JPH08334793A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路型の光走査素子の光偏向角度及びレ
ーザー・ビームの位置精度を向上させることにより、レ
ーザー・プリンター、デジタル複写機及びファクシミリ
等に利用可能な走査速度を有するレーザー光走査素子を
用いる光走査装置を提供する。 【構成】 本発明の光走査装置は、光導波路と該導波路
内にレーザー・ビームを入射させる光源を有し、該入射
されたビームは櫛形電極に高周波が入力されることによ
り励起された表面弾性波によって偏向された後、偏向さ
れた複数のレーザー・ビームが、投影面上において相隣
接することにより一本の走査線を形成するように光導波
路外に出射される手段を有する光走査素子を用い、光走
査素子から投影面上に至る途中の位置であり、かつ投影
面上の走査線に対応する各レーザー・ビームの偏向角度
より外側の位置に各レーザー・ビームの位置検出器が設
置されており、該位置検出器がレーザー・ビームを検知
した際に、櫛形電極に入力された高周波の周波数を検出
する手段が設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路内に光ビーム
を入射させる光導波路型の光走査素子を用いて、レーザ
ー・プリンター、デジタル複写機、ファクシミリ等に利
用される光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー・ビーム・プリンター、デジタ
ル複写機、ファクシミリ等に用いられているレーザー・
ビーム光走査装置は、気体レーザーや半導体レーザーか
らのビームを偏向するポリゴンミラーと呼ばれる回転多
面鏡と、その回転多面鏡により反射されたレーザー・ビ
ームを感光体などの結像面上において等速度直線運動の
状態に集光させるｆ・θレンズとにより構成されたもの
が代表的なものとして使用されている。このようなポリ
ゴンミラーを用いる光走査装置は、ポリゴンミラーをモ
ーターによって高速回転させるために、耐久性に劣ると
ともに騒音が発生するという問題を有し、また光走査速
度がモーターの回転数によって制限されるという問題が
ある。

【０００３】一方、固体型のレーザー・ビーム光偏向装
置としては、音響光学効果を利用した光偏向素子があ
り、なかでも光導波路型素子が期待されている（Ｃ．
Ｓ．Ｔｓａｉ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｉｒｃｕｉｔ
ｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔ．ｖｏｌ．ＣＡＳ−２６（１９７
９）１０７２等）。この光導波路素子は、ポリゴンミラ
ーを用いたレーザー・ビーム光走査装置の欠点を解決す
るレーザー・ビーム光走査素子として、プリンター等へ
の応用が検討されている［野崎他，信学技報，ＯＱＥ８
５−１７７（１９８６）４３および羽鳥他，信学技報，
ＯＱＥ８８−１３９（１９８９）９等］。このような光
導波路型の光偏向素子は、特開昭５２−６８３０７号公
報及び特公昭６３−６４７６５号公報等に示されるよう
に、ＬｉＮｂＯ₃ やＺｎＯ等よりなる光導波路と、この
光導波路内にレーザー・ビームをカップリング（入射）
させる手段を有し、さらにその光導波路中の光ビームを
音響光学効果により偏向するための表面弾性波を励起す
る櫛形の電極と偏向された光ビームを光導波路中よりア
ウトプットするための手段が備えられたものであり、そ
の他に必要に応じて薄膜レンズ等が付加されたものであ
る。これらの光導波路型の光偏向素子は、無騒音であっ
て信頼性に優れたものであり、かつ小型であるという利
点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の光
導波路型の光偏向素子は、光偏向角度が小さいという問
題があることから、光ビームの投影面上において複数の
レーザー・ビームが、相隣接して一本の走査線を形成す
るように主走査方向を分割するように配置することを目
的とした特開昭６４−２０２１号公報及び特開平４−５
３９３１号公報等が提案されている。しかしながら、偏
向された複数のレーザー・ビームについて、その偏向角
度範囲から複数のレーザー・ビームの隣接点を予想し、
レーザー・ビームまたは表面弾性波の強度変調のタイミ
ングに合わせて精度良く隣接点のマッチングを図ること
は困難である。また、仮に、初期的に精度良く隣接点の
マッチングを図ることができたとしても、実際にはレー
ザーの波長変動、表面弾性波の速度変動または周波数変
動等が発生するためにこれを維持することはできない。
この問題を解消するものとして、特開昭６０−１４０３
２４号公報には、複数のレーザー光源と光偏向素子を用
い、レーザー光の一部を検知する光検知器を設け、その
レーザー光の一部を検知することによってタイミングを
とり、レーザー光の隣接点のマッチングを図る方法が提
案されている。しかしながら、隣接レーザー・ビーム間
の距離は、数ミクロンから数十ミクロンの精度で制御し
なければならないものであるために、それぞれの光偏向
素子の位置設定は、極めて高精度であることが要求され
るものであり、また、やはりレーザーの波長変動、表面
弾性波の速度変動または周波数変動等が起こるために、
上記したタイミングをとるだけの方法は実際には実用的
なものではない。

【０００５】本発明は、従来の技術における上記のよう
な実情に鑑み、その改善を図るべくなされたものであ
る。したがって、本発明の目的は、音響光学効果を利用
した光導波路型の光走査素子において、光偏向角度及び
レーザー・ビームの位置精度を向上させることにより、
レーザー・プリンター、デジタル複写機及びファクシミ
リ等に利用可能な走査速度を有するレーザー光走査素子
を用いる光走査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光導波路と該光導波路内にレーザー・ビームを入射させ
る光源を有し、該入射レーザー・ビームは櫛形電極に高
周波が入力されることにより励起された表面弾性波によ
って偏向された後、偏向された複数のレーザー・ビーム
が、投影面上において相隣接することにより一本の走査
線を形成するように光導波路外に出射される手段を有す
る光走査素子を用いる光走査装置において、光走査素子
から投影面上に至る途中の位置であり、かつ投影面上の
走査線に対応する各レーザー・ビームの偏向角度より外
側の位置に各レーザー・ビームの位置検出器が設置され
ており、該位置検出器がレーザー・ビームを検知した際
に、櫛形電極に入力された高周波の周波数を検出する手
段が設けられていることを特徴とする。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明の光走査装置は、光導波路と、この光導波路内にレ
ーザー・ビームを入射させる光源と、その入射手段を有
し、光導波路中には、必要に応じて光ビームの整形を行
う薄膜レンズを有し、光導波路中の入射レーザー・ビー
ムは櫛形電極によって励起された表面弾性波（ＳＡＷ）
によって偏向された後、複数のレーザー・ビームが投影
面上において相隣接することにより一本の走査線を形成
するように光導波路外にへ出射される手段を配置した光
走査素子を用いるものである。この光走査素子として
は、複数のレーザー・ビームを偏向する単数の光走査素
子、あるいは単数または複数のレーザー・ビームを偏向
する複数の光走査素子を用いることができる。

【０００８】また、本発明においては、光位置センサー
は感光体等の投影面上に配置することは投影面の均一な
露光を妨げることから困難であるため、光走査素子から
投影面上に至る途中の位置であり、かつ投影面上の走査
線に対応する各レーザー・ビームの偏向角度より外側の
位置に、レーザー・ビーム数と同数の２分割ｐｉｎフォ
トダイオード等の光位置検出器を設置するか、あるいは
レーザー・ビーム数より一つ多い２分割ｐｉｎフォトダ
イオード等の光位置検出器を設置する。さらに、その位
置検出器がレーザー・ビームを検知した際に、櫛形電極
に入力された高周波を検出する手段を設けることによ
り、レーザーの波長変動、表面弾性波の速度変動または
周波数変動によるレーザー・ビームの走査位置を補正す
ることができるとともに、相隣接する複数のレーザー・
ビームが精度良く一本の走査線を形成するように構成す
る。また、出射された光ビームは、Ｆ・θレンズ等の光
学系を経て感光体を露光する。

【０００９】本発明において、光導波路を構成する材料
としては、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＺｎＯ、Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ ［以下、「ＰＺＴ」と記す。］、
（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ ［以下、「ＰＬＺ
Ｔ」と記す。］等が代表的なものとして用いられる。こ
の材料がＬｉＮｂＯ₃ である場合には、例えば、ＬｉＮ
ｂＯ₃ 単結晶ウエハーにＴｉを蒸着した後、Ｔｉを約１
０００℃でＬｉＮｂＯ₃ に拡散することによって作製し
た光導波路、ＬｉＴａＯ₃ 単結晶基板上へＬｉＮｂＯ₃
薄膜をＲｆ−マグネトロン・スパッタリングによって気
相エピタキシャル成長して作製した光導波路、α−Ａｌ
₂ Ｏ₃ 単結晶基板上へＬｉＮｂＯ₃ 薄膜をゾルゲル法に
よって固相エピタキシャル成長させて作製した光導波路
等を用いることができる。また、ＺｎＯの場合には、例
えば、ガラス基板上へ電子ビーム蒸着またはＲｆ−マグ
ネトロン・スパッタリングによって作製したｃ軸配向性
のＺｎＯ薄膜を形成し光導波路としたものが用いられ、
ＰＬＺＴの場合には、例えば、ＭｇＯ基板上へＰＬＺＴ
薄膜をイオンビーム・スパッタリングによって気相エピ
タキシャル成長させて作製した光導波路、ＧａＡｓ基板
上のエピタキシャルＭｇＯバッファ層へＰＬＺＴ薄膜を
Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリングによって気相エピ
タキシャル成長させて作製した光導波路、ＳｒＴｉＯ₃
基板上へＰＬＺＴ薄膜をゾルゲル法によって固相エピタ
キシャル成長させて作製した光導波路等を用いることが
できる。

【００１０】光源として用いるレーザーとしては、Ｈｅ
−Ｎｅ等の気体レーザー、ＡｌＧａＡｓ等の化合物半導
体レーザーまたはこれらのレーザー・アレイ等が挙げら
れる。また、レーザーの発振によるレーザー光は、プリ
ズム・カップリング、バット・カップリング（またはエ
ンド・カップリング）、グレーティング・カップリン
グ、エバーネッセント・フィールド・カップリング等か
ら選ばれる方法によって光導波路に導入される。その光
導波路中に必要に応じて配置する光ビームの整形を行う
薄膜レンズとしては、モード・インデックス・レンズ、
ルネブルク・レンズ、ジオデシック・レンズ、フレネル
・レンズ、グレーティング・レンズ等が適している。

【００１１】本発明において、光導波路中の光ビームを
回折偏向するためのＳＡＷを励起する櫛形電極として
は、平行櫛形電極、ＳＡＷ伝搬方向に電極指間ピッチを
変化させたチャープ電極、この電極を角度を変えて複数
配置した電極、各電極指間の角度が傾斜したチャープ電
極、湾曲したすだれ状電極、各電極指間隔が電極長さ方
向に変化する湾曲電極、電極指間ピッチの異なる複数個
の電極を角度を変えて配置した電極等を用いることがで
きる。さらに、これらの内のいずれかの電極を複数用い
て、光導波路中の光ビームを多重回折することも可能で
ある。周波数の変調は、デジタルおよびアナログのいづ
れかを必要に応じて選択することが可能である。光導波
路から光ビームを出射する手段としては、プリズム・カ
ップラー、グレーティング・カップラー、フォーカシン
グ・カップラー、ＳＡＷグレーティング・カップラー等
が適している。

【００１２】一般に、導波路音響光学（ＡＯ）効果によ
る光変調素子は、超音波源および超音波媒体とに分けら
れる。この超音波媒体に要求される物性は、屈折率ｎ
（２階のテンソル）、光弾性係数ｅ（４階のテンソル）
が大きく、密度ρ、超音波速度ｖ、超音波の吸収が小さ
いものである。その性能指数Ｍは次式で表される。 Ｍ＝ｎ⁶ ｅ² ／ρｖ³ ［１］ また、圧電効果は、電気分極Ｄおよび歪みＳについて、
電場Ｅおよび応力Ｔの関数として次式で表される。 Ｄ＝ｄＴ＋εＴＥ ［２］ Ｓ＝ｓＥＴ＋ｄＥ ［３］ ここで、ｄは圧電係数、ｓＥは弾性係数、εＴは誘電率
である。この圧電効果による超音波源に要求される物性
は、電場入力Ｅに対する歪みＳを利用することより、圧
電係数ｄ（３階のテンソル）と電気・機械結合係数ｋ
（３階のテンソル）が高いことである。

【００１３】薄膜素子としては、超音波源および超音波
媒体を兼ねる材料として圧電体を用いることが有効であ
り、結局、性能指数Ｍと結合係数ｋが高い材料が求めら
れる。このため、光導波路材料としては、強誘電体の圧
電効果を用いる際には、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、
ＺｎＯ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ （ＰＺＴ）、（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ （ＰＬＺＴ）等が代表的な材
料であり、特に、α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 単結晶基板上へＬｉＮ
ｂＯ₃ 薄膜をＲｆ−マグネトロン・スパッタリングによ
って気相エピタキシャル成長させることにより作製した
光導波路等が好ましく用いられる。ＬｉＮｂＯ₃ 薄膜の
圧電効果を用いると、表面弾性波（ＳＡＷ）をトランス
デュサーを介して励起させることができる。ＳＡＷは薄
膜の屈折率を周期的に変化させるので、ＳＡＷに交わっ
て入射する強誘電体薄膜中へカップリングされたレーザ
ー光は、次式で示されるブラッグ条件下で音響光学効果
によるブラッグ反射を起こす。 ｍλ＝２Λｓｉｎθ_B ［４］ ここで、ｍは回折されたレーザーの次数、λはレーザー
の波長、ΛはＳＡＷの波長、θ_B はブラッグ角（偏向角
×１／２）である。ＡＯ変調においては、ブラッグ反射
条件はさらに次式のようにも表される。 Ｑ＝２πλＬ／ｎΛ² ＞１ ［５］ この［５］式において、ＬはＳＡＷビーム幅である。な
お、Ｑ＜１ではＲａｍａｎ−Ｎａｔｈ回折が起こる。こ
の際、トランスデュサーへの入力周波数を変調すること
により、ＳＡＷの波長Λが変化することによってブラッ
グ角θ_B が変化することを利用して、レーザー光を走査
させることができる。

【００１４】ＡＯ変調における偏向角は、次のように決
まる。実効屈折率ｎの媒質中においては、光波長は真空
中の光の波長λ₀ に対して次式の関係にあるから、 λ＝λ₀ ／ｎ ［６］ 入射光に対する偏向角２θ_B は、ｆをＳＡＷの周波数、
ｖをＳＡＷの速度とすると、［４］式より次式で表され
る。 ２θ_B ＝２ｓｉｎ^-1（λ／２Λ）＝２ｓｉｎ^-1（λ₀ ／２ｎΛ） ＝２ｓｉｎ^-1（λ₀ ｆ／２ｎｖ）＝２・λ₀ ｆ／２ｎｖ ＝λ₀ ｆ／ｎｖ（＝λ₀ ／ｎΛ）（θ_B が小さいとき） ［７］ さらに、ＳＡＷの周波数帯域Δｆにおける偏向角２Δθ
_B は、［７］式より、次式のようになる。 ２Δθ_B ＝λ₀ Δｆ／ｎｖ ［８］

【００１５】この偏向角を大きくするためには、ＳＡＷ
の伝搬方向に電極指間ピッチを変化させたチャープ電
極、各電極指間の角度が傾斜したチャープ電極、湾曲し
たすだれ状電極、各電極指間隔が電極長さ方向に変化す
る湾曲電極等によるＳＡＷの高周波化・高帯域化や、低
屈折率・低ＳＡＷ速度材料を選択することにより可能で
ある。これらに加えて、ＳＡＷの伝搬方向に電極ピッチ
を変化させたチャープ電極を角度を変えて複数配置した
電極、電極間ピッチの異なる複数個の電極を角度を変え
て配置した電極等によって帯域をいくつかのトランスデ
ュサーに分けて駆動する方法や、２回回折法または多重
回折法等が有効である。

【００１６】本発明の方法によると、複数のレーザー・
ビームを主走査方向へ相隣接して一本の走査線を形成す
るように同時に走査し感光体を露光することが可能にな
ることから、ビーム数をｍとすると、みかけの偏向角
は、次のようにｍ倍に大きくなる。 ２Δθ_Bm＝λ₀ Δｆ／ｎｖ×ｍ ［９］ ＡＯデジタル変調におけるスポット径、スポット数及び
スポット移動時間は、次のように決まる。光導波路中の
レーザー・ビーム幅をＤ₁ 、結像レンズの焦点距離をＦ
₁ とすれば、回折限界スポット径の２ω（１／ｅ² 径）
は、 ２ω＝（４／π）・（λ・Ｆ₁ ／Ｄ₁ ） ［１０］ となり、解像レーザー・スポット数Ｎ_d は、次式で表さ
れる。 Ｎ_d ＝２Δθ_B ・Ｆ／２ω＝（π／４）・τ・Δｆ_d ［１１］ ここで、τはレーザー・ビーム幅に対するＳＡＷの通過
時間であり、ＳＡＷがデジタル変調の場合にはスポット
移動時間ｔ_d となり、これを短くするためには、レーザ
ー・ビーム幅を小さくするか、またはＳＡＷ速度が速く
なる材料を選択することが必要である。 ｔ_d ＝τ＝（Ｄ₁ ／ｖ） ［１２］

【００１７】解像レーザー・スポット数Ｎ_d は、Δｆ_d
をＳＡＷの周波数帯域、δｆ_d （＝１／τ）を回折に必
要な周波数変化とすると、次のようにも表される。 Ｎ_d ＝Δｆ_d ／δｆ_d ＝τ・Δｆ_d ＝Ｄ₁ ／ｖ・Δｆ_d ［１３］ したがって、スポット移動時間を短くするとスポット数
は少なくなり、また、スポット数を多くするためにはス
ポット移動時間を長くするという関係にある。スポット
移動時間を変更することなく、スポット数を多くするた
めには、トランスデュサーの帯域を広くすることが有効
である。しかし、本発明の方法によれば、ビーム数をｍ
とすると、［９］式と［１３］式とから得られるレーザ
ー・スポット数Ｎ_dmは、次のようにｍ倍に増加する。 Ｎ_dm＝２Δθ_Bm・Ｆ／２ω＝（π／４）・τ・Δｆ_d ×ｍ ［１４］ アナログ変調の場合には、ＳＡＷの周波数がレーザー・
ビーム幅に渡って連続的に変化するために、ＳＡＷはフ
レネル・ゾーン・レンズとして働き、回折されたレーザ
ー・ビームはスキャンされると同時に集光される。この
場合、δｆ_a をレーザー・ビーム幅内でのアナログＳＡ
Ｗ周波数帯域とすると、焦点距離Ｆ、焦点でのスポット
径ｄは、それぞれ次のように表される。 Ｆ＝Ｄｖ／（λδｆ_a ）＝（ｖ² ／λ）・（τ／δｆ_a ） ［１５］ ｄ＝ｖ／δｆ_a ［１６］

【００１８】また、Ｔ_a を変調スイープ時間（アナログ
変調時間幅）、Δｆ_a をアナログ変調によるＳＡＷの周
波数帯域とすると、走査速度ｔ_a 及び解像レーザー・ス
ポット数Ｎ_a は、それぞれ次のようになる。 ｔ_a ＝Ｔ_a −τ ［１７］ Ｎ_a ＝（Ｔ_a −τ）／Ｔ_a ・（τ・Δｆ_a ） ［１８］ この際にも、本発明の方法によると、ビーム数をｍとす
ると、解像レーザー・スポット数Ｎ_amは、次のようにｍ
倍に増加する。 Ｎ_am＝（Ｔ_a −τ）／Ｔ_a ・（τ・Δｆ_a ）×ｍ ［１９］ ここで、スポット移動時間を変更することなく、スポッ
ト数を多くするためには、トランスデュサーの帯域を広
くする必要がある。この場合には、偏向角を大きくする
ことになることから、次の問題にも考慮しなければなら
ない。すなわち、回折効率ηは、近似的に次式で表され
る。 η＝ｓｉｎ² ［π／４・Ｉ｛Ｍ・Ｐ・Ｌ／（ｄ・λ² ）｝^1/2 ］ ［２０］ 式中、Ｉは導波光とＳＡＷの重なり積分、Ｍは薄膜導波
路材料の性能指数、ＰはＳＡＷパワー、Ｌは導波光とＳ
ＡＷの相互作用長である。ここで、偏向角を大きくする
ため、または分解スポット数を多くするために、ＳＡＷ
の高周波化とスイープ周波数の広帯域化を行うと回折効
率が低下するという問題がある。例えば、１０度以上の
偏向角を得るためには、ＳＡＷの周波数は１ＧＨｚ以上
になり、ＳＡＷの吸収が大きくなるために回折効率が低
下する。また、スイープ周波数を広帯域化させるために
トランスデュサーを広帯域化すると、ＳＡＷの励振効率
が低下することにより回折効率が低下するという問題が
ある。このような問題を回避するためには、必要とする
帯域をいくつかのトランスデュサーに分けて駆動させる
方法、２回回折法及び本発明の方法を採用することが有
効である。

【００１９】

【実施例】

実施例１ 図１に示すように、α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 単結晶基板上に形成
されたＬｉＮｂＯ₃ からなる薄膜光導波路（１）を使用
した。２０ｍＷの出力を有する半導体レーザー（２）を
３個用いて、このＬｉＮｂＯ₃ からなる薄膜光導波路に
入射グレーティング（３）によりレーザー・ビームの入
射を行う。お互いに平行に入射したコリメートされた入
射レーザー・ビーム（４）は、ＳＡＷ（５）の伝搬方向
に電極指間ピッチを変化させたチャープＩＤＴ電極
（６）によって変調され、偏向された各レーザー・ビー
ムは、図示されていないＦ・θレンズ等の光学系を経
て、感光体（８）上において相隣接して一本の走査線を
形成するように、出射グレーティング（７）によって光
導波路外に出射される。その際、光走査素子から感光体
面上に至る途中には、各レーザー・ビームが感光体上に
おいて一本の走査線を形成するのを妨げない図１に示す
ような位置に、各レーザー・ビームに対して４個の２分
割ｐｉｎフォトダイオード光位置センサー（９）が設置
される。これらの光位置センサーの中で、両端の光位置
センサーは、それぞれ一つのレーザー・ビームの入射を
検出し、また、内側の光位置センサーは、それぞれ二つ
のレーザー・ビームの入射を検出するようにする。そし
て、この際の各レーザー・ビームを偏向している変調周
波数は、制御回路（１１）によって求める。この変調周
波数を用いて、（ａ）ＳＡＷへの各入射レーザー・ビー
ムの感光体面に対する角度、（ｂ）各レーザー・ビーム
の偏向点間の感光体軸方向の距離、または（ｃ）光位置
センサーの感光体軸方向の位置のうちの最低１つの値、
望ましくはすべての値、及び（ｄ）光走査素子と光位置
センサーとの間の距離と（ｅ）光走査素子と感光体との
間の距離を検知すると、各レーザー・ビームの位置Ａ、
Ｂ、Ｃ及びＤにおける各レーザー・ビームが変調される
べき周波数が精度良く決定される。また、レーザーの波
長変動、表面弾性波の速度変動及び周波数変動等による
走査位置精度、及び走査範囲精度も精度良く補正され
る。このようにして、制御回路（１１）は、スイーパー
（１２）および高周波アンプ（１３）を用いて、各チャ
ープ電極（６）に対して補正した各出発周波数ｆ_s から
終了周波数ｆ_e を掃引し、さらに制御回路（１１）は、
これに同期させて各半導体レーザー（２）にビデオ・シ
グナルを送信する。

【００２０】図２には、上記（ａ）〜（ｅ）を用いた制
御例について、さらに詳しく説明する。図２において、
レーザー・ビームの偏向点の一つをｘ−ｙ軸の原点と
し、（ａ）ＳＡＷへの各入射レーザー・ビームの感光体
面に対する角度を、それぞれ２θ_a 、２θ_b 、２θ_c と
し、（ｂ）各レーザー・ビームの偏向点間の感光体軸方
向の距離を、それぞれΔＹ_ab、ΔＹ_bcとし、（ｃ）光位
置センサーの感光体軸方向の位置を、それぞれＹ_s1、Ｙ
_s2、Ｙ_s3、Ｙ_s4とし、（ｄ）光走査素子と光位置センサ
ーとの間の距離をＬ_s とし、（ｅ）光走査素子と感光体
との間の距離をＬ_p 、レーザーの波長をλ及びＳＡＷの
速度をｖとすると、光位置センサーの位置Ｙ_s1とその時
に検出される１つめの光走査素子の偏向周波数ｆ_a0との
関係は、 Ｙ_s1＝Ｌ_s ・ｔａｎ（２θ_a −２θ_a0）＝Ｌ_s ・ｔａｎ（２θ_a −ｆ_a0・λ ／ｖ） ［２１］ となり、これによりｆ_a0と２θ_a の関係が求められる。 ２θ_a ＝ｆ_a0・λ／ｖ＋ｔａｎ^-1（Ｙ_s1／Ｌ_s ） ［２２］ 次に、レーザー・ビームの位置Ａのｙ座標は、 ｙ1 ＝Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_a −２θ_a1）＝Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_a −ｆ_a1・λ ／ｖ） ［２３］ で表されるため、走査すべき範囲に対応して走査起点で
あるｙ1 を設定すれば、出発周波数ｆ_a1は、次のように
決まる。 ｆ_a1＝｛２θ_a −ｔａｎ^-1（ｙ1 ／Ｌ_p ）｝・ｖ／λ ［２４］ 同様に、隣接点Ｂであるｙ₃ を設定すれば、終了周波数
ｆ_a3が決まる。 ｙ3 ＝Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_a −２θ_a3）＝Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_a −ｆ_a3・λ ／ｖ） ［２５］ ｆ_a3＝｛２θ_a −ｔａｎ^-1（ｙ3 ／Ｌ_p ）｝・ｖ／λ ［２６］ さらに、光位置センサー位置Ｙ_s2とその時に検出される
偏向周波数ｆ_a4との関係より、２θ_a は、次のように示
される。 Ｙ_s2＝Ｌ_s ・ｔａｎ（２θ_a4−２θ_a ）＝Ｌ_s ・ｔａｎ（ｆ_a4・λ／ｖ−２ θ_a ） ［２７］ ２θ_a ＝ｆ_a4・λ／ｖ−ｔａｎ^-1（Ｙ_s2／Ｌ_s ） ［２８］ λ及びｖの変動による走査位置２θ_B の変動及び倍率２
Δθ_B の変動を補正するには、［２２］式及び［２８］
式よりλ／ｖを求めることにより行うことが可能とな
る。 λ／ｖ＝｛ｔａｎ^-1（Ｙ_s1／Ｌ_s ）−ｔａｎ^-1（Ｙ_s2／Ｌ_s ）｝／（ｆ_a0− ｆ_a4） ［２９］

【００２１】次に、光位置センサーの位置Ｙ_s2とその時
に検出される２つめの光走査素子の偏向周波数ｆ₂ との
関係は、 Ｙ_s2＝ΔＹ_ab＋Ｌ_s ・ｔａｎ（２θ_b −２θ_b2）＝ΔＹ_ab＋Ｌ_s ・ｔａｎ （２θ_b −ｆ_b2・λ／ｖ） ［３０］ となり、これよりｆ_a0と２θ_a の関係が求められる。 ２θ_b ＝ｆ_b2・λ／ｖ＋ｔａｎ^-1｛（Ｙ_s2−ΔＹ_ab）／Ｌ_s ｝ ［３１］ 先と同様に、隣接点Ｂであるｙ3 を設定すれば、終了周
波数ｆ_b3が２つめの光走査素子に対しても決まる。 ｙ3 ＝ΔＹ_ab＋Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_b −２θ_b3）＝ΔＹ_ab＋Ｌ_p ・ｔａｎ （２θ_b −ｆ_b3・λ／ｖ） ［３２］ ｆ_b3＝［２θ_b −ｔａｎ^-1｛（ｙ3 −ΔＹ_ab）／Ｌ_p ｝］・ｖ／λ ［３３］ 同様に、隣接点Ｃであるｙ6 を設定すれば、終了周波数
ｆ_b6が決まる。 ｙ6 ＝ΔＹ_ab＋Ｌ_p ・ｔａｎ（２θ_b −２θ_b6）＝ΔＹ_ab＋Ｌ_p ・ｔａｎ （２θ_b −ｆ_b6・λ／ｖ） ［３４］ ｆ_b6＝［２θ_b −ｔａｎ^-1｛（ｙ6 −ΔＹ_ab）／Ｌ_p ｝］・ｖ／λ ［３５］ また、光位置センサー位置Ｙ_s3とその時に検出される２
つめの光走査素子の偏向周波数ｆ_a2との関係より、２θ
_b は、次のように示される。 Ｙ_s3＝ΔＹ_ab＋Ｌ_s ・ｔａｎ（２θ_b −２θ_b7）＝ΔＹ_ab＋Ｌ_s ・ｔａｎ （２θ_b −ｆ_b7・λ／ｖ） ［３６］ ２θ_b ＝ｆ_b7・λ／ｖ＋ｔａｎ^-1｛（Ｙ_s3−ΔＹ_ab）／Ｌ_s ｝ ［３７］ ３つめの光走査素子に対する制御も同様であり、上記の
ように、光位置検出器にレーザーが入射したときの変調
周波数を検知することによって、λ及びｖの変動による
走査位置の変動及び倍率の補正、及び、例えば精度の良
い設定が難しいＳＡＷへの各入射レーザー・ビームの感
光体面に対する角度測定等が精度良く行われる。トラン
スデュサーの帯域Δｆ＝１０００ＭＨｚ、レーザーの波
長λ₀ ＝７８０ｎｍ、レーザー・ビーム幅１０ｍｍに設
定して操作すると、各レーザー・ビームは偏向角度１３
度において走査され、３本のレーザー・ビームによる見
かけの走査角度としては３９度が得られることになり、
また、各レーザー・ビームは、感光体上において重複し
たり、分離することなく、図３に示すように、一本の走
査線を形成するように相隣接して精度良く走査される。
また、デジタル変調の際には、各レーザー・ビームの感
光体上におけるスポット数は２２５０であるが、３本の
レーザー・ビームにより感光体上に６７５０スポット数
が得られる。

【００２２】比較例１ 実施例１と同様に、α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 単結晶基板上に形成
されたＬｉＮｂＯ₃ からなる薄膜光導波路を使用した。
２０ｍＷの出力を有する半導体レーザーを３個用いて、
このＬｉＮｂＯ₃ からなる薄膜光導波路へグレーティン
グ・カップリングを行う。お互いに平行に入射したコリ
メートされたレーザー・ビームは、ＳＡＷの伝搬方向に
電極指間ピッチを変化させたチャープ電極によって変調
され、偏向された各レーザー・ビームは、Ｆ・θレンズ
等の光学系を経て、感光体上において相隣接して一本の
走査線を形成するように、グレーティングによって光導
波路外に出射され、感光体面上に至る途中の各レーザー
・ビーム間には、実施例１と同様に、４個の２分割ｐｉ
ｎフォトダイオード光位置センサーが一つづつ設置され
ている。この際、光位置センサーはレーザー・ビームの
入射を検出して図４に示すようなタイミング信号（１
４）を出すが、これらの信号を出した際のレーザー・ビ
ームの実際の位置は、センサーが感光体面上に至る途中
に位置するために、図１に示す感光体上の各レーザー・
ビームの位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとは一致しない。このた
め、各レーザー・ビームの偏向のために、あらかじめ設
定した周波数範囲と前記タイミング信号等を用いて、各
レーザー・ビームの隣接位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する
偏向周波数（１５）であるｆ_s 及びｆ_e を初期的に設定
することになる。しかしながら、当初に偏向周波数を設
定しても、実際には、レーザーの波長変動、表面弾性波
の速度変動または周波数変動等が起こるために、特定の
時間ごとに、これらの変動による変化値を補正するよう
に偏向周波数が設定されなければ、式［８］より明かな
ように偏向位置が変化してしまうことから、隣接位置
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいては、図５に示すように、各レー
ザー・ビームが重複したり、分離してしまって、実用的
なものではない。すなわち、光走査素子から投影面上に
至る途中の位置であり、かつ投影面上の走査線に対応す
る各レーザー・ビームの偏光角度より外側の位置に各レ
ーザー・ビームの位置検出器が設置されるだけでなく、
該位置検出器がレーザー・ビームを検知した際に櫛型電
極に入力された高周波の周波数を検出する手段が設置さ
れることが不可欠である。

【００２３】実施例２ 図６に示すように、３個の光走査素子を用いる。なお、
図６は、本発明の光走査装置の要部を示す概略説明図で
あり、図１に示す１個の光走査素子を、３個の光走査素
子に代えた以外は、図１と同様の光走査装置であるか
ら、以下、図６に図示されていない（１１）〜（１３）
は図１に示す装置を用いて説明する。ＬｉＮｂＯ₃ から
なる単結晶基板にＴｉを拡散させることによって作製し
た光導波路（１）を使用した、２０ｍＷの出力を有する
半導体レーザー（２）を３個を使用し、それぞれ３個の
ＬｉＮｂＯ₃ からなる薄膜光導波路へグレーティング・
カップリング（３）を行う。お互いに平行に入射したコ
リメートされたレーザー・ビーム（４）は、ＳＡＷ
（５）の伝搬方向に電極指間ピッチを変化させたチャー
プＩＤＴ電極（６）によって変調され、偏向された各レ
ーザー・ビームは、図示されていないＦ・θレンズなど
の光学系を経て感光体（８）上において相隣接して一本
の走査線を形成するように、グレーティング（７）によ
って光導波路外に出射される。その感光体面上に至る途
中には、レーザー・ビームに対して３個の２分割ｐｉｎ
フォトダイオード光位置センサー（９）が一つづつ設置
されている。この際、光位置センサーのうち外側の１個
の光位置センサーは、一つのレーザー・ビームの入射を
検出し、また、内側の二つの光位置センサーは、それぞ
れ二つのレーザー・ビームの入射を検出してこの際の各
レーザー・ビームを偏向している変調周波数を制御回路
（１１）によって求める。この変調周波数を用いて、
（ａ）ＳＡＷへの各入射レーザー・ビームの感光体面に
対する角度、（ｂ）各レーザー・ビームの偏向点間の感
光体軸方向の距離、または（ｃ）光位置センサーの感光
体軸方向の位置、のうちの最低１つの値、望ましくは全
ての値、及び（ｄ）光走査素子と光位置センサーとの間
の距離と（ｅ）光走査素子と感光体間の距離を検知する
と、各レーザー・ビームが相隣接する位置における各レ
ーザー・ビームが変調されるべき周波数が精度良く決定
される。また、レーザーの波長変動、表面弾性波の速度
変動、周波数の変動等による走査位置精度、及び走査範
囲の精度が精度良く補正される。このようにして、制御
回路（１１）は、スイーパー（１２）及び高周波アンプ
（１３）を用いて、各チャープ電極（６）に応じた出発
周波数ｆ_s から終了周波数ｆ_e へ掃引し、さらに制御回
路（１１）はこれに同期させて半導体レーザー（２）の
変調を行う。トランスデュサーの帯域Δｆ＝１０００Ｍ
Ｈｚ、レーザーの波長λ₀ ＝７８０ｎｍ、レーザー・ビ
ーム幅１０ｍｍに設定して操作すると、各レーザー・ビ
ームは偏向角度１３度によって走査され、３本のレーザ
ー・ビームによる見かけの走査角度は３９度が得られ、
レーザー・ビームが感光体上に重複したり、分離するこ
となく、相隣接して精度良く一本の走査線を形成するよ
うに走査される。また、デジタル変調の際には、各レー
ザー・ビームの感光体上におけるスポット数は２２５０
であるが、３本のレーザー・ビームにより感光体上に６
７５０スポット数が得られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、無騒音で信頼性に優れてお
り、かつ音響光学効果を利用した小型の光導波路型の光
走査素子を用いる光走査装置であり、レーザー・ビーム
の光偏向角度を広角度で制御できるとともに、複数のレ
ーザー・ビームの走査位置を精度よく制御できるもので
あるから、レーザー・プリンター、デジタル複写機、フ
ァクシミリ等に利用範囲を拡大させることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の概略の光走査装置。

【図２】 本発明における複数のレーザー・ビームを制
御する説明図。

【図３】 実施例１によるレーザー・ビームの走査軌跡
を示す概略図。

【図４】 光位置センサーのタイミング信号と各レーザ
ー・ビームの偏向の周波数との関係を示す説明図。

【図５】 比較例１によるレーザー・ビームの走査軌跡
を示す概略図。

【図６】 本発明の他の光走査装置の要部を示す概略説
明図。

【符号の説明】

（１）…光導波路、（２）…半導体レーザー、（３）…
入射グレーティング、（４）…入射レーザー・ビーム、
（５）…表面弾性波（ＳＡＷ）、（６）…チャープＩＤ
Ｔ電極、（７）…出射グレーティング、（８）…感光
体、（９）…光位置センサー、（１０）…０次光ストッ
プ部材、（１１）…制御回路、（１２）…スイーパー、
（１３）…高周波アンプ、（１４）…タイミング信号、
（１５）…偏向周波数。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路と該光導波路内にレーザー・ビ
   ームを入射させる光源を有し、該入射レーザー・ビーム
   は櫛形電極に高周波が入力されることにより励起された
   表面弾性波で偏向された後、偏向された複数のレーザー
   ・ビームが、投影面上において相隣接することにより一
   本の走査線を形成するように光導波路外に出射される手
   段を有する光走査素子を用いる光走査装置において、光
   走査素子から投影面上に至る途中の位置であり、かつ投
   影面上の走査線に対応する各レーザー・ビームの偏向角
   度より外側の位置に各レーザー・ビームの位置検出器が
   設置されており、該位置検出器がレーザー・ビームを検
   知した際に、櫛形電極に入力された高周波の周波数を検
   出する手段が設られていることを特徴とする光走査装
   置。
2. 【請求項２】 光走査素子が、複数のレーザー・ビーム
   を偏向し、レーザー・ビームが投影面上において相隣接
   して一本の走査線を形成するように光導波路外に出射さ
   れる手段を有する単数の光走査素子である請求項１記載
   の光走査装置。
3. 【請求項３】 光走査素子が、単数または複数のレーザ
   ー・ビームを偏向し、レーザー・ビームが投影面上にお
   いて相隣接して一本の走査線を形成するように光導波路
   外に出射される手段を有する複数の光走査素子である請
   求項１記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 光源が、複数のレーザー・ビームを発振
   する単一の基板上に形成されたレーザー・アレイである
   請求項１記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 出射された光ビームが、Ｆ・θレンズ等
   の光学系を経て感光体の露光を行う請求項１記載の光走
   査装置。
6. 【請求項６】 位置検出器が、レーザー・ビームを検知
   した際に、櫛形電極に入力された高周波の周波数を検出
   し、これを利用してレーザー・ビームの波長と表面弾性
   波の速度比の変動により、レーザー・ビームの走査位置
   の補正を行う請求項１記載の光走査装置。