(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変光源からの光を波長分散性を有するフォトニック結晶に入射及び出射させる構成からなり、
前記フォトニック結晶の光出射端面を曲線状に湾曲させ、前記波長可変光源からの光の波長を可変することにより前記光出射端面におけるビーム位置を変更し、出射ビームの出射角度を制御することを特徴とする光ビーム偏向機構。
【請求項２】
請求項１に記載の光ビーム偏向機構と、この偏向機構からの光ビームが照射され、電荷の有無によるトナーの選択的付着及び該トナーの紙への転写に供される感光性ドラムとを具備してなることを特徴とするプリンタ装置。
【請求項３】
２光子吸収により部分的に発光する表示パネルを有するディスプレイ装置であって、
請求項１に記載の光ビーム偏向機構を前記表示パネルの一側面側に配置してなり、該表示パネルに対して光ビームをＸ方向から照射すると共にＹ方向に走査する第１のビーム走査機構と、請求項１に記載の光ビームの偏向機構を前記表示パネルの一側面側に配置してなり、該表示パネルに対して光ビームをＹ方向から照射すると共にＸ方向に走査する第２のビーム走査機構とを具備してなり、
第１及び第２のビーム走査機構による各光ビームの交差部で表示パネルを発光させることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項４】
情報を光学的に記録する光記録媒体に対して対向配置され、該記録媒体に光を照射する請求項１に記載の光ビーム偏向機構と、この偏向機構から照射された光の前記記録媒体における透過光又は反射光を検出する受光素子とを具備してなることを特徴とする光記録・再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを高速で偏向又は走査するための光ビーム偏向機構と、それを用いた各種システム装置（プリンタ装置，ディスプレイ装置，光記録・再生装置。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の光ビーム偏向装置や光ビーム走査装置が知られているが、その大部分は機械的な駆動部分を有している。例えば、レーザプリンタでは光を偏向するためにポリゴンミラーを用いているが、ポリゴンミラーは機械的に回転駆動する必要があり、更に比較的大きな設置空間も必要となる。このため、コンパクト性や低消費電力性、更には信頼性の面で更なる向上が求められている。
【０００３】
また、電気的に光ビームを偏向することで駆動部分を無くす方法も考えられるが、この場合には僅かに偏向することができるに過ぎず、実用性に乏しいものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、光ビーム偏向装置や光ビーム走査装置においては、コンパクト性や低消費電力性、更には信頼性の向上が求められてきたが、これらの特性を満足する構成は実現できていないが現状であった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、機械的駆動を必要とすることなく、光ビームを高速で且つ大きく偏向することのできる光ビーム偏向機構と、それを用いた各種システム装置（プリンタ装置，ディスプレイ装置，光記録・再生装置）を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【０００７】
即ち本発明は、光ビームを電気的に偏向するための光ビーム偏向機構において、波長可変光源からの光を波長分散性を有するフォトニック結晶に入射及び出射させる構成からなり、前記フォトニック結晶の光出射端面を曲線状に湾曲させ、前記波長可変光源からの光の波長を可変することにより前記光出射端面におけるビーム位置を変更し、出射ビームの出射角度を制御することを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) フォトニック結晶は、酸化シリコン中に円柱状のシリコンを周期的、或いは周期をずらして１ペア以上配列したものであること。
(2) 波長可変光源は、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）の半導体レーザであること。
【００１０】
(3) フォトニック結晶の光入射側端面に低反射ミラーを、反対側の端面に高反射ミラーを設けたこと。
【００１１】
また本発明は、電荷の有無によるトナーの選択的付着及び該トナーの紙への転写に供される感光性ドラムを備えたプリンタ装置において、感光性ドラムに光ビームを照射する手段として、前記の波長可変光源及びフォトニック結晶からなる光ビーム偏向機構を用いることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、２光子吸収により部分的に発光する表示パネルを有するディスプレイ装置であって、前記の波長可変光源及びフォトニック結晶からなる光ビーム偏向機構を前記表示パネルの一側面側に配置してなり、該表示パネルに対して光ビームをＸ方向から照射すると共にＹ方向に走査する第１のビーム走査機構と、前記の波長可変光源及びフォトニック結晶からなる光ビーム偏向機構を前記表示パネルの一側面側に配置してなり、該表示パネルに対して光ビームをＹ方向から照射すると共にＸ方向に走査する第２のビーム走査機構とを具備してなり、第１及び第２のビーム走査機構による各光ビームの交差部で表示パネルを発光させることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、光記録・再生装置において、情報を光学的に記録する光記録媒体に対して対向配置され、該記録媒体に光を照射する前記の波長可変光源及びフォトニック結晶からなる光ビーム偏向機構と、この偏向機構から照射された光の前記記録媒体における透過光又は反射光を検出する受光素子とを具備してなることを特徴とする。
【００１４】
（作用）
本発明におけるフォトニック結晶とは、２種類以上の媒質を周期的或いは周期をずらして１ペア以上並べることにより光学的バンドを形成し、光の異方性や分散性を持たせたり、バンドギャップを生成して、ある特定の波長域の光が伝搬できないようにした人工結晶である。結晶構造は１次元的なものから３次元的なものまで可能である。フォトニックバンドギャップの概念は文献（E.Yabolnovitch.Phys.Rev.Lett..58,p2059.1987）で提案された。
【００１５】
このようなフォトニック結晶を前述の波長可変光源と組み合わせて配置することにより、僅かな波長の変化に応じてフォトニック結晶からの光の出射方向が異なるため、光ビームを偏向及び走査することができる。そしてこの場合、機械的駆動部を要することがないので、設置スペースの削減，低消費電力化，信頼性向上等の効果が得られる。
【００１６】
また、このような光ビーム偏向機構をプリンタ装置，ディスプレイ装置，光記録・再生装置等に適用することにより、装置構成の小型化，低消費電力化，信頼性向上等に寄与することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光ビーム偏向機構の概略構成を示す図である。
【００１９】
図中の１１０は分布ブラッグ反射型の波長可変レーザであり、電流制御により発振波長を６５０ｎｍから６６０ｎｍまで可変できるようになっている。１３０は酸化シリコン膜１３１内に円柱状のシリコン１３２を周期的に並べたフォトニック結晶であり、波長６５０ｎｍ付近の光に対し強い波長分散性を有するように設計されている。
【００２０】
フォトニック結晶１３０は数ｍｍ角の大きさに形成され、波長可変レーザ１１０からの光ビームはフォトニック結晶１３０の一側面に入射され、他の側面から出射されるようになっている。また、光ビームの入射方向は、シリコン柱の立設方向と直交する方向となっている。
【００２１】
このような構成において、波長可変レーザ１１０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１３０内での光ビームの進行方向が変化し、これにより光ビームの偏向方向が大きく変化した。このように本構成を用いることにより、電流制御で簡便に且つ効率良く光ビームを偏向することが可能である。また、波長可変レーザ１１０により波長を連続的に可変させることにより、光ビームを走査することが可能である。
【００２２】
前記したようにフォトニック結晶１３０の大きさは数ｍｍ角であり、図１の構成ではフォトニック結晶１３０から出射する光ビームの出射位置は変わるが出射角度は平行なので、光ビームの偏向・走査幅は数ｍｍとあまり大きいものではない。そこで、図２（ａ）に示すように、フォトニック結晶１３０の光出射端面を曲線状に湾曲させるように構成することにより、光ビームの出射角度を変えることができ、光ビームの偏向・走査範囲を拡大することができる。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、フォトニック結晶１３０の一方の端面に高反射コート１３５を設けて光ビームを折り返すように構成すれば、光ビームの走査範囲を２倍に拡大することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる光ビーム偏向機構の概略構成を示す図である。
【００２５】
図中の３１０は波長可変レーザであり、熱効果により波長を変化させることができるようになっている。３３０は酸化シリコン３３１内に円柱状シリコン３３２を規則的に配列してなるフォトニック結晶である。フォトニック結晶３３０の円柱状シリコン３３２を一部除去して光導波路３５２が形成されている。この光導波路３５２は、入射光ビームが平行に進行するメイン導波路３５２ａと、これから分岐した複数のサブ導波路３５２ｂからなっている。
【００２６】
メイン導波路３５２ａとサブ導波路３５２ｂとの分岐点には、波長選択のための光学的欠陥領域３５３が設けられている。欠陥領域３５３には、導波路の途中に周囲の円柱状シリコン３５２とは屈折率の異なる円柱状シリコン３３３が設けられている。そして、この円柱状シリコン３３３の屈折率の大きさを制御することにより、光を所望のサブ導波路３５２ｂに導くことができるようになっている。サブ導波路３５２ｂの先端部には、紙面に垂直方向に設けたフォトニック結晶からなる垂直導波路３５４がそれぞれ設けられており、これらの垂直導波路３５４の端面から光ビームが出射する構造となっている。
【００２７】
このような構成であれば、フォトニック結晶３３０に入射した光ビームは、該ビームの波長に対応する円柱状シリコン３３３を有するサブ導波路３５２ｂに導かれることになり、いずれかの垂直導波路３５４の端面から出射される。従って、円柱状シリコン３３３の屈折率を各々適切に設定しておけば、波長可変レーザの発振波長を僅かに変化させるだけで、２次元に配列された垂直導波路３５４のうち所望の場所を発光させることが可能となる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係わるレーザプリンタ装置の主要部構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２９】
波長可変レーザ１１０及びフォトニック結晶１３０からなる波長偏向機構は第１の実施形態と同様であり、この波長偏向機構からの光ビームがレーザプリンタの感光性ドラム４００上に照射されるようになっている。感光性ドラム４００上に光ビームが照射されると、ドラム４００上の電荷を除去することができる。これ以降の工程は、従来のレーザプリンタ等と同じくドラム４００上の電荷の残っている領域にトナーを付着させて紙に転写した後、焼き付けを行うことによって、画像データやテキストデータ等を印刷することができる。
【００３０】
本実施形態では、光ビームを走査するのに従来のポリゴンミラーの代わりに、波長可変レーザ１１０及びフォトニック結晶１３０からなる光ビーム走査機構を用いることにより、ポリゴンミラーのような機械的可動部分を無くすことができる。このため、装置構成の小型化、低コスト化、高信頼化が可能である。
【００３１】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係わるディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【００３２】
図中の５１０，５２０は波長可変レーザ、５３０，５４０はフォトニック結晶であり、光を偏向・走査する原理は第１の実施形態と同様である。５５０は表示パネルであり、このパネル５５０はＣａＦ2 にＥｒをドープした結晶からなり、２光子吸収により発光するものである（IEEE TRNSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol.ED-18, No.9, p724-732, SEPTENBER 1971）。
【００３３】
本構成では、波長可変レーザ及びフォトニック結晶からなる光ビーム走査機構装置を２台、９０度異なる向きで配置し、各々の走査機構によりＣａＦ2 結晶からなる表示パネル４０４の所望位置を光ビームで照射することができる。
【００３４】
具体的には、波長可変レーザ５１０及びフォトニック結晶５３０からなる光ビーム走査機構により、表示パネル５５０に対してＸ方向に光ビームを照射すると共に、Ｙ方向位置を変えることができる。さらに、波長可変レーザ５２０及びフォトニック結晶５４０からなる光ビーム走査機構により、表示パネル５５０に対してＹ方向に光ビームを照射すると共に、Ｘ方向位置を変えることができる。そして、２台の光ビーム走査機構からの光ビームが交差する部分５５１で発光を生じさせることができる。
【００３５】
このように本実施形態では、２台の光ビーム走査機構による光ビームの走査によりパネル５００の所望位置を選択的に発光させることができ、さらに各走査機構による光ビームの連続的な走査によってパネル５００上に所望の画像を形成することが可能である。そしてこの場合、構成が単純であるため、低コストでディスプレイ装置が得られるという利点がある。
【００３６】
（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係わる光記憶装置の模式構造を示す図である。
【００３７】
図中の６０１は第１の実施形態で説明したような光ビーム偏向機構、６０２は光記憶媒体、６０３は受光素子であり、光記録媒体６０２を挟んで光ビーム偏向機構６０１と受光素子６０３が対向配置されている。光記録媒体６０２は、各々の記憶セル毎に、記憶した情報に対応して透明度が異なるように設定してある。
【００３８】
このような構成において、光ビーム偏向機構６０１により光ビームを偏向することにより所望の記憶セルに光ビームを照射することができるため、このときの受光素子６０３の出力から、選択した記憶セルの記憶情報を読み出すことができる。そしてこの場合、光を走査するための回転機構などの駆動部分はなく、高速での読み出しと共に低消費電力化が可能である。
【００３９】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。フォトニック結晶の材質は、酸化シリコン及び円柱状シリコンに何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、波長可変光源はＤＢＲレーザに限るものではなく、電気的に波長を可変しうるものであれば用いることができる。
【００４０】
また、第５の実施形態において、記録媒体６０２における透過光の代わりに反射光を検出するようにしてもよい。また、記録媒体を回転させることにより、記憶容量の拡大をはかるようにしてもよい。
【００４１】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、波長可変光源からの光を波長分散性を有するか或いは複数の欠陥モードを有するフォトニック結晶に入射及び出射させる構成として、該波長可変光源からの光の波長を微小量可変することにより出射ビームの偏向を制御し、光ビームを走査することができる。このため、従来得られなかった高性能の光ビーム偏向機構を実現することができる。
【００４３】
そして、この光ビーム偏向機構を用いることにより、プリンタ装置，ディスプレイ装置，光記録・再生装置等を低コストで実現することが可能となり、その信頼性も高く、本発明の有用性は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる光ビーム偏向機構の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の変形例を示す図。
【図３】第２の実施形態に係わる光ビーム偏向機構の概略構成を示す図。
【図４】第３の実施形態に係わる光ディスプレイ装置の要部構成を示す図。
【図５】第４の実施形態に係わるレーザプリンタ装置の要部構成を示す図。
【図６】第５の実施形態に係わる光記録・再生装置の要部構成を示す図。
【符号の説明】
１１０，３１０，５１０，５２０…波長可変レーザ
１３０，３３０，５３０，５４０…フォトニック結晶
１３１，３３１…酸化シリコン
１３２，３３２，３３３…円柱状シリコン
１３５…高反射コート
３３３…屈折率の異なる円柱状シリコン
３５２…光導波路
３５３…光学的欠陥領域
３５４…垂直導波路
４００…感光性ドラム
５５０…表示パネル
５５１…光ビーム交差位置（発光点）
６０１…光ビーム走査機構
６０２…光記録媒体
６０３…受光素子
【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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