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と、光源9からの光8を走査する走査手段11と、走査手段11によって走査される光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段5とを有し、走査範囲拡大手段5は、少なくとも、光を直角に曲げる界面を形成した第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bを有し、走査手段11からの走査光を第1のフォトニック結晶5aに入射して直進伝搬し、直進伝搬した走査光を界面に45°以上の入射角で入射して90°偏向する構成とする。
【解決手段】 光源9と、光源9からの光8を走査する走査手段11と、走査手段11によって走査される光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段5とを有し、走査範囲拡大手段5は、少なくとも、光を直角に曲げる界面を形成した第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bを有し、走査手段11からの走査光を第1のフォトニック結晶5aに入射して直進伝搬し、直進伝搬した走査光を界面に45°以上の入射角で入射して90°偏向する構成とする。
【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、レーザ露光装置、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、レーザ露光装置、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15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、1551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。1552はコリメーターレンズ、1553は絞り、1532はシリンドリカルレンズ、1502は光偏向器であるポリゴンミラー、1522は球面レンズ(第1の走査レンズ)、1526はトーリックレンズ(第2の走査レンズ)、1555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1530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)1527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16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1608上に、信号電極1609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1609は絶縁膜の第1コンタクトホール1610を介して透明電極1611に電気的に接続されている。この透明電極1611は、絶縁膜の第2コンタクトホール1612において、正孔輸送層1613と発光層1614を挟んで、電子注入電極1615と対向している。
【0008】
この絶縁膜の第2コンタクトホール1612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1615は、保護膜の第1コンタクトホール1616において、共通電極1618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1617は、保護膜が信号電極1609と透明電極1611の層間に形成されているので、信号電極1609と透明電極1611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17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17131内に円柱状のシリコン17132を周期的に並べたフォトニック結晶17130と波長可変レーザ17110を用い、波長可変レーザ17110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17130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16参照)、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、さらに高品質な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、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段による光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。例えば、走査手段として、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して走査する偏光器を用い、走査範囲拡大手段は、2種類のフォトニック結晶を用いて偏向角が90°の界面を形成し、走査手段から走査された光の当該界面への入射角を45°より大きくすることにより、走査する範囲を拡大する構成とする。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、特殊なレーザを用いることなく、少ないスペースで走査範囲を大きくすることができると共に、光量のばらつきがなく、高品質の光で走査することができる。
【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2005−011526号に記載の技術について説明する。
【0025】
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、光走査系の小型化を図っている。
【0026】
これに対して、本発明に係わる光走査装置では、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段による光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。例えば、走査手段として、PLZT(ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛結晶)等の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して走査する偏光器を用い、走査範囲拡大手段は、2種類のフォトニック結晶を用いて偏向角が90°の界面を形成し、走査手段から走査された光の当該界面への入射角を45°より大きくすることにより、走査する範囲を拡大する構成とし、上記特願2005−011526号に記載の技術とは異なる構成で、光走査系の小型化を図っている。
【0027】
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11を用いて説明する。
【0028】
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における走査範囲拡大手段を構成する第1のフォトニック結晶の構成例を示す説明図、図4は、図3における第1のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図、図5は、図3における第1のフォトニック結晶のTEモードの第2バンドの分散面を示す説明図、図6は、図1における走査範囲拡大手段を構成する第2のフォトニック結晶の構成例を示す説明図、図7は、図6における第2のフォトニック結晶のTEモードフォトニックバンド図、図8は、図7におけるフォトニックバンド図の拡大図、図9は、図1における走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図10は、図1における走査範囲拡大手段の偏向特性例を示す説明図、図11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。
【0029】
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、走査手段11と、走査範囲拡大手段5、および、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。
【0030】
走査手段11は、強誘電体(PLTZ)で形成されたフォトニック結晶12と電圧制御部10からなり、フォトニック結晶12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、フォトニック結晶12に電圧を制御して印加することで、光源(半導体レーザ)9からのレーザ光8を偏向して走査できるようになっており、このフォトニック結晶12と電圧制御部10により偏光器が構成される。このフォトニック結晶12は、図2に示すように、PLZT平板に孔13を周期的に形成しており、誘電率の異なるPLZTと空気を周期的に配置した構成となっている。
【0031】
また、走査範囲拡大手段は、誘電体(TiO2:酸化チタン)で形成された第1のフォトニック結晶5aと、同じく誘電体(TiO2)で形成された第2のフォトニック結晶5bで構成されており、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとのフォトニック結晶界面4を有する。このように、TiO2で形成された第1,第2のフォトニック結晶5a,5bも、図2に示すように、TiO2平板に孔(楕円形孔13a,長方形孔13b)を周期的に形成しており、誘電率の異なるTiO2と空気を周期的に配置した構成となっている。
【0032】
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。
【0033】
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)。
【0034】
一方、PLZT等の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)。
【0035】
図1および図2に示した本例の光走査装置では、TiO2で走査範囲拡大手段を構成する第1,第2のフォトニック結晶5a,5bを形成し、また、PLZTで走査手段11を構成するフォトニック結晶12を形成する。
【0036】
本例の走査手段11では、フォトニック結晶12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、フォトニック結晶12に入射したレーザ光8を、フォトニック結晶12に印加する電圧を制御して任意の方向に偏向して走査することができる。
【0037】
本例では、走査手段11で偏向・走査されたレーザ光8を、さらに、走査範囲拡大手段の第1,第2のフォトニック結晶5a,5bに入射して走査範囲を拡大して、レーザ光8を像担持体1上に広い範囲で走査させることができる。
【0038】
尚、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。
【0039】
本例では、図3に示すように、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aは、TiO2平板に楕円状の孔(楕円形孔13a)を2次元的に配置しており、それぞれの周期の方向(x方向=第1の周期方向、y方向=第2の周期方向)は互いに直交するようにしている。
【0040】
x方向(第1ブリルアンゾーンのΓ−X方向)の楕円形孔配置周期(格子定数)をax、y方向(第1ブリルアンゾーンのΓ−X'方向)の楕円形孔配置周期(格子定数)をayとすると、本例では、ay=1.25・ax、すなわち、ayをaxの1.25倍としている。また、楕円形孔13aのx方向の長さをaxの0.5倍、y方向の長さをayの0.6倍としている。このときのフォトニックバンド図は図4に示すようになる。
【0041】
このような構造条件で、規格化周波数(ωa/2πc)が「0.309」のとき、第2バンドの分散面は、図5に示すようになり、x方向(Γ−X方向)の波動ベクトルの大きさkx(図5中のA点での波動ベクトルの大きさ)と楕円形孔配置周期axとの積はkx・ax=0.528πで、y方向(Γ−X'方向)波動ベクトルの大きさky(図5中のB点での波動ベクトルの大きさ)と楕円形孔配置周期ayとの積はky・ay=0.264πであり、「kx・ax」と「ky・ay」との比が2:1となっている。
【0042】
これに対して、走査範囲拡大手段5を構成する第2のフォトニック結晶5bは、図6に示すように、TiO2平板に長方形の孔(長方形孔13b)を2次元的に配置している。それぞれの周期の方向は、第1のフォトニック結晶5aと同様に、互いに直交するようにしており、また、x方向の長方形孔配置周期およびy方向の長方形配置周期も第1のフォトニック結晶5aと同じにしている。長方形孔のx方向の長さをaxの0.68倍、y方向の長さをayの0.8倍としており、その際のフォトニックバンド図は、図7に示すようになる。
【0043】
図8は、図7におけるフォトニックバンド図を、縦軸である規格化周波数を拡大したものであり、規格化周波数が「0.309」ではバンドが存在しなく、この光においてフォトニックバンドギャップとなっており、光は、第2のフォトニック結晶5b中を伝搬しない。
【0044】
以上の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bの構造条件を具体的に述べると、光源が赤(波長660nm)のとき、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を203.9nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を254.9nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを102.0nm、y方向の長さを153.0nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを138.7nm、y方向の長さを203.9nmとしている。
【0045】
また、光源が緑(波長532nm)の場合は、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を164.4nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を205.5nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを82.2nm、y方向の長さを123.3nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを111.8nm、y方向の長さを164.4nmとしている。
【0046】
さらに、光源が青(波長457nm)の場合は、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を141.2nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を176.5nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを70.6nm、y方向の長さを105.9nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを96.0nm、y方向の長さを141.2nmとしている。
【0047】
本例では、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4と、x方向(Γ−X方向)とでなす角θ(図9参照)を「2・ay/ax」の逆正接、「tan-1(2・ay/ax)=68.2°」にしており、図1における誘電体(PLZT)で形成されたフォトニック結晶12で構成される走査手段11で偏向・走査されたレーザ光8は、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aのx方向(Γ−X方向)に平行な切断面から入射し、入射した光は、第1のフォトニック結晶5aをy方向に沿って伝搬し、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4で90°偏向する。このとき、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bの界面4への入射角は68.2°である。
【0048】
そして、界面4で90°偏向した光は、第1のフォトニック結晶5aをx方向の沿って伝搬し、第1のフォトニック結晶5aのy方向(Γ−X'方向)に平行な切断面から出射される。
【0049】
図10は、本例の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとで構成された走査範囲拡大手段5での、入射位置と出射位置との関係を示した図であり、入射位置を0〜84mm走査することで、出射位置を0〜210mm走査しており、走査範囲を2.5倍拡大することができる。
【0050】
一般的なミラーを使って光を偏向させる場合、ミラーへの入射角とミラーでの反射角は等しくなるので、90°偏向させようとした場合、ミラーに45°で入射させる必要があり、従って、走査範囲も拡大されない。
【0051】
これに対して、本例で示した走査範囲拡大手段5では、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面への光の入射角が45°より大きい68.2°でも界面で90°の偏向ができるので、走査範囲を拡大することができる。
【0052】
以上、図1から図10を用いて説明したように、本例の光走査装置では、強誘電体(PLZT)で形成されたフォトニック結晶12と、フォトニック結晶12の上下面に形成された電極6,7と、電極6,7に接続された電圧制御部10とからなる走査手段によって外部からの信号に応じて光(レーザ光8)を偏向して走査し、その光を、2種類のフォトニック結晶からなる走査範囲拡大手段5の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4で、界面4への入射角が45°より大きい68.2°にもかかわらず90°で偏向しているので、走査範囲が拡大され、したがって、走査光学系を小さくすることができる。
【0053】
尚、本発明の光走査装置は、図1〜図10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、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bにおいて、x方向の楕円形孔配列周期とy方向の楕円形孔配列周期とを異なる周期とし、かつ、楕円形配列周期に対する楕円形孔13aの大きさの割合もx方向とy方向とで異なる値としているが、どちらか一方のみが異なっていればよい。要は、第1,第2のフォトニック結晶5a,5bは、それを構成する2つ以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、または、誘電体を配置する周期、または、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のうち、1つ以上が異なっていればよい。また、周期的に配列する孔の形状も楕円形でなく、長方形など他の形状でもかまわない。
【0054】
また、本例では、kx・axとky・ayとの比を2:1としているが、3:1,4:1,…,n:1(nは2以上の整数),…としても良く、その場合、その比(n:1)にあわせて、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面と、x方向(Γ−X方向)とでなす角θの値もtan-1(3・ay/ax),tan-1(4・ay/ax),…,tan-1(n・ay/ax),…にする。
【0055】
また、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5b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。また、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bはそれぞれ別工程で作製し、最後に接合しても良いが、同一基板に同時に作製しても良い。
【0056】
また、走査手段11を構成するフォトニック結晶12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。
【0057】
また、本例では、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5b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。
【0058】
また、走査手段11を構成するフォトニック結晶12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、本発明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次元構造としているが、3次元構造でも良い。
【0059】
また、本例では、光を偏向・走査する手段として、PLZTで形成したフォトニック結晶12の上下面に電極6,7を形成し、電圧制御部10でフォトニック結晶に印加する電圧を制御する走査手段を用いているが、ポリゴンミラーやシリコンマイクロミラーによる走査手段や音響光学素子による走査手段を用いても良い。しかしながら、本例で用いた走査手段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発明の光走査装置を構成する走査手段として最適である。
【0060】
また、本例では、光走査位置検出センサ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でも良く、例えば、図11の構成のように、フォトニック結晶115aから出射したレーザ光をビームスプリッタ112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センサ113で常に位置を検出して電圧制御部110にフィードバックする構成としてもよい。
【0061】
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。
【0062】
このような光走査装置は、複写機やプリンタ、レーザ露光装置、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12から図14を用いて説明する。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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1の構成例を示すブロック図であり、図13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14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。
【0067】
図12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11で示したものと同様の、光源(半導体レーザ)9,119と、走査手段11,111、走査範囲拡大手段5,115、光走査位置検出器2,3,113等で構成された光走査装置120と、像担持体(感光ドラム)121、帯電器120a、現像器120b、転写器120c、定着器120e、および、クリーナー120fからなる。
【0068】
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)121が帯電器120aによって帯電され、帯電された像担持体(感光ドラム)121上に、光走査装置120により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光128を走査させる。レーザ光128が照射された像担持体(感光ドラム)121上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光128の照射量の逆数に関係するので、像担持体(感光ドラム)121上に静電潜像が形成される。
【0069】
次に、現像器120bにより、像担持体(感光ドラム)121上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器120cにより、像担持体(感光ドラム)121上のトナーを転写用紙120dに転写し、定着器120eにより、転写用紙120d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)121をクリーナ120fによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【0070】
図13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においても、図1および図9で示したものと同様の構成からなる3つの光走査装置130a,130b,130cと、搬送ローラー131b、現像器131c、および、定着器131dとで構成される。3つの光走査装置130a,130b,130cにおいては、各光源からのレーザ光(G)138a,(B)138b,(R)138c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130a,130b,130cは副走査方向に並べてある。
【0071】
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131aに、3つの光走査装置130a,130b,130c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131aを露光する。その後、現像器131cで現像し、次に定着器131dで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー131aにプリントすることができる。
【0072】
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130a,130b,130c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。
【0073】
また、本例では、銀塩ペーパー131a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。
【0074】
図14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からなる3つの光走査装置140a,140b,140cと、搬送ローラー141bおよび紫外光光源(紫外ランプ)141cで構成される。3つの光走査装置140a,140b,140cにおいては、各光源からのレーザ光(G)148a,(B)148b,(R)148c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140a,140b,140cは副走査方向に並べてある。
【0075】
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。
【0076】
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)。
【0077】
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。
【0078】
このような構成からなる図14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)141aに紫外ランプ141cにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー141a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141aに、3つの光走査装置140a,140b,140c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141a上に画像をプリントする。
【0079】
なお、本例では、RGBをそれぞれ光源とする3つ光走査装置140a,140b,140cで構成しているが、図13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140a,140b,140c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。
【0080】
以上、図1から図14を用いて説明したように、本例の光走査装置では、光源と、光源からの光を走査(偏向)する走査手段と、この走査手段によって光が走査される走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで構成しているので、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光走査装置を容易に製造することができる。
【0081】
特に、本例では、走査手段11,111を、PLZT等からなる強誘電体の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からなる偏向器で構成し、走査範囲拡大手段5,115を、少なくとも第1のフォトニック結晶5a,115aと第2のフォトニック結晶5b,115bの、2種類以上のフォトニック結晶で形成して偏向角が90°の界面を設け、走査手段からの走査光を当該界面に入射角45°以上で入射して界面で90°偏向することにより、走査光の走査範囲を拡大する構成とし、光走査系の小型化を図っている。
【0082】
より具体的には、走査範囲拡大手段5,115を構成する2種類以上あるフォトニック結晶のうち、第1のフォトニック結晶5a,115aは、2つの異なる方向に周期性をもつ2次元フォトニック結晶、または、3つの異なる方向に周期性をもつ3次元フォトニック結晶であり、少なくとも2つの周期性の方向が直交しており、第1の周期方向の周期をax、第2の周期方向の周期をayとし、光源からの光に対して、第1の周期方向の波動ベクトルの大きさをkx、第2の周期方向の波動ベクトルの大きさをkyとしたときに、第1の周期方向の波動ベクトルの大きさと周期の積kx・axと、第2の周期方向の波動ベクトルの大きさと周期の積ky・ayとの比がn:1(nは2以上の整数)であり、また、第2のフォトニック結晶5b,115bは、光源からの光(レーザ光8,118)に対してフォトニックバンドギャップを有しており、第1のフォトニック結晶5a,115aとの界面4,114と、第1の周期方向とでなす角が、n・ay/axの逆正接となるように構成している。
【0083】
また、本例では、第1のフォトニック結晶5a,115aおよび第2のフォトニック結晶5b,115bは、それぞれを構成する2以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、もしくは、誘電体を配置する周期、あるいは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のいずれか1つ以上が異なっている構成とする。
【0084】
また、本例では、第1のフォトニック結晶5a,115aは、互いに直交している第1の周期方向と第2の周期方向とで、誘電率の異なる誘電体を配置する周期、または、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のうち、1つ以上異なるように構成している。
【0085】
また、本例では、走査位置を検出する検出器2,3,113で検出した走査位置を、偏向器の制御部にフィードバックして光の偏向・走査を制御する構成としている。
【0086】
また、本例では、このような光走査装置を主走査方向に、もしくは、副走査方向に、2つ以上並べて構成することにより、走査速度を実効的に速くでき高速走査が可能となる。特に、光源の波長の異なる光走査装置を副走査方向に2つ以上並べて構成することにより、多色のプリンタに用いることができ、さらに、光源波長の異なる3種類以上の光走査装置を、副走査方向に3つ以上並べて構成することにより、フルカラープリンタに用いることができる。
【0087】
また、本例では、このような光走査装置をプリンタに用いることにより、非常に小型で、安価、かつ、低騒音で、信頼性が高い電子写真式プリンタや銀塩式カラープリンタ、並びに、リライタブルペーパー用カラープリンタを容易に実現することができる。
【0088】
尚、本発明は、図1〜図14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、レーザ露光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。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【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における走査範囲拡大手段を構成する第1のフォトニック結晶の構成例を示す説明図である。
【図4】図3における第1のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図である。
【図5】図3における第1のフォトニック結晶のTEモードの第2バンドの分散面を示す説明図である。
【図6】図1における走査範囲拡大手段を構成する第2のフォトニック結晶の構成例を示す説明図である。
【図7】図6における第2のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図である。
【図8】図7におけるフォトニックバンド図の拡大図である。
【図9】図1における走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図10】図1における走査範囲拡大手段の偏向特性例を示す説明図である。
【図11】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12】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13】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14】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15】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16】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17】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。
【符号の説明】
【0090】
1,121:像担持体(感光ドラム)、2,3,113,123,133,143:光走査位置検出器、4,114:フォトニック結晶界面、5,115:走査範囲拡大手段、5a,115a:第1のフォトニック結晶、5b,115b:第2のフォトニック結晶、6,7,116,117:電極、8,118,128:レーザ光、9,119:光源(半導体レーザ)、10,110:電圧制御部、11,111:走査手段、12,112:強誘電体(PLZT)フォトニック結晶、13:孔、13a:楕円形孔、13b:長方形孔、100:ビームスプリッタ、120,130a,130b,130c,140a,140b,140c:光走査装置、120a:帯電器、120b,131c:現像器、120c:転写器、120d:転送用紙、120e,131d:定着器、120f:クリーナー、131a:銀塩ペーパー、131b,141b:搬送ローラー、138a,148a:レーザ光(G)、138b,148b:レーザ光(B)、138c,148c:レーザ光(R)、141a:フォトクロミックペーパー、141c:紫外光光源(紫外ランプ)、1502:ポリゴンミラー、1522:球面レンズ(第1の走査レンズ)、1526:トーリックレンズ(第2の走査レンズ)、1527:感光ドラム(感光体)、1530:光検出器、1532:シリンドリカルレンズ、1551:光源手段、1552:コリメーターレンズ、1553:絞り、1555:平行平板ガラス、1608:ガラス基板、1609:信号電極、1610:絶縁膜の第1コンタクトホール、1611:透明電極、1612:絶縁膜の第2コンタクトホール、1613:正孔輸送層、1614:発光層、1615:電子注入電極、1616:保護膜の第1コンタクトホール、1617:保護膜の第2コンタクトホール、1618:共通電極、17110:波長可変レーザ、17130:フォトニック結晶、17131:酸化シリコン膜、17132:円柱状のシリコン。
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機やプリンタ、レーザ露光装置、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、レーザ露光装置、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15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、1551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。1552はコリメーターレンズ、1553は絞り、1532はシリンドリカルレンズ、1502は光偏向器であるポリゴンミラー、1522は球面レンズ(第1の走査レンズ)、1526はトーリックレンズ(第2の走査レンズ)、1555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1530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)1527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16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1608上に、信号電極1609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1609は絶縁膜の第1コンタクトホール1610を介して透明電極1611に電気的に接続されている。この透明電極1611は、絶縁膜の第2コンタクトホール1612において、正孔輸送層1613と発光層1614を挟んで、電子注入電極1615と対向している。
【0008】
この絶縁膜の第2コンタクトホール1612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1615は、保護膜の第1コンタクトホール1616において、共通電極1618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1617は、保護膜が信号電極1609と透明電極1611の層間に形成されているので、信号電極1609と透明電極1611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17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17131内に円柱状のシリコン17132を周期的に並べたフォトニック結晶17130と波長可変レーザ17110を用い、波長可変レーザ17110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17130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16参照)、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、さらに高品質な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、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段による光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。例えば、走査手段として、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して走査する偏光器を用い、走査範囲拡大手段は、2種類のフォトニック結晶を用いて偏向角が90°の界面を形成し、走査手段から走査された光の当該界面への入射角を45°より大きくすることにより、走査する範囲を拡大する構成とする。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、特殊なレーザを用いることなく、少ないスペースで走査範囲を大きくすることができると共に、光量のばらつきがなく、高品質の光で走査することができる。
【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2005−011526号に記載の技術について説明する。
【0025】
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、光走査系の小型化を図っている。
【0026】
これに対して、本発明に係わる光走査装置では、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段による光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。例えば、走査手段として、PLZT(ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛結晶)等の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して走査する偏光器を用い、走査範囲拡大手段は、2種類のフォトニック結晶を用いて偏向角が90°の界面を形成し、走査手段から走査された光の当該界面への入射角を45°より大きくすることにより、走査する範囲を拡大する構成とし、上記特願2005−011526号に記載の技術とは異なる構成で、光走査系の小型化を図っている。
【0027】
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11を用いて説明する。
【0028】
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における走査範囲拡大手段を構成する第1のフォトニック結晶の構成例を示す説明図、図4は、図3における第1のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図、図5は、図3における第1のフォトニック結晶のTEモードの第2バンドの分散面を示す説明図、図6は、図1における走査範囲拡大手段を構成する第2のフォトニック結晶の構成例を示す説明図、図7は、図6における第2のフォトニック結晶のTEモードフォトニックバンド図、図8は、図7におけるフォトニックバンド図の拡大図、図9は、図1における走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図10は、図1における走査範囲拡大手段の偏向特性例を示す説明図、図11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。
【0029】
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、走査手段11と、走査範囲拡大手段5、および、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。
【0030】
走査手段11は、強誘電体(PLTZ)で形成されたフォトニック結晶12と電圧制御部10からなり、フォトニック結晶12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、フォトニック結晶12に電圧を制御して印加することで、光源(半導体レーザ)9からのレーザ光8を偏向して走査できるようになっており、このフォトニック結晶12と電圧制御部10により偏光器が構成される。このフォトニック結晶12は、図2に示すように、PLZT平板に孔13を周期的に形成しており、誘電率の異なるPLZTと空気を周期的に配置した構成となっている。
【0031】
また、走査範囲拡大手段は、誘電体(TiO2:酸化チタン)で形成された第1のフォトニック結晶5aと、同じく誘電体(TiO2)で形成された第2のフォトニック結晶5bで構成されており、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとのフォトニック結晶界面4を有する。このように、TiO2で形成された第1,第2のフォトニック結晶5a,5bも、図2に示すように、TiO2平板に孔(楕円形孔13a,長方形孔13b)を周期的に形成しており、誘電率の異なるTiO2と空気を周期的に配置した構成となっている。
【0032】
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。
【0033】
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)。
【0034】
一方、PLZT等の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)。
【0035】
図1および図2に示した本例の光走査装置では、TiO2で走査範囲拡大手段を構成する第1,第2のフォトニック結晶5a,5bを形成し、また、PLZTで走査手段11を構成するフォトニック結晶12を形成する。
【0036】
本例の走査手段11では、フォトニック結晶12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、フォトニック結晶12に入射したレーザ光8を、フォトニック結晶12に印加する電圧を制御して任意の方向に偏向して走査することができる。
【0037】
本例では、走査手段11で偏向・走査されたレーザ光8を、さらに、走査範囲拡大手段の第1,第2のフォトニック結晶5a,5bに入射して走査範囲を拡大して、レーザ光8を像担持体1上に広い範囲で走査させることができる。
【0038】
尚、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。
【0039】
本例では、図3に示すように、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aは、TiO2平板に楕円状の孔(楕円形孔13a)を2次元的に配置しており、それぞれの周期の方向(x方向=第1の周期方向、y方向=第2の周期方向)は互いに直交するようにしている。
【0040】
x方向(第1ブリルアンゾーンのΓ−X方向)の楕円形孔配置周期(格子定数)をax、y方向(第1ブリルアンゾーンのΓ−X'方向)の楕円形孔配置周期(格子定数)をayとすると、本例では、ay=1.25・ax、すなわち、ayをaxの1.25倍としている。また、楕円形孔13aのx方向の長さをaxの0.5倍、y方向の長さをayの0.6倍としている。このときのフォトニックバンド図は図4に示すようになる。
【0041】
このような構造条件で、規格化周波数(ωa/2πc)が「0.309」のとき、第2バンドの分散面は、図5に示すようになり、x方向(Γ−X方向)の波動ベクトルの大きさkx(図5中のA点での波動ベクトルの大きさ)と楕円形孔配置周期axとの積はkx・ax=0.528πで、y方向(Γ−X'方向)波動ベクトルの大きさky(図5中のB点での波動ベクトルの大きさ)と楕円形孔配置周期ayとの積はky・ay=0.264πであり、「kx・ax」と「ky・ay」との比が2:1となっている。
【0042】
これに対して、走査範囲拡大手段5を構成する第2のフォトニック結晶5bは、図6に示すように、TiO2平板に長方形の孔(長方形孔13b)を2次元的に配置している。それぞれの周期の方向は、第1のフォトニック結晶5aと同様に、互いに直交するようにしており、また、x方向の長方形孔配置周期およびy方向の長方形配置周期も第1のフォトニック結晶5aと同じにしている。長方形孔のx方向の長さをaxの0.68倍、y方向の長さをayの0.8倍としており、その際のフォトニックバンド図は、図7に示すようになる。
【0043】
図8は、図7におけるフォトニックバンド図を、縦軸である規格化周波数を拡大したものであり、規格化周波数が「0.309」ではバンドが存在しなく、この光においてフォトニックバンドギャップとなっており、光は、第2のフォトニック結晶5b中を伝搬しない。
【0044】
以上の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bの構造条件を具体的に述べると、光源が赤(波長660nm)のとき、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を203.9nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を254.9nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを102.0nm、y方向の長さを153.0nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを138.7nm、y方向の長さを203.9nmとしている。
【0045】
また、光源が緑(波長532nm)の場合は、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を164.4nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を205.5nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを82.2nm、y方向の長さを123.3nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを111.8nm、y方向の長さを164.4nmとしている。
【0046】
さらに、光源が青(波長457nm)の場合は、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bのx方向の孔の配置周期(格子定数)を141.2nmとし、y方向の孔の配置周期(格子定数)を176.5nmとしている。また、第1のフォトニック結晶5aの楕円形孔のx方向の長さを70.6nm、y方向の長さを105.9nmとし、第2のフォトニック結晶5bの長方形孔のx方向の長さを96.0nm、y方向の長さを141.2nmとしている。
【0047】
本例では、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4と、x方向(Γ−X方向)とでなす角θ(図9参照)を「2・ay/ax」の逆正接、「tan-1(2・ay/ax)=68.2°」にしており、図1における誘電体(PLZT)で形成されたフォトニック結晶12で構成される走査手段11で偏向・走査されたレーザ光8は、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aのx方向(Γ−X方向)に平行な切断面から入射し、入射した光は、第1のフォトニック結晶5aをy方向に沿って伝搬し、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4で90°偏向する。このとき、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bの界面4への入射角は68.2°である。
【0048】
そして、界面4で90°偏向した光は、第1のフォトニック結晶5aをx方向の沿って伝搬し、第1のフォトニック結晶5aのy方向(Γ−X'方向)に平行な切断面から出射される。
【0049】
図10は、本例の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとで構成された走査範囲拡大手段5での、入射位置と出射位置との関係を示した図であり、入射位置を0〜84mm走査することで、出射位置を0〜210mm走査しており、走査範囲を2.5倍拡大することができる。
【0050】
一般的なミラーを使って光を偏向させる場合、ミラーへの入射角とミラーでの反射角は等しくなるので、90°偏向させようとした場合、ミラーに45°で入射させる必要があり、従って、走査範囲も拡大されない。
【0051】
これに対して、本例で示した走査範囲拡大手段5では、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面への光の入射角が45°より大きい68.2°でも界面で90°の偏向ができるので、走査範囲を拡大することができる。
【0052】
以上、図1から図10を用いて説明したように、本例の光走査装置では、強誘電体(PLZT)で形成されたフォトニック結晶12と、フォトニック結晶12の上下面に形成された電極6,7と、電極6,7に接続された電圧制御部10とからなる走査手段によって外部からの信号に応じて光(レーザ光8)を偏向して走査し、その光を、2種類のフォトニック結晶からなる走査範囲拡大手段5の第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面4で、界面4への入射角が45°より大きい68.2°にもかかわらず90°で偏向しているので、走査範囲が拡大され、したがって、走査光学系を小さくすることができる。
【0053】
尚、本発明の光走査装置は、図1〜図10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、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bにおいて、x方向の楕円形孔配列周期とy方向の楕円形孔配列周期とを異なる周期とし、かつ、楕円形配列周期に対する楕円形孔13aの大きさの割合もx方向とy方向とで異なる値としているが、どちらか一方のみが異なっていればよい。要は、第1,第2のフォトニック結晶5a,5bは、それを構成する2つ以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、または、誘電体を配置する周期、または、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のうち、1つ以上が異なっていればよい。また、周期的に配列する孔の形状も楕円形でなく、長方形など他の形状でもかまわない。
【0054】
また、本例では、kx・axとky・ayとの比を2:1としているが、3:1,4:1,…,n:1(nは2以上の整数),…としても良く、その場合、その比(n:1)にあわせて、第1のフォトニック結晶5aと第2のフォトニック結晶5bとの界面と、x方向(Γ−X方向)とでなす角θの値もtan-1(3・ay/ax),tan-1(4・ay/ax),…,tan-1(n・ay/ax),…にする。
【0055】
また、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5b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。また、第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5bはそれぞれ別工程で作製し、最後に接合しても良いが、同一基板に同時に作製しても良い。
【0056】
また、走査手段11を構成するフォトニック結晶12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。
【0057】
また、本例では、走査範囲拡大手段5を構成する第1のフォトニック結晶5aおよび第2のフォトニック結晶5b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。
【0058】
また、走査手段11を構成するフォトニック結晶12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、本発明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次元構造としているが、3次元構造でも良い。
【0059】
また、本例では、光を偏向・走査する手段として、PLZTで形成したフォトニック結晶12の上下面に電極6,7を形成し、電圧制御部10でフォトニック結晶に印加する電圧を制御する走査手段を用いているが、ポリゴンミラーやシリコンマイクロミラーによる走査手段や音響光学素子による走査手段を用いても良い。しかしながら、本例で用いた走査手段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発明の光走査装置を構成する走査手段として最適である。
【0060】
また、本例では、光走査位置検出センサ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でも良く、例えば、図11の構成のように、フォトニック結晶115aから出射したレーザ光をビームスプリッタ112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センサ113で常に位置を検出して電圧制御部110にフィードバックする構成としてもよい。
【0061】
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。
【0062】
このような光走査装置は、複写機やプリンタ、レーザ露光装置、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12から図14を用いて説明する。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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1の構成例を示すブロック図であり、図13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14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。
【0067】
図12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11で示したものと同様の、光源(半導体レーザ)9,119と、走査手段11,111、走査範囲拡大手段5,115、光走査位置検出器2,3,113等で構成された光走査装置120と、像担持体(感光ドラム)121、帯電器120a、現像器120b、転写器120c、定着器120e、および、クリーナー120fからなる。
【0068】
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)121が帯電器120aによって帯電され、帯電された像担持体(感光ドラム)121上に、光走査装置120により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光128を走査させる。レーザ光128が照射された像担持体(感光ドラム)121上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光128の照射量の逆数に関係するので、像担持体(感光ドラム)121上に静電潜像が形成される。
【0069】
次に、現像器120bにより、像担持体(感光ドラム)121上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器120cにより、像担持体(感光ドラム)121上のトナーを転写用紙120dに転写し、定着器120eにより、転写用紙120d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)121をクリーナ120fによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【0070】
図13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においても、図1および図9で示したものと同様の構成からなる3つの光走査装置130a,130b,130cと、搬送ローラー131b、現像器131c、および、定着器131dとで構成される。3つの光走査装置130a,130b,130cにおいては、各光源からのレーザ光(G)138a,(B)138b,(R)138c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130a,130b,130cは副走査方向に並べてある。
【0071】
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131aに、3つの光走査装置130a,130b,130c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131aを露光する。その後、現像器131cで現像し、次に定着器131dで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー131aにプリントすることができる。
【0072】
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130a,130b,130c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。
【0073】
また、本例では、銀塩ペーパー131a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。
【0074】
図14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からなる3つの光走査装置140a,140b,140cと、搬送ローラー141bおよび紫外光光源(紫外ランプ)141cで構成される。3つの光走査装置140a,140b,140cにおいては、各光源からのレーザ光(G)148a,(B)148b,(R)148c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140a,140b,140cは副走査方向に並べてある。
【0075】
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。
【0076】
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)。
【0077】
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。
【0078】
このような構成からなる図14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)141aに紫外ランプ141cにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー141a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141aに、3つの光走査装置140a,140b,140c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141a上に画像をプリントする。
【0079】
なお、本例では、RGBをそれぞれ光源とする3つ光走査装置140a,140b,140cで構成しているが、図13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140a,140b,140c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。
【0080】
以上、図1から図14を用いて説明したように、本例の光走査装置では、光源と、光源からの光を走査(偏向)する走査手段と、この走査手段によって光が走査される走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とで構成しているので、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光走査装置を容易に製造することができる。
【0081】
特に、本例では、走査手段11,111を、PLZT等からなる強誘電体の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からなる偏向器で構成し、走査範囲拡大手段5,115を、少なくとも第1のフォトニック結晶5a,115aと第2のフォトニック結晶5b,115bの、2種類以上のフォトニック結晶で形成して偏向角が90°の界面を設け、走査手段からの走査光を当該界面に入射角45°以上で入射して界面で90°偏向することにより、走査光の走査範囲を拡大する構成とし、光走査系の小型化を図っている。
【0082】
より具体的には、走査範囲拡大手段5,115を構成する2種類以上あるフォトニック結晶のうち、第1のフォトニック結晶5a,115aは、2つの異なる方向に周期性をもつ2次元フォトニック結晶、または、3つの異なる方向に周期性をもつ3次元フォトニック結晶であり、少なくとも2つの周期性の方向が直交しており、第1の周期方向の周期をax、第2の周期方向の周期をayとし、光源からの光に対して、第1の周期方向の波動ベクトルの大きさをkx、第2の周期方向の波動ベクトルの大きさをkyとしたときに、第1の周期方向の波動ベクトルの大きさと周期の積kx・axと、第2の周期方向の波動ベクトルの大きさと周期の積ky・ayとの比がn:1(nは2以上の整数)であり、また、第2のフォトニック結晶5b,115bは、光源からの光(レーザ光8,118)に対してフォトニックバンドギャップを有しており、第1のフォトニック結晶5a,115aとの界面4,114と、第1の周期方向とでなす角が、n・ay/axの逆正接となるように構成している。
【0083】
また、本例では、第1のフォトニック結晶5a,115aおよび第2のフォトニック結晶5b,115bは、それぞれを構成する2以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、もしくは、誘電体を配置する周期、あるいは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のいずれか1つ以上が異なっている構成とする。
【0084】
また、本例では、第1のフォトニック結晶5a,115aは、互いに直交している第1の周期方向と第2の周期方向とで、誘電率の異なる誘電体を配置する周期、または、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のうち、1つ以上異なるように構成している。
【0085】
また、本例では、走査位置を検出する検出器2,3,113で検出した走査位置を、偏向器の制御部にフィードバックして光の偏向・走査を制御する構成としている。
【0086】
また、本例では、このような光走査装置を主走査方向に、もしくは、副走査方向に、2つ以上並べて構成することにより、走査速度を実効的に速くでき高速走査が可能となる。特に、光源の波長の異なる光走査装置を副走査方向に2つ以上並べて構成することにより、多色のプリンタに用いることができ、さらに、光源波長の異なる3種類以上の光走査装置を、副走査方向に3つ以上並べて構成することにより、フルカラープリンタに用いることができる。
【0087】
また、本例では、このような光走査装置をプリンタに用いることにより、非常に小型で、安価、かつ、低騒音で、信頼性が高い電子写真式プリンタや銀塩式カラープリンタ、並びに、リライタブルペーパー用カラープリンタを容易に実現することができる。
【0088】
尚、本発明は、図1〜図14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、レーザ露光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。
【図面の簡単な説明】
【0089】
【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における走査範囲拡大手段を構成する第1のフォトニック結晶の構成例を示す説明図である。
【図4】図3における第1のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図である。
【図5】図3における第1のフォトニック結晶のTEモードの第2バンドの分散面を示す説明図である。
【図6】図1における走査範囲拡大手段を構成する第2のフォトニック結晶の構成例を示す説明図である。
【図7】図6における第2のフォトニック結晶のTEモードのフォトニックバンド図である。
【図8】図7におけるフォトニックバンド図の拡大図である。
【図9】図1における走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図10】図1における走査範囲拡大手段の偏向特性例を示す説明図である。
【図11】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12】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13】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14】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15】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16】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17】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。
【符号の説明】
【0090】
1,121:像担持体(感光ドラム)、2,3,113,123,133,143:光走査位置検出器、4,114:フォトニック結晶界面、5,115:走査範囲拡大手段、5a,115a:第1のフォトニック結晶、5b,115b:第2のフォトニック結晶、6,7,116,117:電極、8,118,128:レーザ光、9,119:光源(半導体レーザ)、10,110:電圧制御部、11,111:走査手段、12,112:強誘電体(PLZT)フォトニック結晶、13:孔、13a:楕円形孔、13b:長方形孔、100:ビームスプリッタ、120,130a,130b,130c,140a,140b,140c:光走査装置、120a:帯電器、120b,131c:現像器、120c:転写器、120d:転送用紙、120e,131d:定着器、120f:クリーナー、131a:銀塩ペーパー、131b,141b:搬送ローラー、138a,148a:レーザ光(G)、138b,148b:レーザ光(B)、138c,148c:レーザ光(R)、141a:フォトクロミックペーパー、141c:紫外光光源(紫外ランプ)、1502:ポリゴンミラー、1522:球面レンズ(第1の走査レンズ)、1526:トーリックレンズ(第2の走査レンズ)、1527:感光ドラム(感光体)、1530:光検出器、1532:シリンドリカルレンズ、1551:光源手段、1552:コリメーターレンズ、1553:絞り、1555:平行平板ガラス、1608:ガラス基板、1609:信号電極、1610:絶縁膜の第1コンタクトホール、1611:透明電極、1612:絶縁膜の第2コンタクトホール、1613:正孔輸送層、1614:発光層、1615:電子注入電極、1616:保護膜の第1コンタクトホール、1617:保護膜の第2コンタクトホール、1618:共通電極、17110:波長可変レーザ、17130:フォトニック結晶、17131:酸化シリコン膜、17132:円柱状のシリコン。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、
該光源からの光を走査する走査手段と、
該走査手段によって走査される光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段と
を有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、
上記走査範囲拡大手段は、少なくとも、光を直角に曲げる界面を形成した第1のフォトニック結晶と第2のフォトニック結晶を有し、
上記走査手段からの走査光を上記第1のフォトニック結晶に入射して直進伝搬し、
該直進伝搬した走査光を上記界面に45°以上の入射角で入射して90°偏向する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項3】
請求項2に記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶および上記第2のフォトニック結晶は、
それぞれを構成する2以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、
もしくは、誘電体を配置する周期、
あるいは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のいずれか1つ以上が異なっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項4】
請求項2もしくは請求項3のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶は、
2つの異なる方向に周期性をもつ2次元フォトニック結晶もしくは3つの異なる方向に周期性をもつ3次元フォトニック結晶であり、少なくとも2つの周期性の方向(第1の周期方向、第2の周期方向)が直交しており、かつ、上記第1の周期方向の周期axと該第1の周期方向の上記光源からの光に対する波動ベクトルの大きさkxとの積ax・kxと、上記第2の周期方向の周期ayと該第2の周期方向の上記光源からの光に対する波動ベクトルの大きさkyとの積ay・kyとの比がn:1(nは2以上の整数)であり、
上記第2のフォトニック結晶は、
上記光源からの光に対してフォトニックバンドギャップを有しており、上記第1のフォトニック結晶との界面と上記第1の周期方向とでなす角が、n・ay/axの逆正接となっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項5】
請求項4に記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶は、互いに直交している第1の周期方向と第2の周期方向とで、誘電率の異なる誘電体を配置する周期、もしくは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体のそれぞれの占める割合のいずれか1つ以上が異なっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記走査手段は、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7】
請求項6に記載の光走査装置であって、
上記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、
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、上記走査手段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9】
請求項1から請求項8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10】
請求項1から請求項8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11】
請求項10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12】
請求項1から請求項8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13】
請求項1から請求項12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14】
請求項1から請求項12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15】
請求項12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16】
請求項1から請求項12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】
光源と、
該光源からの光を走査する走査手段と、
該走査手段によって走査される光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段と
を有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、
上記走査範囲拡大手段は、少なくとも、光を直角に曲げる界面を形成した第1のフォトニック結晶と第2のフォトニック結晶を有し、
上記走査手段からの走査光を上記第1のフォトニック結晶に入射して直進伝搬し、
該直進伝搬した走査光を上記界面に45°以上の入射角で入射して90°偏向する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項3】
請求項2に記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶および上記第2のフォトニック結晶は、
それぞれを構成する2以上の誘電体のうちの1つ以上の誘電体の誘電率、
もしくは、誘電体を配置する周期、
あるいは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体でそれぞれの誘電体の占める割合のいずれか1つ以上が異なっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項4】
請求項2もしくは請求項3のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶は、
2つの異なる方向に周期性をもつ2次元フォトニック結晶もしくは3つの異なる方向に周期性をもつ3次元フォトニック結晶であり、少なくとも2つの周期性の方向(第1の周期方向、第2の周期方向)が直交しており、かつ、上記第1の周期方向の周期axと該第1の周期方向の上記光源からの光に対する波動ベクトルの大きさkxとの積ax・kxと、上記第2の周期方向の周期ayと該第2の周期方向の上記光源からの光に対する波動ベクトルの大きさkyとの積ay・kyとの比がn:1(nは2以上の整数)であり、
上記第2のフォトニック結晶は、
上記光源からの光に対してフォトニックバンドギャップを有しており、上記第1のフォトニック結晶との界面と上記第1の周期方向とでなす角が、n・ay/axの逆正接となっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項5】
請求項4に記載の光走査装置であって、
上記第1のフォトニック結晶は、互いに直交している第1の周期方向と第2の周期方向とで、誘電率の異なる誘電体を配置する周期、もしくは、周期的に配置された誘電率の異なる誘電体のそれぞれの占める割合のいずれか1つ以上が異なっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記走査手段は、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7】
請求項6に記載の光走査装置であって、
上記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、
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、上記走査手段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9】
請求項1から請求項8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10】
請求項1から請求項8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11】
請求項10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12】
請求項1から請求項8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13】
請求項1から請求項12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14】
請求項1から請求項12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15】
請求項12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16】
請求項1から請求項12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2006−251106(P2006−251106A)
【公開日】平成18年9月21日(2006.9.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−64758(P2005−64758)
【出願日】平成17年3月9日(2005.3.9)
【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9月21日(2006.9.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年3月9日(2005.3.9)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】
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