JPH0425820A - レーザプリンタ用光ヘッド - Google Patents

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、可動部のない固体化した光源、光導波器及び
光変調器などを集積して小形化したレザプリンタ用光ヘ
ッドに関するものである。

〈従来の技術〉 事務用機器等の機能向上に伴い、高性能のプリンタの需
要が高くなっている。この需要に対応できる、半導体レ
ーザを光源にしたレーザプリンタは、プリント音が小さ
い、高解像度のプリントができる等の利点があるので、
今後も有望なプリンタとして発展することを期待されて
いる。

従来の代表的なレーザプリンタの光ヘツド部を中心にし
て、その概要を示したのが第５図である。

第５図は、半導体レーザ４１からの変調された光ビーム
４２が、コリメータレンズで収束され、ポリゴンミラー
４３の回転によって偏向され、フォーカスレンズｆ。と
シリンドリカルレンズなどで再度収束した上、感光ドラ
ム４４上を走査して照射する光ヘツド部と、光ヘツド部
の光ビーム４２に照射された部分のみ帯電する感光ドラ
ム４４による（図示しない）トナーの吸着と、吸着した
トナーをドラム４４の回転と同期して用紙４４に転写し
た上、転写されたトナーを熱処理して定着することで、
目的のプリントを行なうプリンタである。

上記のポリゴンミラーをホログラムプレートに置換した
光ヘッドも開発され、いずれも高分解能で高速のプリン
トが可能である。

一方、上記のレーザプリンタによる機械的な走査でなく
、微小な約５０μｍ間隔で直線状に並べた微小なアレイ
の発光ダイオード（ＬＥＤ　）をそれぞれ独立に変調し
て、前記で説明した感光ドラム４４を照射する光ヘッド
もある。

更に、光源からの変調されていない光を、感光ドラムの
前に設置した微小で格子状に配列した液で 晶の光変調器）制御して感光ドラムへの光照射を行なう
液晶光ヘッドや、その液晶の応答速度の問題を解決する
磁気光学シャッタで光変調する光ヘッドの実用化も試み
られている。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上で説明した機械的走査によるレーザ光ヘッドは高速
回転部を必要とすることから動作音や耐久性などに問題
があること、及び、その光走査のための空間が必要で小
型化できないなどの欠点があった。一方、微小なＬＥＤ
を２０００個以上も用いるＬＥＤの光ヘッドも、その多
数のＬＥＤの輝度を均一にしてプリントのムラを抑える
制御や、そのＬＥＤアレイの歩留りや寿命など実用化に
は問題が残っている。

又、液晶シャッタや磁気光学シャッタで光変調する光ヘ
ッドは、蛍光ランプなどの光源、その光の照射を制御す
るレンズ類、及び、光変調器などを離して配置する組み
立て方式になるため、その組み立てや調整が煩雑であり
、又、小型化が困難な欠点があった。

本発明は、従来のレーザ光ヘッドやその他の光ヘッドが
もつ課題を解消し、レーザプリンタの特徴をもち、かつ
、小型化や、低コスト化、静音化などが可能で、信頼性
の高いレーザプリンタの光ヘッドを提供することを目的
としている。

く課題を解決するための手段〉 本発明は小型で信頼性の高い半導体レーザを光源にした
、レーザプリンタの光ヘッドであるが、この半導体レー
ザの点状光源と、その点状光源の光をその入射方向に対
して垂直な方向の線状光源にする光導波器、光導波器の
光放射面上に設置する微小な液晶シャッタなどを配列し
た光変調器アレイなどを結合して一体化構成にしたレー
ザプリンタ光ヘッドである。

以上の本発明のレーザプリンタ用光ヘッドにおける光導
波器により、光源からの光を機械的な回転により走査す
ることも、レンズ等による空間的な線状光への変換を行
なう必要もなくなり、小型で信頼性の高い光ヘッドにす
ることができる。以上で説明した光導波器は本発明の主
要部であジ、これにより均一な線状光を形成する構成は
種涜考えられるが、実施例で説明する光導波器のように
その側面などを光の入射方向に対して垂直方向に回折す
る周期構造にし、その周期構造による回折率を光導入部
からの距離に比例させるか、又は、半導体レーザ光源を
光導波器の２ケ所以上に設けるなどにより、その光導波
器の線状放射光の輝度の均一化を図ることもできる。

〈作　用〉 本発明による点状光源の光を、その進行方向に垂直な方
向の線状光源にする光導波器を用いて、これと直接結合
できる半導体レーザからなる光源と、微小な光変調器を
配列した光変調器とにより、小形で作製が容易なレーザ
プリンタ用の光ヘッドを構成することができる。

〈実施例〉 以下、本発明のレーザプリンタの光ヘッドの実施例を図
面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明のレーザプリンタの光ヘッドの一実施
例の概要を示す斜視図である。この第１図の光ヘッドは
波長が７８０　ｎｍの半導体レーザを用いたので、ＳＩ
Ｔ又は、Ｓｉ　膜を堆積したセラミックの基板１上に、
７８０　ｎｍの波長の光に９０％以上の反射率をもつ誘
電体多層膜の反射膜２（この多層膜は、ＳｉＯ２とＳ　
１３Ｎ３　＋又は、ｋｊ’ｚｏ３と　ＭｇＯなτの膜を
交互に積層した膜を用いることができる。）、下部５ｔ
ｙｘ光クラッド層３．５ｉＯｙ光導波層４（ただしｘ　
＜　ｙとする）、上部ＳｉＯｘ光クラツクラッド層び、
薄膜トランジスタを用いた線状配列のドツトアレイ液晶
シャッタ６が順次積層されて形成されている。

以上のうちの光導波層４について更に説明すると、この
光導波層４の上部表面には、干渉露光とエツチングによ
って周期が約３００ｎｍの２次グレーティング８が形成
されている。又、液晶シャッタ６は、線状に配置した６
０μｍ間隔で４０μｍ幅の、印加電圧を個別に制御でき
る透明電極のドツト液晶からなり、プリンターの光ドッ
トを形成する構成になっている。なお第１図では本発明
のレーザ光ヘッドの全体でなく一部のみ示したが、実際
には光導波層４及びドツトアレイ液晶シャッタ６などは
実際にプリントする横幅の長さにしている。更に、上記
光導波層４での横方向への光放射の損失をできるだけ抑
えるため光導波層４をメサ状に加工した上、その上に形
成した上部クラッド層５をその層４の側面にも形成して
、クラッド層３．５で包み込んだ構成にしている。（図
示省略。〕波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置９は、
その光放射部が、光導波層４の一端面と一致する位置に
して、バットジヨイント方式により両者を光学的に結合
させている。これには光導波層４と半導体レーザ装置９
における活性層ｌＯの高さが一致するよう半導体レーザ
装置９の高さを制御してＳｉ基板ｌ上にマウントする方
法を用いている。

以上の構成により、半導体レーザ９の放射光は光導波層
４の一方の端面から導入される光線１１になり、進行す
る光導波層４の上面に形成された２次のグレーテングと
の干渉で光線１１は部分的に順次その光導波層４内での
入射方向から垂直に回折されるが、基板ｌの方向へ回折
した光は、その基板ｌの表面に形成された反射層２でほ
ぼ完全に反射され、結果として全ての回折光１２が液晶
シャッタ６を設けた表面方向に放射されることになる。

以上によって回折した光は液晶シャッタ６に於て、選択
して電圧を印加したドツト部７のみ透過することになる
ので液晶シャッタ６への印加電圧の制御によって所定の
パターンに照射することができる。

なお、液晶シャッタ６のドツト部７を形成した部分以外
は５０％以上の反射率をもつ構成にして光の損失を抑え
、かつ、コントラストの向上を図った。

以上で説明したレーザプリンタの光ヘッドは、半導体レ
ーザの光源部９．光導波部４．ライン状光変調器（液晶
シャッタ）６をＳｉ　　基板ｌの上に有機的に結合させ
て集積しているので、その光ヘツド作製後は光学的な調
整などの必要がなくなる。

又、ＬＥＤプリンタや液晶プリンタと同じように偏向な
どの高速回転部がないので騒音が少なくなり、又、その
機械的な光走査方式ではないので、偏向の空間も不要に
なり、装置の簡素化や小型化などができ、更に、低コス
Ｆ化や保守の容易化などが可能になる。

以上の説明で分るように、本発明により従来の光プリン
タがもつ問題点の解消ができたが、次に本発明の光ヘッ
ドの各部の構成について説明する。

周期のグレーテング８の構成にしたとき、この光導波器
から垂直な液晶シャッタ６方向への放射光強度が光入射
部からの距離により指数関数的に弱くなる状態である。

以上のような不均一な線状光源を用いると、一般に用い
られる感光体が一定の光強度にしきい値的な非線形感光
特性をもつことから、全体に充分な放射光強度をもたせ
るためには強い入射光強度（１００〜２００ｍＷ程度）
を必要とし、半導体レーザへの大電流印加や、入射部に
近い液晶７ヤツタへの照射光が非常に強くなることでの
短寿命化の問題もある。（一般に半導体レーザは、光放
射出力比の４乗に反比例して短くなる。） 以上の欠点を解消する構成にしたのが、第３図に示した
グレーテング構造の光導波層４である。

このグレーテングは、入射光部から同じ周期構造領域を
順次複数領域に分けて、第３図（ａ）に示したように８
次、６次、４次及び２次のグレーテング領域１２１，２
２．２８及び２４の順に形成するものである。この高次
のグレーテングは光導波層の光との結合効率が低くなる
ため、第３図ら）に示した光導波層からの垂直方向の放
射光強度は、その均一性が向上していることが分る。な
お、光導波層でのグレーテングの周期変化は、第３図（
ａ）に示したような段階的変化だけでなく、光の入射部
からの距離の関数によって徐々に変化させるチャーブグ
レーテングを用いてもよい。

以上は、光導波層からの垂直放射光をグレーテングの周
期を制御して均一化するもので、グレーテングの設計が
複雑になるが、他に第４図の構成にすることもできる。

第４図のメイン光導波層３１の全面に２次のグレーテン
グ８２が形成され、この光導波層の側面にほぼ等間隔に
設けた半導体レーザ３５の光を、それぞれのサブ光導波
層３３を通し、その光の進行方向に４５度の角度をもた
せて形成した８次のグレーテング３４によってメイン光
導波層８１に導入される。

以上の第４図の構成により、前記第３図（ｂ）に示した
ような放射光強度分布にすることができ、又光源に任意
の複数の半導体レーザを使用できるので、個々の半導体
レーザの負担が軽くなり、その劣化を抑えることが可能
になる。又、この複数個の半導体レーザを用いる光ヘッ
ドでは、最も一般的で安価な半導体レーザを用いること
が可能で、コストの引下げができる他に、万一半導体レ
ーザの１個が故障になっても、全体でプリントが可能な
光量を供給させることもできる。更に、以上のような故
障に対応するために通常１０ｍＷの低出力に設定した半
導体レーザ３５を少し高い１２〜１５ｍＷに切換るとプ
リントの特性がよくなるが、この程度の出力増では半導
体レーザに著しい劣化が認められなかった。なお、以上
の半導体レーザの故障のモニターには、それぞれの半導
体レーザ以上は、本発明の半導体レーザを用いて小型で
静音性のよいレーザプリンター用光ヘッドを実施例によ
って説明したが、本発明は実施例によって限定されるも
のでなく、本発明の請求の範囲によって特定されるもの
であり、次のような変形実施も含まれる。

１、感光体はドラムでなく板状等にし、てもよい。

２、感光体に帯電させてトナーを吸着させるプリントで
なく、感光又は感熱での発色紙に直接プリント方式にし
てもよい。

３、線状ドツト光変調器は液晶シャッターの他、磁気光
学効果、又は、電気光学効果を利用した導波路形の光ス
ィッチ又は偏光素子を用いてもよい。

４、光変調器と感光体の間にロッド状レンズ、又は、マ
イクロレンズを入れて照射光の効率を上げる。特に、こ
れらのレンズを光変調器の表面に直接結合して集積させ
たもの。

５、半導体レーザの光の光導波器への導入に、グレーテ
ングとプリズム等を用いる方式。

６、光ヘッドの組立て基板にＳｉ以外のガラス。

プラスチック等の基板を用いるもの。

７、光導波器の上下のクラッド層を酸化物以外の誘電体
であるプラスチックで形成するもの。このプラスチック
のクラッド層を用いたと事は、グレーテングのパターン
をスタンプ方式で作製することも可能でコスト低減が可
能になる。

８、光導波器、光変調器及び光源部を別々に作製した上
、接着剤で結合する方法、又は、それぞれを機械的なか
み合せやコネクタなどにより結合するもの等。

〈発明の効果〉 本発明の半導体レーザと、光導波器及び光変調器など可
動部のない部品を結合した小形の光ヘッドにより静音性
がよく、構造も簡単で、その作製と取扱いが容易なレー
ザプリンタを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光ヘッドの構成を示す部分
拡大斜視図、第２図は均一グレーテングの光導波器の光
入射部からの距離と放射強度の特性図、第３図は実施例
の光導波器のグレーテングと放射光強度特性を示す図、
第４図は実施例の複数の半導体レーザ光源を接続した光
ヘッドの平面図、第５図は従来のレーザプリンタの光ヘ
ツド部を中心にした部品の配置図である。 １・・・基板、　２・・・反射層、　３，５・・・クラ
ッド層、　４，３１・・・光導波層、　６・・・液晶シ
ャッタ、７・・・ドツト部、　　８，２１，２２．２Ｂ
、２４゜３２・・・グレーテング、　　９．８５．４１
・・・半導体レーザ、　　１０ ・・・回折光、　３ グレーテング、 ボン・ミラ 紙。 ・・・活性層、　１１・・・光線、 ３・・・サブ光導波層、　　３４ ４２・・・光ビーム、　　４３ ４４・・・感光ドラム、　　４ ・・・導入 ・・・ポリ ５・・・用

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体レーザからなる少なくとも１つの点状光源と
   、前記点状光源と光学的に結合し入射光を入射方向に対
   しほぼ垂直な方向への線状光源に変換する光導波器と、
   前記光導波器の線状の光放射面上に配置され個別に制御
   できる複数の光変調器のアレイとを結合し一体構成にし
   たことを特徴とするレーザプリンタ用光ヘッド。