JPH05107883A - Optical write device and multilevel image recorder - Google Patents

Optical write device and multilevel image recorder

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JPH05107883A
JPH05107883A JP3265155A JP26515591A JPH05107883A JP H05107883 A JPH05107883 A JP H05107883A JP 3265155 A JP3265155 A JP 3265155A JP 26515591 A JP26515591 A JP 26515591A JP H05107883 A JPH05107883 A JP H05107883A
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phase grating
image
laser beam
optical
grating
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実 小清水
Toru Teshigahara
亨 勅使川原
Takeo Kakinuma
武夫 柿沼
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Abstract

PURPOSE:To provide a multilevel image recorder with a write device for a multilevel image which is excellent in the number of tones and the stability of the tone without lowering the resolution of write, increasing the transfer speed of an image signal and the rotating speed of a polygon scanner, and raising the cost of the optical system. CONSTITUTION:As to the optical write device and the multilevel image recorder rwith the optical write device, an electrostatic latent image is formed by allowing a laser beam which is on/off controlled according to the image signal to scan and condensing it on a photosensitive body 10. A device 4 provided with a phase grating which can selectively control the forming and the vanishing of the grating based on an image multilevel signal in a spatial area where the beam passes is provided in the optical path of the laser beam, and intensity- modulation is executed to the beam passing through the phase grating. The phase grating is the grating obtained by the periodical change of refractive index formed in crystal having an electrooptical effect.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル複写機または
プリンタ等の感光体に選択的に光を照射し、静電潜像を
形成する光書き込み装置に関するものであり、特に階調
表現を行うためにレーザービームの強度を変える光書き
込み装置およびそれを利用する階調画像記録装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical writing device for selectively irradiating light on a photoconductor such as a digital copying machine or a printer to form an electrostatic latent image, and particularly, for expressing gradation. Therefore, the present invention relates to an optical writing device that changes the intensity of a laser beam and a gradation image recording device that uses the optical writing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は従来の光書き込み装置の概略構
成の説明図である。半導体レーザ1から出射されたビー
ムはコリメーターレンズ2によって平行光にされ、シリ
ンドリカルレンズ3によってポリゴンスキャナー7上に
副走査方向に集光される。そして、この集光されたビー
ムはポリゴンスキャナー7によって、感光体10の回転
軸に沿って走査され、fθ結像光学系(fθレンズ8、
シリンドリカルミラー9)によって、感光体10上で均
一な間隔のスポットとして集光され、静電潜像を形成す
る。
2. Description of the Related Art FIG. 11 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a conventional optical writing device. The beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by the collimator lens 2 and condensed by the cylindrical lens 3 on the polygon scanner 7 in the sub-scanning direction. Then, the condensed beam is scanned by the polygon scanner 7 along the rotation axis of the photoconductor 10, and the fθ imaging optical system (fθ lens 8,
By the cylindrical mirror 9), it is condensed as spots on the photoconductor 10 at uniform intervals to form an electrostatic latent image.

【0003】このような光書き込み装置を用いた画像の
記録において、画像の高画質化のためには2値記録だけ
でなく、階調記録が行われる。その方法としては、図1
2に示すように、1つの画素を2値の出力を有する複数
のスポットによるマトリクスで構成し、画像に合わせて
その画素内におけるONスポットの数と画素サイズを変
えて擬似的な中間調を表現したり(例えば特開昭60−
236575号)、図13に示すように、半導体レーザ
の発光時間を制御したり(例えば特開昭62−3997
2号)、半導体レーザの駆動電流を制御して光出力を変
化させる例(特開昭60−208165号公報)などが
知られている。
In recording an image using such an optical writing device, not only binary recording but also gradation recording is performed in order to improve the image quality of the image. The method is as shown in FIG.
As shown in 2, one pixel is configured by a matrix of a plurality of spots having binary output, and the pseudo halftone is expressed by changing the number of ON spots and the pixel size in the pixel according to the image. (For example, JP-A-60-
No. 236575), as shown in FIG. 13, the emission time of a semiconductor laser is controlled (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-3997).
No. 2), an example of controlling the drive current of the semiconductor laser to change the optical output (Japanese Patent Laid-Open No. 60-208165) and the like are known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これら従来の階調記録
方法にはそれぞれ次のような課題があった。まず、複数
のスポットで一つ画素を構成する方法は、一般にデイザ
法や濃度パターン法と呼ばれるものであるが、階調数を
増やすために1画素内のスポット数を増やすと、画像の
解像度が下がってしまう。階調数と解像度を両立させる
ためにはスポットサイズを小さくする必要があるが、ス
ポット径を小さくするためには、集光レンズの開口数N
Aを大きくする必要があるため、光学系のコストアップ
につながる。また、光源のLDのファーフィールドパタ
ーンの形や光源系スペースの制約からの限界もある。ま
た、仮にスポットを小さくしてその密度を上げたとして
も、ポリゴンスキャナーの回転速度やデータの転送速度
も上げなくてはならない。
Each of these conventional gradation recording methods has the following problems. First, a method of forming one pixel with a plurality of spots is generally called a dither method or a density pattern method. However, if the number of spots in one pixel is increased to increase the number of gradations, the image resolution Will fall. It is necessary to reduce the spot size in order to achieve both the number of gradations and the resolution, but in order to reduce the spot diameter, the numerical aperture N of the condenser lens is
Since it is necessary to increase A, the cost of the optical system increases. Further, there is a limit due to the shape of the far-field pattern of the LD of the light source and the space of the light source system. Moreover, even if the spots are made smaller and the density thereof is increased, the rotation speed of the polygon scanner and the data transfer speed must be increased.

【0005】また、半導体レーザの発光時間を制御する
方法は、特開昭62−39972号公報において開示さ
れている例のように、基準の三角波と画像信号を比較し
てパルス幅の変調信号を生成するものが知られている。
パルス幅の変調されたビームによるスポットは、感光体
上で露光の面積階調的挙動を示す。ところが、パルス幅
が短くなると、スポットによる露光は面積階調的挙動よ
りも、強度変調的挙動を示し、入力に対する出力階調に
非線形性が生じるとともに、有効な階調数が減少してし
まう。そこで、スポットサイズをできるだけ小さくしな
ければならない。しかし、スポットサイズを極力小さく
するための光学系が必要となるが、この場合もやはりコ
ストアップにつながり、その技術的限界もある。
A method for controlling the light emission time of a semiconductor laser is to compare a reference triangular wave with an image signal to determine a pulse width modulation signal, as in the example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-39972. It is known to produce.
The spot with the pulse width modulated beam exhibits the area gradation behavior of the exposure on the photoreceptor. However, when the pulse width is shortened, the exposure by the spot exhibits an intensity modulation-like behavior rather than an area-gradation-like behavior, the output gradation with respect to the input is non-linear, and the effective gradation number is reduced. Therefore, the spot size should be as small as possible. However, although an optical system for reducing the spot size as much as possible is required, this also leads to an increase in cost and has a technical limit.

【0006】さらに半導体レーザの駆動電流を制御して
光出力を変化させる場合は、半導体レーザの特性上、電
流に対する光出力の変化が大きいため微妙な制御が要求
され、さらに動作温度の変化による光出力の変動も考慮
しなくてはならず、安定した階調制御が困難であった。
Further, when the drive current of the semiconductor laser is controlled to change the light output, delicate control is required because the change in the light output with respect to the current is large due to the characteristics of the semiconductor laser. It is difficult to perform stable gradation control because the output variation must be taken into consideration.

【0007】その他、特開昭61−62276号公報に
開示されているように出力の異なる複数のビームを重ね
合わせて階調表現を行う例もあるが、光学系も複雑にな
り、階調数を増やすには、ビーム本数を増やさなくては
ならず、それら複数ビームの位置合わせの難しさや光学
系のコストアップにつながるという欠点があった。
In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-62276, there is an example in which a plurality of beams having different outputs are overlapped to perform gradation expression, but the optical system becomes complicated and the number of gradations is increased. In order to increase the number of beams, it is necessary to increase the number of beams, which has a drawback that it is difficult to align the plurality of beams and the cost of the optical system increases.

【0008】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、書き込みの解度像を低下させることなく、ま
た、画像信号の転送速度やポリゴンスキャナーの回転速
度を上げず、また、光学系のコストアップを必要とせず
に階調数と階調の安定性に優れた階調画像の光書き込み
装置およびそれを備えた階調画像記録装置を提供するこ
とを目的とするものである。
The present invention has been made in view of these circumstances, and does not decrease the resolution image of writing, does not increase the transfer speed of an image signal or the rotation speed of a polygon scanner, and the optical system. It is an object of the present invention to provide an optical writing device for a gradation image which is excellent in the number of gradations and the stability of gradations without increasing the cost, and a gradation image recording device including the optical writing device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、画像信号によって
オン/オフが制御されるレーザービームを走査し、感光
体上に集光して、静電潜像を形成する光書き込み装置に
おいて、前記レーザビームの光路中にあって、該レーザ
ビームが通過する空間領域の一部または全部において画
像階調信号に基づき選択的に格子の生成と消滅を制御で
きる位相格子を設け、該位相格子を通過するビームの強
度変調を行う光書き込み装置、および、前記光書き込み
装置を備えた階調画像記録装置である。ここで前記位相
格子は、例えば電気光学効果を有する結晶中に形成され
た屈折率が周期的に変化する位相格子である。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitutions. That is, in an optical writing device that scans a laser beam whose on / off is controlled by an image signal and focuses it on a photoconductor to form an electrostatic latent image, in the optical path of the laser beam, An optical writing device which is provided with a phase grating capable of selectively controlling the generation and disappearance of the grating based on an image gradation signal in a part or all of a spatial region through which a laser beam passes, and which modulates the intensity of the beam passing through the phase grating. And a gradation image recording device including the optical writing device. Here, the phase grating is, for example, a phase grating formed in a crystal having an electro-optical effect and having a periodically changing refractive index.

【0010】また、前記位相格子に入射するレーザビー
ムが電気光学結晶の端部から結晶内部に入射し、位相格
子が形成されている結晶の内面で全反射し、再び結晶外
部に出射するように、レーザビーム経路を構成すること
ができる。
The laser beam incident on the phase grating enters the crystal from the end of the electro-optic crystal, is totally reflected on the inner surface of the crystal on which the phase grating is formed, and is emitted again to the outside of the crystal. , The laser beam path can be configured.

【0011】また、前記位相格子に入射するビームが、
電気光学結晶の基板上に形成された導波路内に導かれ、
導波路上に形成された位相格子を通過するように、その
レーザビーム経路を構成することができる。
The beam incident on the phase grating is
Guided inside the waveguide formed on the substrate of electro-optic crystal,
The laser beam path can be configured to pass through a phase grating formed on the waveguide.

【0012】本発明で用いられる位相格子は電気光学的
効果を有する結晶または磁気光学的効果を有する結晶が
用いられる。
As the phase grating used in the present invention, a crystal having an electro-optical effect or a crystal having a magneto-optical effect is used.

【0013】[0013]

【作用】レーザー光源から出射されたビームが、平行光
にされた後に、位相格子に入射する。位相格子は画像情
報から得られる階調信号に従って、その生成と消滅の制
御が可能であるので、位相格子に入射したビームは階調
信号に従って生成した位相格子を通過する。この位相格
子を通過したビームは多次の回折光と0次光に分かれ、
それぞれの強度は、回折の度合い(つまり位相の変化を
受ける領域の割合)に応じて変調される。強度変調され
たビームは走査手段と集光手段によって感光体上を走査
しながらスポットとして集光される。その結果、階調表
現が可能な画像の書き込みが行われる。
The beam emitted from the laser light source is collimated and then enters the phase grating. Since the generation and disappearance of the phase grating can be controlled according to the gradation signal obtained from the image information, the beam incident on the phase grating passes through the phase grating generated according to the gradation signal. The beam that has passed through this phase grating is split into multi-order diffracted light and zero-order light,
Each intensity is modulated according to the degree of diffraction (that is, the proportion of the area that undergoes the phase change). The intensity-modulated beam is focused as a spot while scanning the photoconductor by the scanning means and the focusing means. As a result, writing of an image capable of expressing gradation is performed.

【0014】前記した位相格子に入射するレーザビーム
の偏光方向が、その回折方向と平行になるようにレーザ
ビームを入射させることによって、最大の回折効率を得
ることができる。
The maximum diffraction efficiency can be obtained by injecting the laser beam so that the polarization direction of the laser beam incident on the phase grating is parallel to the diffraction direction.

【0015】また、レーザビームの空間的な強度分布に
応じて、位相格子を形成する電極のうち、同時に電圧を
印加する電極数をレーザビームの通過する位置ごとに変
え、電極とレーザビームの位置によらずに均等な割合で
光強度の変調を行うことができる。
Further, according to the spatial intensity distribution of the laser beam, among the electrodes forming the phase grating, the number of electrodes to which a voltage is simultaneously applied is changed for each position where the laser beam passes, and the positions of the electrodes and the laser beam are changed. The light intensity can be modulated at an equal rate regardless of the above.

【0016】さらに、レーザビームの空間的な強度分布
に応じて、位相格子を形成する電極に与える電圧をレー
ザビームの通過する位置毎に変え、同様に均等な割合で
光強度の変調を行うことができる。
Further, according to the spatial intensity distribution of the laser beam, the voltage applied to the electrodes forming the phase grating is changed for each position where the laser beam passes, and the light intensity is similarly modulated at an equal ratio. You can

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

以下、本発明の具体的な実施例を図面と共に説明する。 実施例1 電気光学結晶を位相格子として用い、結晶内部でのビー
ムの全反射を応用したデバイスについて説明する。図1
に本実施例による光書き込み装置の概略構成図を示す。
レーザー光源1は発光波長が例えば780nm程度の半
導体レーザであり、出射されたビームはコリメーターレ
ンズ2によって平行光にされる。平行光にされたビーム
はシリンドリカルレンズ3によって一方向に集光され
る。集光されたビームは電気光学結晶からなるデバイス
4の鏡面研磨された側面4aからある角度をもって入射
し、デバイス4の内部の位相格子が形成される領域にあ
たる内面4bで最もビーム径が絞られ、該内面4bで全
反射し、やはり鏡面研磨された他方の側面4cから出射
する。このデバイス4の構造について以下に詳しく述べ
る。
Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 A device in which an electro-optic crystal is used as a phase grating and total reflection of a beam inside the crystal is applied will be described. Figure 1
A schematic configuration diagram of the optical writing device according to the present embodiment is shown in FIG.
The laser light source 1 is a semiconductor laser having an emission wavelength of, for example, about 780 nm, and the emitted beam is collimated by the collimator lens 2. The collimated beam is condensed by the cylindrical lens 3 in one direction. The focused beam is incident from the mirror-polished side surface 4a of the device 4 made of an electro-optic crystal at an angle, and the beam diameter is most narrowed at the inner surface 4b corresponding to the region where the phase grating inside the device 4 is formed. The light is totally reflected by the inner surface 4b and emitted from the other side surface 4c which is also mirror-polished. The structure of the device 4 will be described in detail below.

【0018】デバイス4の材質は1次の電気光学効果
(ポッケルス効果)を有する結晶であるLiNbO3
用いている。なお、前記ポッケルス効果を有する結晶と
して、その他にLiTaO3を用いることもできる。
The material of the device 4 is LiNbO 3 which is a crystal having a primary electro-optical effect (Pockels effect). In addition, as the crystal having the Pockels effect, LiTaO 3 can also be used.

【0019】デバイス4の結晶の主面方位はY面であ
り、図2(a)に示すようにそのY面上にZ軸方向に電
界が加わるように交差指状(櫛状でもよい。)のアルミ
ニウム電極12が幅10μm、ピッチ20μmで形成さ
れている。ここでは電極12の数を128本とし、1本
おきの電極12a(64本)に0ボルト電圧を印加し、
その他の電極12b(64本)に画像の階調信号に対応
した電圧を印加する。この電圧印加される64本の電極
12bは個別に電圧が印加できるように図2(b)に示
す引き出し線13を介して、それぞれ独立に引き出され
ている。もちろん、128本の全電極12に個別に電圧
を印加できるように引き出すと、隣接する電極間に電界
が生じるように電圧印加パターンを制御することで12
8本の格子をON/OFFする構造にすることもでき
る。そして、引き出された各配線13は図示はしていな
い熱圧着によってFPC(Flexible Printed Circuit)
と接続され、それぞれに固有の階調信号が入力される。
電極12はLiNbO3基板上に着膜したアルミニウム
薄膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、エッ
チングして作製した。
The principal plane orientation of the crystal of the device 4 is the Y plane, and as shown in FIG. 2 (a), a cross finger shape (or a comb shape may be used) so that an electric field is applied to the Y plane in the Z axis direction. Aluminum electrodes 12 are formed with a width of 10 μm and a pitch of 20 μm. Here, the number of electrodes 12 is 128, and a voltage of 0 volt is applied to every other electrode 12a (64),
A voltage corresponding to an image gradation signal is applied to the other electrodes 12b (64 lines). The 64 electrodes 12b to which the voltage is applied are independently drawn out via the lead line 13 shown in FIG. 2B so that the voltage can be applied individually. Of course, when the voltage is extracted so that a voltage can be individually applied to all 128 electrodes 12, the voltage application pattern is controlled so that an electric field is generated between adjacent electrodes.
It is also possible to have a structure in which eight grids are turned on / off. Then, the respective wirings 13 drawn out are subjected to FPC (Flexible Printed Circuit) by thermocompression bonding (not shown).
And a unique grayscale signal is input to each.
The electrode 12 was produced by patterning an aluminum thin film deposited on a LiNbO 3 substrate by photolithography and etching.

【0020】図2(b)に示すようにデバイス4の結晶
のX軸方向に沿って入射したビームは、これらの電極1
2が形成されている結晶のX−Z軸平面と平行な一方の
表面のちょうど内側の面で全反射する。結晶に入射する
ビームの偏光方向は、Z軸方向に平行になるように調整
する。
As shown in FIG. 2 (b), the beam incident along the X-axis direction of the crystal of the device 4 is generated by these electrodes 1
2 is totally reflected on a surface just inside one surface parallel to the XZ axis plane of the formed crystal. The polarization direction of the beam incident on the crystal is adjusted so as to be parallel to the Z-axis direction.

【0021】以下、デバイス4の結晶中におけるビーム
の挙動について述べる。入射したビームが結晶内面で全
反射するときの角度条件はLiNbO3の屈折率(n=
2.2)から決められる。この場合、結晶内部反射面の
入射角θ1が θ1≧sin-1(1/2.2)=27deg であれば、光損失がなく全反射することになる。
The behavior of the beam in the crystal of the device 4 will be described below. The angle condition when the incident beam is totally reflected on the inner surface of the crystal is the refractive index of LiNbO 3 (n =
It can be determined from 2.2). In this case, if the incident angle θ 1 of the crystal internal reflection surface is θ 1 ≧ sin −1 (1 / 2.2) = 27 deg, there will be no light loss and total reflection will occur.

【0022】階調信号に対応した電極12に電圧が印加
されると、結晶内部の電極12が形成されている平面の
近傍には、図3に示すような電界が形成される。電界が
形成された部分は電気光学効果によってZ軸方向に入射
光の屈折率の変化を生じる。この屈折率の変化は電界の
かからない電極12近傍では起こらず、電圧の印加され
た電極12間のみで起こる。そして、電圧印加電極12
bのピッチに応じた周期で電界による屈折率変化の格子
が形成され、ここを通過するビームにこの周期を持った
位相の変化を生じさせる。すなわち、電圧印加電極12
bは位相格子として作用するわけである。
When a voltage is applied to the electrode 12 corresponding to the gradation signal, an electric field as shown in FIG. 3 is formed in the crystal in the vicinity of the plane where the electrode 12 is formed. In the portion where the electric field is formed, the refractive index of the incident light changes in the Z-axis direction due to the electro-optic effect. This change in the refractive index does not occur near the electrodes 12 to which no electric field is applied, but only between the electrodes 12 to which a voltage is applied. The voltage applying electrode 12
A grating whose refractive index changes due to an electric field is formed in a cycle corresponding to the pitch of b, and a beam passing therethrough undergoes a phase change having this cycle. That is, the voltage application electrode 12
b acts as a phase grating.

【0023】位相格子を通過したビームは回折を生じ
る。ビームが後述するブラッグ条件を満たす角度でこの
位相格子に入射した場合、ブラッグ回折が発生し、出射
光は0次光と1次光の2つのみに分かれる(図10参
照)。また、ビームが電極12に沿った方向と同じ方向
であるX軸方向に平行(X−Z軸平面に投影した場合)
に入射した場合はラマン・ナス回折が生じ、ビームは0
次光、1次光の他に2次光以上の多次光も発生する。こ
れらの回折の度合いを前記FPCを介して入力される階
調信号によってディジタル的に変化させ、ビームの強度
変調を行う。
The beam passing through the phase grating causes diffraction. When the beam is incident on this phase grating at an angle that satisfies the Bragg condition described later, Bragg diffraction occurs and the emitted light is split into only two lights, the 0th order light and the 1st order light (see FIG. 10). Further, the beam is parallel to the X-axis direction which is the same direction as the direction along the electrode 12 (when projected on the X-Z axis plane).
When incident on, Raman-Nass diffraction occurs and the beam becomes 0
In addition to the secondary light and the primary light, secondary light equal to or higher than secondary light is also generated. The intensity of the beam is modulated by digitally changing the degree of these diffractions by the gradation signal input through the FPC.

【0024】以下、このデバイス4でラマン・ナス回折
を発生させレーザービームの強度変調を行う場合につい
て説明する。このデバイス4において、回折の効率は電
圧を印加する電極12bの数を調節して制御する。すな
わち、電圧を印加した電極12b近傍に入射するビーム
は、そこに生じた格子によって回折され、多次光成分と
0次光成分に別れるが、電圧を印加していない電極12
b近傍のビームは位相の変化を受けず素通りするため、
0次光成分のみとなる。この時の多次光成分もしくは0
次光成分を変調に用いる。以下、0次光成分を用いた変
調について具体的な手順を説明する。
The case where Raman-Nass diffraction is generated by the device 4 to modulate the intensity of the laser beam will be described below. In this device 4, the efficiency of diffraction is controlled by adjusting the number of electrodes 12b to which a voltage is applied. That is, the beam incident near the electrode 12b to which the voltage is applied is diffracted by the grating generated therein and divided into the multi-order light component and the zero-order light component, but the electrode 12 to which the voltage is not applied.
Since the beam in the vicinity of b passes through without any change in phase,
It is only the 0th-order light component. Multi-order light component at this time or 0
The next light component is used for modulation. Hereinafter, a specific procedure for the modulation using the 0th-order light component will be described.

【0025】まず、図4に示すように、デバイス4のす
べての電極12b(交差指状電極12のうちの1本おき
の電極12b(64本))に電圧を印加して、各電極間
に電界を生じさせ、入射レーザビームに回折を起こさせ
た後、集光レンズ5によって0次光と多次光を結像し分
離する。ここで多次光を遮光部材6でカットし、0次光
のみが通過できるようにする。次に、0次光の光強度が
0になる電圧を駆動電圧とする(数10V)。この状態
で電圧を印加する電極12bの電極数を少なくして行く
と、その数に応じて、0次光の強度がディジタル的なス
テップで変化して大きくなる。
First, as shown in FIG. 4, a voltage is applied to all the electrodes 12b of the device 4 (every other electrode 12b (64) of the interdigitated electrodes 12) to apply a space between the electrodes. After generating an electric field and diffracting the incident laser beam, the condenser lens 5 images and separates the zero-order light and the multi-order light. Here, the multi-order light is cut by the light shielding member 6 so that only the zero-order light can pass. Next, a voltage at which the light intensity of the 0th-order light becomes 0 is set as a drive voltage (several 10V). If the number of electrodes 12b to which a voltage is applied is reduced in this state, the intensity of the 0th-order light changes in digital steps to increase according to the number.

【0026】ところで、入射するレーザービームの空間
的な強度分布は図5に示すように通常ガウス分布に近似
できる。そのため、ビームと格子の相対的な位置が変わ
ると、1本の格子当りに回折を起こさせた結果のビーム
の強度変化率が異なる。
By the way, the spatial intensity distribution of the incident laser beam can be approximated to a normal Gaussian distribution as shown in FIG. Therefore, when the relative positions of the beam and the grating change, the rate of change in the intensity of the beam as a result of causing diffraction per grating differs.

【0027】すなわち、本実施例の場合は、64本の電
極12bのうち、両端部に位置する電極12b(例えば
電極NO.0〜10付近および電極NO.55〜64付
近)における電圧印加電極12bは中央部に位置する電
極12b(例えば電極NO.20〜44付近)のそれに
比べてビームの強度変化に与える影響は小さい。そこ
で、図6に示すように、電極NO.0〜10付近と電極
NO.55〜64付近での電圧印加電極による位相格子
の変化に対する光強度の変化は小さいが、それ以外の領
域では電圧印加電極による位相格子の変化に対する光強
度の変化はほぼ直線的になっている。
That is, in the case of the present embodiment, the voltage applying electrodes 12b of the electrodes 12b located at both ends (for example, near the electrodes NO. 0 to 10 and around the electrodes NO. 55 to 64) among the 64 electrodes 12b. Has less influence on the intensity change of the beam than that of the electrode 12b located in the central portion (for example, near the electrode Nos. 20 to 44). Therefore, as shown in FIG. 0 to 10 and electrode NO. The change of the light intensity with respect to the change of the phase grating by the voltage applying electrode is small in the vicinity of 55 to 64, but the change of the light intensity with respect to the change of the phase grating by the voltage applying electrode is almost linear in the other regions.

【0028】この図6に示す関係に従って、所望の光強
度を得るために電圧を印加する電極12bの配置位置と
数を予め定め、光強度が均等なステップで変化するよう
に調節することができる。すなわち、中央部の電極12
bのみを使用して、その電圧印加を調整すると、その電
圧印加する電極数にほぼ比例して光強度が変化させるこ
とができる。また、両端部側の電極12bを使用して光
強度を均等にステップ状に変化させるためには、中央部
の電極12bの使用数より多くの数の電極12bを変化
させなければならない。また、逆に光強度を微妙に変化
させるためには、両端部側の電極12bの使用数を調整
することで階調ステップ数を多くすることができる。
According to the relationship shown in FIG. 6, the arrangement position and the number of the electrodes 12b to which a voltage is applied in order to obtain a desired light intensity are predetermined, and the light intensity can be adjusted to change in equal steps. .. That is, the central electrode 12
When the voltage application is adjusted using only b, the light intensity can be changed almost in proportion to the number of electrodes to which the voltage is applied. Further, in order to use the electrodes 12b on both ends to uniformly change the light intensity in a stepwise manner, it is necessary to change the number of electrodes 12b larger than the number of the central electrodes 12b used. On the contrary, in order to slightly change the light intensity, it is possible to increase the number of gradation steps by adjusting the number of electrodes 12b used on both ends.

【0029】このように、階調信号に従って、予め決め
られた電極群に電圧を印加することによって所望の光強
度を得ることができる。
As described above, a desired light intensity can be obtained by applying a voltage to a predetermined electrode group in accordance with the gradation signal.

【0030】実施例2 実施例1ではラマン・ナス回折を発生させ、その時の0
次光を用いてその強度変調を行った。ここでは、第2の
実施例として多次光を用いた強度変調について説明す
る。図7に構成の概略を示す。実施例1で説明したもの
と同一のデバイス4に同じようにレーザビームを入射さ
せ、回折を発生させる。集光レンズ5によって0次光と
多次光を結像し分離する。ここで0次光を遮光部材11
でカットし、多次光のみが通過できるようにする。多次
光の相対的な強度は、各電極12bに電圧が印加されて
いないときに0になり、印加する電圧と共に上昇し、あ
る電圧で最大となる。この状態で電圧を印加する電極数
を変えて行くと、第1の実施例と同様にその電極数に応
じて、多次光の強度がディジタル的なステップで変化す
る。
Embodiment 2 In Embodiment 1, Raman-Nass diffraction is generated and 0 at that time is generated.
The intensity was modulated using the next light. Here, intensity modulation using multi-order light will be described as a second embodiment. FIG. 7 shows a schematic configuration. A laser beam is similarly incident on the same device 4 as that described in the first embodiment to generate diffraction. The condenser lens 5 images and separates the 0th-order light and the multi-order light. Here, the 0th-order light is shielded from the light 11
Cut so that only multi-order light can pass through. The relative intensity of the multi-order light becomes 0 when no voltage is applied to each electrode 12b, increases with the applied voltage, and becomes maximum at a certain voltage. When the number of electrodes to which a voltage is applied is changed in this state, the intensity of the multi-order light changes in digital steps according to the number of electrodes as in the first embodiment.

【0031】その挙動は実施例1に記載した0次光と丁
度、逆の傾きを持つ曲線関係を示す。そして、入射する
レーザビームの空間的な強度分布(ガウス分布)に合わ
せて、所望の光強度を得るために電圧を印加する電極1
2bの位置と数を定め、光強度が均等なステップで変化
するように調節することで直線性の良い階調表現が得ら
れる。
The behavior exhibits a curve relationship with the 0th-order light described in Example 1 and having exactly the opposite slope. Then, the electrode 1 for applying a voltage to obtain a desired light intensity in accordance with the spatial intensity distribution (Gaussian distribution) of the incident laser beam.
By determining the position and number of 2b and adjusting the light intensity so as to change in equal steps, gradation expression with good linearity can be obtained.

【0032】また、印加する電圧を下げて、相対的な強
度を最大値以下で使用し、ビームの空間強度分布に合わ
せて、各電極12bに印加する電圧を調節すれば、上記
の電極数を変える調整方法と同様な効果を得ることがで
きる。すなわち、両端部側の電極12bの印加電圧を中
央部側の印加電圧より高くすることで、印加電圧分布を
持たせ、両端部側の電極12bによる回折度合を中央部
側の電極12bの回折度合より大きくすることで、電圧
を印加する電極位置にかかわらず、電極12b一本当た
りのONによる光強度を均等なステップで変化させるこ
とができる(図8)。
If the applied voltage is lowered and the relative intensity is used below the maximum value and the voltage applied to each electrode 12b is adjusted according to the spatial intensity distribution of the beam, the above-mentioned number of electrodes can be obtained. The same effect as the changing adjustment method can be obtained. That is, the applied voltage to the electrodes 12b on both end sides is made higher than the applied voltage on the central part side to give an applied voltage distribution, and the diffraction degree by the electrodes 12b on both end sides is made equal to that of the electrode 12b on the central part side. By making it larger, the light intensity due to ON per electrode 12b can be changed in equal steps regardless of the electrode position to which the voltage is applied (FIG. 8).

【0033】この場合には、中央部側の電極12bに対
する印加電圧を下げるので、この部位の回折の効率が若
干下がるが、電極12bを前述した例のようにグループ
で同時に動作させる必要がないため、同じ電極数のデバ
イスで得られる階調ステップ数を増やすことができる利
点がある。
In this case, since the applied voltage to the central electrode 12b is lowered, the efficiency of diffraction at this portion is slightly lowered, but it is not necessary to simultaneously operate the electrodes 12b in groups as in the above-mentioned example. The advantage is that it is possible to increase the number of gradation steps that can be obtained with a device having the same number of electrodes.

【0034】なお、多次光を用いて画像の書き込みをす
る場合には、ビームを単一のレンズで集光した場合に複
数のスポツトに分離してしまうため、これを感光体上の
一点に集光する複数のレンズを用いた光学系等によって
スポットを合成する必要がある。
When writing an image using multi-order light, the beam is split into a plurality of spots when it is condensed by a single lens. It is necessary to combine the spots by an optical system using a plurality of lenses that collect light.

【0035】実施例3 実施例1、2で説明した位相格子となるデバイスは、バ
ルク状態のLiNbO3単結晶中にレーザビームを入射
させ、電極面近傍における位相格子が形成されている領
域での全反射を利用して回折を起こさせたものである
が、基本的に格子の生成と消滅が選択的に制御できる位
相格子によって回折を起こすことが可能なデバイスの素
材と構造であればこれに限定されるものではない。例え
ば図9に示すようにLiTaO3基板の上にLiTaO3
にNbを拡散して作った光導波路20にビームを導き、
光導波路20上に作製した交差指電極12を階調信号に
従った電極群にグループ分けし、アドレッシングするこ
とにより、回折の効率を制御し、所望の0次光強度もし
くは1次強度を得ることができる。なお、前記交差指電
極12は導波路20の表面上にアルミニウム薄膜を着膜
し、フォトリソグラフィーによって、パターニングして
作製した。
Example 3 In the phase grating devices described in Examples 1 and 2, a laser beam is made to enter a LiNbO 3 single crystal in a bulk state, and a phase grating in a region near the electrode surface is formed. Diffraction is caused by using total internal reflection, but basically, if the material and structure of the device that can cause diffraction by a phase grating that can selectively control the creation and disappearance of the grating, this It is not limited. LiTaO 3 for example on a LiTaO 3 substrate as shown in FIG. 9
Guide the beam to the optical waveguide 20 made by diffusing Nb into
To obtain the desired 0th-order light intensity or 1st-order intensity by controlling the diffraction efficiency by grouping the interdigital electrodes 12 formed on the optical waveguide 20 into electrode groups according to a gradation signal and performing addressing. You can The interdigital electrode 12 was formed by depositing an aluminum thin film on the surface of the waveguide 20 and patterning it by photolithography.

【0036】実施例1、2の場合は結晶のZ軸に平行な
側面での全反射を利用するため、位相の変化を受ける領
域は電極12近傍の反射箇所に限られるが、本実施例の
場合は電極12の長さに等しい領域において、位相の変
化を受けることができる。そのため、この場合、位相格
子とビームが作用しあう領域の長さを長くとることが可
能となり、駆動電圧を低くすることができる利点があ
る。
In the case of Examples 1 and 2, since the total reflection on the side surface parallel to the Z axis of the crystal is utilized, the region subject to the phase change is limited to the reflection portion in the vicinity of the electrode 12. In this case, the phase can be changed in a region equal to the length of the electrode 12. Therefore, in this case, it is possible to increase the length of the region where the phase grating and the beam interact, and there is an advantage that the drive voltage can be lowered.

【0037】実施例4 実施例1、2、3ではラマン・ナス回折による0次光と
多次光を利用した強度変調について説明した。実施例3
で説明したように、位相格子とビームが作用しあう領域
の長さを長くとることのできるデバイス構造において、
デバイス中に形成される位相格子の長さLとそのピッチ
Pと入射するビームの波長λとの関係が 4π≦2πLλ/nP2 の条件を満たす場合はブラッグ回折が生じる。
Fourth Embodiment In the first, second and third embodiments, the intensity modulation using 0th-order light and multi-order light by Raman-Nass diffraction has been described. Example 3
As explained in, in the device structure where the length of the region where the phase grating and the beam interact can be long,
Bragg diffraction occurs when the relationship between the length L of the phase grating formed in the device and its pitch P and the wavelength λ of the incident beam satisfies the condition of 4π ≦ 2πLλ / nP 2 .

【0038】図10に示すように、ブラッグ回折はビー
ムが格子に対してブラッグ角θ2が θ2=sin-1(λ/2P) を満たす角度で入射した場合に、0次光はそのままの方
向に素通りし、1次光は角度θ2で格子で反射されたよ
うな形で偏向される。多次光としては1次光のみしか発
生しないため、この1次光を強度変調のビームとして用
いた場合、ラマン・ナス回折による複数のスポットにな
る多次光と違って、感光体上で一点に集光するための光
学系が不要であるという利点がある。
As shown in FIG. 10, in the Bragg diffraction, when the beam is incident on the grating at an angle at which the Bragg angle θ 2 satisfies θ 2 = sin −1 (λ / 2P), the 0th-order light remains unchanged. Passing through in the direction, the primary light is deflected at an angle θ 2 as if reflected by the grating. Since only the first-order light is generated as the multi-order light, when this first-order light is used as an intensity-modulated beam, unlike the multi-order light that becomes a plurality of spots due to Raman-Nass diffraction, there is one point on the photoreceptor. There is an advantage that an optical system for condensing the light on the surface is unnecessary.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明により、書き込みの解像度を低下
させることなく、また、画像信号の転送速度やポリゴン
スキャナーの回転速度を上げず、また、光学系のコスト
アップを必要とせずに階調数が上げられ、レーザー光源
の出力の不安定性に左右されずに階調の安定性に優れた
階調記録方法を提供することが可能になった。
According to the present invention, the number of gradations is reduced without lowering the writing resolution, increasing the image signal transfer speed or the polygon scanner rotation speed, and increasing the cost of the optical system. Therefore, it has become possible to provide a gradation recording method which is excellent in gradation stability without being affected by the instability of the output of the laser light source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の階調画像記録装置の構成の概略を説
明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a gradation image recording apparatus of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1に用いた位相格子デバイス
の電極構造を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode structure of the phase grating device used in Example 1 of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1に用いた位相格子デバイス
の中に形成された電界を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an electric field formed in the phase grating device used in Example 1 of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1における位相格子デバイス
によって回折を発生させた時の図である。
FIG. 4 is a diagram when diffraction is generated by the phase grating device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明による実施例1の電圧印加電極の配置
位置と光強度(ガウス分布)の関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram of the arrangement position of the voltage application electrode and the light intensity (Gaussian distribution) according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明による実施例1の位相格子デバイスに
よる強度変調特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing intensity modulation characteristics by the phase grating device of Example 1 according to the present invention.

【図7】 本発明による実施例2を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment according to the present invention.

【図8】 本発明による実施例2の位相格子デバイスに
よる強度変調特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing intensity modulation characteristics by the phase grating device of Example 2 according to the present invention.

【図9】 本発明による実施例3を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a third embodiment according to the present invention.

【図10】 本発明による実施例4を説明する図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth embodiment according to the present invention.

【図11】 従来の光書き込み装置の構成の概略を説明
する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a conventional optical writing device.

【図12】 従来の多階調記録方法(マトリクス)によ
るスポットの露光位置を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating exposure positions of spots by a conventional multi-gradation recording method (matrix).

【図13】 従来の多階調記録方法(パルス幅変調)に
よるスポットの露光位置を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an exposure position of a spot by a conventional multi-gradation recording method (pulse width modulation).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザー、2…コリメーターレンズ、3…シ
リンドリカルレンズ、4…位相格子デバイス、4a…位
相格子デバイスのビーム入射側端面、4b…位相格子デ
バイスのビーム内部全反射面、4c…位相格子デバイス
のビーム出射側端面、5…集光レンズ、6…多次光カッ
ト部材、7…ポリゴンスキャナー、8…fθレンズ、9
…シリンドリカルミラー、10…感光体、11…0次光
カット部材、12…電極、20…光導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Collimator lens, 3 ... Cylindrical lens, 4 ... Phase grating device, 4a ... Beam entrance side end surface of phase grating device, 4b ... Beam internal total reflection surface of phase grating device, 4c ... Phase grating device End face of the beam emission side, 5 ... Condensing lens, 6 ... Multi-order light cutting member, 7 ... Polygon scanner, 8 ... fθ lens, 9
... Cylindrical mirror, 10 ... Photoreceptor, 11 ... Zero-order light cutting member, 12 ... Electrode, 20 ... Optical waveguide

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02F 1/03 505 8106−2K H04N 1/04 104 A 7251−5C Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI Technical display location G02F 1/03 505 8106-2K H04N 1/04 104 A 7251-5C

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像信号によってオン/オフが制御され
るレーザービームを走査し、感光体上に集光して、静電
潜像を形成する光書き込み装置において、 前記レーザビームが通過する空間領域の一部または全部
において画像階調信号に基づき選択的に格子の生成と消
滅を制御できる位相格子を前記レーザビームの光路中に
設け、該位相格子を通過するビームの強度変調を行うこ
とを特徴とする光書き込み装置。
1. An optical writing device that scans a laser beam whose on / off is controlled by an image signal and focuses the laser beam on a photoconductor to form an electrostatic latent image in a spatial region through which the laser beam passes. In some or all of the above, a phase grating capable of selectively controlling the generation and disappearance of the grating based on the image gradation signal is provided in the optical path of the laser beam, and the intensity of the beam passing through the phase grating is modulated. Optical writing device.
【請求項2】 前記位相格子が電気光学効果を有する結
晶中に形成された屈折率が周期的に変化する位相格子で
あることを特徴とする請求項1記載の光書き込み装置。
2. The optical writing device according to claim 1, wherein the phase grating is a phase grating formed in a crystal having an electro-optical effect and having a periodically changing refractive index.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の光書き込
み装置を備えたことを特徴とする階調画像記録装置。
3. A gradation image recording device comprising the optical writing device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN102681399A (en) * 2011-03-17 2012-09-19 富士施乐株式会社 Exposure device and image forming apparatus

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JP2012192689A (en) * 2011-03-17 2012-10-11 Fuji Xerox Co Ltd Exposure device, and image forming apparatus

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