JPS626229A - Optical deflecting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To make a device small in size and simple and to converge light over a wide range by providing an actuator which supports an optical deflecting element movably at right angles to the optical axis of a beam. CONSTITUTION:A movable table 12 is arranged on a base 10 movably in one direction and the actuator 14 which moves the movable table 12 to, for example, about 20 positioning points is provided. When a voltage is applied to one of transparent electrode groups 20, 22, 24, 26, and 28, a part under the transparent electrodes of the one group has optical anisotropy different from that of any other part, so a beltlike Fresnel transmissivity distribution, i.e. refractive index distribution is formed in the substrate 16. Consequently, a beam 32 emitted by a homogeneous light source 30 varies in light velocity at a part having a different refractive index while propagated in the substrate 16, so the beam is converged on a position on a screen 34 corresponding to the transparent electrode group applied with the voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光を偏向させる光偏向装置の改良に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to an improvement in an optical deflection device for deflecting light.

従来技術およびその問題点 レーザビームプリンタ、バーコードリーグ等の装置には
、光を所望の角度に偏向させるための光偏向装置が用い
られる。このような光偏向装置としては、ポリゴンミラ
ー、ホログラムスキャナ等が知られているが、いずれも
回転機構およびその駆動装置等の機械的可動部分を備え
たものであるため、装装置が複雑かつ大型となり、また
、必ずしも十分な耐久性が得られるわけではなかった。BACKGROUND OF THE INVENTION Devices such as laser beam printers and bar code leagues use optical deflection devices to deflect light to a desired angle. Polygon mirrors, hologram scanners, etc. are known as such optical deflection devices, but all of them are equipped with mechanically movable parts such as a rotation mechanism and its drive device, so the equipment is complex and large. Moreover, sufficient durability was not necessarily obtained.

問題点を解決するための手段 本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり
、その要旨とするところは、（１）単色光を発射する単
色光源と、（２）所定の厚みを備えて前記単色光を導く
とともに、光スイッチ作用を有する光伝達媒体と、その
光伝達媒体の少なくとも一面において、前記単色光の光
軸と直角な方向にてフレネルの帯板と同様のストリップ
幅を有して連なる一群の電極がその単色光の光軸方向に
少なくともひとつ設けられた制御電極とを、備えた光偏
向素子と、（３）その偏向素子を前記単色光の光軸と直
角な方向にて移動可能に支持し、かつその偏向素子をそ
の方向の所望の位置へ変位させる光偏向素子駆動装置と
を含むことにある。Means for Solving the Problems The present invention was made against the background of the above circumstances, and its gist is (1) a monochromatic light source that emits monochromatic light, and (2) a predetermined thickness. a light transmission medium that guides the monochromatic light and has an optical switching function; and on at least one side of the light transmission medium, a strip width similar to a Fresnel strip in a direction perpendicular to the optical axis of the monochromatic light. (3) a light deflection element comprising a control electrode in which at least one control electrode is provided in the direction of the optical axis of the monochromatic light; and an optical deflection element driving device that supports the optical deflection element so as to be movable in the direction and displaces the deflection element to a desired position in the direction.

作用および発明の効果 このようにすれば、前記光偏向素子の一群の電極への電
圧の印加により、前記光伝達媒体内に上記一群の電極に
対応したフレネルの帯板状の透過度分布が形成される。Operation and Effect of the Invention In this way, by applying a voltage to the group of electrodes of the optical deflection element, a Fresnel band-like transmittance distribution corresponding to the group of electrodes is formed in the light transmission medium. be done.

このフレネルの帯板状の透過度分布が形成された光伝達
媒体を通過する平行光は、所定の角度だけ偏向させられ
た後一点に集光する作用がある。また、制御電極に対す
る電圧印加状態が一定の条件下で光偏向素子駆動装置に
より光偏向素子が光軸と直角な方向へ移動させられると
、集光点がそれに伴って移動させられる。Parallel light passing through the light transmission medium in which a Fresnel band-like transmittance distribution is formed has the effect of converging on one point after being deflected by a predetermined angle. Further, when the optical deflection element is moved in a direction perpendicular to the optical axis by the optical deflection element driving device under a constant voltage application state to the control electrode, the focal point is moved accordingly.

したがって、制御電極に対する電圧の印加状態および前
記光偏向素子駆動装置による位置決め状態が変化させら
れると、光偏向素子による偏向角が変化させられるとと
もに光偏向素子自体が前記単色光の光軸と直角な方向に
移動させられるので、前記光伝達媒体を透過する光の集
光位置が広い範囲で変化させられるのである。したがっ
て、光を偏向させるための回転機構やその駆動装置等が
不要となるので、装置が小型となるとともに十分な耐久
性が得られるのである。Therefore, when the voltage application state to the control electrode and the positioning state by the light deflection element driving device are changed, the deflection angle by the light deflection element is changed and the light deflection element itself is perpendicular to the optical axis of the monochromatic light. Since the light transmitting medium can be moved in a wide range of directions, the convergence position of the light transmitted through the light transmission medium can be changed over a wide range. Therefore, there is no need for a rotation mechanism for deflecting light, a driving device for the rotation mechanism, etc., so that the device can be made smaller and have sufficient durability.

上記制御電極は、好適には、前記一群の電極を前記単色
光の光軸方向において複数群有するものであり、その一
群の電極を構成する個々の電極が他の一群中の対応する
電極に対して、前記単色光の進行方向に向かう程前記単
色光の光軸と直角な一方向において一定の距離だけ順次
ずらされて配設される。この場合には、一群の電極毎に
電圧が択一的に印加されれば、上記一定の距離に対応し
た位置に光が収束させられて電圧が印加された一群の電
極に対応した偏向角が得られるのである。Preferably, the control electrode has a plurality of groups of electrodes in the direction of the optical axis of the monochromatic light, and each electrode constituting the group of electrodes is in contact with the corresponding electrode in the other group. They are arranged so as to be sequentially shifted by a certain distance in one direction perpendicular to the optical axis of the monochromatic light as the monochromatic light advances in the traveling direction of the monochromatic light. In this case, if a voltage is selectively applied to each group of electrodes, the light is converged at a position corresponding to the above-mentioned certain distance, and the deflection angle corresponding to the group of electrodes to which the voltage is applied is You can get it.

実施例 第１図はレーザプリンタ等に用いられる光偏向装置を示
すものであって、基台１０上には可動台１２が一方向の
移動可能に配設されているとともに、その可動台１２を
たとえば２０個所程度の位置決め点に移動させるアクチ
ュエータ１４が設けられている。アクチュエータ１４は
圧電セラミック素子が多数積層されていることにより構
成されており、その電極に印加される電圧に応じてその
全長を変化させるものである。したがって、上記アクチ
ュエータ１４および可動台１２が光偏向素子を位置決め
する光偏向素子駆動装置を構成している。なお、アクチ
ュエータ１４は電磁力に従って可動台１２を駆動する形
式の電磁アクチュエータ等でも良い。Embodiment FIG. 1 shows an optical deflection device used in a laser printer or the like, in which a movable table 12 is disposed on a base 10 so as to be movable in one direction. For example, an actuator 14 is provided for moving to about 20 positioning points. The actuator 14 is constructed by laminating a large number of piezoelectric ceramic elements, and changes its total length in accordance with the voltage applied to its electrodes. Therefore, the actuator 14 and the movable base 12 constitute an optical deflection element driving device that positions the optical deflection element. Note that the actuator 14 may be an electromagnetic actuator that drives the movable base 12 according to electromagnetic force.

可動台１２上には光偏向素子を構成する基板１６が固着
されている。基板１６は、たとえば強誘電体磁器（ＰＬ
ＺＴ）等の電気光学材料から成る光伝達媒体であるとと
もに所定の厚みを有し、第２図に示すように、その底面
全体には透明電極１８が設けられるとともに、その上面
には複数（本実施例では５群）の透明電極群２０．２２
．２４．２６．２８が光軸Ｘの方向にそれぞれ配設され
ている。それ等透明電極群は同様に構成されており、た
とえば透明電極群２０は、可動台１２の移動方向に平行
な方向、すなわち、光軸Ｘに直角な方向において連なり
かつフレネルの帯板と同様のストリップ幅を有する個々
の電極２０ａ、２０ｂ、２０　ｃ、　　２０　ｄ、　　
２０　ｅ等から構成されている。透明電極群２０．２２
．２４．２６．２８を構成する個々の電極は、第３図に
示されているように、光の進行方向に向かうにしたがっ
て隣接する他の一群内の対応する電極に対して僅かな寸
法Ａだけ順次ずら−されており、また、透明電極群２０
．２２．２４．２６．２８は、一群毎に電圧が印加され
得るようにそれぞれ配線されている。A substrate 16 constituting an optical deflection element is fixed on the movable table 12. The substrate 16 is made of, for example, ferroelectric ceramic (PL).
It is an optical transmission medium made of an electro-optical material such as ZT) and has a predetermined thickness.As shown in FIG. In the example, 5 groups) of transparent electrode groups 20.22
．． 24, 26, and 28 are arranged in the direction of the optical axis X, respectively. These transparent electrode groups are constructed in the same way. For example, the transparent electrode group 20 is connected in a direction parallel to the moving direction of the movable table 12, that is, in a direction perpendicular to the optical axis X, and is similar to a Fresnel strip. individual electrodes 20a, 20b, 20c, 20d, having a strip width;
20 e, etc. Transparent electrode group 20.22
．． 24.26.28, the individual electrodes of 24.26.28 have a slight dimension A with respect to the corresponding electrodes in other adjacent groups in the direction of light travel, as shown in FIG. The transparent electrode group 20
．． 22, 24, 26, and 28 are wired so that a voltage can be applied to each group.

第１図に戻って、半導体レーザ素子等から成る位置固定
の単色光源３０からは、前記可動台１２の移動方向に対
して直角の方向にビーム３２が発射されて、そのビーム
３２が集光レンズ３１によって一点、すなわち集光点３
３に集光させられた後、再び拡散させられてそれが基板
１６の一方の側面に入射させられるとともに、基板１６
内においては基板１６の面に沿って導かれた後、他方の
側面から出射させられ、レーザプリンタのマスタードラ
ム等から成る画面３４上に集光させられるようになって
いる。なお、第４図に示すように、基板１６と画面３４
との間には必要に応じて焦点補正用のシリンドリカルレ
ンズ３６が設けられ、また、そのシリンドリカルレンズ
３６の他に、必要に応じて他の光学素子が適宜用いられ
得る。Returning to FIG. 1, a fixed monochromatic light source 30 made of a semiconductor laser element or the like emits a beam 32 in a direction perpendicular to the moving direction of the movable table 12, and the beam 32 is directed through a condenser lens. 31, one point, that is, the focal point 3
After the light is focused on the substrate 16, it is diffused again and incident on one side of the substrate 16.
After being guided along the surface of the substrate 16, the light is emitted from the other side and is focused onto a screen 34, which is made of a master drum of a laser printer or the like. In addition, as shown in FIG. 4, the board 16 and the screen 34
A cylindrical lens 36 for focus correction is provided between the two as necessary, and other optical elements may be used as appropriate in addition to the cylindrical lens 36 as necessary.

以下、本実施例の作用効果を説明する。The effects of this embodiment will be explained below.

基板１６内において、透明電極群２０．２２．２４．２
６．２８中の一群に電圧が印加されると、その一群の透
明電極下に位置する部分が他の部分に対して異なる光学
的異方性を示すため、基板１６内において、フレネルの
帯板状の透過度分布すなわち屈折率分布が形成される。In the substrate 16, the transparent electrode group 20.22.24.2
6. When a voltage is applied to one group in 28, the part located under the transparent electrode of the group exhibits a different optical anisotropy than the other parts. A transmittance distribution, that is, a refractive index distribution, is formed.

このため、単色光源３０から発射されたビーム３２が基
板１６内を伝播中にフレネルの帯板状の屈折率分布が形
成された部分を通過するとき、屈折率が異なる部分の光
速が変化するので、実質的にフレネルの帯板状の透過度
分布を持つマスクに平行光線が照射された状態となり、
ビーム３２は画面３４上の上記電圧が印加された透明電
極群に対応する位置に集光させられる。そして、他の透
明電極群に電圧が印加されたときには、上記と同様の作
用に従って新たに電圧が印加された透明電極群に対応す
る点にビーム３２が集光させられる。Therefore, when the beam 32 emitted from the monochromatic light source 30 passes through a portion where a Fresnel band-like refractive index distribution is formed while propagating within the substrate 16, the light speed of the portion where the refractive index is different changes. , parallel light rays are irradiated onto a mask that has a transmittance distribution that is essentially a Fresnel strip.
The beam 32 is focused on a position on the screen 34 corresponding to the transparent electrode group to which the voltage is applied. Then, when a voltage is applied to another group of transparent electrodes, the beam 32 is focused on a point corresponding to the group of transparent electrodes to which a voltage is newly applied according to the same effect as described above.

たとえば、透明電極群２０に電圧が印加されたときの集
光位置をＳ１点とすると、透明電極群２２に電圧が印加
された場合には８２点に集光させられる。この８１点と
８２点との間隔は、前記一定の距離Ａに対応するもので
ある。このようにして、透明電極群２０．２２．２４．
２６．２８への択一的な電圧印加に対応してビーム３２
が所望の角度に偏向させられて画面３４上のＳｌ点乃至
８５点のいずれかに集光させられるのである。For example, if the light focusing position when a voltage is applied to the transparent electrode group 20 is set to point S1, the light is focused at 82 points when a voltage is applied to the transparent electrode group 22. The interval between the 81st point and the 82nd point corresponds to the constant distance A. In this way, the transparent electrode groups 20, 22, 24.
26. Beam 32 in response to alternative voltage application to 28
is deflected at a desired angle and focused on any one of points S1 to 85 on the screen 34.

以上の状態において、前記アクチュエータ１４に供給さ
れる電圧がたとえば２０段階のうちのいずれかに変化さ
せられると、基板１６がビーム３２の光軸に対して直角
な方向に移動させられて上記印加電圧に対応した位置に
位置決めされるので、ビーム３２の集光点は、画面３４
上において変化させられる。たとえば、前記透明電極群
２０に対して電圧が印加されている場合においては、ビ
ーム３２の集光点はアクチュエータ１４に対する供給電
圧に応じて、前記集光点Ｓｌ乃至８２点間の間隔内にお
いて位置決めされるのである。そして、このようなアク
チュエータ１４に対する供給電圧と透明電極群２０乃至
２８に対する印加電圧を制御することにより、画面３４
上において破線で示される領域内のいずれかの位置にビ
ームが集光させられる一方、画面３４を上下方向へ送る
制御を行うことにより所望の文字等を描くことができる
のである。In the above state, when the voltage supplied to the actuator 14 is changed in one of 20 steps, the substrate 16 is moved in a direction perpendicular to the optical axis of the beam 32 and the applied voltage is Since the beam 32 is positioned at a position corresponding to the screen 34, the focal point of the beam 32 is
Can be changed on top. For example, when a voltage is applied to the transparent electrode group 20, the focal point of the beam 32 is positioned within the interval between the focal points Sl and 82 points depending on the voltage supplied to the actuator 14. It will be done. By controlling the voltage supplied to the actuator 14 and the voltage applied to the transparent electrode groups 20 to 28, the screen 34
While the beam is focused on any position within the area indicated by the broken line above, desired characters, etc. can be drawn by controlling the screen 34 to move up and down.

このように、本実施例によれば、光偏向素子がフレネル
の帯板と同様のストリップ幅を有する複数群の電極を少
なくとも一面に備えた基板１６と光偏向素子をビーム３
２の光軸と直角な方向にて移動可能に支持するアクチュ
エータ１４とから構成されているので、基板１６におけ
る光の偏向に関して、可動部分がなく小型となるととも
に極めて高い信頼性が得られ、また、アクチュエータ１
４による光偏向素子の移動によってより広い範囲におい
て光の集光位置が変化され得るのである。As described above, according to this embodiment, the light deflection element connects the substrate 16, which has a plurality of electrode groups on at least one surface having a strip width similar to that of a Fresnel strip, and the light deflection element to the beam 3.
Since the actuator 14 is movably supported in a direction perpendicular to the optical axis of the substrate 16, there is no moving part in the deflection of light on the substrate 16, making it compact and extremely reliable. , actuator 1
By moving the light deflection element 4, the light focusing position can be changed over a wider range.

すなわち、ポリゴンミラーやホログラムスキャナを用い
る従来の場合に比較して、回転機構およびその駆動装置
等が不要となり、装置が小型かつ簡単となるとともに耐
久性が向上し、また、より広い範囲での光の集光が可能
となるのである。In other words, compared to conventional systems that use polygon mirrors or hologram scanners, there is no need for a rotation mechanism and its drive device, making the device smaller and simpler, improving durability, and allowing light to be applied over a wider range. This makes it possible to collect light.

ここで、第５図に示すように、光偏向素子は基板１６と
その出力側に設けられた検光子３８とから構成されても
よい。この場合、基板内に形成された屈折率分布を透過
した光において電圧が印加された電極直下を通過した光
は、他の部分を通過した光に対して偏光状態が異なるの
で、検光子３８において通過が阻害される。このため、
検光子３８上には電圧が印加された透明電極群に対応し
たフレネルの帯板状のマスクが実質的に形成された状態
となり、ビーム３２が電圧が印加された透明電極群の位
置に対応した方向に偏向させられるのである。Here, as shown in FIG. 5, the optical deflection element may be composed of a substrate 16 and an analyzer 38 provided on the output side thereof. In this case, among the light that has passed through the refractive index distribution formed in the substrate, the light that has passed directly under the voltage-applied electrode has a different polarization state than the light that has passed through other parts, so the analyzer 38 Passage is obstructed. For this reason,
A Fresnel band-shaped mask corresponding to the transparent electrode group to which the voltage was applied was substantially formed on the analyzer 38, and the beam 32 corresponded to the position of the transparent electrode group to which the voltage was applied. It is deflected in that direction.

また、本実施例においては透明電極１８を使用したが、
電極は必ずしも透明でなくてもよいのである。In addition, although the transparent electrode 18 was used in this example,
The electrodes do not necessarily have to be transparent.

また、第６図に示すように、前記基板１６に替えて液晶
セル４０を用いても良い。この液晶セル４０においては
、一対のガラス板４２および４４に挟まれた十数μｍ程
度の空間内に、たとえばホモジニアス配列のＮ形のネマ
ティック液晶４６が封入されており、ガラス板４２およ
び４４の内面にはフレネルの帯板と同様のストリップ幅
を有する一群の透明電極群が光軸の方向において複数群
前述と同様に設けられている。図においては一群の透明
電極群４８が示されており、この一群の透明電極群４８
は、上下一対の電極４８ａと４８１ａ、／４８ｂと４８
１ｂ、４８ｃと４８ＩＣなどから構成されている。本実
施例によれば、たとえば透明電極群４８の上下の電極間
に電圧が印加されたとき、それ等の間に挟まれた部分が
白濁状態となってフレネルの帯板と同様のマスクが形成
されるので、前述と同様の作用により、ビーム３２が偏
向させられる。上記液晶４６は電圧印加によって光学的
異方性を示す電気光学効果を有するものでも良く、この
場合には前述の基板１６と同様の作用に従ってビーム３
２が偏向させられる。このように光偏向素子として液晶
セル４０が用いられる場合には、液晶４６が光伝達媒体
を構成する。Furthermore, as shown in FIG. 6, a liquid crystal cell 40 may be used instead of the substrate 16. In this liquid crystal cell 40, for example, a homogeneously arranged N-type nematic liquid crystal 46 is sealed in a space of about ten-odd μm between a pair of glass plates 42 and 44. A group of transparent electrodes having a strip width similar to that of a Fresnel strip are provided in the direction of the optical axis in the same manner as described above. In the figure, a group of transparent electrode groups 48 is shown, and this group of transparent electrode groups 48
are a pair of upper and lower electrodes 48a and 481a, /48b and 48
It consists of 1b, 48c and 48IC. According to this embodiment, for example, when a voltage is applied between the upper and lower electrodes of the transparent electrode group 48, the portion sandwiched between them becomes cloudy, forming a mask similar to a Fresnel strip. Therefore, the beam 32 is deflected by the same effect as described above. The liquid crystal 46 may have an electro-optic effect that exhibits optical anisotropy when a voltage is applied, and in this case, the beam 3
2 is deflected. When the liquid crystal cell 40 is used as a light deflection element in this manner, the liquid crystal 46 constitutes a light transmission medium.

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲にいて種々変更が
加えられ得るものである。The above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例の光偏向装置を説明する斜視
図である。第２図は第１図の光偏向素子の拡大図である
。第３図は第２図の光偏向素子の電極の配置を詳しく説
明する図である。第４図は第１図の装置において用いら
れる光学素子を説明する図である。第５図は本発明の他
の実施例における要部を示す図である。第６図は本発明
の他の実施例における光偏向素子を示す図である。 １４：アクチュエータ（光偏向素子駆動装置）１６二基
板（光伝達媒体） ２０．２２．２４．２６．２８．４８：透明電極群出願
人　　ブラザー工業株式会社 第２図 ２０ｂ 第３図 第４図FIG. 1 is a perspective view illustrating an optical deflection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the optical deflection element shown in FIG. 1. FIG. 3 is a diagram illustrating in detail the arrangement of electrodes of the optical deflection element shown in FIG. 2. FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating optical elements used in the apparatus of FIG. 1. FIG. 5 is a diagram showing essential parts in another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a light deflection element in another embodiment of the present invention. 14: Actuator (light deflection element drive device) 16 Two substrates (light transmission medium) 20.22.24.26.28.48: Transparent electrode group Applicant: Brother Industries, Ltd. Figure 2 20b Figure 3 Figure 4

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）単色光を発射する単色光源と、 所定の厚みを備えて前記単色光を導くとともに、光スイ
ッチ作用を有する光伝達媒体と、該光伝達媒体の少なく
とも一面において前記単色光の光軸と直角な方向にてフ
レネル帯板と同様のストリップ幅を有して連なる一群の
電極が該単色光の光軸方向に少なくともひとつ設けられ
た制御電極とを、備えた光偏向素子と、 該偏向素子を前記単色光の光軸と直角な方向にて移動可
能に支持し、かつ該偏向素子を該方向の所望に位置へ変
位させる光偏向素子駆動装置とを含むことを特徴とする
光偏向装置。(1) A monochromatic light source that emits monochromatic light; an optical transmission medium having a predetermined thickness that guides the monochromatic light and has an optical switching function; and an optical axis of the monochromatic light on at least one surface of the optical transmission medium. an optical deflection element comprising: a control electrode in which at least one control electrode is provided in the optical axis direction of the monochromatic light; an optical deflection element drive device that supports the optical deflection element movably in a direction perpendicular to the optical axis of the monochromatic light, and displaces the deflection element to a desired position in the direction. （２）前記光偏向素子の制御電極は、前記一群の電極を
前記単色光の光軸方向において複数有するものであり、
該一群の電極を構成する個々の電極が他の一群中の対応
する電極に対して前記単色光の進行方向に向かう程前記
単色光の光軸と直角な方向において順次ずらされている
ものである特許請求の範囲第１項に記載の光偏向装置。(2) The control electrode of the light deflection element has a plurality of the group of electrodes in the optical axis direction of the monochromatic light,
The individual electrodes constituting the group of electrodes are sequentially shifted from the corresponding electrodes in the other group in a direction perpendicular to the optical axis of the monochromatic light as they move toward the traveling direction of the monochromatic light. An optical deflection device according to claim 1.