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JP4833566B2 - Optical scanning device and image forming apparatus and printer using the same - Google Patents
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JP4833566B2 - Optical scanning device and image forming apparatus and printer using the same - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to an optical scanning technique used in an image forming apparatus including a copying machine, a printer, a laser exposure apparatus, a display apparatus, and the like, and more particularly, downsizing and high performance of an optical scanning system and an image forming apparatus using the optical scanning system. The present invention relates to an optical scanning technique suitable for realizing a low cost.

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。   In an image forming apparatus including a copying machine, a printer, a laser exposure device, a display device, and the like, an optical scanning device that deflects and scans light is used.

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。   For example, a polygon mirror type optical scanning device disclosed in Patent Document 1 is an optical scanning device that is most frequently used in current copying machines, electrophotographic printers, and the like. In this polygon mirror system, light can be scanned by rotating a polygon mirror having a plurality of reflecting surfaces at high speed and applying light to the reflecting surfaces.

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。   FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a conventional polygon mirror type optical scanning apparatus. In FIG. 17, reference numeral 1751 denotes a light source, which is composed of a four-beam semiconductor laser that emits four beams. 1752 is a collimator lens, 1753 is a stop, 1732 is a cylindrical lens, 1702 is a polygon mirror as an optical deflector, 1722 is a spherical lens (first scanning lens), 1726 is a toric lens (second scanning lens), and 1755. Is a parallel plate glass as an optical member (interval adjustment member), and in the sub-scanning direction according to the amount detected by the photodetector 1730 (position shift information in the sub-scanning direction of a plurality of beams scanned on the photosensitive drum). Thus, the drawing position (scanning start position) in the sub-scanning direction of a plurality of beams that scan on the photosensitive drum (photosensitive member) 1727 is adjusted.

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。   As another method of the conventional optical scanning device, for example, there is an optical scanning device disclosed in Patent Document 2 in which light emitting elements such as LEDs and organic ELs are arranged in an array.

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。   FIG. 18 is a block diagram showing a configuration example of a conventional optical scanning device in which light emitting elements are arranged in an array. This optical scanning device has a configuration in which organic EL elements are arranged in an array, and any organic It is possible to scan the light by controlling and lighting the EL element.

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。   In the optical scanning device shown in the figure, on the glass substrate 1808, approximately the same number of signal electrodes 1809 as the number of dots of the organic EL are arranged. Each signal electrode 1809 is electrically connected to the transparent electrode 1811 through a first contact hole 1810 made of an insulating film. The transparent electrode 1811 is opposed to the electron injection electrode 1815 in the second contact hole 1812 of the insulating film with the hole transport layer 1813 and the light emitting layer 1814 interposed therebetween.

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。   Since the second contact holes 1812 of this insulating film correspond to the light emitting region, they are arranged on a straight line at equal intervals. The electron injection electrode 1815 is electrically connected to the common electrode 1818 in the first contact hole 1816 of the protective film. The protective film second contact hole 1817 is necessary to electrically connect the signal electrode 1809 and the transparent electrode 1811 because the protective film is formed between the signal electrode 1809 and the transparent electrode 1811.

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。   Further, as a conventional optical scanning device, for example, there is an optical scanning device using a large wavelength dispersion characteristic of a photonic crystal, which is proposed in Patent Document 3 and the like.

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。   FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an optical scanning device using the large wavelength dispersion characteristic of a conventional photonic crystal. This optical scanning device periodically inserts cylindrical silicon 19132 in a silicon oxide film 19131. Using the photonic crystal 19130 and the wavelength tunable laser 19110 arranged in the above, the current flowing through the wavelength controller of the wavelength tunable laser 19110 is changed, and the wavelength is changed from 650 nm to 660 nm, whereby the light beam in the photonic crystal 19130 is changed. The traveling direction is changed, thereby changing the deflection direction of the light beam greatly to perform optical scanning.

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。   However, the above-described polygon mirror method requires a mechanical drive unit that mechanically rotates the mirror, which causes a problem in terms of reliability that mechanical wear occurs, and noise is generated. There is a problem. Furthermore, there is a problem in that it occupies a relatively large space, and the size of a printer or the like using the space increases.

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。   On the other hand, an optical scanning device in which light emitting elements such as LEDs and organic ELs are arranged in an array forms a light emitting element and turns on an arbitrary light emitting element. It does not occur, and the occupied space is relatively small, and the printer device can be downsized.

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。   However, in an optical scanning device in which LEDs are arranged in an array as light emitting elements, it is very difficult to produce a very long LED array chip, so it is necessary to mount a plurality of LED array chips side by side. Since accuracy greatly affects the print quality, it is necessary to implement with high accuracy, leading to an increase in cost.

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。   Further, the LED array has a problem of light emission variation that greatly affects the print quality. Although there is a technique for adjusting the light emission variation for each bit by cutting a part of the electrode with a laser beam as in Patent Document 4, the number of processes increases, leading to an increase in cost.

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。   In an optical scanning device in which organic EL elements are arranged in an array as a light emitting element, as shown in Patent Document 2 (see FIG. 18), long ones can be manufactured in a lump, so there is no mounting process and low cost. In addition, there is relatively little variation in light emission. However, the organic EL element has a problem that the lifetime is shorter than that of the LED, and the luminance gradually decreases as the cumulative lighting time becomes longer.

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。   To solve this problem, the light emission intensity per unit area is lowered due to the structure as in the technique described in Patent Document 5, or the lifetime is increased. Alternatively, as in the technique described in Patent Document 6, organic EL is used. It is possible to arrange multiple lines in an array, and when the line in use reaches the end of its life, it is possible to switch to another line to substantially extend the life. However, the structure becomes complicated, and the organic EL low cost and small size. There is a problem in that the advantage of conversion is impaired. Furthermore, the organic EL array has a short lifetime and is not a fundamental solution to the problem of gradually decreasing brightness.

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。   In addition, the optical scanning device composed of the photonic crystal and the wavelength tunable laser does not have a mechanical drive unit, generates no noise, and can downsize the printer device. However, it is necessary to use a special laser called a wavelength tunable laser, and there is a problem that the apparatus becomes expensive.

特開2003−202510号公報JP 2003-202510 A 特開平9−226172号公報JP-A-9-226172 特開2001−13439号公報JP 2001-13439 A 特開平11−70695号公報JP-A-11-70695 特開2003−54030号公報JP 2003-54030 A 特開2003−1864号公報JP 2003-1864 A

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。   The problem to be solved is that, in the prior art, by using a photonic crystal and a wavelength tunable laser, there is no mechanical drive unit, no noise is generated, and the printer device can be downsized. It is necessary to use a special and expensive laser called a wavelength tunable laser.

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。   The object of the present invention is to solve these problems of the prior art, to provide an optical scanning device with low noise and high reliability at a very small size and at a low price, as well as enabling high-quality optical scanning. It is.

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。   To achieve the above object, according to the present invention, a light source, a scanning unit that scans light from the light source, a scanning range expanding unit that expands a scanning range of light by the scanning unit, and a scan emitted by the scanning range expanding unit. The optical scanning device is constituted by re-scanning range expanding means for emitting light by entering and expanding the scanning range. It should be noted that two or more rescanning range enlarging means may be provided so that the scanning light emitted from the preceding rescanning range enlarging means is sequentially incident and the scanning range is enlarged and emitted. For example, as a scanning unit, a polarizing device that deflects and scans light from a light source by controlling a voltage applied to a photonic crystal formed of a ferroelectric material, and expands a scanning range and a rescanning range. The means uses two types of photonic crystals to form an interface having a deflection angle of 90 °, and determines the incident angle of the scanning light from the scanning means, the scanning range expanding means, or the preceding rescanning range expanding means to the interface. By making the angle larger than 45 °, the scanning range is sequentially enlarged.

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。   According to the present invention, it is possible to increase the scanning range in a small space without using a special laser, and it is possible to scan with high quality light without variation in the amount of light.

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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

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。   First, a technique described in Japanese Patent Application No. 2005-011526 proposed by the present inventor will be described as a technique for addressing the above-described problems of the conventional technique.

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。   In the optical scanning device described in Japanese Patent Application No. 2005-011526, a light source, a deflector in which a photonic crystal is formed of a ferroelectric, and controlled by a voltage applied to the photonic crystal formed of the ferroelectric, The deflection angle is set to 120 by forming the deflection angle of the deflected light made of a dielectric material or a photonic crystal made of a dielectric material and having only one band for the light from the light source. The optical scanning can be performed at an angle of more than 0 °, and the optical scanning system is downsized.

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。   On the other hand, in the optical scanning device according to the present invention, the light source, the scanning means for scanning the light from the light source, the scanning range expanding means for expanding the scanning range of the light by the scanning means, and the scanning range expanding means are provided. An optical scanning device is constituted by re-scanning range expansion means for entering the emitted scanning light and expanding and outputting the scanning range. It should be noted that two or more rescanning range enlarging means may be provided so that the scanning light emitted from the preceding rescanning range enlarging means is sequentially incident and the scanning range is enlarged and emitted. For example, as scanning means, polarized light that deflects and scans light from a light source by controlling a voltage applied to a photonic crystal formed of a ferroelectric material such as PLZT (lead lanthanum zirconate titanate crystal). The scanning range enlarging means and the rescanning range enlarging means use two types of photonic crystals to form an interface with a deflection angle of 90 °, and the scanning means, the scanning range enlarging means, or the previous rescanning range enlarging By making the incident angle of the scanning light from the means to the interface larger than 45 °, the scanning range is sequentially expanded, and the structure different from the technique described in Japanese Patent Application No. 2005-011526 is used. The scanning system is downsized.

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。   Details of the optical scanning apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

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。   1 is a block diagram showing a first configuration example of an optical scanning device according to the present invention, FIG. 2 is a top view of the optical scanning device in FIG. 1, and FIG. 3 is a first scanning range in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration example of the first photonic crystal constituting the enlarging means and the second scanning range enlarging means, FIG. 4 is a photonic band diagram of the TE mode of the first photonic crystal in FIG. 5 is an explanatory view showing a dispersion surface of the TE mode second band of the first photonic crystal in FIG. 3, and FIG. 6 shows the first scanning range expanding means and the second scanning range expanding means in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the second photonic crystal, FIG. 7 is a photonic band diagram of the TE mode of the second photonic crystal in FIG. 6, and FIG. 8 is a photonic band diagram in FIG. Fig. 9 is an enlarged view of Fig. 1. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration example of the first scanning range expanding means in FIG. 1, and FIG. 11 is a first scanning range in FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the enlarging unit and the second scanning range enlarging unit, and FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of deflection characteristics by the first scanning range enlarging unit and the second scanning range enlarging unit in FIG. 13 is a block diagram showing a second configuration example of the optical scanning device according to the present invention.

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。   As shown in FIG. 1, the optical scanning device of this example scans light on an image carrier (photosensitive drum) 1, and includes a light source (semiconductor laser) 9 that emits laser light 8, scanning means 11, and the like. The first scanning range expanding means 15 as the scanning range expanding means of the present invention, the second scanning range expanding means 5 as the rescanning range expanding means of the present invention, and the optical scanning position detector (photodiode) 2 , 3.

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。   The scanning unit 11 includes a photonic crystal 12 formed of a ferroelectric material (PLTZ) and a voltage control unit 10. Electrodes 6 and 7 are formed on both upper and lower surfaces of the photonic crystal 12. The photonic crystal 12 is connected to the voltage control unit 10 and controlled to apply a voltage to deflect the laser beam 8 from the light source (semiconductor laser) 9 to scan. The nick crystal 12 and the voltage control unit 10 constitute a polarizer. As shown in FIG. 2, the photonic crystal 12 has a structure in which holes 13 are periodically formed in a PLZT flat plate, and PLZT and air having different dielectric constants are periodically arranged.

また、第1,第2の走査範囲拡大手段15,5は、誘電体(TiO: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(TiO)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、TiO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、TiO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TiOと空気を周期的に配置した構成となっている。 The first and second scanning range expanding means 15 and 5 are formed of the first photonic crystals 15a and 5a formed of a dielectric (TiO 2 : titanium oxide) and the same dielectric (TiO 2 ). Second photonic crystals 15b and 5b, and have photonic crystal interfaces 14 and 4 between the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b. As described above, the first and second photonic crystals 15a, 5a, 15b, and 5b formed of TiO 2 are also provided with holes (elliptical hole 13a and rectangular hole 13b) in the TiO 2 flat plate as shown in FIG. Are periodically formed, and TiO 2 and air having different dielectric constants are periodically arranged.

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。   Here, a photonic crystal is a structure in which transparent materials having different refractive indexes are periodically arranged in a multidimensional manner, and is known to have characteristics such as photonic band gap, anisotropy, and high dispersibility. Yes.

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)。   It has been reported that the high dispersibility of photonic crystals is a property that the refraction angle changes greatly only by slightly changing the wavelength of light, and that the refraction angle can be changed greatly even if the incident angle is changed slightly. (See H. Kosaka et al., Rhys. Rev. B 58, R10096 (1998)).

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)。   On the other hand, in the case of a photonic crystal formed of a ferroelectric material such as PLZT, the refraction angle is greatly changed by changing the voltage applied to the photonic crystal even if the wavelength and incident angle of light are fixed. It has been reported (see D. Scrimgeour, N. Malkova, S. Kim and V. Gopalan, Appl. Phys. Lett., 82, 3176 (2003)).

図1および図2に示した本例の光走査装置では、TiO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。 In the optical scanning device of this example shown in FIGS. 1 and 2, the first and second photonic crystals 15a, 15b, 5a constituting the first and second scanning range expanding means 15, 5 are made of TiO 2. , 5b, and the photonic crystal 12 constituting the scanning means 11 is formed by PLZT.

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。   In the scanning means 11 of this example, since the voltage control unit 10 is connected to the electrodes 6 and 7 formed on the upper and lower surfaces of the photonic crystal 12, the laser emitted from the semiconductor laser 9 and incident on the photonic crystal 12. The light 8 can be scanned by deflecting it in an arbitrary direction by controlling the voltage applied to the photonic crystal 12.

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。   In this example, the laser beam 8 deflected and scanned by the scanning unit 11 is first incident on the first and second photonic crystals 15a and 15b of the first scanning range expanding unit 15 to expand the scanning range. Next, the scanning light expanded by the first scanning range expansion unit 15 is incident on the first and second photonic crystals 5a and 5b of the second scanning range expansion unit 5 to further increase the scanning range. By enlarging, the laser beam 8 can be scanned over the image carrier 1 over a wide range.

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。   Although the photonic crystal has high wavelength dispersion as described above, the optical scanning position detectors 2 and 3 detect the scanning start position and the scanning end position, and feed back the signals to the voltage controller 10. Thus, even if the emission wavelength of the semiconductor laser 9 slightly varies due to a change in environmental temperature or the like, the laser beam 8 can be normally scanned on the image carrier 1.

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、TiO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。 In this example, as shown in FIG. 3, the first photonic crystals 15a and 5a constituting the first and second scanning range expanding means 15 and 5 are elliptical holes (elliptical holes) in a TiO 2 flat plate. 13a) are arranged two-dimensionally, and the direction of each period (x direction = first period direction, y direction = second period direction) is orthogonal to each other.

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。   The elliptic hole arrangement period (lattice constant) in the x direction (Γ-X direction of the first Brillouin zone) is ax, and the elliptic hole arrangement period (lattice constant) in the y direction (Γ-X ′ direction of the first Brillouin zone) In the present example, ay = 1.25 · ax, that is, ay is 1.25 times ax. The length of the elliptical hole 13a in the x direction is 0.5 times ax, and the length in the y direction is 0.6 times ay. The photonic band diagram at this time is as shown in FIG.

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。   Under such a structural condition, when the normalized frequency (ωa / 2πc) is “0.309”, the dispersion surface of the second band is as shown in FIG. 5, and the wave in the x direction (Γ−X direction) The product of the vector size kx (the magnitude of the wave vector at point A in FIG. 5) and the elliptical hole arrangement period ax is kx · ax = 0.528π, and the wave in the y direction (Γ−X ′ direction). The product of the vector magnitude ky (the magnitude of the wave vector at point B in FIG. 5) and the elliptical hole arrangement period ay is ky · ay = 0.264π, and “kx · ax” and “ky · The ratio to “ay” is 2: 1.

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、TiO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。 On the other hand, the second photonic crystals 15b and 5b constituting the first and second scanning range expanding means 5 have rectangular holes (rectangular holes 13b) in the TiO 2 flat plate as shown in FIG. It is arranged two-dimensionally. Similar to the first photonic crystals 15a and 5a, the directions of the respective periods are orthogonal to each other, and the rectangular hole arrangement period in the x direction and the rectangular arrangement period in the y direction are also the first photonic crystal. The same as the crystal 5a. The length of the rectangular hole in the x direction is 0.68 times that of ax, and the length in the y direction is 0.8 times that of ay. The photonic band diagram at that time is as shown in FIG.

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。   FIG. 8 is an expansion of the normalized frequency on the vertical axis of the photonic band diagram in FIG. 7. When the normalized frequency is “0.309”, no band exists, and in this light the photonic band gap Thus, light does not propagate through the second photonic crystals 15b and 5b.

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。   The structural conditions of the first photonic crystals 15a, 5a and the second photonic crystals 15b, 5b will be specifically described. When the light source is red (wavelength 660 nm), the first photonic crystals 15a, 5a The hole arrangement period (lattice constant) in the x direction of the second photonic crystals 15b and 5b is 203.9 nm, and the hole arrangement period (lattice constant) in the y direction is 254.9 nm. Further, the length of the elliptical holes of the first photonic crystals 15a and 5a is 102.0 nm, the length of the y direction is 153.0 nm, and the rectangular holes of the second photonic crystals 15b and 5b are formed. The length in the x direction is 138.7 nm, and the length in the y direction is 203.9 nm.

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。   When the light source is green (wavelength 532 nm), the arrangement period (lattice constant) of the holes in the x direction of the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b is set to 164.4 nm. The arrangement period (lattice constant) of holes in the y direction is set to 205.5 nm. The length of the elliptical holes of the first photonic crystals 15a and 5a is 82.2 nm, the length of the y direction is 123.3 nm, and the rectangular holes of the second photonic crystals 15b and 5b are formed. The length in the x direction is 111.8 nm, and the length in the y direction is 164.4 nm.

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。   Furthermore, when the light source is blue (wavelength 457 nm), the arrangement period (lattice constant) of the holes in the x direction of the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b is set to 141.2 nm. The arrangement period (lattice constant) of holes in the y direction is 176.5 nm. In addition, the length of the elliptical holes of the first photonic crystals 15a and 5a is set to 70.6 nm, the length of the y direction is set to 105.9 nm, and the rectangular holes of the second photonic crystals 15b and 5b are formed. The length in the x direction is 96.0 nm, and the length in the y direction is 141.2 nm.

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-(2・ay/ax)=68.2°」にしている。 In this example, an angle θ (FIGS. 9 and 10) formed by the interfaces 14 and 4 between the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b and the x direction (Γ-X direction). Reference) is the arc tangent of “2 · ay / ax”, “tan- 1 (2 · ay / ax) = 68.2 °”.

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。   Further, the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal 15a of the first scanning range expanding means 15 and the x direction (Γ of the first photonic crystal 5a of the second scanning range expanding means 5 are shown. -X direction), as shown in FIG.

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。   In such a configuration, the laser beam 8 deflected and scanned by the scanning unit 11 including the photonic crystal 12 formed of the dielectric (PLZT) in FIG. 1 constitutes the first scanning range expansion unit 15. The first photonic crystal 15a enters from a cutting plane parallel to the x direction (Γ-X direction), and the incident light propagates along the first photonic crystal 15a along the y direction. The light is deflected by 90 ° at the interface 14 between the photonic crystal 15a and the second photonic crystal 15b. At this time, the incident angle to the interface 14 between the first photonic crystal 15a and the second photonic crystal 15b is 68.2 °.

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。   Then, the light deflected by 90 ° at the interface 14 propagates along the x direction in the first photonic crystal 15a and is a cut surface parallel to the y direction (Γ-X ′ direction) of the first photonic crystal 15a. It is emitted from.

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。   The scanning light emitted from the first scanning range enlarging unit 15 in this way is then incident on the second scanning range enlarging unit 5. As in the case of the first scanning range expansion unit 15, this scanning light is cut parallel to the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal 5 a constituting the second scanning range expansion unit 5. The incident light enters the surface, propagates along the y direction in the first photonic crystal 5a, and is deflected by 90 ° at the interface 4 between the first photonic crystal 5a and the second photonic crystal 5b. . At this time, the incident angle to the interface 4 between the first photonic crystal 5a and the second photonic crystal 5b is 68.2 °.

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。   The light deflected by 90 ° at the interface 4 propagates along the x direction in the first photonic crystal 5a, and is a cut surface parallel to the y direction (Γ-X ′ direction) of the first photonic crystal 5a. It is emitted from.

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。   FIG. 12 shows the incident positions of the first and second scanning range expanding means 15 and 5 composed of the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b in this example. It is the figure which showed the relationship with the radiation | emission position, and the radiation | emission position is scanned 0-210mm by scanning 0-33.6mm of incident positions, and a scanning range can be expanded 6.25 times.

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。   When light is deflected using a general mirror, the incident angle to the mirror is equal to the reflection angle at the mirror. Therefore, if the light is to be deflected by 90 °, it is necessary to enter the mirror at 45 °. The scanning range is not enlarged.

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。   On the other hand, in the first and second scanning range enlarging means 15 and 5 shown in this example, light to the interface between the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b. Even if the incident angle is 68.2 °, which is larger than 45 °, 90 ° can be deflected at the interface, so that the scanning range can be expanded.

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。   As described above with reference to FIGS. 1 to 12, in the optical scanning device of this example, the photonic crystal 12 formed of ferroelectric (PLZT) and the upper and lower surfaces of the photonic crystal 12 are formed. The scanning means 11 including the electrodes 6 and 7 and the voltage control unit 10 connected to the electrodes 6 and 7 deflects and scans light (laser light 8) according to an external signal, and the light is 2 The interfaces 14 and 4 between the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b of the first and second scanning range expanding means 15 and 5 made of different types of photonic crystals, and the interface 14 , 4 is deflected at 90 ° in spite of 68.2 °, which is larger than 45 °, the scanning range is expanded, and thus the scanning optical system can be made smaller.

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。   The optical scanning device of the present invention is not limited to the example described with reference to FIGS. 1 to 12, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in this example, in the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b, the elliptic hole arrangement period in the x direction and the elliptic hole arrangement period in the y direction are different periods, In addition, the ratio of the size of the elliptical holes 13a to the elliptical array period is also different in the x direction and the y direction, but only one of them may be different. In short, the first and second photonic crystals 15a, 5a, 15b and 5b are arranged with a dielectric constant of one or more of the two or more dielectrics constituting the crystal or a dielectric. It is only necessary that one or more of the ratios of the respective dielectrics in the period of the periodicity or the ratio of the dielectrics having the different dielectric constants arranged periodically are different. Further, the shape of the periodically arranged holes is not elliptical, but may be other shapes such as a rectangle.

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。   Further, in this example, the first photonic crystals 15a and 5a have the same structure in the first scanning range enlarging means 15 and the second scanning range enlarging means 5, but they may have different structures. Further, a scanning range enlarging unit for further enlarging the scanning light expanded and emitted by the second scanning range enlarging unit 5 is provided at the subsequent stage of the second scanning range enlarging unit 5, and further, the subsequent stage of the scanning range enlarging unit. Another scanning range enlarging means may be provided to sequentially expand the scanning range. At this time, the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the preceding scanning range expanding means and the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the succeeding scanning range expanding means They are arranged so as to be orthogonal to each other.

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-(3・ay/ax),tan-(4・ay/ax),…,tan-(n・ay/ax),…にする。 In this example, the ratio of kx · ax to ky · ay is 2: 1, but may be 3: 1, 4: 1,..., N: 1 (n is an integer of 2 or more),. In this case, in accordance with the ratio (n: 1), the value of the angle θ formed by the interface between the first photonic crystal 5a and the second photonic crystal 5b and the x direction (Γ-X direction). Also, tan- 1 (3 · ay / ax), tan- 1 (4 · ay / ax),..., Tan- 1 (n · ay / ax),.

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。   In this example, the ratio of kx · ax to ky · ay is 2: 1 in the first scanning range enlarging unit 15 and the second scanning range enlarging unit 5, but the first The ratio of kx · ax and ky · ay of the scanning range expansion means 15 is 3: 1, and the ratio of kx · ax and ky · ay of the second scanning range expansion means 5 is 2: 1. Different ratios are possible.

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TiOの2次元フォトニック結晶は、TiO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。 The two-dimensional photonic crystal of TiO 2 that is the first photonic crystal 15a, 5a and the second photonic crystal 15b, 5b constituting the first and second scanning range expanding means 15, 5 is TiO 2. After a metal mask is formed on the two substrates by an EB lithography process, a metal film deposition process, and a lift-off process, it can be manufactured by a dry etching process using a fluorocarbon gas. In addition, the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b may be produced in separate steps and finally joined, or may be produced simultaneously on the same substrate.

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。   Further, the first scanning range expanding means 15 and the second scanning range expanding means 5 may be formed on the same substrate.

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。   The PLZT two-dimensional photonic crystal, which is the photonic crystal 12 constituting the scanning means 11, is a pattern exposure of the gel-like photosensitive PLZT film with ultraviolet light, and dissolves the unirradiated portion of the ultraviolet light with an acidic aqueous solution. Then, it can be produced by baking at 400 ° C.

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TiO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。 In this example, TiO 2 is used as a dielectric material for forming the first photonic crystals 15a and 5a and the second photonic crystals 15b and 5b constituting the first and second scanning range expanding means 15 and 5. However, other dielectric materials or ferroelectric materials may be used as long as they are transparent to the light source wavelength.

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。   Further, although PLZT is used as a ferroelectric material for forming the photonic crystal 12 constituting the scanning means 11, any ferroelectric material that is transparent to the light source wavelength may be used. However, PLZT is transparent in the visible light region and has very excellent electro-optical characteristics, and is optimal as a photonic crystal material constituting the optical scanning device of the present invention. Also, the structure of the photonic crystal is a two-dimensional structure in this example, but may be a three-dimensional structure.

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。   In this example, as means for deflecting and scanning light, electrodes 6 and 7 are formed on the upper and lower surfaces of the photonic crystal 12 formed of PLZT, and the voltage applied to the photonic crystal is controlled by the voltage control unit 10. Although the scanning means is used, a scanning means using a polygon mirror or a silicon micromirror, or a scanning means using an acousto-optic device may be used. However, since the scanning means 11 used in this example has no movable part, there is no problem of noise and reliability, and there is no large heat generation as in the acousto-optic element, so that the scanning means constituting the optical scanning device of the present invention. As best.

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。   In this example, the scanning start position and the scanning end position are detected by the optical scanning position detection sensors 2 and 3 and fed back to the voltage control unit 10. However, the optical scanning position is detected at the scanning start position and the scanning position. For example, a position detection sensor 1302 in which laser light emitted from the second photonic crystal 1305a is branched by a beam splitter 1301 and photodiodes are arranged in an array as shown in FIG. The position may always be detected and fed back to the voltage control unit 1310.

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。   Further, a plurality of the optical scanning devices of this example may be arranged in the main scanning direction or the sub-scanning direction, and an effective scanning speed can be increased with a configuration in which a plurality of optical scanning devices are arranged.

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。   Such an optical scanning device is used in an image forming apparatus including a copying machine, a printer, a laser exposure device, a display device, and the like. Hereinafter, a printer using the optical scanning device of this example will be described with reference to FIGS. Will be described.

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。   There are various types of printers that are currently popular, and one of them is an optical writing method that performs optical writing. Typical examples of the optical writing method include an electrophotographic method and a silver salt method.

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。   The silver salt method is a light writing method and is a typical self-luminous type. In this silver salt method, light is directly written on the photographic paper and the light irradiated is the color of the light irradiated after development. A color is developed, and full-color printing can be performed by writing using light of three colors of red (R), green (G), and blue (B).

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。   In addition, a self-coloring type that has recently attracted attention is one that uses a photochromic material. A photochromic material is a material whose color changes reversibly by light, and the part irradiated with light changes to the color of the light. Since it can be returned, it is expected to be a full-color rewritable paper that can be repeatedly written and erased by light.

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。   FIG. 14 is a block diagram showing a first configuration example of a printer using the optical scanning device according to the present invention, and FIG. 15 is a second configuration example of a printer using the optical scanning device according to the present invention. FIG. 16 is a block diagram showing a third configuration example of a printer using the optical scanning device according to the present invention.

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。   In FIG. 14, an electrophotographic printer is shown as an example. This electrophotographic printer has light sources (semiconductor lasers) 9, 1309 and scanning means 11, similar to those shown in FIGS. 1 and 13. 1311, an optical scanning device 140 including first scanning range expanding means 15 and 1315, second scanning range expanding means 5 and 1305, optical scanning position detectors 2 and 3 and 1302, and an image carrier (photosensitive Drum) 141, charging device 140a, developing device 140b, transfer device 140c, fixing device 140e, and cleaner 140f.

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。   In the electrophotographic printer having such a configuration, first, the image carrier (photosensitive drum) 141 is charged by the charger 140a, and the charged image carrier (photosensitive drum) 141 is placed on the charged image carrier (photosensitive drum) 141 by the optical scanning device 140. The laser beam 148 whose intensity is modulated according to the image data is scanned. The area on the image carrier (photosensitive drum) 141 irradiated with the laser beam 148 has a reduced charge amount, and the charge amount is related to the reciprocal of the laser beam 148 dose. An electrostatic latent image is formed.

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。   Next, the toner is adsorbed to the charged portion on the image carrier (photosensitive drum) 141 by the developing device 140b, and the toner on the image carrier (photosensitive drum) 141 is transferred to the transfer paper 140d by the transfer device 140c. The image is formed on the paper surface by transferring and fixing the toner on the transfer paper 140d on the paper surface by the fixing device 140e. Further, the image carrier (photosensitive drum) 141 is cleaned by the cleaner 140f, and the same process is repeated again.

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。   FIG. 15 shows a silver salt printer as an example, and this silver salt printer also includes three optical scanning devices 150a, 150b, and 150c having the same configuration as that shown in FIGS. , A transport roller 151b, a developing device 151c, and a fixing device 151d. In the three optical scanning devices 150a, 150b, and 150c, the wavelengths of the laser beams (G) 158a, (B) 158b, and (R) 158c from the respective light sources are different from each other, and green (G), blue (B), and red (R). The three optical scanning devices 150a, 150b, and 150c are arranged in the sub-scanning direction.

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。   In the silver salt printer of this example having such a configuration, first, three colors of light whose intensity is modulated in accordance with image data by the three optical scanning devices 150a, 150b, and 150c are applied to the silver salt paper 151a. The silver salt paper 151a is exposed by sequentially scanning. Thereafter, development is performed by the developing device 151c, and then fixing is performed by the fixing device 151d, followed by drying, so that printing can be performed on the silver salt paper 151a.

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。   In this example, three optical scanning devices each having RGB (red, green, and blue) as light sources are used. However, by using two or more optical scanning devices, multicolor printing can be performed. Become. However, full-color printing is possible by configuring with three or more optical scanning devices 150a, 150b, and 150c having different light source wavelengths as in this example. At that time, it is necessary to select a wavelength suitable for full-color printing such as RGB. In addition, the structure of the photonic crystal needs to be changed according to the wavelength of the light source.

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。   In this example, printing is performed on the silver salt paper 151a, but it is also possible to print on a color film or other color recording medium in the same manner.

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。   In FIG. 16, a rewritable printer using a rewritable paper made of a photochromic material is shown as an example, and this printer has three optical scanning devices 160a and 160b having the same configuration as that shown in FIG. 1 and FIG. , 160c, a conveyance roller 161b, and an ultraviolet light source (ultraviolet lamp) 161c. In the three optical scanning devices 160a, 160b, and 160c, the wavelengths of the laser beams (G) 168a, (B) 168b, and (R) 168c from the respective light sources are different, and green (G), blue (B), and red (R). The three optical scanning devices 160a, 160b, and 160c are arranged in the sub-scanning direction.

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。   The photochromic material is a material that develops color by irradiation with ultraviolet light and decolors by irradiation with visible light absorbed by the colored material. Three types of photochromic materials were mixed: a yellow material having an absorption spectrum peak near a wavelength of 460 nm, a magenta material having an absorption spectrum peak near a wavelength of 530 nm, and a cyan material having an absorption spectrum peak near a wavelength of 630 nm. For the material coated on the white film, after all materials are colored by UV irradiation, the cyan material is decolored and red when irradiated with red light, and the magenta material is decolored when irradiated with green light. Thus, the green color is displayed, and the portion irradiated with the blue light is decolored by the yellow material to display blue, and a full color image can be displayed.

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)。   In addition, when irradiated again with ultraviolet light, all the materials are colored and the image can be erased, so that it can be used as a rewritable paper that can be rewritten repeatedly (Ikue Kawashima, Hiroyuki Takahashi, Narunobu Hirano, Optics 32, No. 12, 707 (2003)).

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。   In this way, when a photochromic material is irradiated with light of a certain color, the irradiated portion becomes the color of the irradiated light, and when irradiated with ultraviolet light, it can be erased, so that it can be repeatedly rewritten as a rewritable paper. Can be used.

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。   In the printer shown in FIG. 16 having such a configuration, first, a rewritable paper (described as “photochromic paper” in the figure) 161a made of a photochromic material is irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet lamp 161c, and the rewritable paper 161a is already exposed. Erase the image formed on. Next, the rewritable paper 161a from which the image has been erased is sequentially scanned with light of three colors intensity-modulated according to the image data by the three optical scanning devices 160a, 160b, and 160c, and the image on the rewritable paper 161a. Is printed.

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。   In this example, three light scanning devices 160a, 160b, and 160c each using RGB as a light source are used. However, as in the example shown in FIG. 15, two or more light scanning devices are used. Multi-color printing is possible, and full-color printing is possible by comprising three or more optical scanning devices 160a, 160b and 160c having different light source wavelengths. At this time, it is necessary to select a wavelength suitable for full color printing such as RGB. In addition, the structure of the photonic crystal needs to be changed according to the wavelength of the light source.

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。   As described above with reference to FIGS. 1 to 16, in the optical scanning device of this example, the light source, the scanning means for scanning (deflecting) the light from the light source, and the scanning light scanned by this scanning means are used. A first scanning range enlarging unit that enters and expands and emits a scanning range, and a second scanning range that energizes and emits the scanning light emitted by the first scanning range enlarging unit and emits the scanning range Since it is composed of the magnifying means, it is possible to easily manufacture an optical scanning device that does not vary in light quantity, is very small, and does not require a special laser.

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。   In particular, in this example, the scanning means 11 and 1311 are composed of a ferroelectric photonic crystal made of PLZT or the like, and a deflector made up of a voltage control unit for controlling the voltage applied to the photonic crystal. The scanning range expansion means 15 and 1315 and the second scanning range expansion means 5 and 1305 of at least the first photonic crystals 15a, 5a, 1315a and 1305a and the second photonic crystals 15b, 5b, 1315b and 1305b. By providing an interface having a deflection angle of 90 ° formed of two or more types of photonic crystals, and scanning light from the scanning means is incident on the interface at an incident angle of 45 ° or more and deflected by 90 ° at the interface, The scanning range of the scanning light is further expanded to reduce the size of the optical scanning system.

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。   More specifically, the first photonic crystals 15a, 5a, 1315a, and 1305a among the two or more types of photonic crystals constituting the first and second scanning range enlarging means 15, 5, 1315, and 1305 are: A two-dimensional photonic crystal having periodicity in two different directions, or a three-dimensional photonic crystal having periodicity in three different directions, wherein at least two periodic directions are orthogonal, The period in the periodic direction is ax, the period in the second periodic direction is ay, the magnitude of the wave vector in the first periodic direction is kx for the light from the light source, and the wave vector in the second periodic direction is When the magnitude is ky, the ratio between the wave vector magnitude and period kx · ax in the first period direction and the wave vector magnitude and period product ky · ay in the second period direction is n : 1 (n is The second photonic crystals 15b, 5b, 1315b, 1305b have a photonic band gap with respect to the light from the light source (laser beams 8, 1308), and the first photonic crystals 15b, 5b, 1315b, 1305b have a photonic band gap. The angle formed by the interfaces 4, 14, 1304, 1314 with the photonic crystals 15a, 5a, 1315a, 1305a and the first periodic direction is an arc tangent of n · ay / ax. .

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。   Also, the first photonic crystals 15a and 1315a of the first scanning range expanding means 15 and 1315 and the first photonic crystals of the second scanning range expanding means 5 and 1305 are in the x direction (Γ-X direction). 5a and 1305a are arranged so as to be orthogonal to the x direction (Γ-X direction).

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。   In this example, the first photonic crystals 15a, 5a, 1315a, 1305a and the second photonic crystals 15b, 5b, 1315b, 1305b are one or more of two or more dielectrics constituting each of them. The dielectric constant of each of the dielectrics, or the period in which the dielectrics are arranged, or the periodically occupied dielectrics having different dielectric constants, at least one of the proportions of the respective dielectrics being different, To do.

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。   Further, in this example, the first photonic crystals 15a, 5a, 1315a, 1305a are periods in which dielectrics having different dielectric constants are arranged in the first periodic direction and the second periodic direction which are orthogonal to each other. Alternatively, the dielectrics having different dielectric constants arranged periodically are configured so that one or more of the proportions of the respective dielectrics are different.

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。   In this example, the scanning position detected by the detectors 2, 3 and 1302 for detecting the scanning position is fed back to the control unit of the deflector to control the deflection / scanning of the light.

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。   In this example, by arranging two or more of such optical scanning devices in the main scanning direction or the sub-scanning direction, the scanning speed can be effectively increased and high-speed scanning is possible. In particular, by arranging two or more optical scanning devices having different light source wavelengths in the sub-scanning direction, the optical scanning device can be used in a multi-color printer, and more than three types of optical scanning devices having different light source wavelengths can be used. By arranging three or more in the scanning direction, it can be used in a full-color printer.

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。   Further, in this example, by using such an optical scanning device for a printer, an electrophotographic printer, a silver salt color printer, and a rewritable, which are very small, inexpensive, low noise, and highly reliable. A paper color printer can be easily realized.

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。   In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-16, and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary. For example, in this example, an example in which the optical scanning apparatus according to the present invention is used in a printer apparatus is shown. However, the optical scanning apparatus is used in an image forming mechanism such as an electronic copying machine, a display apparatus, or a laser exposure apparatus. These devices can be reduced in size and performance.

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。It is a block diagram which shows the 1st structural example of the optical scanning device concerning this invention. 図1における光走査装置の上面図である。FIG. 2 is a top view of the optical scanning device in FIG. 1. 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。It is explanatory drawing which shows the structural example of the 1st photonic crystal which comprises the 1st scanning range expansion means and the 2nd scanning range expansion means in FIG. 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。FIG. 4 is a photonic band diagram of a TE mode of the first photonic crystal in FIG. 3. 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。It is explanatory drawing which shows the dispersion surface of the 2nd band of TE mode of the 1st photonic crystal in FIG. 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。It is explanatory drawing which shows the structural example of the 2nd photonic crystal which comprises the 1st scanning range expansion means and the 2nd scanning range expansion means in FIG. 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。FIG. 7 is a photonic band diagram of a TE mode of the second photonic crystal in FIG. 6. 図7におけるフォトニックバンド図の拡大図である。It is an enlarged view of the photonic band diagram in FIG. 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。It is explanatory drawing which shows the structural example of the 2nd scanning range expansion means in FIG. 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。It is explanatory drawing which shows the structural example of the 1st scanning range expansion means in FIG. 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。It is explanatory drawing which shows the structural example of the 1st scanning range expansion means and the 2nd scanning range expansion means in FIG. 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。It is explanatory drawing which shows the example of a deflection characteristic by the 1st scanning range expansion means and the 2nd scanning range expansion means in FIG. 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。It is a block diagram which shows the 2nd structural example of the optical scanning device concerning this invention. 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。1 is a block diagram illustrating a first configuration example of a printer using an optical scanning device according to the present invention. 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。It is a block diagram which shows the 2nd structural example of the printer using the optical scanning device concerning this invention. 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。It is a block diagram which shows the 3rd structural example of the printer using the optical scanning device concerning this invention. 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。It is a block diagram which shows the structural example of the conventional optical scanning apparatus of a polygon mirror system. 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。It is a block diagram which shows the structural example of the optical scanning device which arranged the conventional light emitting element in the array form. 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。It is a block diagram which shows the structural example of the optical scanning apparatus using the big chromatic dispersion characteristic of the conventional photonic crystal.

符号の説明Explanation of symbols

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。   1, 141: image carrier (photosensitive drum), 2, 3, 153, 1302: optical scanning position detector, 4, 14, 1304, 1314: photonic crystal interface, 5, 1305: second scanning range expanding means 5a, 15a, 1305a, 1315a: first photonic crystal, 5b, 15b, 1305b, 1315b: second photonic crystal, 6, 7, 1306, 1307: electrode, 8, 1308: laser light, 9. 1309: Light source (semiconductor laser) 10, 1310: Voltage controller 11, 1311: Scanning means 12, 1312: Ferroelectric (PLZT) photonic crystal, 13: hole, 13a: elliptical hole, 13b: rectangular Holes, 151315: first scanning range expanding means, 1301: beam splitter, 140a: charger, 140b, 151c: developer, 140c: 140 d: transfer paper, 140 e, 151 d: fixing device, 140 f: cleaner, 148: laser light, 151 a: silver salt paper, 151 b, 161 b: transport roller, 150 a, 160 a: optical scanning device (G), 150 b, 160b: optical scanning device (B), 150c, 160c: optical scanning device (R), 158a, 168a: laser light (G), 158b, 168b: laser light (B), 158c, 168c: laser light (R), 161a: photochromic paper, 161c: ultraviolet light source (ultraviolet lamp), 1702: polygon mirror, 1722: spherical lens (first scanning lens), 1726: toric lens (second scanning lens), 1727: photosensitive drum (photosensitive) Body), 1730: photodetector, 1732: cylindrical lens, 1751: light source means 1752: Collimator lens, 1753: Aperture, 1755: Parallel flat glass, 1808: Glass substrate, 1809: Signal electrode, 1810: First contact hole of insulating film, 1811: Transparent electrode, 1812: Second contact hole of insulating film 1813: hole transport layer, 1814: light emitting layer, 1815: electron injection electrode, 1816: first contact hole of protective film, 1817: second contact hole of protective film, 1818: common electrode, 19110: wavelength tunable laser, 19130: Photonic crystal, 19131: Silicon oxide film, 19132: Cylindrical silicon.

Claims (19)

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
を有し、
上記走査範囲拡大手段および上記再走査範囲拡大手段のそれぞれは、少なくとも、第1のフォトニック結晶と、該第1のフォトニック結晶との界面で光を直角に曲げる第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°より大きく90°未満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。
A light source;
Scanning means for scanning light from the light source;
A scanning range expanding means for entering the scanning light scanned by the scanning means and expanding and outputting the scanning range;
Re-scanning range expanding means for entering the scanning light emitted by the scanning range expanding means and expanding and outputting the scanning range;
Each of the scanning range expanding means and the rescanning range expanding means has at least a first photonic crystal and a second photonic crystal that bends light at a right angle at an interface between the first photonic crystal and the first photonic crystal. And
The scanning light is incident on the first photonic crystal and propagates straight,
An optical scanning device characterized in that the scanning light propagating in a straight line is incident on the interface at an incident angle greater than 45 ° and less than 90 ° and deflected by 90 °.
光源と、
該光源からの光を偏向走査する走査手段と、
該走査手段によって偏向走査された各光を入射して平行にすると共に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
を有し、
上記走査範囲拡大手段と上記再走査範囲拡大手段のそれぞれは、
入射面に入射された光を直進伝搬する第1のフォトニック結晶と第2のフォトニック結晶を具備し、
該第2のフォトニック結晶は、上記第1のフォトニック結晶の入射面に対して45°より大きく90°未満の界面を形成するよう該第1のフォトニック結晶に接合され、
上記走査範囲拡大手段は、
上記走査手段からの各偏向走査光を上記第1のフォトニック結晶に入射し、該第1のフォトニック結晶において各走査光を入射面に直角方向にそれぞれ平行にして直進伝搬して、上記第2のフォトニック結晶との界面で各走査光を直角に曲げて上記第1のフォトニック結晶から出射し、
上記再走査範囲拡大手段は、
上記走査範囲拡大手段の上記第1のフォトニック結晶から出射してきた平行な各走査光を、上記再走査範囲拡大手段の第1のフォトニック結晶に入射して平行に直進伝搬し、上記再走査範囲拡大手段の第2のフォトニック結晶との界面で各走査光を直角に曲げて上記再走査範囲拡大手段の第1のフォトニック結晶から出射する
ことを特徴とすることを特徴とする光走査装置。
A light source;
Scanning means for deflecting and scanning light from the light source;
A scanning range enlarging unit for making each light deflected and scanned by the scanning unit incident and parallel, and enlarging and emitting the scanning range;
Re-scanning range expanding means for entering the scanning light emitted by the scanning range expanding means and expanding and outputting the scanning range;
Each of the scanning range expanding means and the rescanning range expanding means is:
Comprising a first photonic crystal and a second photonic crystal that travel straight through the light incident on the incident surface;
The second photonic crystal is bonded to the first photonic crystal so as to form an interface of greater than 45 ° and less than 90 ° with respect to the incident surface of the first photonic crystal;
The scanning range expanding means includes
Each deflected scanning light from the scanning means is incident on the first photonic crystal, and each scanning light is propagated straight in the first photonic crystal in a direction perpendicular to the incident surface. Each scanning light is bent at a right angle at the interface with the two photonic crystals and emitted from the first photonic crystal,
The rescanning range expanding means is
Each parallel scanning light emitted from the first photonic crystal of the scanning range expanding means is incident on the first photonic crystal of the rescanning range expanding means and propagates straight in parallel, and the rescanning is performed. Optical scanning characterized in that each scanning light is bent at a right angle at the interface with the second photonic crystal of the range expanding means and emitted from the first photonic crystal of the rescanning range expanding means. apparatus.
請求項1もしくは請求項2のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記第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。
The optical scanning device according to claim 1 , wherein:
The first photonic crystal and the second photonic crystal are:
The dielectric constant of one or more of the two or more dielectrics comprising each;
Alternatively, the period for arranging the dielectric,
Alternatively, the optical scanning device is characterized in that one or more of the proportions of the respective dielectrics differ among the periodically disposed dielectrics having different dielectric constants.
請求項1から請求項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。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
The first photonic crystal is
A two-dimensional photonic crystal having periodicity in two different directions or a three-dimensional photonic crystal having periodicity in three different directions, and at least two periodic directions (first periodic direction, second periodicity) Direction) and the product ax · kx of the period ax in the first periodic direction and the magnitude kx of the wave vector for the light from the light source in the first periodic direction, and the second The ratio of the product ay · ky of the period ay in the periodic direction and the magnitude ky of the wave vector to the light from the light source in the second periodic direction is n: 1 (n is an integer of 2 or more),
The second photonic crystal is
It has a photonic band gap with respect to light from the light source, and an angle formed between the interface with the first photonic crystal and the first periodic direction is an arctangent of n · ay / ax. An optical scanning device characterized by comprising:
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。
The optical scanning device according to claim 4,
The x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the scanning range expanding means and the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the rescanning range expanding means are orthogonal to each other. An optical scanning device characterized by being arranged in the above.
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。
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 5,
An optical scanning device comprising two or more rescanning range expanding means, sequentially entering the scanning light emitted from the preceding rescanning range expanding means and expanding the scanning range.
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。
The optical scanning device according to claim 6,
The x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the preceding rescanning range expanding means, and the x direction (Γ-X direction) of the first photonic crystal of the following rescanning range expanding means, Are arranged so as to be orthogonal to each other.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の光走査装置であって、
上記第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。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
The first photonic crystal has a period in which dielectrics having different dielectric constants are arranged in a first periodic direction and a second periodic direction that are orthogonal to each other, or a dielectric constant that is periodically arranged. Any one or more of the proportions of the different dielectrics are different from each other.
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。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 8,
The scanning means includes a photonic crystal formed of a ferroelectric, and a voltage control means for controlling a voltage applied to the photonic crystal,
An optical scanning device characterized in that the voltage applied to the photonic crystal is controlled by the voltage control means to control the deflection of light incident on and emitted from the photonic crystal.
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。
The optical scanning device according to claim 9, wherein
An optical scanning device, wherein the photonic crystal is PLZT.
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。
The optical scanning device according to any one of claims 1 to 10,
Having a detector for detecting the scanning position of the light;
An optical scanning device characterized in that a scanning position detected by the detector is fed back to deflection control of the scanning means.
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。   12. An optical scanning device comprising two or more optical scanning devices according to claim 1 arranged in the main scanning direction. 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。   12. An optical scanning device comprising two or more optical scanning devices according to claim 1 arranged in the sub-scanning direction. 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。
The optical scanning device according to claim 13,
The optical scanning device characterized in that each of the two or more optical scanning devices arranged in the sub-scanning direction has a different light source wavelength.
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。   12. An optical scanning device comprising at least three optical scanning devices according to claim 1 arranged in the sub-scanning direction and having different light source wavelengths. 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。
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 15,
Exposure control means for controlling the intensity of light scanned by the optical scanning device according to image data;
An image forming apparatus comprising: an image generating unit configured to receive light from the optical scanning device controlled by the exposure control unit on a light receiving medium and generate the image pattern.
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。
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 15,
Exposure control means for controlling the intensity of light scanned by the optical scanning device according to image data;
An image carrier on which an electrostatic latent image is formed by light from the optical scanning device controlled by the exposure control means;
A developing device for developing an electrostatic latent image on the image carrier;
A transfer unit for transferring an image developed by the developing unit to transfer paper;
An image forming apparatus comprising: a fixing device that fixes an image transferred onto the transfer paper.
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。
An optical scanning device according to claim 15,
Exposure control means for controlling the intensity of light scanned by the optical scanning device according to image data;
A developing unit that develops an image formed on the silver salt paper by light from the optical scanning device controlled by the exposure control unit; and a fixing unit that fixes the image developed by the developing unit. Characteristic silver salt color printer.
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。
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 15,
Exposure control means for controlling the output of light scanned by the optical scanning device in accordance with image data;
An ultraviolet light source that generates ultraviolet light for erasing an image formed on the rewritable paper by the light from the optical scanning device controlled by the exposure control means,
A rewritable printer, wherein a new image is formed on a rewritable paper from which an image has been erased by the ultraviolet light source.
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