JPH02208067A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JPH02208067A
JPH02208067A JP1027826A JP2782689A JPH02208067A JP H02208067 A JPH02208067 A JP H02208067A JP 1027826 A JP1027826 A JP 1027826A JP 2782689 A JP2782689 A JP 2782689A JP H02208067 A JPH02208067 A JP H02208067A
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幸久 楠田
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刀根 潔
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、光プリンタなどに使用される光走査装置に間
し、特に高精細な光走査を実現出来る光走査装置に間す
る。
【従来の技術】
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・ン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
″′T′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  r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6(1)のある形
を採用し、これを抵抗等RL、  R1を介して接続し
ておく、このようなネットワークのもとてクロックライ
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 ρ167〜169)。 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@  pnp
n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1θ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。この接続のもとて例えば転送りロック
φ3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G@の電位は零ボルト近くまで弓
き下げられる*  V(IKを一定とするとRt、  
R+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VVONI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VONI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のラインに加ねえ、φ3
をローレベルにすると、■(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。
【発明が解決しようとする課題】
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ツ
チ化、すなわち高精細化は困難となる。
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
ので、しきい電流もしくはしきい電圧を制御するための
制御電極を有する発光素子を多数個、一次元、二次元、
もしくは三次元的に配列し、各発光素子の制御電極を、
近傍に位置する少なくとも2つの発光素子の制御電極と
互いに電気的手段にて接続した光走査H置であって、各
々の発光素子に、各発光素子から発した光の出射方向を
制御できる光偏向素子を設けた光走査装置である。 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。
【作用】
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
光偏向素子りを多数一次元に配列し、発光素子T(1)
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幅光素子D
(0)が偏向動作を開始するように制御し、光幅光素子
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)を発光させかつ光幅光素
子口(1)の動作を開始させる。このとき上記の終点x
lに当たる光スポットの位置と光幅光素子D(1)の偏
向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。さらに光偏向素子00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門であれば、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】
実施例−1 AIGaAs/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村
き半導体レーザの一例がElectronics Le
tters、23巻、 I)、361 (+987)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0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
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、画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7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8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R1はダイオードに置き換えてもよい、先発間
(特願昭63−164353 r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AIGBAs/GaAs系で構成したレー
ザサイリスタアレイ部分く第3図中X−X’)、第5図
は光偏向素子部分(第3図中’/−V’)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て共通とした。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lに適当なn−GaAsバッファ層を形成しく図で
は省略されている)、つい”&n・AlGaAs層2、
 p・AlGaAs層3、 ノンドープGaAsps4
、n”AI GaAs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がクラット層である0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・Al
GaAs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図舎照)はドライエツチング
法などで形成するが、他の端面17は常開法によっても
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拳AlG
aAs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llはレーザ部分同
様に上層を除去して露出させたn−AlGaAs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、画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900n*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AlGa1n
Pを用いれば600na+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(+)にクロックパルス
をφ2、φ3、φ1のラインに第6図のタイミングで鴫
に印加してONとし、φ1のラインからレーザの駆動電
流1丁を供給して点灯、走査する。光偏向素子0(−1
)、0(の、0(1)の二つ一絹のサイリスタDI(−
1)、D2(−1)、DI(0)、D 2 (0)、D
I(+)、02(+)ニは第6ryI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
パルスなφ1′、φ1゛ゝ φ2、φ2°′ φ3′、
φ31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[)l(0)、[12(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φ−φ I+から対称なラ
ンプ電流+01、+02がDi(0)、02(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D I (0)、02(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DI(+)、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Wで屈折率を制御する
タイプを探用した。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〜+93) 、  半導体
の場合、電気光学効果だけでなくフランツ−ケルデイツ
シュ効果、あるいは童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
が容易に類推される。第12図にその構成例をボす。こ
れは、n形GaAs層基板l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f529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絹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のものと同一素子でよく
、素子の配置も実施f’t41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
ーの消買が少なく、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0例えば光導波層は瞳子井戸層とし
てもよい、ただしこの場合レーザサイリスタも童子井戸
レーザとする方が作製プロセスが容具になる。 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、光幅光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。
【発明の効果】
本発明によれば、発光素子に光偏向素子を付加したため
、発光素子アレイだけによる光走査装置に比へ、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。
【図面の簡単な説明】
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図は先発病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1O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、  0 光偏向素子、 φ、φ2、φ1 クロックライン 発光素子駆動電流、 D 光偏向素子駆動電流、 VGK  ゲート電圧用電源 n形GaAs基板、     2,5.22  n形A
IGaAsJ’!、3.24  p形AlGaAs層、 6 p形AIGaAsFj、 27 、28 、29 、35  電極9 抵抗層、 11ゲート電極コンタク 12  分離溝、 14  発光素子出射光、 16、IT  レーザ端面 4 ノンドープGaAs層、 25  p形GaAs層、 8.10.26  絶縁膜、 10  抵抗層、 ト、 13  リッジ 15  偏向光ビーム 第1図 第2図 時間 第 図 第 図 第 図 第 図 電圧□ 第10図 第11 図 第12図 29電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)しきい電流もしくはしきい電圧を制御するための
    制御電極を有する発光素子を多数個、一次元、二次元、
    もしくは三次元的に配列し、各発光素子の制御電極を、
    近傍に位置する少なくとも2つの発光素子の制御電極と
    互いに電気的手段にて接続した光走査装置であって、各
    々の発光素子に、各発光素子から発した光の出射方向を
    制御できる光偏向素子を設けたことを特徴とする光走査
    装置。
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