JPH0659295A

JPH0659295A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0659295A
Application number: JP20907392A
Authority: JP
Inventors: Naritake Iwata; 成健岩田; Shinya Hasegawa; 信也長谷川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】光線を像面上で直線又は平面走査させる光走
査装置に関し、小型で、かつ、低消費電力で光走査が行
なえる光走査装置を提供することを目的とする。【構成】レーザダイオード１からの光が伝搬される導
波路４に密着して音響光学板５を設け、音響光学板５の
端面に取り付けられた圧電素子６により音響光学板５内
に音波を導入し、音響光学板５の屈折率を音波進行部分
だけ高くすることにより導波路４内の全反射条件をくず
し、外部に光を出射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置に係り、特
に光線を像面上で直線又は平面走査させる光走査装置に
関する。

【０００２】レーザプリンタ等の印刷装置では光源を直
線又は平面で走査することにより、印刷画像の書込みが
行なわれる。このようなレーザプリンタで使用する光学
系には直線走査、平面結像、高解像度等が要求されてい
る。

【０００３】

【従来の技術】レーザプリンタ等に用いられる直線又は
平面を走査する光走査光学系としては直線走査、平面結
像、高解像度等が要求される。これまで、回転多面鏡方
式、ホログラムディスク方式、ガルバノミラー方式、Ｌ
ＥＤ（発光ダイオード）アレイ方式、液晶シャッタ方式
等が知られている。

【０００４】回転多面鏡方式、ホログラムディスク方
式、ガルバノミラー方式はレーザ光源を使用し、鏡、回
折格子を機械的に駆動して走査ビームを空中伝播させて
走査させる方式である。

【０００５】ＬＥＤアレイ方式はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）を走査方向に多数配列した構成であった。また、液
晶シャッタ方式は液晶セルを走査方向に配列し、液晶の
偏向を利用して、液晶セル後方に配置された光源からの
光を制御することにより光を走査する構成であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の回転
多面鏡方式、ホログラムディスク方式、ガルバノミラー
方式等の光走査方式ではレーザを使用することにより、
低電力で高光出力を得やすい反面、走査光の伝播する光
学系が広い領域を占有するため装置の小型化が困難であ
る、走査系の騒音が大きい等の問題点があった。

【０００７】また、ＬＥＤアレイ方式、液晶シャッタ方
式では走査光学系の小型化が実現でき、走査系に機械駆
動を利用しないので低騒音である反面、低電力で高光出
力を得ることが困難であった。さらに、ＬＥＤアレイ方
式ではアレイ状の素子の固体ばらつきがあり、走査位置
に応じて発光強度が変わり、印字の濃淡、線の太さ等に
影響するという問題点があった。また、液晶シャッタ方
式では、シャッタ後方に線状のＵＶ光源を配置し、その
透過を液晶で制御する方式があるが、液晶はコントラス
トが低く、もれ光により像が不鮮明になる、いわゆるか
ぶりが生じる等の問題点があった。また、半導体レーザ
をアレイ状に並べる方式では、非常に高コストになり、
実現性が低い等の問題点があった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、小型で、かつ、低消費電力で光走査が行なえる光走
査装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために光を放出する光源１と、一定の屈折率を有し
前記光源１から放出された光を伝播する導波路４と、前
記導波路４に平行に接して設けられ、液晶に歪のない状
態では前記導波路４との境界での全反射条件を満足さ
せ、歪により屈折率が変化し、前記導波路４との境界で
の全反射条件がくずれる音響光学部材５と、前記音響光
学部材５に歪を発生させる歪発生手段６とを有する構成
としてなる。

【００１０】

【作用】歪発生手段により可変屈折率部材に歪を発生さ
せると可変屈折率部材は歪が発生した箇所の屈折率が変
化する。

【００１１】可変屈折率部材の屈折率が変化すると、導
波路での光の全反射条件がくずれ導波路の光が可変屈折
率部材を介して光が外部に出射される。

【００１２】このとき、歪発生手段で加えられた歪は可
変屈折率部材内を導波路に沿って進行する。従って、可
変屈折率部材から出射される光の位置は歪と進行するた
め、光が歪の進行方向に走査されつつ出射されていく。

【００１３】このように、一光源と、光源からの光を導
く導波路と、導波路に密着した可変屈折率部材と、可変
屈折率部材に歪を加える歪発生手段とで構成でき、機械
的駆動が不要となるため、小型化が可能となり、また、
その出射位置によらず、均一な光が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の構成図を示す。
同図中、１は光源となるレーザダイオード（ＬＤ）を示
す。レーザダイオード１はレーザダイオード（ＬＤ）ド
ライバ２に接続され、ＬＤドライバ２からの駆動信号に
より駆動され、発光する。

【００１５】レーザダイオード１から出射された光はレ
ンズ３を介して導波路４に入射される。導波路４は板状
の導光材料よりなる。レーザダイオード１及びレンズ３
は導波路４の端面に光が導波路４内で全反射をくり返す
角度θｉで入射されるように配置される。

【００１６】導波路４には像面側に導波路４と平行に音
響光学板５を密着される。音響光学板５は酸化テルル、
モリブデン酸鉛、ガラス等の透明な材料よりなり、結晶
にかかる歪に応じて屈折率が異なる、いわゆる音響光学
効果を有する。音響光学板５の一端面には圧電素子６が
密着される。

【００１７】圧電素子６にはスイッチ７を介して電源８
が接続される。圧電素子６はスイッチ７をスイッチング
制御することにより音響光学板５に歪を加える。スイッ
チ７はクロック発生部９と接続されていて、クロック発
生部９からのクロック信号に応じてスイッチング制御さ
れる。また、クロック発生部９はＬＤドライバ２と接続
され、ＬＤドライバ２はクロック信号に応じて、レーザ
ダイオード１の発光強度を変調する駆動信号をレーザダ
イオード１に供給する。

【００１８】また、音響光学板５の他端には吸収体１０
が設けられ、音響光学板５を伝搬してきた音波を吸収す
る構成とされている。

【００１９】次に図２と共に本実施例の動作を説明す
る。圧電素子６にパルス状の電圧を印加すると音響光学
板５にパルス又はステップ状の屈折率分布の進行波が生
じる。

【００２０】例えば、導波路４の屈折率をｎ₁，音響光
学板５の通常時の屈折率をｎ₂，歪発生時の屈折率をｎ
₃とする。

【００２１】なお、ｎ₁＞ｎ₂，ｎ₁＜ｎ₃となるよう
に材料は設定される。

【００２２】また、導波路４への入射光の角度θｉは図
２（Ａ）に示すようにsin θｉ＞（ｎ₂／ｎ₁）とな
り、全反射条件を満たし、図２（Ｂ）に示すようにsin
θｉ＜（ｎ₃／ｎ₁）となり、透過条件を満たすものと
する。

【００２３】音響光学板５に音波が印加されていない状
態（屈折率変化が生じていない状態）ではレーザ光は導
波路４，音響光学板５間で全反射条件を満足するため、
像面に光は出射されない。また、音波により屈折率が高
まった領域では、全反射条件がくずれ導波路４中の光線
が音響光学板５を透過し、像面に出射される。

【００２４】圧電素子を電圧で変調し、音響光学結晶中
にパルス又はステップ状の音波を発生すると、音波によ
り屈折率の高くなった状態（ｎ₂→ｎ₃）が進行波とし
て生じる。このとき、進行波の結晶媒質中の伝播速度は
一定（例えば二酸化テルルでは、縦波伝播で3700m/s ，
横波伝播では結晶により650m/s程度）である。この進行
波と同期して、レーザダイオード１を発光させることに
より走査光学系を実現できる。この方式は全反射条件を
利用するため、高コントラストとすることができる。

【００２５】本実施例によれば導波路４と音響光学板５
のみで構成され、装置が小型になる。また、光源にレー
ザ光を使用するため、低電力で高光出力が期待できる。
また、光源部もＵＶ光源等に比べ小型化が可能となる。

【００２６】図３は本発明の第２実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００２７】本実施例は導波路４の音響光学板５の密着
面とは反対側の面に反射膜１１を形成した構成としてな
る。反射膜１１を形成することにより、導波路４に若干
の凹凸を有し、導波路４内の全反射条件がくずれる場合
でも、光を導波路４内にとじ込めておくことができる。

【００２８】従って、反射損失を減少させることができ
ると共に、導波路４の面精度、平行度を緩和できる。

【００２９】図４は本発明の第３実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００３０】本実施例は音響光学板５と像面１２との間
にレンズアレイ１３ａを配設し、音響光学板５から出射
された光を像面１２上に集光する構成としたものであ
る。

【００３１】図５は本発明の第４実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００３２】本実施例は音響光学板５と像面１２との間
にホログラム１３ｂを配置し、音響光学板５から出射し
た光を集光して像面１２に供給した構成である。

【００３３】また、図４，図５のレンズアレイ１３ａ，
ホログラム１３ｂに代え拡散板やプリズムを配置する構
成も考えられる。さらに、図４，図５では導波路４には
図３に示す反射膜１１は形成されていないが反射膜を形
成してもよい。

【００３４】図６は本発明の第５実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００３５】本実施例は導波路４に図１の音響光学板５
に代えて、電気光学板１４を密着させた構成とする。電
気光学板１４はリチウムナイオベート等の電気光学結晶
よりなる。電気光学結晶は印加電圧に応じて屈折率が変
化する。なお、電気光学結晶としては液晶が考えられ
る。導波路４と電気光学板１４との間に共通電極１５が
形成され、電気光学板１４の他の面に、走査方向に分割
された複数の個別電極１６-1〜１６-nが形成される。

【００３６】なお、このとき、個別電極１６-1〜１６-n
を導波路４と電気光学板１４との間に形成し、共通電極
１５を電気光学板１４の他の面に形成する構成としても
よい。

【００３７】液晶の複屈折性により液晶分子軸に平行な
偏光に対する屈折率ｎ_s＝1.49，分子軸に直交する偏光
に対する屈折率ｎ_p＝1.63となる。液晶に電圧を印加し
ない状態で液晶にｓ偏光のレーザ光を入射すると、導波
路と液晶の屈折率差が大きいため、レーザ光は導波路４
中を伝播する。液晶に電圧を印加して液晶の配向を変化
することにより、液晶の屈折率が高まり、レーザ光を導
波路外に導くことができる。

【００３８】各個別電極１６-1〜１６-nは夫々スイッチ
１７-1〜１７-n及び、電源１８を介して共通電極１５と
接続される。スイッチ１７-1〜１７-nは制御回路１９と
接続され、制御回路１９により、スイッチ１７-1からス
イッチ１７-nへ、順次オン／オフされる。

【００３９】これにより、電気光学板１４の個別電極１
６-1〜１６-nに対応した部分の屈折率が順次高くなり、
屈折率が高くなった位置より導波路４中を伝播する光を
順に外部に取り出すことができる。

【００４０】図７は本発明の第６実施例の構成図を示
す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００４１】本実施例は導波路４の電気光学板１４が密
着する面とは反対側の面に図３と同様に反射膜１１を形
成してなる。反射膜１１を形成することにより、導波路
４より光が外部にもれることがないため、反射損失を低
減でき、また、導波路４の面精度、平行度の精度を緩和
できる。

【００４２】図８は本発明の第７実施例の構成図を示
す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００４３】本実施例は電気光学板１４と像面１２との
間にレンズアレイ１３ａを配設し、電気光学板１４から
出射された光を像面１２上に集光する構成としたもので
ある。

【００４４】図９は本発明の第８実施例の構成図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００４５】本実施例は電気光学板１４と像面１２との
間にホログラム１３ｂを配置し、電気光学板１４から出
射された光を集光して像面１２に供給した構成である。

【００４６】また、図８，図９のレンズアレイ１３ａ，
ホログラム１３ｂに代え拡散板やプリズムを配置する構
成も考えられる。さらに、図８，図９では導波路４には
図７に示す反射膜１１は形成されていないが反射膜を形
成してもよい。

【００４７】図１０は本発明の第９実施例の構成図を示
す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００４８】本実施例は図６の個別電極１７-1〜１７-n
に代え、格子状個別電極２０-1〜２０-nを形成してな
る。図１１に本実施例の個別電極２０-nの平面図を示
す。１つの格子状個別電極２０-nは図１１（ａ）に示す
ように電極部分２０ａと非電極部分２０ｂとが一定の周
期となるように形成されている。

【００４９】このため、格子状個別電極２０-nに電圧を
印加すると共通電極１５との間に格子状の電極分布が発
生する。従って、図１１（ｂ）に示すように低屈折率ｎ
₂部分と高屈折率ｎ₃部分とが格子状に現われる。この
ため、図１１（ｃ）に示すような光分布を発生させるこ
とにより光を回折させることができる。

【００５０】例えば、格子状個別電極２０-nを空間周波
数が電極２０-nの中央で高くなるように格子間隔を設定
することにより、外部に出力される光を電極２０-n中央
に集光することができる。このような構成とすれば他に
レンズアレイ、回折格子等の集光手段が不要となる。

【００５１】なお、電気光学板１４と像面１２との間に
各格子電極２０-nに対応してレンズ、回折格子等の集光
手段を設けてもよい。

【００５２】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、機械的駆
動なしに光走査が行なえるため、小型化が可能となり、
また、一つの光源で構成されているため、走査光を出射
位置によらず均一にできると共に安価に実現できる等の
特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の動作説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の構成図である。

【図４】本発明の第３実施例の構成図である。

【図５】本発明の第４実施例の構成図である。

【図６】本発明の第５実施例の構成図である。

【図７】本発明の第６実施例の構成図である。

【図８】本発明の第７実施例の構成図である。

【図９】本発明の第８実施例の構成図である。

【図１０】本発明の第９実施例の構成図である。

【図１１】本発明の第９実施例の要部説明図である。

【符号の説明】１レーザダイオード２ＬＤドライバ３レンズ４導波路５音響光学板６圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源（１）と、一定の屈折率を有し、前記光源（１）から放出された光
を伝播する導波路（４）と、前記導波路（４）に平行に接して設けられ、液晶に歪の
ない状態では前記導波路（４）との境界での全反射条件
を満足し、歪により屈折率が変化し、前記導波路（４）
との境界での全反射条件がくずれる音響光学部材（５）
と、前記音響光学部材（５）に歪を発生させる歪発生手段
（６）とを有し、前記歪発生手段（６）により発生した歪を前記音響光学
部材（５）を伝搬させ、前記歪により前記導波路（４）
と前記音響光学部材（５）との境界の全反射条件がくず
れた位置から光を取り出すことにより光走査を行なう光
走査装置。
【請求項２】光源（１）と、一定の屈折率を有し、前記光源（１）から放出された光
を伝播する導波路（４）と、前記導波路（４）に平行に接して設けられ、電圧が印加
されない状態では前記導波路（４）との境界での全反射
条件を満足し、電圧により屈折率が変化して、前記導波
路（４）との境界での全反射条件がくずれる電気光学結
晶又は液晶（１４）と、前記電気光学結晶又は液晶（１４）を分割して個別に電
圧を印加する電圧印加手段（１５，１６-1〜１６-n，１
８）と、前記電圧印加手段（１５，１６-1〜１６-n，１８）によ
る電圧印加位置が切換わるように制御する制御手段（１
７-1〜１７-n，１９）とを有し、前記制御手段（１７-1〜１７-n，１９）により制御され
た前記電圧印加手段（１５，１６-1〜１６-n，１８）に
より前記電気光学結晶又は液晶（１４）に電圧を印加
し、印加電圧により、前記導波路（４）と前記電気光学
結晶又は液晶（１４）との境界の全反射条件がくずれた
位置から光を取り出すことにより光走査を行なう光走査
装置。
【請求項３】前記電圧印加手段（１５，１８）は格子
状電極（２０-1〜２０-n）を有し、該格子状電極（２０
-1〜２０-n）の格子間隔に応じて光を回折させることを
特徴とする請求項２記載の光走査装置。