光走査装置とこれを用いた画像形成装置およびプリンタ
【課題】小型で、安価かつ高性能な光走査装置およびプリンタを提供する。
【解決手段】光源９からの光を偏向する偏向器は、強誘電体で形成されたフォトニック結晶５と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部１０からなり、フォトニック結晶に印加する電圧を制御してこのフォトニック結晶に入射され出射される光の偏向制御を行い、偏向器によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器は、強誘電体もしくは誘電体で形成されたフォトニック結晶４からなり、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドを具備し、当該フォトニックバンドによって光源からの光を伝搬する構成とする。
【解決手段】光源９からの光を偏向する偏向器は、強誘電体で形成されたフォトニック結晶５と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部１０からなり、フォトニック結晶に印加する電圧を制御してこのフォトニック結晶に入射され出射される光の偏向制御を行い、偏向器によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器は、強誘電体もしくは誘電体で形成されたフォトニック結晶４からなり、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドを具備し、当該フォトニックバンドによって光源からの光を伝搬する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置に用いられる光走査技術に係わり、特に、光走査系およびそれを用いた画像形成装置の小型化および高性能化を低コストに実現するのに好適な光走査技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置には、光を偏向して走査する光走査装置が用いられている。
【０００３】
現在の複写機や電子写真方式プリンタ等で最も多く採用されている光走査装置には、例えば、特許文献１に開示されているポリゴンミラー方式の光走査装置がある。このポリゴンミラー方式は、複数の反射面を有するポリゴンミラーを高速で回転させ、その反射面に光を当てることで、光を走査させることができる。
【０００４】
図１３は、従来のポリゴンミラー方式の光走査装置の構成例を示すブロック図であり、同図において、１３５１は光源であり、４つのビームを出射する４ビーム半導体レーザより成っている。１３５２はコリメーターレンズ、１３５３は絞り、１３３２はシリンドリカルレンズ、１３０２は光偏向器であるポリゴンミラー、１３２２は球面レンズ（第１の走査レンズ）、１３２６はトーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１３５５は光学部材（間隔調整部材）としての平行平板ガラスであり、光検出器１３３０により検出された量（感光ドラム上を走査する複数ビームの副走査方向の位置ズレ情報）に応じて、副走査方向に傾け制御することにより、感光ドラム（感光体）１３２７上を走査する複数ビームの副走査方向の描画位置（走査開始位置）を調整している。
【０００５】
また、従来の光走査装置の別の方式として、例えば、特許文献２に開示されている、ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子をアレイ状に並べた光走査装置がある。
【０００６】
図１４は、従来の発光素子をアレイ状に並べた光走査装置の構成例を示すブロック図であり、この光走査装置は、有機ＥＬ素子をアレイ状に並べた構成を有し、任意の有機ＥＬ素子を制御して点灯させることにより光を走査させることを可能にしたものである。
【０００７】
同図に示す光走査装置は、ガラス基板１４０８上に、信号電極１４０９が有機ＥＬのドット数と略同数個配置されている。各々の信号電極１４０９は絶縁膜の第１コンタクトホール１４１０を介して透明電極１４１１に電気的に接続されている。この透明電極１４１１は、絶縁膜の第２コンタクトホール１４１２において、正孔輸送層１４１３と発光層１４１４を挟んで、電子注入電極１４１５と対向している。
【０００８】
この絶縁膜の第２コンタクトホール１４１２は発光領域に該当するので、一直線上に等間隔に配列されている。電子注入電極１４１５は、保護膜の第１コンタクトホール１４１６において、共通電極１４１８と電気的に接続されている。保護膜の第２コンタクトホール１４１７は、保護膜が信号電極１４０９と透明電極１４１１の層間に形成されているので、信号電極１４０９と透明電極１４１１を電気的に接続するために必要となっている。
【０００９】
また、従来の光走査装置として、例えば、特許文献３等において提案されている、フォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置がある。
【００１０】
図１５は、従来のフォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置の構成例を示すブロック図であり、この光走査装置は、酸化シリコン膜１５１３１内に円柱状のシリコン１５１３２を周期的に並べたフォトニック結晶１５１３０と波長可変レーザ１５１１０を用い、波長可変レーザ１５１１０の波長制御子に流す電流を変化させ波長を６５０ｎｍから６６０ｎｍまで変化させることにより、フォトニック結晶１５１３０内での光ビームの進行方向を変化させ、これにより光ビームの偏向方向を大きく変化させて光走査を行うようにしたものである。
【００１１】
しかしながら、上述したポリゴンミラー方式は、ミラーを機械的に回転させるという機械的駆動部が必要であるため、機械的摩耗が生じるという信頼性の面で問題があり、また、騒音が発生してしまうという問題がある。さらに、比較的大きな空間を占めてしまい、これを用いたプリンタ等の装置サイズが大きくなってしまうといった問題があった。
【００１２】
これに対して、ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子をアレイ状に並べた光走査装置は、発光素子を並べて任意の発光素子を点灯させるので、機械的な駆動部がなく機械的摩耗や騒音が発生せず、また、占有する空間が比較的小さくプリンタ装置を小型化することができる。
【００１３】
しかしながら、発光素子としてＬＥＤをアレイ状に並べた光走査装置では、非常に長いＬＥＤアレイチップを作製するのは非常に困難であるため、複数のＬＥＤアレイチップを並べて実装する必要があるが、実装精度は印字品質に大きく影響するため、高精度の実装を行う必要があり、コストアップにつながっている。
【００１４】
また、ＬＥＤアレイは、印字品質に大きく影響する発光ばらつきの問題がある。発光ばらつきに対して、特許文献４のように、電極の一部をレーザ光で切断して１ビット毎に調整する技術はあるが、工程数が増えることになりコストアップにつながる。
【００１５】
発光素子として有機ＥＬ素子をアレイ状に並べた光走査装置では、上記特許文献２のように（図１４参照）、長尺のものを一括で作製することができるため、実装工程がなく低コストにすることができる、また、発光ばらつきが比較的少ない。しかしながら、有機ＥＬ素子は、ＬＥＤに比べて寿命が短く、また、累積点灯時間が長くなるにつれて次第に輝度が低下するという問題がある。
【００１６】
この問題に対しては、特許文献５に記載の技術のように、構造上単位面積あたりの発光強度を低下させて寿命を伸ばしたり、あるいは、特許文献６に記載の技術のように、有機ＥＬアレイを複数ライン並べて、使用中のラインに寿命が来たら別のラインに切り替えて実質的に寿命を伸ばしたりするなどで対応しているが、構造が複雑になり、有機ＥＬの低コストおよび小型化という利点が損なわれているという問題がある。さらに、有機ＥＬアレイの寿命が短く、また、次第に輝度が低下するという問題の根本的解決にはなっていない。
【００１７】
また、フォトニック結晶と波長可変レーザで構成した光走査装置は、機械的な駆動部がなく、騒音が発生せず、プリンタ装置を小型化することができる。しかしながら、波長可変レーザという特殊なレーザを用いる必要があり、装置が高価なものになってしまうという問題がある。
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−２０２５１０号公報
【特許文献２】特開平９−２２６１７２号公報
【特許文献３】特開２００１−１３４３９号公報
【特許文献４】特開平１１−７０６９５号公報
【特許文献５】特開２００３−５４０３０号公報
【特許文献６】特開２００３−１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、フォトニック結晶と波長可変レーザを用いることで、機械的な駆動部がなく、騒音が発生せず、プリンタ装置を小型化することができるが、波長可変レーザという特殊で高価なレーザを用いる必要がある点である。
【００２０】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、低騒音で信頼性が高い光走査装置を、非常に小型にかつ低価格で提供すると共に、さらに高品質で、かつ、光量の損失や迷光が少ない光走査を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明では、強誘電体で形成したフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで光源からの光を偏向する偏向器と、この偏向器で偏向された光をさらに、強誘電体または誘電体で形成されたフォトニック結晶における、分散面が空気の分散面の内側にあるように設計されているフォトニックバンドによって伝搬することで、光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを設けたことを特徴とする。また、例えば、偏向器や偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射る面の両面もしくはいずれか一方を、表面無反射構造（moth eye効果を有する微細周期表面構造、無反射表面構造あるいは単に無反射構造ともいう）に形成して、反射防止手段を設けた構成とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、少ないスペースで偏向角を大きくすることができると共に、フォトニック結晶の群速度の偏向角依存性が非常に少ないバンドを使うことができ、高品質の光で走査することができる。さらに、偏向器や偏向角拡大器に反射防止手段を設けることにより、不要な反射を低減でき、光量の損失や迷光を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。
【００２４】
まず、上述の従来技術の問題点に対象するために技術として、本願発明者が提案した特願２００４−２４９０３２号および特願２００５−０１１５２６号のそれぞれに記載の技術について説明する。
【００２５】
特願２００４−２４９０３２号に記載の光走査装置では、光源からの光を偏向する偏向器として、強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部とを設け、この偏向器による走査位置を検出部で検出し、その検出結果（走査位置情報）を、フォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部にフィードバックしながらフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで、光を走査している。これにより、特殊なレーザが不要となり、光走査装置の低騒音化、信頼性向上、小型化、高速化、および低価格化が可能となる。
【００２６】
また、特願２００５−０１１５２６号に記載の光走査装置では、光源と、フォトニック結晶を強誘電体で形成し、強誘電体で形成されたフォトニック結晶に印加する電圧で制御する偏向器と、強誘電体または誘電体で形成された、光源からの光に対するバンドが１つのみ存在するフォトニック結晶からなる偏向した光の偏向角を拡大する偏向角拡大器で構成することで、偏向角を１２０°以上の光走査を行うことができ、特願２００４−２４９０３２号に記載の光走査装置に比べて、装置をより小型化することができる。
【００２７】
これに対して、本発明に係わる光走査装置では、強誘電体で形成したフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで光源からの光を偏向する偏向器と、この偏向器で偏向された光を、強誘電体または誘電体で形成されたフォトニック結晶の、分散面が空気の分散面の内側にあるように設計されたフォトニックバンドによって伝搬して光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを設けた構成とする。このように、フォトニック結晶の群速度の偏向角依存性が非常に少ないバンドを使うことで、特願２００５−０１１５２６号に記載の光走査装置に比べて、さらに高品質の光で走査することができる。
【００２８】
以下、このような本発明に係わる光走査装置の詳細について図１から図９を用いて説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係わる光走査装置の第１の構成例を示すブロック図であり、図２は、図１における光走査装置の上面図、図３は、図１における第１のフォトニック結晶のバンド図、図４は、図１における第１のフォトニック結晶の第１バンドの分散面を示す説明図、図５は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面を示す説明図、図６は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面と空気の分散面および第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの関係を示す説明図、図７は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第１の関係例を示す説明図、図８は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第２の関係例を示す説明図、図９は、本発明に係わる光走査装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、本例の光走査装置は、像担持体（感光ドラム）１上に光を走査するものであり、レーザ光８を発する光源（半導体レーザ）９と、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶４と、強誘電体（ＰＬＴＺ：ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛結晶）で形成された第２のフォトニック結晶５と、電極６，７と、電圧制御部１０と、光走査位置検出器（フォトダイオード）２，３で構成されている。
【００３１】
第２のフォトニック結晶５の上下両面には電極６，７が形成され、この電極６，７は電圧制御部１０と接続されており、第２のフォトニック結晶５に電圧を制御して印加することができるようになっており、この第２のフォトニック結晶５と電圧制御部１０により偏向器が構成される。
【００３２】
図２には、図１に示した光走査装置の上面図を示す。本例では、第１のフォトニック結晶４は、２次元最密円孔配列構造で構成してあり、偏向器（第２のフォトニック結晶５）からの光をさらに拡大偏向する偏向角拡大器として機能する。図３においては、第１のフォトニック結晶４の、ＴＭモード（ＴＭ偏波の対称モード）のフォトニックバンド図を示している。
【００３３】
ここで、フォトニック結晶とは、屈折率の異なる透明材料を多次元的に周期配列した構造体であり、フォトニックバンドギャップ、異方性、高分散性などの特性を有することが知られている。
【００３４】
フォトニック結晶の高分散性は、光の波長を若干変えるだけで屈折角が大きく変化する特性であり、また、入射角を若干変えても、屈折角が大きく変化させることができることが報告されている（H. Kosaka et al., Rhys. Rev. B ５８, R１００９６ (１９９８)参照）。
【００３５】
一方、強誘電体で形成したフォトニック結晶の場合には、光の波長や入射角が固定であっても、フォトニック結晶に印加する電圧を変えることで、屈折角を大きく変化させることができることが報告されている（D. Scrymgeour, N. Malkova, S. Kim and V. Gopalan, Appl. Phys. Lett., ８２, ３１７６ (２００３)参照）。
【００３６】
図１および図２に示した本例の光走査装置では、TiO2で第１のフォトニック結晶４を形成し、また、ＰＬＺＴで第２のフォトニック結晶５を形成し、第２のフォトニック結晶５の上下面に形成された電極６，７に電圧制御部１０が接続されているので、半導体レーザ９から出射され、第２のフォトニック結晶５に入射したレーザ光８は、第２のフォトニック結晶５に印加する電圧を制御して任意の方向に偏向することができ、さらに、第１のフォトニック結晶４に入射して偏向角を拡大することができる。したがって、電圧制御部１０で電圧を制御して、レーザ光８を像担持体１上に走査させることができる。
【００３７】
フォトニック結晶は先に述べたように波長分散性が高いが、光走査位置検出器２，３で走査開始位置および走査終了位置を検出し、その信号を電圧制御部１０にフィードバックすることで、環境温度の変化などで半導体レーザ９の発光波長が若干変動しても、正常にレーザ光８を像担持体１上で走査させることができる。
【００３８】
また、本例では、第１のフォトニック結晶４において、光源（半導体レーザ）９からの光（レーザ光）８に対する第２バンド分散面が、空気の分散面の内側にあるように構成してある。
【００３９】
第１のフォトニック結晶４のＴＭモードの第１バンドの分散面を図４において、第２バンドの分散面を図５において示している。尚、図４および図５においては、図中の数値は規格化周波数の値である。図４に示す第１バンドの分散面では、空気の分散面より内側になることはない。しかし、図５に示す第２バンドの分散面では、規格化周波数が高くなるほど分散面が小さくなるのに対して、空気の分散面は規格化周波数が大きくなるにつれて分散面が大きくなるので、第２バンドの分散面が空気の分散面の内側になる規格化周波数が存在する。
【００４０】
本例では、光源の波長に応じて規格化周波数（ωａ／２πc）が０.４８となるような格子定数ａ、かつ、ｒ／ａが０.４５となるようなｒ（円孔半径）の条件で第１のフォトニック結晶４を形成することで、図６に示すように、第１のフォトニック結晶４の第２バンド分散面が、空気の分散面の内側にあるようにしている。
【００４１】
具体的には、光源８（半導体レーザ）９が赤（波長６６０ｎｍ）の場合は、円孔半径ｒを１４２．６ｎｍ、格子定数ａを３１６．８ｎｍとしており、また、緑（波長５３２ｎｍ）の場合は、円孔半径ｒを１１４．９ｎｍ、格子定数ａを２５５．４ｎｍとし、青（波長４５７ｎｍ）の場合は円孔半径ｒを９８．７４ｎｍ、格子定数ａを２１９．４ｎｍとしている。
【００４２】
また、図６は第１のフォトニック結晶４への入射角θinと偏向角θpの関係を示しており、フォトニック結晶をΓ−Ｋ方向に平行な面で切断し、切断面から光を入射したとき、空気中から第１のフォトニック結晶４にθinで入射した光は、θpの角度に偏向されることを示している。
【００４３】
図７は、入射角θinと偏向角θpの関係を示す図であり、入射角θinを±２０°振ることで１６０°（＋８０°〜−８０°）の偏向が可能であることを示しており、光走査装置全体を小型化することができる。
【００４４】
また、図８に示すように、偏向角の拡大率（θｐ／θin）は、規格化周波数によって、任意に選択することができる。
【００４５】
尚、本例の第１のフォトニック結晶４であるTiO2の２次元フォトニック結晶は、TiO2基板にＥＢリソグラフィ工程および金属膜蒸着工程、リフトオフ工程でメタルマスクを形成した後、フロン系のガスによるドライエッチング工程で作製することができる。
【００４６】
また、第２のフォトニック結晶５であるＰＬＺＴの２次元フォトニック結晶は、ゲル状の感光性ＰＬＺＴ膜を紫外光でパターン露光し、酸性の水溶液で紫外光の未照射部分を溶解した後、４００℃でベークすることで作製することができる。
【００４７】
また、本例では、第１のフォトニック結晶４を形成する誘電体材料としてTiO2を用いているが、光源波長に対して透明であれば他の誘電体材料でも良く、強誘電体材料でも良い。
【００４８】
また、本例では、第２のフォトニック結晶５を形成する強誘電体材料としてＰＬＺＴを用いたが、光源波長に対して透明な強誘電体材料であればよい。しかしながら、ＰＬＺＴは可視光領域で透明であり、かつ、電気光学特性が非常に優れており、本例の光走査装置を構成するフォトニック結晶の材料として最適である。また、フォトニック結晶の構造についても、本例では、２次元最密円孔配列構造としているが、他の構造でも良い。
【００４９】
また、本例では、光を偏向する手段として、ＰＬＴＺで形成した第２のフォトニック結晶５の上下面に電極６，７を形成し、電圧制御部１０で第２のフォトニック結晶５に印加する電圧を制御する偏向器を用いているが、ポリゴンミラーやシリコンマイクロミラーによる偏向器や音響光学素子による偏向器を用いても良い。しかしながら、本例で用いた偏向器は可動部がないので、騒音や信頼性の問題がなく、また、音響光学素子のような大きな発熱もないので本例の光走査装置を構成する偏向器として最適である。
【００５０】
また、本例では、光走査位置検出器２，３で走査開始位置および走査終了位置を検出して、電圧制御部１０にフィードバックしているが、光走査位置を検出する場所は走査開始位置および走査終了位置以外の場所でも良く、例えば図９に示す構成のように、フォトニック結晶９４から出射したレーザ光９８をビームスプリッタ９１で分岐して、フォトダイオードをアレイ状に並べた位置検出器（図中「光走査位置検出器（ＰＤアレイ）」と記載）９３で常に位置を検出して電圧制御部９０にフィードバックしてもよい。
【００５１】
さらに、本例の光走査装置を、主走査方向に、あるいは、副走査方向に複数並べても良く、複数並べた構成では、実効的な走査速度を速くすることができる。
【００５２】
このような光走査装置は、複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置に用いられており、以下、本例の光走査装置を用いたプリンタについて、図１０から図１２を用いて説明する。
【００５３】
現在普及しているプリンタには様々な方式があるが、そのなかの１つに光学的に書き込みを行う光書き込み方式がある。光書き込み方式の代表的なものとしては電子写真方式や銀塩方式がある。
【００５４】
銀塩方式は、光書き込み方式で、かつ自己発光型の代表的なものであり、この銀塩方式では、印画紙に直接光で書き込み、光が照射されたところが現像後に照射した光の色に発色するものであり、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色の光を用いて書き込むことでフルカラープリントができる。
【００５５】
また、自己発色型で最近注目されているものに、フォトクロミック材料を用いたものがある。フォトクロミック材料とは、光により色が可逆的に変化するもので、光を照射した部分がその光の色に変化し、さらに、色が変化した部分に紫外線を照射することで、元の色に戻すことが可能であるため、フルカラーで、光による書き込みおよび消去が繰り返し可能なリライタブルペーパーとして期待されている。
【００５６】
図１０は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第１の構成例を示すブロック図であり、図１１は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第２の構成例を示すブロック図、図１２は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第３の構成例を示すブロック図である。
【００５７】
図１０においては、電子写真方式のプリンタを例に示しており、この電子写真プリンタは、図１および図９で示したものと同様の、光源（半導体レーザ）１０９と、誘電体または強誘電体で形成された第１のフォトニック結晶１０４ａと、強誘電体で形成された第２のフォトニック結晶１０４ｂと、電圧制御部１００と、光走査位置検出器１０３とで構成された光走査装置と、像担持体（感光ドラム）１０１、帯電器１００ａ、現像器１００ｂ、転写器１００ｃ、定着器１００ｅ、および、クリーナー１００ｆからなる。
【００５８】
このような構成からなる電子写真プリンタにおいては、まず、像担持体（感光ドラム）１０１が帯電器１００ａによって帯電され、帯電された像担持体（感光ドラム）１０１上に、光走査装置により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光１０８を走査させる。レーザ光１０８が照射された像担持体（感光ドラム）１０１上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光の照射量の逆数に関係するので、像担持体（感光ドラム）１０１上に静電潜像が形成される。
【００５９】
次に、現像器１００ｂにより、像担持体（感光ドラム）１０１上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器１００ｃにより、像担持体（感光ドラム）１０１上のトナーを転写用紙１００ｄに転写し、定着器１００ｅにより、転写用紙１００ｄ上のトナーを紙面に定着させることで、紙面に画像を形成する。また、像担持体（感光ドラム）１０１をクリーナ１００ｆによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【００６０】
図１１においては、銀塩方式プリンタを例に示しており、この銀塩方式プリンタは、図１および図９で示したものと同様の構成（光源１１８ａ〜１１８ｃ、電圧制御部１１０ａ〜１１０ｃ、レンズ１１１ｇ、第１のフォトニック結晶１１４ａ、第２のフォトニック結晶１１４ｂ、光走査位置検出器１１３）からなる３つの光走査装置と、搬送ローラー１１１ｂ、現像器１１１ｃ、および、定着器１１１ｄとで構成される。３つの光走査装置においては、各光源（Ｇ）１１８ａ，（Ｂ）１１８ｂ，（Ｒ）１１８ｃの波長はそれぞれ異なり、緑（Ｇ）と青（Ｂ）および赤（Ｒ）となっている。また、３つの光走査装置は副走査方向に並べてある。
【００６１】
このような構成からなる本例の銀塩方式プリンタにおいては、まず、銀塩ペーパー１１１ａに、３つの光走査装置により、画像データに応じて強度変調された３色の光を順次走査して、銀塩ペーパー１１１ａを露光する。その後、現像器１１１ｃで現像し、次に定着器１１１ｄで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー１１１ａにプリントすることができる。
【００６２】
なお、本例では、ＲＧＢ（赤、緑、青）をそれぞれ光源とする３つの光走査装置で構成しているが、２つ以上の光走査装置を用いることで、多色のプリントが可能となる。しかしながら、本例のように、光源波長の異なる３つ以上の光走査装置で構成することで、フルカラーのプリントが可能となる。その際、ＲＧＢのようにフルカラープリントに適した波長を選ぶ必要がある。また、フォトニック結晶の構造は光源の波長に応じて変更する必要がある。
【００６３】
また、本例では、銀塩ペーパー１１１ａにプリントしているが、同様の方式で、カラーフィルムやその他のカラー記録媒体にプリントすることも可能である。
【００６４】
図１２においては、フォトクロミック材料からなるリライタブルペーパーを用いたリライタブルプリンタを例に示しており、このプリンタは、図１および図９で示したものと同様の構成（光源１２８ａ〜１２８ｃ、電圧制御部１２０ａ〜１２０ｃ、レンズ１２１ｇ、第１のフォトニック結晶１２４ａ、第２のフォトニック結晶１２４ｂ、光走査位置検出器１２３）からなる３つの光走査装置と、搬送ローラー１２１ｂおよび紫外光光源（紫外ランプ）１２１ｃで構成される。３つの光走査装置においては、各光源（Ｇ）１２８ａ，（Ｂ）１２８ｂ，（Ｒ）１２８ｃの波長はそれぞれ異なり、緑（Ｇ）と青（Ｂ）および赤（Ｒ）となっている。また、３つの光走査装置は副走査方向に並べてある。
【００６５】
尚、フォトクロミック材料とは、紫外光の照射により発色し、発色した材料が吸収する可視光の照射により消色するものである。波長４６０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつイエロー材料と、波長５３０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつマゼンタ材料と、波長６３０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつシアン材料の３種類のフォトクロミック材料を混合して白色フィルム上に塗布したものは、紫外線の照射により全材料が発色した後、赤色光を照射した部分はシアン材料が消色して赤色を示し、緑色光を照射した部分はマゼンタ材料が消色して緑色を示し、青色光を照射した部分はイエロー材料が消色して青色を示し、フルカラー画像表示が可能である。
【００６６】
また、紫外光を再度照射すると、全材料が発色して画像が消去できるため繰り返し書き換え可能なリライタブルペーパーとして使用することができる（川島伊久衛，高橋裕幸，平野成伸，光学 ３２巻１２号，７０７（２００３）参照）。
【００６７】
このように、フォトクロミック材料は、ある色の光を照射すると、照射した部分が照射した光の色になり、また、紫外光を照射すると、消去することができるため、繰り返し書き換え可能なリライタブルペーパーとして使用できる。
【００６８】
このような構成からなる図１２に示したプリンタにおいては、まず、フォトクロミック材料からなるリライタブルペーパー（図中「フォトクロミックペーパー」と記載）１２１ａに紫外ランプ１２１ｃにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー１２１ａ上に形成されている画像を消去する。次に、画像が消去されたリライタブルペーパー１２１ａに、３つの光走査装置により、画像データに応じて強度変調された３色の光を順次走査して、リライタブルペーパー１２１ａ上に画像をプリントする。
【００６９】
なお、本例では、ＲＧＢをそれぞれ光源とする３つ光走査装置で構成しているが、図１１で示した例と同様に、２つ以上の光走査装置を用いることで、多色のプリントが可能となり、また、光源波長の異なる３つ以上の光走査装置で構成することで、フルカラーのプリントが可能となる。この際、ＲＧＢのように、フルカラープリントに適した波長を選ぶ必要がある。また、フォトニック結晶の構造は光源の波長に応じて変更する必要がある。
【００７０】
次に、このようなプリンタに適用する図１〜図９で説明した光走査装置に反射防止手段を設ける技術について図１６と図１７を用いて説明する。
【００７１】
図１６は、本発明に係わる光走査装置の第３の構成例を示すブロック図であり、図１７は図１６における光走査装置の上面図である。
【００７２】
図１６，１７に示す光走査装置は、図１に示した光走査装置と同様に、光源（半導体レーザ）１６０９と、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４、強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５と、電圧制御部１６１０と、光走査位置検出器（フォトダイオード）１６０２，１６０３で構成されている。
【００７３】
誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４においては、光を入射する面（入射面）および出射する面（出射面）を、表面無反射構造（moth eye効果を有する微細周期表面構造、無反射表面構造あるいは単に無反射構造ともいう）に形成することで、反射防止構造１６１１ａ，１６１１ｂを設けた構成としている。本例では、断面が三角の鋸歯形状となり、各歯が光の波長の１／２以下の周期で配置されるようにすることで、表面無反射構造を形成し、表面での光反射を抑制している。
【００７４】
同様に、強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５においても、光の入射面および出射面を、各歯が光源波長の１／２以下の周期で配置された鋸歯形状とすることで、反射防止構造１６１１ｃ，１６１１ｄを設けた構成としている。
【００７５】
尚、このように、角錐形状を波長の１／２以下の周期で配置することにより、「表面無反射構造（moth eye（光吸収現象）構造）」として、反射防止効果を実現する技術は、例えば、「S.J.Wilson,M.C.Hutely,The optical properties of moth eye'antireflection surfaces, Opt.Acta 29(1982)993-1009）」に記載のように公知であり、図１６，１７に示した光走査装置において、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４および強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５における光の入射面と出射面に鋸歯形状を形成することで、表面無反射構造を形成し、反射防止効果が得られる。
【００７６】
これにより、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５への光源（半導体レーザ）１６０９からのレーザ光１６０８の入射時や、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５からのレーザ光の出射時に、不要な反射を抑えることができる。
【００７７】
走査光学系での不要な反射は、光量を低下させるだけでなく、迷光となって像担持体（感光ドラム）１６０１に不要な書込みを行い、図１０〜１２に示すプリンタ装置の画像品質低下の原因となるが、図１６，１７に示す構成にすることで、走査光学系での不要な反射を低減し、プリンタ装置の画像品質を向上させることができる。
【００７８】
尚、図１６，１７に示した光走査装置では、反射防止機能として、入射面および出射面に、三角形状の歯を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状にしているが、従来技術の誘電体多層膜による反射防止膜を形成しても良い。
【００７９】
しかし、誘電体多層膜による反射防止膜を形成するためには、フォトニック結晶構造を形成する工程とは別途に、反射防止膜を形成する工程が必要となる。これに対して、本例では、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５における光の入射面と出射面を、表面無反射構造（moth eye構造）に形成しており、フォトニック結晶構造を形成する工程で同時に反射防止機能を形成することが可能である。これにより、製造コストを抑えることができ、安価に提供することができる。
【００８０】
また、このような表面無反射構造（moth eye構造）、すなわち、三角形状を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状を形成する面は、第１のフォトニック結晶における光の入射面と出射面、および、第２のフォトニック結晶における光の入射面と出射面のうちいずれかの面だけでも良いが、本例のように全ての面に表面無反射構造（moth eye構造）を設けることが望ましい。
【００８１】
以上、図１〜図９および図１６と図１７を用いて説明したように、本例の光走査装置は、光源と、光源からの光を偏向する偏向器と、偏向部によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを備え、特にこの偏向角拡大器は、光源からの光に対して透明な材料で形成されたフォトニック結晶からなり、当該フォトニック結晶の、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドによって光を伝搬するようにしている。したがって、光量のばらつきがなく、非常に小型で、かつ、特殊なレーザを必要としない安価な光走査装置を容易に製造することができる。
【００８２】
また、偏向角拡大器は、ＰＬＺＴ等の強誘電体もしくはTiO2等で形成されたフォトニック結晶で構成し、偏向器は、ＰＬＺＴ等の強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部とにより構成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、機械的駆動部がない光走査装置を容易に製造することができる。
【００８３】
また、走査位置を検出する検出器を備え、この検出器で検出した走査位置を、電圧制御部にフィードバックして光を走査する構成としている。これにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、走査精度が高い光走査装置を容易に製造することができる。
【００８４】
また、フォトニック結晶をＰＬＺＴで形成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要としなく、かつ、可視光領域の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。
【００８５】
また、各光走査装置を構成する偏向器（誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４）や偏向角拡大器（強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５）のフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両面（または、いずれか一方）に、断面が三角の鋸歯形状からなり各歯が光源波長の１／２以下の周期で配置された反射防止構造１６１１ａ，１６１１ｂを形成することにより、機械的駆動部がなく、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、不要な反射を低減した光走査装置を容易に製造することができる。これにより、低騒音で、信頼性が高く、小型で、安価であり、かつ、光量の損失や迷光が少ない光走査装置を実現することができる
【００８６】
また、このような光走査装置を主走査方向または副走査方向に２つ以上並べて構成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、実効的な走査速度が速い光走査装置を容易に製造することができる。
【００８７】
また、このような光走査装置を２つ以上、かつ、それぞれの光源の波長が異なる構成で、副走査方向に並べることにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、異なる波長の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。
【００８８】
また、このような光走査装置を３つ以上、かつ、光源波長がそれぞれ異なる構成で、副走査方向に並べることにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、３つ以上の異なる波長の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。そして、このような光走査装置を例えば銀塩式カラープリンタに用いることにより、低騒音で、信頼性が高く、非常に小型で、安価な銀塩式カラープリンタを容易に製造することができる。
【００８９】
また、このような光走査装置を、電子写真式プリンタやリライタブルペーパー用カラープリンタの光走査系に用いることにより、非常に小型で、安価な電子写真式プリンタや、低騒音で、信頼性が高く、非常に小型で、安価なリライタブルペーパー用カラープリンタを容易に製造することができる。
【００９０】
尚、本発明は、図１〜図１２および図１６，１７を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、本発明に係わる光走査装置をプリンタ装置に用いた例を示しているが、当該光走査装置は、電子複写機やディスプレイ装置等の画像形成機構に用いることができ、これらの装置の小型化と高性能化を図ることができる。
【００９１】
また、図１６，１７に示す例では、偏向器（第１のフォトニック結晶１６０４）と偏向角拡大器（第２のフォトニック結晶１６０５）に設ける第１，第２の反射防止手段として、その入射面と出射面の外面より外側に、断面が三角の鋸歯形状を光源波長の１／２以下の周期で配置した構成を例示しているが、入射面と出射面の外面より内側、あるいは外面の外寄り・内寄りに設ける構成としても良い。
【００９２】
また、図１６，１７に示す第１のフォトニック結晶１６０４（偏向器）と第２のフォトニック結晶１６０５（偏向角拡大器）における入射面と出射面に、ナノ構造の円錐列（２次元配列）を作り込むことで、第１，第２の反射防止手段としての表面無反射構造を形成することでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係わる光走査装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１における光走査装置の上面図である。
【図３】図１における第１のフォトニック結晶のバンド図である。
【図４】図１における第１のフォトニック結晶の第１バンドの分散面を示す説明図である。
【図５】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面を示す説明図である。
【図６】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面と空気の分散面および第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの関係を示す説明図である。
【図７】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第１の関係例を示す説明図である。
【図８】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第２の関係例を示す説明図である。
【図９】本発明に係わる光走査装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第１の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第２の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第３の構成例を示すブロック図である。
【図１３】従来のポリゴンミラー方式の光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】従来の発光素子をアレイ状に並べた光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１５】従来のフォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係わる光走査装置の第３の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６における光走査装置の上面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０１：像担持体（感光ドラム）、２，３，９３，１０３，１１３，１２３：光走査位置検出器、４，９４，１０４，１１４，１２４：第１のフォトニック結晶（TiO2）、５，９５，１０５，１１５，１２５：第２のフォトニック結晶（強誘電体（ＰＬＺＴ））、６，７，９６，９７：電極、８，９８，１０８：レーザ光、９．９９，１０９：光源（半導体レーザ）、１０，９０，１００，１１０ａ〜１１０ｃ，１２０ａ〜１２０ｃ：電圧制御部、１１：円孔、９１：ビームスプリッタ、１００ａ：帯電器、１００ｂ，１１１ｃ：現像器、１００ｃ：転写器、１００ｄ：転送用紙、１００ｅ，１１１ｄ：定着器、１００ｆ：クリーナー、１００ｇ，１１１ｇ，１２１ｇ：レンズ、１１１ａ：銀塩ペーパー、１１１ｂ，１２１ｂ：搬送ローラー、１１９ａ，１２８ａ：光源（Ｇ）、１１９ｂ，１２８ｂ：光源（Ｂ）、１１９ｃ，１２８ｃ：光源（Ｃ）、１２１ａ：フォトクロミックペーパー、１２１ｃ：紫外光光源（紫外ランプ）、１３０２：ポリゴンミラー、１３２２：球面レンズ（第１の走査レンズ）、１３２６：トーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１３２７：感光ドラム（感光体）、１３３０：光検出器、１３３２：シリンドリカルレンズ、１３５１：光源手段、１３５２：コリメーターレンズ、１３５３：絞り、１３５５：平行平板ガラス、１４０８：ガラス基板、１４０９：信号電極、１４１０：絶縁膜の第１コンタクトホール、１４１１：透明電極、１４１２：絶縁膜の第２コンタクトホール、１４１３：正孔輸送層、１４１４：発光層、１４１５：電子注入電極、１４１６：保護膜の第１コンタクトホール、１４１７：保護膜の第２コンタクトホール、１４１８：共通電極、１５１１０：波長可変レーザ、１５１３０：フォトニック結晶、１５１３１：酸化シリコン膜、１５１３２：円柱状のシリコン、１６０１：像担持体（感光ドラム）、１６０２，１６０３：光走査位置検出器、１６０４：第１のフォトニック結晶（TiO2）、１６０５：第２のフォトニック結晶（強誘電体（ＰＬＺＴ））、１６０８：レーザ光、１６０９：光源（半導体レーザ）、１６１０：電圧制御部、１６１１ａ〜１６１１ｄ：反射防止手段（表面無反射構造）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置に用いられる光走査技術に係わり、特に、光走査系およびそれを用いた画像形成装置の小型化および高性能化を低コストに実現するのに好適な光走査技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置には、光を偏向して走査する光走査装置が用いられている。
【０００３】
現在の複写機や電子写真方式プリンタ等で最も多く採用されている光走査装置には、例えば、特許文献１に開示されているポリゴンミラー方式の光走査装置がある。このポリゴンミラー方式は、複数の反射面を有するポリゴンミラーを高速で回転させ、その反射面に光を当てることで、光を走査させることができる。
【０００４】
図１３は、従来のポリゴンミラー方式の光走査装置の構成例を示すブロック図であり、同図において、１３５１は光源であり、４つのビームを出射する４ビーム半導体レーザより成っている。１３５２はコリメーターレンズ、１３５３は絞り、１３３２はシリンドリカルレンズ、１３０２は光偏向器であるポリゴンミラー、１３２２は球面レンズ（第１の走査レンズ）、１３２６はトーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１３５５は光学部材（間隔調整部材）としての平行平板ガラスであり、光検出器１３３０により検出された量（感光ドラム上を走査する複数ビームの副走査方向の位置ズレ情報）に応じて、副走査方向に傾け制御することにより、感光ドラム（感光体）１３２７上を走査する複数ビームの副走査方向の描画位置（走査開始位置）を調整している。
【０００５】
また、従来の光走査装置の別の方式として、例えば、特許文献２に開示されている、ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子をアレイ状に並べた光走査装置がある。
【０００６】
図１４は、従来の発光素子をアレイ状に並べた光走査装置の構成例を示すブロック図であり、この光走査装置は、有機ＥＬ素子をアレイ状に並べた構成を有し、任意の有機ＥＬ素子を制御して点灯させることにより光を走査させることを可能にしたものである。
【０００７】
同図に示す光走査装置は、ガラス基板１４０８上に、信号電極１４０９が有機ＥＬのドット数と略同数個配置されている。各々の信号電極１４０９は絶縁膜の第１コンタクトホール１４１０を介して透明電極１４１１に電気的に接続されている。この透明電極１４１１は、絶縁膜の第２コンタクトホール１４１２において、正孔輸送層１４１３と発光層１４１４を挟んで、電子注入電極１４１５と対向している。
【０００８】
この絶縁膜の第２コンタクトホール１４１２は発光領域に該当するので、一直線上に等間隔に配列されている。電子注入電極１４１５は、保護膜の第１コンタクトホール１４１６において、共通電極１４１８と電気的に接続されている。保護膜の第２コンタクトホール１４１７は、保護膜が信号電極１４０９と透明電極１４１１の層間に形成されているので、信号電極１４０９と透明電極１４１１を電気的に接続するために必要となっている。
【０００９】
また、従来の光走査装置として、例えば、特許文献３等において提案されている、フォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置がある。
【００１０】
図１５は、従来のフォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置の構成例を示すブロック図であり、この光走査装置は、酸化シリコン膜１５１３１内に円柱状のシリコン１５１３２を周期的に並べたフォトニック結晶１５１３０と波長可変レーザ１５１１０を用い、波長可変レーザ１５１１０の波長制御子に流す電流を変化させ波長を６５０ｎｍから６６０ｎｍまで変化させることにより、フォトニック結晶１５１３０内での光ビームの進行方向を変化させ、これにより光ビームの偏向方向を大きく変化させて光走査を行うようにしたものである。
【００１１】
しかしながら、上述したポリゴンミラー方式は、ミラーを機械的に回転させるという機械的駆動部が必要であるため、機械的摩耗が生じるという信頼性の面で問題があり、また、騒音が発生してしまうという問題がある。さらに、比較的大きな空間を占めてしまい、これを用いたプリンタ等の装置サイズが大きくなってしまうといった問題があった。
【００１２】
これに対して、ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子をアレイ状に並べた光走査装置は、発光素子を並べて任意の発光素子を点灯させるので、機械的な駆動部がなく機械的摩耗や騒音が発生せず、また、占有する空間が比較的小さくプリンタ装置を小型化することができる。
【００１３】
しかしながら、発光素子としてＬＥＤをアレイ状に並べた光走査装置では、非常に長いＬＥＤアレイチップを作製するのは非常に困難であるため、複数のＬＥＤアレイチップを並べて実装する必要があるが、実装精度は印字品質に大きく影響するため、高精度の実装を行う必要があり、コストアップにつながっている。
【００１４】
また、ＬＥＤアレイは、印字品質に大きく影響する発光ばらつきの問題がある。発光ばらつきに対して、特許文献４のように、電極の一部をレーザ光で切断して１ビット毎に調整する技術はあるが、工程数が増えることになりコストアップにつながる。
【００１５】
発光素子として有機ＥＬ素子をアレイ状に並べた光走査装置では、上記特許文献２のように（図１４参照）、長尺のものを一括で作製することができるため、実装工程がなく低コストにすることができる、また、発光ばらつきが比較的少ない。しかしながら、有機ＥＬ素子は、ＬＥＤに比べて寿命が短く、また、累積点灯時間が長くなるにつれて次第に輝度が低下するという問題がある。
【００１６】
この問題に対しては、特許文献５に記載の技術のように、構造上単位面積あたりの発光強度を低下させて寿命を伸ばしたり、あるいは、特許文献６に記載の技術のように、有機ＥＬアレイを複数ライン並べて、使用中のラインに寿命が来たら別のラインに切り替えて実質的に寿命を伸ばしたりするなどで対応しているが、構造が複雑になり、有機ＥＬの低コストおよび小型化という利点が損なわれているという問題がある。さらに、有機ＥＬアレイの寿命が短く、また、次第に輝度が低下するという問題の根本的解決にはなっていない。
【００１７】
また、フォトニック結晶と波長可変レーザで構成した光走査装置は、機械的な駆動部がなく、騒音が発生せず、プリンタ装置を小型化することができる。しかしながら、波長可変レーザという特殊なレーザを用いる必要があり、装置が高価なものになってしまうという問題がある。
【００１８】
【特許文献１】特開２００３−２０２５１０号公報
【特許文献２】特開平９−２２６１７２号公報
【特許文献３】特開２００１−１３４３９号公報
【特許文献４】特開平１１−７０６９５号公報
【特許文献５】特開２００３−５４０３０号公報
【特許文献６】特開２００３−１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、フォトニック結晶と波長可変レーザを用いることで、機械的な駆動部がなく、騒音が発生せず、プリンタ装置を小型化することができるが、波長可変レーザという特殊で高価なレーザを用いる必要がある点である。
【００２０】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、低騒音で信頼性が高い光走査装置を、非常に小型にかつ低価格で提供すると共に、さらに高品質で、かつ、光量の損失や迷光が少ない光走査を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明では、強誘電体で形成したフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで光源からの光を偏向する偏向器と、この偏向器で偏向された光をさらに、強誘電体または誘電体で形成されたフォトニック結晶における、分散面が空気の分散面の内側にあるように設計されているフォトニックバンドによって伝搬することで、光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを設けたことを特徴とする。また、例えば、偏向器や偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射る面の両面もしくはいずれか一方を、表面無反射構造（moth eye効果を有する微細周期表面構造、無反射表面構造あるいは単に無反射構造ともいう）に形成して、反射防止手段を設けた構成とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、少ないスペースで偏向角を大きくすることができると共に、フォトニック結晶の群速度の偏向角依存性が非常に少ないバンドを使うことができ、高品質の光で走査することができる。さらに、偏向器や偏向角拡大器に反射防止手段を設けることにより、不要な反射を低減でき、光量の損失や迷光を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。
【００２４】
まず、上述の従来技術の問題点に対象するために技術として、本願発明者が提案した特願２００４−２４９０３２号および特願２００５−０１１５２６号のそれぞれに記載の技術について説明する。
【００２５】
特願２００４−２４９０３２号に記載の光走査装置では、光源からの光を偏向する偏向器として、強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部とを設け、この偏向器による走査位置を検出部で検出し、その検出結果（走査位置情報）を、フォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部にフィードバックしながらフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで、光を走査している。これにより、特殊なレーザが不要となり、光走査装置の低騒音化、信頼性向上、小型化、高速化、および低価格化が可能となる。
【００２６】
また、特願２００５−０１１５２６号に記載の光走査装置では、光源と、フォトニック結晶を強誘電体で形成し、強誘電体で形成されたフォトニック結晶に印加する電圧で制御する偏向器と、強誘電体または誘電体で形成された、光源からの光に対するバンドが１つのみ存在するフォトニック結晶からなる偏向した光の偏向角を拡大する偏向角拡大器で構成することで、偏向角を１２０°以上の光走査を行うことができ、特願２００４−２４９０３２号に記載の光走査装置に比べて、装置をより小型化することができる。
【００２７】
これに対して、本発明に係わる光走査装置では、強誘電体で形成したフォトニック結晶に印加する電圧を制御することで光源からの光を偏向する偏向器と、この偏向器で偏向された光を、強誘電体または誘電体で形成されたフォトニック結晶の、分散面が空気の分散面の内側にあるように設計されたフォトニックバンドによって伝搬して光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを設けた構成とする。このように、フォトニック結晶の群速度の偏向角依存性が非常に少ないバンドを使うことで、特願２００５−０１１５２６号に記載の光走査装置に比べて、さらに高品質の光で走査することができる。
【００２８】
以下、このような本発明に係わる光走査装置の詳細について図１から図９を用いて説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係わる光走査装置の第１の構成例を示すブロック図であり、図２は、図１における光走査装置の上面図、図３は、図１における第１のフォトニック結晶のバンド図、図４は、図１における第１のフォトニック結晶の第１バンドの分散面を示す説明図、図５は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面を示す説明図、図６は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面と空気の分散面および第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの関係を示す説明図、図７は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第１の関係例を示す説明図、図８は、図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第２の関係例を示す説明図、図９は、本発明に係わる光走査装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、本例の光走査装置は、像担持体（感光ドラム）１上に光を走査するものであり、レーザ光８を発する光源（半導体レーザ）９と、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶４と、強誘電体（ＰＬＴＺ：ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛結晶）で形成された第２のフォトニック結晶５と、電極６，７と、電圧制御部１０と、光走査位置検出器（フォトダイオード）２，３で構成されている。
【００３１】
第２のフォトニック結晶５の上下両面には電極６，７が形成され、この電極６，７は電圧制御部１０と接続されており、第２のフォトニック結晶５に電圧を制御して印加することができるようになっており、この第２のフォトニック結晶５と電圧制御部１０により偏向器が構成される。
【００３２】
図２には、図１に示した光走査装置の上面図を示す。本例では、第１のフォトニック結晶４は、２次元最密円孔配列構造で構成してあり、偏向器（第２のフォトニック結晶５）からの光をさらに拡大偏向する偏向角拡大器として機能する。図３においては、第１のフォトニック結晶４の、ＴＭモード（ＴＭ偏波の対称モード）のフォトニックバンド図を示している。
【００３３】
ここで、フォトニック結晶とは、屈折率の異なる透明材料を多次元的に周期配列した構造体であり、フォトニックバンドギャップ、異方性、高分散性などの特性を有することが知られている。
【００３４】
フォトニック結晶の高分散性は、光の波長を若干変えるだけで屈折角が大きく変化する特性であり、また、入射角を若干変えても、屈折角が大きく変化させることができることが報告されている（H. Kosaka et al., Rhys. Rev. B ５８, R１００９６ (１９９８)参照）。
【００３５】
一方、強誘電体で形成したフォトニック結晶の場合には、光の波長や入射角が固定であっても、フォトニック結晶に印加する電圧を変えることで、屈折角を大きく変化させることができることが報告されている（D. Scrymgeour, N. Malkova, S. Kim and V. Gopalan, Appl. Phys. Lett., ８２, ３１７６ (２００３)参照）。
【００３６】
図１および図２に示した本例の光走査装置では、TiO2で第１のフォトニック結晶４を形成し、また、ＰＬＺＴで第２のフォトニック結晶５を形成し、第２のフォトニック結晶５の上下面に形成された電極６，７に電圧制御部１０が接続されているので、半導体レーザ９から出射され、第２のフォトニック結晶５に入射したレーザ光８は、第２のフォトニック結晶５に印加する電圧を制御して任意の方向に偏向することができ、さらに、第１のフォトニック結晶４に入射して偏向角を拡大することができる。したがって、電圧制御部１０で電圧を制御して、レーザ光８を像担持体１上に走査させることができる。
【００３７】
フォトニック結晶は先に述べたように波長分散性が高いが、光走査位置検出器２，３で走査開始位置および走査終了位置を検出し、その信号を電圧制御部１０にフィードバックすることで、環境温度の変化などで半導体レーザ９の発光波長が若干変動しても、正常にレーザ光８を像担持体１上で走査させることができる。
【００３８】
また、本例では、第１のフォトニック結晶４において、光源（半導体レーザ）９からの光（レーザ光）８に対する第２バンド分散面が、空気の分散面の内側にあるように構成してある。
【００３９】
第１のフォトニック結晶４のＴＭモードの第１バンドの分散面を図４において、第２バンドの分散面を図５において示している。尚、図４および図５においては、図中の数値は規格化周波数の値である。図４に示す第１バンドの分散面では、空気の分散面より内側になることはない。しかし、図５に示す第２バンドの分散面では、規格化周波数が高くなるほど分散面が小さくなるのに対して、空気の分散面は規格化周波数が大きくなるにつれて分散面が大きくなるので、第２バンドの分散面が空気の分散面の内側になる規格化周波数が存在する。
【００４０】
本例では、光源の波長に応じて規格化周波数（ωａ／２πc）が０.４８となるような格子定数ａ、かつ、ｒ／ａが０.４５となるようなｒ（円孔半径）の条件で第１のフォトニック結晶４を形成することで、図６に示すように、第１のフォトニック結晶４の第２バンド分散面が、空気の分散面の内側にあるようにしている。
【００４１】
具体的には、光源８（半導体レーザ）９が赤（波長６６０ｎｍ）の場合は、円孔半径ｒを１４２．６ｎｍ、格子定数ａを３１６．８ｎｍとしており、また、緑（波長５３２ｎｍ）の場合は、円孔半径ｒを１１４．９ｎｍ、格子定数ａを２５５．４ｎｍとし、青（波長４５７ｎｍ）の場合は円孔半径ｒを９８．７４ｎｍ、格子定数ａを２１９．４ｎｍとしている。
【００４２】
また、図６は第１のフォトニック結晶４への入射角θinと偏向角θpの関係を示しており、フォトニック結晶をΓ−Ｋ方向に平行な面で切断し、切断面から光を入射したとき、空気中から第１のフォトニック結晶４にθinで入射した光は、θpの角度に偏向されることを示している。
【００４３】
図７は、入射角θinと偏向角θpの関係を示す図であり、入射角θinを±２０°振ることで１６０°（＋８０°〜−８０°）の偏向が可能であることを示しており、光走査装置全体を小型化することができる。
【００４４】
また、図８に示すように、偏向角の拡大率（θｐ／θin）は、規格化周波数によって、任意に選択することができる。
【００４５】
尚、本例の第１のフォトニック結晶４であるTiO2の２次元フォトニック結晶は、TiO2基板にＥＢリソグラフィ工程および金属膜蒸着工程、リフトオフ工程でメタルマスクを形成した後、フロン系のガスによるドライエッチング工程で作製することができる。
【００４６】
また、第２のフォトニック結晶５であるＰＬＺＴの２次元フォトニック結晶は、ゲル状の感光性ＰＬＺＴ膜を紫外光でパターン露光し、酸性の水溶液で紫外光の未照射部分を溶解した後、４００℃でベークすることで作製することができる。
【００４７】
また、本例では、第１のフォトニック結晶４を形成する誘電体材料としてTiO2を用いているが、光源波長に対して透明であれば他の誘電体材料でも良く、強誘電体材料でも良い。
【００４８】
また、本例では、第２のフォトニック結晶５を形成する強誘電体材料としてＰＬＺＴを用いたが、光源波長に対して透明な強誘電体材料であればよい。しかしながら、ＰＬＺＴは可視光領域で透明であり、かつ、電気光学特性が非常に優れており、本例の光走査装置を構成するフォトニック結晶の材料として最適である。また、フォトニック結晶の構造についても、本例では、２次元最密円孔配列構造としているが、他の構造でも良い。
【００４９】
また、本例では、光を偏向する手段として、ＰＬＴＺで形成した第２のフォトニック結晶５の上下面に電極６，７を形成し、電圧制御部１０で第２のフォトニック結晶５に印加する電圧を制御する偏向器を用いているが、ポリゴンミラーやシリコンマイクロミラーによる偏向器や音響光学素子による偏向器を用いても良い。しかしながら、本例で用いた偏向器は可動部がないので、騒音や信頼性の問題がなく、また、音響光学素子のような大きな発熱もないので本例の光走査装置を構成する偏向器として最適である。
【００５０】
また、本例では、光走査位置検出器２，３で走査開始位置および走査終了位置を検出して、電圧制御部１０にフィードバックしているが、光走査位置を検出する場所は走査開始位置および走査終了位置以外の場所でも良く、例えば図９に示す構成のように、フォトニック結晶９４から出射したレーザ光９８をビームスプリッタ９１で分岐して、フォトダイオードをアレイ状に並べた位置検出器（図中「光走査位置検出器（ＰＤアレイ）」と記載）９３で常に位置を検出して電圧制御部９０にフィードバックしてもよい。
【００５１】
さらに、本例の光走査装置を、主走査方向に、あるいは、副走査方向に複数並べても良く、複数並べた構成では、実効的な走査速度を速くすることができる。
【００５２】
このような光走査装置は、複写機やプリンタ、ディスプレイ装置等を含む画像形成装置に用いられており、以下、本例の光走査装置を用いたプリンタについて、図１０から図１２を用いて説明する。
【００５３】
現在普及しているプリンタには様々な方式があるが、そのなかの１つに光学的に書き込みを行う光書き込み方式がある。光書き込み方式の代表的なものとしては電子写真方式や銀塩方式がある。
【００５４】
銀塩方式は、光書き込み方式で、かつ自己発光型の代表的なものであり、この銀塩方式では、印画紙に直接光で書き込み、光が照射されたところが現像後に照射した光の色に発色するものであり、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色の光を用いて書き込むことでフルカラープリントができる。
【００５５】
また、自己発色型で最近注目されているものに、フォトクロミック材料を用いたものがある。フォトクロミック材料とは、光により色が可逆的に変化するもので、光を照射した部分がその光の色に変化し、さらに、色が変化した部分に紫外線を照射することで、元の色に戻すことが可能であるため、フルカラーで、光による書き込みおよび消去が繰り返し可能なリライタブルペーパーとして期待されている。
【００５６】
図１０は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第１の構成例を示すブロック図であり、図１１は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第２の構成例を示すブロック図、図１２は、本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第３の構成例を示すブロック図である。
【００５７】
図１０においては、電子写真方式のプリンタを例に示しており、この電子写真プリンタは、図１および図９で示したものと同様の、光源（半導体レーザ）１０９と、誘電体または強誘電体で形成された第１のフォトニック結晶１０４ａと、強誘電体で形成された第２のフォトニック結晶１０４ｂと、電圧制御部１００と、光走査位置検出器１０３とで構成された光走査装置と、像担持体（感光ドラム）１０１、帯電器１００ａ、現像器１００ｂ、転写器１００ｃ、定着器１００ｅ、および、クリーナー１００ｆからなる。
【００５８】
このような構成からなる電子写真プリンタにおいては、まず、像担持体（感光ドラム）１０１が帯電器１００ａによって帯電され、帯電された像担持体（感光ドラム）１０１上に、光走査装置により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光１０８を走査させる。レーザ光１０８が照射された像担持体（感光ドラム）１０１上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光の照射量の逆数に関係するので、像担持体（感光ドラム）１０１上に静電潜像が形成される。
【００５９】
次に、現像器１００ｂにより、像担持体（感光ドラム）１０１上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器１００ｃにより、像担持体（感光ドラム）１０１上のトナーを転写用紙１００ｄに転写し、定着器１００ｅにより、転写用紙１００ｄ上のトナーを紙面に定着させることで、紙面に画像を形成する。また、像担持体（感光ドラム）１０１をクリーナ１００ｆによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【００６０】
図１１においては、銀塩方式プリンタを例に示しており、この銀塩方式プリンタは、図１および図９で示したものと同様の構成（光源１１８ａ〜１１８ｃ、電圧制御部１１０ａ〜１１０ｃ、レンズ１１１ｇ、第１のフォトニック結晶１１４ａ、第２のフォトニック結晶１１４ｂ、光走査位置検出器１１３）からなる３つの光走査装置と、搬送ローラー１１１ｂ、現像器１１１ｃ、および、定着器１１１ｄとで構成される。３つの光走査装置においては、各光源（Ｇ）１１８ａ，（Ｂ）１１８ｂ，（Ｒ）１１８ｃの波長はそれぞれ異なり、緑（Ｇ）と青（Ｂ）および赤（Ｒ）となっている。また、３つの光走査装置は副走査方向に並べてある。
【００６１】
このような構成からなる本例の銀塩方式プリンタにおいては、まず、銀塩ペーパー１１１ａに、３つの光走査装置により、画像データに応じて強度変調された３色の光を順次走査して、銀塩ペーパー１１１ａを露光する。その後、現像器１１１ｃで現像し、次に定着器１１１ｄで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー１１１ａにプリントすることができる。
【００６２】
なお、本例では、ＲＧＢ（赤、緑、青）をそれぞれ光源とする３つの光走査装置で構成しているが、２つ以上の光走査装置を用いることで、多色のプリントが可能となる。しかしながら、本例のように、光源波長の異なる３つ以上の光走査装置で構成することで、フルカラーのプリントが可能となる。その際、ＲＧＢのようにフルカラープリントに適した波長を選ぶ必要がある。また、フォトニック結晶の構造は光源の波長に応じて変更する必要がある。
【００６３】
また、本例では、銀塩ペーパー１１１ａにプリントしているが、同様の方式で、カラーフィルムやその他のカラー記録媒体にプリントすることも可能である。
【００６４】
図１２においては、フォトクロミック材料からなるリライタブルペーパーを用いたリライタブルプリンタを例に示しており、このプリンタは、図１および図９で示したものと同様の構成（光源１２８ａ〜１２８ｃ、電圧制御部１２０ａ〜１２０ｃ、レンズ１２１ｇ、第１のフォトニック結晶１２４ａ、第２のフォトニック結晶１２４ｂ、光走査位置検出器１２３）からなる３つの光走査装置と、搬送ローラー１２１ｂおよび紫外光光源（紫外ランプ）１２１ｃで構成される。３つの光走査装置においては、各光源（Ｇ）１２８ａ，（Ｂ）１２８ｂ，（Ｒ）１２８ｃの波長はそれぞれ異なり、緑（Ｇ）と青（Ｂ）および赤（Ｒ）となっている。また、３つの光走査装置は副走査方向に並べてある。
【００６５】
尚、フォトクロミック材料とは、紫外光の照射により発色し、発色した材料が吸収する可視光の照射により消色するものである。波長４６０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつイエロー材料と、波長５３０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつマゼンタ材料と、波長６３０ｎｍ付近に吸収スペクトルのピークをもつシアン材料の３種類のフォトクロミック材料を混合して白色フィルム上に塗布したものは、紫外線の照射により全材料が発色した後、赤色光を照射した部分はシアン材料が消色して赤色を示し、緑色光を照射した部分はマゼンタ材料が消色して緑色を示し、青色光を照射した部分はイエロー材料が消色して青色を示し、フルカラー画像表示が可能である。
【００６６】
また、紫外光を再度照射すると、全材料が発色して画像が消去できるため繰り返し書き換え可能なリライタブルペーパーとして使用することができる（川島伊久衛，高橋裕幸，平野成伸，光学 ３２巻１２号，７０７（２００３）参照）。
【００６７】
このように、フォトクロミック材料は、ある色の光を照射すると、照射した部分が照射した光の色になり、また、紫外光を照射すると、消去することができるため、繰り返し書き換え可能なリライタブルペーパーとして使用できる。
【００６８】
このような構成からなる図１２に示したプリンタにおいては、まず、フォトクロミック材料からなるリライタブルペーパー（図中「フォトクロミックペーパー」と記載）１２１ａに紫外ランプ１２１ｃにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー１２１ａ上に形成されている画像を消去する。次に、画像が消去されたリライタブルペーパー１２１ａに、３つの光走査装置により、画像データに応じて強度変調された３色の光を順次走査して、リライタブルペーパー１２１ａ上に画像をプリントする。
【００６９】
なお、本例では、ＲＧＢをそれぞれ光源とする３つ光走査装置で構成しているが、図１１で示した例と同様に、２つ以上の光走査装置を用いることで、多色のプリントが可能となり、また、光源波長の異なる３つ以上の光走査装置で構成することで、フルカラーのプリントが可能となる。この際、ＲＧＢのように、フルカラープリントに適した波長を選ぶ必要がある。また、フォトニック結晶の構造は光源の波長に応じて変更する必要がある。
【００７０】
次に、このようなプリンタに適用する図１〜図９で説明した光走査装置に反射防止手段を設ける技術について図１６と図１７を用いて説明する。
【００７１】
図１６は、本発明に係わる光走査装置の第３の構成例を示すブロック図であり、図１７は図１６における光走査装置の上面図である。
【００７２】
図１６，１７に示す光走査装置は、図１に示した光走査装置と同様に、光源（半導体レーザ）１６０９と、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４、強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５と、電圧制御部１６１０と、光走査位置検出器（フォトダイオード）１６０２，１６０３で構成されている。
【００７３】
誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４においては、光を入射する面（入射面）および出射する面（出射面）を、表面無反射構造（moth eye効果を有する微細周期表面構造、無反射表面構造あるいは単に無反射構造ともいう）に形成することで、反射防止構造１６１１ａ，１６１１ｂを設けた構成としている。本例では、断面が三角の鋸歯形状となり、各歯が光の波長の１／２以下の周期で配置されるようにすることで、表面無反射構造を形成し、表面での光反射を抑制している。
【００７４】
同様に、強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５においても、光の入射面および出射面を、各歯が光源波長の１／２以下の周期で配置された鋸歯形状とすることで、反射防止構造１６１１ｃ，１６１１ｄを設けた構成としている。
【００７５】
尚、このように、角錐形状を波長の１／２以下の周期で配置することにより、「表面無反射構造（moth eye（光吸収現象）構造）」として、反射防止効果を実現する技術は、例えば、「S.J.Wilson,M.C.Hutely,The optical properties of moth eye'antireflection surfaces, Opt.Acta 29(1982)993-1009）」に記載のように公知であり、図１６，１７に示した光走査装置において、誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４および強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５における光の入射面と出射面に鋸歯形状を形成することで、表面無反射構造を形成し、反射防止効果が得られる。
【００７６】
これにより、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５への光源（半導体レーザ）１６０９からのレーザ光１６０８の入射時や、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５からのレーザ光の出射時に、不要な反射を抑えることができる。
【００７７】
走査光学系での不要な反射は、光量を低下させるだけでなく、迷光となって像担持体（感光ドラム）１６０１に不要な書込みを行い、図１０〜１２に示すプリンタ装置の画像品質低下の原因となるが、図１６，１７に示す構成にすることで、走査光学系での不要な反射を低減し、プリンタ装置の画像品質を向上させることができる。
【００７８】
尚、図１６，１７に示した光走査装置では、反射防止機能として、入射面および出射面に、三角形状の歯を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状にしているが、従来技術の誘電体多層膜による反射防止膜を形成しても良い。
【００７９】
しかし、誘電体多層膜による反射防止膜を形成するためには、フォトニック結晶構造を形成する工程とは別途に、反射防止膜を形成する工程が必要となる。これに対して、本例では、第１のフォトニック結晶１６０４および第２のフォトニック結晶１６０５における光の入射面と出射面を、表面無反射構造（moth eye構造）に形成しており、フォトニック結晶構造を形成する工程で同時に反射防止機能を形成することが可能である。これにより、製造コストを抑えることができ、安価に提供することができる。
【００８０】
また、このような表面無反射構造（moth eye構造）、すなわち、三角形状を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状を形成する面は、第１のフォトニック結晶における光の入射面と出射面、および、第２のフォトニック結晶における光の入射面と出射面のうちいずれかの面だけでも良いが、本例のように全ての面に表面無反射構造（moth eye構造）を設けることが望ましい。
【００８１】
以上、図１〜図９および図１６と図１７を用いて説明したように、本例の光走査装置は、光源と、光源からの光を偏向する偏向器と、偏向部によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを備え、特にこの偏向角拡大器は、光源からの光に対して透明な材料で形成されたフォトニック結晶からなり、当該フォトニック結晶の、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドによって光を伝搬するようにしている。したがって、光量のばらつきがなく、非常に小型で、かつ、特殊なレーザを必要としない安価な光走査装置を容易に製造することができる。
【００８２】
また、偏向角拡大器は、ＰＬＺＴ等の強誘電体もしくはTiO2等で形成されたフォトニック結晶で構成し、偏向器は、ＰＬＺＴ等の強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、このフォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御部とにより構成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、機械的駆動部がない光走査装置を容易に製造することができる。
【００８３】
また、走査位置を検出する検出器を備え、この検出器で検出した走査位置を、電圧制御部にフィードバックして光を走査する構成としている。これにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、走査精度が高い光走査装置を容易に製造することができる。
【００８４】
また、フォトニック結晶をＰＬＺＴで形成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要としなく、かつ、可視光領域の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。
【００８５】
また、各光走査装置を構成する偏向器（誘電体（TiO2）で形成された第１のフォトニック結晶１６０４）や偏向角拡大器（強誘電体（PLZT）で形成された第２のフォトニック結晶１６０５）のフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両面（または、いずれか一方）に、断面が三角の鋸歯形状からなり各歯が光源波長の１／２以下の周期で配置された反射防止構造１６１１ａ，１６１１ｂを形成することにより、機械的駆動部がなく、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、不要な反射を低減した光走査装置を容易に製造することができる。これにより、低騒音で、信頼性が高く、小型で、安価であり、かつ、光量の損失や迷光が少ない光走査装置を実現することができる
【００８６】
また、このような光走査装置を主走査方向または副走査方向に２つ以上並べて構成することにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、実効的な走査速度が速い光走査装置を容易に製造することができる。
【００８７】
また、このような光走査装置を２つ以上、かつ、それぞれの光源の波長が異なる構成で、副走査方向に並べることにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、異なる波長の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。
【００８８】
また、このような光走査装置を３つ以上、かつ、光源波長がそれぞれ異なる構成で、副走査方向に並べることにより、光量のばらつきがなく、非常に小型で、特殊なレーザを必要とせず、かつ、３つ以上の異なる波長の光を走査できる光走査装置を容易に製造することができる。そして、このような光走査装置を例えば銀塩式カラープリンタに用いることにより、低騒音で、信頼性が高く、非常に小型で、安価な銀塩式カラープリンタを容易に製造することができる。
【００８９】
また、このような光走査装置を、電子写真式プリンタやリライタブルペーパー用カラープリンタの光走査系に用いることにより、非常に小型で、安価な電子写真式プリンタや、低騒音で、信頼性が高く、非常に小型で、安価なリライタブルペーパー用カラープリンタを容易に製造することができる。
【００９０】
尚、本発明は、図１〜図１２および図１６，１７を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、本発明に係わる光走査装置をプリンタ装置に用いた例を示しているが、当該光走査装置は、電子複写機やディスプレイ装置等の画像形成機構に用いることができ、これらの装置の小型化と高性能化を図ることができる。
【００９１】
また、図１６，１７に示す例では、偏向器（第１のフォトニック結晶１６０４）と偏向角拡大器（第２のフォトニック結晶１６０５）に設ける第１，第２の反射防止手段として、その入射面と出射面の外面より外側に、断面が三角の鋸歯形状を光源波長の１／２以下の周期で配置した構成を例示しているが、入射面と出射面の外面より内側、あるいは外面の外寄り・内寄りに設ける構成としても良い。
【００９２】
また、図１６，１７に示す第１のフォトニック結晶１６０４（偏向器）と第２のフォトニック結晶１６０５（偏向角拡大器）における入射面と出射面に、ナノ構造の円錐列（２次元配列）を作り込むことで、第１，第２の反射防止手段としての表面無反射構造を形成することでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係わる光走査装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１における光走査装置の上面図である。
【図３】図１における第１のフォトニック結晶のバンド図である。
【図４】図１における第１のフォトニック結晶の第１バンドの分散面を示す説明図である。
【図５】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面を示す説明図である。
【図６】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドの分散面と空気の分散面および第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの関係を示す説明図である。
【図７】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第１の関係例を示す説明図である。
【図８】図１における第１のフォトニック結晶の第２バンドにおける入射角θinと偏向角θpの第２の関係例を示す説明図である。
【図９】本発明に係わる光走査装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第１の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第２の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係わる光走査装置を用いたプリンタの第３の構成例を示すブロック図である。
【図１３】従来のポリゴンミラー方式の光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】従来の発光素子をアレイ状に並べた光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１５】従来のフォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いた光走査装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係わる光走査装置の第３の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６における光走査装置の上面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０１：像担持体（感光ドラム）、２，３，９３，１０３，１１３，１２３：光走査位置検出器、４，９４，１０４，１１４，１２４：第１のフォトニック結晶（TiO2）、５，９５，１０５，１１５，１２５：第２のフォトニック結晶（強誘電体（ＰＬＺＴ））、６，７，９６，９７：電極、８，９８，１０８：レーザ光、９．９９，１０９：光源（半導体レーザ）、１０，９０，１００，１１０ａ〜１１０ｃ，１２０ａ〜１２０ｃ：電圧制御部、１１：円孔、９１：ビームスプリッタ、１００ａ：帯電器、１００ｂ，１１１ｃ：現像器、１００ｃ：転写器、１００ｄ：転送用紙、１００ｅ，１１１ｄ：定着器、１００ｆ：クリーナー、１００ｇ，１１１ｇ，１２１ｇ：レンズ、１１１ａ：銀塩ペーパー、１１１ｂ，１２１ｂ：搬送ローラー、１１９ａ，１２８ａ：光源（Ｇ）、１１９ｂ，１２８ｂ：光源（Ｂ）、１１９ｃ，１２８ｃ：光源（Ｃ）、１２１ａ：フォトクロミックペーパー、１２１ｃ：紫外光光源（紫外ランプ）、１３０２：ポリゴンミラー、１３２２：球面レンズ（第１の走査レンズ）、１３２６：トーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１３２７：感光ドラム（感光体）、１３３０：光検出器、１３３２：シリンドリカルレンズ、１３５１：光源手段、１３５２：コリメーターレンズ、１３５３：絞り、１３５５：平行平板ガラス、１４０８：ガラス基板、１４０９：信号電極、１４１０：絶縁膜の第１コンタクトホール、１４１１：透明電極、１４１２：絶縁膜の第２コンタクトホール、１４１３：正孔輸送層、１４１４：発光層、１４１５：電子注入電極、１４１６：保護膜の第１コンタクトホール、１４１７：保護膜の第２コンタクトホール、１４１８：共通電極、１５１１０：波長可変レーザ、１５１３０：フォトニック結晶、１５１３１：酸化シリコン膜、１５１３２：円柱状のシリコン、１６０１：像担持体（感光ドラム）、１６０２，１６０３：光走査位置検出器、１６０４：第１のフォトニック結晶（TiO2）、１６０５：第２のフォトニック結晶（強誘電体（ＰＬＺＴ））、１６０８：レーザ光、１６０９：光源（半導体レーザ）、１６１０：電圧制御部、１６１１ａ〜１６１１ｄ：反射防止手段（表面無反射構造）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を走査する光走査装置であって、
光源と、該光源からの光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを有し、
該偏向角拡大器は、フォトニック結晶からなり、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドを具備し、当該フォトニックバンドによって上記光源からの光を伝搬することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置であって、
上記偏向角拡大器のフォトニック結晶は、強誘電体もしくは誘電体からなることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向器は、
強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、
該フォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有し、
該電圧制御手段により上記フォトニック結晶に印加する電圧を制御して該フォトニック結晶に入射され出射される光の偏向制御を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光走査装置であって、
上記偏向器を構成するフォトニック結晶がＰＬＺＴであることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項３もしくは請求項４のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方に、第１の反射防止手段を設けることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光走査装置であって、
上記第１の反射防止手段は、
上記フォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方を、表面無反射構造に形成してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光走査装置であって、
上記第１の反射防止手段は、上記フォトニック結晶の形成過程で形成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方に、第２の反射防止手段を設けることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置であって、
上記第２の反射防止手段は、
上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方を、表面無反射構造に形成してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光走査装置であって、
上記第２の反射防止手段は、上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶の形成過程で形成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光走査装置であって、
光の走査位置を検出する検出器を有し、
該検出器で検出した走査位置を、上記偏向器の偏向制御にフィードバックすることを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、主走査方向に２つ以上並べたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、副走査方向に２つ以上並べたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光走査装置であって、
上記副走査方向に並べた２つ以上の光走査装置の各々の光源波長が異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、副走査方向に少なくとも３つ以上並べてなり、かつ、それぞれの光源波長が異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光を受光媒体上に受光して当該画像パターンを生成する画像生成手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によって静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体上の静電潜像を現像する現像器と、
該現像器で現像された像を転写用紙に転写する転写器と、
該転写用紙に転写された像を定着させる定着器と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によって銀塩ペーパー上に形成された像を現像する現像器と、該現像器で現像された像を定着する定着器と
を有することを特徴とする銀塩式カラープリンタ。
【請求項１９】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の出力を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によってリライタブルペーパー上に形成された像を消去するための紫外光を発生する紫外光光源と
を有し、
上記紫外光光源で像を消去したリライタブルペーパー上に新たな像を形成することを特徴とするリライタブルプリンタ。
【請求項１】
光を走査する光走査装置であって、
光源と、該光源からの光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された光の偏向角を拡大する偏向角拡大器とを有し、
該偏向角拡大器は、フォトニック結晶からなり、分散面が空気の分散面の内側にあるフォトニックバンドを具備し、当該フォトニックバンドによって上記光源からの光を伝搬することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置であって、
上記偏向角拡大器のフォトニック結晶は、強誘電体もしくは誘電体からなることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向器は、
強誘電体で形成されたフォトニック結晶と、
該フォトニック結晶に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有し、
該電圧制御手段により上記フォトニック結晶に印加する電圧を制御して該フォトニック結晶に入射され出射される光の偏向制御を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光走査装置であって、
上記偏向器を構成するフォトニック結晶がＰＬＺＴであることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項３もしくは請求項４のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方に、第１の反射防止手段を設けることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光走査装置であって、
上記第１の反射防止手段は、
上記フォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方を、表面無反射構造に形成してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光走査装置であって、
上記第１の反射防止手段は、上記フォトニック結晶の形成過程で形成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方に、第２の反射防止手段を設けることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置であって、
上記第２の反射防止手段は、
上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶における光の入射面と出射面の両方もしくはいずれか一方を、表面無反射構造に形成してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光走査装置であって、
上記第２の反射防止手段は、上記偏向角拡大器を構成するフォトニック結晶の形成過程で形成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光走査装置であって、
光の走査位置を検出する検出器を有し、
該検出器で検出した走査位置を、上記偏向器の偏向制御にフィードバックすることを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、主走査方向に２つ以上並べたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、副走査方向に２つ以上並べたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光走査装置であって、
上記副走査方向に並べた２つ以上の光走査装置の各々の光源波長が異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光走査装置を、副走査方向に少なくとも３つ以上並べてなり、かつ、それぞれの光源波長が異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光を受光媒体上に受光して当該画像パターンを生成する画像生成手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によって静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体上の静電潜像を現像する現像器と、
該現像器で現像された像を転写用紙に転写する転写器と、
該転写用紙に転写された像を定着させる定着器と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の強度を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によって銀塩ペーパー上に形成された像を現像する現像器と、該現像器で現像された像を定着する定着器と
を有することを特徴とする銀塩式カラープリンタ。
【請求項１９】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置が走査する光の出力を画像データに応じて制御する露光制御手段と、
該露光制御手段で制御された上記光走査装置からの光によってリライタブルペーパー上に形成された像を消去するための紫外光を発生する紫外光光源と
を有し、
上記紫外光光源で像を消去したリライタブルペーパー上に新たな像を形成することを特徴とするリライタブルプリンタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−２８５１９１（Ｐ２００６−２８５１９１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９６１７５（Ｐ２００５−２９６１７５）
【出願日】平成１７年１０月１１日（２００５．１０．１１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１１日（２００５．１０．１１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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