JPH03196023A - 一次元可変焦点素子及び同素子を用いた光ビーム走査装置 - Google Patents
一次元可変焦点素子及び同素子を用いた光ビーム走査装置Info
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- JPH03196023A JPH03196023A JP1335084A JP33508489A JPH03196023A JP H03196023 A JPH03196023 A JP H03196023A JP 1335084 A JP1335084 A JP 1335084A JP 33508489 A JP33508489 A JP 33508489A JP H03196023 A JPH03196023 A JP H03196023A
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- H04N1/40037—Circuits exciting or modulating particular heads for reproducing continuous tone value scales the reproducing element being a laser
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- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
- G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing
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。
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、電気的な手法で焦点を変化させることのでき
る一次元可変焦点素子と、同素子を用いたビーム径可変
な光ビーム走査装置に関する。
る一次元可変焦点素子と、同素子を用いたビーム径可変
な光ビーム走査装置に関する。
従来、レーザ・プリンタのレーザ光用のレンズの焦点距
離を変えるには、組み合せレンズの相互のレンズ間隔を
変えたり、また、別の光学素子を挿入するなど、機械的
な方法が採用されていた。
離を変えるには、組み合せレンズの相互のレンズ間隔を
変えたり、また、別の光学素子を挿入するなど、機械的
な方法が採用されていた。
このような機械的な方法では、焦点を変化させるのに必
要な時間を、ｍＳ（ミリ秒）以下にするのは事実上不可
能であった。しかしながら、高速に焦点距離を変える技
術が、光ディスク、中間調表現のレーザ・プリンタで必
要となってきた。
要な時間を、ｍＳ（ミリ秒）以下にするのは事実上不可
能であった。しかしながら、高速に焦点距離を変える技
術が、光ディスク、中間調表現のレーザ・プリンタで必
要となってきた。
なお、この種の従来技術が記載されている文献として、
有水、他著「超高速レーザビーム・プリンタの光学系」
、テクニカル ダイジェスト オン コンファレンス
オン レーザ アンド エレクトロ−オプティカル シ
ステムズ（Ａｒｉｍｏｔ。
有水、他著「超高速レーザビーム・プリンタの光学系」
、テクニカル ダイジェスト オン コンファレンス
オン レーザ アンド エレクトロ−オプティカル シ
ステムズ（Ａｒｉｍｏｔ。
ｅｔ ａｌ、 ”０ｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ
ａｎ ｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｐｅｅｄＬａｓｅｒｂｅ
ａｍ ｐｒｉｎｔｅｒ”、Ｔｅｃｈ Ｄｉｇｅｓｔ ｏ
ｆ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ−ｃｅ ｏｎ Ｌａ５ｅｒ ａｎ
ｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ
、”ＣＬＥＯＳ’８０． Ｐ、７６、−ＷＩＩ２（１９
８０）、がある。
ａｎ ｕｌｔｒａｈｉｇｈｓｐｅｅｄＬａｓｅｒｂｅ
ａｍ ｐｒｉｎｔｅｒ”、Ｔｅｃｈ Ｄｉｇｅｓｔ ｏ
ｆ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ−ｃｅ ｏｎ Ｌａ５ｅｒ ａｎ
ｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ
、”ＣＬＥＯＳ’８０． Ｐ、７６、−ＷＩＩ２（１９
８０）、がある。
高精細で中間調を表示しようとするレーザ・プリンタ装
置では、高速でビーム径を像面上で変えることのできる
技術が必要となってくる。
置では、高速でビーム径を像面上で変えることのできる
技術が必要となってくる。
本発明の目的は、上記要求に沿って、レンズの光軸上で
の焦点位置を、電気的な手法で可変に制御することので
きる一次元可変焦点素子と、同素子を用いた、高精細中
間変調表示可能な光ビーム走査装置を提供することにあ
る。
の焦点位置を、電気的な手法で可変に制御することので
きる一次元可変焦点素子と、同素子を用いた、高精細中
間変調表示可能な光ビーム走査装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明においては、薄膜光
導波路の薄膜上に入射光の向きに沿って複数本の短冊状
の電極を等間隔に配置し、中心からｍ本目の電極の長さ
Ω、を、Ｌを中心電極の長さ。
導波路の薄膜上に入射光の向きに沿って複数本の短冊状
の電極を等間隔に配置し、中心からｍ本目の電極の長さ
Ω、を、Ｌを中心電極の長さ。
ａを定数として、Ｑｗａ＝Ｌ−ａｍ”あるいはΩ、＝Ｌ
＋ａｍ”となるように決め、各電極相互間に印加する電
圧を制御することにより薄膜の屈折率を変えて焦点位置
を可変とした一次元可変焦点素子とする。
＋ａｍ”となるように決め、各電極相互間に印加する電
圧を制御することにより薄膜の屈折率を変えて焦点位置
を可変とした一次元可変焦点素子とする。
また、請求項２においては、上記の一次元可変焦点素子
と、光偏向器と、結像レンズを具備する光ビーム走査装
置において、光偏向方向と直交する方向に一次元可変焦
点素子が作用するように配置した構成とする。
と、光偏向器と、結像レンズを具備する光ビーム走査装
置において、光偏向方向と直交する方向に一次元可変焦
点素子が作用するように配置した構成とする。
本発明による一次元可変焦点素子の作用を第１図に示す
斜視図により説明する。電気光学結晶であるＬ ｉ Ｎ
ｂ Ｏ，基板１上に、Ｔｉを拡散して屈折率を周囲よ
り高めた薄膜２を厚さ約１μｍ形成して光導波路を構成
する。３は可変焦点素子用の電極であり、薄膜２上に、
例えば半導体レーザ４からの、入射光の向きに沿って複
数本１等間隔に配置される。
斜視図により説明する。電気光学結晶であるＬ ｉ Ｎ
ｂ Ｏ，基板１上に、Ｔｉを拡散して屈折率を周囲よ
り高めた薄膜２を厚さ約１μｍ形成して光導波路を構成
する。３は可変焦点素子用の電極であり、薄膜２上に、
例えば半導体レーザ４からの、入射光の向きに沿って複
数本１等間隔に配置される。
電極部の詳細を第２図に示す、第２図において、複数本
（第２図では７本）の短冊状の電極が等間隔に配置され
、Ｌを中心電極の長さ、ａを定数として、中心からｍ本
目の電極の長さｌｍを、Ｑ、＝Ｌ −ａ ｍ”となるよ
うに、各電極の長さを形成する。各電極相互間に電圧値
Ｖの直流電圧を加えた時に、薄膜２にΔｎの屈折率変化
があると、各電極を通る光束は、中心電極を通った光束
に対してａｍ”・Δｎの光路差を生じ、第３図に示すよ
うに、２次曲線５にほぼ沿った光路差変化、つまり出射
光の光位相分布、４が生じる。これは、一般のレンズを
光が通ったとき、レンズ中央を通る光線とレンズ内周辺
部を通る光線とで生じる、屈折率変化の分布と同じにな
る。ここで、電圧値Ｖと屈折率変化Δｎとの間に比例関
係ｖｏ：Δｎがあると、光路差が、印加電圧Ｖを制御す
ることによって変えられ、これは即ち、焦点が変えられ
ることを意味する。
（第２図では７本）の短冊状の電極が等間隔に配置され
、Ｌを中心電極の長さ、ａを定数として、中心からｍ本
目の電極の長さｌｍを、Ｑ、＝Ｌ −ａ ｍ”となるよ
うに、各電極の長さを形成する。各電極相互間に電圧値
Ｖの直流電圧を加えた時に、薄膜２にΔｎの屈折率変化
があると、各電極を通る光束は、中心電極を通った光束
に対してａｍ”・Δｎの光路差を生じ、第３図に示すよ
うに、２次曲線５にほぼ沿った光路差変化、つまり出射
光の光位相分布、４が生じる。これは、一般のレンズを
光が通ったとき、レンズ中央を通る光線とレンズ内周辺
部を通る光線とで生じる、屈折率変化の分布と同じにな
る。ここで、電圧値Ｖと屈折率変化Δｎとの間に比例関
係ｖｏ：Δｎがあると、光路差が、印加電圧Ｖを制御す
ることによって変えられ、これは即ち、焦点が変えられ
ることを意味する。
上記第２図では、中心電極の長さしを最も長く、光軸か
ら外側の電極はど順次短くした場合について述べたが、
第４図に示すように、逆に外側の電極はど順次、電極の
長さを長くして１ｍ本本目電極の長さＱＩＩをΩｍ＝
Ｌ ＋ ａ ｍ”となるように決めても、同様にレンズ
作用を行わせることができる。
ら外側の電極はど順次短くした場合について述べたが、
第４図に示すように、逆に外側の電極はど順次、電極の
長さを長くして１ｍ本本目電極の長さＱＩＩをΩｍ＝
Ｌ ＋ ａ ｍ”となるように決めても、同様にレンズ
作用を行わせることができる。
ただし、この場合は光路差は、第２図の場合とは逆符号
となり、第２図電極構成で凸レンズができるとすれば、
第４図電極構成では凹レンズができることになる。
となり、第２図電極構成で凸レンズができるとすれば、
第４図電極構成では凹レンズができることになる。
次に２本発明の請求項２に対応する１本素子を用いた光
ビーム走査装置について述べる。
ビーム走査装置について述べる。
中間調表示を、ドツトを用いた２値化媒体で実現するに
は、面積変調を行うのが一般的である。
は、面積変調を行うのが一般的である。
即ち、ある単位面積を考えて、第５図のように、暗い部
分６は、黒い部分を面積的に大きく、明るい部分７は、
黒い部分を面積的に小さくすることが行われている。レ
ーザ・プリンタのようなドツトで表現する場合には、第
６図のように、明暗に応じて黒いドツト８をしきつめて
行く動作が必要となる。しかし、このような方法では、
高分解で高階調な中間調を表示する時には、小さいドツ
トを高速走査させることが必要になる。そのためには１
回転多面鏡の回転数の増大、レーザ変調周波数の極端な
増加をもたらす。
分６は、黒い部分を面積的に大きく、明るい部分７は、
黒い部分を面積的に小さくすることが行われている。レ
ーザ・プリンタのようなドツトで表現する場合には、第
６図のように、明暗に応じて黒いドツト８をしきつめて
行く動作が必要となる。しかし、このような方法では、
高分解で高階調な中間調を表示する時には、小さいドツ
トを高速走査させることが必要になる。そのためには１
回転多面鏡の回転数の増大、レーザ変調周波数の極端な
増加をもたらす。
ここでは、本発明の請求項１の一次元可変焦点素子を用
いることにより、上記問題点が解決できることを示す。
いることにより、上記問題点が解決できることを示す。
第７図は、光ビーム走査装置として、レーザ・プリンタ
に本可変焦点素子を適用した一実施例の（ａ）側面図と
（ｂ）上面図を示す６レーザ４から入射したレーザ光を
、薄膜レンズ９を介して可変焦点素子１１の電極３を通
し、走査光学系に導く。この際、本素子は一次元にしか
焦点の移動を生じないので、本素子の作用する方向を、
走査レンズ１４による光偏向方向と直交する方向に、つ
まり紙送り方向と一致する方向になるように配置する。
に本可変焦点素子を適用した一実施例の（ａ）側面図と
（ｂ）上面図を示す６レーザ４から入射したレーザ光を
、薄膜レンズ９を介して可変焦点素子１１の電極３を通
し、走査光学系に導く。この際、本素子は一次元にしか
焦点の移動を生じないので、本素子の作用する方向を、
走査レンズ１４による光偏向方向と直交する方向に、つ
まり紙送り方向と一致する方向になるように配置する。
まず、レーザ・プリンタの通常の印字動作について述べ
る。従来の通常の印字動作を行うレーザ・プリンタでは
、第７図の可変焦点素子１１の代りに、レーザ光をホス
ト・コンピュータからの印字情報に応じた点滅信号に変
調する光変調器１例えば超音波光変調器が配置され、こ
の光点滅信号が。
る。従来の通常の印字動作を行うレーザ・プリンタでは
、第７図の可変焦点素子１１の代りに、レーザ光をホス
ト・コンピュータからの印字情報に応じた点滅信号に変
調する光変調器１例えば超音波光変調器が配置され、こ
の光点滅信号が。
回転多面ｊ１１３により感光ドラム１５上に走査される
。このとき、ドラム上を一定速度で走査線１６上を走査
させるために、特殊の走査レンズ１４が使用される。印
字像の解像度は、ドラムに照射されるビーム径に依存す
る。この後の印写過程は、一般の電子写真方式の複写機
と同じである。
。このとき、ドラム上を一定速度で走査線１６上を走査
させるために、特殊の走査レンズ１４が使用される。印
字像の解像度は、ドラムに照射されるビーム径に依存す
る。この後の印写過程は、一般の電子写真方式の複写機
と同じである。
即ち、表面全体を帯電させた感光ドラムに光が照射され
ると、その部分だけ光導電効果により電荷が失なわれ、
潜像として書き込まれる。この潜像部にトナーを付着さ
せ、次に、紙を押し当てて転写、熱をかけて定量する。
ると、その部分だけ光導電効果により電荷が失なわれ、
潜像として書き込まれる。この潜像部にトナーを付着さ
せ、次に、紙を押し当てて転写、熱をかけて定量する。
この場合、半導体レーザを使用すると、直接変調が可能
となり、装置の小形化が可能となる。
となり、装置の小形化が可能となる。
これに対して、第７図実施例装置では、前述したように
、レーザ４から出た光を、可変焦点素子１１を通して、
走査光学系に導いている。ここで、第９図のような面積
変調をすることを考える。従来は、第９図（ａ）に示す
ように、最小単位のドツトをしきつめて、図示例では、
７回の光ビーム走査で実現していた。同じ面積変調を第
７図実施例装置によれば、第９図（ｂ）に示すように、
１回の光ビーム走査で実現することができ、変調周波数
も従来に比べて１／７に低減できる。これを。
、レーザ４から出た光を、可変焦点素子１１を通して、
走査光学系に導いている。ここで、第９図のような面積
変調をすることを考える。従来は、第９図（ａ）に示す
ように、最小単位のドツトをしきつめて、図示例では、
７回の光ビーム走査で実現していた。同じ面積変調を第
７図実施例装置によれば、第９図（ｂ）に示すように、
１回の光ビーム走査で実現することができ、変調周波数
も従来に比べて１／７に低減できる。これを。
第８図を用いて、説明する。第８図は、第７図（ａ）側
面図において、紙送り方向に関する光学素子を書き直し
たものである。可変焦点素子の電極３に電圧を印加しな
い時に、感光ドラムの走査線１６上に、径ｄ０のスポッ
トができているとする。これは、レーザ光の波長λと、
走査レンズ１４の開口数ＮＡとを用いるとｄ０岬λ／Ｎ
Ａで与えられる。
面図において、紙送り方向に関する光学素子を書き直し
たものである。可変焦点素子の電極３に電圧を印加しな
い時に、感光ドラムの走査線１６上に、径ｄ０のスポッ
トができているとする。これは、レーザ光の波長λと、
走査レンズ１４の開口数ＮＡとを用いるとｄ０岬λ／Ｎ
Ａで与えられる。
ここで、可変焦点素子の電極３に電圧Ｖを印加して焦点
を変えることで、感光ドラム面上の像点が図示のように
Δｆだけ変化したとすると、この時の走査線１６上の走
査線方向での最大径ｄはｄ＝２ ・ Δｆ−ＮＡ で与えられる。これにより、電極３への印加電圧Ｖを制
御してΔｆを変えることで、ｄの大きさを。
を変えることで、感光ドラム面上の像点が図示のように
Δｆだけ変化したとすると、この時の走査線１６上の走
査線方向での最大径ｄはｄ＝２ ・ Δｆ−ＮＡ で与えられる。これにより、電極３への印加電圧Ｖを制
御してΔｆを変えることで、ｄの大きさを。
電圧■を加えない時の径ｄ０に対して、任意に変えるこ
とができるようになる。第９図（ｂ）において、９２は
電極３へ電圧を印加しない時の径ｄ０のスポット図形、
９３及び９４はｄがｄｏの３倍となるような制御電圧を
電極３に印加した時の図形、９１．９５はそれぞれｄが
ｄ。の５倍、７倍となるような制御電圧を印加して得ら
れる図形である。したがって、第９図（ａ）に示す、従
来例で７回の走査によって得られるスポット図形と同じ
図形が、第９図（ｂ）の本実施例法により１回の走査で
得られることになる。
とができるようになる。第９図（ｂ）において、９２は
電極３へ電圧を印加しない時の径ｄ０のスポット図形、
９３及び９４はｄがｄｏの３倍となるような制御電圧を
電極３に印加した時の図形、９１．９５はそれぞれｄが
ｄ。の５倍、７倍となるような制御電圧を印加して得ら
れる図形である。したがって、第９図（ａ）に示す、従
来例で７回の走査によって得られるスポット図形と同じ
図形が、第９図（ｂ）の本実施例法により１回の走査で
得られることになる。
この例では、第９図（ａ）のラスタ４に対して上下対称
になっている。上記の本実施例方法では、上下対称のパ
ターンにしか適用できないが、しかし、実際の濃淡パタ
ーンを、適当なコード変換操作によって、上下対称パタ
ーンに変換することは可能であり、これにより、一般の
パターンに適用でき、実施例の場合と同様に走査回数、
変調周波数の低減効果を生じさせることができる。
になっている。上記の本実施例方法では、上下対称のパ
ターンにしか適用できないが、しかし、実際の濃淡パタ
ーンを、適当なコード変換操作によって、上下対称パタ
ーンに変換することは可能であり、これにより、一般の
パターンに適用でき、実施例の場合と同様に走査回数、
変調周波数の低減効果を生じさせることができる。
本発明によれば、機械駆動によらず、電極への印加電圧
の制御で高速に焦点位置を変えることのできる一次元可
変焦点素子を実現することができる。また、請求項２の
１本素子を光ビーム走査装置に用いることにより、中間
調表示の可能な、しかも、走査回数、変調周波数を大幅
に低減できる装置を提供することができる。
の制御で高速に焦点位置を変えることのできる一次元可
変焦点素子を実現することができる。また、請求項２の
１本素子を光ビーム走査装置に用いることにより、中間
調表示の可能な、しかも、走査回数、変調周波数を大幅
に低減できる装置を提供することができる。
第１図は本発明素子の作用説明用の斜視図、第２図はそ
の電極の詳細図、第３図は本素子の出射光の位相分布図
、第４図は本素子のもう一つの電極構造を示す図、第５
図は光ビーム走査装置における面積変調の説明図、第６
図は中間調をラスク走査で実現するための説明図、第７
図は本素子を用いたレーザ・プリンタの一例を示す（ａ
）側面図と（ｂ）上面図、第８図は本素子で、スポット
径が変ることを示す光学系図、第９図（ａ）は従来法に
よる、（ｂ）は本素子を用いる場合の中間調表現方法を
説明する図である。 符号の説明
の電極の詳細図、第３図は本素子の出射光の位相分布図
、第４図は本素子のもう一つの電極構造を示す図、第５
図は光ビーム走査装置における面積変調の説明図、第６
図は中間調をラスク走査で実現するための説明図、第７
図は本素子を用いたレーザ・プリンタの一例を示す（ａ
）側面図と（ｂ）上面図、第８図は本素子で、スポット
径が変ることを示す光学系図、第９図（ａ）は従来法に
よる、（ｂ）は本素子を用いる場合の中間調表現方法を
説明する図である。 符号の説明
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、薄膜光導波路の薄膜上に入射光の向きに沿って複数
本の短冊状の電極を等間隔に配置し、中心からｍ本目の
電極の長さｌ＿ｍを、Ｌを中心電極の長さ、ａを定数と
して、ｌ＿ｍ＝Ｌ−ａｍ＾２あるいはｌ＿ｍ＝Ｌ＋ａｍ
＾２となるように決め、各電極相互間に印加する電圧を
制御することにより薄膜の屈折率を変えて焦点位置を可
変としたことを特徴とする一次元可変焦点素子。 ２、請求項１記載の一次元可変焦点素子を用い、かつ、
光偏向器と結像レンズを具備する光ビーム走査装置にお
いて、光偏向方向と直交する方向に一次元可変焦点素子
が作用するように配置することを特徴とする光ビーム走
査装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1335084A JPH03196023A (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 一次元可変焦点素子及び同素子を用いた光ビーム走査装置 |
| US07/631,257 US5196697A (en) | 1988-08-12 | 1990-12-20 | Laser beam scanning apparatus having a variable focal distance device and the variable focal distance device for use in the apparatus |
| DE4041872A DE4041872A1 (de) | 1989-12-26 | 1990-12-27 | Laserstrahlabtastgeraet mit variabler brennweite und vorrichtung zum aendern der brennweite in diesem geraet |
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Family Applications (1)
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