同一の向きで
射出されると共に、射出位置によって分離され、射出方
向に均一に分布させることができる。

【００２５】前記射出手段の各々は、請求項８に記載し
たように、グレーティングまたはプリズムで構成するこ
とにより、射出角の設定や射出位置の設定を容易にする
ことができる。

【００２６】なお、請求項９に記載したように、画像を
形成するための感光体と、前記感光体を一様に帯電する
帯電手段と、前記感光体に光を照射して潜像を形成する
露光手段と、前記潜像を可視化する現像手段とを備えた
画像形成装置において、前記露光手段を、薄膜で形成さ
れた薄膜光導波路と、該薄膜光導波路に複数の光ビーム
を入射させる光源と、前記複数の光ビームに対応して設
けられると共に、各々入力信号に応じて前記光導波路に
対して屈折率を変化させ当該屈折率の変化により回折を
生じさせる電気光学効果によって入射された光ビームを
偏向させる複数の偏向手段と、前記複数の偏向手段に対
応して設けられると共に、各々偏向された光ビームを前
記光導波路から射出させる複数の射出手段と、から構成
することによって、光偏向素子を高精度で位置決めする
ための光軸調整をすることなく、画像面について走査線
を所定間隔を維持させてながらムラが生じないように、
複数の光ビームの同時走査または複数を選択的な走査が
可能である。

【００２７】なお、本発明の光導波路を形成するために
適用可能な光導波路材料としてはＡＢＯ₃型のペロブス
カイト型酸化物がある。このＡＢＯ₃型のペロブスカイ
ト型酸化物では、正方晶、斜方晶または擬立方晶系とし
て、例えばＢａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ_1-xＬａ
_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃（ｘおよびｙの値によ
りＰＺＴ、ＰＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ
_2/3）Ｏ₃、ＫＮｂＯ₃等があり、六方晶系として例え
ばＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等に代表される強誘電体
があり、タングステンブロンズ型酸化物ではＳｒ_xＢａ
_1-xＮｂ₂Ｏ₆、Ｐｂ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆等がある。
また、上記材料の他に、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、Ｐｂ₂ＫＮ
ｂ₅Ｏ₁₅、Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ₅Ｏ₁₅、さらに上記材料の置
換誘導体等がある。

【００２８】上記ＬｉＮｂＯ₃を光導波路材料として用
いた場合は、ＬｉＮｂＯ₃単結晶ウエハーにＴｉを蒸着
した後に、Ｔｉを約１０００°ＣにてＬｉＮｂＯ₃に拡
散することによって光導波路を作製することができる。
また、プロトン交換によって光導波路を作製することが
でき、ＬｉＴａＯ₃単結晶基板上へＬｉＮｂＯ₃薄膜を
Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリングによって気相エピ
タキシャル成長させることで光導波路を作成することが
できる。また、α−Ａｌ₂Ｏ₃単結晶基板上へＬｉＮｂ
Ｏ₃薄膜をゾルゲル法によって固相エピタキシャル成長
させて光導波路を作成することができる。

【００２９】また、上記ＰＬＺＴを光導波路材料として
用いた場合には、ＭｇＯ基板上へＰＬＺＴ薄膜をイオン
ビーム・スパッタリングによって気相エピタキシャル成
長させて光導波路を作成することができ、またＧａＡｓ
基板上エピタキシャルＭｇＯバッファ層へＰＬＺＴ薄膜
をＲｆマグネトロン・スパッタリングによって気相エピ
タキシャル成長させて光導波路を作成することができ、
またＳｒＴｉＯ₃基板上へＰＬＺＴ薄膜をゾルゲル法に
よって固相エピタキシャル成長させて光導波路を作成す
ることができる。

【００３０】なお、複数の偏向手段の各々が備えた電極
は、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｒなどの各種金属電極や、前記光導
波路よりも小さい屈折率を有するＩＴＯ等の透明酸化物
電極を用いることができる。

【００３１】また、前記光導波路と電極（上部電極また
は下部電極）との間には光導波路よりも屈折率が小さな
クラッド層を設けることができる。例えば、光導波路と
上部電極との間にクラッド層を設ける場合には、上部電
極は任意の材料を用いることができるが駆動電圧の増加
を招くのでＩＴＯなどの透明酸化物電極を用いることが
望ましい。下部電極としては導電性または半導電性の単
結晶基板、あるいは基板と光導波路の間に設けた導電性
または半導電性のエピタキシャルまたは配向性の薄膜を
用いることができる。このような下部電極を用いる場合
には、光導波路よりも小さい屈折率を有するＮｂドープ
のＳｒＴｉＯ₃、ＡｌドープのＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｒ
ｕＯ₂、ＢａＰｂＯ₃、ＳｒＲｕＯ₃、ＹＢａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_7-x、ＳｒＶＯ₃、ＬａＮｉＯ₃、Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5
ＣｏＯ₃等の酸化物が望ましいが、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、
Ａｕ、Ａｇ等の金属などを用いることも有効である。こ
れらの導電性または半導電性の単結晶基板、あるいは導
電性または半導電性のエピタキシャルまたは配向性の薄
膜は、前記強誘電体薄膜の結晶構造に応じて選ばれるこ
とが望ましい。なお、上部電極または下部電極として用
いられる導電性または半導電性の薄膜または単結晶基板
の抵抗率としては１０^-6Ω・ｃｍ〜１０³Ω・ｃｍ程度
の範囲が有効あるが、電圧降下が無視できる程度の抵抗
率であれば上部電極または下部電極として利用可能であ
る。また、偏向速度または変調速度によってはキャリア
・モビリティが適当な上部電極材料または下部電極材料
を選択することができる。

【００３２】本発明が適用可能な光源としては、レーザ
ー光を射出するレーザー装置がある。このレーザー装置
は、Ｈｅ−Ｎｅなどの気体レーザーや、ＡｌＧａＡｓな
どの化合物半導体レーザーまたはこれらの半導体レーザ
ーを複数配列形成したレーザー・アレイなどが挙げられ
る。レーザーの発振によるレーザー光はプリズム・カッ
プリング、バット・カップリング（またはエンド・カッ
プリング）、グレーティング・カップリング、エバーネ
ッセント・フィールド・カップリングなどより選ばれる
方法によって光導波路に導入することができる。薄膜レ
ンズとしては、モード・インデックス・レンズ、ルネブ
ルク・レンズ、ジオデシック・レンズ、フレネル・レン
ズ、グレーティング・レンズなどが適している。射出手
段は、プリズム・カップラー、グレーティング・カップ
ラー、フォーカシング・カップラー、ＳＡＷグレーティ
ング・カップラーなどが適している。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。

【００３４】まず、本実施の形態の光導波路における電
気光学効果について説明する。一般に電気光学効果を有
する材料に電場を加えると、対称心のない結晶構造にお
ける電場による材料の屈折率変化は次の（１）式で表せ
る。

【００３５】 Δｎ＝ｎ⁰−ｎ＝−ａＥ−ｂＥ²−・・・・・・（１）

【００３６】この（１）式の一次の項はポッケルス（Ｐ
ｏｃｋｅｌｓ）効果と呼ばれ、次の（２）式で示され
る。

【００３７】 Δｎ＝ − １／２ｒｎ³Ｅ・・・（２）

【００３８】また、（１）式の二次の項はカー（Ｋｅｒ
ｒ）効果と呼ばれ、次の（３）式で示される。

【００３９】 Δｎ＝ − １／２Ｒｎ³Ｅ² ・・・（３）

【００４０】これらの効果は、実際には、電場を大きく
していくに従ってポッケルス効果に徐々にカー効果が重
畳する形で屈折率変化が起こる。このような電気光学効
果を用いる際は、対称心のない結晶構造を持ち高い係数
を持つ強誘電体を用いることとなり、上述の例のような
ＬｉＮｂＯ₃やＰＬＺＴが代表的である。ＰＬＺＴ薄膜
のような強誘電体に局所電場を印加すると上記のように
その部分の屈折率の低下が起こり、それを下記のように
利用することによってレーザー光の向きを偏向あるいは
スイッチングすることができる。このＥＯ（電気光学効
果による）変調の場合は音響光学効果を利用した光走査
素子のようなフォノンの移動時間による制限を受けずに
分極によるために、スポット移動時間（スイッチング時
間）はピコ秒オーダーと極めて速い。

【００４１】くし形電極等に所定の電場を印加すると、
図１に示すように、電場が印加されないときの屈折率ｎ
１と異なる屈折率ｎ２の部位１２を周期的（図１の間隔
Ａで示した周期的）に有するように薄膜（光導波路）の
屈折率が変化する。このように屈折率が周期的に変化す
ると、入射されたレーザー光１０は次の（４）式で示さ
れるブラッグ条件のもとで部位１２においてブラッグ反
射される。これによって、入射されたレーザー光１０は
ブラッグ反射、すなわち偏向されたレーザー光１４とな
る。

【００４２】ｍλ＝２Λｓｉｎθ_B ・・・（４）但し、ｍ：回折されたレーザー光の次数 λ：レーザー光の波長 Λ：屈折率の変化周期 θ_B：ブラッグ角

【００４３】この場合、ブラッグ角は微小な角度となる
ので、レーザー光を範囲で偏向（走査）するためには、
数多くの電極を配置し、偏向角に応じて屈折率の変化周
期を変えるべくアドレッシングを行う必要がある。

【００４４】一方、図２に示すように、異なる屈折率の
媒体（図２に屈折率ｎ₁及び屈折率ｎ₂で示した媒体）
の境界で光が全反射するためには、次の（５）式の全反
射条件を満たしていなければならない。

【００４５】 θ≧θ_T＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）・・・（５）但し、θ_T：入射角（臨界角）ｎ₁：光導波路の材料の屈折率ｎ₂：屈折率の低下部分の屈折率ｎ₂＜ｎ₁

【００４６】ここで、屈折率低下がカー効果による際に
は上述のようにΔｎ＝１／２Ｒｎ³Ｅ²となるので上記
の（５）式は、次の（６）式で表せる。

【００４７】 θ_T＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）＝ｓｉｎ^-1｛（ｎ₁− Δｎ）／ｎ₁｝＝ｓｉｎ^-1（１−１／２Ｒｎ²Ｅ²）・・・（６）

【００４８】屈折率ｎ₀＝２．２８６（６３３ｎｍ）の
ＬｉＮｂＯ₃におけるポッケルス係数はｒ₃₃＝３０．８
×１０^-12 ｍ／Ｖ程度であるので、１００ｋＶ／ｃｍ
印加では２×１０^-3の屈折率変化となり、レーザー光の
最大の進行方向の変化θｍａｘは臨界角θ_Tにおいて得
られ、 θｍａｘ＝（９０−θ_T）×２＝｛９０−ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）｝×２＝（９０°−８７．６０°）×２＝２．４０°×２＝４．８０° となる。この際、レーザー光を偏向（走査）するために
は、上記と同様の理由で数多くの電極を配置し、偏向角
に応じて反射面を変えるべくアドレッシングを行う必要
がある。

【００４９】また、上記の他に電気光学効果を有する素
子として、プリズム型光偏向素子が知られている。図３
に示す、長さがｌ、高さがＤの同一形状で屈折率が異な
る２つのプリズム２２、２４の斜辺部分が接合された媒
質２０を用いて説明する。この媒質２０へ入射する光Ｌ
_Aは屈折率ｎ_aのプリズム２２を通過し、その通過時間
τ_aはプリズム２２での光速をｃ_aとすると、次の
（７）式で表せ、ｃを真空中での光速とすると、次の
（８）式で表せる。同様に、屈折率ｎ_bのプリズム２４
を通過する光Ｌ_Bの通過時間τ_bは、次の（９）式で表
せる。

【００５０】 τ_a＝ｌ／ｃ_a ・・・（７） τ_a＝ｌ／ｃ_a＝ｌ／ｃ・ｎ_a ・・・（８） τ_b＝ｌ／ｃ_b＝ｌ／ｃ・ｎ_b ・・・（９）

【００５１】従って、光Ｌ_AおよびＬ_Bの通過時間の差
Δτは、ｎ_a＝ｎ＋Δｎ＞ｎ_b＝ｎとすると、次の（１
０）式で表せる。

【００５２】 Δτ＝ｌ／ｃ・（ｎ_a−ｎ_b）＝ｌ／ｃ・Δｎ・・・（１０）この通過時間の差Δτによってプリズムを射出前の波面
の位置の差Δｙは、次の（１１）式で表せる。

【００５３】 Δｙ＝ｃ_b・Δτ＝ｃ／ｎ_b・ｌ／ｃ・Δｎ＝ｌΔｎ／ｎ（１１）これはプリズム内のビーム軸の屈折と等価で、その角度
は、次の（１２）式で表せる。

【００５４】 θ_D−ｔａｎ（θ_D）＝−Δｙ／Ｄ＝−ｌΔｎ／Ｄｎ（１２）さらに、スネル則によってプリズムから射出した際の角
度は、次の（１３）式で表せ、ｎ_air・ｓｉｎθ_O＝ｓｉｎθ_O＝ｎ・ｓｉｎθ_D （１３）角度θ_Oは次式で表せる。

【００５５】 θ_O＝ｓｉｎ^-1（ｎ・ｓｉｎθ_D）＝ｎ・θ_D ＝−ｎ・ｌΔｎ／Ｄｎ＝−ｌΔｎ／Ｄ

【００５６】ここで、二つのプリズムが反対向きの分極
軸を持ち、電場がｚ軸に平行方向に印加されるとする
と、上記の（２）式から、屈折率ｎ_a、ｎ_bは、次の
（１４）、（１５）式で表せ、これらの屈折率の差Δｎ
（＝ｎ_a−ｎ_b）は、次の（１６）式で表せる。

【００５７】ｎ_a＝ｎ₀−１／２ｒｎ₀ ³Ｅ・・・（１４）ｎ_b＝ｎ₀＋１／２ｒｎ₀ ³Ｅ・・・（１５） Δｎ＝−ｒｎ₀ ³Ｅ・・・（１６）

【００５８】従って、印加電圧をＶ、プリズムの厚さを
ｄとすると、角度θ₀は次の（１７）式で表せるので、
電場または電圧に比例してレーザー光を偏向できる。

【００５９】 θ₀＝−ｌΔｎ／Ｄ＝ｌ／Ｄ・ｒｎ₀ ³Ｅ＝ｌ／Ｄ・ｒｎ₀ ³（Ｖ／ｄ）・・・（１７）

【００６０】２つのプリズムの代わりに、三角形の電極
が図３のプリズム２２の位置に配置され、電場がｚ軸に
平行方向に印加されるとすると、屈折率ｎ_a、ｎ_bは、
次の（１８）、（１９）式で表せ、これらの屈折率の差
Δｎ（＝ｎ_a−ｎ_b）は、次の（２０）式で表せる。

【００６１】ｎ_a＝ｎ₀−１／２ｒｎ₀ ³Ｅ・・・（１８）ｎ_b＝ｎ₀ ・・・（１９） Δｎ＝−１／２ｒｎ₀ ³Ｅ・・・（２０）

【００６２】従って、印加電圧をＶ、媒質の厚さをｄと
すると、角度θ₀は次の（２１）式で表せる。

【００６３】 θ₀＝−ｌΔｎ／Ｄ＝ｌ／Ｄ・１／２ｒｎ₀ ³Ｅ＝ｌ／２Ｄ・ｒｎ₀ ³（Ｖ／ｄ）・・・（２１）

【００６４】このような素子としては、図４及び図５に
示すようなＴｉ拡散型の単結晶ＬｉＮｂＯ₃光導波路や
プロトン交換型の単結晶ＬｉＮｂＯ₃光導波路による光
走査素子４２が検討されている。この光走査素子４２
は、絶縁性基板３８上に分極ドメイン反転部分（プリズ
ム部分）３０を有する光導波路３６が設けられ、絶縁性
基板３８の下部には下部電極４０が設けられている。光
導波路３６上にはグラッド層３４及び上部電極３２が順
に設けられている。

【００６５】このようなプリズム型の電気光学的な偏向
を用いた場合には、数多くの電極を用いる必要は少な
い。また、電気光学的スイッチング速度が非常に速いこ
とからレーザ走査速度は３０μｓ／ｌｉｎｅ以上、すな
わち１２００ｄｏｔ／ｉｎｃｈの露光がＡ４サイズの用
紙に相当する大きさで毎分１８０枚以上可能であり、走
査速度の上限の問題は無い。ところで、画像形成装置仕
様のレーザ・ドライバーの変調速度の限界は一般的には
３００Ｍｂｐｓであるので、１２００ｄｏｔ／ｉｎｃｈ
の露光がＡ４サイズの用紙相当で毎分２０枚が上限とな
り、これ以上にはレーザ記録速度を向上できない。

【００６６】しかしながら、後述するように、本実施の
形態では、複数のレーザー光を同時に走査し感光体を露
光することが可能になるために、ビーム数をｍとすると
みかけの走査速度は１／ｍと向上させることができ、み
かけのレーザ・ドライバーの変調速度はｍ×３００Ｍｂ
ｐｓとなり、レーザ記録速度を向上することができる。

【００６７】本発明が適用可能な光走査素子は、光導波
路内に複数のレーザー光を入射させる複数のレーザー装
置または複数のレーザー光を発振するレーザー・アレイ
よりなる光源を備える。また、光走査素子は、光導波路
中のレーザー光を電圧を印加することにより異なる屈折
率を有する領域を発生させてレーザー光を電圧に応じて
偏向するための電極を備え、偏向された各レーザー光を
光導波路外へ射出するための複数のグレーティングまた
はプリズムを備えて構成する。なお、光導波路中には必
要に応じてコリメート等のレーザー光の整形を行う薄膜
レンズを備えることが可能である。

【００６８】上記偏向された各レーザー光を光導波路外
へ射出させる場合には、複数のグレーティング等を、入
射したレーザー光の進行方向について光導波路の同一の
位置に配置させ、かつそれぞれ異なる射出角となるよう
に形成することによって、感光体上の複数のラインを同
時走査または飛び越し走査できるようにするか、入射し
たレーザー光の進行方向において複数のグレーティング
等を、入射したレーザー光の進行方向について異なる位
置に配置させ、かつ同一の射出角とすることによって、
感光体上の複数のラインを同時走査または飛び越し走査
できるようにすることが好ましい。そのグレーティング
等を異なる射出角として形成するためには、グレーティ
ングを用いた場合、各々の材質を変更するか、または各
々のグレーティングの幅を調整する等により可能であ
り、また、プリズムを用いた場合、各々の材質及び形状
等を変更することにより可能である。なお、複数のグレ
ーティングまたはプリズムは同一の構造を有し、配置位
置のみ異なるようにすることが射出するレーザー光の位
置精度の観点より望ましい。

【００６９】また、画像形成の場合には、光導波路から
射出されたレーザー光は、ｆ・θレンズ等の光学系を経
て感光体を露光し、走査は偏向を主走査とし、感光体ド
ラムの回転等を副走査方向として形成される、感光体上
の複数のラインごとの同時走査または飛び越し走査によ
って行われる。

【００７０】次に、上記の原理をもとにして本発明の第
１実施の形態を説明する。図７（１）に示すように、本
実施の形態の画像形成装置４８は、半導体レーザー５２
及び基板５４と光導波路５６を主要要素とする光走査素
子５０を備えている。この光走査素子５０からは所定角
度で偏向された４本のレーザー光が射出される（詳細は
後述）。光走査素子５０のレーザー光の射出側には、ｆ
θレンズを含む集光光学系６６、及び感光体６４が順に
設けられている。また、画像形成装置４８は、偏向制御
回路６８Ａ、レーザー駆動回路６８Ｂ、及び回転制御回
路６８Ｃを含んで構成された制御装置６８を備えてい
る。

【００７１】制御装置６８の偏向制御回路６８Ａは、レ
ーザー光を電気光学効果によって偏向させるために電圧
印加するための回路である。この偏向制御回路６８Ａか
らの電圧印加によってレーザー光は感光体６４上におい
て所定方向（図７（２）の矢印Ｘ方向、主走査方向）に
走査される。また、レーザー駆動回路６８Ｂは、半導体
レーザー５２から射出されるレーザー光の強度及び射出
時間（露光時間）を制御するための回路である。また、
回転制御回路６８Ｃは感光体６４を所定方向（図７
（１）の矢印Ｙ方向、副走査方向）に一定速度で回転ま
たはステップ駆動させるための回路である。

【００７２】なお、上記のレーザー駆動回路６８Ｂは、
図示しないホストコンピュータ等から供給される画像デ
ータに基づいて半導体レーザー５２をパルス幅変調や振
幅変調する。この画像データは感光体６４上に形成され
る画像に対応するデータである。この場合、レーザー駆
動回路６８Ｂによる駆動により射出されるレーザー光
は、偏向制御回路６８Ａ及び回転制御回路６８Ｃと同期
されており、偏向制御回路６８Ａによって偏向する光ビ
ームの偏向角度は画像形成時の主走査方向の位置に対応
し、回転制御回路６８Ｃによって回転する感光体６４の
位置は画像形成時の副走査方向の位置に対応する。この
主走査と副走査により感光体６４に２次元画像を形成で
きる。

【００７３】また、本実施の形態の画像形成装置４８
は、感光体６４を一様に帯電するための帯電装置９０、
及び感光体６４に潜像形成された画像を可視化するため
の現像装置９２を備えている。これら帯電装置９０及び
現像装置９２により画像が可視化される。すなわち、予
め帯電装置９０によって感光体６４は一様に帯電され、
その感光体６４にレーザー光の露光によって露光部位に
潜像が形成される。このように感光体６４に形成された
潜像が現像装置９２によって紙やフィルム等の複写材料
に可視化される。

【００７４】図６に示すように、本実施の形態の光走査
素子５０は、４つのレーザー光５２ ₁、５２₂、５
２₃、５２₄を射出する４スポット型の半導体レーザー
５２を備えている。この半導体レーザー５２の射出側に
は、薄膜光導波路５６が形成された単結晶導電性の基板
５４が設けられている。

【００７５】薄膜光導波路５６のレーザー光５２₁〜５
２₄の入射側には、入射されたレーザー光５２₁〜５２
₄の各々を（幅Ｄ＝１６ｍｍに）コリメートするための
モードインデックス・レンズ５８₁〜５８₄がレーザー
光５２₁〜５２₄の各々に対応して設けられている。こ
の薄膜光導波路５６上にはプリズム型の４つの電極アレ
ー６０₁〜６０₄がレーザー光５２₁〜５２₄の各々に
対応して設けられている。薄膜光導波路５６のレーザー
光の進行方向の下流側には、レーザー光の各々を薄膜光
導波路５６外へ射出するためのグレーティング６２₁〜
６２₄がレーザー光５２₁〜５２₄の各々に対応して設
けられている。

【００７６】このグレーティング６２₁〜６２₄の各々
は同一の射出角でレーザー光の各々を薄膜光導波路５６
外へ射出するように形成されると共に、レーザー光の進
行方向について所定間隔を隔てて配置される。上記光走
査素子５０は、次のようにして作製される。なお、ここ
では説明を簡単にするため、各部材の添え字を付せず符
号のみを付して説明する。まず、所定の縦横の長さを有
する、抵抗率が５ｍΩ・ｃｍ〜５００ｍΩ・ｃｍ程度の
ＮｂドープＳｒＴｉＯ₃（１００）単結晶導電性の基板
５４上へエピタキシャルＰＬＺＴ（１２／４０／６０）
薄膜光導波路５６を成長させる。この薄膜光導波路５６
における、厚さ６００ｎｍのＰＬＺＴ層はゾルゲル法を
用いた固相エピタキシャル成長によって次のようにして
作製する。まず、無水酢酸鉛Ｐｂ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂、
ランタン・イソプロポキシドＬａ（Ｏ-iso- Ｃ₃Ｈ₇）
₃、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ-iso- Ｃ
₃Ｈ₇）₄、およびチタン・イソプロポキシドＴｉ（Ｏ
-iso- Ｃ₃Ｈ₇）₄を出発原料として、２−メトキシエ
タノールに溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間
の還流を行い、最終的にＰｂ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ
（１２／４０／６０）用前駆体溶液を得る。さらに、こ
の前駆体溶液を基板へスピンコーティングを行う。以上
の操作はすべてＮ₂雰囲気中にて行う。次に、加湿Ｏ₂
雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３５０°Ｃに
て保持の後、６５０°Ｃに保持し、最後に電気炉の電源
を切り冷却する。これにより膜厚約１００ｎｍの第１層
目のＰＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長した。これを
さらに所定回（本実施の形態では５回）繰り返すことに
より総膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜が
得られる。結晶学的関係はＰＬＺＴ（１００）//Ｎｂ−
ＳｒＴｉＯ₃（１００）、面内方位ＰＬＺＴ［００１］
//Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ₃［００１］の構造が得られる。

【００７７】このＰＬＺＴ薄膜光導波路５６の上には抵
抗率が約１ｍΩ・ｃｍ、膜厚が約１００ｎｍのＩＴＯ透
明導電性酸化物薄膜によるプリズム型の４つの電極アレ
ー６０を作製する。光源は波長７８０ｎｍ、各ビームが
２０ｍＷの出力の４スポット・レーザー・ダイオード・
アレイである半導体レーザー５２を薄膜光導波路５６端
面へ直接固定してバット・カップリングを行う。

【００７８】また、偏向された各光ビームを光導波路外
へ射出するためのグレーティング６２は、各々が光の進
行方向に所定間隔を隔てて配置され、略同一の射出角を
有するイオン・ミリングによって作製された回折格子よ
り形成される。

【００７９】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光走査素子５０では、半導体レーザ
ー５２において４つのレーザー光が射出され、薄膜光導
波路５６に入射される。このＰＬＺＴ薄膜光導波路５６
は、ＩＴＯ透明導電性酸化物薄膜、及びＮｂドープＳｒ
ＴｉＯ₃（１００）単結晶導電性の基板よりも屈折率が
高いため、半導体レーザー５２から射出されたレーザー
光の各々はＰＬＺＴ薄膜光導波路５６内に閉じ込められ
る。薄膜光導波路５６に入射された各レーザー光は、対
応するモードインデックス・レンズ５８によってコリメ
ートされ、グレーティング６２へ至り、各レーザー光は
薄膜光導波路５６外へ射出される。ここで、単結晶導電
性の基板５４は下部電極として機能し、この基板５４
と、薄膜光導波路５６上に設けられたＩＴＯ薄膜三角形
電極アレー６０との間に電圧を印加することによって、
上記説明したように薄膜光導波路５６は周期的なカー効
果による屈折率変化を生じ、進行するレーザー光が偏向
される。薄膜光導波路５６のレーザー光の進行方向の下
流側には、レーザー光の各々を薄膜光導波路５６外へ射
出するためのグレーティング６２₁〜６２₄がレーザー
光５２₁〜５２₄の各々に対応して設けられている。こ
の偏向されたレーザー光の各々は、所定間隔を隔てて設
けられたグレーティング６２によって、異なる部位、す
なわち、レーザー光の進行方向について所定間隔を隔て
た位置から略同一の射出角で薄膜光導波路５６外へ射出
される。

【００８０】このようにして偏向された各レーザー光は
グレーティング６２によって射出され、ｆθレンズ等の
集光光学系６６を介して感光体６４へ至り感光体６４を
露光する。この光走査素子５０における偏向を主走査
（図７の矢印Ｘ方向の走査）とし、各レーザー光につい
て同一の偏向を同時に行って、感光体６４の回転におけ
るレーザー光の移動による副走査（図７の矢印Ｙ方向の
走査）をすれば、感光体６４上では４ライン毎の同時走
査が行われる。

【００８１】なお、感光体６４は帯電装置９０によって
予め一様に帯電されており、同時走査が行われることに
よって感光体６４に潜像形成される。この同時走査が行
われた後の感光体６４に形成された潜像は現像装置９２
によって、紙やフィルム等の複写材料に可視化される。

【００８２】上記偏向されてグレーティング６２に到達
した各レーザー光は、略同一の射出角であると共に、レ
ーザー光の進行方向について所定間隔を隔てた異なる位
置から射出される。従って、光走査素子５０から射出さ
れるレーザー光は、同一方向に向けた略平行な４本のレ
ーザー光となる（図６）。これらのレーザー光は各々同
時に偏向（主走査）が可能であるので、同一方向に向け
た略平行な状態を維持したままの４本のレーザー光が光
走査素子５０から射出される。従って、複数本のレーザ
ー光を同時走査させ、感光体６４の画像面について数十
ミクロンの走査線の間隔を維持させてムラが生じないよ
うにするための、複雑な調整装置を設けることや微妙な
光軸調整をする必要がなく、集光光学系６６を介して感
光体６４へ集光させるのみで一定の走査線の間隔を維持
した走査をすることができる。

【００８３】本実施の形態の光走査素子５０の性能は、
レーザー・ドライバーの変調速度が３００Ｍｂｐｓとし
た場合、４ラインを同時に走査するために、みかけ変調
速度は１２００Ｍｂｐｓとなる。本発明者は、この条件
にて感光体を露光する実験を行い、１２００ｄｏｔ／ｉ
ｎｃｈの印字がＡ４サイズの用紙に毎分８０枚程度可能
になり、実用的な印字速度が実現される、という結果を
得た。

【００８４】また、レーザー光の光導波路へのカップリ
ング時の損失、光導波路中でのレーザー光の散乱などに
よる損失、光導波路からのレーザー光のアウトプット時
の損失等によって感光体上でのレーザー露光エネルギー
密度が低下するが、本実施の形態では、４つのレーザー
光を射出可能な半導体レーザーを用いているため、レー
ザー光の損失があってもシングル・ビーム・レーザーに
よる場合の４倍のレーザー露光エネルギー密度を得るこ
とが可能となり、感光体の露光に必要な感光体上でのレ
ーザー露光エネルギー密度を十分に得ることができる。
また、偏向された各レーザー光を光導波路外へ射出する
ためのグレーティングは同一の射出角でレーザー光を射
出するために各射出レーザー光間の位置精度を高くする
ことができる。

【００８５】ここで、本発明者は、比較例として、画像
形成装置に設けた光走査素子として、単一のＰＬＺＴ薄
膜光導波路及び２０ｍＷの出力のシングル・スポット・
レーザー・ダイオードをＰＬＺＴ薄膜光導波路端面へ直
接固定してカップリングを行ったものを実験した。入射
したビーム幅Ｄ＝１６ｍｍのレーザー光は上記実施の形
態と同様に偏向される。偏向の後、偏向された光ビーム
は光導波路外へ射出する目的のグレーティングによって
射出され、レンズなどの光学系を経て感光体をレーザー
走査露光する。本比較例の光走査素子の性能は、レーザ
ー・ドライバーの変調速度が３００Ｍｂｐｓであるため
に１２００ｄｏｔ／ｉｎｃｈの印字がＡ４サイズの用紙
に毎分２０枚が限界となる。また、レーザー光の光導波
路へのカップリング時の損失、光導波路中でのレーザー
光の散乱などによる損失、音響光学効果光偏向時の損
失、光導波路からのレーザー光の射出（アウトプット）
時の損失などによって積算すると約５０％のレーザー光
の損失が起こり、感光体の露光に必要な感光体上でのレ
ーザー露光エネルギー密度が十分に得られない、という
結果を得た。

【００８６】また、本発明者は、他の比較例として、図
８（１）に示すように、上記実施の形態と略同様の構成
であるが、図８（２）に示すように、４スポット・レー
ザー・ダイオード・アレイである半導体レーザー５２を
用いると共に、単一のグレーティング６２Ａを設けた光
走査素子５０を用いた実験を行った。

【００８７】この光走査素子５０は、半導体レーザー５
２をＰＬＺＴ薄膜光導波路端面へ直接固定してカップリ
ングを行う。入射したレーザー光は上記実施の形態と同
様に偏向される。図８（２）のように、偏向されたレー
ザー光は光導波路外へ射出する目的の単一のグレーティ
ング６２Ａによって射出され、レンズなどの光学系を経
て感光体をレーザー走査露光する。本比較例の素子の性
能は、４スポット・レーザー・ダイオード・アレイを用
いているにもかかわらず、レンズなどの光学系を経て感
光体を露光するレーザー走査は感光体ドラムの副走査方
向（図８の矢印Ｙ方向）の飛び越し走査、または４ライ
ン同時走査ができないため、シングル・スポット・レー
ザー・ダイオードを用いた際の性能と同様であり、レー
ザー・ドライバーの変調速度が３００Ｍｂｐｓであるた
めに１２００ｄｏｔ／ｉｎｃｈの印字がＡ４サイズの用
紙に毎分２０枚が限界となる、という結果を得た。

【００８８】次に、第２実施の形態を説明する。なお、
本実施の形態は、上記実施の形態と略同様の構成のた
め、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００８９】本実施の形態の光走査素子５１は次のよう
にして作製される。図９に示すように、絶縁性であるサ
ファイア（０００１）単結晶基板５５上へＲｆマグネト
ロン・スパッタリングによって抵抗率が約１ｍΩ・ｃｍ
の（０００１）高配向ＡｌドープＺｎＯ導電性薄膜５７
を成長させ、さらに（０００１）高配向ＬｉＮｂＯ₃薄
膜光導波路５９を成長させた。このＬｉＮｂＯ₃薄膜光
導波路５９へ２５個のプリズム形状の分極ドメイン反転
部分３１（図１０）を作製した後、このＬｉＮｂＯ₃薄
膜光導波路５９の上には約１００ｎｍの厚さで抵抗率が
約１ｍΩ・ｃｍのＩＴＯ透明導電性酸化物薄膜６１を作
製する。上記のＩＴＯ透明導電性酸化物薄膜６１は上部
電極として機能し、ＡｌドープＺｎＯ導電性薄膜５７は
下部電極として機能する。

【００９０】図１０に示すように、本実施の形態の光走
査素子５０は光源５３を備えており、光源５３は波長７
８０ｎｍ、出力２０ｍＷのデュアル・スポット・レーザ
ー・ダイオード・アレイを用いて２本のレーザー光を射
出すると共に、２つのレーザー光５３₁、５３₂を各々
（幅Ｄ＝１６ｍｍに）コリメートして射出する。この光
源５３の射出側には、上記のようにして作製された薄膜
光導波路５９が形成された基板５５が設けられている。

【００９１】薄膜光導波路５６のレーザー光の入射側に
は、光源から射出されたレーザー光５３₁、５３₂の各
々を光導波路５９内に導入するためのグレーティング６
５が設けられている。この薄膜光導波路５９のレーザー
光の進行方向の下流側には、レーザー光の各々を薄膜光
導波路５９外へ射出するためのグレーティング６３₁、
６３₂がレーザー光５３₁、５３₂の各々に対応して設
けられている。

【００９２】このグレーティング６３₁、６３₂の各々
は同一の射出角でレーザー光の各々を薄膜光導波路５９
外へ射出するように形成されると共に、レーザー光の進
行方向について所定間隔を隔てて配置される。

【００９３】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。光源５３から射出されコリメートされた２
本のレーザー光５３₁、５３₂は、ＬｉＮｂＯ₃薄膜光
導波路５９へグレーティング６５を介して導入される。
ＬｉＮｂＯ₃薄膜光導波路５９はＩＴＯ透明導電性酸化
物薄膜６１およびＡｌドープＺｎＯ導電性薄膜５７より
も屈折率が高いため、入射されたレーザー光の各々はＬ
ｉＮｂＯ₃薄膜光導波路５９内に閉じ込められる。入射
されたレーザー光の各々は、ＩＴＯ透明導電性酸化物薄
膜６１による上部電極とＡｌドープＺｎＯ導電性薄膜５
７による下部電極との間に電圧が印加されることにより
生じる電気光学効果（ポッケルス効果）によって前記プ
リズム形状のドメイン反転部分３１とそれ以外の部分に
おいて異なる屈折率が発生し偏向される。偏向されたレ
ーザー光の各々はレーザー光の進行方向に所定の間隔を
もって配置された各レーザー光に対応して配置されたグ
レーティング６３によって、光導波路５９外へ射出され
る。

【００９４】このようにして偏向された各レーザー光は
グレーティング６３によって射出され、ｆθレンズ等の
集光光学系６６を介して感光体６４へ至り感光体６４を
露光する。この光走査素子５１における偏向を主走査と
し、各レーザー光について同一の偏向を同時に行って、
感光体６４の回転におけるレーザー光の移動による副走
査をすれば、感光体６４上では２ライン毎の同時走査
（飛び越し走査）が行われる。

【００９５】上記偏向されてグレーティング６３に到達
した各レーザー光は、略同一の射出角であると共に、レ
ーザー光の進行方向について所定間隔を隔てた異なる位
置から射出される。従って、光走査素子５１から射出さ
れるレーザー光は、同一方向に向けた略平行な２本のレ
ーザー光となる（図１０）。これらのレーザー光は各々
同時に偏向（主走査）が可能であるので、同一方向に向
けた略平行な状態を維持したままの２本のレーザー光が
光走査素子５１から射出される。従って、複雑な調整装
置を設けることや微妙な光軸調整をする必要がなく、集
光光学系６６を介して感光体６４へ集光させるのみで一
定の走査線の間隔を維持した走査をすることができる。

【００９６】次に、第３実施の形態を説明する。本実施
の形態は上記実施の形態と略同様の構成のため、同一部
分には同一符号を付し詳細な説明を省略する。

【００９７】本実施の形態の光走査素子７０は次のよう
にして作製される。図１１に示すように、ＬｉＮｂＯ₃
単結晶基板７４へＴｉを拡散することによって作製した
光導波路７６を用いる。このＬｉＮｂＯ₃薄膜光導波路
７６へ２５個のプリズム形状の分極ドメイン反転部分７
２を作製した後、このＬｉＮｂＯ₃薄膜光導波路７６上
には上部電極として機能する、約１００ｎｍの厚さで抵
抗率が約１ｍΩ・ｃｍのＩＴＯ透明導電性酸化物薄膜８
０を作製し、ＬｉＮｂＯ₃単結晶基板７４の下面には下
部電極として機能するＡｌ電極８１を作製する。

【００９８】また、光走査素子７０は光源４４を備えて
おり、光源４４は４スポット型の半導体レーザー５２を
備え、４本のレーザー光を射出すると共に４本のレーザ
ー光４４₁〜４４₄を各々（幅Ｄ＝１６ｍｍに）コリメ
ートして射出する。この光源４４の射出側には、上記の
ようにして作製された薄膜光導波路７６が形成された基
板７４が設けられている。

【００９９】薄膜光導波路７６のレーザー光の入射側に
は、光源から射出されたレーザー光４４₁〜４４₄の各
々を光導波路７６内に導入するためのプリズム・カップ
リング７８が設けられている。この薄膜光導波路７６の
レーザー光の進行方向の下流側には、レーザー光の各々
を薄膜光導波路７６外へ射出するためのグレーティング
８２₁〜８２₄がレーザー光４４₁〜４４₄の各々に対
応して設けられている。

【０１００】これらのグレーティング８２₁〜８２₄の
各々は、レーザー光の進行方向について等間隔で配置さ
れると共に、異なる射出角でレーザー光の各々を薄膜光
導波路７６外へ射出するように形成されている。すなわ
ち、グレーティング８２₁〜８２₄の各々は、レーザー
光の進行方向に同一の距離を隔てて配置され、異なる射
出角度を有するように、Ｔｉを蒸着後パターンニング
し、さらに酸化させることによって作製した格子周期の
異なるＴｉＯ２回折格子より形成される。

【０１０１】なお、グレーティング８２₁〜８２₄の各
々による射出角は、隣合うグレーティングの射出角の角
度差が等角度差に設定することが好ましい。また、複数
のグレーティングを設けた場合に、射出角をランダムに
設定する場合には、射出角を大きい順に並べ、その大き
さ順に従う隣合うグレーティングの射出角の角度差が等
角度差に設定することが好ましい。

【０１０２】次に、本実施の形態の画像形成装置の作動
を説明する。まず、光走査素子７０では、４つのレーザ
ー・ダイオードから射出されかつコリメートされたレー
ザー光が光源４４から射出される。この光源４４から射
出されたレーザー光は、プリズム・カップリング７８に
よって光導波路７６内へ導入される。光導波路７６に入
射された各レーザー光は、対応するグレーティング８２
へ至り、各レーザー光は光導波路７６外へ射出される。
ここで、入射されたレーザー光の各々はプリズム形状の
ドメイン反転部分７２とそれ以外の部分においてポッケ
ルス効果によって異なる屈折率が発生して偏向され、偏
向されたレーザー光は、各レーザー光に対応するグレー
ティング８２に至る。光導波路７６のレーザー光の進行
方向の下流側には、レーザー光の各々を光導波路７６外
へ射出するためのグレーティング８２₁〜８２₄がレー
ザー光４４₁〜４４₄の各々に対応して設けられてい
る。この偏向されたレーザー光の各々は、所定間隔を隔
てて設けられたグレーティング８２によって、異なる射
出角、すなわち、レーザー光の進行方向について略一致
した位置から異なる射出角で光導波路７６外へ射出され
る。

【０１０３】上記偏向された各レーザー光はグレーティ
ング８２によって射出され、図１２（１）、（２）に示
すように、ｆθレンズ等の集光光学系６６を介して感光
体６４へ至り感光体６４を露光する。この光走査素子７
０における偏向を主走査（図１２（１）の矢印Ｘ方向の
走査）とし、各レーザー光について同一の偏向を同時に
行って、感光体６４の回転におけるレーザー光の移動に
よる副走査（図１２（１）の矢印Ｙ方向の走査）をすれ
ば、感光体６４上では４ライン毎の同時走査が行われ
る。

【０１０４】上記偏向されてグレーティング８２に到達
した各レーザー光は、レーザー光の進行方向と直交する
方向に並んだ位置であると共に、各々異なる射出角で射
出される。従って、光走査素子７０から射出されるレー
ザー光は、異なる方向に向けられた４本のレーザー光と
なる（図１１）。従って、感光体６４上には、この異な
る射出角に応じた位置にスポットが形成される。これら
のレーザー光は各々同時に偏向（主走査）が可能である
ので、感光体６４上において副走査方向に所定間隔ずれ
たレーザー光が集光され、この状態を維持したままの４
本のレーザー光が走査される。従って、複数本のレーザ
ー光を同時走査させ、感光体６４の画像面について数十
ミクロンの走査線の間隔を維持させてムラが生じないよ
うにするための、複雑な調整装置を設けることや微妙な
光軸調整をする必要がなく、集光光学系６６を介して感
光体６４へ集光させるのみで一定の走査線の間隔を維
持した走査をすることができる。

【０１０５】本実施の形態では、光導波路内を進行する
レーザー光を光導波路外へ射出するためのグレーティン
グを、レーザー光の進行方向の垂直方向について同一の
位置に配置されるために素子の小型化を図ることができ
る。

【０１０６】以上説明したように上記実施の形態の光導
波路型の光走査素子は、同時に複数のレーザー光を同時
走査または飛び越し走査することができるので、レーザ
ー・ドライバーの変調速度の限界によるレーザー記録速
度の上限の問題を解決し、レーザー・プリンター、デジ
タル複写機、ファクシミリなどに利用範囲を拡大させる
ことができる。

【０１０７】また、複数のレーザー光を射出可能な半導
体レーザーを備えた光源を用いることにより、同時に光
導波路へのカップリング時の損失、光導波路中でのレー
ザー光の散乱などによる損失、光導波路からのレーザー
光のアウトプット時の損失などによって感光体上でのレ
ーザー露光エネルギー密度が低下する問題を解決するこ
とができる。

【０１０８】さらに、偏向された各レーザー光を光導波
路外へ射出するためのグレーティング等の射出手段とし
て、異なる射出角を有する複数の射出手段を入射された
レーザー光の進行方向の垂直方向について同一の位置に
配置するときには、光走査素子の小型化を図ることがで
きる。また、同一の射出角を有し、光の進行方向に所定
間隔を隔てて配置したときには、各射出されたレーザー
光間の位置精度を向上させることができる。

【０１０９】また、画像形成装置は、上記光走査素子を
感光体を露光するための露光手段として用いることによ
り、極めて高い走査速度で、むらなく、画像を形成させ
ることができる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明の光走査装置では、入射された複
数の光ビームの各々を対応する偏向手段で偏向し、この
偏向手段の各々に対応した射出手段から光ビームが射出
される。このため、偏向手段の各々で偏向された複数の
光ビームが、対応する射出手段の各々によって光導波路
から射出され、、複雑な調整をすることなく、各々偏向
された複数の光ビームを光走査素子から容易に得ること
ができる。

【０１１１】また、光源として、複数の光ビームを発振
するレーザー・アレイを用いることによって、入射時点
における入射光軸等の複雑な調整をすることなく、容易
に光導波路内へ複数の光ビームを入射させることができ
る。また、複数の光ビームを発振するレーザー・アレイ
を用いることによって、光導波路へのカップリング時の
損失、光導波路中でのレーザー光の散乱などによる損
失、光導波路からのレーザー光の射出時の損失等を軽減
することができ、感光体上におけるレーザー光のエネル
ギー密度の低下を抑制することができる。

【０１１２】複数の射出手段を、入射された光ビームの
進行方向について入射された位置から略同一の距離を隔
てた位置に配置され、各々異なる射出角で前記光ビーム
を射出するように設けることによって、光走査素子から
射出される光ビームは異なる向きで射出されることにな
り、射出された時点で各光ビームが向きによって分離さ
れ、各光ビーム毎に用いることが容易となる。この場
合、複数の射出手段が３つ以上の射出手段からなるとき
は、射出角を大きさ順に並べたとき隣り合う射出角の角
度差が略一致するように設定することによって、光走査
素子から射出される複数の光ビームは、等角度の間隔で
射出されることになり、射出角の振れ方向に均一に分布
して射出することができる。さらに、複数の射出手段は
入射された位置から略同一の距離を隔てた位置に配置さ
れるので、光走査素子の小型化を図ることができる。

【０１１３】また、複数の射出手段を、入射された光ビ
ームの進行方向について入射された位置から異なる距離
を隔てた位置に配置し、各々略同一の射出角で光ビーム
を射出するようにすることによって、射出された時点で
各光ビームは略同一の向きで射出されると共に、射出位
置によって分離され、各光ビーム毎に用いることが容易
となる。

【０１１４】また、３つ以上の射出手段からなる場合
は、各々の位置を光ビームの進行方向について等間隔と
なるように設定することによって、射出された時点で各
光ビームは略同一の向きで射出されると共に、射出位置
によって分離され、射出方向に均一に分布させることが
できる。従って、各射出されたレーザー光間の位置精度
を向上させることができる。

【０１１５】本発明の画像形成装置は、上記光走査素子
を感光体を露光するための露光手段として用いることに
より、光走査素子を高精度で位置決めするための光軸調
整をすることなく、画像面について走査線を所定間隔を
維持させてながらムラが生じないように、極めて高い走
査速度で、複数の光ビームの同時走査または複数を選択
的に走査させて、画像を形成させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気光学効果によるブラッグ回折を説明するた
めの説明図である。

【図２】電気光学効果による全反射を説明するための説
明図である。

【図３】プリズム型偏向素子の概念構成図である。

【図４】光導波路型プリズム走査素子を示す上面図であ
る。

【図５】光導波路型プリズム走査素子を示す断面図であ
る。

【図６】第１実施の形態にかかる４スポット半導体レー
ザーを用いた光走査素子を示す概略図である。

【図７】第１実施の形態にかかる光走査素子による画像
形成装置を示す概略構成図である。

【図８】比較例の光走査素子による画像形成装置を示す
概略構成図である。

【図９】第２実施の形態にかかる光走査素子を示す概略
図である。

【図１０】第２実施の形態にかかる光走査素子による画
像形成装置を示す概略構成図である。

【図１１】第３実施の形態にかかる光走査素子を示す概
略図である。

【図１２】第３実施の形態にかかる光走査素子による画
像形成装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

４８画像形成装置５０光走査素子５２半導体レーザー５４基板５６光導波路６２グレーティング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜で形成された光導波路と、前記光導波路内に複数の光ビームを入射させる光源と、前記複数の光ビームに対応して設けられると共に、各々
入力信号に応じて前記光導波路に対して屈折率を変化さ
せ当該屈折率の変化により回折を生じさせる電気光学効
果によって前記光ビームの各々を偏向させる複数の偏向
手段と、前記複数の偏向手段に対応して設けられると共に、各々
偏向された光ビームを前記光導波路から射出させる複数
の射出手段と、を備えた光走査素子。
【請求項２】前記複数の偏向手段の各々は、互いに平
行でない二辺を有するプリズム形状の分極ドメイン反転
領域が前記光導波路に設定されると共に、前記光導波路
を挟持する複数の電極を備え、複数の電極間に電圧を印
加することにより前記プリズム形状の分極ドメイン反転
領域とそれ以外の領域において異なる屈折率を発生させ
ることによって屈折率を変化させること、または、前記
光導波路を挟持しかつ互いに平行でない二辺を有するプ
リズム形状パターンを有する複数の電極を備え、複数の
電極間に電圧を印加することにより電極パターンに対応
する異なる屈折率を有する領域を発生させることによっ
て屈折率を変化させることを特徴とする請求項１記載の
光走査素子。
【請求項３】前記光源は、単一の基板上に形成される
と共に、複数の光ビームを発振するレーザー・アレイで
あることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査
素子。
【請求項４】前記複数の射出手段は、入射された光ビ
ームの進行方向について入射された位置から略同一の距
離を隔てた位置に配置され、各々異なる射出角で前記光
ビームを射出することを特徴とする請求項１乃至請求項
３の何れか１項に記載の光走査素子。
【請求項５】前記複数の射出手段が３つ以上の射出手
段からなる場合は、射出角を大きさ順に並べたとき隣り
合う射出角の角度差が略一致するように設定することを
特徴とする請求項４記載の光走査素子。
【請求項６】前記複数の射出手段は、入射された光ビ
ームの進行方向について入射された位置から異なる距離
を隔てた位置に配置され、各々略同一の射出角で光ビー
ムを射出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の
何れか１項に記載の光走査素子。
【請求項７】前記複数の射出手段が３つ以上の射出手
段からなる場合は、前記異なる距離を隔てた各々の位置
を、前記光ビームの進行方向について等間隔となるよう
に設定することを特徴とする請求項６記載の光走査素
子。
【請求項８】前記射出手段は、グレーティングまたは
プリズムで構成することを特徴とする請求項１乃至請求
項７の何れか１項に記載の光走査素子。
【請求項９】画像を形成するための感光体と、前記感
光体を一様に帯電する帯電手段と、前記感光体に光を照
射して潜像を形成する露光手段と、前記潜像を可視化す
る現像手段とを備えた画像形成装置において、前記露光手段は、薄膜で形成された薄膜光導波路と、該薄膜光導波路に複数の光ビームを入射させる光源と、前記複数の光ビームに対応して設けられると共に、各々
入力信号に応じて前記光導波路に対して屈折率を変化さ
せ当該屈折率の変化により回折を生じさせる電気光学効
果によって入射された光ビームを偏向させる複数の偏向
手段と、前記複数の偏向手段に対応して設けられると共に、各々
偏向された光ビームを前記光導波路から射出させる複数
の射出手段と、から構成したことを特徴とする画像形成装置。