JPH06148697A

JPH06148697A - 光走査装置とその駆動方法及び製造方法

Info

Publication number: JPH06148697A
Application number: JP29484092A
Authority: JP
Inventors: Yasunaga Yamamoto; 泰永山本; Katsuhiko Kumakawa; 克彦熊川; Keisuke Tsuda; 圭介津田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的動作及び高精度な光学的調整が不要で
あり出力光強度が均一で、極めてコンパクトな光走査装
置を実現する。【構成】選択したセル電極の電界の有無または極性に
より任意のセル内の電気光学材料の光軸を光入射方向と
平行な状態から外すことにより、入射光のうち電極面と
平行な振動方向の光成分の一部が電気光学材料のセル壁
面において屈折率の違いにより反射され、これが光入射
方向と垂直な方向に出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１つの入射口から入射し
た光線を選択した出射口から出射する機能を有する光走
査装置とその駆動方法及び製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置には従来例１としては例えば
レーザプリンタ等に用いられる、レーザを回転ポリゴン
ミラーで走査する光学系がある。この従来例１の原理的
な構成は、レーザ光源から出射した光をコリメータレン
ズを通って平行光線とした後、モータに回転駆動された
ポリゴンミラーで反射し更に結像用のｆ・θレンズを通
して感光体ドラム等の上に結像するとともに走査を行な
うものである。また従来例２としてＬＥＤプリンタがあ
る。従来例２の原理的な構成は、走査回路からの出力パ
ルスにより、複数個配列されたＬＥＤが順次オンするも
のである。このＬＥＤ列と近接して感光体ドラム等を配
置して、位置的に対応したＬＥＤの点滅という形で感光
体ドラム上の光走査が行なわれる。また従来例３として
液晶シャッタプリンタがある。従来例３の原理的な構成
は、蛍光灯等の光源と感光体ドラムとの間に液晶シャッ
タの列を配置し、走査回路からのパルスにより複数個配
列された液晶シャッタが順次開閉するものである。この
液晶シャッタ列と近接して感光体ドラム等を配置して、
位置的に対応した液晶シャッタの開閉による光源からの
光の透過という形で感光体ドラム上の光走査が行なわれ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来例１においては、
光学系の調整が容易ではない、光路長も大きく装置をコ
ンパクト化し難い、等の課題が存在する。

【０００４】従来例２においては、ＬＥＤ毎に発光強度
がばらつくため、ばらつきを補正するための補正回路と
補正値の記憶回路とが必要になる、という課題が存在す
る。またＬＥＤは点灯時間による発光強度の減少という
劣化特性をもつし、この劣化特性は各ＬＥＤ毎に異なる
ので上記補正値は適時更新する必要性も生じる。

【０００５】従来例３においても、光源の上の場所毎の
輝度分布は異なるから、従来例２と同様な光強度補正が
必要である、という課題が存在する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光入射方向に
対して傾斜面にて接する屈折率異方性を有する電気光学
材料からなるセルを多段に配するとともに、各セルに個
別に電圧印加するための電極を設けるものである。

【０００７】

【作用】電界の有無または極性により任意のセル内の電
気光学材料の光軸を光入射方向と平行な状態から外すこ
とにより、入射光のうち電極面と平行な振動方向の光成
分の一部が電気光学材料のセル壁面において屈折率の違
いにより反射され、これが光入射方向と垂直な方向に出
射される。選択したセル電極に所定の電界を加えること
により任意のセルから出射光を得ることができ光走査装
置とするものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の実施例１を示すもので
ある。１は誘電体導波路であり、内部にセル２ａ〜２ｃ
を有しており、誘電体導波路１のうちセル２ａ〜２ｃの
内部と外部では誘電体の性質が異なる。セル内部には印
加電界により光軸方向が変化する誘電体としてネマチッ
ク液晶を封入してある。３ａ〜３ｃはセル２ａ〜２ｃの
各々を個別に選択して電界を印加するための電極であ
り、４は電極３ａ〜３ｃの対向電極となっている。本図
中のセルの数は簡単のため３個であるが、容易に多数段
に拡張できることはいうまでもない。

【０００９】印加電界がない場合のネマチック液晶の配
向方向は、図１の２ａまたは２ｃのセル中に長円で描い
たように、入射光の進行方向に平行に配向させておく。
ネマチック液晶材料としては、その常光屈折率が誘電対
導波路１のセル２ａ〜２ｃの外部における屈折率に等し
いものを選択する。ネマチック液晶の屈折率異方性は大
きい方が望ましい。印加電界がある場合のネマチック液
晶の光軸は２ｂのセル中に示したように電極３ｂの面に
垂直になる。

【００１０】以下本実施例１の動作を図２（ａ）及び
（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）ともに図
１を電界印加電極方向からみて、液晶が封入されたセル
のみを描いた簡略した図である。電界印加方向は紙面に
垂直となる。図２（ａ）はセル２ａにのみ電界印加され
た場合を表し、このとき入射光のうち電界印加電極の法
線方向の振動電界をもつ光はセル２ａに対して異常光と
なる。従ってセル２ａの界面での屈折率変化に基づいて
反射光を得ることができる。セル２ａを透過した光はセ
ル２ｂ，２ｃ以下に対しては常光であり、殆ど減衰なく
最終段セルに達する。次にセル２ａの印加電界が取り除
かれ、セル２ｂに電界印加された場合を図２（ｂ）に示
す。このときセル２ａに対しては入射光は常光であり、
セル２ａを殆ど減衰なく透過する。しかしセル２ｂに達
する透過光において電界印加電極の法線方向の振動電界
をもつ光はセル２ｂに対して異常光となる。従ってセル
２ｂの界面での屈折率変化に基づいて反射光を得ること
ができる。セル２ｂを透過した光はセル２ｃ以下に対し
ては常光であり、殆ど減衰なく最終段セルに達する。

【００１１】上記のように各セルに順次電界印加するこ
とによって、機械的手段を用いずに、順次各セルから本
来の光入射方向及び印加電界方向とは垂直方向に光を取
り出すことができ、コンパクトな光走査装置を実現する
ことができる。

【００１２】次に、本発明の実施例２について図３を用
いて説明する。図３において、１は誘電体導波路であ
り、内部にセル２ａ〜２ｃを有しており、誘電体導波路
１のうちセル２ａ〜２ｃの内部と外部では誘電体の性質
が異なる。セル内部には印加電界により光軸方向が変化
する誘電体として強誘電性液晶を封入してある。３ａ〜
３ｃはセル２ａ〜２ｃの各々を個別に選択して極性の異
なる電界を印加するための電極であり、４は電極３ａ〜
３ｃの対向電極となっている。本図中のセルの数は簡単
のため３個であるが、容易に多数段に拡張できることは
いうまでもない。

【００１３】図３の２ａまたは２ｃのセル中に長円で描
いたように、電極３ａ〜３ｃに負の電界を印加した場合
の強誘電性液晶の光軸が入射光の進行方向に平行になる
ように強誘電性液晶を配向させておく。長円から出てい
る矢印は強誘電性液晶分子の自発分極ベクトルを示して
おり、これは印加電界のベクトル方向に一致する。強誘
電性液晶材料としては、その常光屈折率が誘電対導波路
１のセル２ａ〜２ｃの外部における屈折率に等しいもの
を選択する。強誘電性液晶の屈折率異方性は大きい方が
望ましい。印加電界が正の場合の強誘電性液晶の光軸は
２ｂのセル中に示したように電極３ｂの面には平行だが
入射光の進行方向に対しては平行ではなくなる。

【００１４】以下本実施例２の動作を図４（ａ）及び
（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）、（ｂ）ともに図
３を電界印加電極方向からみて、液晶が封入されたセル
のみを描いた簡略した図である。図４中の強誘電性液晶
の光軸方向を示す長円の中の黒点及び丸十字は自発分極
ベクトルの向きが紙面に垂直に入る方向及び出る方向に
あることを示す。電界印加方向は紙面に垂直になる。図
４（ａ）はセル２ａにのみ正の電界印加されるとともに
他のセルには負の電界印加された場合を表す。このとき
入射光のうち電界印加電極と平行方向の振動電界をもつ
光はセル２ａに対して異常光となる。従ってセル２ａの
界面での屈折率変化に基づいて反射光を得ることができ
る。またセル２ａを透過した異常光はセル２ｂ，２ｃ以
下に対しては常光であり、セル２ａ内での常光と同様に
殆ど減衰なく最終段セルに達する。次にセル２ａの印加
電界が負となり、セル２ｂの電界印加が正となった場合
を図４（ｂ）に示す。このときセル２ａに対しては入射
光は常光であり、セル２ａを殆ど減衰なく透過する。し
かしセル２ｂに達する透過光において電界印加電極と平
行方向の振動電界をもつ光はセル２ｂに対して異常光と
なる。従ってセル２ｂの界面での屈折率変化に基づいて
反射光を得ることができる。セル２ｂを透過した光はセ
ル２ｃ以下に対しては常光であり、殆ど減衰なく最終段
セルに達する。

【００１５】上記のように各セルに順次極性の異なる電
界を印加することによって、機械的な手段を用いずに、
順次各セルから本来の入射光の進行方向及び印加電界方
向とは垂直方向に光を取り出すことができ、コンパクト
な光走査装置を実現することができる。また強誘電性液
晶の応答速度は早いので比較的高速な光走査が可能であ
る。

【００１６】図５は実施例１及び実施例２における光走
査装置の、入射光進行方向と平行線を法線とする断面図
である。本図中３及び４は図１と図３におけると同様に
電界印加するための電極及び対向電極である。５及び６
は図１と図３におけるセル２ａ〜２ｃを包含する誘電体
導波路１であるコア部及びそのクラッド層である。クラ
ッド層はコア部から小角でクラッド層へ入射する光をコ
ア部へ戻すための層であり、その屈折率はコア部よりも
小さい。実施例２においてはセル内の異常光線が徐々に
導波路１の端部に接近するために、これの誘電体導波路
１の外への漏れを抑制するためにクラッド層６の役割は
大きい。７は、図１〜図４では図示しなかったが、本光
走査装置を安定に支持する基板であり、８は本光走査装
置からの反射出力光を結像面に等倍結像するためのロッ
ドレンズアレイである。結像面を光走査装置に近接させ
ればロッドレンズアレイは必ずしも必要ではない。

【００１７】なお入射光のうち実施例１においては電界
印加電極面に平行方向の電界振動成分を有する光は、電
界印加状態及び電界無印加状態に関わらず殆ど減衰を受
けることなく最終段セルまで透過するので走査出力され
る反射光量に寄与しない。従って実施例１では、偏光子
や偏光プリズム等を用いることにより、入射光として電
界印加電極面の法線方向の振動電界を有する偏光を用い
てもよい。実施例２においては電界印加電極面の法線方
向の電界振動成分を有する光は、電界印加状態の正負の
方向に関わらず殆ど減衰を受ける事なく最終段セルまで
透過するので走査出力される反射光量に寄与しない。従
って実施例２では、偏光子や偏光プリズム等を用いるこ
とにより、入射光として電界印加電極面に平行方向の振
動電界を有する偏光を用いてもよい。また当然入射光は
コリメートされている方が望ましい。また実施例２にお
いて負電界印加時の強誘電性液晶の光軸が入射光の進行
方向に平行になるような液晶配向としたが、正電界印加
時の光軸が入射光の進行方向に平行になるような液晶配
向としてもよいことはいうまでもない。

【００１８】実施例１及び実施例２において反射光強度
変調の方法について説明をする。反射光の有無のみが必
要な２値出力の場合は入射光及び各セル電極印加電界の
強度には変調をかける必要は基本的にはないが、各セル
からの反射光の均一性を保証するためにセル選択電界の
印加と同期させて入射光強度変調の形で補正を行なうの
が一般的である。またこの入射光強度変調を多段階に行
なうことで多階調の反射出力を得ることもできる。以上
のように各セルを１つづつ順次選択して走査する場合に
は実施例１の場合、電界印加に対するセル内材料の光軸
変化の応答速度が低いので反射出力光走査速度も低いも
のとなる。ところが、実施例１及び実施例２におけるセ
ル内に液晶等の屈折率異方性の大きい電気光学材料を用
いた場合でも、予め偏光波の形の入射光を用いた場合
で、選択セルでの反射率は１％程度以下である。従って
セル毎に印加する電界強度を変調すれば、ある程度の階
調性を保ちながら、同時に複数個のセルを選択してこれ
らのセルから反射出力を得ることも可能である。即ち反
射光として用いられる以外のロスがなければ、１つの選
択セルでの最大電界印加時反射率及びそのときの透過率
をＲ及びＴ（＝１−Ｒ）とした場合、理想的には、同時
に選択された複数個のセルのうち１番目の選択セルへの
入射光強度に対するｎ番目の選択セルでの反射光強度比
はＲ・Ｔ^(n-1)となり、このとき１／（Ｔ^(n-1)−１）の
階調性は保たれる。例えばＴ＝０．９９であればｎ＝１
０で少なくとも１０．５（２０ｄＢ）程度の階調性を得
ることができる。このように複数個のセルから同時に反
射光出力を得ることにより光走査速度を実効的に高める
ことが可能になる。またこのとき選択される複数個のセ
ルは互いに隣接し合っている必要性はない。

【００１９】次に本発明の光走査装置の製造方法を図６
を用いて説明する。支持基板７（図６(a)の上に対向電
極４を形成図６(b)し、更にクラッド層６を形成する
（図６(c)）。クラッド層６上部に所定方向への液晶配
向のために斜方蒸着またはラビング処理等を行った後、
樹脂でコア部としての誘電体導波路を形成し、更にフォ
トリソグラフィによってコア部に平行四辺形に類する形
状の凹部としてセルを形成する（図６(d)）。次に別途
支持基板上にセル毎の個別電極３及びクラッド層を設け
るとともに、斜方蒸着やラビング処置等を施した部材９
を張り合わせ、注入溝より液晶を注入及び封止し反射光
が出力される面にクラッド材を付与し、光の入出力面を
研磨して本光走査装置を得る（図６(e)）。部材９は引
出した個別電極３にパルスを与えるためのＩＣを実装す
るために（図５参照）幅を広くしてある。図６では対向
電極を有する部材上にコア部を形成したが、逆に、個別
電極を有する部材上にコア部を形成してもよいことは言
うまでもない。

【００２０】図７（ａ）〜（ｃ）はコア部のセル形状を
詳しく描いたものであり、液晶を注入するための排気口
と注入口とを示している。図中破線で描いた平行四辺形
はセル個別の電界印加電極である。図７（ａ）は１つの
個別電極当りの傾斜した反射面が４面あり、各セル溝が
共通につながっている。このように１電極即ち１セル当
りの反射面を増加することは反射出力光強度を増加する
のに有用である。図７（ｃ）は１つのセル当りの反射面
は２面であり、各セル溝は蛇行しながら図７（ａ）と同
様に共通につながっており、セル間を繋ぐ溝は光反射を
避けるべき箇所であるから個別電極が覆う事なく、電界
印加されない。図７（ｂ）は各セル毎に液晶の注入口及
び排気口が独立しており、液晶の注入経路が図７（ａ）
及び（ｃ）に比べて短いので粘性の大きい液晶材料の注
入に適している。

【００２１】図８は１組の基板から複数個の光走査装置
を取り出す、多数個取りのための製造方法を示す。支持
基板７の上に対向電極４を形成し、更にクラッド層６を
形成する。クラッド層６上部に所定方向への液晶配向の
ために斜方蒸着またはラビング処理等を行った後、樹脂
でコア部としての誘電体導波路を形成し、更にフォトリ
ソグラフィによってコア部に平行四辺形に類する形状の
凹部としてセルを形成する（図８(a)）。他方、別途支
持基板上にセル毎の個別電極３及びクラッド層を設ける
とともに、斜方蒸着やラビング処置等を施した部材９を
張り合わせ、複数個分の光走査装置に対して同時に注入
溝より液晶を注入及び封止した（図８(b)）後、個別の
光走査装置として切り出す（図８(c)）。更に個別電極
引出し部及び対向電極引出し部を露出するように各部材
の一部を切りとるとともに、反射光が出力される面にク
ラッド材を付与し、光の入出力面を研磨して本光走査装
置を得る（図８(d)）。個別電極３にパルスを与えるた
めに個別電極引出し部に対しては直接に駆動用ＩＣを実
装してもよいし、またさらなる引き出し線に接続しても
よい。なお図８において、対向電極を有する部材上にコ
ア部を形成する製造手順であったが、逆に、個別電極を
有する部材上にコア部を形成してもよいことは言うまで
もない。また図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々図７
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したものと同様のセル形状
の光走査装置において多数個取りを行なう際のセルのパ
ターン例を示したもので、図中一点鎖線は最終的に個々
の光走査装置に分離されるときの切断線を意味する。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
械的動作及び高精度な光学的調整が不要であり、元来唯
一の光源を用いるので出力光強度が均一で、極めてコン
パクトな光走査装置を実現することができ、コンパクト
な光プリンタへの応用等、産業上の効果は極めて大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の実施例１の見取図

【図２】本発明の実施例１の動作説明図

【図３】本発明の光走査装置の実施例２の見取図

【図４】本発明の実施例２の動作説明図

【図５】本発明の光走査装置の断面図

【図６】本発明の光走査装置の製造方法

【図７】コア部のセル形状図

【図８】本発明の光走査装置の多数個取りの製造方法

【図９】多数個取りの際のパターン図

【符号の説明】

１誘電体導波路２、２ａ〜２ｃ電気光学材料を封入したセル３、３ａ〜３ｃ電極４対向電極７支持基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状の光学部材であり、内部に棒の軸に対
して傾斜した面を有する複数個のセルを有し、前記セル
の中に常光に対する屈折率がセル外の屈折率に等しい電
気光学材料が充填され、前記セルは個々に電界印加され
るための電極を備えるとともにこれによって選択され、
上記光学部材の一端から入射した光が被選択セルの上記
傾斜面より前記光学部材の軸とはほぼ垂直方向に反射さ
れることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】請求項１の光走査装置において、前記電気
光学材料が液晶であることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項２の光走査装置において、前記液晶
材料がネマチック型であることを特徴とする光走査装
置。
【請求項４】請求項３の光走査装置において、電界印加
電極に無印加の時に前記ネマチック型液晶の光軸が長手
方向即ち入射光の進行方向に平行に配向させてなること
を特徴とする光走査装置。
【請求項５】請求項２の光走査装置において、前記液晶
材料が強誘電性液晶であることを特徴とする光走査装
置。
【請求項６】請求項５の光走査装置において、電界印加
電極に正または負の電界印加時に前記強誘電性液晶の光
軸が長手方向即ち入射光の進行方向に平行に配向させて
なることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】請求項１〜６の光走査装置において、１つ
の個別電極当りの反射面数が４面以上あることを特徴と
する光走査装置。
【請求項８】請求項１〜７の光走査装置において、各セ
ルが相互に溝でつながるとともに、光反射を避けるべき
界面を有する上記溝については電界印加のための個別電
極が覆っていないことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】請求項１〜８の光走査装置において、光入
射端に偏光子または偏光プリスムを備えることを特徴と
する光走査装置。
【請求項１０】請求項１〜９の光走査装置において、各
セル選択と同期して入射光強度を変調することにより、
階調性のある反射出力光を得ることを特徴とする光走査
装置。
【請求項１１】同時に複数個のセルを選択走査し、これ
らの被選択セル毎の印加電界強度を変調することによっ
て、ある程度の階調性を保ちつつ、同時に選択したセル
の個数倍だけ走査速度を向上する、請求項１〜９の光走
査装置の駆動方法。
【請求項１２】請求項１１の駆動方法において、被選択
セルの印加電界強度が２種類のみであって、階調性が２
値であることを特徴とする、請求項１〜９の光走査装置
の駆動方法。
【請求項１３】支持基板上に共通対向電極及びクラッド
層を形成するとともに配向処理を行なった一方の部材
と、ＩＣ実装するためにこれより幅の広い支持基板上に
個別電極及びクラッド層を形成するとともに配向処理を
行なった他方の部材を用いるものであり、前記２種類の
部材のいづれかの上に樹脂でコア部としての誘電体導波
路を形成し、フォトリソグラフィによってコア部に平行
四辺形に類する形状の凹部としてセルを形成し、残りの
部材をこれに張り合わせ、注入溝より液晶を注入及び封
止し反射光が出力される面にクラッド材を付与し、光の
入出力面を研磨することを特徴とする光走査装置の製造
方法。
【請求項１４】請求項１３の製造方法において、支持基
板上に共通対向電極及びクラッド層を形成するとともに
配向処理を行なった一方の部材と、ＩＣ実装するために
これより幅の広い支持基板上に個別電極及びクラッド層
を形成するとともに配向処理を行なった他方の部材が、
ともに多数個取りできるように複数個の光走査装置を形
成するものであり、前記２種類の部材のいづれかの上に
樹脂でコア部としての誘電体導波路を形成し、フォトリ
ソグラフィによってコア部に平行四辺形に類する形状の
凹部としてセルを形成し、残りの部材をこれに張り合わ
せ、注入溝より液晶を複数個の光走査装置分をまとめて
注入及び封止した後に、各光走査装置を切り出し、更に
電界印加電極引出し線が露出するように上記各部材の一
部を切りとり、反射光が出力される面にクラッド材を付
与し、光の入出力面を研磨することを特徴とする光走査
装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１３及び１４の製造方法におい
て、コア部にセルとして形成される平行四辺形に類する
形状の凹部が複数個のセル間で溝を介してつながってい
るパターン用いることを特徴とする、光走査装置の製造
方法。