(57)【要約】【課題】  装置全体を安価で、信頼性が高く、小型化するフォトニック結晶光学素子等を提供する。【解決手段】  屈折率の異なる２つ以上の材料を２次元または３次元で周期的に配置して構成されたフォトニック結晶光学素子において、光を入射する面および光を出射する面に反射防止手段を設けているものである。そして、前記反射防止手段の断面が三角形状をした構造を光源波長の１／２以下の周期で配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる２つ以上の材料を２次元または３次元で周期的に配置して構成されたフォトニック結晶光学素子において、光を入射する面および光を出射する面に反射防止手段を設けていることを特徴とするフォトニック結晶光学素子。
【請求項２】
前記反射防止手段の断面が三角形状をした構造を光源波長の１／２以下の周期で配置したことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶光学素子。
【請求項３】
屈折率の異なる２つ以上の材料を２次元また３次元で周期的に配置する工程と、
光を入射する面および光を出射する面に反射防止手段の断面が三角形状をした構造を光源波長の１／２以下の周期で配置する工程により作成されるフォトニック結晶光学素子の作製方法。
【請求項４】
波長可変レーザと、請求項１または２に記載のフォトニック結晶光学素子を有し、光を走査する光走査装置。
【請求項５】
さらに、走査位置を検出する検出部を有する請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記検出部で検出した走査位置を、前記波長可変レーザを駆動する駆動部にフィードバックして光を走査することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
主走査方向に少なくとも２つ以上並べられた請求項４から６の何れかに記載の光走査装置。
【請求項８】
副走査方向に少なくとも２つ以上並べられた請求項４から６の何れかに記載の光走査装置。
【請求項９】
請求項５に記載の光走査装置を用いた光走査方法において、
前記検出部が走査位置を検出し、前記波長可変レーザを駆動する駆動部に当該走査位置をフィードバックして光を走査することを特徴とする光走査方法。
【請求項１０】
請求項４から８の何れかに記載の光走査装置と、前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、像担持体上の静電潜像を現像する現像器と、現像された像を転写用紙に転写する転写器と、前記転写用紙に転写された像を定着させる定着器とからなることを特徴とするプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶光学素子、フォトニック結晶光学素子の作製方法、光走査装置、光走査方法、プリンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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が挙げられる。
【０００３】
光書き込み方式に用いられる、従来の光走査装置には、電子写真方式プリンタ等で、現在最も採用されているポリゴンミラー方式の光走査装置がある。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（例えば、特許文献１、および、図６参照）。
【０００４】
従来の光走査装置の別の方式として、LEDや有機ELなどの発光素子をアレイ状に並べたものがある。図７に示した従来の光走査装置は、有機EL素子をアレイ状に並べたもので、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ができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、フォトニック結晶の大きな波長分散特性を用いたものもあり、図８に示した従来の光走査装置は、フォトニック結晶と波長可変レーザを用いて、光の波長を制御することにより光を走査することができる（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、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プリンタが大きくなってしまうといった問題があった。
【０００７】
一方、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。
【０００８】
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、実装精度は画像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。また、LEDアレイは、画像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手段はあるが、工程数が増えることになりコストアップにつながる。
【０００９】
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、特許文献２のように、長尺のものを一括で作製することができるため、実装工程がないため低コストにすることができるし、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。この問題に対しては、特許文献５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。
【００１０】
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、フォトニック結晶と空気の界面とで屈折率差があるため、界面で反射が生じてしまい、光量が低下したり、あるいは、界面での反射光が迷光となって不要な書き込みを行い、プリンタ装置の画像品質を低下させてしまうという問題がある。
【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】
【００１１】
上記事情を鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、装置全体を安価で、信頼性が高く、小型化するフォトニック結晶光学素子等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の態様は、屈折率の異なる２つ以上の材料を２次元または３次元で周期的に配置して構成されたフォトニック結晶光学素子において、光を入射する面および光を出射する面に反射防止手段を設けているものである。そして、前記反射防止手段の断面が三角形状をした構造を光源波長の１／２以下の周期で配置したことを特徴とする。このようなフォトニック結晶光学素子の作製方法は、屈折率の異なる２つ以上の材料を２次元また３次元で周期的に配置する工程と、光を入射する面および光を出射する面に反射防止手段の断面が三角形状をした構造を光源波長の１／２以下の周期で配置する工程を有している。反射防止機能を備えたフォトニック結晶光学素子における、その製造は容易であり、当該フォトニック結晶光学素子を搭載した装置全体を安価で、信頼性が高く、小型化することができる。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、波長可変レーザと、前記態様のフォトニック結晶光学素子を有し、光を走査する光走査装置に関するものである。レーザ光の波長を変えることにより光を走査しているので、機械的駆動部を必要とせず、かつ、走査光学系でのレーザ光の不要な反射を抑え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、小型で、信頼性が高い光走査装置を実現することができる。
【００１４】
この光走査装置はさらに、走査位置を検出する検出部を有する。そして、前記光走査装置を用いた光走査方法において、前記検出部が走査位置を検出し、前記波長可変レーザを駆動する駆動部に当該走査位置をフィードバックして光を走査する。これにより、光走査装置による光走査が安定したものになる。
【００１５】
さらに、この光走査装置を主走査方向または副走査方向に少なくとも２つ以上並べることにより、実効的な走査速度が速い高速走査が可能になる。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、前記態様の光走査装置と、前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、像担持体上の静電潜像を現像する現像器と、現像された像を転写用紙に転写する転写器と、前記転写用紙に転写された像を定着させる定着器とからなることを特徴とするプリンタに関するものである。このプリンタは低騒音で、信頼性が高く、小型で、かつ、画像品質の優れたものになっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のフォトニック結晶光学素子等により、装置全体を安価で、信頼性が高く、小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のフォトニック結晶光学素子等を実施するための最良の形態を説明する。説明の際には、本明細書と同時に提出する図面を参照することにする。
【００１９】
まず本形態のフォトニック結晶光学素子について説明する。図１および図２はフォトニック結晶光学素子の斜視図および上面図である。図１および図２に示したフォトニック結晶光学素子は、誘電体（TiO2）基板に円孔を２次元的に周期配列で形成してある。また、誘電体（TiO2）基板の光を入射する面および出射する面には、三角形状を光の波長の１／２以下の周期で配置した鋸歯形状を形成している。
【００２０】
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はフォトニック結晶と呼ばれ、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。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る。
【００２１】
一方、角錐形状を波長の１／２以下の周期で配置した構造は、moth eye と呼ばれる反射防止構造があることが知られている。
【００２２】
本形態のフォトニック結晶光学素子は、誘電体基板に円孔を２次元的に周期配列で形成してあり、誘電体と空気が２次元的に周期配列した構造となり、フォトニックバンドギャップ、異方性、高分散性を有するフォトニック結晶となっている。また、光を入射および出射する面には、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してあり、入射および出射時の反射を防止している。
【００２３】
次に本形態のフォトニック結晶光学素子の作製方法について説明する。図３はフォトニック結晶光学素子の作製工程を示す図である。まず、誘電体（TiO2）基板上にＥＢレジストを塗布し、ＥＢ描画装置によりパターンを描画し現像してレジスト材料によるパターンを形成する（図３ａ）。次に、金属膜を真空蒸着法で成膜し（図３ｂ）、ＥＢレジストを溶解する薬液に浸漬してリフトオフ法により金属膜でパターンを形成する。金属膜でパターンを形成した誘電体基板にフロロカーボンガスを用いたドライエッチングを行い、金属膜パターンを誘電体基板に転写する（図３ｃ）。最後に、金属膜を除去し、本形態のフォトニック結晶光学素子が完成する。
【００２４】
フォトニック結晶を用いた光学素子の反射防止機能として、本形態では、入射面および出射面に三角形状を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状にしているが、従来の誘電体多層膜による反射防止膜を形成しても良い。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の工程が必要なのに対して、本形態のフォトニック結晶光学素子では三角形状を波長の１／２周期以下で配置した鋸歯形状にしており、フォトニック結晶構造を形成する工程で同時に形成することが可能なため、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。
【００２５】
また、本形態では、フォトニック結晶光学素子を、高分散性を利用した光学素子としているが、フォトニック結晶の他の特性（例えば、フォトニックバンドや異方性など）を利用した光学素子にも適用することができる。
【００２６】
さらに、本形態では、誘電体基板として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い。また、フォトニック結晶を構成するもう１つの誘電体を空気としているが、これについても、光源波長に対して透明であれば、他の誘電体材料でも良い。
【００２７】
次に、本形態の光走査装置について説明する。図４は本形態の光走査装置の構成を示す図である。図４に示した光走査装置は、本形態のフォトニック結晶光学素子と、外部信号により波長を変えることができる波長可変レーザと、光走査位置検出器（フォトダイオード）で構成されている。
【００２８】
本形態のフォトニック結晶光学素子は、光の波長を若干変えただけで屈折角が大きく変化するので、図４に示した構成で、波長可変レーザを制御して波長可変レーザから発するレーザ光の波長を連続的に変化することで、可動部なしで光を走査させることができる。
【００２９】
なお、本形態のフォトニック結晶光学素子は温度変動等の環境変動の影響を受けて特性が変わりやすいが、本形態の構成のように、走査位置検出器を設け、走査位置を検出して、波長可変レーザの駆動部にフィードバックすることで、安定した走査を容易に行うことができる。
【００３０】
また、本形態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。
【００３１】
次に、本形態のプリンタについて説明する。図５は本形態のプリンタとして、特に電子写真プリンタの構成を示した図である。図５に示した電子写真プリンタは、本形態の光走査装置と、像担持体（感光ドラム）と、帯電器と、現像器と、転写器と、定着器からなる。
【００３２】
図５示した電子写真プリンタにおいて、まず、像担持体（感光ドラム）が帯電器によって帯電され、光走査装置で画像データに応じて強度変調されたレーザ光を走査する。像担持体（感光ドラム）上のレーザ光が照射された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）上に静電潜像が形成される。次に、現像器で像担持体（感光ドラム）上の電荷を帯びた部分にトナーを吸着させ、転写器で像担持体（感光ドラム）上のトナーを紙に転写し、その後、像担持体（感光ドラム）はクリーナでクリーニングし、再び同じ工程を繰り返す。したがって、これらの工程を順次繰り返し行い、最後に定着器で紙面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ことができる。
【００３３】
なお、上述した形態は本発明を実施するための最良のものであるが、これに限定する主旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】フォトニック結晶光学素子の斜視図である。
【図２】フォトニック結晶光学素子の上面図である。
【図３】フォトニック結晶光学素子の作製工程を示す図である。
【図４】光走査装置の構成を示す図である。
【図５】電子写真プリンタの構成を示した図である。
【図６】特許文献１に記載の図面である。
【図７】特許文献２に記載の図面である。
【図８】特許文献３に記載の図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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