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によって走査された走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第１の走査範囲拡大手段１５と、この第１の走査範囲拡大手段１５が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第２の走査範囲拡大手段５とを有し、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂを有し、走査光を第１のフォトニック結晶１５ａ，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によって走査された走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第１の走査範囲拡大手段１５と、この第１の走査範囲拡大手段１５が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第２の走査範囲拡大手段５とを有し、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂを有し、走査光を第１のフォトニック結晶１５ａ，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１７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、１７５１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。１７５２はコリメーターレンズ、１７５３は絞り、１７３２はシリンドリカルレンズ、１７０２は光偏向器であるポリゴンミラー、１７２２は球面レンズ（第１の走査レンズ）、１７２６はトーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１７５５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１７３０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）１７２７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１８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１８０８上に、信号電極１８０９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１８０９は絶縁膜の第１コンタクトホール１８１０を介して透明電極１８１１に電気的に接続されている。この透明電極１８１１は、絶縁膜の第２コンタクトホール１８１２において、正孔輸送層１８１３と発光層１８１４を挟んで、電子注入電極１８１５と対向している。
【０００８】
この絶縁膜の第２コンタクトホール１８１２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１８１５は、保護膜の第１コンタクトホール１８１６において、共通電極１８１８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１８１７は、保護膜が信号電極１８０９と透明電極１８１１の層間に形成されているので、信号電極１８０９と透明電極１８１１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１９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１９１３１内に円柱状のシリコン１９１３２を周期的に並べたフォトニック結晶１９１３０と波長可変レーザ１９１１０を用い、波長可変レーザ１９１１０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１９１３０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１８参照）、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、この走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。尚、この再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する構成としても良い。そして、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、走査範囲拡大手段および再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、走査手段や走査範囲拡大手段あるいは前段の再走査範囲拡大手段からの走査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、走査する範囲を順次に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、この走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。尚、この再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する構成としても良い。そして、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、走査範囲拡大手段および再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、走査手段や走査範囲拡大手段あるいは前段の再走査範囲拡大手段からの走査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、走査する範囲を順次に拡大する構成とし、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１３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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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モードの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における第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１０は、図１における第１の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１１は、図１における第１の走査範囲拡大手段および第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１２は、図１における第１の走査範囲拡大手段と第２の走査範囲拡大手段による偏向特性例を示す説明図、図１３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、本発明の走査範囲拡大手段としての第１の走査範囲拡大手段１５と本発明の再走査範囲拡大手段としての第２の走査範囲拡大手段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、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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１５ａ，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１５ｂ，５ｂで構成されており、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとのフォトニック結晶界面１４，４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１５ａ，５ａ，１５ｂ，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により、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１，第２のフォトニック結晶１５ａ、１５ｂ，５ａ，５ｂを形成し、また、ＰＬＺＴにより、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、まず、第１の走査範囲拡大手段１５の第１，第２のフォトニック結晶１５ａ，１５ｂに入射して走査範囲を拡大し、次に、この第１の走査範囲拡大手段１５で拡大された走査光を、第２の走査範囲拡大手段５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さらに拡大することで、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、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，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、第１，第２の走査範囲拡大手段５を構成する第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，５ｂ中を伝搬しない。
【００４４】
以上の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとの界面１４，４と、ｘ方向（Γ−Ｘ方向）とでなす角θ（図９、図１０参照）を「２・ａｙ／ａｘ」の逆正接、「tan-１(２・ａｙ／ａｘ)＝６８.２°」にしている。
【００４８】
また、第１の走査範囲拡大手段１５の第１のフォトニック結晶１５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）と、第２の走査範囲拡大手段５の第１のフォトニック結晶５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは、図１１に示すように、直交するように配置している。
【００４９】
このような構成において、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、第１の走査範囲拡大手段１５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ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１５ａをｙ方向に沿って伝搬し、第１のフォトニック結晶１５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂとの界面１４で９０°偏向する。このとき、第１のフォトニック結晶１５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂの界面１４への入射角は６８.２°である。
【００５０】
そして、界面１４で９０°偏向した光は、第１のフォトニック結晶１５ａをｘ方向の沿って伝搬し、第１のフォトニック結晶１５ａのｙ方向（Γ−Ｘ'方向）に平行な切断面から出射される。
【００５１】
このようにして第１の走査範囲拡大手段１５から出射された走査光は、次に、第２の走査範囲拡大手段５に入射される。第１の走査範囲拡大手段１５の場合と同様に、この走査光は、第２の走査範囲拡大手段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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１２は、本例の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとで構成された第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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０〜３３．６ｍｍ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６．２５倍拡大することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
これに対して、本例で示した第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００５６】
以上、図１から図１２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１１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第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとの界面１４，４で、界面１４，４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。
【００５７】
尚、本発明の光走査装置は、図１〜図１２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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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良い。要は、第１，第２のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１５ｂ，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良い。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。
【００５８】
また、本例では、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とで、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａは同じ構造としているが、異なる構造としても良い。また、第２の走査範囲拡大手段５の後段に、当該第２の走査範囲拡大手段５で拡大出射された走査光をさらに拡大する走査範囲拡大手段を設け、さらに、この走査範囲拡大手段の後段に他の走査範囲拡大手段を設け、順次に走査範囲を拡大する構成としても良い。この際、前段の走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と後段の走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置する。
【００５９】
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。
【００６０】
また、本例では、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とで、ｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を、どちらも２:１としているが、第１の走査範囲拡大手段１５のｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を３:１とし、第２の走査範囲拡大手段５のｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を２:１とするように、異なった比としても良い。
【００６１】
また、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００６２】
また、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とを同一基板上に作成しても良い。
【００６３】
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。
【００６４】
また、本例では、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００６５】
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良い。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。
【００６６】
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１１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。
【００６７】
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１３の構成のように、第２のフォトニック結晶１３０５ａから出射したレーザ光をビームスプリッタ１３０１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１３０２で常に位置を検出して電圧制御部１３１０にフィードバックする構成としても良い。
【００６８】
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。
【００６９】
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１４から図１６を用いて説明する。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１の構成例を示すブロック図であり、図１５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１６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。
【００７４】
図１４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１３で示したものと同様の、光源（半導体レーザ）９，１３０９と、走査手段１１，１３１１、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５、第２の走査範囲拡大手段５，１３０５、光走査位置検出器２，３，１３０２等で構成された光走査装置１４０と、像担持体（感光ドラム）１４１、帯電器１４０ａ、現像器１４０ｂ、転写器１４０ｃ、定着器１４０ｅ、および、クリーナー１４０ｆからなる。
【００７５】
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）１４１が帯電器１４０ａによって帯電され、帯電された像担持体（感光ドラム）１４１上に、光走査装置１４０により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光１４８を走査させる。レーザ光１４８が照射された像担持体（感光ドラム）１４１上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光１４８の照射量の逆数に関係するので、像担持体（感光ドラム）１４１上に静電潜像が形成される。
【００７６】
次に、現像器１４０ｂにより、像担持体（感光ドラム）１４１上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器１４０ｃにより、像担持体（感光ドラム）１４１上のトナーを転写用紙１４０ｄに転写し、定着器１４０ｅにより、転写用紙１４０ｄ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）１４１をクリーナ１４０ｆによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【００７７】
図１５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１３で示したものと同様の構成からなる３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃと、搬送ローラー１５１ｂ、現像器１５１ｃ、および、定着器１５１ｄとで構成される。３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃにおいては、各光源からのレーザ光（Ｇ）１５８ａ，（Ｂ）１５８ｂ，（Ｒ）１５８ｃ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１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは副走査方向に並べてある。
【００７８】
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１５１ａに、３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ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１５１ａを露光する。その後、現像器１５１ｃで現像し、次に定着器１５１ｄで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー１５１ａにプリントすることができる。
【００７９】
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１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ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。
【００８０】
また、本例では、銀塩ペーパー１５１ａ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。
【００８１】
図１６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１３で示したものと同様の構成からなる３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃと、搬送ローラー１６１ｂおよび紫外光光源（紫外ランプ）１６１ｃで構成される。３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃにおいては、各光源からのレーザ光（Ｇ）１６８ａ，（Ｂ）１６８ｂ，（Ｒ）１６８ｃ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１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃは副走査方向に並べてある。
【００８２】
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。
【００８３】
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）。
【００８４】
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。
【００８５】
このような構成からなる図１６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）１６１ａに紫外ランプ１６１ｃにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー１６１ａ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１６１ａに、３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ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１６１ａ上に画像をプリントする。
【００８６】
なお、本例では、ＲＧＢをそれぞれ光源とする３つ光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃで構成しているが、図１５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１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ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。
【００８７】
以上、図１から図１６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走査された走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第１の走査範囲拡大手段と、この第１の走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第２の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。
【００８８】
特に、本例では、走査手段１１，１３１１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、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５と第２の走査範囲拡大手段５，１３０５を、少なくとも第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂ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さらに拡大する構成とし、光走査系の小型化を図っている。
【００８９】
より具体的には、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５，１３１５，１３０５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１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａ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１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂは、光源からの光（レーザ光８，１３０８）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１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａとの界面４，１４，１３０４，１３１４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。
【００９０】
また、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５の第１のフォトニック結晶１５ａ，１３１５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）と、第２の走査範囲拡大手段５，１３０５の第１のフォトニック結晶５ａ，１３０５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは直交するように配置している。
【００９１】
また、本例では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂ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。
【００９２】
また、本例では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａ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。
【００９３】
また、本例では、走査位置を検出する検出器２，３，１３０２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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
尚、本発明は、図１〜図１６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】
【００９７】
【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の走査範囲拡大手段および第２の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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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における第２の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における第１の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図１１】図１における第１の走査範囲拡大手段および第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図１２】図１における第１の走査範囲拡大手段と第２の走査範囲拡大手段による偏向特性例を示す説明図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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】
【００９８】
１，１４１：像担持体（感光ドラム）、２，３，１５３，１３０２：光走査位置検出器、４，１４，１３０４，１３１４：フォトニック結晶界面、５，１３０５：第２の走査範囲拡大手段、５ａ，１５ａ，１３０５ａ，１３１５ａ：第１のフォトニック結晶、５ｂ，１５ｂ，１３０５ｂ，１３１５ｂ：第２のフォトニック結晶、６，７，１３０６，１３０７：電極、８，１３０８：レーザ光、９．１３０９：光源（半導体レーザ）、１０，１３１０：電圧制御部、１１，１３１１：走査手段、１２，１３１２：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、１５，１３１５：第１の走査範囲拡大手段、１３０１：ビームスプリッタ、１４０ａ：帯電器、１４０ｂ，１５１ｃ：現像器、１４０ｃ：転写器、１４０ｄ：転送用紙、１４０ｅ，１５１ｄ：定着器、１４０ｆ：クリーナー、１４８：レーザ光、１５１ａ：銀塩ペーパー、１５１ｂ，１６１ｂ：搬送ローラー、１５０ａ，１６０ａ：光走査装置（Ｇ）、１５０ｂ，１６０ｂ：光走査装置（Ｂ）、１５０ｃ，１６０ｃ：光走査装置（Ｒ）、１５８ａ，１６８ａ：レーザ光（Ｇ）、１５８ｂ，１６８ｂ：レーザ光（Ｂ）、１５８ｃ，１６８ｃ：レーザ光（Ｒ）、１６１ａ：フォトクロミックペーパー、１６１ｃ：紫外光光源（紫外ランプ）、１７０２：ポリゴンミラー、１７２２：球面レンズ（第１の走査レンズ）、１７２６：トーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１７２７：感光ドラム（感光体）、１７３０：光検出器、１７３２：シリンドリカルレンズ、１７５１：光源手段、１７５２：コリメーターレンズ、１７５３：絞り、１７５５：平行平板ガラス、１８０８：ガラス基板、１８０９：信号電極、１８１０：絶縁膜の第１コンタクトホール、１８１１：透明電極、１８１２：絶縁膜の第２コンタクトホール、１８１３：正孔輸送層、１８１４：発光層、１８１５：電子注入電極、１８１６：保護膜の第１コンタクトホール、１８１７：保護膜の第２コンタクトホール、１８１８：共通電極、１９１１０：波長可変レーザ、１９１３０：フォトニック結晶、１９１３１：酸化シリコン膜、１９１３２：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１７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、１７５１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。１７５２はコリメーターレンズ、１７５３は絞り、１７３２はシリンドリカルレンズ、１７０２は光偏向器であるポリゴンミラー、１７２２は球面レンズ（第１の走査レンズ）、１７２６はトーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１７５５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１７３０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）１７２７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１８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１８０８上に、信号電極１８０９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１８０９は絶縁膜の第１コンタクトホール１８１０を介して透明電極１８１１に電気的に接続されている。この透明電極１８１１は、絶縁膜の第２コンタクトホール１８１２において、正孔輸送層１８１３と発光層１８１４を挟んで、電子注入電極１８１５と対向している。
【０００８】
この絶縁膜の第２コンタクトホール１８１２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１８１５は、保護膜の第１コンタクトホール１８１６において、共通電極１８１８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１８１７は、保護膜が信号電極１８０９と透明電極１８１１の層間に形成されているので、信号電極１８０９と透明電極１８１１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１９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１９１３１内に円柱状のシリコン１９１３２を周期的に並べたフォトニック結晶１９１３０と波長可変レーザ１９１１０を用い、波長可変レーザ１９１１０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１９１３０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１８参照）、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、この走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。尚、この再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する構成としても良い。そして、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、走査範囲拡大手段および再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、走査手段や走査範囲拡大手段あるいは前段の再走査範囲拡大手段からの走査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、走査する範囲を順次に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、この走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再走査範囲拡大手段とで光走査装置を構成している。尚、この再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する構成としても良い。そして、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、走査範囲拡大手段および再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、走査手段や走査範囲拡大手段あるいは前段の再走査範囲拡大手段からの走査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、走査する範囲を順次に拡大する構成とし、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１３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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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モードの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における第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１０は、図１における第１の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１１は、図１における第１の走査範囲拡大手段および第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図、図１２は、図１における第１の走査範囲拡大手段と第２の走査範囲拡大手段による偏向特性例を示す説明図、図１３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、本発明の走査範囲拡大手段としての第１の走査範囲拡大手段１５と本発明の再走査範囲拡大手段としての第２の走査範囲拡大手段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、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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１５ａ，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１５ｂ，５ｂで構成されており、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとのフォトニック結晶界面１４，４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１５ａ，５ａ，１５ｂ，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により、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１，第２のフォトニック結晶１５ａ、１５ｂ，５ａ，５ｂを形成し、また、ＰＬＺＴにより、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、まず、第１の走査範囲拡大手段１５の第１，第２のフォトニック結晶１５ａ，１５ｂに入射して走査範囲を拡大し、次に、この第１の走査範囲拡大手段１５で拡大された走査光を、第２の走査範囲拡大手段５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さらに拡大することで、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、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，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、第１，第２の走査範囲拡大手段５を構成する第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，５ｂ中を伝搬しない。
【００４４】
以上の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，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１５ｂ，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１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとの界面１４，４と、ｘ方向（Γ−Ｘ方向）とでなす角θ（図９、図１０参照）を「２・ａｙ／ａｘ」の逆正接、「tan-１(２・ａｙ／ａｘ)＝６８.２°」にしている。
【００４８】
また、第１の走査範囲拡大手段１５の第１のフォトニック結晶１５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）と、第２の走査範囲拡大手段５の第１のフォトニック結晶５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは、図１１に示すように、直交するように配置している。
【００４９】
このような構成において、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、第１の走査範囲拡大手段１５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ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１５ａをｙ方向に沿って伝搬し、第１のフォトニック結晶１５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂとの界面１４で９０°偏向する。このとき、第１のフォトニック結晶１５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂの界面１４への入射角は６８.２°である。
【００５０】
そして、界面１４で９０°偏向した光は、第１のフォトニック結晶１５ａをｘ方向の沿って伝搬し、第１のフォトニック結晶１５ａのｙ方向（Γ−Ｘ'方向）に平行な切断面から出射される。
【００５１】
このようにして第１の走査範囲拡大手段１５から出射された走査光は、次に、第２の走査範囲拡大手段５に入射される。第１の走査範囲拡大手段１５の場合と同様に、この走査光は、第２の走査範囲拡大手段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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１２は、本例の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとで構成された第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５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０〜３３．６ｍｍ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６．２５倍拡大することができる。
【００５４】
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。
【００５５】
これに対して、本例で示した第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００５６】
以上、図１から図１２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１１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第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５の第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂとの界面１４，４で、界面１４，４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。
【００５７】
尚、本発明の光走査装置は、図１〜図１２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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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良い。要は、第１，第２のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１５ｂ，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良い。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。
【００５８】
また、本例では、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とで、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａは同じ構造としているが、異なる構造としても良い。また、第２の走査範囲拡大手段５の後段に、当該第２の走査範囲拡大手段５で拡大出射された走査光をさらに拡大する走査範囲拡大手段を設け、さらに、この走査範囲拡大手段の後段に他の走査範囲拡大手段を設け、順次に走査範囲を拡大する構成としても良い。この際、前段の走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と後段の走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置する。
【００５９】
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。
【００６０】
また、本例では、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とで、ｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を、どちらも２:１としているが、第１の走査範囲拡大手段１５のｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を３:１とし、第２の走査範囲拡大手段５のｋｘ・ａｘとｋｙ・ａｙとの比を２:１とするように、異なった比としても良い。
【００６１】
また、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００６２】
また、第１の走査範囲拡大手段１５と第２の走査範囲拡大手段５とを同一基板上に作成しても良い。
【００６３】
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。
【００６４】
また、本例では、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５を構成する第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，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。
【００６５】
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良い。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。
【００６６】
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１１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。
【００６７】
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１３の構成のように、第２のフォトニック結晶１３０５ａから出射したレーザ光をビームスプリッタ１３０１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１３０２で常に位置を検出して電圧制御部１３１０にフィードバックする構成としても良い。
【００６８】
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。
【００６９】
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１４から図１６を用いて説明する。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１の構成例を示すブロック図であり、図１５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１６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。
【００７４】
図１４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１３で示したものと同様の、光源（半導体レーザ）９，１３０９と、走査手段１１，１３１１、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５、第２の走査範囲拡大手段５，１３０５、光走査位置検出器２，３，１３０２等で構成された光走査装置１４０と、像担持体（感光ドラム）１４１、帯電器１４０ａ、現像器１４０ｂ、転写器１４０ｃ、定着器１４０ｅ、および、クリーナー１４０ｆからなる。
【００７５】
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）１４１が帯電器１４０ａによって帯電され、帯電された像担持体（感光ドラム）１４１上に、光走査装置１４０により、画像データに応じて強度変調されたレーザ光１４８を走査させる。レーザ光１４８が照射された像担持体（感光ドラム）１４１上の領域は電荷量が減り、電荷量はレーザ光１４８の照射量の逆数に関係するので、像担持体（感光ドラム）１４１上に静電潜像が形成される。
【００７６】
次に、現像器１４０ｂにより、像担持体（感光ドラム）１４１上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器１４０ｃにより、像担持体（感光ドラム）１４１上のトナーを転写用紙１４０ｄに転写し、定着器１４０ｅにより、転写用紙１４０ｄ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）１４１をクリーナ１４０ｆによりクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。
【００７７】
図１５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１３で示したものと同様の構成からなる３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃと、搬送ローラー１５１ｂ、現像器１５１ｃ、および、定着器１５１ｄとで構成される。３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃにおいては、各光源からのレーザ光（Ｇ）１５８ａ，（Ｂ）１５８ｂ，（Ｒ）１５８ｃ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１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは副走査方向に並べてある。
【００７８】
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１５１ａに、３つの光走査装置１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ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１５１ａを露光する。その後、現像器１５１ｃで現像し、次に定着器１５１ｄで定着し、乾燥させることで、銀塩ペーパー１５１ａにプリントすることができる。
【００７９】
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１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ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。
【００８０】
また、本例では、銀塩ペーパー１５１ａ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。
【００８１】
図１６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１３で示したものと同様の構成からなる３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃと、搬送ローラー１６１ｂおよび紫外光光源（紫外ランプ）１６１ｃで構成される。３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃにおいては、各光源からのレーザ光（Ｇ）１６８ａ，（Ｂ）１６８ｂ，（Ｒ）１６８ｃ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１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃは副走査方向に並べてある。
【００８２】
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。
【００８３】
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）。
【００８４】
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。
【００８５】
このような構成からなる図１６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）１６１ａに紫外ランプ１６１ｃにより紫外光を照射し、既にリライタブルペーパー１６１ａ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１６１ａに、３つの光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ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１６１ａ上に画像をプリントする。
【００８６】
なお、本例では、ＲＧＢをそれぞれ光源とする３つ光走査装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃで構成しているが、図１５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１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ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。
【００８７】
以上、図１から図１６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走査された走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第１の走査範囲拡大手段と、この第１の走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する第２の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。
【００８８】
特に、本例では、走査手段１１，１３１１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、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５と第２の走査範囲拡大手段５，１３０５を、少なくとも第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａと第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂ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さらに拡大する構成とし、光走査系の小型化を図っている。
【００８９】
より具体的には、第１，第２の走査範囲拡大手段１５，５，１３１５，１３０５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１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａ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１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂは、光源からの光（レーザ光８，１３０８）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１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａとの界面４，１４，１３０４，１３１４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。
【００９０】
また、第１の走査範囲拡大手段１５，１３１５の第１のフォトニック結晶１５ａ，１３１５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）と、第２の走査範囲拡大手段５，１３０５の第１のフォトニック結晶５ａ，１３０５ａのｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは直交するように配置している。
【００９１】
また、本例では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａおよび第２のフォトニック結晶１５ｂ，５ｂ，１３１５ｂ，１３０５ｂ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。
【００９２】
また、本例では、第１のフォトニック結晶１５ａ，５ａ，１３１５ａ，１３０５ａ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。
【００９３】
また、本例では、走査位置を検出する検出器２，３，１３０２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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
尚、本発明は、図１〜図１６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】
【００９７】
【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の走査範囲拡大手段および第２の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における第１の走査範囲拡大手段および第２の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における第２の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における第１の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図１１】図１における第１の走査範囲拡大手段および第２の走査範囲拡大手段の構成例を示す説明図である。
【図１２】図１における第１の走査範囲拡大手段と第２の走査範囲拡大手段による偏向特性例を示す説明図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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】
【００９８】
１，１４１：像担持体（感光ドラム）、２，３，１５３，１３０２：光走査位置検出器、４，１４，１３０４，１３１４：フォトニック結晶界面、５，１３０５：第２の走査範囲拡大手段、５ａ，１５ａ，１３０５ａ，１３１５ａ：第１のフォトニック結晶、５ｂ，１５ｂ，１３０５ｂ，１３１５ｂ：第２のフォトニック結晶、６，７，１３０６，１３０７：電極、８，１３０８：レーザ光、９．１３０９：光源（半導体レーザ）、１０，１３１０：電圧制御部、１１，１３１１：走査手段、１２，１３１２：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、１５，１３１５：第１の走査範囲拡大手段、１３０１：ビームスプリッタ、１４０ａ：帯電器、１４０ｂ，１５１ｃ：現像器、１４０ｃ：転写器、１４０ｄ：転送用紙、１４０ｅ，１５１ｄ：定着器、１４０ｆ：クリーナー、１４８：レーザ光、１５１ａ：銀塩ペーパー、１５１ｂ，１６１ｂ：搬送ローラー、１５０ａ，１６０ａ：光走査装置（Ｇ）、１５０ｂ，１６０ｂ：光走査装置（Ｂ）、１５０ｃ，１６０ｃ：光走査装置（Ｒ）、１５８ａ，１６８ａ：レーザ光（Ｇ）、１５８ｂ，１６８ｂ：レーザ光（Ｂ）、１５８ｃ，１６８ｃ：レーザ光（Ｒ）、１６１ａ：フォトクロミックペーパー、１６１ｃ：紫外光光源（紫外ランプ）、１７０２：ポリゴンミラー、１７２２：球面レンズ（第１の走査レンズ）、１７２６：トーリックレンズ（第２の走査レンズ）、１７２７：感光ドラム（感光体）、１７３０：光検出器、１７３２：シリンドリカルレンズ、１７５１：光源手段、１７５２：コリメーターレンズ、１７５３：絞り、１７５５：平行平板ガラス、１８０８：ガラス基板、１８０９：信号電極、１８１０：絶縁膜の第１コンタクトホール、１８１１：透明電極、１８１２：絶縁膜の第２コンタクトホール、１８１３：正孔輸送層、１８１４：発光層、１８１５：電子注入電極、１８１６：保護膜の第１コンタクトホール、１８１７：保護膜の第２コンタクトホール、１８１８：共通電極、１９１１０：波長可変レーザ、１９１３０：フォトニック結晶、１９１３１：酸化シリコン膜、１９１３２：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た走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する走査範囲拡大手段と、
該走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再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および上記再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、
上記走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置し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、
上記再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射す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、
前段の上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と後段の上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置していることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項２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１０】
請求項９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１１】
（原稿の請求項４）
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た走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する走査範囲拡大手段と、
該走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射する再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および上記再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、
上記走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置し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、
上記再走査範囲拡大手段を２以上有し、順次に前段の再走査範囲拡大手段が出射した走査光を入射して走査範囲を拡大して出射す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、
前段の上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）と後段の上記再走査範囲拡大手段の第１のフォトニック結晶のｘ方向（Γ−Ｘ方向）とは互いに直交するように配置していることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項２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１０】
請求項９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１１】
（原稿の請求項４）
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１８】
【図１９】
【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１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−２５１１０７（Ｐ２００６−２５１１０７Ａ）
【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２００５−６４７５９（Ｐ２００５−６４７５９）
【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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