JP2001004942A - Image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザービームの走
査によって像担持体上に潜像を形成する画像形成装置に
関する。The present invention relates to an image forming apparatus for forming a latent image on an image carrier by scanning with a laser beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、レーザービームにより像担持体上
に静電潜像を形成し、電子写真プロセスにより紙上に高
速に印刷を行なう画像形成装置が、コンピュータ、ファ
クシミリ、多機能複写機等の出力装置として広く用いら
れてきた。そして、近年、出力速度の向上がより一層望
まれ、その改良が進んでいる。2. Description of the Related Art Conventionally, an image forming apparatus which forms an electrostatic latent image on an image carrier by a laser beam and prints on paper at a high speed by an electrophotographic process has been used in an output of a computer, a facsimile, a multifunctional copying machine, or the like. It has been widely used as a device. In recent years, further improvement in output speed has been desired, and the improvement has been progressing.
【0003】例えば回転多面鏡型偏向装置を用いた画像
形成装置では、その鏡面の小面の1つにつき1本のレー
ザービームを偏向させて1本の走査線を描くので、単位
時間当りの走査数を増加させるには、回転多面鏡の小面
の数が一定の場合、その回転数が大きくなる。逆に回転
数が一定の場合には、回転多面鏡の面数が増加する。回
転多面鏡の回転数を増加させるには、気体または液体の
動圧または静圧を利用した軸受が必要となるが、これら
の軸受は高価で取扱が難しく一般的なレーザービームプ
リンタに用いることは困難であった。逆に多面鏡の面数
を増加させると、偏向角が小さくなるので、偏向装置以
降の光路長が長くなる。また結像光学系に入射するレー
ザービームのコリメート径が光路長に比例して大きくな
り、レンズや回転多面鏡の大きさも大きくなる。特に、
高い解像度が要求される場合は、走査線の数が増えるた
め、より大きい回転数と、長い光路長が必要となる。こ
のことは、偏向装置に回転多面鏡以外のものを用いる場
合でも同様の現象であり、走査周波数の増大と、偏向装
置以降の光路長の増加をもたらす。そのため一度の走査
で、複数のレーザービームを用いて複数の走査線を書き
込む(いわゆるマルチビーム)露光方法が開発されてい
る。For example, in an image forming apparatus using a rotating polygon mirror-type deflecting device, one scanning line is drawn by deflecting one laser beam for each small surface of the mirror surface. In order to increase the number, when the number of facets of the rotary polygon mirror is constant, the number of rotations increases. Conversely, when the rotation speed is constant, the number of surfaces of the rotating polygon mirror increases. In order to increase the number of rotations of the rotating polygon mirror, bearings using gas or liquid dynamic pressure or static pressure are required, but these bearings are expensive, difficult to handle, and cannot be used for general laser beam printers. It was difficult. Conversely, when the number of faces of the polygon mirror is increased, the deflection angle becomes smaller, and the optical path length after the deflection device becomes longer. Also, the collimated diameter of the laser beam incident on the imaging optical system increases in proportion to the optical path length, and the size of the lens and the rotating polygon mirror also increases. In particular,
When high resolution is required, the number of scanning lines increases, so that a higher rotation speed and a longer optical path length are required. This is the same phenomenon even when a device other than the rotary polygon mirror is used as the deflecting device, which causes an increase in the scanning frequency and an increase in the optical path length after the deflecting device. Therefore, an exposure method of writing a plurality of scanning lines using a plurality of laser beams in one scan (so-called multi-beam) has been developed.
【0004】複数のレーザービームを得るためには、複
数のガスレーザー(例えば、He−Ne)発振器を光源
として用いたり、1つの発振器のレーザービームを音響
光学変調器(AOM)などで時分割的に複数に振り分け
たりする方法も開発されたが、より簡潔で装置が小型に
なる方法として、例えば特開昭54−7328に示すよ
うに、1つの素子上に複数のレーザービーム射出用発光
部を集積した、半導体レーザーアレイが光源として用い
られるようになってきた。In order to obtain a plurality of laser beams, a plurality of gas laser (for example, He—Ne) oscillators are used as a light source, and a laser beam of one oscillator is time-divisionally divided by an acousto-optic modulator (AOM) or the like. Although a method of distributing the laser beam to a plurality of light emitting devices has been developed, as a simpler and more compact method, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-7328, a plurality of light emitting units for emitting laser beams are provided on one element. Integrated semiconductor laser arrays have been used as light sources.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザーアレイ
を用いた画像形成装置について以下説明する。画像形成
装置は、1つの基板上に集積されたレーザーアレイを光
源として用いており、各発光部のビーム放射点は半導体
の素子基板の端面にある。複数のレーザービームは共通
のコリメータレンズによって各々略一定の直径を持つレ
ーザービームにコリメートされ、回転多面鏡(偏向装
置)の1つの小面に入射する。ここで小面の回転に伴っ
て、レーザービームは偏向され、結像レンズを経由して
スポットに集束され、像担持体を露光して静電潜像が形
成される。形成された静電潜像は、電子写真プロセスに
従って、現像され紙の上に転写され、最後に定着が行な
われる。また、特開昭54−158251に示されてい
るように、像担持体上で同時に走査する走査線の間隔を
小さくするため、レーザーアレイの発光部は走査面に対
してある角度を持って配置されている。An image forming apparatus using a semiconductor laser array will be described below. The image forming apparatus uses a laser array integrated on one substrate as a light source, and a beam emission point of each light emitting unit is located at an end surface of a semiconductor element substrate. The plurality of laser beams are collimated by a common collimator lens into laser beams each having a substantially constant diameter, and are incident on one small surface of a rotating polygon mirror (deflecting device). Here, with the rotation of the facet, the laser beam is deflected, focused on the spot via the imaging lens, and exposes the image carrier to form an electrostatic latent image. The formed electrostatic latent image is developed and transferred on paper according to an electrophotographic process, and finally fixed. Also, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-158251, the light emitting portion of the laser array is arranged at a certain angle with respect to the scanning surface in order to reduce the interval between scanning lines that are simultaneously scanned on the image carrier. Have been.
【0006】他方、このような半導体レーザーアレイを
用いた画像形成装置に対し、従来から高速かつ高解像度
の走査を行なうことができる画像形成装置が求められて
いる。しかしながら従来の画像形成装置では、高速かつ
高解像度の走査を十分実現することができないのが実情
である。On the other hand, there has been a demand for an image forming apparatus using such a semiconductor laser array which can perform high-speed and high-resolution scanning. However, the conventional image forming apparatus cannot sufficiently realize high-speed and high-resolution scanning.
【0007】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、高速かつ高解像度のレーザービーム走査を
行なうことができるとともに、コンパクトな画像形成装
置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a compact image forming apparatus capable of performing high-speed and high-resolution laser beam scanning.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
表面に静電潜像が形成される像担持体と、この像担持体
の表面を帯電させる帯電器と、帯電した前記像担持体の
表面に対して複数のレーザービームを走査するレーザー
ビーム走査装置と、レーザービームが走査された前記像
担持体の表面に現像剤を付着させる現像器とを備え、前
記レーザービーム走査装置は素子基板上にレーザービー
ムの発光部が複数形成された半導体レーザーアレイと、
前記発光部からのレーザービームを前記像担持体の表面
へ偏向させる偏向装置とを有し、前記発光部は前記半導
体レーザーアレイ表面に2次元状に配置されるととも
に、各発光部は個別にその点灯および光量が制御可能で
あることを特徴とする画像形成装置である。A first feature of the present invention is as follows.
An image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charger for charging the surface of the image carrier, and a laser beam scanning device for scanning a plurality of laser beams on the charged surface of the image carrier And a developing device for applying a developer to the surface of the image carrier on which the laser beam has been scanned, wherein the laser beam scanning device is a semiconductor laser array in which a plurality of laser beam emitting portions are formed on an element substrate. ,
A deflecting device for deflecting the laser beam from the light emitting unit to the surface of the image carrier, wherein the light emitting units are two-dimensionally arranged on the surface of the semiconductor laser array, and each light emitting unit is individually An image forming apparatus characterized in that lighting and light amount can be controlled.
【0009】本発明の第2の特徴は、素子基板上にレー
ザービームの発光部が複数形成された半導体レーザーア
レイと、前記発光部からのレーザービームを偏向させる
偏向装置とを有し、前記発光部は前記半導体アレイ表面
に2次元状に配置されるとともに、各発光部は個別にそ
の点灯および光量が制御可能となっていることを特徴と
するレーザービーム走査装置である。According to a second feature of the present invention, there is provided a semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions for laser beams formed on an element substrate, and a deflecting device for deflecting a laser beam from the light emitting portions. The laser beam scanning device is characterized in that the units are two-dimensionally arranged on the surface of the semiconductor array, and that each light emitting unit is individually controllable in lighting and light quantity.
【0010】本発明の第3の特徴は、表面に静電潜像が
形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電させ
る帯電器と、帯電した前記像担持体の表面に対して複数
のレーザービームを走査するレーザービーム走査装置
と、レーザービームが走査された前記像担持体の表面に
現像剤を付着させる現像器とを備え、前記レーザービー
ム走査装置は素子基板上にレーザービームの発光部が形
成された半導体レーザーと、前記発光部からのレーザー
ビームを前記像担持体の表面へ偏向させる偏向装置とを
有し、前記発光部は前記素子基板面に対し略垂直な光軸
を有することを特徴とする画像形成装置である。A third feature of the present invention is that an image carrier having an electrostatic latent image formed on the surface thereof, a charger for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the image carrier are provided. A laser beam scanning device for scanning a plurality of laser beams, and a developing device for applying a developer to the surface of the image carrier on which the laser beam has been scanned, wherein the laser beam scanning device has a laser beam on an element substrate. And a deflecting device for deflecting the laser beam from the light emitting portion to the surface of the image carrier, wherein the light emitting portion has an optical axis substantially perpendicular to the element substrate surface. An image forming apparatus comprising:
【0011】本発明の第4の特徴は、素子基板上にレー
ザービームの発光部が形成された半導体レーザーと、前
記発光部からのレーザービームを偏向させる偏向装置と
を有し、前記発光部は前記素子基板面に対し略垂直な光
軸を有することを特徴とするレーザービーム走査装置で
ある。According to a fourth feature of the present invention, there is provided a semiconductor laser having a light emitting portion of a laser beam formed on an element substrate, and a deflecting device for deflecting the laser beam from the light emitting portion. A laser beam scanning device having an optical axis substantially perpendicular to the element substrate surface.
【0012】本発明の第5の特徴は、表面に静電潜像が
形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電させ
る帯電器と、帯電した像担持体の表面に対して複数のレ
ーザービームを走査するレーザービーム走査装置と、レ
ーザービームが走査された像担持体の表面に現像剤を付
着させる現像器とを備え、前記レーザービーム走査装置
は複数のレーザービームを射出する半導体レーザーアレ
イと、前記複数のレーザービームの各々を平行化するコ
リメータレンズと、前記コリメーターレンズで平行化さ
れた複数のレーザービームの方向を周期的に偏向する偏
向装置と、前記偏向装置によって偏向されたレーザービ
ームを前記像担持体上に結像させる走査レンズとを有
し、前記偏向装置は1つの反射面を有する回転鏡である
ことを特徴とする画像形成装置である。A fifth feature of the present invention is that an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charger for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the image carrier are provided. A laser beam scanning device that scans a plurality of laser beams; and a developing device that attaches a developer to a surface of the image carrier on which the laser beams have been scanned, wherein the laser beam scanning device emits a plurality of laser beams. A laser array, a collimator lens for collimating each of the plurality of laser beams, a deflecting device for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens, A scanning lens for forming an image of the laser beam on the image carrier, and the deflecting device is a rotating mirror having one reflecting surface. A forming apparatus.
【0013】本発明の第6の特徴は、複数のレーザービ
ームを射出する半導体レーザーアレイと、前記複数のレ
ーザービームの各々を平行化するコリメータレンズと、
前記コリメーターレンズで平行化された複数のレーザー
ビームの方向を周期的に偏向する偏向装置と、前記偏向
装置によって偏向されたレーザービームを像担持体上に
結像させる走査レンズとを有し、前記偏向装置は1つの
反射面を有する回転鏡であることを特徴とするレーザー
ビーム走査装置である。A sixth feature of the present invention is that a semiconductor laser array for emitting a plurality of laser beams, a collimator lens for collimating each of the plurality of laser beams,
A deflecting device that periodically deflects the directions of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens, and a scanning lens that forms the laser beam deflected by the deflecting device on an image carrier, The deflecting device is a rotary mirror having one reflecting surface, and is a laser beam scanning device.
【0014】本発明の第7の特徴は、表面に静電潜像が
形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電させ
る帯電器と、帯電した像担持体の表面に対して複数のレ
ーザービームを走査するレーザービーム走査装置と、レ
ーザービームが走査された像担持体の表面に現像剤を付
着させる現像器とを備え、前記レーザービーム走査装置
はレーザービームを射出する発光部を複数有する半導体
レーザーアレイと、前記複数のレーザービームの各々を
平行化するコリメータレンズと、前記コリメーターレン
ズでコリメートされた複数のレーザービームの方向を周
期的に偏向する偏向装置と、前記偏向装置によって偏向
されたレーザービームを前記像担持体上に結像させる走
査レンズとを有し、前記コリメータレンズの焦点距離を
fc、前記半導体レーザーアレイ上の複数の発光部のう
ち、相互の距離の最も遠い2つの発光部の間隔をδma
xとすると、 fc/δmax > 25 であることを特徴とする画像形成装置である。A seventh feature of the present invention is that an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charger for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the image carrier are provided. A laser beam scanning device that scans a plurality of laser beams, and a developing device that attaches a developer to the surface of the image carrier on which the laser beams have been scanned, the laser beam scanning device includes a light emitting unit that emits a laser beam. A plurality of semiconductor laser arrays, a collimator lens for collimating each of the plurality of laser beams, a deflecting device for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens, and the deflecting device A scanning lens for forming an image of the deflected laser beam on the image carrier, wherein the focal length of the collimator lens is fc, Among the plurality of light emitting portions on Zaarei, Derutama apart farthest two light emitting portion of the mutual distance
The image forming apparatus is characterized in that fc / δmax> 25 where x is satisfied.
【0015】本発明の第8の特徴は、レーザービームを
射出する発光部を複数有する半導体レーザーアレイと、
前記複数のレーザービームの各々を平行化するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズでコリメートされた
複数のレーザービームの方向を周期的に偏向する偏向装
置と、前記偏向装置によって偏向されたレーザービーム
を前記像担持体上に結像させる走査レンズとを備え、前
記コリメータレンズの焦点位置をfc、前記半導体レー
ザーアレイ上の複数の発光部のうち、相互の距離の最も
遠い2つの発光部の間隔をδmaxとすると、 fc/δmax >25 であることを特徴とするレーザービーム走査装置であ
る。An eighth feature of the present invention is that a semiconductor laser array having a plurality of light emitting units for emitting a laser beam,
A collimator lens for collimating each of the plurality of laser beams; a deflecting device for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens; and a laser beam deflected by the deflecting device. A scanning lens that forms an image on a carrier, wherein the focal position of the collimator lens is fc, and a distance between two light-emitting portions of the plurality of light-emitting portions on the semiconductor laser array that is farthest from each other is δmax. Then, the laser beam scanning device is characterized in that fc / δmax> 25.
【0016】本発明の第9の特徴は、表面に静電潜像が
形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電させ
る帯電器と、帯電した像担持体の表面に対して複数のレ
ーザービームを走査するレーザービーム走査装置と、レ
ーザービームが走査された像担持体の表面に現像剤を付
着させる現像器とを備え、前記レーザービーム走査装置
はレーザービームを射出する複数個の発光部が素子基板
上に設けられた半導体レーザーアレイと、前記発光部か
ら射出されるレーザービームを偏向する偏向装置とを有
し、前記半導体レーザーアレイから射出されるレーザー
ビームの中心軸は、前記素子基板面に対して略垂直であ
り、前記半導体レーザーアレイと前記偏向装置との間の
光路上において、複数のレーザービームの断面の少なく
とも一部が重なり合う位置に開口絞りを設け、前記開口
絞りを通過した後の複数のレーザービームのうち、パワ
ーが最大であるレーザービームについて、そのパワーを
1としたときに、その他のレーザービームのパワーが各
々0.9以上となることを特徴とする画像形成装置であ
る。A ninth feature of the present invention is that an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charger for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the image carrier are provided. A laser beam scanning device that scans a plurality of laser beams, and a developing device that adheres a developer to the surface of the image carrier on which the laser beam has been scanned, the laser beam scanning device includes a plurality of laser beam emitting devices. The light emitting unit has a semiconductor laser array provided on an element substrate, and a deflecting device that deflects a laser beam emitted from the light emitting unit, and a central axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser array is At least a part of the cross section of the plurality of laser beams is substantially perpendicular to the element substrate surface and on the optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device. An aperture stop is provided at a position where a laser beam having the maximum power among a plurality of laser beams after passing through the aperture stop has a power of 1, and the power of each of the other laser beams is 0. 9. An image forming apparatus, wherein
【0017】本発明の第10の特徴は、レーザービーム
を射出する複数個の発光部が素子基板上に設けられた半
導体レーザーアレイと、前記発光部から射出されるレー
ザービームを偏向する偏向装置とを有し、前記半導体レ
ーザーアレイから射出されるレーザービームの中心軸
は、前記素子基板面に対して略垂直であり、前記半導体
レーザーアレイと前記偏向装置との間の光路において、
複数のレーザービームの断面の少なくとも一部が重なり
合う位置に開口絞りを設け、前記開口絞りを通過した後
の複数のレーザービームのうち、パワーが最大であるレ
ーザービームについて、そのパワーを1としたときに、
その他のレーザービームのパワーが各々0.9以上とな
ることを特徴とするレーザービーム走査装置である。According to a tenth feature of the present invention, there is provided a semiconductor laser array in which a plurality of light emitting units for emitting a laser beam are provided on an element substrate, and a deflecting device for deflecting the laser beam emitted from the light emitting unit. Having a central axis of a laser beam emitted from the semiconductor laser array is substantially perpendicular to the element substrate surface, in an optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device,
When an aperture stop is provided at a position where at least a part of the cross section of the plurality of laser beams overlaps, and among the plurality of laser beams after passing through the aperture stop, the laser beam having the maximum power is set to 1 To
A laser beam scanning device characterized in that the power of each of the other laser beams is 0.9 or more.
【0018】本発明の第11の特徴は、表面に静電潜像
が形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電さ
せる帯電器と、帯電した像担持体の表面に対して複数の
レーザービームを走査するレーザービーム走査装置と、
レーザービームが走査された像担持体の表面に現像剤を
付着させる現像器とを備え、前記レーザービーム走査装
置はレーザービームを射出する複数個の発光部を有する
半導体レーザーアレイと、前記発光部から射出されたレ
ーザービームを平行ビーム化するためのコリメータレン
ズと、レーザービームを偏向する偏向装置を有し、前記
半導体レーザーアレイと前記偏向装置との間の光路上に
開口絞りが設けられ、前記コリメータレンズの焦点距離
をf、前記コリメータレンズの前記偏向装置側の焦点と
前記開口絞りとの間隔をs、前記コリメータレンズの光
軸から最も離れた位置に配置された発光部と前記光軸と
の間隔をt、前記開口絞りの直径をD、前記平行ビーム
の直径をdとするとき、An eleventh feature of the present invention resides in that an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charging device for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the image carrier. A laser beam scanning device that scans a plurality of laser beams,
A developing device for applying a developer to the surface of the image carrier on which the laser beam has been scanned, wherein the laser beam scanning device includes a semiconductor laser array having a plurality of light emitting units for emitting a laser beam; A collimator lens for converting the emitted laser beam into a parallel beam, and a deflecting device for deflecting the laser beam, wherein an aperture stop is provided on an optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device; The focal length of the lens is f, the distance between the focal point of the collimator lens on the deflection device side and the aperture stop is s, and the distance between the light emitting unit and the optical axis disposed farthest from the optical axis of the collimator lens is When the interval is t, the diameter of the aperture stop is D, and the diameter of the parallel beam is d,
【数1】 なる条件を満足することを特徴とする画像形成装置であ
る。(Equation 1) An image forming apparatus which satisfies certain conditions.
【0019】本発明の第12の特徴は、表面に静電潜像
が形成される像担持体と、この像担持体の表面を帯電さ
せる帯電器と、帯電した像担持体の表面に対して複数の
レーザービームを走査するレーザービーム走査装置と、
レーザービームが走査された像担持体の表面に現像剤を
付着させる現像器とを備え、前記レーザービーム走査装
置はレーザービームを射出する複数個の発光部を有する
半導体レーザーアレイと、前記発光部から射出されたレ
ーザービームを平行ビーム化するためのコリメータレン
ズと、レーザービームを偏向する偏向装置とを有し、前
記半導体レーザーアレイと前記偏向装置との間の光路上
に開口絞りが設けられ、前記コリメータレンズの焦点距
離をf、前記コリメータレンズの前記偏向装置側の焦点
と前記開口絞りとの間隔をs、前記コリメータレンズの
光軸から最も離れた位置に配置された発光部と前記光軸
との間隔をt、前記開口絞りの直径をD、前記平行ビー
ムの直径をdとするとき、A twelfth feature of the present invention is that an image carrier having an electrostatic latent image formed on its surface, a charger for charging the surface of the image carrier, and a charging device for charging the surface of the charged image carrier are provided. A laser beam scanning device that scans a plurality of laser beams,
A developing device for applying a developer to the surface of the image carrier on which the laser beam has been scanned, wherein the laser beam scanning device includes a semiconductor laser array having a plurality of light emitting units for emitting a laser beam; A collimator lens for converting the emitted laser beam into a parallel beam, and a deflecting device for deflecting the laser beam, an aperture stop is provided on an optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device, The focal length of the collimator lens is f, the distance between the focal point of the collimator lens on the deflecting device side and the aperture stop is s, and the light emitting unit and the optical axis arranged at the position farthest from the optical axis of the collimator lens. Where t is the interval, D is the diameter of the aperture stop, and d is the diameter of the parallel beam.
【数2】 なる条件を満足することを特徴とする画像形成装置であ
る。(Equation 2) An image forming apparatus which satisfies certain conditions.
【0020】本発明の第13の特徴は、レーザービーム
を射出する複数個の発光部を有する半導体レーザーアレ
イと、前記発光部から射出されたレーザービームを平行
ビーム化するためのコリメータレンズと、レーザービー
ムを偏向する偏向装置とを有し、前記半導体レーザーア
レイと前記偏向装置との間の光路上に開口絞りが設けら
れ、前記コリメータレンズの焦点距離をf、前記コリメ
ータレンズの前記偏向装置側の焦点と前記開口絞りとの
間隔をs、前記コリメータレンズの光軸から最も離れた
位置に配置された発光部と前記光軸との間隔をt、前記
開口絞りの直径をD、前記平行ビームの直径をdとする
とき、A thirteenth feature of the present invention is that a semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions for emitting a laser beam, a collimator lens for converting the laser beam emitted from the light emitting portion into a parallel beam, A deflecting device for deflecting a beam, an aperture stop is provided on an optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device, the focal length of the collimator lens is f, The distance between the focal point and the aperture stop is s, the distance between the light emitting unit disposed farthest from the optical axis of the collimator lens and the optical axis is t, the diameter of the aperture stop is D, and the diameter of the parallel beam is When the diameter is d,
【数3】 なる条件を満足することを特徴とするレーザービーム走
査装置である。(Equation 3) A laser beam scanning apparatus characterized by satisfying the following conditions.
【0021】本発明の第14の特徴は、レーザービーム
を射出する複数個の発光部を有する半導体レーザーアレ
イと、前記発光部から射出されたレーザービームを平行
ビーム化するためのコリメータレンズと、レーザービー
ムを偏向する偏向装置とを有し、前記半導体レーザーア
レイと前記偏向装置との間の光路上に開口絞りが設けら
れ、前記コリメータレンズの焦点距離をf、前記コリメ
ータレンズの前記偏向装置側の焦点と前記開口絞りとの
間隔をs、前記コリメータレンズの光軸から最も離れた
位置に配置された発光部と前記光軸との間隔をt、前記
開口絞りの直径をD、前記平行ビームの直径をdとする
とき、According to a fourteenth feature of the present invention, there is provided a semiconductor laser array having a plurality of light emitting portions for emitting a laser beam, a collimator lens for converting the laser beam emitted from the light emitting portion into a parallel beam, and a laser. A deflecting device for deflecting a beam, an aperture stop is provided on an optical path between the semiconductor laser array and the deflecting device, the focal length of the collimator lens is f, The distance between the focal point and the aperture stop is s, the distance between the light emitting unit disposed farthest from the optical axis of the collimator lens and the optical axis is t, the diameter of the aperture stop is D, and the diameter of the parallel beam is When the diameter is d,
【数4】 なる条件を満足することを特徴とするレーザービーム走
査装置である。(Equation 4) A laser beam scanning apparatus characterized by satisfying the following conditions.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】§1 画像形成装置の第1の実施
例 1−1 背景技術との対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS §1 First Embodiment of Image Forming Apparatus
Example 1-1 Comparison with Background Art In order to better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0023】画像形成装置に用いられている一般的な半
導体レーザーアレイを図7に示す。図7に示すように、
レーザービームを射出する半導体レーザーアレイ1にお
いては、レーザービームの光軸を含み接合面に平行な面
と、同じく光軸を含み接合面に垂直な面では、ビームの
拡がり角が大きく異なっていた。図7において、接合面
に平行な面での拡がり角θpは通常のレーザーダイオー
ドの場合、半値全角で約10度になる。ところが接合面
に垂直な面では拡がり角θtは回析の影響を受け、半値
全角で約30度と大きくなる。さらにこの拡がり角θ
t、θpの大きさや、その比(すなわち楕円の長径、短
径の比)を自由に設定することも難しい。また、これに
ともないビームウエストの位置も平行面と垂直面ではδ
だけ異なる。この値を一般に「非点隔差」と呼ぶ。FIG. 7 shows a general semiconductor laser array used in an image forming apparatus. As shown in FIG.
In the semiconductor laser array 1 that emits a laser beam, the divergence angle of the beam greatly differs between a plane that includes the optical axis of the laser beam and is parallel to the bonding plane and a plane that also includes the optical axis and is perpendicular to the bonding plane. In FIG. 7, the divergence angle θp in a plane parallel to the bonding plane is about 10 degrees at full width at half maximum in the case of a normal laser diode. However, on a plane perpendicular to the bonding surface, the divergence angle θt is affected by diffraction, and becomes as large as about 30 degrees at full width at half maximum. Furthermore, this spread angle θ
It is also difficult to freely set the magnitudes of t and θp and their ratios (that is, the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse). In addition, the beam waist position is also δ between the parallel plane and the vertical plane.
Only different. This value is generally called "astigmatic difference".
【0024】この非点隔差のためコリメータレンズを出
たビームは、厳密には走査面とその直交する方向のどち
らかあるいは両方とも平行にはならない。そのため、像
担持体上に正確にスポットを結像することが出来ず、収
差を持っていた。従来のレーザービームプリンタでは、
結像レンズの焦点距離も長く、スポット径も大きいた
め、さほど問題にはならなかったが、近年、高解像度の
プリンタへの要求が高まるにつれて、この収差が問題と
なってきた。これに対する一つの解決方法として、垂直
面内、水平面内に異なるパワーをレンズの組合せなどで
構成したいわゆるアナモフィックレンズを用いて、非点
隔差の補正を行なうビーム整形光学系が提案されてい
る。しかし、この様なビーム整形光学系は機器のコスト
ダウン、及び小型化に好ましくなく、複数のレーザービ
ームを走査する場合には適用は難しい。Due to this astigmatism, the beam exiting the collimator lens is not strictly parallel to the scanning plane and either or both directions perpendicular to the scanning plane. For this reason, a spot could not be accurately formed on the image carrier, and aberrations were caused. In a conventional laser beam printer,
Since the focal length of the imaging lens is long and the spot diameter is large, it did not cause much problem. However, in recent years, as the demand for a high-resolution printer has increased, this aberration has become a problem. As one solution to this problem, a beam shaping optical system that corrects astigmatism using a so-called anamorphic lens having different powers in a vertical plane and a horizontal plane by combining lenses has been proposed. However, such a beam shaping optical system is not preferable for reducing the cost and size of the apparatus, and is difficult to apply when scanning a plurality of laser beams.
【0025】また半導体レーザーアレイ1の端面からレ
ーザービームが放射されるため、レーザービームの発光
部は必然的に1次元の直線上の配列とならざるをえず、
より多く複数のレーザービームを得ようとする場合、線
状にレーザービームが配列されるため、光学系の有効径
が大きくなるという問題があった。Further, since the laser beam is emitted from the end face of the semiconductor laser array 1, the light emitting portion of the laser beam is necessarily arranged in a one-dimensional straight line.
When trying to obtain a plurality of laser beams more, there is a problem that the effective diameter of the optical system becomes large because the laser beams are arranged linearly.
【0026】さらに、この拡がり角自体の値の大きさの
ため、必然的にこれをコリメートするコリメータレンズ
の焦点距離は数mm前後と小さくなる。半導体レーザー
アレイとコリメータレンズの距離が僅かで(例えば数十
μm)も変動すると、得られるコリメート光(平行ビー
ム)が平行ではなくなり、結像光学系への入射時のビー
ム径も変動し、像担持体上での結像スポットサイズが変
化してしまう。従って半導体レーザーとコリメータレン
ズの調整許容範囲が非常に小さくなり、生産性が悪いと
いう問題点があった。また、初期的には正確に調整して
あっても、使用時の光学系周辺の温度上昇や経年による
部材の変形のためコリメータレンズの位置が狂い、やは
り、結像スポット径が変動してしまい、画像品質が劣化
するという問題があった。Furthermore, because of the value of the divergence angle itself, the focal length of the collimator lens for collimating the divergence angle is inevitably reduced to about several mm. If the distance between the semiconductor laser array and the collimator lens is small (for example, several tens of μm) and fluctuates, the obtained collimated light (parallel beam) will not be parallel, and the beam diameter at the time of entering the imaging optical system will also fluctuate. The imaging spot size on the carrier changes. Therefore, there is a problem that the allowable adjustment range of the semiconductor laser and the collimator lens is very small, and the productivity is poor. Also, even if it is adjusted accurately in the beginning, the position of the collimator lens will be misaligned due to the temperature rise around the optical system during use and the deformation of the members due to aging, and the imaging spot diameter will also fluctuate. However, there is a problem that image quality is deteriorated.
【0027】さらに、複数の平行な光軸を持つレーザー
ビームがこのコリメータレンズに入射すると、その光軸
は大きな角度をもってひろがっていってしまう。いま簡
単のために、レーザービームの数が2本で、コリメータ
レンズ、結像レンズがいずれも凸の単レンズであるレー
ザ走査光学系を考える。図8はこの光学系の光路上の断
面図を示したもので、半導体レーザーアレイ1を間隔d
で射出した2本のレーザービームは、焦点距離fcのコ
リメータレンズ2で平行になる。ここで半導体レーザー
アレイ1はコリメータレンズ2の物体側焦点におかれて
いるので、2本のレーザービームは像側焦点Fで交差す
る。このほぼ平行な2本のレーザービームを像面11に
結像させるため、焦点距離fiの結像レンズ4をその物
体側焦点が前記のコリメータレンズ2の像側焦点Fに一
致するように置く。なお、偏向装置の鏡面は光学的には
パワーを持たないのでここでは省略してある。例えば像
面11で100μm(ここでスポット径、ビーム径は、
ビームの断面の強度分布がガウス分布として、ピーク強
度に対して1/e2のパワーとなる直径と定義する)の
スポット6に結像させる場合、fiを200mmとすれ
ば結像レンズへの入射ビーム径(すなわちコリメート
径)Wcは約2mmである。このビーム径を得るために
は、コリメータレンズ2の焦点距離fcは約3mmとな
る。図8で明らかなように像面でのスポットの間隔d′
はfcとfiの比にdを掛けたものである。現在の半導
体レーザーアレイでは、お互いの干渉を避けるため、そ
の発光部の間隔は100μm以下にするのは難しい。従
って、今の例では、像面上でのスポット間隔d′は、Further, when a laser beam having a plurality of parallel optical axes enters this collimator lens, the optical axes spread at a large angle. For the sake of simplicity, consider a laser scanning optical system in which the number of laser beams is two and the collimator lens and the imaging lens are both convex single lenses. FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical system on the optical path.
Are collimated by the collimator lens 2 having the focal length fc. Here, since the semiconductor laser array 1 is located at the object-side focal point of the collimator lens 2, the two laser beams intersect at the image-side focal point F. In order to form these two substantially parallel laser beams on the image plane 11, the imaging lens 4 having a focal length fi is placed so that its object-side focal point coincides with the image-side focal point F of the collimator lens 2. Since the mirror surface of the deflecting device does not have optical power, it is omitted here. For example, 100 μm on the image plane 11 (where the spot diameter and the beam diameter are
When an image is formed on a spot 6 having a beam cross-sectional intensity distribution as a Gaussian distribution and defined as a diameter having a power of 1 / e 2 with respect to the peak intensity), if the fi is set to 200 mm, the light enters the image forming lens. The beam diameter (ie, collimating diameter) Wc is about 2 mm. In order to obtain this beam diameter, the focal length fc of the collimator lens 2 is about 3 mm. As is clear from FIG. 8, the distance d 'between the spots on the image plane.
Is obtained by multiplying the ratio of fc and fi by d. In the current semiconductor laser array, it is difficult to make the interval between the light emitting parts 100 μm or less in order to avoid mutual interference. Therefore, in the present example, the spot interval d ′ on the image plane is
【数5】 となってしまう。(Equation 5) Will be.
【0028】また、回転多面鏡の各小面の倒れ角度の差
を補正するいわゆる倒れ補正光学系を有する場合、各レ
ンズとコリメータレンズとの相対距離によって、各レー
ザービームの光軸がなす角度はさらに大きくなってしま
うことがある。そのためさらにレンズを追加したり、例
えば特開昭58−211735に示されるように、プリ
ズムを入れるなどしてレーザービームの光軸の相互の角
度の補正を行なう構造が提案されていた。しかしこれら
の構造は、光学系の構成をより複雑にし、高価で調整も
難しくなる。なお、図8においては、簡単のため倒れ補
正レンズは省略してある。When a so-called tilt correction optical system for correcting the difference in tilt angle of each facet of the rotary polygon mirror is provided, the angle formed by the optical axis of each laser beam depends on the relative distance between each lens and the collimator lens. It can be even larger. Therefore, there has been proposed a structure in which a lens is further added or a mutual angle of the optical axis of the laser beam is corrected by inserting a prism, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-211175. However, these structures make the configuration of the optical system more complicated, expensive and difficult to adjust. In FIG. 8, the tilt correction lens is omitted for simplicity.
【0029】次に、図9に従来の像担持体上での走査線
に対するスポット位置の関係をしめす。この例ではスポ
ットは4か所、すなわち4本のレーザービームで書込み
を行なっている。上記に述べたように、レーザー走査光
学系では拡大光学系となり、半導体レーザーアレイ上で
のスポット間隔は像担持体上では図中のd′のように拡
大され、通常、走査線9の間隔Pよりかなり大きくな
る。例えば解像度300dpi(dot par inch、1イン
チ[=25.4mm]当りのドット数)の場合、P=2
5.4/300=84.7μmであるが、スポット間隔
は前記のように6.7mmという値になってしまう。そ
のためスポット6の中心を結んだ線12と走査線9のな
す角度αは、この場合では、Next, FIG. 9 shows a relationship between a spot position and a scanning line on a conventional image carrier. In this example, writing is performed by four spots, that is, four laser beams. As described above, the laser scanning optical system becomes an enlargement optical system, and the spot interval on the semiconductor laser array is enlarged on the image carrier as indicated by d 'in the figure. Much larger. For example, in the case of a resolution of 300 dpi (dot par inch, the number of dots per inch [= 25.4 mm]), P = 2
Although 5.4 / 300 = 84.7 μm, the spot interval has a value of 6.7 mm as described above. Therefore, the angle α formed between the line 12 connecting the centers of the spots 6 and the scanning line 9 is, in this case,
【数6】 と非常に小さなものとなる。半導体レーザーアレイ1上
での発光部を結んだ線(すなわち接合面の端面)も走査
面に対してαだけ傾けて取り付ける必要があり、αが小
さくなるに従い、極めて微妙な調整が必要であった。(Equation 6) And will be very small. The line connecting the light-emitting portions on the semiconductor laser array 1 (that is, the end face of the bonding surface) also needs to be attached at an angle of α to the scanning surface, and as α decreases, very fine adjustment is required. .
【0030】また、一般に半導体レーザーから射出され
るレーザービームの偏光は直線偏光であり、レーザービ
ームの偏光面の方向は半導体レーザーアレイの接合面の
傾きによって一意にきまってしまう。ところが一般に反
射面での反射率はその鏡面への入射角度によってP偏光
とS偏光によって反射率が異なる。図10に金属ミラー
のP偏光、S偏光の各々の反射率Rp、Rsを示す。回
転多面鏡の回転に伴いその鏡面への入射角が変化するの
で、図10に示すようにP偏光とS偏光の合成として表
わされるレーザービームの光量も変動してしまう。特に
回転多面鏡での偏向角を大きくとる場合に問題となる。
これを避けるため特開昭58−42025に示すように
偏光面を回転多面鏡の回転軸に対して45゜傾ける方法
も提案されているが、前述のように、端面発光型の半導
体レーザーアレイ1では走査線間隔の制約から、この傾
き角度が決まってしまうため、この方法を用いることは
できない。この場合は、1/4λ板等を用いて偏光面を
回転させなくてはならない、という問題点があった。Generally, the polarization of a laser beam emitted from a semiconductor laser is linearly polarized, and the direction of the plane of polarization of the laser beam is uniquely determined by the inclination of the bonding surface of the semiconductor laser array. However, in general, the reflectance on the reflection surface differs depending on the P-polarized light and the S-polarized light depending on the angle of incidence on the mirror surface. FIG. 10 shows the reflectances Rp and Rs of the P-polarized light and the S-polarized light of the metal mirror. Since the angle of incidence on the mirror surface changes with the rotation of the rotating polygon mirror, the light amount of the laser beam expressed as a combination of P-polarized light and S-polarized light also changes as shown in FIG. In particular, a problem arises when the deflection angle of the rotating polygon mirror is increased.
To avoid this, a method of inclining the polarization plane by 45 ° with respect to the rotation axis of the rotary polygon mirror as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-42025 has been proposed. In this case, this inclination angle is determined due to the restriction of the scanning line interval, so that this method cannot be used. In this case, there is a problem that the plane of polarization must be rotated using a 1 / λ plate or the like.
【0031】さらに、半導体レーザーアレイ1を射出し
た各レーザービームは同一のコリメータレンズ2に入射
する。このとき、図8に示すように各レーザービームの
コリメート径Wcはレーザービームの拡がり角θと半導
体レーザーアレイ1からコリメータレンズ2までの距離
fcで決まるが、レンズまでの距離は各レーザービーム
とも同一であるので、レーザービームの拡がり角θのみ
で決まる。ところが従来の端面発光型半導体レーザーア
レイ1ではこの拡がり角は各発光部毎にばらつくため、
各レーザービームのコリメート径Wcもばらつきをも
つ。従って、このコリメートされたレーザービームを結
像させたスポットサイズもばらついてしまう。通常ごく
普通に使用されているレーザービームを1本しか用いな
い(シングルビームの)レーザー走査光学系では図11
に示すように、コリメータレンズ2の前後どちらかに絞
り13をいれて、コリメート径Wcを調整するようなビ
ーム整形を行なうことが出来るが、図8のように複数の
レーザービームが重なって入射する場合には絞りをコリ
メータレンズの焦点位置にしかおくことはできない。Further, each laser beam emitted from the semiconductor laser array 1 enters the same collimator lens 2. At this time, as shown in FIG. 8, the collimating diameter Wc of each laser beam is determined by the divergence angle θ of the laser beam and the distance fc from the semiconductor laser array 1 to the collimator lens 2, but the distance to the lens is the same for each laser beam. Therefore, it is determined only by the divergence angle θ of the laser beam. However, in the conventional edge-emitting type semiconductor laser array 1, since this spread angle varies for each light-emitting portion,
The collimation diameter Wc of each laser beam also varies. Therefore, the spot size at which the collimated laser beam is imaged also varies. FIG. 11 shows a laser scanning optical system (single beam) that uses only one laser beam that is usually used very commonly.
As shown in FIG. 8, a beam shaping such that the collimator diameter Wc is adjusted can be performed by inserting a stop 13 in front of or behind the collimator lens 2, but as shown in FIG. In such a case, the stop can be placed only at the focal position of the collimator lens.
【0032】一般に半導体レーザーアレイにおいては、
レーザー発振は光共振器を流れる電流が一定値を超えな
ければ生じない。この電流値を「しきい値電流」と呼ぶ
が、従来の半導体レーザーアレイでは「しきい値電流」
が数10mAもあり、その熱によってレーザービームの
特性、特に発振波長のシフトが生ずるため、半導体レー
ザーアレイからの放熱が問題となっていた。特に、複数
のビームを射出する半導体レーザーアレイでは、発光部
の数だけ熱源があり、多数の発光部を集積する際の障害
となっていた。Generally, in a semiconductor laser array,
Laser oscillation does not occur unless the current flowing through the optical resonator exceeds a certain value. This current value is called "threshold current".
Of several tens mA, and the heat causes a shift in the characteristics of the laser beam, particularly the oscillation wavelength, so that heat dissipation from the semiconductor laser array has been a problem. In particular, in a semiconductor laser array that emits a plurality of beams, the number of heat sources is equal to the number of light emitting units, which is an obstacle to integrating a large number of light emitting units.
【0033】1−2 本発明の構成 本発明の一実施例を以下に説明する。図2は本発明の画
像形成装置の全体を示す図である。転写材51上に印刷
結果を得るプロセスはいわゆる電子写真プロセスによっ
ている。像担持体5としては、半導体レーザーを光源に
用いた電子写真プリンタでは長波長側に増感した有機感
光体(OPC)が多く用いられる。この像担持体5はま
ず、帯電器52で一定の表面電位に帯電されたのち、レ
ーザービーム走査装置53によって光書込すなわち露光
が行なわれる。このレーザービーム走査装置53から画
像情報に従って光強度が各々独立に変調された複数のレ
ーザービーム54が像担持体5を軸方向に走査し、露光
部のみに表面電位を打ち消す電荷を発生させ、その部分
の表面電位の絶対値は小さくなる。結果として像担持体
5上には画像に応じた表面電位の分布、すなわち静電潜
像が形成される。静電潜像は現像器55によって表面電
位に応じて選択的に現像剤を付着させることにより現像
される。この現像剤は転写器56によって転写材51
(通常は紙)に転写される。転写材51上の現像剤は、
定着器57によって熱圧力定着され排出される。1-2 Configuration of the Present Invention One embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 is a diagram showing the entire image forming apparatus of the present invention. The process of obtaining a print result on the transfer material 51 is based on a so-called electrophotographic process. As the image carrier 5, in an electrophotographic printer using a semiconductor laser as a light source, an organic photoconductor (OPC) sensitized to a longer wavelength is often used. The image carrier 5 is first charged to a constant surface potential by a charger 52, and then optical writing, that is, exposure is performed by a laser beam scanning device 53. A plurality of laser beams 54 whose light intensities are independently modulated in accordance with image information from the laser beam scanning device 53 scan the image carrier 5 in the axial direction, and generate charges for canceling the surface potential only at the exposed portions. The absolute value of the surface potential of the portion becomes smaller. As a result, a distribution of the surface potential according to the image, that is, an electrostatic latent image is formed on the image carrier 5. The electrostatic latent image is developed by the developer 55 by selectively applying a developer according to the surface potential. This developer is transferred by the transfer device 56 to the transfer material 51.
(Usually on paper). The developer on the transfer material 51 is
The heat and pressure are fixed by the fixing device 57 and discharged.
【0034】図1は本発明の画像形成装置に用いるレー
ザービーム走査装置53の概観図である。図2に示した
レーザービーム走査装置53ではレーザービーム54は
折り曲げられて下方に射出する場合を想定していたが、
ここでは説明のため単純化して描いてある。FIG. 1 is a schematic view of a laser beam scanning device 53 used in the image forming apparatus of the present invention. The laser beam scanning device 53 shown in FIG. 2 assumes that the laser beam 54 is bent and emitted downward,
Here, it is simplified for the sake of explanation.
【0035】図1において、半導体レーザーアレイ21
は複数の発光部21aが2次元状に素子基板22(図
3)上に配置されており、コリメータレンズ2によって
所定のビーム直径を持つレーザービームにコリメート
(平行化)される。発光部21aは制御装置60によっ
て個別にその点灯および光量が制御される。このレーザ
ービームは回転多面鏡3の1つの小面に入射し、その回
転に伴って、各々偏向される。結像レンズ4を通過した
レーザービームは像担持体5上でスポット6に結像す
る。図1において、倒れ補正レンズは簡単のため省略し
てある。In FIG. 1, the semiconductor laser array 21
A plurality of light emitting portions 21a are two-dimensionally arranged on an element substrate 22 (FIG. 3), and are collimated (parallelized) by a collimator lens 2 into a laser beam having a predetermined beam diameter. The lighting and the light amount of the light emitting units 21a are individually controlled by the control device 60. This laser beam is incident on one facet of the rotating polygon mirror 3 and is deflected as it rotates. The laser beam that has passed through the imaging lens 4 forms an image on a spot 6 on the image carrier 5. In FIG. 1, the tilt correction lens is omitted for simplicity.
【0036】この様な特性を持つ半導体レーザーアレイ
21としては、いわゆる面発光型半導体レーザーアレイ
を用いるのが好ましい。さらにより望ましくは、II−VI
族化合物半導体を埋め込んだ発光部を有する面発光半導
体レーザーアレイが用いられる。図3はこの面発光型半
導体レーザーアレイ21の発光部21aのうちの1つの
断面図である。図3において、1つの光共振器が素子基
板22上に2次元的に配置された1つの発光部に対応し
ている。As the semiconductor laser array 21 having such characteristics, it is preferable to use a so-called surface-emitting type semiconductor laser array. Even more preferably, II-VI
A surface emitting semiconductor laser array having a light emitting portion in which a group III compound semiconductor is embedded is used. FIG. 3 is a cross-sectional view of one of the light-emitting portions 21a of the surface-emitting type semiconductor laser array 21. In FIG. 3, one optical resonator corresponds to one light emitting unit two-dimensionally arranged on the element substrate 22.
【0037】図3においてGaAs基板22の上に、組
成の違う2種のAlGaAs層を数10層積層した半導
体多層膜反射層23が形成され、その上にそれぞれAl
GaAsからなるクラッド層24、活性層25、クラッ
ド層26、コンタクト層27が積層され、最後にSiO
2誘電体多層膜反射層28が形成されている。またGa
As基板22の裏面全体及び、表面の誘電体多層反射層
のまわりに窓状の電極29、30が形成されており全体
が光共振器を構成している。In FIG. 3, on a GaAs substrate 22, a semiconductor multilayer reflection layer 23 is formed by laminating several tens of AlGaAs layers having different compositions from each other.
A cladding layer 24 made of GaAs, an active layer 25, a cladding layer 26, and a contact layer 27 are laminated.
A two- dielectric multilayer reflective layer 28 is formed. Ga
Window-like electrodes 29 and 30 are formed on the entire back surface of the As substrate 22 and around the dielectric multilayer reflective layer on the front surface, and the whole constitutes an optical resonator.
【0038】活性層25で発生した光は基板22面と垂
直方向に、上下の反射層27、23の間を往復し発振す
るので、そのレーザービーム31の光軸は基板22面に
対してほぼ垂直となる。光共振器の回りには埋め込み層
32としてII−VI族の化合物半導体が埋め込まれてい
る。II−VI族の化合物半導体としては、II族元素として
Zn、Cd、Hg、VI族元素としてO、S、Se、Te
を2〜4元素組み合わせ、また、その化合物の格子定数
を前記のクラッド層24、活性層25、クラッド層26
からなる半導体層の格子定数に合わせるのが望ましい。
このII−VI族の化合物半導体は電気抵抗が非常に大きい
ため、電流を光共振器のなかに効率的に閉じこめる。ま
た、埋め込み層32は光共振器を構成しているAlGa
As半導体層とは屈折率に差があるため、光共振器の内
部で素子基板22面に垂直もしくはそれに近い角度で進
む光はこの埋め込み層32との界面で全反射し効率的に
閉じこめられる。The light generated by the active layer 25 reciprocates between the upper and lower reflective layers 27 and 23 in a direction perpendicular to the surface of the substrate 22 and oscillates. Be vertical. A group II-VI compound semiconductor is embedded as an embedded layer 32 around the optical resonator. Group II-VI compound semiconductors include Zn, Cd, and Hg as Group II elements, and O, S, Se, and Te as Group VI elements.
Are combined with 2 to 4 elements, and the lattice constant of the compound is determined by the cladding layer 24, the active layer 25, and the cladding layer 26.
It is desirable to match the lattice constant of the semiconductor layer composed of
Since the II-VI group compound semiconductor has a very high electric resistance, the current is efficiently confined in the optical resonator. The buried layer 32 is made of AlGa constituting an optical resonator.
Since there is a difference in the refractive index from the As semiconductor layer, light traveling at an angle perpendicular to or close to the surface of the element substrate 22 inside the optical resonator is totally reflected at the interface with the buried layer 32 and is efficiently confined.
【0039】このため、このような半導体レーザーアレ
イ21を用いれば、従来の半導体レーザーアレイに比べ
て大変小さい電流でレーザー発振が始まる。すなわち、
しきい値電流が低い。よって、複数の発光部21aをア
レイ化して1つの素子基板22上に集積しても、素子基
板22での損失熱量が少なくより多くの光パワーもしく
は発光部 21aの数を得ることが出来る。Therefore, when such a semiconductor laser array 21 is used, laser oscillation starts with a very small current as compared with a conventional semiconductor laser array. That is,
Low threshold current. Therefore, even if a plurality of light emitting units 21a are arrayed and integrated on one element substrate 22, the amount of heat loss in the element substrate 22 is small and more light power or the number of light emitting units 21a can be obtained.
【0040】また、面発光半導体レーザーアレイ21
は、レーザービームの射出部(発光部)21aの断面積
(ニア・フィールド・パターン)が、従来の端面発光型
の半導体レーザーに比べて比較的大きくとれるため、レ
ーザービームの拡がり角は小さくなる。この拡がり角の
大きさは射出窓の面積で決まるが、その面積はエッチン
グ等で正確に制御できるため、拡がり角も一定にするこ
とができる。さらに、レーザービームの拡がり角の縦横
すなわち楕円断面ビームの長径と短径の比もこの射出窓
の形状で随意に設定できる。例えば、完全な円形窓にす
れば、等方的な拡がり角を持つ円形断面のレーザービー
ムが得られる。従って、光軸方向の断面によるビームの
非点隔差も少ない。The surface emitting semiconductor laser array 21
Since the cross-sectional area (near-field pattern) of the laser beam emitting portion (light emitting portion) 21a can be made relatively large as compared with a conventional edge-emitting semiconductor laser, the divergence angle of the laser beam becomes small. The size of the divergence angle is determined by the area of the exit window. Since the area can be accurately controlled by etching or the like, the divergence angle can be made constant. Furthermore, the length and width of the divergence angle of the laser beam, that is, the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical cross-section beam can be arbitrarily set by the shape of the exit window. For example, with a perfect circular window, a laser beam with a circular cross section having an isotropic divergence angle can be obtained. Therefore, the astigmatic difference of the beam due to the cross section in the optical axis direction is also small.
【0041】ところが、通常のレーザービームプリンタ
ーでは、像担持体上でのレーザービームの結像スポット
の形状は走査方向に短軸が一致するような楕円状とする
事が多い。これは、走査方向には点灯時間だけスポット
が移動し像が長く伸びるので、これを補正するためであ
る。そのためには結像光学系に入射するレーザービーム
の断面形状は、逆に走査方向に長軸をもつ楕円であるこ
とが望ましい。上記で述べたように、面発光の半導体レ
ーザーアレイ21では射出ビームの楕円比を自由に制御
できるので、特別な光学系を用いなくとも、走査面に長
軸を有し、適切な長軸と短軸の比を持つような断面をも
つレーザービームを結像光学系に入射させることができ
る。However, in an ordinary laser beam printer, the shape of the spot formed by the laser beam on the image carrier is often an ellipse whose minor axis coincides with the scanning direction. This is because the spot moves in the scanning direction for the lighting time and the image is elongated, which is to be corrected. For that purpose, it is desirable that the cross-sectional shape of the laser beam incident on the imaging optical system is an ellipse having a long axis in the scanning direction. As described above, the surface emitting semiconductor laser array 21 can freely control the ellipticity of the exit beam, so that the scanning surface has a long axis without using a special optical system, and an appropriate long axis can be obtained. A laser beam having a cross section having a short axis ratio can be incident on the imaging optical system.
【0042】また、この面発光半導体レーザーアレイ2
1は上述のように各発光部21aからのレーザービーム
の拡がり角を均一にできる。よって、コリメータレンズ
もしくは結像光学系への入射ビーム径を各レーザービー
ムともほぼ一定に管理でき、結果として像担持体上での
結像スポットサイズも一定にできる。The surface emitting semiconductor laser array 2
1 can make the spread angle of the laser beam from each light emitting portion 21a uniform as described above. Therefore, the diameter of the beam incident on the collimator lens or the image forming optical system can be controlled to be substantially constant for each laser beam, and as a result, the size of the image forming spot on the image carrier can also be fixed.
【0043】面発光半導体レーザーアレイ21では共振
器の素子基板22面内での断面積が大きくなると、0次
モードだけではなく、高次のモードの発振が始まり、結
像したスポットの光量分布もいくつものピークを持ち、
像担持体5上に静電潜像を作るのには甚だ好ましくな
い。そこで、複数の小さな光共振器を近接して並べ、位
相同期して発振させることにより、0次モードで発振す
る面積の大きな発光部21aを得ることが出来る。In the surface emitting semiconductor laser array 21, when the cross-sectional area of the resonator in the surface of the element substrate 22 increases, not only the 0th mode but also the oscillation of a higher order mode starts, and the light quantity distribution of the formed spot also increases. Has several peaks,
It is extremely undesirable to form an electrostatic latent image on the image carrier 5. Therefore, by arranging a plurality of small optical resonators close to each other and oscillating them in phase synchronization, it is possible to obtain a light emitting unit 21a having a large area oscillating in the zero-order mode.
【0044】この位相同期型面発光半導体レーザーアレ
イ21の1つの発光部21aの一部断面図を図4に示
す。ここでは複数の光共振器が非常に狭い間隔で隣接し
ており、埋め込み層32の下部は活性層25に達してい
ない。このため、埋め込み層32下方のクラッド層26
を介して隣接する光共振器から漏れる光が互いに影響
し、同位相で発振する。このため、この隣接する複数の
光共振器があたかも1つの光共振器のように動作する。
このように各光共振器の射出光の波面が揃うので、面状
のレーザー放射源として作用し、その発光部の見かけ上
の面積は大きくなるため、レーザービームの拡がり角は
非常に小さく、半値全角で2度以下にすることも可能で
ある。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of one light emitting portion 21a of the phase-locked surface emitting semiconductor laser array 21. Here, a plurality of optical resonators are adjacent to each other at a very small interval, and the lower portion of the buried layer 32 does not reach the active layer 25. Therefore, the cladding layer 26 below the buried layer 32
The light leaking from adjacent optical resonators via the light sources affects each other and oscillates in phase. Therefore, the plurality of adjacent optical resonators operate as if they are one optical resonator.
Since the wavefronts of the light emitted from the optical resonators are aligned in this manner, they act as a planar laser radiation source, and the apparent area of the light emitting portion becomes large, so that the divergence angle of the laser beam is very small, and the half value It is also possible to set the angle to 2 degrees or less.
【0045】このように位相同期を行なう面発光半導体
レーザーアレイ21では、レーザービームの拡がり角が
従来の半導体レーザーに比べて小さくなるが、これを従
来の実施例と対比して説明する。例えばレーザービーム
の拡がり角を半値全角で2度とし、先の例と同じく直径
2mmのビーム径で結像光学系に入射させるとするとコ
リメータレンズの焦点距離fcは約35mmになる。こ
のようにコリメータレンズ2の焦点距離fcを長くする
ことができるので、半導体レーザーアレイ21に対する
コリメータレンズ2の距離の調整余裕が増加する。ま
た、像担持体上でのレーザービームの結像スポット間隔
d′は、半導体レーザーアレイ21を射出するレーザー
ビームの間隔をdとすると、In the surface emitting semiconductor laser array 21 that performs phase synchronization as described above, the divergence angle of the laser beam is smaller than that of the conventional semiconductor laser. This will be described in comparison with the conventional embodiment. For example, if the divergence angle of the laser beam is 2 degrees at full width at half maximum and the laser beam is incident on the imaging optical system with a beam diameter of 2 mm as in the previous example, the focal length fc of the collimator lens becomes about 35 mm. Since the focal length fc of the collimator lens 2 can be lengthened in this manner, a margin for adjusting the distance of the collimator lens 2 to the semiconductor laser array 21 increases. Further, assuming that the distance d 'between the laser beams emitted from the semiconductor laser array 21 is d, the imaging spot interval d' of the laser beam on the image carrier is
【数7】 となり、走査線間隔も従来例と同じ84.7μmとする
と、走査面に対するスポットを結んだ線の角度αは(Equation 7) Assuming that the scanning line interval is also 84.7 μm, which is the same as the conventional example, the angle α of the line connecting the spot to the scanning surface is
【数8】 となり、従来の半導体レーザーアレイを使った場合に比
べてはるかに大きく取れる((3)式参照)。このた
め、半導体レーザーアレイ21の光軸方向回りの取付調
整も容易に行なうことができるとともに、各部品の加工
公差によってはこの角度αの調整を行なわずに組み立て
ることもできる。また、各結像スポットやそこに至るま
でのレーザービームが互いに接近しているので、光学系
の有効径も小さくてすむことがこの図からも明らかであ
る。 さらにレーザービームの拡がり角を極端に小さく
することにより、半導体レーザーアレイ21から回転多
面鏡3に至りさらに結像レンズ4にいたる距離の間に、
レーザービームの大きさはあまり広がらず、結像レンズ
4の入射面においても、所要の結像スポット径を得るの
に十分な小ささにできる。すなわち、通常のレーザー走
査光学系のような所要のコリメート径にレーザービーム
をコリメート(平行化)するコリメータレンズが不要と
なる。但し、回転多面鏡3の偏向角に応じて光路長が変
化し、結像レンズ4に入射するレーザービームの大きさ
も変化して行くので、それを補正する光学系が必要にな
る。しかも、そのような光学的機能は結像レンズ4にも
たせることは容易であるので、全体の光学系の構成要素
は少なくなる。(Equation 8) This is much larger than when a conventional semiconductor laser array is used (see equation (3)). Therefore, the mounting adjustment of the semiconductor laser array 21 around the optical axis direction can be easily performed, and depending on the processing tolerance of each component, the assembly can be performed without adjusting the angle α. In addition, it is clear from this figure that the effective diameter of the optical system can be small because the image spots and the laser beams reaching the image spots are close to each other. Further, by making the divergence angle of the laser beam extremely small, during the distance from the semiconductor laser array 21 to the rotary polygon mirror 3 and further to the imaging lens 4,
The size of the laser beam does not widen so much, and even on the entrance surface of the imaging lens 4, it can be made small enough to obtain the required imaging spot diameter. That is, a collimator lens for collimating (parallelizing) the laser beam to a required collimating diameter as in a normal laser scanning optical system becomes unnecessary. However, since the optical path length changes according to the deflection angle of the rotary polygon mirror 3, and the size of the laser beam incident on the imaging lens 4 also changes, an optical system for correcting the change is required. Moreover, since such an optical function can be easily provided to the imaging lens 4, the number of components of the entire optical system is reduced.
【0046】また、面発光形の半導体レーザーアレイ2
1においては、発光部21aが互いに干渉しない距離さ
えおけば、どこにでも発光部21aを置くことが可能な
ため、素子基板22上に2次元状に発光部21aを配列
できる。いま、先に図8で示した従来の実施例と同様に
4本のレーザービームで走査を行なう露光系を考える。
図5(a)で示すように4本のレーザービームを配列す
ると、図5(b)のように一直線に並べる場合に比べて
レーザービーム相互の角度もしくは距離を小さくでき、
光学系の大きさをそれにあわせて小さくできる。Further, the surface emitting type semiconductor laser array 2
In 1, the light emitting units 21 a can be placed anywhere as long as the light emitting units 21 a do not interfere with each other, so that the light emitting units 21 a can be two-dimensionally arranged on the element substrate 22. Now, consider an exposure system that performs scanning with four laser beams in the same manner as in the conventional embodiment shown in FIG.
When four laser beams are arranged as shown in FIG. 5A, the angle or distance between the laser beams can be reduced as compared with the case where they are arranged in a straight line as shown in FIG.
The size of the optical system can be reduced accordingly.
【0047】上記の例はレーザービームが4本の場合を
示したが、レーザービームの数が更に増えた場合、像担
持体5上でのスポット6の位置が最も近接するよう、半
導体レーザーアレイ21上の発光部21aの配置を自由
に選べるので、効果はより大きくなる。一例としてレー
ザービーム数が8本のときの走査線9に対する結像スポ
ット6の配置例を図5(c)に示す。Although the above example shows the case where the number of laser beams is four, when the number of laser beams is further increased, the semiconductor laser array 21 is arranged so that the position of the spot 6 on the image carrier 5 becomes closest. Since the arrangement of the upper light emitting portion 21a can be freely selected, the effect is further enhanced. FIG. 5C shows an example of the arrangement of the imaging spots 6 with respect to the scanning lines 9 when the number of laser beams is eight.
【0048】なお、以上の結像スポットの相対位置の関
係は、必ずしも半導体レーザーアレイ21上での発光部
21aの配置と相似形ではない。例えば、既に触れたよ
うな回転多面鏡3の倒れ補正光学系等のように、走査方
向とその直交方向で光学的特性が異なる光学要素がレー
ザービームの途中にはいった場合、各レーザービーム相
互のなす角度や距離は、走査方向とその直交方向で異な
ることもある。しかし、そのような場合でも従来の端面
発光半導体レーザーアレイでは、一直線に並ぶ発光部は
像担持体上で一直線上の結像スポット列にしかなり得な
い。これに対して本発明においては、上に述べたような
発光部21aを素子基板22上に2次元的に配列できる
効果は同様に発揮される。The relationship between the relative positions of the imaging spots described above is not necessarily similar to the arrangement of the light emitting portions 21a on the semiconductor laser array 21. For example, when an optical element having optical characteristics different from the scanning direction and the orthogonal direction enters the middle of the laser beam, such as the tilt correction optical system of the rotary polygon mirror 3 already mentioned, if the laser beams are mutually The angle and the distance may differ between the scanning direction and the direction perpendicular to the scanning direction. However, even in such a case, in the conventional edge emitting semiconductor laser array, the light emitting portions arranged in a straight line cannot be formed into a linear array of image spots on the image carrier. On the other hand, in the present invention, the effect of two-dimensionally arranging the light emitting portions 21a on the element substrate 22 as described above is similarly exhibited.
【0049】面発光形の半導体レーザーアレイ21にお
いても一般的に、射出レーザービームは直線偏光にな
る。その方向は共振器の素子基板22面内の平面形状に
よって決まり、おおむねは平面形状の長手方向に偏光面
が一致する。例えば楕円状の共振器形状にすればその長
軸方向が偏光面になる。前述のように位相同期型の半導
体レーザーアレイ21においては1つの発光部は複数例
えば4つの位相同期して発振する光共振器から構成され
ている。このとき射出レーザービームの断面形状は各光
共振器から射出されたレーザービームの合成された形状
となるため、個々の光共振器の並べ方によって射出ビー
ムの断面形状を自由に設定できる。この場合も偏光面の
向きは個々の共振器の平面形状で決まるので、例えば合
成された楕円のレーザービームを得る場合でもその長軸
と偏光面の方向を独立に設定できる。Also in the surface-emitting type semiconductor laser array 21, the emitted laser beam is generally linearly polarized. The direction is determined by the planar shape of the resonator in the plane of the element substrate 22, and the polarization plane generally coincides with the longitudinal direction of the planar shape. For example, if an elliptical resonator shape is used, the major axis direction becomes the polarization plane. As described above, in the semiconductor laser array 21 of the phase-locked type, one light-emitting portion is composed of a plurality of, for example, four optical resonators that oscillate in phase synchronization. At this time, since the cross-sectional shape of the emitted laser beam is a combined shape of the laser beams emitted from the respective optical resonators, the cross-sectional shape of the emitted beam can be freely set by arranging the individual optical resonators. Also in this case, since the direction of the polarization plane is determined by the planar shape of each resonator, the long axis and the direction of the polarization plane can be set independently even when a combined elliptical laser beam is obtained.
【0050】図6(a)はこの様子を模式的に示したも
ので、半導体レーザーアレイ上の1つの発光部42をビ
ーム射出側からみた平面図である。図6(a)に示すよ
うに、4つの位相同期して発振している楕円状断面の光
共振器41が1つの発光部42を構成しており、個々の
光共振器41から射出されるレーザービームの偏光面4
3は、図6(a)では45度傾いているが、合成して得
られる楕円状のレーザービームの長軸は上下方向にな
る。また図6(b)に示すように、個々の光共振器41
から射出されるレーザービームの偏光面43の方向を互
いに異なる角度で配置すると、その合成された射出レー
ザービームは近似的に円偏光になる。FIG. 6A schematically shows this state, and is a plan view of one light emitting section 42 on the semiconductor laser array viewed from the beam emitting side. As shown in FIG. 6A, four optical resonators 41 having an elliptical cross section that oscillate in phase synchronization constitute one light emitting unit 42, and are emitted from the individual optical resonators 41. Polarization plane of laser beam 4
In FIG. 6A, the long axis of the laser beam 3 is 45 degrees, but the long axis of the elliptical laser beam obtained by synthesis is in the vertical direction. Also, as shown in FIG. 6B, the individual optical resonators 41
When the directions of the polarization planes 43 of the laser beam emitted from the laser beam are arranged at different angles, the combined emission laser beam becomes approximately circularly polarized.
【0051】先にも述べたように通常のレーザービーム
プリンターでは、像担持体上でのレーザービームの結像
スポット6の形状は走査方向に短軸が一致するような楕
円状とする事が多い。そこで前述の様に各光共振器から
のレーザービームの偏光面の向きを合成楕円レーザービ
ーム断面の長軸方向に対して45度傾け、合成した射出
ビームの長軸を走査方向に一致させるように半導体レー
ザーアレイ21を設ければ、各光共振器からのレーザー
ビームの偏光面はビーム走査面とは45度傾くことにな
る。その結果、回転多面鏡3の回転軸に対しても偏光面
は45度傾いており、図11に示したような回転多面鏡
への入射角による反射率の差を受けにくい。このこと
は、ほぼ円偏光である楕円断面のレーザービームでも同
様である。なお、光学系の構成によっては、半導体レー
ザーアレイ 21から射出するレーザービームの短軸を
走査方向に一致させる場合もあるが、全く同様の効果を
発揮する。As described above, in the ordinary laser beam printer, the shape of the image forming spot 6 of the laser beam on the image carrier is often an elliptical shape whose minor axis coincides with the scanning direction. . Therefore, as described above, the direction of the polarization plane of the laser beam from each optical resonator is inclined 45 degrees with respect to the major axis direction of the cross section of the combined elliptical laser beam so that the major axis of the combined emission beam coincides with the scanning direction. When the semiconductor laser array 21 is provided, the polarization plane of the laser beam from each optical resonator is inclined by 45 degrees with respect to the beam scanning plane. As a result, the polarization plane is also inclined by 45 degrees with respect to the rotation axis of the rotary polygon mirror 3, and is less susceptible to a difference in reflectance due to the angle of incidence on the rotary polygon mirror as shown in FIG. The same applies to a laser beam having an elliptical cross section that is substantially circularly polarized. Note that, depending on the configuration of the optical system, the short axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser array 21 may coincide with the scanning direction, but the same effect is exerted.
【0052】以上に説明した実施例は、本発明の一実施
例に過ぎない。例えば偏向装置として回転多面鏡3では
なく、ガルバノミラーやホログラムディスクを用いても
同様の効果を有する。また、コリメータレンズ、倒れ補
正レンズ、結像レンズの有無、構成や相対位置関係が変
わっても本発明の効果は同じく発揮される。The embodiment described above is only one embodiment of the present invention. For example, the same effect can be obtained by using a galvanomirror or a hologram disk instead of the rotary polygon mirror 3 as the deflecting device. Further, the effects of the present invention can be similarly exerted even if the presence / absence, configuration, and relative positional relationship of the collimator lens, the tilt correction lens, and the imaging lens are changed.
【0053】また、本発明の画像形成装置の応用範囲
は、プリンタ、複写機等の印刷装置のみならず、ファク
シミリ、ディスプレイにても全く同様な効果を有する。The scope of application of the image forming apparatus of the present invention has exactly the same effects not only for printing apparatuses such as printers and copiers but also for facsimile machines and displays.
【0054】1−3 効果 以上に述べたように本発明の画像形成装置においては、
半導体レーザーアレイを用いて複数レーザービームで走
査する露光方法をとることにより、高速かつ高解像度な
走査装置を低い走査周波数と短い光路長で得ることがで
き、装置の小型化、低価格化が可能となる。 さらに、
前記半導体レーザーアレイに面発光半導体レーザーアレ
イを用いることにより、 レーザービームの拡がり角が小さくなり、コリメー
タレンズと半導体レーザーアレイの距離を大きく取れる
ため、コリメータレンズの光軸方向の調整余裕が増し、
生産性が上がると同時に、経年劣化や使用時の温度変動
の影響を受けずに一定のスポット径で、露光が可能とな
り、画像品質が向上する。1-3 Effects As described above, in the image forming apparatus of the present invention,
By adopting an exposure method that scans with multiple laser beams using a semiconductor laser array, a high-speed and high-resolution scanning device can be obtained with a low scanning frequency and a short optical path length, and the device can be reduced in size and cost. Becomes further,
By using a surface emitting semiconductor laser array as the semiconductor laser array, the divergence angle of the laser beam is reduced, and the distance between the collimator lens and the semiconductor laser array can be increased, so that the adjustment margin in the optical axis direction of the collimator lens increases.
At the same time as productivity increases, exposure can be performed with a fixed spot diameter without being affected by aging or temperature fluctuation during use, and image quality is improved.
【0055】 発光部をアレイ状に並べた場合には、
各々の発光部からのビームの拡がり角のばらつきが少な
いため、その結像スポット径のばらつきも少なくなると
同時に、そのビーム間の角度や、結像スポットの間隔も
小さくできる。このため光学系の構成が簡素になり、か
つ各レンズや偏向器の有効面積を小さくすることが可能
となり、装置の低価格化に寄与する。When the light emitting units are arranged in an array,
Since there is little variation in the spread angle of the beam from each light emitting unit, the variation in the diameter of the imaging spot is also reduced, and at the same time, the angle between the beams and the interval between the imaging spots can be reduced. For this reason, the configuration of the optical system is simplified, and the effective area of each lens and deflector can be reduced, which contributes to a reduction in the cost of the apparatus.
【0056】 面発光半導体レーザーアレイでは2次
元状に発光部を配置することが可能なため、より一層、
各レンズや偏向器の有効面積を小さくすることが可能と
なる。In the surface-emitting semiconductor laser array, the light-emitting portions can be arranged two-dimensionally.
It is possible to reduce the effective area of each lens and deflector.
【0057】 結像スポットの間隔が走査線間隔に比
べて大きくないので、半導体レーザーアレイの光軸回り
の取付角度の許容誤差が大きく取れ、容易に調整できる
とともに、走査線間隔のばらつきも少なくなり、画像品
質が向上する。Since the interval between the imaging spots is not large as compared with the scanning line interval, the tolerance of the mounting angle of the semiconductor laser array around the optical axis can be made large, can be easily adjusted, and the variation of the scanning line interval can be reduced. And the image quality is improved.
【0058】 面発光半導体レーザーアレイでは、そ
の特性上、非点隔差が少なく、ビーム断面の楕円形状
(長軸と短軸の比)を自由に設定できるため、通常これ
らの補正に必要な光学系を用いずとも正確なビーム整形
が可能となる。In the surface emitting semiconductor laser array, the astigmatic difference is small due to its characteristics, and the elliptical shape of the beam cross section (ratio between the major axis and the minor axis) can be freely set. It is possible to perform accurate beam shaping even without using.
【0059】 さらに面発光半導体レーザーアレイに
II−VI族の化合物半導体を埋め込み層として用いること
により、低しきい値電流でのレーザー発振が可能とな
り、素子の発熱によるレーザーの特性への影響が軽減で
き、より多くの発光部の集積が可能になる。Further, for a surface emitting semiconductor laser array
By using a group II-VI compound semiconductor as the buried layer, laser oscillation at a low threshold current becomes possible, and the influence of the heat generation of the element on the characteristics of the laser can be reduced. Will be possible.
【0060】 次に面発光半導体レーザーとして複数
の光共振器が位相同期して発光する位相同期型の面発光
半導体レーザーアレイを用いることにより、一層射出ビ
ームの拡がり角を小さくでき、場合によってはコリメー
タレンズを省略することが可能となり、光学系の構成を
一層簡素化できる。Next, by using a phase-locked surface-emitting semiconductor laser array in which a plurality of optical resonators emit light in phase synchronization as the surface-emitting semiconductor laser, the divergence angle of the emitted beam can be further reduced, and in some cases, the collimator The lens can be omitted, and the configuration of the optical system can be further simplified.
【0061】 また、偏光面を自由に設定できる複数
の光共振器で1つの発光部を構成することができるの
で、楕円断面の合成レーザービームを用いる場合に、各
レーザービームの偏光面の方向を合成レーザービーム断
面の長軸方向とは独立にかつ任意に制御でき、回転多面
鏡への入射角の違いから生ずる反射率の差による、レー
ザービームの走査方向の位置による光量変動を最小限に
とどめることが容易に実現できる。Further, since one light emitting portion can be constituted by a plurality of optical resonators whose polarization planes can be freely set, when a synthetic laser beam having an elliptical cross section is used, the direction of the polarization plane of each laser beam is changed. Can be controlled independently and arbitrarily from the longitudinal direction of the cross section of the synthesized laser beam, and minimizes fluctuations in the amount of light due to the position in the scanning direction of the laser beam due to the difference in reflectance caused by the difference in the angle of incidence on the rotating polygon mirror. Can be easily realized.
【0062】§2 画像形成装置の第2の実施例 2−1 背景技術との対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。 §2 Second Embodiment of Image Forming Apparatus 2-1 Comparison with Background Art In order to better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0063】従来の画像形成装置の光路断面図を図17
に示す。図17は画像形成装置の像担持体の走査面と垂
直でかつレーザービームの光軸を含む光路断面図であ
る。画像形成装置の回転多面鏡の小面8に対して光軸が
折返されて描かれている。図17において、半導体レー
ザー101から放射されたレーザービームは拡がり角θ
で放射される。このビームは焦点距離fcのコリメータ
レンズ102によってほぼ平行なビームに整形される。
倒れ補正レンズ107によって各ビームは回転多面鏡の
小面108の上に一旦集束する。回転多面鏡で偏向され
たビームは2つめの倒れ補正レンズ107′を出たビー
ムは再び平行なビームとなり、焦点距離fiの結像レン
ズ104によって、像担持体上にスポット106を結
ぶ。走査面と平行な面内では、倒れ補正レンズ107,
107′は光学的パワーを持たないため、その面内では
ビームは平行なままである。すなわち、前記回転多面鏡
の小面108上にはビームは線像として結像する。FIG. 17 is a sectional view of an optical path of a conventional image forming apparatus.
Shown in FIG. 17 is an optical path cross-sectional view that is perpendicular to the scanning surface of the image carrier of the image forming apparatus and that includes the optical axis of the laser beam. The optical axis is turned over the small surface 8 of the rotary polygon mirror of the image forming apparatus. In FIG. 17, a laser beam emitted from a semiconductor laser 101 has a divergence angle θ.
Radiated at This beam is shaped into a substantially parallel beam by a collimator lens 102 having a focal length fc.
Each beam is once focused by the tilt correction lens 107 on the small surface 108 of the rotating polygon mirror. The beam deflected by the rotary polygon mirror passes through the second tilt correction lens 107 ', becomes a parallel beam again, and forms a spot 106 on the image carrier by the imaging lens 104 having a focal length fi. In a plane parallel to the scanning plane, the tilt correction lens 107,
Since 107 'has no optical power, the beam remains parallel in its plane. That is, the beam forms a line image on the small surface 108 of the rotating polygon mirror.
【0064】しかし、従来用いられてきた半導体レーザ
ー101からのレーザービームは図18の概念図に示す
ように、光軸を含み接合面に平行な面と、同じく光軸を
含み接合面に垂直な面では、ビームの拡がり角が大きく
異なっていた。接合面に平行な面での拡がり角θpは通
常の半導体レーザーの場合、半値全角で約10度にな
る。ところが接合面に垂直な面では拡がり角θtは回析
の影響を受け、半値全角で約30度と大きくなる。さら
にこの拡がり角θt、θpの大きさや、その比(すなわ
ち楕円の長径、短径の比)を自由に設定することも難し
い。また、これにともないビームウエストの位置も平行
面と垂直面ではdだけ異なる。この値を一般に「非点隔
差」と呼ぶ。However, as shown in the conceptual diagram of FIG. 18, the laser beam from the semiconductor laser 101 which has been used conventionally has a surface including the optical axis and parallel to the bonding surface and a surface including the optical axis and perpendicular to the bonding surface. In the plane, the divergence angle of the beam was greatly different. The divergence angle θp in a plane parallel to the bonding plane is about 10 degrees at full width at half maximum in the case of a normal semiconductor laser. However, on a plane perpendicular to the bonding surface, the divergence angle θt is affected by diffraction, and becomes as large as about 30 degrees at full width at half maximum. Further, it is also difficult to freely set the magnitudes of the spread angles θt and θp and their ratios (that is, the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse). Accordingly, the beam waist position differs between the parallel plane and the vertical plane by d. This value is generally called "astigmatic difference".
【0065】この非点隔差のためコリメータレンズを出
たビームは、厳密には走査面とその直交する方向のどち
らかあるいは両方とも平行にはならない。そのため、像
担持体上に正確にスポットを結像することが出来ず、収
差を持っていた。Strictly speaking, the beam exiting the collimator lens due to the astigmatism is not parallel to the scanning plane and either or both directions perpendicular to the scanning plane. For this reason, a spot could not be accurately formed on the image carrier, and aberrations were caused.
【0066】従来の画像形成装置では、結像レンズの焦
点距離も長く、スポット径も大きいため、さほど問題に
はならなかったが、近年、高解像度のプリンタへの要求
が高まるにつれて、この収差が問題となってきた。これ
に対する一つの解決方法として、垂直面内、水平面内に
異なるパワーをレンズの組合せなどで構成したいわゆる
アナモフィックレンズを用いて、非点隔差の補正を行な
うビーム整形光学系が提案されている。しかし、この様
なビーム整形光学系は機器のコストダウン、及び小型化
に好ましくない。In the conventional image forming apparatus, since the focal length of the image forming lens is long and the spot diameter is large, this is not a problem. However, as the demand for a high-resolution printer increases in recent years, this aberration is reduced. It has been a problem. As one solution to this problem, a beam shaping optical system that corrects astigmatism using a so-called anamorphic lens having different powers in a vertical plane and a horizontal plane by combining lenses has been proposed. However, such a beam shaping optical system is not preferable for reducing the cost and size of the apparatus.
【0067】次に、ビームの拡がり角が大きいことによ
って生ずる問題を先の図17を用いて説明する。いま、
例えば像面111で100μm(ここでスポット径、ビ
ーム径は、ビームの断面の強度分布がガウス分布とし
て、ピーク強度に対して1/e 2 のパワーとなる直径
と定義する)のスポット106に結像させる場合、fi
を200mmとすれば結像レンズへの入射ビーム径(す
なわちコリメート径)Wcは約2mmである。倒れ補正
レンズ107,107′は多面鏡の小面108に対して
対称であり、レンズ107′の射出ビーム径とレンズ1
07の入射ビーム径は等しい。このビーム径を得るため
には、コリメータレンズ102の焦点距離fcは約3m
mとなる。Next, the beam divergence angle is large.
The problem caused by this will be described with reference to FIG. Now
For example, 100 μm at the image plane 111 (the spot diameter,
The beam diameter is based on the Gaussian distribution
And 1 / e with respect to the peak intensity 2Diameter to be the power of
When an image is formed on the spot 106 of
Is 200 mm, the incident beam diameter (
That is, the collimating diameter Wc is about 2 mm. Fall correction
The lenses 107 and 107 'are positioned on the facet 108 of the polygon mirror.
Symmetry, the exit beam diameter of lens 107 'and lens 1
07 are equal. To get this beam diameter
The focal length fc of the collimator lens 102 is about 3 m
m.
【0068】このようにコリメータレンズ102の焦点
距離が短いため、正確に平行なビームを得るためには、
半導体レーザーに対するコリメータレンズの光軸方向の
位置の誤差は極めて小さく調整する必要があった。ま
た、上記のビームの拡がり角θt、θpも半導体のプロ
セス上の要因により大きくばらつくことがあり、結果と
して平行化されたビームの径もばらつきを生ずるという
問題があり、コリメータ102の後ろにスリットもしく
は開口絞りを設け、ビーム径を絞るようなビーム整形を
行なう必要があった。さらに、初期的には正確に調整し
てあっても、使用時の光学系周辺の温度上昇や経年によ
る部材の変形のためコリメータレンズ102の位置が狂
い、やはり、結像スポット径が変動してしまい、画像品
質が劣化するという問題があった。As described above, since the focal length of the collimator lens 102 is short, in order to obtain an accurate parallel beam,
The error of the position of the collimator lens with respect to the semiconductor laser in the optical axis direction has to be adjusted very small. Further, the beam divergence angles θt and θp may also vary greatly due to semiconductor process factors, resulting in a problem that the diameter of the collimated beam also varies. It was necessary to provide an aperture stop and perform beam shaping to reduce the beam diameter. Furthermore, even if it is accurately adjusted in the beginning, the position of the collimator lens 102 is out of order due to a rise in temperature around the optical system during use and deformation of the member due to aging, and again the imaging spot diameter varies. As a result, there is a problem that image quality is deteriorated.
【0069】また、一般に半導体レーザーの偏光は直線
偏光であり、レーザービームの偏光面の方向は半導体レ
ーザーの接合面の傾きによって一意にきまってしまう。
ところが一般に反射面での反射率はその鏡面への入射角
度によってP偏光とS偏光によって反射率が異なる。図
19に金属ミラーのP偏光、S偏光の各々の反射率R
p、Rsを示す。Generally, the polarization of a semiconductor laser is linearly polarized, and the direction of the plane of polarization of the laser beam is uniquely determined by the inclination of the bonding surface of the semiconductor laser.
However, in general, the reflectance on the reflection surface differs depending on the P-polarized light and the S-polarized light depending on the angle of incidence on the mirror surface. FIG. 19 shows the reflectance R of each of the P-polarized light and the S-polarized light of the metal mirror.
p and Rs are shown.
【0070】回転多面鏡の回転に伴いその鏡面への入射
角が変化するので、図19に示すようにP偏光とS偏光
の合成として表わされるレーザービームの光量も変動し
てしまう。特に回転多面鏡での偏向角を大きくとる場合
に問題となる。これを避けるため特開昭58−4202
5に示すように偏光面を回転多面鏡の回転軸に対して4
5゜傾ける方法も提案されているが、ビームの楕円断面
の長軸の方向も決まってしまうため、この方法を用いる
ことはできないか、もしくは1/4λ板等を用いて偏光
面を回転させなくてはならない、という問題点があっ
た。Since the angle of incidence on the mirror surface changes with the rotation of the rotating polygon mirror, the light quantity of the laser beam expressed as a combination of P-polarized light and S-polarized light also changes as shown in FIG. In particular, a problem arises when the deflection angle of the rotating polygon mirror is increased. To avoid this, JP-A-58-4202
As shown in FIG. 5, the polarization plane is shifted by 4 with respect to the rotation axis of the rotating polygon mirror.
Although a method of inclining by 5 ° has been proposed, this method cannot be used because the direction of the major axis of the elliptical cross section of the beam is also determined, or the polarization plane is not rotated by using a λλ plate or the like. There was a problem that must not be.
【0071】また、一般に半導体レーザーにおいては、
レーザー発振は光共振器を流れる電流が一定値を超えな
ければ生じない。この電流値を「しきい値電流」と呼ぶ
が、従来の半導体レーザーでは数10mAもあり、その
熱によってレーザーの特性、特に発振波長のシフトが生
ずるため、素子の放熱が問題となっていた。In general, in a semiconductor laser,
Laser oscillation does not occur unless the current flowing through the optical resonator exceeds a certain value. This current value is called a "threshold current", which is several tens mA in a conventional semiconductor laser, and the heat causes a shift in the laser characteristics, particularly the oscillation wavelength.
【0072】2−2 本発明の構成 本発明の一実施例を以下に説明する。図13は本発明に
おける画像形成装置を示す図である。転写材151上に
印刷結果を得るプロセスはいわゆる電子写真プロセスに
よっている。像担持体105としては、半導体レーザー
を光源に用いて電子写真プリンタでは長波長側に増感し
た有機感光体(OPC)が多く用いられる。この像担持
体105は、帯電器152で一定の表面電位に帯電され
たのち、レーザービーム走査装置153によって光書込
すなわち露光が行なわれる。このレーザービーム走査装
置153から画像情報に従って光強度が変調されたレー
ザービーム154が像担持体105を軸方向に走査し、
露光部のみに表面電位を打ち消す電荷を発生させ、その
部分の表面電位の絶対値は小さくなる。結果として像担
持体上には画像に応じた表面電位の分布、すなわち静電
潜像が形成される。静電潜像は現像器155によって表
面電位に応じて選択的に現像剤を付着させることにより
現像される。この現像剤は転写器156によって転写材
151(通常は紙)に転写される。転写材151上の現
像剤は、定着器157によって熱圧力定着され排出され
る。2-2 Configuration of the Present Invention One embodiment of the present invention will be described below. FIG. 13 is a diagram illustrating an image forming apparatus according to the present invention. The process of obtaining a print result on the transfer material 151 is based on a so-called electrophotographic process. As the image carrier 105, an organic photoconductor (OPC) sensitized to a longer wavelength side in an electrophotographic printer using a semiconductor laser as a light source is often used. After the image carrier 105 is charged to a constant surface potential by the charger 152, optical writing, that is, exposure is performed by the laser beam scanning device 153. A laser beam 154 whose light intensity is modulated according to image information from the laser beam scanning device 153 scans the image carrier 105 in the axial direction,
A charge that cancels the surface potential is generated only in the exposed portion, and the absolute value of the surface potential in that portion is reduced. As a result, a distribution of the surface potential according to the image, that is, an electrostatic latent image is formed on the image carrier. The electrostatic latent image is developed by the developer 155 by selectively applying a developer according to the surface potential. This developer is transferred to a transfer material 151 (usually paper) by a transfer device 156. The developer on the transfer material 151 is fixed by heat and pressure by a fixing device 157 and is discharged.
【0073】次に図12によりレーザービーム走査装置
について説明する。図13に示したレーザービーム走査
装置153ではレーザービーム154は折り曲げられて
下方に射出する場合を想定していたが、ここでは説明の
ため単純化して描いてある。図12において半導体レー
ザー121は、接合面に対して垂直な方向にレーザービ
ームを発光部121aから射出する。発光部121aの
点灯および光量は制御装置160により制御される。こ
のビームはコリメータ102によって所定のビーム直径
を持つレーザービームにコリメートされる。このレーザ
ービームは回転多面鏡103の1小面に入射し、その回
転に伴って偏向される。結像レンズ104を通過したビ
ームは像担持体105上でスポット106に結像する。
この様な特性を持つ半導体レーザーとしては、いわゆる
平面発光型の半導体レーザーを用いるのが好ましい。さ
らにより望ましいのは発光部121aの周囲にII−VI族
化合物半導体を埋め込んだ面発光型の半導体レーザーを
用いることが好ましい。図14はこの面発光型半導体レ
ーザーの発光部121aの断面図であって、1つの光共
振器が1つの発光部を構成している場合を示している。
図14においてGaAs基板122の上にまず組成の違
う2種のAlGaAs層を数10層積層したクラッド層
124、活性層125、クラッド層126、コンタクト
層127が積層され、最後にSiO2誘導体多層膜反射
層128が形成されている。またGaAs基板122の
裏面全体及び、表面の誘電体多層膜反射層のまわりに窓
状の電極129、130が形成されており全体が光共振
器を構成している。活性層125で発生した光は基板1
22面と垂直方向に、上下の反射層127、123の間
を往復し発振するので、そのレーザービーム131の光
軸は基板面に対してほぼ垂直となる。Next, a laser beam scanning device will be described with reference to FIG. In the laser beam scanning device 153 shown in FIG. 13, it is assumed that the laser beam 154 is bent and emitted downward, but is simplified here for the sake of explanation. In FIG. 12, the semiconductor laser 121 emits a laser beam from the light emitting unit 121a in a direction perpendicular to the bonding surface. The lighting and the light amount of the light emitting unit 121a are controlled by the control device 160. This beam is collimated by a collimator 102 into a laser beam having a predetermined beam diameter. This laser beam enters one small surface of the rotary polygon mirror 103 and is deflected by its rotation. The beam that has passed through the imaging lens 104 forms an image on a spot 106 on the image carrier 105.
As a semiconductor laser having such characteristics, it is preferable to use a so-called plane emission type semiconductor laser. Still more preferably, it is preferable to use a surface-emitting type semiconductor laser in which a II-VI compound semiconductor is embedded around the light emitting portion 121a. FIG. 14 is a cross-sectional view of the light emitting unit 121a of the surface emitting semiconductor laser, showing a case where one optical resonator forms one light emitting unit.
Cladding layer 124 and the first two AlGaAs layers of different composition on a GaAs substrate 122 by stacking several 10 layers 14, the active layer 125, cladding layer 126, a contact layer 127 is laminated, and finally SiO 2 derivatives multilayer film A reflection layer 128 is formed. Further, window-like electrodes 129 and 130 are formed on the entire back surface of the GaAs substrate 122 and around the dielectric multilayer reflection layer on the front surface, and the whole constitutes an optical resonator. The light generated in the active layer 125
Since the laser beam oscillates back and forth between the upper and lower reflective layers 127 and 123 in the direction perpendicular to the surface 22, the optical axis of the laser beam 131 is substantially perpendicular to the substrate surface.
【0074】光共振器の回りには埋め込み層132とし
てII−VI族の化合物半導体が埋め込まれている。II−VI
族の化合物半導体としては、II族元素としてZn、C
d、Hg、VI族元素としてO、S、Se、Teを2〜4
元素組み合わせ、また、その化合物の格子定数を前記の
クラッド層 124、活性層125、クラッド層126
からなる半導体層の格子定数に合わせるのが望ましい。
このII−VI族の化合物半導体は電気抵抗が非常に大きい
ため、電流を光共振器のなかに効率的に閉じこめると同
時に、光共振器を構成しているAlGaAs半導体層と
は屈折率に差があるため、光共振器の内部で素子の基板
面に垂直もしくはそれに近い角度で進む光はこの埋め込
み層132との界面で全反射し効率的に閉じこめられ
る。このため、このような半導体レーザーを用いれば、
従来の半導体レーザーに比べて大変小さい電流でレーザ
ー発振が始まる。すなわち、しきい値電流が低く、素子
基板での損失熱量が少ない。A group II-VI compound semiconductor is embedded as an embedded layer 132 around the optical resonator. II-VI
Group compound semiconductors include Zn and C as Group II elements.
d, Hg, O, S, Se, and Te as Group VI elements in 2 to 4
The combination of elements and the lattice constant of the compound are determined by the cladding layer 124, the active layer 125, and the cladding layer 126.
It is desirable to match the lattice constant of the semiconductor layer composed of
Since the II-VI compound semiconductor has a very high electric resistance, the current is efficiently confined in the optical resonator, and at the same time, the refractive index is different from that of the AlGaAs semiconductor layer forming the optical resonator. Therefore, light traveling at an angle perpendicular to or close to the substrate surface of the element inside the optical resonator is totally reflected at the interface with the buried layer 132 and is efficiently confined. Therefore, if such a semiconductor laser is used,
Laser oscillation starts with a very small current compared to a conventional semiconductor laser. That is, the threshold current is low, and the heat loss in the element substrate is small.
【0075】また、面発光半導体レーザーでは、レーザ
ービームの射出部の断面積(ニア・フィールド・パター
ン)が、従来の端面発光型の半導体レーザーに比べて比
較的大きくとれるため、レーザービームの拡がり角は小
さくなる。この拡がり角の大きさは射出窓の面積で決ま
るが、その面積はエッチング等で正確に制御できるた
め、拡がり角も一定にすることができる。さらに、レー
ザービームの拡がり角の縦横すなわち楕円断面ビームの
長径と短径の比もこの射出窓の形状で随意に設定でき
る。例えば、完全な円形窓にすれば、等方的な拡がり角
を持つ円形断面のレーザービームが得られる。従って、
光軸方向の断面によるビームの非点隔差も少ない。Further, in the surface emitting semiconductor laser, the cross-sectional area (near field pattern) of the laser beam emitting portion can be relatively large as compared with the conventional edge emitting semiconductor laser, so that the divergence angle of the laser beam is increased. Becomes smaller. The size of the divergence angle is determined by the area of the exit window. Since the area can be accurately controlled by etching or the like, the divergence angle can be made constant. Furthermore, the length and width of the divergence angle of the laser beam, that is, the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical cross-section beam can be arbitrarily set by the shape of the exit window. For example, with a perfect circular window, a laser beam with a circular cross section having an isotropic divergence angle can be obtained. Therefore,
The astigmatic difference of the beam due to the cross section in the optical axis direction is also small.
【0076】ところで、通常のレーザービームプリンタ
ーでは、像担持体上でのレーザービームの結像スポット
の形状は走査方向に短軸が一致するような楕円状とする
事が多い。これは、走査方向に点灯時間だけスポットが
移動し像が長く伸びるので、これを補正するためであ
る。そのためには結像光学系に入射するレーザービーム
の断面形状は、逆に走査方向に長軸をもつ楕円であるこ
とが望ましい。本実施例の場合、面発光の半導体レーザ
ー121では射出ビームの楕円比を自由に制御できるの
で、特別な光学系を用いなくとも、走査面に長軸を有
し、適切な長軸と短軸の比を持つような断面をもつレー
ザービームを結像光学系に入射させることができる。By the way, in a usual laser beam printer, the shape of the spot formed by the laser beam on the image carrier is often an ellipse whose minor axis coincides with the scanning direction. This is because the spot moves in the scanning direction for the lighting time and the image is elongated, which is corrected. For that purpose, it is desirable that the cross-sectional shape of the laser beam incident on the imaging optical system is an ellipse having a long axis in the scanning direction. In the case of this embodiment, the surface emitting semiconductor laser 121 can freely control the elliptic ratio of the emission beam, so that the scanning surface has a long axis without using a special optical system, and an appropriate long axis and short axis can be used. A laser beam having a cross section having a ratio of 2 can be incident on the imaging optical system.
【0077】面発光半導体レーザー121では光共振器
の素子基板122面内での断面積が大きくなると、0次
モードだけではなく、高次のモードの発振が始まり、結
像したスポットの光量分布もいくつものピークを持ち、
像担持体 105上に静電潜像を作るのには甚だ好まし
くない。そこで、複数の小さな光共振器を近接して並
べ、位相同期して発振させることにより、0次モードで
発振する、面積の大きな発光部121aを得ることが出
来る。In the surface-emitting semiconductor laser 121, when the cross-sectional area of the optical resonator in the plane of the element substrate 122 becomes large, not only the 0th mode but also the oscillation of a higher order mode starts, and the light quantity distribution of the formed spot also becomes large. Has several peaks,
It is extremely undesirable to form an electrostatic latent image on the image carrier 105. Therefore, by arranging a plurality of small optical resonators close to each other and oscillating them in phase synchronization, it is possible to obtain a light emitting section 121a oscillating in the zero-order mode and having a large area.
【0078】以下にこの位相同期型の面発光半導体レー
ザー121の1つの発光部121aの一部断面図を図1
5に示す。ここでは複数の光共振器が非常に狭い間隔で
隣接しており、埋め込み層132の下部は活性層125
に達していない。このため埋め込み層132下方のクラ
ッド層126を介して隣接する光共振器から漏れる光が
互いに影響し、同位相で発振する。このためこの隣接す
る複数の光共振器があたかも1つの光共振器のように動
作する。このように各光共振器の射出光の波面が揃うの
で、面状のレーザー放射源として作用し、その発光部1
21aの見かけ上の面積は大きくなるため、レーザービ
ームの拡がり角は非常に小さく、半値全角で2度以下に
することも可能である。FIG. 1 is a partial sectional view of one light emitting portion 121a of the phase-locked surface emitting semiconductor laser 121.
It is shown in FIG. Here, a plurality of optical resonators are adjacent to each other at a very small interval, and the lower portion of the buried layer 132 is
Has not reached. Therefore, light leaking from adjacent optical resonators via the cladding layer 126 below the buried layer 132 affects each other and oscillates in phase. Therefore, the plurality of adjacent optical resonators operate as if they are one optical resonator. Since the wavefronts of the light emitted from the respective optical resonators are aligned in this manner, they act as planar laser radiation sources, and their light emitting portions 1
Since the apparent area of 21a is large, the divergence angle of the laser beam is very small, and it is possible to set the full width at half maximum to 2 degrees or less.
【0079】従って位相同期型発光半導体レーザーで
は、レーザービームの拡がり角が従来の半導体レーザー
に比べて小さくなるが、これを従来の実施例と比較して
説明する。例えばレーザービームの拡がり角を半値全角
で2度とし、従来の実施例と同じく直径2mmのビーム
径で結像光学系に入射させるとするとコリメータレンズ
102の焦点距離fcは約35mmになる。このように
コリメータレンズ102の焦点距離fcが長くすること
ができるので、半導体レーザー121に対するコリメー
タレンズ102の距離の調整余裕が増す。Therefore, in the phase-locked light-emitting semiconductor laser, the divergence angle of the laser beam is smaller than that of the conventional semiconductor laser. This will be described in comparison with the conventional embodiment. For example, if the divergence angle of the laser beam is 2 degrees at full width at half maximum and the laser beam is incident on the imaging optical system with a beam diameter of 2 mm as in the conventional embodiment, the focal length fc of the collimator lens 102 becomes about 35 mm. Since the focal length fc of the collimator lens 102 can be lengthened in this way, the margin for adjusting the distance of the collimator lens 102 to the semiconductor laser 121 increases.
【0080】さらにレーザービームの拡がり角を極端に
小さくした場合、半導体レーザーから回転多面鏡103
に至りさらに結像レンズ104にいたる距離の間に、レ
ーザービームの大きさはあまり広がらず、結像レンズ1
04の入射面においても、所要の結像スポット径を得る
のに十分な小ささにできる。すなわち通常のレーザー走
査光学系のような所要のコリメート径に、レーザービー
ムをコリメート(平行化)するコリメータレンズが不要
となる。但し、回転多面鏡103の偏向角に応じて光路
長が変化し、結像レンズ104に入射するレーザービー
ムの大きさも変化して行くので、それを補正する光学系
が必要になる。しかし、そのような光学的機能は結像レ
ンズにもたせることは容易であるので、全体の光学系の
構成要素は少なくなる。When the divergence angle of the laser beam is made extremely small, the rotating polygon mirror 103 is moved from the semiconductor laser.
And the distance to the imaging lens 104, the size of the laser beam does not spread so much.
Also on the incident surface 04, it can be made small enough to obtain the required imaging spot diameter. That is, a collimator lens for collimating (parallelizing) a laser beam to a required collimating diameter as in a normal laser scanning optical system is not required. However, the optical path length changes according to the deflection angle of the rotary polygon mirror 103, and the size of the laser beam incident on the imaging lens 104 also changes, so that an optical system for correcting the change is required. However, since such an optical function can be easily provided to the imaging lens, the number of components of the entire optical system is reduced.
【0081】面発光形の半導体レーザーにおいても一般
的に、射出ビームは直線偏光になる。その方向は共振器
の素子基板面内の平面形状によって決まり、おおむねは
平面形状の長手方向に偏光面が一致する。例えば楕円状
の共振器形状にすればその長軸方向が偏光面になる。前
述のように位相同期型の半導体レーザーの発光部は、複
数例えば4つの位相同期して発振する光共振器から構成
されている。このとき射出ビームの断面形状はその合成
された形状となるため、個々の光共振器の並べ方によっ
て合成射出ビームの断面形状を自由に設定できる。この
場合も各レーザービームの偏光面の向きは個々の共振器
の平面形状で決まるので、例えば合成された楕円のレー
ザービームを得る場合でもその長軸と偏光面の方向を独
立に設定できる。In general, even in a surface-emitting type semiconductor laser, an emission beam is linearly polarized. The direction is determined by the planar shape of the resonator in the plane of the element substrate, and the polarization plane generally coincides with the longitudinal direction of the planar shape. For example, if an elliptical resonator shape is used, the major axis direction becomes the polarization plane. As described above, the light-emitting portion of the phase-locked semiconductor laser is composed of a plurality of, for example, four optical resonators that oscillate in phase synchronization. At this time, since the cross-sectional shape of the emission beam is a combined shape thereof, the cross-sectional shape of the combined emission beam can be freely set by arranging the individual optical resonators. Also in this case, since the direction of the polarization plane of each laser beam is determined by the planar shape of each resonator, for example, even when a combined elliptical laser beam is obtained, the direction of the long axis and the direction of the polarization plane can be set independently.
【0082】図16(a)はこの様子を模式的に示した
もので半導体レーザーの発光部142をビーム射出側か
らみた平面図である。4つの位相同期して発振している
楕円状断面の光共振器141が1つの発光部142を構
成しており、個々の共振器141から射出されるレーザ
ービームの偏光面143は図では45度傾いているが、
合成して得られる楕円状のレーザービームは長軸は上下
方向になる。また図16(b)に示すように、個々の光
共振器141の偏光面143の方向を互いに異なる角度
で配置すると、その合成された射出ビームは近似的に円
偏光になる。FIG. 16A schematically shows this state, and is a plan view of the light emitting section 142 of the semiconductor laser viewed from the beam emitting side. Four optical resonators 141 having an elliptical cross section oscillating in phase synchronization constitute one light emitting unit 142, and the polarization plane 143 of the laser beam emitted from each resonator 141 is 45 degrees in the figure. Although it is inclined,
The major axis of the elliptical laser beam obtained by synthesis is in the vertical direction. Further, as shown in FIG. 16B, when the directions of the polarization planes 143 of the individual optical resonators 141 are arranged at different angles, the combined emission beam becomes approximately circularly polarized light.
【0083】先にも述べたように通常のレーザービーム
プリンターでは、像担持体上でのレーザービームの結像
スポットの形状は走査方向に短軸が一致するような楕円
状とする事が多い。そこで前述の様にレーザービームの
偏光面の向きを合成楕円ビーム断面の長軸方向と45度
傾けた場合、合成射出ビームの長軸を走査方向に一致さ
せるように半導体レーザーを配置すれば、その偏光面は
ビーム走査面とは45度傾く。その結果、回転多面鏡1
03の回転軸に対しても偏光面は45度傾いており、図
19に示したような回転多面鏡103への入射角による
反射率の差を受けにくい。このことは前記の円偏光であ
る楕円断面のレーザービームでも同様である。なお、光
学系の構成によっては、半導体レーザーを射出するレー
ザービームの短軸を走査方向に一致させる場合もある
が、全く同様の効果を発揮する。As described above, in the ordinary laser beam printer, the shape of the spot formed by the laser beam on the image carrier is often an ellipse whose minor axis coincides with the scanning direction. Therefore, when the direction of the polarization plane of the laser beam is inclined by 45 degrees with respect to the major axis direction of the cross section of the combined elliptical beam as described above, if the semiconductor laser is arranged so that the major axis of the combined emission beam coincides with the scanning direction, The polarization plane is inclined at 45 degrees with respect to the beam scanning plane. As a result, the rotating polygon mirror 1
The polarization plane is also inclined by 45 degrees with respect to the rotation axis of 03, and is less susceptible to a difference in reflectance due to the angle of incidence on the rotating polygon mirror 103 as shown in FIG. The same applies to the above-mentioned laser beam having an elliptical cross section which is circularly polarized light. Note that, depending on the configuration of the optical system, the short axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser may coincide with the scanning direction, but the same effect is exerted.
【0084】以上に説明した実施例は、本発明の一実施
例に過ぎず、例えば偏向器として回転多面鏡ではなく、
ガルバノミラーやホログラムディスクを用いても同様の
効果を有する。また、コリメータレンズ、倒れ補正レン
ズ、結像レンズの有無、構成や、相対位置関係が変わっ
ても本発明の効果は同じく発揮される。The embodiment described above is merely an embodiment of the present invention. For example, a deflector is not a rotary polygon mirror, but a deflector.
The same effect can be obtained by using a galvanomirror or a hologram disk. Further, the effects of the present invention can be similarly exerted even if the presence / absence, configuration, and relative positional relationship of the collimator lens, the tilt correction lens, and the imaging lens are changed.
【0085】また、本発明の画像形成装置の応用範囲
は、プリンタ、複写機等の印刷装置のみならず、ファク
シミリ、ディスプレイにても全く同様な効果を有するこ
とは言うまでもない。Further, it goes without saying that the application range of the image forming apparatus of the present invention is not limited to printing apparatuses such as printers and copiers, but can be applied to facsimile machines and displays.
【0086】2−3 効果 以上に述べたように本発明の画像形成装置においては、
半導体レーザーに面発光半導体レーザーを用いることに
より、 レーザービームの拡がり角が小さくなり、コリメー
タレンズと半導体レーザーの距離を大きく取れるため、
コリメータレンズの光軸方向の調整余裕が増し、生産性
が上がると同時に、経年劣化や使用時の温度変動の影響
を受けずに一定のスポット径で、露光が可能となり、画
像品質が向上する。2-3 Effect As described above, in the image forming apparatus of the present invention,
By using a surface emitting semiconductor laser as the semiconductor laser, the divergence angle of the laser beam is reduced, and the distance between the collimator lens and the semiconductor laser can be increased.
The adjustment margin in the optical axis direction of the collimator lens is increased, and the productivity is increased. At the same time, exposure can be performed with a fixed spot diameter without being affected by aging or temperature fluctuation during use, and image quality is improved.
【0087】 面発光半導体レーザーでは、その特性
上、非点隔差が少なく、ビーム断面の楕円形状(長軸と
短軸の比)を自由に設定できるため、通常これらの補正
に必要な光学系を用いずとも正確なビーム整形が可能と
なる。In the surface emitting semiconductor laser, the astigmatic difference is small due to its characteristics, and the elliptical shape of the beam cross section (ratio between the major axis and the minor axis) can be freely set. Accurate beam shaping becomes possible without using it.
【0088】 さらに面発光半導体レーザーにII−VI
族の化合物半導体を埋め込み層として用いることによ
り、低しきい値電流でのレーザ発振が可能となり、素子
の消費電流の低減が可能となり、素子の発熱によるレー
ザーの特性への影響が軽減できる。In addition, II-VI
By using a group III compound semiconductor as a buried layer, laser oscillation at a low threshold current becomes possible, current consumption of the element can be reduced, and the influence of heat generation of the element on laser characteristics can be reduced.
【0089】 次に面発光半導体レーザーとして複数
の光共振器が位相同期して発光する位相同期型の面発光
半導体レーザーを用いることにより、一層射出ビームの
拡がり角を小さくでき、場合によってはコリメータレン
ズを省略することが可能となり、光学系の構成を一層簡
素化できる。Next, by using a phase-locked surface-emitting semiconductor laser in which a plurality of optical resonators emit light in phase synchronization as the surface-emitting semiconductor laser, the divergence angle of the emitted beam can be further reduced, and in some cases, the collimator lens Can be omitted, and the configuration of the optical system can be further simplified.
【0090】 また、偏光面を自由に設定できる複数
の光共振器で1つの発光部を構成するため、楕円断面の
レーザービームを用いる場合に、レーザービームの偏光
面の方向をビーム断面の長軸方向とは独立にかつ任意に
制御でき、回転多面鏡への入射角の違いから生ずる反射
率の差による、レーザービームの走査方向の位置による
光量変動を最小限にとどめることが容易に実現できる。Further, since one light emitting portion is constituted by a plurality of optical resonators whose polarization planes can be freely set, when a laser beam having an elliptical cross section is used, the direction of the polarization plane of the laser beam is changed to the major axis of the beam cross section. The direction of the laser beam can be controlled independently and arbitrarily, and it is easy to minimize the variation in the amount of light due to the position in the scanning direction of the laser beam due to the difference in reflectance caused by the difference in the angle of incidence on the rotating polygon mirror.
【0091】§3 画像形成装置の第3の実施例 3−1 背景技術との対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。 §3 Third Embodiment of Image Forming Apparatus 3-1 Comparison with Background Art In order to better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0092】従来の画像形成装置の光路断面図を図27
に示す。図27は画像形成装置の像担持体の走査面と垂
直で光軸を含む面、すなわち副走査面内における光路断
面図である。また、回転多面鏡の反射面208に対して
光軸を折り返して描いてある。図27において、半導体
レーザー201から放射されたレーザービームは拡がり
角θで放射される。このビームは焦点距離fcのコリメ
ータレンズ202によってほぼ平行なビームに整形さ
れ、倒れ補正レンズ207によって各ビームは回転多面
鏡の反射面208の上に一旦集束する。回転多面鏡20
8で偏向されたビームは、2つめの倒れ補正レンズ20
7′を出た後再び平行なビームとなり、焦点距離fiの
走査レンズ204によって、像担持体211上にスポッ
ト206を結ぶ。走査面と平行な面内では、倒れ補正レ
ンズ207,207′は光学的パワーを持たないため、
その面内ではビームは平行なままである。すなわち、回
転多面鏡の反射面208上にはビームは線像として結像
する。FIG. 27 is a sectional view of an optical path of a conventional image forming apparatus.
Shown in FIG. 27 is a sectional view of the optical path in a plane perpendicular to the scanning plane of the image carrier of the image forming apparatus and including the optical axis, that is, in the sub-scanning plane. In addition, the optical axis is folded back with respect to the reflecting surface 208 of the rotating polygon mirror. In FIG. 27, a laser beam emitted from a semiconductor laser 201 is emitted at a divergence angle θ. This beam is shaped into a substantially parallel beam by a collimator lens 202 having a focal length fc, and each beam is once focused by a tilt correction lens 207 onto a reflecting surface 208 of a rotating polygon mirror. Rotating polygon mirror 20
The beam deflected at 8 is the second tilt correction lens 20
After exiting 7 ', the beam becomes a parallel beam again, and a spot 206 is formed on the image carrier 211 by the scanning lens 204 having a focal length fi. Since the tilt correction lenses 207 and 207 'have no optical power in a plane parallel to the scanning plane,
In that plane the beam remains parallel. That is, the beam forms a line image on the reflecting surface 208 of the rotating polygon mirror.
【0093】次にこの倒れ補正レンズ207,207′
の働きを説明する。回転多面鏡の各反射面208の相互
の回転軸に対する傾きはどのように精密に加工しても、
角度にして数十秒の誤差ををもち、従ってこの面に反射
されたビームの結像位置は、「光学てこ」の原理で像担
持体の表面では副走査方向にずれを生じ、走査線ピッチ
に対して、無視できない大きさとなる。そこで特開昭4
8−49315に示されるように、各反射面と像担持体
211表面(結像面)を光学的な共役位置とするよう
な、倒れ補正レンズ207′が設けられる。この倒れ補
正レンズ207′は一般に、副走査面内でのみ光学的パ
ワーを有するシリンドリカルレンズやトーリックレンズ
で構成される。いま反射面が傾いた場合でも、そのビー
ムは結像面では必ず同一の位置に結像する。Next, the tilt correction lenses 207, 207 '
Explain the function of. Regardless of how precisely the inclination of each reflection surface 208 of the rotating polygon mirror with respect to the mutual rotation axis is processed,
There is an error of several tens of seconds in the angle, and therefore, the imaging position of the beam reflected on this surface is shifted in the sub-scanning direction on the surface of the image carrier due to the principle of "optical leverage", and the scanning line pitch The size cannot be ignored. Therefore, JP 4
As shown in 8-49315, a tilt correction lens 207 'is provided so that each reflection surface and the surface (image forming surface) of the image carrier 211 are at an optically conjugate position. The tilt correction lens 207 'is generally formed of a cylindrical lens or a toric lens having optical power only in the sub-scanning plane. Even if the reflecting surface is tilted, the beam always forms an image at the same position on the image forming surface.
【0094】図28は従来用いられてきたいわゆる端面
発光型の半導体レーザーの概念図である。図28に示す
ように、光軸を含み接合面に平行な面と、同じく光軸を
含み接合面に垂直な面では、ビームの拡がり角が大きく
異なっている。接合面に平行な面での拡がり角θpは通
常のレーザーダイオードの場合、半値全角で約10度に
なる。ところが接合面に垂直な面では拡がり角θtは回
折の影響を受け、半値全角で約30度と大きくなる。FIG. 28 is a conceptual diagram of a so-called edge-emitting type semiconductor laser conventionally used. As shown in FIG. 28, the divergence angle of the beam is significantly different between a plane that includes the optical axis and is parallel to the bonding plane and a plane that also includes the optical axis and is perpendicular to the bonding plane. The divergence angle θp in a plane parallel to the bonding plane is about 10 degrees at full width at half maximum in the case of a normal laser diode. However, on a plane perpendicular to the bonding surface, the divergence angle θt is affected by diffraction, and becomes as large as about 30 degrees at full width at half maximum.
【0095】しかし、このように接合面とその直交方向
で放射されるレーザービームの拡がり角が異なる場合、
これをそのままコリメータレンズ202で平行化(すな
わちコリメート)すると、平行になったレーザービーム
の断面も大きく潰れた楕円状になってしまう。そしてこ
の長径と短径の比が著しく違う平行ビームを走査レンズ
204で像担持体211上に結像させると、その結像ス
ポットは平行ビームとは逆の長径と短径の比を持つ楕円
状になる。However, when the divergence angle of the laser beam emitted in the direction perpendicular to the bonding surface differs from that of the bonding surface,
If this is collimated (that is, collimated) by the collimator lens 202 as it is, the cross section of the collimated laser beam also becomes an elliptical shape that is greatly crushed. When a parallel beam having a significantly different ratio of the major axis to the minor axis is imaged on the image carrier 211 by the scanning lens 204, the imaged spot has an elliptical shape having a major axis / minor axis ratio opposite to that of the parallel beam. become.
【0096】一方、特開昭52−119331に示され
るように、像面すなわち像担持体上では、結像スポット
は、走査方向にやや短い短軸を有するような楕円とする
ことが望ましい。これは、レーザーが一定時間のパルス
で点灯するので、その間の移動距離を補正するため、副
走査方向に比べ、走査方向のスポット径を小さくする必
要があるからである。On the other hand, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-119331, it is desirable that the image spot on the image plane, that is, on the image carrier, be an ellipse having a slightly shorter minor axis in the scanning direction. This is because, since the laser is turned on with a pulse for a certain time, it is necessary to make the spot diameter in the scanning direction smaller than that in the sub-scanning direction in order to correct the moving distance during that time.
【0097】このため、前記のように拡がり角の比が著
しく異なるビームを所望の長径と短径の比を持つスポッ
トに結像させるのには、走査方向とその直交方向で光学
的特性の違う、すなわちアナモフィックな光学系を半導
体レーザー201から像担持体211までの経路中のど
こかに持たねばならなかった。Therefore, in order to form a beam having a remarkably different divergence angle on a spot having a desired ratio of the major axis to the minor axis as described above, the optical characteristics differ between the scanning direction and the direction perpendicular thereto. That is, the anamorphic optical system has to be provided somewhere in the path from the semiconductor laser 201 to the image carrier 211.
【0098】そこで、前記の倒れ補正光学系にこの特性
を持たせてしまう方法が、最も広く用いられている。図
27において倒れ補正レンズ207,207′は副走査
方向にアフォーカルであるので、反射面からの2つのレ
ンズへの距離が異なる構成にすれば、副走査方向にだけ
作用するビームエキスパンダーとなる。Therefore, the method of giving the above characteristic to the tilt correction optical system is most widely used. In FIG. 27, the tilt correction lenses 207 and 207 'are afocal in the sub-scanning direction. Therefore, if the distances from the reflection surface to the two lenses are different, the beam expander operates only in the sub-scanning direction.
【0099】しかし、このような倒れ補正光学系は、一
般に長尺のシリンドリカルレンズやトーリックレンズな
どで構成され、製作が困難かあるいは製作費の高い光学
部品となる。また、回転多面鏡より手前にある倒れ補正
レンズ207の光軸調整は精度を要し、この種の画像形
成装置の生産性と信頼性の向上を阻む要因の1つであっ
た。However, such a tilt correction optical system is generally constituted by a long cylindrical lens, a toric lens, or the like, and is an optical component that is difficult or expensive to manufacture. Further, the optical axis adjustment of the tilt correction lens 207 located in front of the rotary polygon mirror requires precision, which is one of the factors that hinder the improvement in productivity and reliability of this type of image forming apparatus.
【0100】すでに述べたように、この倒れ補正レンズ
が必要となるような、副走査面内のレーザービームの角
度誤差を生ずる主な原因は、回転多面鏡の各反射面の相
互間の角度加工精度に起因し、回転多面鏡の回転軸の動
的な振れはあまり大きな問題ではない。そこで、回転多
面鏡ではなく、ただ1つの鏡面を回転させれば、この問
題の大きな要因が取り除かれ、通常の画像形成装置に対
しては、倒れ補正レンズは不要となる。As described above, the main cause of the angular error of the laser beam in the sub-scanning plane, which requires the tilt correction lens, is the angular processing between the reflecting surfaces of the rotary polygon mirror. Due to the accuracy, the dynamic deflection of the rotating axis of the rotating polygon mirror is not a major problem. Therefore, if only one mirror surface is rotated instead of the rotating polygon mirror, a major cause of this problem is eliminated, and a tilt correction lens is not required for a normal image forming apparatus.
【0101】また、このような回転鏡では反射面が1つ
しかないため、その加工が容易で、回転部分の慣性モー
メントが小さいため、回転時の振動に対しても有利であ
る。Further, since such a rotating mirror has only one reflecting surface, it can be easily processed, and the moment of inertia of the rotating portion is small, which is advantageous against vibration during rotation.
【0102】このような、回転単面鏡のアイデアは古く
から存在するが、1回転当り1走査しかできないため、
多面鏡に比べ著しく走査速度が低下し、いわゆるレーザ
ービームプリンターに使用するには不十分なものであっ
た。Although the idea of such a rotary single-sided mirror has existed for a long time, since only one scan can be performed per rotation,
The scanning speed was significantly lower than that of a polygon mirror, and was insufficient for use in a so-called laser beam printer.
【0103】いま、走査線のピッチを300dpi(1
インチ[=25.4mm]あたり300ドットすなわ
ち、走査線の数が300)で、用紙の大きさがA4であ
って、これを長手方向に給紙し、1分当り10枚の印字
を行なうのに相当する画像形成を行なう場合、6面の回
転多面鏡を用いればその回転数は約7000rpm(1
分当りの回転数)となる。一般に、ボールベアリングを
用いた回転多面鏡の回転数の上限は現在の技術では、約
12000〜14000rpmであると言われ、仮に1
2000rpmで回転する1枚の反射鏡を用いたとして
も、1分当りの印字枚数は3枚弱になってしまう。Now, the scanning line pitch is set to 300 dpi (1
300 dots per inch [= 25.4 mm], that is, the number of scanning lines is 300), and the size of the sheet is A4. The sheet is fed in the longitudinal direction and 10 sheets are printed per minute. In the case of forming an image corresponding to the above, if a six-sided rotating polygon mirror is used, the number of rotations is about 7000 rpm (1
Rotations per minute). Generally, the upper limit of the number of revolutions of a rotating polygon mirror using ball bearings is said to be about 12000 to 14000 rpm in the current technology.
Even if one reflecting mirror rotating at 2000 rpm is used, the number of printed sheets per minute is less than three.
【0104】また、倒れ補正レンズ207,207′を
取り除いてしまうと、既に述べたように、半導体レーザ
ーから放射される拡がり角の楕円比の大きいレーザービ
ームを像担持体上で所要の楕円比をもつスポットに結像
させるアナモフィックなビームエクスパンダーとしての
機能も失われてしまう。When the tilt correction lenses 207 and 207 'are removed, as described above, the laser beam radiated from the semiconductor laser and having a large divergence angle of the divergence angle is adjusted to the required elliptic ratio on the image carrier. The function as an anamorphic beam expander that forms an image on a spot is lost.
【0105】3−2 本発明の構成 図21は本発明による画像形成装置を示す図である。転
写材251上に印刷結果を得るプロセスは、いわゆる電
子写真プリンタの場合長波長側に増感した有機感光体
(OPC)が多く用いられる。この像担持体205はま
ず、帯電器252で一定の表面電位に帯電されたのち、
レーザービーム走査装置253によって光書込すなわち
露光が行なわれる。このレーザービーム走査装置253
から画像情報に従って光強度が各々独立に変調された複
数のレーザービーム254が像担持体205を軸方向に
走査し、露光部のみに表面電位を打ち消す電荷を発生さ
射射出出せ、その部分の表面電位の絶対値は小さくな
る。結果として、像担持体205上には画像に応じた表
面電位の分布、すなわち静電潜像が形成される。静電潜
像は現像器255によって表面電位に応じて選択的に現
像剤を付着させることにより現像される。この現像剤は
転写器 256によって転写材251(通常は紙)に転
写される。転写材251は、定着器257によって熱圧
力定着され排出される。3-2 Configuration of the Present Invention FIG. 21 is a view showing an image forming apparatus according to the present invention. As a process for obtaining a print result on the transfer material 251, in the case of a so-called electrophotographic printer, an organic photoconductor (OPC) sensitized to a longer wavelength is often used. The image carrier 205 is first charged to a constant surface potential by the charger 252,
Optical writing, that is, exposure is performed by the laser beam scanning device 253. This laser beam scanning device 253
A plurality of laser beams 254 whose light intensities are independently modulated according to image information scan the image carrier 205 in the axial direction, and generate and discharge an electric charge to cancel the surface potential only at the exposed portion. The absolute value of the potential decreases. As a result, a distribution of the surface potential according to the image, that is, an electrostatic latent image is formed on the image carrier 205. The electrostatic latent image is developed by the developer 255 by selectively applying a developer according to the surface potential. This developer is transferred to a transfer material 251 (usually paper) by a transfer device 256. The transfer material 251 is fixed by heat and pressure by the fixing device 257 and is discharged.
【0106】図20は本発明によるレーザービーム走査
光学装置の概観図である。図21に示したレーザービー
ム走査装置253ではレーザービーム254は折り曲げ
られて下方に射出する場合を想定していたが、図20で
は説明のため単純化して描いてある。本発明のように複
数のレーザービームで走査を行なう方式は「マルチビー
ム」レーザー走査方式とも呼ばれる。ここで半導体レー
ザーアレイ221の複数の発光部221aから射出した
複数のレーザービームは、コリメータレンズ202によ
って所定のビーム直径を持つレーザービームにコリメー
ト(平行化)される。このレーザービームはただ1つの
反射面を持つ回転鏡218に入射し、その回転に伴っ
て、各々偏向される。走査レンズ204を通過したレー
ザービームは像担持体205上でスポット206に結像
する。発光部 221aは個別に、制御装置260によ
りその点灯および光量が制御される。FIG. 20 is a schematic view of a laser beam scanning optical device according to the present invention. In the laser beam scanning device 253 shown in FIG. 21, it is assumed that the laser beam 254 is bent and emitted downward, but in FIG. 20, it is simplified for the sake of explanation. The method of scanning with a plurality of laser beams as in the present invention is also called a “multi-beam” laser scanning method. Here, the plurality of laser beams emitted from the plurality of light emitting units 221a of the semiconductor laser array 221 are collimated (parallelized) into a laser beam having a predetermined beam diameter by the collimator lens 202. This laser beam is incident on a rotating mirror 218 having only one reflecting surface, and is deflected as it rotates. The laser beam that has passed through the scanning lens 204 forms an image on a spot 206 on the image carrier 205. The lighting and the light amount of the light emitting units 221a are individually controlled by the control device 260.
【0107】走査レンズ204の機能は大きく分けて2
つある。1つはいわゆる「fθ機能」であって、回転鏡
218の等角速度の走査を像担持体205上での等線速
の走査に変換する働きを有する。もう1つは、像面湾曲
の補正機能であり、走査角度によって結像点が光軸方向
に前後に移動し、像面が平面になるよう補正する働きを
持つ。The function of the scanning lens 204 is roughly divided into two.
There are two. One is a so-called “fθ function”, which has a function of converting scanning at a constant angular speed of the rotating mirror 218 into scanning at a constant linear speed on the image carrier 205. The other is a function of correcting the field curvature, which has a function of correcting the image point to move back and forth in the optical axis direction depending on the scanning angle so that the image plane becomes flat.
【0108】ところで、コリメータレンズ202および
走査レンズ204は、いずれも光軸を含むすべての面内
において等方的な光学的特性を有している。すなわち、
光軸を含むすべての面内において、コリメータレンズ2
02および走査レンズ204は、各々の焦点距離および
曲率が同一となっており、アナモファックでないレンズ
となっている。Incidentally, both the collimator lens 202 and the scanning lens 204 have isotropic optical characteristics in all planes including the optical axis. That is,
In every plane including the optical axis, the collimator lens 2
02 and the scanning lens 204 have the same focal length and curvature, and are lenses that are not anamorphic.
【0109】レーザービームの本数は本実施例では4本
であるので、回転鏡218の回転数が同じであれば、レ
ーザービームが1本の場合に比べて、4倍の走査速度を
得ることができる。先の従来例で示したような現在得ら
れる最高の回転数の回転鏡を使用したとすると、A4用
紙換算で1分当り10枚強の印字速度が得られ、現状の
パーソナルユース向けのレーザービームプリンター用に
は十分な走査速度を有する。さらにレーザービームの本
数を増やして行けば、一般的な業務用途にも対応が可能
である。Since the number of laser beams is four in this embodiment, if the rotation number of the rotating mirror 218 is the same, it is possible to obtain a scanning speed four times as high as that in the case of one laser beam. it can. Assuming that a rotating mirror with the highest rotational speed available at present as shown in the above conventional example is used, a printing speed of just over 10 sheets per minute in A4 paper conversion can be obtained, and a laser beam for personal use at present. It has sufficient scanning speed for printers. If the number of laser beams is further increased, it can be used for general business purposes.
【0110】半導体レーザーアレイ221の各発光部2
21aは各々の走査線に書き込むべき画像データに基づ
いて独立に制御され、変調されたレーザービームを放射
する。このため図では示されていないが、画像データの
記憶部から半導体レーザーアレイ221にはパラレルに
データが転送される。Each light emitting section 2 of the semiconductor laser array 221
21a emits a modulated laser beam that is independently controlled based on image data to be written to each scanning line. For this reason, although not shown in the figure, data is transferred in parallel from the image data storage unit to the semiconductor laser array 221.
【0111】後で述べるように、走査線間隔を所定の値
とするため、各ビームの結像スポットの走査方向の位置
が異なる。このため、各レーザービームの変調のタイミ
ングはその位置のずれ量に応じて遅延させる機能が備え
られている。As will be described later, in order to set the scanning line interval to a predetermined value, the positions of the imaging spots of the respective beams in the scanning direction are different. For this reason, there is provided a function of delaying the modulation timing of each laser beam in accordance with the shift amount of the position.
【0112】図22は、本発明のマルチビームレーザー
走査方式に於て、いま簡単のために、レーザービームの
数が2本でコリメータレンズ、走査レンズがいずれも凸
の単レンズであるレーザービーム走査光学系を考える。
半導体レーザーアレイ221を間隔dで射出した2本の
レーザービームは、焦点距離fcのコリメータレンズ2
02で各々は平行なレーザービームになる。ここで半導
体レーザーアレイ221はコリメータレンズ202の物
体側焦点におかれているので、2本のレーザービームは
像側焦点Fで交差する。例えば像面211でスポット直
径d0 =100μm(ここでスポット直径、ビーム直
径は、ビームの断面の強度分布がガウス分布として、ピ
ーク強度に対して1/e2 のパワーとなる直径と定義
する)のスポット206に結像させる場合、fiを20
0mmとすれば走査レンズへの入射ビーム直径(すなわ
ちコリメート直径)Wcは下に示す式(5)で表わされ
る。FIG. 22 shows, for simplicity, the multi-beam laser scanning method of the present invention in which the number of laser beams is two, and the collimator lens and the scanning lens are both convex single lenses. Consider an optical system.
Two laser beams emitted from the semiconductor laser array 221 at an interval d are collimated by a collimator lens 2 having a focal length fc.
At 02 each becomes a parallel laser beam. Here, since the semiconductor laser array 221 is located at the object-side focal point of the collimator lens 202, the two laser beams intersect at the image-side focal point F. For example, the spot diameter d 0 = 100 μm on the image plane 211 (the spot diameter and the beam diameter are defined as a diameter where the intensity distribution of the cross section of the beam is a Gaussian distribution and the power is 1 / e 2 with respect to the peak intensity). When forming an image on the spot 206 of
If it is 0 mm, the diameter of the beam incident on the scanning lens (that is, the collimated diameter) Wc is expressed by the following equation (5).
【0113】[0113]
【数9】 但しλはレーザーの波長で780nmである。一方、コ
リメータレンズ202の焦点距離fcは、半導体レーザ
ーアレイ221からの射出レーザービームの拡がり角θ
で決まり、下に示す式(6)で表わされる。(Equation 9) Where λ is the wavelength of the laser, which is 780 nm. On the other hand, the focal length fc of the collimator lens 202 is determined by the divergence angle θ of the laser beam emitted from the semiconductor laser array 221.
And is expressed by the following equation (6).
【0114】[0114]
【数10】 ここでθはビームの直径の定義と同時に1/e2の全角
で定義する。(Equation 10) Here, θ is defined by the full angle of 1 / e 2 simultaneously with the definition of the beam diameter.
【0115】次に、コリメータレンズ202から偏向装
置の反射面208までは、走査装置の各要素の配置上、
一定の距離hが必要であるとし、さらにn本のレーザー
ビームが一直線上に並んで配列されているとすると、反
射面208上ではn本のレーザービームの反射される位
置のさしわたし距離qは、レーザービームの間隔をdと
すると、Next, from the collimator lens 202 to the reflecting surface 208 of the deflecting device, due to the arrangement of each element of the scanning device,
Assuming that a constant distance h is required, and that n laser beams are arranged in a straight line, the distance q on the reflecting surface 208 at which the n laser beams are reflected is the distance q Is, if the interval between laser beams is d,
【数11】 で表わされる。[Equation 11] Is represented by
【0116】半導体レーザーアレイに現在よく用いられ
る、素子の基板端面からレーザービームが放射される端
面発光型半導体レーザーを用いる場合について説明す
る。従来例の説明の中の図28で示すように、射出され
るレーザービームは、半導体レーザーアレイ201の基
板の垂直方向に回析の影響を受け、半値全角で約30度
前後の角度をもって広がって行く。このときコリメータ
レンズ202の焦点距離fcは約3mmになる。そこ
で、例えばレーザービームの本数nを4、コリメータレ
ンズ202から反射面208まで距離hを100とする
と、q=9.7mmとなる。このため反射面の大きさは
少なくともこの距離q分だけ多く必要となる。このよう
な場合でも、本発明では反射面は1つしかないため、回
転多面鏡の場合に比べ、反射面の大きさを大きくするこ
とはさほど問題ではない。A case in which an edge emitting semiconductor laser which emits a laser beam from an end face of a substrate of an element, which is currently often used for a semiconductor laser array, will be described. As shown in FIG. 28 in the description of the conventional example, the emitted laser beam is affected by diffraction in the vertical direction of the substrate of the semiconductor laser array 201 and spreads at an angle of about 30 degrees at full width at half maximum. go. At this time, the focal length fc of the collimator lens 202 becomes about 3 mm. Therefore, for example, if the number n of laser beams is 4 and the distance h from the collimator lens 202 to the reflection surface 208 is 100, q = 9.7 mm. For this reason, the size of the reflection surface needs to be at least larger by the distance q. Even in such a case, since the present invention has only one reflecting surface, it is not a problem to increase the size of the reflecting surface as compared with the case of the rotary polygon mirror.
【0117】しかし、半導体レーザーアレイ221に
は、いわゆる面発光半導体レーザーを用いるのがより好
ましい。このような面発光半導体レーザーアレイ221
では、レーザービームの発光部221aの断面積が、従
来の端面発光型の半導体レーザーに比べて大きくとれる
ため、レーザービームの拡がり角は小さくなる。この拡
がり角の大きさは射出窓の面積で決まるが、その面積は
エッチング等で正確に制御できるため、拡がり角も一定
にすることができる。例えば、拡がり角が半値全角で8
度程度のレーザービームを得ることも十分可能である。
さらに、この様な面発光半導体レーザーでは電流及び光
を効率的にレーザーの光共振器の中に閉じこめることが
出来るので、1つの発光部当りの発熱を減少させると同
時に、複数の発光部が隣あった場合の相互の光学的、電
気的及び熱的干渉を少なくすることが出来る。よって発
光部の間隔も従来の半導体レーザーに比べ、小さくする
ことが出来る。However, it is more preferable to use a so-called surface emitting semiconductor laser for the semiconductor laser array 221. Such a surface emitting semiconductor laser array 221
In this case, since the cross-sectional area of the laser beam emitting portion 221a can be made larger than that of a conventional edge-emitting semiconductor laser, the divergence angle of the laser beam becomes smaller. The size of the divergence angle is determined by the area of the exit window. Since the area can be accurately controlled by etching or the like, the divergence angle can be made constant. For example, the divergence angle is 8 at full width at half maximum.
It is also possible to obtain a laser beam of a degree.
Further, in such a surface emitting semiconductor laser, current and light can be efficiently confined in an optical resonator of the laser, so that heat generation per light emitting portion is reduced and a plurality of light emitting portions are adjacent to each other. In such a case, mutual optical, electrical, and thermal interference can be reduced. Therefore, the distance between the light emitting portions can be reduced as compared with the conventional semiconductor laser.
【0118】先の式(6)を用いて、射出ビームの拡が
り角が8度である面発光型の半導体レーザーを用いた場
合のコリメータレンズの焦点距離fcを求めると約8m
mとなる。また、半導体レーザーアレイ上での発光部の
間隔dは 50μm程度にはできるので、先の例と同様
に、ビーム数n=4で、コリメータレンズ202から反
射面208までの距離hを100mmとすると、反射面
上での4本のビームのさしわたし距離qは、先の式
(7)によれば約1.73mmとなり、ビームのコリメ
ート直径Wcに比べてさほど問題となる値ではない。Using the above equation (6), the focal length fc of the collimator lens in the case of using a surface-emitting type semiconductor laser in which the divergence angle of the exit beam is 8 degrees is about 8 m.
m. Further, since the interval d between the light emitting units on the semiconductor laser array can be set to about 50 μm, similarly to the above example, when the number of beams is n = 4 and the distance h from the collimator lens 202 to the reflecting surface 208 is 100 mm. The distance q between the four beams on the reflecting surface is about 1.73 mm according to the above equation (7), which is not a significant problem compared to the collimated diameter Wc of the beam.
【0119】特に、より高解像度の画像を形成するため
に、例えば像担持体上でのスポット直径を50μmとす
る場合、先の式に従えばコリメート直径Wcは倍の約4
mm程度になる。従ってコリメータレンズの焦点距離f
cも倍になり、反射面上でのビームの反射位置の間隔q
もさらに半分になる。In particular, if the spot diameter on the image carrier is set to 50 μm in order to form a higher resolution image, the collimating diameter Wc is doubled by about 4 according to the above equation.
mm. Therefore, the focal length f of the collimator lens
c is also doubled, and the distance q between the reflection positions of the beam on the reflection surface
Is also halved.
【0120】このように、各ビームを追跡していくと、
光軸上のどの位置においても、各ビームのなす距離は、
コリメート直径に比べれば十分小さいため、複数のレー
ザービームを扱う光学系ではあっても、代表的な1つの
ビームについて光学設計をおこなえばよく、レーザー走
査光学系の設計が非常に容易になる。As described above, when each beam is tracked,
At any position on the optical axis, the distance between each beam is
Since the diameter is sufficiently smaller than the collimation diameter, even if the optical system handles a plurality of laser beams, it is only necessary to carry out the optical design for one representative beam, and the design of the laser scanning optical system becomes very easy.
【0121】また、コリメータレンズの焦点距離が従来
の端面発光型半導体レーザーを用いた場合に比べて大き
いため、半導体レーザーとコリメータレンズの光軸方向
の距離の誤差がより大きく許容される。Further, since the focal length of the collimator lens is longer than that in the case of using the conventional edge-emitting type semiconductor laser, a larger error in the distance between the semiconductor laser and the collimator lens in the optical axis direction is allowed.
【0122】このようにマルチビーム走査方式に適し
た、面発光型の半導体レーザーアレイの中でも、さらに
より望ましいのは発光部の周囲にII−VI族化合物半導体
を埋め込んだ面発光型の半導体レーザーアレイである。Among the surface-emitting type semiconductor laser arrays suitable for the multi-beam scanning method, more preferably, the surface-emitting type semiconductor laser array in which the II-VI group compound semiconductor is embedded around the light emitting portion. It is.
【0123】図23はこの面発光型半導体レーザーアレ
イ221の素子基板上に2次元的に配置された発光部2
21aのうちの1つの断面図である。図23においてG
aAs基板222の上にまず組成の違う2種のAlGa
As層を数10層積層した半導体多層反射層223を形
成し、その上にそれぞれAlGaAsからなるクラッド
層224、活性層225、クラッド層226、コンタク
ト層227を積層し、最後にSiO2誘電体多層膜反射
層228が形成されている。またGaAs基板222の
裏面全体及び、表面の誘電体多層膜反射層のまわりに窓
状の電極 229,230が形成されており、全体が光
共振器を構成している。活性層で発生した光は基板面と
垂直方向に、上下の反射層227,223の間を往復し
発振するので、そのレーザービーム231の光軸は基板
面に対してほぼ垂直となる。FIG. 23 shows a light emitting unit 2 arranged two-dimensionally on the element substrate of the surface emitting type semiconductor laser array 221.
FIG. 21B is a cross-sectional view of one of 21a. In FIG.
First, two types of AlGa having different compositions are formed on an aAs substrate 222.
A semiconductor multilayer reflective layer 223 in which several tens of As layers are stacked is formed, and a cladding layer 224, an active layer 225, a cladding layer 226, and a contact layer 227 made of AlGaAs are stacked thereon, and finally an SiO 2 dielectric multilayer is formed. A film reflection layer 228 is formed. Further, window-shaped electrodes 229 and 230 are formed on the entire back surface of the GaAs substrate 222 and around the dielectric multilayer film reflection layer on the front surface, and the whole constitutes an optical resonator. Since the light generated in the active layer reciprocates between the upper and lower reflective layers 227 and 223 in the direction perpendicular to the substrate surface and oscillates, the optical axis of the laser beam 231 is substantially perpendicular to the substrate surface.
【0124】光共振器の回りには埋め込み層232とし
てII−VI族の化合物半導体が埋め込まれている。II−VI
族の元素としてO、S、Se、Teを2〜4元素組み合
わせ、また、その化合物の格子定数を前記のクラッド層
224、活性層225、クラッド層226からなる半導
体層の格子定数に合わせるのが望ましい。このII−VI族
の化合物半導体は電気抵抗が非常に大きいため、電流を
光共振器のなかに効率的に閉じこめると同時に、光共振
器を構成しているAlGaAs半導体層とは屈折率に差
があるため、光共振器の内部で素子の基板面に垂直もし
くはそれに近い角度で進む光はこの埋め込み層232と
の界面で全反射し効率的に閉じこめられる。このため、
このような半導体レーザーを用いれば、従来の半導体レ
ーザーに比べて大変小さい電流でレーザー発振が始ま
る。すなわち、しきい値電流が低く、素子基板での損失
熱量が少ない。図23においてGaAs基板222の上
にダイオードが形成されており、活性層225で発生し
た光は、反射層223と228の間を往復し発振し、2
つの反射層の中で僅かに反射率の小さい反射層228か
ら、レーザービーム231として素子の基板面に対して
垂直に射出する。A group II-VI compound semiconductor is embedded as an embedded layer 232 around the optical resonator. II-VI
It is preferable to combine 2 to 4 elements of O, S, Se, and Te as group elements, and adjust the lattice constant of the compound to the lattice constant of the semiconductor layer including the cladding layer 224, the active layer 225, and the cladding layer 226. desirable. Since the II-VI compound semiconductor has a very high electric resistance, the current is efficiently confined in the optical resonator, and at the same time, the refractive index is different from that of the AlGaAs semiconductor layer forming the optical resonator. Therefore, light traveling at an angle perpendicular to or close to the substrate surface of the element inside the optical resonator is totally reflected at the interface with the buried layer 232 and is efficiently confined. For this reason,
When such a semiconductor laser is used, laser oscillation starts with a very small current as compared with a conventional semiconductor laser. That is, the threshold current is low, and the heat loss in the element substrate is small. In FIG. 23, a diode is formed on a GaAs substrate 222, and light generated in the active layer 225 reciprocates between the reflection layers 223 and 228 and oscillates.
The laser beam 231 is emitted perpendicularly to the substrate surface of the element from the reflective layer 228 having a slightly lower reflectance in the two reflective layers.
【0125】従来例の説明のところでも触れたように、
通常のレーザービームプリンターでは、像担持体上での
レーザービームの結像スポットの形状は走査方向に短軸
が一致するような楕円状とするため、走査レンズに入射
するレーザービームの断面形状は、逆に走査方向に長軸
をもつ楕円であることが望ましい。As mentioned in the description of the conventional example,
In a typical laser beam printer, the shape of the image spot of the laser beam on the image carrier is an ellipse whose minor axis coincides with the scanning direction. Conversely, an ellipse having a major axis in the scanning direction is desirable.
【0126】しかし、本発明では倒れ補正光学系が存在
しないので、先にも述べたように、端面発光型の半導体
レーザーアレイを用いる場合は、適切な楕円形状のレー
ザービームを走査レンズに入射させるため、アナモフィ
ックな特性をもったコリメータレンズを用いて、レーザ
ービームの断面の楕円の長径と短径の比を整形する必要
がある。そのようなコリメータレンズを製作することは
さほど困難ではなく、本発明の利点を損ねるものではな
い。However, in the present invention, since no tilt correction optical system exists, as described above, when an edge-emitting type semiconductor laser array is used, an appropriate elliptical laser beam is made incident on the scanning lens. Therefore, it is necessary to shape the ratio of the major axis to the minor axis of the cross section of the laser beam using a collimator lens having anamorphic characteristics. Fabricating such a collimating lens is not very difficult and does not detract from the advantages of the present invention.
【0127】ところが、面発光型の半導体レーザーアレ
イでは、射出レーザービームの断面の楕円比を自由に制
御できるので、特別な光学系を用いなくとも、走査面に
長軸を有し、適切な長軸と短軸の比を持つような断面を
もつレーザービームを走査レンズに入射させることがで
きる。すなわち、結像スポットの理想的な楕円比を得る
ためにも、面発光型の半導体レーザーアレイは最適であ
る。However, in the surface-emitting type semiconductor laser array, since the ellipticity of the cross section of the emitted laser beam can be freely controlled, the scanning surface has a long axis and an appropriate length can be obtained without using a special optical system. A laser beam having a cross section having a ratio of the axis to the minor axis can be incident on the scanning lens. That is, a surface-emitting type semiconductor laser array is optimal for obtaining an ideal elliptic ratio of an image forming spot.
【0128】また、面発光形の半導体レーザーにおいて
は、互いに干渉しない距離さえおけば、どこにでも発光
部を置くことが可能なため、素子上に2次元状に発光部
を配列できる。いま、4本のレーザービームで走査を行
なう露光系において、走査線と結像スポットの位置関係
を考える。ここでは1個の走査で互いに隣合う4本の走
査線を描くとする。図24(a)で示すよう結像スポッ
ト206を配列すると、図24(b)のように一直線に
並べる場合に比べてレーザービーム相互の角度もしくは
距離を小さくでき、偏向器の反射面の大きさや、他の光
学系の大きさをそれにあわせて小さくできる。In a surface-emitting type semiconductor laser, a light-emitting portion can be placed anywhere as long as it does not interfere with each other. Therefore, the light-emitting portions can be two-dimensionally arranged on an element. Now, in an exposure system that performs scanning with four laser beams, the positional relationship between a scanning line and an image spot is considered. Here, it is assumed that four scan lines adjacent to each other are drawn by one scan. When the imaging spots 206 are arranged as shown in FIG. 24A, the angle or distance between the laser beams can be reduced as compared with the case where they are arranged in a straight line as shown in FIG. The size of other optical systems can be reduced accordingly.
【0129】上記の例はレーザービームが4本の場合を
示したが、レーザービームの数が更に増えた場合、像担
持体上でのスポットの位置が最も近接するよう、半導体
レーザーアレイ上の発光部の配置を自由に選べるので、
効果はより大きくなる。一例としてレーザービーム数が
8本のときの走査線に対する結像スポットの配置例を図
24(c)に示す。すなわち、回転鏡の反射面の面数が
1つであっても、更にビーム数を増やして行くことによ
って、実用上十分な印字速度を得ることができる。The above example shows the case where the number of laser beams is four. However, when the number of laser beams is further increased, the light emission on the semiconductor laser array is adjusted so that the position of the spot on the image carrier becomes closest. Because you can choose the arrangement of the part freely,
The effect is greater. As an example, FIG. 24C shows an example of the arrangement of the imaging spots with respect to the scanning lines when the number of laser beams is eight. That is, even if the number of reflecting surfaces of the rotating mirror is one, a practically sufficient printing speed can be obtained by further increasing the number of beams.
【0130】なお、この実施例においては、走査光学系
は走査方向、副走査方向と同一の光学的特性であるの
で、像担持体状での結像スポットの配置と、半導体レー
ザーアレイ上での発光部の配置は相似形となる。In this embodiment, since the scanning optical system has the same optical characteristics in the scanning direction and the sub-scanning direction, the arrangement of the imaging spots on the image carrier and the arrangement on the semiconductor laser array The arrangement of the light emitting units is similar.
【0131】次に図25の平面図を用いて本発明に用い
られる偏向装置について説明する。反射面215はただ
1つ設けられており、モーター216の回転部に取付け
られており、一定速度で回転する。従来の多面鏡では先
にも述べたように、各反射面の相互の傾き精度を維持す
るために、その加工方法や、構造に制約があった。一般
には、回転多面鏡はアルミ等の金属の一体削りだしの鏡
体の上にコーティングを施した物が多かった。しかし、
反射面が1つの場合は、製作方法は上記のような削り出
しに限らず、平面度の出し易いガラスの表面に金属反射
膜を蒸着したもの等を回転部分に貼りつけるだけで製作
でき、非常に安価にできる。Next, the deflection device used in the present invention will be described with reference to the plan view of FIG. Only one reflecting surface 215 is provided, which is attached to the rotating part of the motor 216, and rotates at a constant speed. As described above, in the conventional polygon mirror, the processing method and the structure are limited in order to maintain the mutual inclination accuracy of the reflection surfaces. In general, many rotating polygon mirrors have a mirror-finished mirror body made of metal such as aluminum coated. But,
When there is only one reflecting surface, the manufacturing method is not limited to the above-mentioned shaving, but can be manufactured only by sticking a metal reflective film deposited on a surface of a glass having a good flatness to a rotating portion, and the like. Can be cheaper.
【0132】反射面215を含む回転部分は、従来の多
面鏡に比べて質量が小さく、回転時の振動などに関して
非常に有利である。なお、この回転部分は回転軸に関し
てダイナミックバランスをとるように設計、あるいは必
要によって追加工が施されている。The rotating portion including the reflecting surface 215 has a smaller mass than a conventional polygon mirror, and is very advantageous with respect to vibration during rotation. The rotating part is designed so as to achieve a dynamic balance with respect to the rotating shaft, or additional processing is performed as necessary.
【0133】また、反射面215の中央が回転軸Aに一
致するように設計されている。そして、反射面215上
の回転軸A近傍にレーザービーム217を入射させる
と、反射面 215が回転しても、レーザービーム21
7は反射面215上のほぼ一点にとどまるので、反射面
の大きさは従来の回転多面鏡に比べて非常に小さくて済
む。Further, it is designed such that the center of the reflection surface 215 coincides with the rotation axis A. When the laser beam 217 is incident on the reflection surface 215 in the vicinity of the rotation axis A, even if the reflection surface 215 rotates, the laser beam
Since 7 is located at almost one point on the reflecting surface 215, the size of the reflecting surface can be very small as compared with the conventional rotary polygon mirror.
【0134】さらに、反射面が1面しかない場合、ビー
ムを偏向できる角度は多面鏡の場合に比べて飛躍的に広
がる。例えば、図26に示すように6面鏡の場合、レー
ザービーム217のコリメート直径Wcを0であるとし
たとき、反射面の大きさにかかわらず走査角αの限界は
120度である。一方、走査光学系の設計においては有
効走査角は大きい場合で90度程度あり、これに反射面
への入射レーザービームのコリメート直径Wcや、ビー
ムの走査開始位置の検出のための検出器を設置する位置
の余裕を取るためには、前記の6面鏡では偏向装置の走
査角が不足し、走査レンズの有効走査角が狭められてし
まう。Further, when there is only one reflecting surface, the angle at which the beam can be deflected is greatly increased as compared with the case of a polygon mirror. For example, as shown in FIG. 26, in the case of a six-sided mirror, when the collimating diameter Wc of the laser beam 217 is 0, the limit of the scanning angle α is 120 degrees regardless of the size of the reflecting surface. On the other hand, in the design of the scanning optical system, the effective scanning angle is about 90 degrees when the scanning angle is large, and a detector for detecting the collimation diameter Wc of the laser beam incident on the reflecting surface and the beam scanning start position is provided. In order to allow a margin for the position, the scanning angle of the deflecting device is insufficient with the above-mentioned six-surface mirror, and the effective scanning angle of the scanning lens is narrowed.
【0135】これに対して反射面が1面の場合は上記の
ように反射面上に回転軸を位置させるか、反射面の大き
さが無限大の場合、理論的には360度になる。従っ
て、走査角の大きな走査レンズを使用することができ、
走査光学系全体を小さく設計できる。On the other hand, when the number of the reflecting surface is one, the rotation axis is positioned on the reflecting surface as described above, or when the size of the reflecting surface is infinite, it is theoretically 360 degrees. Therefore, a scanning lens having a large scanning angle can be used,
The entire scanning optical system can be designed small.
【0136】また、反射面が1面の場合、実際の走査に
使用される期間は1回転の時間の10%前後になり、他
の時間は走査には寄与しない。その期間にレーザーが放
射されると、反射面の背面などにレーザービームが照射
され、意図しない反射光が像担持体上に結像する恐れが
あるので、不要な期間はレーザーを作動させない回路が
設けられている。When one reflecting surface is used, the period used for actual scanning is about 10% of the time for one rotation, and the other time does not contribute to scanning. If the laser is emitted during that period, the laser beam is irradiated on the back of the reflection surface, etc., and unintended reflected light may form on the image carrier.Therefore, a circuit that does not operate the laser during unnecessary periods Is provided.
【0137】あるいは、このような走査に使用されない
時間を用いて、逆にレーザーを点灯させ、その光量を検
出し、所定の光量になるよう、レーザーの駆動電流を設
定することができる。この電流制御のためのレーザーの
点灯時に、さきに述べたように、不要な反射によりレー
ザービームが像担持体に到達するのを防ぐため、偏向装
置の周辺部材の角度を適切に設計したり、反射防止の表
面処理を行なうことが望ましい。Alternatively, by using the time not used for such scanning, the laser is turned on, the amount of light is detected, and the driving current of the laser can be set so as to obtain a predetermined amount of light. At the time of turning on the laser for this current control, as described above, in order to prevent the laser beam from reaching the image carrier due to unnecessary reflection, the angles of peripheral members of the deflection device are appropriately designed, It is desirable to perform an anti-reflection surface treatment.
【0138】以上に説明した実施例は、本発明の一実施
例に過ぎず、コリメータレンズ、走査レンズの構成や、
相対位置関係が変わっても本発明の効果は同じく発揮さ
れる。また、回転鏡の構造、製造方法もプラスチックの
射出成形など、他の方法でも同様の効果を発揮すること
は明らかである。さらに、回転鏡は一定速度で一方向に
回転する形式のものだけではなく、回転振動を行なうい
わゆるガルバノミラーであっても本発明の効果は同様に
発揮される。The embodiment described above is only one embodiment of the present invention, and the structure of the collimator lens and the scanning lens,
Even if the relative positional relationship changes, the effect of the present invention is similarly exhibited. It is clear that the same effect can be obtained by other methods such as injection molding of plastics as to the structure and manufacturing method of the rotating mirror. Further, the effect of the present invention can be similarly exerted not only in the case where the rotating mirror rotates in one direction at a constant speed, but also in the case of a so-called galvano mirror which performs rotational vibration.
【0139】あるいは、先の実施例で示した面発光型レ
ーザーの素子の構造は、実現可能な1つの例示であっ
て、射出ビームの拡がり角や発光部の間隔などの特性が
同等な構造であれば、他の構造であっても全く同等の効
果を発揮する。 さらに、本発明の画像形成装置の応用
範囲は、プリンタ、複写機等の印刷装置のみならず、フ
ァクシミリ、ディスプレイにおいても全く同様な効果を
有することは言うまでもない。Alternatively, the structure of the element of the surface emitting laser shown in the above embodiment is one example that can be realized, and has a structure in which the characteristics such as the divergence angle of the emission beam and the interval between the light emitting portions are equivalent. If it is, the same effect is exerted even with other structures. Further, it goes without saying that the application range of the image forming apparatus of the present invention has exactly the same effects not only in printing apparatuses such as printers and copiers but also in facsimile machines and displays.
【0140】3−3 効果 以上に述べたように本発明の画像形成装置においては、
ただ1つの平面の反射面を有する回転鏡を偏向器として
使用することにより、偏向器の回転部分が小型、軽量と
なり、製作が容易であるばかりでなく、動的な振動特性
も改善される。また、倒れ補正光学系を省略し、また特
にアナモフィックな光学系を用いないことで、非常に簡
素な構成で、組立調整の容易な走査光学系が実現でき
る。さらに、マルチビーム方式とすることにより、従来
と同様の走査速度を維持できる。3-3 Effect As described above, in the image forming apparatus of the present invention,
By using a rotating mirror having only one flat reflecting surface as the deflector, the rotating part of the deflector becomes smaller and lighter, not only easy to manufacture, but also the dynamic vibration characteristics are improved. Further, by omitting the tilt correction optical system and not using an anamorphic optical system in particular, a scanning optical system with a very simple configuration and easy assembly adjustment can be realized. Further, by using the multi-beam system, the same scanning speed as that of the related art can be maintained.
【0141】本発明によれば、特に面発光型の半導体レ
ーザーアレイを用いた場合、コリメータレンズと走査レ
ンズ以外に新たな付加的な光学系を追加することなく、
反射面の大きさを小さくできると同時に、像面での結像
スポットの楕円比を自由に設定できる。According to the present invention, particularly when a surface-emitting type semiconductor laser array is used, a new additional optical system other than the collimator lens and the scanning lens is added.
The size of the reflection surface can be reduced, and at the same time, the elliptic ratio of the image spot on the image surface can be set freely.
【0142】§4 画像形成装置の第4の実施例 4−1 背景技術との対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。 §4 Fourth Embodiment of Image Forming Apparatus 4-1 Comparison with Background Art To better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0143】従来の画像形成装置の光路断面図を図33
に示す。FIG. 33 is a sectional view of an optical path of a conventional image forming apparatus.
Shown in
【0144】図33において、半導体レーザー301か
ら放射されたレーザービームは拡がり角θで放射され
る。このビームは焦点距離fcのコリメータレンズ30
2によってほぼ平行なビームに整形され、倒れ補正レン
ズ307によって各ビームは回転多面鏡の反射面308
の上に一旦集束する。回転多面鏡で偏向されたビームは
2つめの倒れ補正レンズ307′を出たビームは再び平
行なビームとなり、焦点距離fiの走査レンズ304に
よって、像担持体上にスポットを結ぶ。走査面と平行な
面内では、倒れ補正レンズ307,307′は光学的パ
ワーを持たないため、その面内ではビームは平行なまま
である。すなわち、前記回転多面鏡の反射面8上にはビ
ームは線像として結像する。In FIG. 33, a laser beam emitted from a semiconductor laser 301 is emitted at a divergence angle θ. This beam is a collimator lens 30 having a focal length fc.
2 are shaped into substantially parallel beams, and each beam is reflected by the tilt correction lens 307 to the reflecting surface 308 of the rotating polygon mirror.
Focus on top once. The beam deflected by the rotary polygon mirror passes through the second tilt correction lens 307 ', becomes a parallel beam again, and forms a spot on the image carrier by the scanning lens 304 having a focal length fi. Since the tilt correction lenses 307 and 307 'have no optical power in a plane parallel to the scanning plane, the beam remains parallel in that plane. That is, the beam forms a line image on the reflecting surface 8 of the rotary polygon mirror.
【0145】次にこの倒れ補正レンズ307,307′
の働きを説明する。回転多面鏡の各反射面308の相互
の回転軸に対する傾きはどのように精密に加工しても、
角度にして数十秒の誤差をもち、従ってこの面に反射さ
れたビームの結像位置は、「光学てこ」の原理で拡大さ
れ、像担持体の表面では、走査線ピッチに対して無視で
きない大きさとなる。そこで特開昭48−49315に
示されるように、各反射面と像担持体表面(結像面)を
光学的な共役位置とするような、倒れ補正レンズ30
7′が設けられる。この倒れ補正レンズ307′は一般
に、副走査面内でのみ光学的パワーを有するシリンドリ
カルレンズやトーリックレンズで構成される。例えば反
射面が図33の308′に示したように傾いた場合で
も、そのビームは結像面では必ず同一の位置に結像す
る。Next, the tilt correction lenses 307, 307 '
Explain the function of. No matter how precisely the inclination of each reflection surface 308 of the rotating polygon mirror with respect to the mutual rotation axis is processed,
The angle has an error of several tens of seconds, so the image position of the beam reflected on this surface is enlarged by the principle of "optical leverage", and cannot be ignored on the surface of the image carrier with respect to the scanning line pitch. It will be large. Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-49315, the tilt correction lens 30 is arranged so that each reflecting surface and the surface of the image carrier (image forming surface) are located at optically conjugate positions.
7 'is provided. The tilt correction lens 307 'is generally formed of a cylindrical lens or toric lens having optical power only in the sub-scanning plane. For example, even if the reflecting surface is inclined as shown at 308 'in FIG. 33, the beam always forms an image at the same position on the image forming surface.
【0146】ところが近年、コンピューターの利用技術
の向上とともに、画像形成装置の出力速度の向上がより
一層望まれ、その改良が進んでいる。しかし、例えば回
転多面鏡を用いた偏向装置では、その鏡面の小面の1つ
につき1本のレーザービームを偏向させ1本の走査線を
描くので、単位時間当りの走査数を増加させるには、回
転多面鏡の小面の数を一定である場合には、その回転数
が大きくなり、逆に回転数が一定の場合には、回転多面
鏡の面数が増加する。回転多面鏡の回転数を増加させる
には、気体または液体の動圧または静圧を利用した軸受
が必須となるが、これらの軸受は効果で取扱が難しく一
般的なレーザービームプリンタに用いることは困難であ
った。逆に多面鏡の面数を増加させると偏向角が小さく
なるので、偏向器以降の光路長が長くなると同時に結像
光学系に入射するレーザービームのコリメート直径もそ
れに比例して大きくなり、レンズや回転多面鏡の大きさ
も大きくなる。特に、高い解像度も同時に要求される場
合は走査線の数も増えるため、より大きい回転数と、長
い光路長が必要となる。このことは、偏向装置に回転多
面鏡以外のものを用いる場合でも同様で、走査周波数の
増大と、偏向装置以降の光路長の増加をもたらす。その
ため一度の走査で、複数のレーザービームを用いて複数
の走査線を書き込む(いわゆるマルチビーム)露光方法
が開発された。However, in recent years, with the improvement of computer utilization technology, the output speed of the image forming apparatus has been further desired to be improved, and the improvement has been progressing. However, for example, in a deflecting device using a rotating polygon mirror, one laser beam is deflected for each of the small surfaces of the mirror surface to draw one scanning line. Therefore, it is necessary to increase the number of scans per unit time. On the other hand, when the number of facets of the rotating polygon mirror is constant, the number of revolutions increases, and when the number of revolutions is constant, the number of faces of the rotating polygon mirror increases. In order to increase the number of rotations of the rotating polygon mirror, bearings using dynamic pressure or static pressure of gas or liquid are indispensable, but these bearings are difficult to handle due to their effect and cannot be used for general laser beam printers. It was difficult. Conversely, increasing the number of faces of the polygon mirror decreases the deflection angle, so that the optical path length after the deflector becomes longer and the collimated diameter of the laser beam incident on the imaging optical system also increases in proportion to it. The size of the rotating polygon mirror also increases. In particular, when high resolution is also required at the same time, the number of scanning lines increases, so that a higher rotation speed and a longer optical path length are required. The same applies to the case where a device other than the rotary polygon mirror is used as the deflecting device, which results in an increase in the scanning frequency and an increase in the optical path length after the deflecting device. Therefore, an exposure method for writing a plurality of scanning lines using a plurality of laser beams in one scan (so-called multi-beam) has been developed.
【0147】複数のレーザービームを得るためには、複
数のガスレーザー(例えば、He−Ne)発振器を光源
として用いたり、1つの発振器のレーザービームを音響
光学変調器(AOM)などで時分割的に複数に振り分け
たりする方法も開発されたが、より簡潔で装置が小型に
なる方法として、例えば特開昭54−7328に開示さ
れているように、1つの素子上に複数の発光部を集積し
た半導体レーザーアレイが光源として用いる方法(マル
チビームレーザー走査方法)が提案されている。In order to obtain a plurality of laser beams, a plurality of gas laser (for example, He—Ne) oscillators are used as a light source, and the laser beam of one oscillator is time-divisionally divided by an acousto-optic modulator (AOM) or the like. Although a method of distributing the light to a plurality of light emitting devices has been developed, a simpler method for reducing the size of the device is to integrate a plurality of light emitting units on one element as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-7328. (Multi-beam laser scanning method) using a semiconductor laser array as a light source has been proposed.
【0148】しかし、このように複数の平行な光軸を持
つレーザービームがコリメータレンズに入射すると、そ
の光軸は相互に多きな角度をもってひろがっていってし
まい、偏向装置の反射面や光学系を構成するレンズの大
きさが、1本のレーザービームを用いて走査する場合に
比べて、非常に大きなものとなってしまうという問題点
を有していた。However, when a laser beam having a plurality of parallel optical axes is incident on the collimator lens, the optical axes are spread at a large angle with each other, and the reflection surface and the optical system of the deflecting device are disturbed. There is a problem that the size of the constituent lens becomes very large as compared with the case where scanning is performed using one laser beam.
【0149】図34は、マルチビームレーザー走査方法
において、半導体レーザーアレイから像担持体までの光
路断面図を示す。いま簡単のために、レーザービームの
数が2本でコリメータレンズ、走査レンズがいずれも凸
の単レンズであるレーザービーム走査光学系を考える。
半導体レーザーアレイ321を間隔δで射出した2本の
レーザービームは、焦点距離fcのコリメータレンズ3
02で各々は平行なレーザービームになる。ここで半導
体レーザーアレイ321はコリメータレンズ2の物体側
焦点におかれているので、2本のレーザービームは像側
焦点Fで交差する。例えば像面311でスポット直径d
=100 μm(ここでスポット直径、ビーム直径は、
ビームの断面の強度分布がガウス分布として、ピーク強
度に対して1/e2 のパワーとなる直径と定義する)
のスポット 306に結像させる場合、fiを200m
mとすれば走査レンズへの入射ビーム直径(すなわちコ
リメート直径)Wcは下に示す式(8)で表わされる。FIG. 34 is a sectional view showing the optical path from the semiconductor laser array to the image carrier in the multi-beam laser scanning method. For simplicity, consider a laser beam scanning optical system in which the number of laser beams is two and the collimator lens and the scanning lens are both convex single lenses.
Two laser beams emitted from the semiconductor laser array 321 at an interval δ are collimated by a collimator lens 3 having a focal length fc.
At 02 each becomes a parallel laser beam. Here, since the semiconductor laser array 321 is located at the object-side focal point of the collimator lens 2, the two laser beams intersect at the image-side focal point F. For example, the spot diameter d on the image plane 311
= 100 μm (where the spot diameter and beam diameter are
The intensity distribution of the cross section of the beam is defined as a Gaussian distribution, which is defined as a diameter at which the power becomes 1 / e 2 with respect to the peak intensity.)
When forming an image on the spot 306, fi is set to 200 m
If m, the diameter of the beam incident on the scanning lens (that is, the collimated diameter) Wc is expressed by the following equation (8).
【0150】[0150]
【数12】 但しλはレーザーの波長で780nmである。よってこ
の例においてはコリメート直径Wcは約2mmとなる。
従来用いられてきたいわゆる端面発光型のレーザーダ
イオードは図35の概念図に示すように、光軸を含み接
合面に平行な面と、同じく光軸を含み接合面に垂直な面
では、ビームの拡がり角が大きく異なっていた。接合面
に平行な面での拡がり角θpは通常の半導体レーザーの
場合、半値全角で約10度になる。ところが接合面に垂
直な面では拡がり面θtは回析の影響を受け、半値全角
で約30度と大きくなる。さらにこの拡がり角θt、θ
pの大きさや、その比(すなわち楕円の長径、短径の
比)を自由に設定することも難しい。この放射ビームの
大部分を有効に利用するために半導体レーザーアレイと
コリメータレンズの結合効率を高く取った場合、前述の
ような2mmのコリメート直径を得るためには、コリメ
ータレンズ2の焦点距離fcは3mm程度となる。一
方、現在の半導体レーザーアレイでは、お互いの干渉を
避けるため、その発光部の間隔δは100μm以下にす
るのは難しい。(Equation 12) Where λ is the wavelength of the laser, which is 780 nm. Therefore, in this example, the collimating diameter Wc is about 2 mm.
As shown in the conceptual diagram of FIG. 35, a so-called edge-emitting laser diode which has been used conventionally has a beam parallel to a bonding plane including an optical axis and a plane including an optical axis and perpendicular to the bonding plane. The divergence angle was very different. The divergence angle θp in a plane parallel to the bonding plane is about 10 degrees at full width at half maximum in the case of a normal semiconductor laser. However, in the plane perpendicular to the bonding plane, the spread plane θt is affected by diffraction, and becomes as large as about 30 degrees at full width at half maximum. Further, the spread angles θt, θ
It is also difficult to freely set the size of p and its ratio (that is, the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse). When the coupling efficiency between the semiconductor laser array and the collimator lens is increased to effectively use most of the radiation beam, the focal length fc of the collimator lens 2 must be set to obtain the collimated diameter of 2 mm as described above. It is about 3 mm. On the other hand, in the current semiconductor laser array, it is difficult to make the interval δ between the light-emitting portions 100 μm or less in order to avoid mutual interference.
【0151】コリメータレンズ302の像側焦点Fから
偏向器の反射面308までは、走査装置の各要素の配置
上、一定の距離hが必要であり、また半導体レーザーア
レイ321上において、複数ある発光部のうち相互の距
離が最も遠い2つの発光部の間隔をδmaxとすると、
偏向器の反射面308上でのこの2つのビームの間隔q
はFrom the image-side focal point F of the collimator lens 302 to the reflecting surface 308 of the deflector, a certain distance h is required due to the arrangement of the components of the scanning device. Assuming that the interval between the two light emitting units, which are farthest from each other, is δmax,
The distance q between the two beams on the reflecting surface 308 of the deflector
Is
【数13】 で表わされる。例えば、ビームの数が4本で、半導体レ
ーザーアレイ上で発光部が0.1mmおきに1列に並ん
でいるとき、δmaxは3×δ=0.3mmとなる。コ
リメータレンズ302の像側焦点Fから反射面308ま
で距離hを50mmとすると、q=5mmとなる。この
ため反射面の大きさは少なくともこの距離q分にレーザ
ービームコリメート直径を加えた分だけ必要となり、偏
向器の回転部分が大きくなり、軸受の負担も大きく、ま
た回転時のアンバランスの影響も受けやすくなる。式
(9)で明らかなようにfc/δmaxの値が小さくな
るに従って、qの値は大きくなってしまう。(Equation 13) Is represented by For example, when the number of beams is four and the light emitting units are arranged in a line every 0.1 mm on the semiconductor laser array, δmax is 3 × δ = 0.3 mm. If the distance h from the image-side focal point F of the collimator lens 302 to the reflecting surface 308 is 50 mm, q = 5 mm. For this reason, the size of the reflecting surface is required at least by the distance q plus the diameter of the laser beam collimator, so that the rotating portion of the deflector becomes large, the load on the bearing is large, and the effect of imbalance during rotation is also reduced. Easier to receive. As is clear from equation (9), the value of q increases as the value of fc / δmax decreases.
【0152】次に、既に述べた倒れ補正レンズ307,
307′を走査光学系の中に加えた場合を考察する。倒
れ補正レンズはアナモフィックな光学要素であるので、
走査面と副走査面では光学的性質が異なる。既に述べた
ように、倒れ補正レンズでは走査面内では光学的パワー
を持たないので、前記の式(9)によって、走査面内で
最大距離をもつ2つのビームの反射面上での間隔qは求
められる。よって、副走査面内だけを新たに考慮すれば
よい。図36は倒れ補正レンズ307を含んだ副走査面
内の光路断面図であって、半導体レーザーアレイ321
から偏向器の反射面308までを示している。Next, the above-described tilt correction lens 307,
Consider the case where 307 'is added to the scanning optical system. Since the tilt correction lens is an anamorphic optical element,
Optical characteristics are different between the scanning surface and the sub-scanning surface. As described above, since the tilt correction lens has no optical power in the scanning plane, the distance q between the two beams having the maximum distance in the scanning plane on the reflecting surface is calculated by the above equation (9). Desired. Therefore, only the sub-scanning plane needs to be newly considered. FIG. 36 is an optical path cross-sectional view in the sub-scanning plane including the tilt correction lens 307, and shows the semiconductor laser array 321.
To the reflecting surface 308 of the deflector.
【0153】先に説明した如く、副走査面内でみると、
各ビームについては、偏向器の反射面308上で線像と
なるが、反射面上でその線像が作られる位置は、副走査
方向にある距離qをもつ。ビーム偏向器の手前側の倒れ
補正レンズ307の焦点距離をft、コリメータレンズ
302の像側焦点Fから倒れ補正レンズ307までの距
離をt1、倒れ補正レンズ307から偏向器の反射面3
08までの距離をt2とし、その他の記号は先の図34
の場合と同一であるとすると、複数のレーザービームの
うち相互の距離の最も遠い2本が倒れ補正レンズ307
に入射するときの相互の距離q′、及び反射面308に
入射するときのビームの相互の距離qは、それぞれ下に
示す式(10)、式(11)で表わされる。As described above, when viewed in the sub-scanning plane,
Each beam forms a line image on the reflecting surface 308 of the deflector, and the position where the line image is formed on the reflecting surface has a certain distance q in the sub-scanning direction. The focal length of the tilt correction lens 307 on the front side of the beam deflector is ft, the distance from the image-side focal point F of the collimator lens 302 to the tilt correction lens 307 is t1, and the reflection surface 3 of the deflector from the tilt correction lens 307.
34 is t2, and other symbols are shown in FIG.
Assuming that the two laser beams are the same as each other, two of the plurality of laser beams, which are farthest from each other, are the tilt correction lenses 307
And the mutual distance q of the beams when entering the reflecting surface 308 are expressed by the following equations (10) and (11), respectively.
【0154】[0154]
【数14】 ここで、一般にはコリメートされたレーザービームを走
査面上でビームウエストをもたせるためにft=t2と
なる。[Equation 14] Here, in general, ft = t2 so that the collimated laser beam has a beam waist on the scanning surface.
【0155】t1<ftのとき、2本のビームは像側で
は交差しない。よって、q>q′となり、t1が短くな
るにしたがってqは大きくなる。例えばt1=20m
m、ft=30mm、t2=30mmとして計算する
と、q′=2mm、q=3mmとなる。式(11)中に
はq′が含まれ、式(10)によれば先と同様にfc/
δmaxが大きいとq′も小さくなる。ここでt1+t
2=hであるので、走査面内では先の計算例と同じであ
る。すなわち、この例においては、副走査方向の方が、
両端のビームのなす距離が少なくなることがわかる。When t1 <ft, the two beams do not intersect on the image side. Therefore, q> q ′, and q increases as t1 decreases. For example, t1 = 20m
Calculating with m, ft = 30 mm, and t2 = 30 mm, q '= 2 mm and q = 3 mm. Equation (11) includes q ', and according to equation (10), fc /
When δmax is large, q ′ is also small. Where t1 + t
Since 2 = h, it is the same as the above calculation example in the scanning plane. That is, in this example, in the sub-scanning direction,
It can be seen that the distance between the beams at both ends is reduced.
【0156】さらに同様のことが走査レンズ4にこれら
の複数のレーザービームが入射するときのビーム相互の
距離についてもあてはまる。すなわち、先の倒れ補正レ
ンズへの入射位置を走査レンズの入射位置とみなせば式
(10)と同様である。コリメータレンズから走査レン
ズまでの距離は先の場合より大きいため、走査レンズの
大きさをさらに大きくとる必要が生ずる。Further, the same applies to the distance between the plurality of laser beams when they enter the scanning lens 4. That is, it is the same as Expression (10) if the incident position on the tilt correction lens is regarded as the incident position on the scanning lens. Since the distance from the collimator lens to the scanning lens is greater than in the previous case, it is necessary to further increase the size of the scanning lens.
【0157】一般にレーザービーム走査光学系を構成す
る各光学要素の光学的パワーは、コリメータレンズが最
も大きい。つまり、焦点距離が最も短い。このことは、
半導体レーザーアレイから放射された複数のレーザービ
ームが、光学系を経由して像担持体に達するまでの間に
おいて、コリメータレンズを通過する際に各ビームのな
す角が最も大きく変化することを意味している。Generally, the optical power of each optical element constituting the laser beam scanning optical system is the largest for a collimator lens. That is, the focal length is the shortest. This means
It means that the angle formed by each beam when passing through a collimator lens changes the most before multiple laser beams emitted from the semiconductor laser array reach the image carrier via the optical system. ing.
【0158】この問題を避けるため、従来多くの光学的
な要素の追加により、反射面上で複数のレーザービーム
が反射される位置を近接させる方法が提案されてきた。
例えば特開昭56−69611では、コリメータレンズ
の後ろにアフォーカルな光学系をおいて、反射面上に各
ビームを集めている。しかし、このような光学系を新た
に付加することは、やはり、走査光学系の構造が複雑に
なり、コストや調整の容易さ、信頼性の面で好ましくな
い。In order to avoid this problem, there has been proposed a method in which a plurality of laser beams are reflected on a reflecting surface so as to be close to each other by adding many optical elements.
For example, in JP-A-56-69611, an afocal optical system is provided behind a collimator lens to collect beams on a reflection surface. However, the addition of such an optical system again undesirably complicates the structure of the scanning optical system, and is not preferable in terms of cost, ease of adjustment, and reliability.
【0159】また、上に述べたように複数のレーザービ
ームが互いに異なる光路をたどる場合、それぞれのレー
ザービームについて、各収差や結像スポット大きさを所
期の値とするための設計を行なう必要があり、設計工数
が多くなり、画像形成装置の開発期間が長期に亘ると同
時に、複数のレーザービームの全てが走査範囲内の任意
の位置に於て、設計仕様を満たすような設計解を得るこ
とが困難になる。このことはより高度な設計が要求され
る解像度の高い、すなわち結像スポット直径の小さい画
像形成装置ではより一層大きな問題となる。When a plurality of laser beams follow optical paths different from each other as described above, it is necessary to design each laser beam so that each aberration and the size of an image spot are set to desired values. The design man-hours are increased, the development period of the image forming apparatus is extended, and at the same time, a design solution that satisfies the design specifications is obtained at any position within the scanning range with a plurality of laser beams. It becomes difficult. This becomes a more serious problem in an image forming apparatus having a high resolution which requires a higher design, that is, a small imaging spot diameter.
【0160】さらに、このような困難を経て設計された
レーザー走査光学系は、通常の1本のレーザービームを
用いたレーザービーム走査光学系に比べて、走査器の反
射面や各レンズの有効径が大きいだけでなく、その構成
も高度な(すなわちレンズの構成枚数が多く、レンズ位
置の調整も正確さが要求される)ものとなり、生産設備
の共通化が困難になる。Furthermore, a laser scanning optical system designed through such difficulties is more effective than a conventional laser beam scanning optical system using a single laser beam. Not only is large, but also the configuration is advanced (that is, the number of lenses is large, and the adjustment of the lens position is required to be accurate), which makes it difficult to standardize production equipment.
【0161】4−2 本発明の構成 図30は本発明の画像形成装置を示した図である。転写
材351上に印刷結果を得るプロセスはいわゆる電子写
真プロセスによっている。像担持体305としては、半
導体レーザーを光源に用いた電子写真プリンタでは、長
波長側に増感した有機感光体(OPC)が多く用いられ
る。この像担持体305はまず、帯電器352で一定の
表面電位に帯電されたのち、レーザービーム走査装置3
53によって光書込すなわち露光が行なわれる。このレ
ーザービーム走査装置353から画像情報に従って光強
度が各々独立に変調された複数のレーザービーム354
が像担持体305を軸方向に走査し、露光部のみに表面
電位を打ち消す電荷を発生させ、その部分の表面電位の
絶対値を小さくする。結果として像担持体上には画像に
応じた表面電位の分布、すなわち静電潜像が形成され
る。静電潜像は現像器355によって表面電位に応じて
選択的に現像剤を付着させることにより現像される。こ
の現像剤は転写器356によって転写材351(通常は
紙)に転写される。転写材351は、定着器357によ
って熱圧力定着され排出される。4-2 Configuration of the Present Invention FIG. 30 is a diagram showing an image forming apparatus of the present invention. The process of obtaining a print result on the transfer material 351 is based on a so-called electrophotographic process. As the image carrier 305, in an electrophotographic printer using a semiconductor laser as a light source, an organic photoconductor (OPC) sensitized to a longer wavelength side is often used. The image carrier 305 is first charged to a constant surface potential by a charger 352, and then the laser beam scanning device 3
Optical writing, that is, exposure is performed by 53. A plurality of laser beams 354 whose light intensities are independently modulated according to image information from the laser beam scanning device 353.
Scans the image carrier 305 in the axial direction, generates charges that cancel the surface potential only in the exposed portion, and reduces the absolute value of the surface potential in that portion. As a result, a distribution of the surface potential according to the image, that is, an electrostatic latent image is formed on the image carrier. The electrostatic latent image is developed by a developer 355 by selectively applying a developer according to the surface potential. This developer is transferred to a transfer material 351 (usually paper) by a transfer device 356. The transfer material 351 is fixed by heat and pressure by a fixing device 357 and is discharged.
【0162】図29は本発明のレーザービーム走査光学
系の概観図を示す。図30に示したレーザービーム走査
装置353ではレーザービーム354は折り曲げられて
下方に射出する場合を想定していたが、ここでは説明の
ため単純化して描いてある。ここでモノリシックの半導
体レーザーアレイ341の複数の発光部341aから射
出したレーザービームは、コリメータレンズ302によ
って所定のビーム直径を持つレーザービームにコリメー
ト(平行化)される。これらのレーザービームは回転多
面鏡303に入射し、その回転に伴って、各々偏向され
る。走査レンズ304を通過したレーザービームは像担
持体305上で所定の大きさを持つスポット306に結
像する。なお発光部341aは、制御装置360により
個別にその点灯および光量が制御される。FIG. 29 is a schematic view showing a laser beam scanning optical system according to the present invention. In the laser beam scanning device 353 shown in FIG. 30, it is assumed that the laser beam 354 is bent and emitted downward, but is simplified here for the sake of explanation. Here, the laser beams emitted from the plurality of light emitting portions 341a of the monolithic semiconductor laser array 341 are collimated (parallelized) into a laser beam having a predetermined beam diameter by the collimator lens 302. These laser beams are incident on the rotary polygon mirror 303, and are deflected by the rotation. The laser beam that has passed through the scanning lens 304 forms an image on a spot 306 having a predetermined size on the image carrier 305. The lighting and the light amount of the light emitting unit 341a are individually controlled by the control device 360.
【0163】この様な特性を持つ半導体レーザーアレイ
には、いわゆる面発光半導体レーザーを用いるのが好ま
しい。さらにより望ましいのは発光部の周囲にII−VI族
化合物半導体を埋め込んだ面発光型の半導体レーザーア
レイである。It is preferable to use a so-called surface emitting semiconductor laser for the semiconductor laser array having such characteristics. Still more desirable is a surface-emitting type semiconductor laser array in which a group II-VI compound semiconductor is embedded around a light emitting portion.
【0164】図31はこの面発光型半導体レーザーアレ
イの素子基板上に2次元的に配置された発光部のうちの
1つの断面図であって、GaAs基板322の上にまず
組成の違う2種のAlGaAs層を数10層積層した半
導体多層膜反射層322を形成し、その上にそれぞれA
lGaAsからなるクラッド層324、活性層325、
クラッド層326、コンタクト層327を積層し、最後
にSiO2誘電体多層膜反射層328が形成されてい
る。またGaAs基板322の裏面全体及び、表面の誘
電体多層膜反射層のまわりに窓状の電極329,330
が形成されており全体が光共振器を構成している。活性
層で発生した光は基板面と垂直方向に、上下の反射層3
27,323の間を往復し発振するので、そのレーザー
ビーム331の光軸は基板面に対してほぼ垂直となる。
光共振器の回りには埋め込み層332としてII−VI族の
化合物半導体が埋め込まれている。II−VI族の化合物半
導体としては、II族元素としてZn、Cd、Hg、VI族
元素としてO、S、Se、Teを2〜4元素組み合わ
せ、また、その化合物の格子定数を前記のクラッド層3
24、活性層325、クラッド層326からなる半導体
層の格子定数に合わせるのが望ましい。このII−VI族の
化合物半導体は電気抵抗が非常に大きいため、電流を光
共振器のなかに効率的に閉じこめると同時に、光共振器
を構成しているAlGaAs半導体層とは屈折率に差が
あるため、光共振器の内部で素子の基板面に垂直もしく
はそれに近い角度で進む光はこの埋め込み層332との
界面で全反射し効率的に閉じこめられる。このため、こ
のような半導体レーザーを用いれば、従来の半導体レー
ザーに比べて大変小さい電流でレーザー発振が始まる。
すなわち、しきい値電流が低く、素子基板での損失熱量
が少ない。図31においてGaAs基板322の上にダ
イオードが形成されており、活性層325で発生した光
は、反射層323と328の間を往復し発振し、2つの
反射層の中で僅かに反射率の小さい反射層328から、
レーザービーム31として素子の基板面に対して垂直に
射出する。FIG. 31 is a cross-sectional view of one of the light-emitting portions two-dimensionally arranged on the element substrate of the surface-emitting type semiconductor laser array. A semiconductor multilayer reflective layer 322 formed by laminating several tens of AlGaAs layers is formed.
a cladding layer 324 made of lGaAs, an active layer 325,
A cladding layer 326 and a contact layer 327 are laminated, and finally, a SiO 2 dielectric multilayer reflective layer 328 is formed. Further, window-like electrodes 329 and 330 are formed on the entire back surface of the GaAs substrate 322 and around the dielectric multilayer film reflection layer on the front surface.
Are formed, and the whole constitutes an optical resonator. The light generated in the active layer is applied to the upper and lower reflective layers 3 in a direction perpendicular to the substrate surface.
Since the laser beam oscillates back and forth between 27 and 323, the optical axis of the laser beam 331 is substantially perpendicular to the substrate surface.
A group II-VI compound semiconductor is embedded around the optical resonator as an embedded layer 332. Group II-VI compound semiconductors include Zn, Cd, and Hg as Group II elements, O, S, Se, and Te as Group VI elements in combination of 2 to 4 elements. 3
It is desirable to match the lattice constant of the semiconductor layer including the active layer 24, the active layer 325, and the cladding layer 326. Since the II-VI compound semiconductor has a very high electric resistance, the current is efficiently confined in the optical resonator, and at the same time, the refractive index is different from that of the AlGaAs semiconductor layer forming the optical resonator. Therefore, light traveling at an angle perpendicular to or close to the substrate surface of the element inside the optical resonator is totally reflected at the interface with the buried layer 332 and is efficiently confined. Therefore, when such a semiconductor laser is used, laser oscillation starts with a very small current as compared with a conventional semiconductor laser.
That is, the threshold current is low, and the heat loss in the element substrate is small. In FIG. 31, a diode is formed on a GaAs substrate 322, and the light generated in the active layer 325 reciprocates between the reflection layers 323 and 328 and oscillates. From the small reflective layer 328,
The laser beam 31 is emitted perpendicular to the substrate surface of the element.
【0165】このような面発光半導体レーザーでは、レ
ーザービームの射出部の断面積が、従来の端面発光型の
半導体レーザーに比べて大きくとれるため、レーザービ
ームの拡がり角は小さくなる。この拡がり角の大きさは
射出窓の面積で決まるが、その面積はエッチング等で正
確に制御できるため、拡がり角も一定にすることができ
る。例えば、拡がり角が半値全角で8度程度のレーザー
ビームを得ることも十分可能である。さらに、この様な
面発光半導体レーザーでは電流及び光を効率的にレーザ
ー共振器の中に閉じこめることが出来るので、1つの発
光部当りの発熱を減少させると同時に、複数の発光部が
隣あった場合の相互の光学的、電気的及び熱的干渉は従
来の端面発光型半導体レーザーアレイに比べて大幅に減
少する。よって発光部の間隔も従来の半導体レーザーに
比べ、小さくすることが可能であり、50μm程度の値
は実現可能である。In such a surface-emitting semiconductor laser, the cross-sectional area of the laser beam emitting portion can be larger than that of a conventional edge-emitting semiconductor laser, so that the divergence angle of the laser beam becomes smaller. The size of the divergence angle is determined by the area of the exit window. Since the area can be accurately controlled by etching or the like, the divergence angle can be made constant. For example, it is sufficiently possible to obtain a laser beam having a divergence angle of about 8 degrees at full width at half maximum. Further, in such a surface emitting semiconductor laser, current and light can be efficiently confined in the laser resonator, so that heat generation per light emitting portion is reduced and a plurality of light emitting portions are adjacent. The mutual optical, electrical and thermal interference in the case is greatly reduced compared to the conventional edge emitting semiconductor laser array. Therefore, the distance between the light emitting portions can be reduced as compared with the conventional semiconductor laser, and a value of about 50 μm can be realized.
【0166】先の従来例の説明の中で示したと同様に、
ビーム直径2mmにコリメートされたビームを得るため
には、上記の面発光型の半導体レーザーを用いた場合の
コリメータレンズの焦点距離fcは約8mmとなる。ま
た、半導体レーザーアレイ341上での発光部の間隔δ
は50μm程度にできるので、ビームを4本直列に配置
した場合のδmaxは150μmである。従来の実施例
と同じ位置(コリメータレンズからの)に、偏向器の反
射面をおいた場合、反射面上でのビームの反射位置の間
隔qは1/5以下になる。ここで、fc/δmaxの値
は、先の従来例で示したものが、約10であったのに対
して、ここでは約53となっている。やはり先に示した
従来例と同様に、コリメータレンズから反射面までの距
離hを50mmとすると、反射面上での4本のビームの
さしわたし距離qは、先の式(9)によれば約0.94
mmとなり、ビームのコリメトー直径Wcに比べてさほ
ど問題となる値ではない。As described above in the description of the conventional example,
In order to obtain a beam collimated to a beam diameter of 2 mm, the focal length fc of the collimator lens when using the above-mentioned surface emitting semiconductor laser is about 8 mm. In addition, the interval δ between the light emitting units on the semiconductor laser array 341
Can be reduced to about 50 μm, so that δmax when 150 beams are arranged in series is 150 μm. When the reflection surface of the deflector is placed at the same position (from the collimator lens) as in the conventional embodiment, the interval q between the reflection positions of the beam on the reflection surface is 1/5 or less. Here, the value of fc / δmax is about 53 in comparison with about 10 in the prior art example. Similarly, if the distance h from the collimator lens to the reflecting surface is 50 mm, the distance q between the four beams on the reflecting surface is given by the above equation (9). About 0.94
mm, which is not a significant problem compared to the collimator diameter Wc of the beam.
【0167】特に、より高解像度の画像を形成するため
に、例えば像担持体上でのスポット直径dを50μmと
する場合、先の式に従えばコリメート直径Wcは倍の約
4mm程度になる。従ってコリメータレンズの焦点距離
fcも倍になり、反射面上でのビームの反射位置の間隔
qもさらに半分になる。In particular, if the spot diameter d on the image carrier is 50 μm in order to form a higher-resolution image, the collimating diameter Wc is doubled to about 4 mm according to the above equation. Accordingly, the focal length fc of the collimator lens is doubled, and the interval q between the reflection positions of the beam on the reflection surface is further reduced by half.
【0168】このように、各ビームを追跡していくと、
光軸上のどの位置においても、各レーザービームのなす
距離は、コリメート直径に比べてもさほど大きな値では
ないため、複数のレーザービームを扱う光学系ではあっ
ても、代表的な1つのビームについて光学設計をおこな
えばよく、レーザー走査系の設計が非常に容易になる。
結像スポットの精度を特に必要としない場合には、従前
の1本のレーザービームを用いたレーザービーム走査光
学系をそのまま転用することさえ可能である。As described above, when each beam is tracked,
At any position on the optical axis, the distance formed by each laser beam is not so large as compared to the collimated diameter. Therefore, even if the optical system handles multiple laser beams, only one representative beam is required. An optical design may be performed, and the design of the laser scanning system becomes very easy.
If the precision of the imaging spot is not particularly required, the conventional laser beam scanning optical system using one laser beam can be used as it is.
【0169】次に、面発光形の半導体レーザーにおいて
は、互いに干渉しない距離さえおけばどこにでも発光部
を置くことが可能なため、素子上に2次元状に発光部を
配列できる。素子基板上において間隔δで配置された発
光部から放射されたレーザービームは走査光学系の光学
倍率Mで拡大され、像面すなわち像担持体上で間隔δ′
のスポットに結像する。このMの値は概ね、コリメータ
レンズと走査レンズの焦点距離の比に等しい。Next, in a surface-emitting type semiconductor laser, the light-emitting portions can be placed anywhere as long as they do not interfere with each other, so that the light-emitting portions can be two-dimensionally arranged on the element. The laser beams emitted from the light emitting portions arranged at intervals δ on the element substrate are enlarged by the optical magnification M of the scanning optical system, and are spaced δ ′ on the image plane, that is, on the image carrier.
Image at the spot. This value of M is approximately equal to the ratio of the focal length of the collimator lens to the focal length of the scanning lens.
【0170】いま、4本のレーザービームで走査を行な
う露光系において、走査線と結像スポットの位置関係を
考える。ここでは1個の走査で互いに隣合う4本の走査
線を描くとする。ここで4つの結像スポット6のうち相
互に最も距離の大きいものをδ′maxとする。図32
(a)で示すよう結像スポットを配列すると、図32
(b)のように一直線に並べる場合に比べてδ′max
を小さくできる。像担持体上での結像スポットの配置
は、半導体レーザーアレイ上での発光部の配置に相似で
あるか、あるいは倒れ補正光学系がある場合などには、
副走査方向にさらにある倍率を掛けた写像関係にある。
よって、同じ光学系においてδ′maxが小さいという
ことは、δmaxも小さくなることを意味する。従っ
て、図32(b)の配置をとることで、先の式(9),
(10)もしくは式(11)においてqが小さくなり、
偏向装置の反射面の大きさをそれにあわせて小さくで
き、本発明の効果をより高めることができる。Now, in an exposure system that performs scanning with four laser beams, the positional relationship between a scanning line and an imaging spot will be considered. Here, it is assumed that four scan lines adjacent to each other are drawn by one scan. Here, one of the four imaging spots 6 having the largest distance from each other is defined as δ′max. FIG.
When the imaging spots are arranged as shown in FIG.
Δ'max compared to the case where they are arranged in a straight line as in (b).
Can be reduced. The arrangement of the imaging spots on the image carrier is similar to the arrangement of the light emitting units on the semiconductor laser array, or when there is a tilt correction optical system,
There is a mapping relationship in which a certain magnification is further multiplied in the sub-scanning direction.
Therefore, that δ'max is small in the same optical system means that δmax is also small. Therefore, by taking the arrangement shown in FIG.
In equation (10) or equation (11), q becomes smaller,
The size of the reflecting surface of the deflecting device can be reduced accordingly, and the effect of the present invention can be further enhanced.
【0171】上記の例はレーザービームが4本の場合を
示したが、レーザービームの数が更に増えた場合、像担
持体上でのスポットの位置が最も近接するよう、半導体
レーザーアレイ上の発光部の配置を自由に選べるので、
効果はより大きくなる。一例としてレーザービーム数が
8本のときの走査線に対する結像スポットの配置例を図
32(c)に示す。すなわち式(9)において、一直線
状に発光部を配置する場合はδmax=7×δである
が、図32(c)のように配置すれば実質的にδmax
=3×δとしてqの値を計算し、光学系の大きさを設計
すればよく、本発明の効果がより高められる。また、例
えば結像スポット306aと306eは走査方向に関し
て同じ位置にあるので、対応する発光部を同一のタイミ
ングで駆動できる。The above example shows a case where the number of laser beams is four. However, when the number of laser beams is further increased, the light emission on the semiconductor laser array is set so that the position of the spot on the image carrier becomes closest. Because you can choose the arrangement of the part freely,
The effect is greater. As an example, FIG. 32C shows an example of the arrangement of the imaging spots with respect to the scanning lines when the number of laser beams is eight. That is, in equation (9), when the light emitting units are arranged in a straight line, δmax = 7 × δ, but when the light emitting units are arranged as shown in FIG.
= 3 × δ, the value of q may be calculated and the size of the optical system may be designed, and the effect of the present invention may be further enhanced. Further, for example, since the imaging spots 306a and 306e are at the same position in the scanning direction, the corresponding light emitting units can be driven at the same timing.
【0172】面発光型半導体レーザーアレイを用いる
と、コリメータレンズの焦点距離が従来の端面発光型半
導体レーザーを用いた場合に比べて大きいため、半導体
レーザーとコリメータレンズの光軸方向の距離の誤差が
より大きく許容される。そのため、製造時の調整作業が
容易になるとともに、温度変動や、経年変化によるコリ
メータレンズの位置ずれの影響も受けにくくなる。When a surface-emitting type semiconductor laser array is used, the focal length of the collimator lens is larger than that when a conventional edge-emitting type semiconductor laser is used, so that the error in the distance between the semiconductor laser and the collimator lens in the optical axis direction is reduced. Greater tolerance is allowed. For this reason, the adjustment work at the time of manufacturing becomes easy, and it is hard to be affected by the temperature shift and the positional shift of the collimator lens due to aging.
【0173】以上のように、本発明の画像形成装置によ
れば、半導体レーザーアレイから放射された複数のレー
ザービームをコリメータレンズで平行化し、ビーム偏向
器で偏向し、走査レンズを介して、像担持体上にスポッ
トを結像させ光書込を行なう。このときコリメータレン
ズの焦点距離fcは従来のものに比べて長く、かつ半導
体レーザーアレイ上の発光部の間隔δも小さい。特に面
発光型の半導体レーザーアレイを用いれば、射出するレ
ーザービームの拡がり角が小さいためコリメータレンズ
の焦点距離 fcは長くなり、また各発光部での発熱量
が少なく、相互の電気的、光学的干渉も少ないため、発
光部の間隔もより少なくできる。As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser array are collimated by the collimator lens, deflected by the beam deflector, and deflected by the scanning lens. Optical writing is performed by forming an image of a spot on the carrier. At this time, the focal length fc of the collimator lens is longer than that of the conventional one, and the interval δ between the light emitting units on the semiconductor laser array is also small. In particular, when a surface-emitting type semiconductor laser array is used, the focal length fc of the collimator lens becomes longer because the divergence angle of the emitted laser beam is small, and the amount of heat generated in each light-emitting portion is small. Since the interference is small, the interval between the light emitting units can be reduced.
【0174】また、倒れ補正レンズがない場合におい
て、1列に配置された各レーザービームの両端のビーム
の偏向器の反射面上での距離qは、前述の式(9)で表
わされる。In the case where no tilt correction lens is provided, the distance q between the beams at both ends of each laser beam arranged in a line on the reflecting surface of the deflector is expressed by the above-mentioned equation (9).
【0175】また倒れ補正レンズがある場合、副走査面
における両端のビームの倒れ補正レンズにおける距離
q′、及び偏向器の反射面上での距離qは、それぞれ式
(10)および式(11)で表わされる。式(9)およ
び式(10)においてq及びq′はfc/δmaxに反
比例することが分かる。また式(11)において、qは
q′に比例するので、やはりfc/δmaxに反比例す
る。この場合も走査面においては式(9)が適用でき
る。When there is a tilt correction lens, the distance q 'of the beam at both ends on the sub-scanning surface in the tilt correction lens and the distance q on the reflecting surface of the deflector are expressed by the equations (10) and (11), respectively. Is represented by In Equations (9) and (10), it can be seen that q and q ′ are inversely proportional to fc / δmax. In equation (11), since q is proportional to q ′, it is also inversely proportional to fc / δmax. In this case also, equation (9) can be applied to the scanning plane.
【0176】すなわちこれら式(9)〜式(11)を見
直してみると、このfc/δmaxの逆数に光軸方向の
寸法に相当する値を掛けると、光軸直交方向のビーム間
の距離になることがわかる。一般に小型(ここではA4
程度の用紙に印字できるものとする)の画像形成装置に
おいては、光軸方向の光学要素間の間隔や焦点距離はお
おむね50mm前後の値をとる。この値をZとする。一
方、解像度から換算するとレーザービームのコリメート
直径は2 mm程度である。そこで、各レンズや反射面
でのビームの最大距離をコリメート直径と同じ程度にと
どめようとすると、δmax/fc×Zを2mm以下に
する事が望ましい。よって、fc/δmaxの値は25
以上が望ましい。That is, when these equations (9) to (11) are reviewed, if the reciprocal of fc / δmax is multiplied by a value corresponding to the dimension in the optical axis direction, the distance between the beams in the direction orthogonal to the optical axis is obtained. It turns out that it becomes. Generally small (here A4
In this case, the distance between the optical elements in the optical axis direction and the focal length take a value of about 50 mm. Let this value be Z. On the other hand, when converted from the resolution, the collimated diameter of the laser beam is about 2 mm. Therefore, in order to keep the maximum distance of the beam at each lens or reflecting surface to the same extent as the collimating diameter, it is desirable to set δmax / fc × Z to 2 mm or less. Therefore, the value of fc / δmax is 25
The above is desirable.
【0177】また、走査レンズにおいても同様に、走査
レンズに入射する複数のレーザービームの相互の距離の
最も遠いものの距離を上記のように2mm程度にする場
合、Zは100mm程度の値を考慮せねばならない。よ
って、上記の同じ計算を行なうとfc/δmaxは50
以上であることが望ましい。Similarly, in the case of the scanning lens, when the longest distance between a plurality of laser beams incident on the scanning lens is set to about 2 mm as described above, a value of about 100 mm should be considered. I have to. Therefore, when the same calculation is performed, fc / δmax becomes 50
It is desirable that this is the case.
【0178】このように、各レンズや反射面で複数のビ
ーム相互の距離の最大値が、レーザービームのコリメー
ト直径にくらべて同じ程度の数値であれば、1本のレー
ザービームを走査する光学系に比べて、各レンズや反射
面の大きさが著しく大きくなることはない。さらに、前
記のレーザービーム相互間の距離をコリメート直径にく
らべて小さくできるのであれば、複数のレーザービーム
を実質的に1つのレーザービームとして光学設計上取り
扱うことができる。As described above, if the maximum value of the distance between a plurality of beams at each lens or reflecting surface is approximately the same as the collimated diameter of the laser beam, the optical system that scans one laser beam The size of each lens and the reflecting surface does not become significantly large as compared with. Further, if the distance between the laser beams can be made smaller than the collimating diameter, a plurality of laser beams can be treated as one laser beam in optical design.
【0179】以上に説明した実施例は、本発明の一実施
例に過ぎず、例えば半導体レーザーは、射出ビームの拡
がり角が小さく、発光部の間隔が小さいものであれば同
等の効果を有する。また、コリメータレンズ、走査レン
ズの構成や、相対位置関係が変わっても本発明の効果は
同じく発揮される。また、偏向器の構造も回転多面鏡以
外にも、ガルバノミラーなどでも同一の効果を発揮する
ことは明らかである。The embodiment described above is merely an embodiment of the present invention. For example, a semiconductor laser has the same effect as long as the divergence angle of the emitted beam is small and the interval between the light emitting portions is small. Further, even if the configuration of the collimator lens and the scanning lens and the relative positional relationship change, the effect of the present invention is similarly exerted. It is clear that the same effect can be obtained by using a deflector other than the rotary polygon mirror as well as a galvanomirror.
【0180】あるいは、先の実施例で述べた面発光型の
半導体レーザーアレイの構造は、コリメータレンズの焦
点距離に対して、発光部間の距離が先に示した所定の関
係を満たすものであれば、いかなるものであっても同様
の効果を得ることができる。Alternatively, the structure of the surface-emitting type semiconductor laser array described in the above embodiments is such that the distance between the light-emitting portions satisfies the above-mentioned predetermined relationship with respect to the focal length of the collimator lens. The same effect can be obtained with any type.
【0181】さらに、本発明の画像形成装置の応用範囲
は、プリンタ、複写機等の印刷装置のみならず、ファク
シミリ、ディスプレイにおいても全く同様な効果を有す
ることは言うまでもない。Further, it goes without saying that the application range of the image forming apparatus of the present invention is not limited to printing apparatuses such as printers and copiers, but also has exactly the same effects in facsimile machines and displays.
【0182】4−3 効果 以上に述べたように本発明の画像形成装置においては、
複数のレーザービームを用いた露光方法をとりながら、
コリメータレンズの焦点距離と半導体レーザーアレイ発
光部の間隔をある条件を満たすような半導体レーザーア
レイを用いることにより、補助的な光学要素を付加する
ことなく、走査器の反射面の大きさや、各レンズの有効
径を小さくでき、走査光学系あるいは画像形成装置全体
の小型化、低価格化が可能となる。4-3 Effect As described above, in the image forming apparatus of the present invention,
While taking the exposure method using multiple laser beams,
By using a semiconductor laser array that satisfies certain conditions for the focal length of the collimator lens and the distance between the light emitting portions of the semiconductor laser array, the size of the reflecting surface of the scanner and the size of each lens can be reduced without adding auxiliary optical elements. Of the scanning optical system or the entire image forming apparatus can be reduced in size and cost.
【0183】また、複数のレーザービームがほぼ同一の
光路をとるため、1本のレーザービームを用いた走査光
学系と同様に設計ができるため設計工数が大幅に削減で
き開発期間が短縮されると同時に、生産設備が1本のレ
ーザービームを用いる走査光学系の場合と共通に利用で
き、非常に生産性が向上する。Further, since a plurality of laser beams take substantially the same optical path, the design can be performed in the same manner as a scanning optical system using one laser beam. Therefore, the number of design steps can be greatly reduced, and the development period can be shortened. At the same time, the production equipment can be used in common with the case of a scanning optical system using one laser beam, and the productivity is greatly improved.
【0184】さらに、複数のレーザービームが走査光学
系を構成する各光学系に入射する際に、そのいずれにお
いても、ビーム相互の距離が最も遠い2本に間隔がレー
ザービームのコリメート直径に比べて小さければ、従前
の1本のレーザービームを用いた走査光学系をそのまま
転用できる。つまり、1本のレーザービームを用いた画
像形成装置の走査光学系に一切変更を加えることなく、
レーザービームの本数を増加させるだけで、高速の画像
形成装置を製造することができ、製品の製造上の利益は
計り知れないものがある。Further, when a plurality of laser beams are incident on each optical system constituting the scanning optical system, the distance between the two laser beams is farthest from the collimated diameter of the laser beam. If smaller, the conventional scanning optical system using one laser beam can be diverted as it is. That is, without changing the scanning optical system of the image forming apparatus using one laser beam at all.
By simply increasing the number of laser beams, a high-speed image forming apparatus can be manufactured, and there are immeasurable product manufacturing benefits.
【0185】次にレーザービームの拡がり角が小さくな
ることにより、コリメータレンズと半導体レーザーアレ
イの距離を大きく取れるため、コリメータレンズの光軸
方向の調整余裕が増し、生産性が上がると同時に、経年
劣化や使用時の温度変動の影響を受けずに一定のスポッ
ト直径で、露光が可能となり、画像品質が向上する。Next, since the divergence angle of the laser beam is reduced, the distance between the collimator lens and the semiconductor laser array can be increased, so that the margin for adjustment of the collimator lens in the optical axis direction is increased, and the productivity is increased, and at the same time, deterioration over time. Exposure can be performed with a constant spot diameter without being affected by temperature fluctuations during use, and image quality is improved.
【0186】§5 画像形成装置の第5の実施例 5−1 背景技術の対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。 §5 Fifth Embodiment of Image Forming Apparatus 5-1 Comparison of Background Art In order to better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0187】従来の画像形成装置の走査光学系は例えば
特開平3−248114号公報に開示されている(図4
1参照)。図41において光源は、射出されるビームの
中心軸が、素子基板面に対し概ね平行となる端面発光半
導体レーザーアレイ420が用いられ、コリメータレン
ズ402の物体側焦平面に配置されている。コリメータ
レンズ402の像側焦点位置には、開口絞り403が設
けられている。A scanning optical system of a conventional image forming apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-248114 (FIG. 4).
1). In FIG. 41, the light source uses an edge emitting semiconductor laser array 420 in which the center axis of the emitted beam is substantially parallel to the element substrate surface, and is disposed on the object-side focal plane of the collimator lens 402. An aperture stop 403 is provided at the image-side focal position of the collimator lens 402.
【0188】しかしながら、前述したような従来技術で
は、端面発光半導体レーザーのビーム拡がり角や、各々
の発光部の間隔が大きいため、複数のビームの断面が重
なり合う位置は、コリメータレンズの像側焦点位置のご
く近傍に限られる。特に多数のビームが一列に配置され
るとき、その両端のビームの断面が重なり合う位置は、
さらに限られた範囲となる。従って、開口絞りを配置す
る位置も、そのわずかな範囲に限られてしまい、設計上
の自由度が小さいという問題点を有している。However, in the prior art described above, since the beam divergence angle of the edge emitting semiconductor laser and the interval between the light emitting portions are large, the position where the cross sections of a plurality of beams overlap is the image side focal position of the collimator lens. In the immediate vicinity. Especially when a large number of beams are arranged in a row, the position where the cross sections of the beams at both ends overlap is
It is more limited. Accordingly, the position where the aperture stop is arranged is also limited to a small range, and there is a problem that the degree of freedom in design is small.
【0189】また、一般に光学系では、レンズの保持枠
を開口絞りとして用いることもあり、そうすれば、別個
に開口絞りを設ける必要がない。ところが、前述した従
来技術では、コリメータレンズの位置では複数のビーム
の断面が重なり合わないため、コリメータレンズの保持
枠を開口絞りとして用いることができないという問題点
をも有している。In general, in an optical system, a holding frame of a lens may be used as an aperture stop, so that it is not necessary to provide a separate aperture stop. However, in the above-described related art, there is also a problem in that the cross section of the plurality of beams does not overlap at the position of the collimator lens, so that the holding frame of the collimator lens cannot be used as an aperture stop.
【0190】5−2 本発明の構成 図38は本発明の画像形成装置の構成図である。電子写
真式プリンターの画像形成プロセスについて以下に説明
する。帯電器451により像担持体407に一様な電荷
が与えられ、走査光学系452で像担持体407上を露
光走査することにより潜像を形成する。次に現像器 4
53で潜像上に現像剤を付着させて顕像化し、転写器4
54で顕像を構成する現像剤を紙等の転写材455上に
転写し、定着器456で現像剤を加熱溶融させて転写材
455上に定着させる。5-2 Configuration of the Present Invention FIG. 38 is a configuration diagram of the image forming apparatus of the present invention. The image forming process of the electrophotographic printer will be described below. A uniform charge is given to the image carrier 407 by the charger 451, and a latent image is formed by exposing and scanning the image carrier 407 with the scanning optical system 452. Next, developing unit 4
At 53, a developer is adhered on the latent image to visualize it, and the transfer device 4
At 54, the developer forming the visible image is transferred onto a transfer material 455 such as paper, and the fixing device 456 heats and melts the developer to fix it on the transfer material 455.
【0191】図37は本発明の実施例を示す走査光学系
の構成図である。光源は、射出されるビームの中心軸
が、素子基板422面に対し概ね垂直となる面発光半導
体レーザーアレイ401である。面発光半導体レーザー
アレイ401の発光部401aから射出された複数のビ
ームは、コリメータレンズ402で平行化され、開口絞
り403を通過し、偏向装置である回転多面鏡404の
一つの偏向面405に入射する。回転多面鏡404の回
転に伴って反射ビームが偏向走査され、結像レンズ40
6を通過して、像担持体407上に結像される。FIG. 37 is a configuration diagram of a scanning optical system showing an embodiment of the present invention. The light source is a surface emitting semiconductor laser array 401 in which the central axis of the emitted beam is substantially perpendicular to the surface of the element substrate 422. A plurality of beams emitted from the light emitting portion 401a of the surface emitting semiconductor laser array 401 are collimated by the collimator lens 402, pass through the aperture stop 403, and enter one deflection surface 405 of the rotary polygon mirror 404 as a deflection device. I do. The reflected beam is deflected and scanned with the rotation of the rotary polygon mirror 404, and the imaging lens 40 is rotated.
6 to form an image on the image carrier 407.
【0192】なお、発光部401aは、制御装置460
により個別にその点灯および光量が制御される。Note that the light emitting section 401a is provided with the control device 460.
The lighting and the light amount are individually controlled by.
【0193】ところで、一般に端面発光、面発光に関わ
らず、半導体レーザーからの出力ビームの拡がり角は、
発光部ごとにある程度ばらつきがあり、コリメータレン
ズ402で平行化されたビーム径もばらつく。しかしな
がら、複数のビームの断面が概ね重なり合う位置に開口
絞り403を設け、開口絞り403の径を平行ビーム径
とほぼ同等かあるいはそれより小さく設定すれば、開口
絞り403通過後の複数の平行ビーム径は均一になる。
その結果、像担持体407上に結像されるスポット径も
均一になり、安定した良好な印字品質が得られ、装置ご
との印字品質の差もないものとなる。ここで、ビーム拡
がり角およびその径とは、ビーム断面の強度分布のガウ
ス分布を成しているものとし、それぞれ中心強度の1/
2となる角度の全角、および中心強度の1/e2となる
位置を表す直径のことである。In general, regardless of edge emission or surface emission, the divergence angle of an output beam from a semiconductor laser is
There is some variation between the light emitting units, and the beam diameter collimated by the collimator lens 402 also varies. However, if the aperture stop 403 is provided at a position where the cross-sections of the plurality of beams substantially overlap, and the diameter of the aperture stop 403 is set to be approximately equal to or smaller than the diameter of the parallel beam, the plurality of parallel beam diameters after passing through the aperture stop 403 can be obtained. Becomes uniform.
As a result, the spot diameter formed on the image carrier 407 also becomes uniform, stable and good printing quality is obtained, and there is no difference in printing quality between the apparatuses. Here, the beam divergence angle and its diameter are assumed to form a Gaussian distribution of the intensity distribution of the beam cross section, and are each 1 / cent of the central intensity.
It is a diameter representing the full angle of the angle of 2 and the position of 1 / e 2 of the center intensity.
【0194】開口絞りによりビーム径が均一化される効
果について説明する。レーザービームを開口絞りで絞る
と、波動光学としての性質である回折が起こる。開口絞
りの中心と入射ビームの中心が一致している場合、回折
を考慮した像担持体上の結像スポット直径d0は、The effect of making the beam diameter uniform by the aperture stop will be described. When a laser beam is stopped down by an aperture stop, diffraction, which is a property of wave optics, occurs. When the center of the aperture stop and the center of the incident beam coincide with each other, the imaging spot diameter d 0 on the image carrier in consideration of diffraction is:
【数15】 で表される。ここでkは定数、λはレーザービームの波
長、fは結像レンズの焦点距離、Dは開口絞りの直径で
ある。さらに、開口絞りへ入射するビームの直径dと開
口絞りの直径Dとの比を、裁断比T=d/Dとすると、
定数kは、(Equation 15) It is represented by Here, k is a constant, λ is the wavelength of the laser beam, f is the focal length of the imaging lens, and D is the diameter of the aperture stop. Further, if the ratio of the diameter d of the beam incident on the aperture stop to the diameter D of the aperture stop is a cutting ratio T = d / D,
The constant k is
【数16】 により計算される(「レーザ&オプティクスガイドII」
日本メレスグリオ株式会社)。(Equation 16) (“Laser & Optics Guide II”
Japan Melles Griot Co., Ltd.).
【0195】一例として、開口絞りの直径Dを1とし、
入射ビームの直径dが1を中心に±20%のばらつきを
持っている場合、結像スポットの直径のばらつきは、+
5.9%〜−3.1%に抑えられる。このように、開口
絞りはビーム径のばらつきに対して、結像スポット径の
ばらつきを小さく抑える効果がある。As an example, let the diameter D of the aperture stop be 1,
When the diameter d of the incident beam has a variation of ± 20% around 1, the variation of the diameter of the imaging spot is +
5.9% to -3.1%. As described above, the aperture stop has an effect of suppressing the variation in the image spot diameter to the variation in the beam diameter.
【0196】開口絞りを、光路上の複数のビームの断面
の少なくとも一部が重なり合う位置であって、しかも開
口絞りを通過した後の複数のビームのうち、パワーが最
大であるビームについて、そのパワーを1としたとき
に、その他全てのビームのパワーが各々0.9以上とな
る位置に配置すれば、通過後のビームのパワーのばらつ
きが10%以下に抑えられる。この程度のばらつきであ
ると、印字の濃度むらのない良好な印字品質が得られ
る。The aperture stop is positioned at a position where at least a part of the cross section of the plurality of beams on the optical path overlaps, and among the plurality of beams after passing through the aperture stop, the beam having the maximum power Is set to 1, if all the beams are arranged at positions where the powers of all the other beams are 0.9 or more, the variation in the power of the beams after passing can be suppressed to 10% or less. With such a degree of variation, good print quality without uneven print density can be obtained.
【0197】ここで、図39に示すような系で、上記の
条件を満足する開口絞り403の位置について具体的に
説明する。ここで図39(a)は走査光学系の側面図。
図39(b)は開口絞り403の位置における断面図で
ある。面発光型半導体レーザーアレイ401は、その特
性上、拡がり角を10度以下で発光部の間隔を0.05
mm以下にすることが可能である。図39において、発
光部A410、発光部B411の間隔Δを0.05mm
とし、発光部A410を光学系の光軸412上に置く。
各々の発光部410、411から射出されたビームを、
それぞれビームA413、ビームB414とする。各々
の射出ビームの拡がり角θは共に10度であり、コリメ
ータレンズ402の焦点距離fcを10mm、コリメー
タレンズ402から回転多面鏡の偏向面405までの距
離hを100mmとする。この場合、ビームの直径dは
3.0mmとなる。開口絞り403の中心は光軸412
上にあり、その直径Dはビーム直径dと等しいものとす
る。Here, the position of the aperture stop 403 that satisfies the above conditions in a system as shown in FIG. 39 will be specifically described. Here, FIG. 39A is a side view of the scanning optical system.
FIG. 39B is a cross-sectional view at the position of the aperture stop 403. Due to its characteristics, the surface emitting type semiconductor laser array 401 has a spread angle of 10 degrees or less and a light emitting unit spacing of 0.05.
mm or less. In FIG. 39, the distance Δ between the light emitting unit A410 and the light emitting unit B411 is 0.05 mm.
The light emitting unit A410 is placed on the optical axis 412 of the optical system.
The beam emitted from each of the light emitting units 410 and 411 is
The beams are assumed to be a beam A413 and a beam B414, respectively. The divergence angle θ of each emission beam is 10 degrees, the focal length fc of the collimator lens 402 is 10 mm, and the distance h from the collimator lens 402 to the deflection surface 405 of the rotating polygon mirror is 100 mm. In this case, the beam diameter d is 3.0 mm. The center of the aperture stop 403 is the optical axis 412
And its diameter D is equal to the beam diameter d.
【0198】レーザービームの断面強度分布がガウス分
布をなしているとすると、断面強度Iは、Assuming that the sectional intensity distribution of the laser beam has a Gaussian distribution, the sectional intensity I is
【数17】 で表される。ここで、Pはビーム全体のパワー、wはビ
ームの半径、xはビーム中心からの距離である。ビーム
A413が開口絞り403を通過した後のパワーは、上
式を、[Equation 17] It is represented by Here, P is the power of the entire beam, w is the radius of the beam, and x is the distance from the beam center. The power after the beam A413 has passed through the aperture stop 403 is given by
【数18】 式(15)のように積分することにより求められ、その
値は通過前のパワーPの86.5%である。従って、ビ
ームB414については、開口絞り403通過後のパワ
ーは通過前のパワーに比して、 86.5×0.9=77.9(%) 以上でなければならない。次に、ビームB414が開口
絞り403を通過した後のパワーを求める。開口絞り4
03の面における、ビームB414の中心軸と光軸41
2との距離をtとすると、開口絞り403通過直前の断
面強度Iは円筒座標系を用いて、(Equation 18) It is obtained by integration as in equation (15), and its value is 86.5% of the power P before passing. Therefore, for the beam B414, the power after passing through the aperture stop 403 must be 86.5 × 0.9 = 77.9 (%) or more compared to the power before passing. Next, the power after the beam B414 has passed through the aperture stop 403 is determined. Aperture stop 4
03, the center axis of the beam B414 and the optical axis 41
Assuming that the distance from the aperture stop 403 is t, the cross-sectional intensity I immediately before passing through the aperture stop 403 is expressed by using a cylindrical coordinate system.
【数19】 と表される。ここで、図39(b)に示すようにrは光
軸412から開口絞り403上の任意の点Aまでの距
離、φは光軸412とビームB414の中心軸414a
とが作る平面Bと、光軸412と点Aとを結んだ線との
なす角である。開口絞り3通過後のビームB14のパワ
ーは上式を[Equation 19] It is expressed as Here, as shown in FIG. 39B, r is the distance from the optical axis 412 to an arbitrary point A on the aperture stop 403, and φ is the central axis 414a of the optical axis 412 and the beam B414.
Are angles formed by a plane B formed by the optical axis and a line connecting the optical axis 412 and the point A. The power of the beam B14 after passing through the aperture stop 3 is given by the above equation.
【数20】 で積分することで求められ、tとビーム直径dとの比が
0.200のとき、開口絞り403通過後のパワーは通
過前のパワーPに比して77.9%となり、先の値と同
じとなる。つまり、t/dが0.200以下となる位置
に開口絞り403を置けば、開口絞り403通過後のビ
ームA413、ビームB414のパワーの差は10%以
下となる。開口絞り403がコリメータレンズ402の
位置、あるいは回転多面鏡の偏向面405の位置に置か
れたとすると、tの距離はそれぞれ0.05mm、0.
45mmであり、t/dはそれぞれ0.017、0.1
5となり、いずれも0.200より小さい。従って、開
口絞り403はコリメータレンズ402と回転多面鏡の
偏向面405との間の任意の位置に置くことができ、設
計上の自由度を大きくとることができる。また、ビーム
を一列に配置し数を増加させたときでも、コリメータレ
ンズ402の位置に開口絞り403を設定することがで
きる。コリメータレンズ402の位置に開口絞り403
を配置することが可能なので、コリメータレンズ402
の保持枠を開口絞りとして用いればよく、別個に開口絞
りを設ける必要がないため、走査光学系の構成要素を削
減することができる。(Equation 20) When the ratio between t and the beam diameter d is 0.200, the power after passing through the aperture stop 403 is 77.9% of the power P before passing through the aperture stop 403. Will be the same. That is, if the aperture stop 403 is placed at a position where t / d is 0.200 or less, the power difference between the beams A413 and B414 after passing through the aperture stop 403 is 10% or less. Assuming that the aperture stop 403 is placed at the position of the collimator lens 402 or the position of the deflection surface 405 of the rotary polygon mirror, the distances t are 0.05 mm and 0.
45 mm, and t / d is 0.017 and 0.1, respectively.
5, which is smaller than 0.200. Therefore, the aperture stop 403 can be placed at any position between the collimator lens 402 and the deflecting surface 405 of the rotary polygon mirror, and the degree of freedom in design can be increased. Further, even when the beams are arranged in a line and the number is increased, the aperture stop 403 can be set at the position of the collimator lens 402. The aperture stop 403 is located at the position of the collimator lens 402.
Can be arranged, so that the collimator lens 402
Can be used as an aperture stop, and there is no need to provide a separate aperture stop, so that components of the scanning optical system can be reduced.
【0199】なお、この実施例では、開口絞りをコリメ
ータレンズと回転多面鏡との間に設けたが、上記の条件
を満足させる位置ならば、面発光半導体レーザーアレイ
とコリメータレンズとの間に設けてもよい。また、光源
と回転多面鏡との間に設ける光学系は、ビームを平行化
させるためのコリメータレンズに限らなくてもよい。In this embodiment, the aperture stop is provided between the collimator lens and the rotary polygon mirror. However, if the above condition is satisfied, the aperture stop is provided between the surface emitting semiconductor laser array and the collimator lens. You may. Further, the optical system provided between the light source and the rotary polygon mirror need not be limited to a collimator lens for collimating a beam.
【0200】図40は他の実施例を示す半導体レーザー
から回転多面鏡までの部分の構成図である。開口絞り4
03は、複数のビームの中心軸が光軸412と交差する
位置に設けられている。FIG. 40 is a block diagram showing a portion from a semiconductor laser to a rotary polygon mirror according to another embodiment. Aperture stop 4
Numeral 03 is provided at a position where the central axes of the plurality of beams intersect with the optical axis 412.
【0201】このような構成によると、開口絞り403
の面では複数のビームの中心軸が完全に一致するため、
先の実施例と比較して、さらに結像スポット径の均一
性、および結像スポットのパワーの均一性が高くなる。
結像スポットのこれらの諸特性に関して、より高い特性
が要求される場合に、この構成を採用すればよい。な
お、この実施例でも、光源と回転多面鏡との間に設ける
光学系は、ビームを平行化させるためのコリメータレン
ズに限らなくてもよい。According to such a configuration, the aperture stop 403
, The center axes of the beams are perfectly aligned,
As compared with the previous embodiment, the uniformity of the diameter of the imaging spot and the uniformity of the power of the imaging spot are further improved.
This configuration may be adopted when higher characteristics are required for these characteristics of the imaging spot. In this embodiment, the optical system provided between the light source and the rotary polygon mirror is not limited to the collimator lens for collimating the beam.
【0202】5−3 効果 以上説明したように、本発明によれば、面発光半導体レ
ーザーアレイと偏向器との間の光路上の、複数のビーム
断面が概ね重なり合う位置に開口絞りを設けることによ
り、ビーム拡がり角がばらついても、結像スポット径を
均一にすることができ、安定した良好な印字品質が得ら
れるという効果を有する。また、半導体レーザーアレイ
と偏向器の間の光路上の、広い範囲の任意の位置に開口
絞りを設けることができ、あるいは、コリメータレンズ
の保持枠を開口絞りとして用いることも可能となり、設
計上の自由度も大きくなるという効果をも有する。5-3 Effects As described above, according to the present invention, by providing an aperture stop at a position on the optical path between the surface emitting semiconductor laser array and the deflector where a plurality of beam cross-sections substantially overlap. Even if the beam divergence angle varies, the imaging spot diameter can be made uniform, and there is an effect that stable and good printing quality can be obtained. In addition, an aperture stop can be provided at an arbitrary position in a wide range on the optical path between the semiconductor laser array and the deflector, or the holding frame of the collimator lens can be used as the aperture stop, which is a design problem. This also has the effect of increasing the degree of freedom.
【0203】§6 画像形成装置の第6の実施例 6−1 背景技術との対比 本実施例をより良く理解するため、はじめに背景技術に
ついて述べる。 §6 Sixth Embodiment of Image Forming Apparatus 6-1 Comparison with Background Art In order to better understand this embodiment, the background art will be described first.
【0204】従来、半導体レーザーアレイを用いた画像
形成装置の走査光学系は、例えば特開平3−24811
4号公報に開示されており、図43のような構成であ
る。半導体レーザーアレイ501は、コリメータレンズ
502の物体側焦平面に配置されている。コリメータレ
ンズ502の像側焦点位置には、開口絞り503が設け
られている。Conventionally, a scanning optical system of an image forming apparatus using a semiconductor laser array is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-24811.
No. 4 discloses the configuration as shown in FIG. The semiconductor laser array 501 is arranged on the object-side focal plane of the collimator lens 502. An aperture stop 503 is provided at the image-side focal position of the collimator lens 502.
【0205】しかしながら、前述したような従来技術で
は、開口絞りを配置する位置が、コリメータレンズの像
側焦点位置のみに限られているので、設計上の自由度が
小さく、また、一般に光学系では、レンズの保持枠を開
口絞りとして用いることがあるが、従来技術ではそのよ
うな構成にすることもできないという問題点を有してい
る。However, in the prior art as described above, the position at which the aperture stop is arranged is limited only to the image-side focal position of the collimator lens, so that the degree of freedom in design is small. In some cases, the holding frame of the lens is used as an aperture stop, but there is a problem that such a configuration cannot be used in the related art.
【0206】6−2 本発明の構成 図48は本発明による画像形成装置の構成図であり、そ
の画像形成プロセスについて説明する。帯電器551に
より像担持体507に一様な電荷が与えられ、走査光学
系552で像担持体507上を露光走査することにより
潜像を形成し、現像器553で潜像上に現像剤を付着さ
せて顕像化する。次に転写器554で顕像を構成する現
像剤を紙等の転写材555上に転写し、定着器556で
現像剤を加熱溶融させて転写材555上に定着させる。6-2 Configuration of the Present Invention FIG. 48 is a configuration diagram of an image forming apparatus according to the present invention, and the image forming process will be described. A uniform charge is given to the image carrier 507 by the charger 551, and a latent image is formed by exposing and scanning the image carrier 507 by the scanning optical system 552, and a developer is applied on the latent image by the developing device 553. Attached and visualized. Next, the developer forming a visible image is transferred onto a transfer material 555 such as paper by a transfer device 554, and the developer is heated and melted by a fixing device 556 to be fixed on the transfer material 555.
【0207】図42は本発明の実施例を示す走査光学系
の構成図である。半導体レーザーアレイ501から射出
された複数のビームは、コリメータレンズ502で平行
化され、開口絞り503を通過し、偏向装置である回転
多面鏡504の一つの偏向面505に入射する。回転多
面鏡504の回転に伴って反射ビームが偏向走査され、
結像レンズ506を通過して、像担持体507上に結像
される。FIG. 42 is a configuration diagram of a scanning optical system showing an embodiment of the present invention. A plurality of beams emitted from the semiconductor laser array 501 are collimated by the collimator lens 502, pass through the aperture stop 503, and enter one deflection surface 505 of the rotary polygon mirror 504 as a deflection device. The reflected beam is deflected and scanned as the rotating polygon mirror 504 rotates,
The light passes through the imaging lens 506 and is imaged on the image carrier 507.
【0208】図42および図49において、半導体レー
ザーアレイ501と偏向器504との間の光路上に開口
絞り503が設けられ、コリメータレンズ502の焦点
距離をf、コリメータレンズ502の偏向器504側の
焦点と開口絞り503との間隔をs、コリメータレンズ
502の光軸から最も離れた位置に配置された発光部と
光軸との間隔をt、開口絞り503の直径をD、平行ビ
ームの直径をdとすると、In FIGS. 42 and 49, an aperture stop 503 is provided on the optical path between the semiconductor laser array 501 and the deflector 504, the focal length of the collimator lens 502 is f, and the collimator lens 502 is closer to the deflector 504. The distance between the focal point and the aperture stop 503 is s, the distance between the light-emitting portion disposed farthest from the optical axis of the collimator lens 502 and the optical axis is t, the diameter of the aperture stop 503 is D, and the diameter of the parallel beam is If d
【数21】 となっている。(Equation 21) It has become.
【0209】また式(18)、(19)の代わりに、Also, instead of equations (18) and (19),
【数22】 なる条件を満足していても良い。(Equation 22) May be satisfied.
【0210】一般に半導体レーザー501からの出力ビ
ームの拡がり角は、発光部ごとにある程度ばらつきがあ
り、コリメータレンズ502で平行化されたビーム径も
ばらつく。しかしながら、複数のビームの断面が概ね重
なり合う位置に開口絞り503を設け、開口絞り503
の径を平行ビーム径dとほぼ同等かあるいはそれより小
さく設定すれば、開口絞り503通過後の複数の平行ビ
ーム径dは均一になる。その結果、像担持体505上に
結像されるスポット径も均一となり、安定した良好な印
字品質が得られ、装置ごとの印字品質の差もないものと
なる。ここで、ビーム拡がり角およびその径とは、ビー
ム断面の強度分布がガウス分布を成しているものとし、
それぞれ中心強度の1/2となる角度の全角、および中
心強度の1/e2 となる位置を表す直径のことであ
る。In general, the divergence angle of the output beam from the semiconductor laser 501 varies to some extent for each light emitting unit, and the beam diameter collimated by the collimator lens 502 also varies. However, the aperture stop 503 is provided at a position where the cross sections of the plurality of beams substantially overlap, and the aperture stop 503 is provided.
Is set to be approximately equal to or smaller than the parallel beam diameter d, the plurality of parallel beam diameters d after passing through the aperture stop 503 become uniform. As a result, the spot diameter formed on the image carrier 505 also becomes uniform, stable and good printing quality is obtained, and there is no difference in printing quality between apparatuses. Here, the beam divergence angle and its diameter are assumed that the intensity distribution of the beam cross section forms a Gaussian distribution,
It is a diameter that represents a full angle of an angle that is 中心 of the central intensity and a position that is 1 / e 2 of the central intensity.
【0211】開口絞り503によりビーム径が均一化さ
れる効果について説明する。レーザービームを開口絞り
503で絞ると、波動光学としての性質である回析が起
こる。開口絞り503の中心と入射ビームの中心が一致
している場合、回析を考慮した像担持体505上の結像
スポット直径d0 は、The effect of making the beam diameter uniform by the aperture stop 503 will be described. When the laser beam is stopped down by the aperture stop 503, diffraction, which is a property of wave optics, occurs. When the center of the aperture stop 503 coincides with the center of the incident beam, the imaging spot diameter d 0 on the image carrier 505 in consideration of diffraction is:
【数23】 で表わされる。(Equation 23) Is represented by
【0212】ここでkは定数、λはレーザービームの波
長、f0 は結像レンズの焦点距離、Dは開口絞りの直
径である。さらに、開口絞りへ入射するビームの直径d
と開口絞りの直径Dとの比を、裁断比T=d/Dとする
と、定数kは、[0212] where k is a constant, lambda is the wavelength of the laser beam, f 0 is the focal length, the diameter of D is the aperture stop of the imaging lens. Further, the diameter d of the beam incident on the aperture stop
Assuming that the ratio of the aperture stop diameter D to the cutting ratio T = d / D, the constant k is
【数24】 により計算される(「レーザ&オプティクスガイドII」
日本メレスグリオ株式会社)。(Equation 24) (“Laser & Optics Guide II”
Japan Melles Griot Co., Ltd.).
【0213】一例として、開口絞り503の直径Dを1
とし、入射ビームの直径dが1を中心に±20%のばら
つきを持っている場合、結像スポットの直径のばらつき
は、+5.9%〜−3.1%に抑えられる。このよう
に、開口絞り503はビーム径のばらつきに対して、結
像スポット径のばらつきを小さく抑える効果がある。As an example, the diameter D of the aperture stop 503 is set to 1
When the diameter d of the incident beam has a variation of ± 20% around 1, the variation of the diameter of the imaging spot is suppressed to + 5.9% to -3.1%. As described above, the aperture stop 503 has an effect of suppressing the variation of the image spot diameter to the variation of the beam diameter.
【0214】コリメータレンズ502により平行化され
たビーム断面の強度分布は、概ねガウス分布をなしてお
り、図44に示すように、平行ビームが開口絞り503
を通過するとビームの周辺部がけられるため、通過前に
比べて通過後のビームのパワーは低下する。図45のよ
うに、開口絞り503をコリメータレンズ502の偏向
器側焦点に配置すれば、開口絞り503を通過する複数
のビームの中心軸は全て一致するため、各々のビームに
ついて、開口絞り503を通過することによるパワーの
低下率は等しい。しかしながら、開口絞り503を配置
しうる位置が、コリメータレンズ502の偏向器側焦点
の位置のみに限られると、設計上の自由度は小さいもの
となってしまう。The intensity distribution of the beam cross section collimated by the collimator lens 502 has a substantially Gaussian distribution, and as shown in FIG.
When the beam passes through, the periphery of the beam is blurred, so that the power of the beam after passing is lower than that before passing. As shown in FIG. 45, if the aperture stop 503 is arranged at the focal point of the collimator lens 502 on the deflector side, the central axes of a plurality of beams passing through the aperture stop 503 are all coincident. The rate of decrease in power due to passing is equal. However, if the position where the aperture stop 503 can be arranged is limited to only the position of the deflector-side focal point of the collimator lens 502, the degree of freedom in design becomes small.
【0215】図46に示すように、開口絞り503をコ
リメータレンズ502の偏向器側焦点からずれた位置に
配置すると、開口絞り503を通過する複数のビームの
中心軸はお互いにずれることになり、コリメータレンズ
の光軸510に沿ったビーム511aと、光軸510に
対して傾きを持ったビーム511bとでは、開口絞り5
03を通過する際のけられ方が異なる。その様子を示し
たものが図 47である。図47(a)はビーム511
aを、図47(b)はビーム511bを各々示してお
り、それぞれビームの断面強度分布が開口絞りによりけ
られる部分を斜線部で示してある。開口絞り503通過
後のパワーはビームごとに差があり、ビーム511bに
比べてビーム511aのパワーの方が大きい。その差が
ある程度以上大きくなると、印字したときに濃度むらと
なって現れてしまう。しかしながら、開口絞り通過後の
パワーにばらつきがあっても、ある程度の範囲内であれ
ば、実質的に良好な印字品質を得ることができる。従っ
て、その許容範囲に対応した、開口絞りを配置しうる許
容範囲も存在する。As shown in FIG. 46, if the aperture stop 503 is arranged at a position shifted from the focal point on the deflector side of the collimator lens 502, the central axes of a plurality of beams passing through the aperture stop 503 are shifted from each other. The beam 511a along the optical axis 510 of the collimator lens and the beam 511b inclined with respect to the optical axis 510 are used for the aperture stop 5.
The way in which you pass 03 is different. FIG. 47 shows this state. FIG. 47A shows the beam 511.
47A shows a beam 511b in FIG. 47 (b), and a portion where the cross-sectional intensity distribution of the beam is shaded by the aperture stop is indicated by oblique lines. The power after passing through the aperture stop 503 differs for each beam, and the power of the beam 511a is larger than that of the beam 511b. If the difference is greater than a certain level, the density will appear uneven when printed. However, even if the power after passing through the aperture stop varies, within a certain range, substantially good print quality can be obtained. Therefore, there is an allowable range in which the aperture stop can be arranged corresponding to the allowable range.
【0216】式(18)に示す条件を満足させると、開
口絞り503通過後のビームのパワーのばらつきは20
%以下に抑えられる。ただし式(18)の条件は近似式
であり、式(19)の条件の範囲内で成立する。また、
式(20)の条件を満足させると、開口絞り503通過
後のビームのパワーのばらつきは5%以下に抑えられ
る。ただし式(20)の条件は近似式であり、式(2
1)の範囲内で成立する。When the condition shown in Expression (18) is satisfied, the variation in the power of the beam after passing through the aperture stop 503 becomes 20
% Or less. However, the condition of Expression (18) is an approximate expression, and is satisfied within the range of the condition of Expression (19). Also,
When the condition of Expression (20) is satisfied, the variation in the power of the beam after passing through the aperture stop 503 can be suppressed to 5% or less. However, the condition of Expression (20) is an approximate expression, and Expression (2)
The condition is satisfied within the range of 1).
【0217】本発明人が行った実験によれば、画像形成
装置で文字や線のみの印字を行う場合には、結像スポッ
トのパワーのばらつきが約20%以下であると良好な印
字が得られ、それよりばらつきが大きいと印字品質が悪
化する。また、グラフィック出力などで中間調のパター
ンを印字したり、細かい網点などを印字する場合には、
結像スポットのパワーのばらつきが濃度むらとなって現
れやすく、良好な印字品質を得るためには、そのばらつ
きを約5%以下にする必要がある。従って、式(18)
の条件および式(19)の条件は文字や線のみの印字を
用途とする画像形成装置に適した条件であり、式(2
0)の条件および式(21)の条件は文字の印字に加
え、中間調や網点などの印字をも用途とする画像形成装
置に適した条件である。According to an experiment conducted by the present inventor, in the case where only characters and lines are printed by the image forming apparatus, good printing can be obtained if the variation in the power of the imaging spot is about 20% or less. If the variation is larger than that, the print quality deteriorates. Also, when printing a halftone pattern with graphic output or printing a fine halftone dot,
Variations in the power of the imaging spot tend to appear as density unevenness, and in order to obtain good printing quality, the variations need to be about 5% or less. Therefore, equation (18)
And the condition of the expression (19) are conditions suitable for an image forming apparatus for printing only characters and lines, and the expression (2)
The condition 0) and the condition of the expression (21) are suitable for an image forming apparatus that is used for printing halftones and halftone dots in addition to printing characters.
【0218】上記の各条件によると、半導体レーザーア
レイ511と偏向装置504の間の光路上の、広い範囲
の任意の位置に開口絞り503を設けることができ、設
計上の自由度が大きくなる。あるいは、コリメータレン
ズ502の保持枠を開口絞りとして用いることも可能と
なり、そうすれば別個に開口絞りを設ける必要がなく、
走査光学系の構成要素を削減することができる。According to the above conditions, the aperture stop 503 can be provided at an arbitrary position in a wide range on the optical path between the semiconductor laser array 511 and the deflecting device 504, and the degree of freedom in design is increased. Alternatively, the holding frame of the collimator lens 502 can be used as an aperture stop, so that there is no need to provide a separate aperture stop,
The components of the scanning optical system can be reduced.
【0219】次に一例として図49に示すような系で、
前記の各条件を満足する開口絞り503の位置について
具体的に計算する。半導体レーザーアレイ501とし
て、面発光半導体レーザーアレイを用いた場合を考え
る。面発光半導体レーザーとは、射出するビームの中心
軸が、素子基板面に対して概ね垂直となる半導体レーザ
ーである。面発光半導体レーザーアレイ501は、その
特性上、拡がり角を10度以下に、発光部の間隔を0.
05mm以下にすることが可能である。そこで、2個の
発光部からなる半導体レーザーアレイ501を考え、発
光部512a、発光部512bの間隔tを0.05mm
とし、発光部512aをコリメータレンズ502の光軸
510上に置く。なお、これら発光部512a,512
bの点灯および光量は、制御装置560により制御され
る(図42)。各々の発光部から射出されたビームを、
それぞれビーム511a、ビーム511bとする。各々
の射出ビームの拡がり角θを共に10度とし、コリメー
タレンズ502の焦点距離fを10mm、コリメータレ
ンズ502から回転多面鏡の偏向面505までの距離h
を50mmとする。この場合、ビームの直径dは3.0
mmとなる。開口絞り503の中心は光軸510上にあ
り、その直径Dはビーム直径dと等しいものとする。Next, as an example, in a system as shown in FIG.
The position of the aperture stop 503 that satisfies the above conditions is specifically calculated. A case where a surface emitting semiconductor laser array is used as the semiconductor laser array 501 will be considered. A surface-emitting semiconductor laser is a semiconductor laser in which the center axis of an emitted beam is substantially perpendicular to the element substrate surface. Due to its characteristics, the surface emitting semiconductor laser array 501 has a divergence angle of 10 degrees or less and an interval between light emitting portions of 0.1 mm.
It is possible to make it equal to or less than 05 mm. Therefore, a semiconductor laser array 501 including two light emitting units is considered, and the distance t between the light emitting units 512a and 512b is set to 0.05 mm.
Then, the light emitting unit 512a is placed on the optical axis 510 of the collimator lens 502. Note that these light emitting units 512a, 512
The lighting and the light amount of b are controlled by the control device 560 (FIG. 42). The beam emitted from each light emitting unit is
These are referred to as a beam 511a and a beam 511b, respectively. The divergence angle θ of each emission beam is 10 degrees, the focal length f of the collimator lens 502 is 10 mm, and the distance h from the collimator lens 502 to the deflection surface 505 of the rotary polygon mirror is h.
Is set to 50 mm. In this case, the beam diameter d is 3.0
mm. The center of the aperture stop 503 is on the optical axis 510, and its diameter D is assumed to be equal to the beam diameter d.
【0220】D/d=1であるため、式(19)の条件
および式(21)の条件は共に満足される。式(18)
の条件によるとs≦58mmとなり、開口絞り503は
コリメータレンズ502と回転多面鏡の偏向面505と
の間の任意の位置に置くことができる。また、式(2
0)の条件によるとs≦28mmとなり、開口絞り50
3はコリメータレンズ502と、コリメータレンズ50
2の偏向面505側焦点から偏向面505側に28mm
の位置との間の任意の位置に置くことができる。また、
発光部を一列に配置し数を増加させ、tが増加したとき
でも、式(18)および式(19)の条件のもとにおい
ては、発光部が12個以内であれば、開口絞り503を
設定できる。また、式(20)および式(21)の条件
のもとにおいては、発光部が6個以内であれば、コリメ
ータレンズ502の位置に開口絞り503を設定するこ
とができる。コリメータレンズ502の位置に開口絞り
503を配置することが可能ならば、コリメータレンズ
502の保持枠を開口絞りとして用いることもでき、そ
うすれば別個に開口絞りを設ける必要がないため、走査
光学系の構成要素を削減することができる。Since D / d = 1, both the condition of equation (19) and the condition of equation (21) are satisfied. Equation (18)
According to the above condition, s ≦ 58 mm, and the aperture stop 503 can be placed at an arbitrary position between the collimator lens 502 and the deflection surface 505 of the rotary polygon mirror. Equation (2)
According to the condition 0), s ≦ 28 mm, and the aperture stop 50
3 is a collimator lens 502 and a collimator lens 50
28 mm from the focal point on the deflecting surface 505 side to the deflecting surface 505 side
It can be placed in any position between the positions. Also,
Even when the number of the light emitting units is arranged in a line and the number is increased, and t is increased, if the number of the light emitting units is 12 or less under the conditions of Expressions (18) and (19), the aperture stop 503 is changed. Can be set. Further, under the conditions of Expressions (20) and (21), the aperture stop 503 can be set at the position of the collimator lens 502 as long as the number of light emitting units is six or less. If the aperture stop 503 can be arranged at the position of the collimator lens 502, the holding frame of the collimator lens 502 can be used as the aperture stop. In this case, there is no need to provide a separate aperture stop. Can be reduced.
【0221】6−3 効果 以上説明したように、本発明によれば、半導体レーザー
アレイと偏向器との間の光路上に開口絞りが設けられ、
式(18)の条件および式(19)の条件を満足するこ
とにより、ビーム拡がり角がばらついても、結像スポッ
ト径を均一にすることができ、安定した良好な印字品質
が得られるという効果を有する。また、文字や線の印字
品質を良好に保ちつつ、半導体レーザーアレイと偏向器
の間の光路上の、広い範囲の任意の位置に開口絞りを設
けることができ、あるいは、コリメータレンズの保持枠
を開口絞りとして用いることも可能となり、設計上の自
由度も大きくなるという効果をも有する。6-3 Effect As described above, according to the present invention, the aperture stop is provided on the optical path between the semiconductor laser array and the deflector.
By satisfying the conditions of Expressions (18) and (19), even if the beam divergence angle varies, the imaging spot diameter can be made uniform, and stable and good printing quality can be obtained. Having. An aperture stop can be provided at an arbitrary position in a wide range on the optical path between the semiconductor laser array and the deflector while maintaining good printing quality of characters and lines, or the holding frame of the collimator lens can be provided. It can also be used as an aperture stop, and has the effect of increasing the degree of freedom in design.
【0222】また、半導体レーザーアレイと偏向器との
間の光路上に開口絞りが設けられ、式(20)の条件お
よび式(21)の各条件を満足することにより、ビーム
拡がり角がばらついても、結像スポット径を均一にする
ことができ、安定した良好な印字品質が得られるという
効果を有する。また、文字の印字に加え、中間調や網点
などの印字品質をも良好に保ちつつ、半導体レーザーア
レイと偏向器の間の光路上の、広い範囲の任意の位置に
開口絞りを設けることができ、あるいは、コリメータレ
ンズの保持枠を開口絞りとして用いることも可能とな
り、設計上の自由度も大きくなるという効果をも有す
る。Further, an aperture stop is provided on the optical path between the semiconductor laser array and the deflector, and the beam divergence angle varies by satisfying the conditions of the expressions (20) and (21). Also, there is an effect that the imaging spot diameter can be made uniform and stable and good printing quality can be obtained. In addition to printing characters, while maintaining good printing quality such as halftones and halftone dots, it is possible to provide an aperture stop at any position in a wide range on the optical path between the semiconductor laser array and the deflector. Alternatively, the holding frame of the collimator lens can be used as an aperture stop, which has the effect of increasing the degree of freedom in design.
【0223】<産業上の利用可能性>本発明による画像
形成装置は、電子写真プロセスにより紙上に高速で印刷
を施すことができる。このような画像形成装置は、コン
ピュータ、ファクシミリ、多機能複写機等の出力装置と
して広く用いることができる。<Industrial Applicability> The image forming apparatus according to the present invention can perform high-speed printing on paper by an electrophotographic process. Such an image forming apparatus can be widely used as an output device of a computer, a facsimile, a multifunction copying machine, or the like.
【図1】本発明による画像形成装置の第1の実施例を示
すレーザー走査光学系の概略図。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser scanning optical system showing a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
【図2】画像形成装置を示す側面図。FIG. 2 is a side view showing the image forming apparatus.
【図3】面発光型半導体レーザーアレイの光共振器の断
面図。FIG. 3 is a sectional view of an optical resonator of the surface-emitting type semiconductor laser array.
【図4】位相同期の面発光型半導体レーザーアレイの発
光部を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a light-emitting portion of a phase-locked surface-emitting type semiconductor laser array.
【図5】走査線に対するスポット位置の関係を示す配置
図。FIG. 5 is a layout diagram showing a relationship between spot positions with respect to scanning lines.
【図6】位相同期の面発光型半導体レーザーアレイの発
光部の光共振器の配置図。FIG. 6 is a layout diagram of an optical resonator of a light emitting unit of the phase-locked surface-emitting type semiconductor laser array.
【図7】一般的な端面発光型半導体レーザーアレイの概
念図。FIG. 7 is a conceptual diagram of a general edge emitting semiconductor laser array.
【図8】一般的なレーザ走査光学系の光路断面図。FIG. 8 is an optical path cross-sectional view of a general laser scanning optical system.
【図9】走査線に対するスポット位置の関係を示す配置
図。FIG. 9 is a layout diagram showing a relationship between spot positions with respect to scanning lines.
【図10】一般的な金属ミラーのP偏向およびS偏向の
反射率を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reflectance of a general metal mirror for P deflection and S deflection.
【図11】レーザービームのコリメート径の調整方法を
示す概略図。FIG. 11 is a schematic diagram showing a method of adjusting a collimate diameter of a laser beam.
【図12】本発明による画像形成装置の第2の実施例を
示すレーザー走査光学系の概略図。FIG. 12 is a schematic view of a laser scanning optical system showing an image forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図13】画像形成装置を示す側面図。FIG. 13 is a side view showing the image forming apparatus.
【図14】面発光型半導体レーザーの光共振器の断面
図。FIG. 14 is a sectional view of an optical resonator of a surface emitting semiconductor laser.
【図15】位相同期の面発光型半導体レーザーアレイの
発光部を示す斜視図。FIG. 15 is a perspective view showing a light-emitting portion of a phase-locked surface-emitting type semiconductor laser array.
【図16】位相同期の面発光型半導体レーザーアレイの
発光部の光共振器の配置図。FIG. 16 is a layout view of an optical resonator of a light emitting unit of a phase-locked surface emitting semiconductor laser array.
【図17】一般的なレーザ走査光学系の走査線と直角方
向の光軸断面図。FIG. 17 is a sectional view of an optical axis in a direction perpendicular to a scanning line of a general laser scanning optical system.
【図18】一般的な半導体レーザーの概略図。FIG. 18 is a schematic view of a general semiconductor laser.
【図19】一般的な金属ミラーのP偏向およびS偏向の
反射率を示す説明図。FIG. 19 is an explanatory diagram showing the reflectance of a general metal mirror for P deflection and S deflection.
【図20】本発明による画像形成装置の第3の実施例を
示すレーザ走査光学系の概略図。FIG. 20 is a schematic view of a laser scanning optical system showing a third embodiment of the image forming apparatus according to the present invention.
【図21】画像形成装置を示す側面図。FIG. 21 is a side view showing the image forming apparatus.
【図22】走査面内での光路断面図。FIG. 22 is an optical path cross-sectional view in a scanning plane.
【図23】面発光型半導体レーザーの光共振器の断面
図。FIG. 23 is a sectional view of an optical resonator of a surface-emitting type semiconductor laser.
【図24】走査線に対するスポット位置の関係を示す配
置図。FIG. 24 is a layout diagram showing the relationship between spot positions with respect to scanning lines.
【図25】ビーム偏向装置の平面図。FIG. 25 is a plan view of a beam deflecting device.
【図26】一般的な回転多面鏡を用いたビーム偏向装置
の作動図。FIG. 26 is an operation diagram of a beam deflector using a general rotary polygon mirror.
【図27】一般的なレーザービーム走査光学系の光路断
面図。FIG. 27 is an optical path cross-sectional view of a general laser beam scanning optical system.
【図28】一般的な端面発光型半導体レーザーの概略
図。FIG. 28 is a schematic view of a general edge-emitting semiconductor laser.
【図29】本発明による画像形成装置の第4の実施例を
示すレーザー走査光学系の概略図。FIG. 29 is a schematic view of a laser scanning optical system showing a fourth embodiment of the image forming apparatus according to the present invention.
【図30】画像形成装置を示す側面図。FIG. 30 is a side view showing the image forming apparatus.
【図31】面発光型半導体レーザーの光共振器の断面
図。FIG. 31 is a sectional view of an optical resonator of a surface-emitting type semiconductor laser.
【図32】走査線に対するスポット位置の関係を示す配
置図。FIG. 32 is a layout diagram showing a relationship between a scanning line and a spot position.
【図33】一般的なレーザービーム走査光学系の光路断
面図。FIG. 33 is an optical path sectional view of a general laser beam scanning optical system.
【図34】一般的なマルチビーム走査方式における光路
断面図。FIG. 34 is an optical path sectional view in a general multi-beam scanning method.
【図35】一般的な端面発光型半導体レーザーの概略
図。FIG. 35 is a schematic view of a general edge-emitting semiconductor laser.
【図36】一般的な倒れ補正レンズを含む光路断面図。FIG. 36 is an optical path cross-sectional view including a general tilt correction lens.
【図37】本発明による画像形成装置の第5の実施例を
示すレーザー走査光学系の概略図。FIG. 37 is a schematic view of a laser scanning optical system showing a fifth embodiment of the image forming apparatus according to the present invention.
【図38】画像形成装置を示す側面図。FIG. 38 is a side view showing the image forming apparatus.
【図39】走査光学系における光源付近の構成図。FIG. 39 is a configuration diagram near a light source in the scanning optical system.
【図40】他の実施例を示す走査光学系における光源付
近の構成図。FIG. 40 is a configuration diagram near a light source in a scanning optical system according to another embodiment.
【図41】一般の走査光学系における光源付近の構成
図。FIG. 41 is a configuration diagram near a light source in a general scanning optical system.
【図42】本発明による画像形成装置の第6の実施例を
示すレーザー走査光学系の概略図。FIG. 42 is a schematic view of a laser scanning optical system showing a sixth embodiment of the image forming apparatus according to the present invention.
【図43】一般の走査光学系における光源付近の構成
図。FIG. 43 is a configuration diagram near a light source in a general scanning optical system.
【図44】開口絞りによってビームがけられることを示
す説明図。FIG. 44 is an explanatory diagram showing that a beam is cut by an aperture stop.
【図45】コリメータレンズの焦点位置に開口絞りを設
けた場合の光線図。FIG. 45 is a ray diagram when an aperture stop is provided at a focal position of a collimator lens.
【図46】コリメータレンズの焦点位置からはずれた位
置に開口絞りを設けた場合の光線図。FIG. 46 is a ray diagram when an aperture stop is provided at a position deviated from the focal position of the collimator lens.
【図47】ビーム断面強度分布がけられる様子を示す
図。FIG. 47 is a view showing how a beam cross-sectional intensity distribution is blurred.
【図48】画像形成装置を示す側面図。FIG. 48 is a side view showing the image forming apparatus.
【図49】走査光学系における光源付近の構成図。FIG. 49 is a configuration diagram near a light source in a scanning optical system.
3 偏光装置 5 像坦持体 21 半導体レーザーアレイ 21a 発光部 22 素子基板 52 帯電器 53 レーザービーム走査装置 105 像坦持体 121 半導体レーザー 121a 発光部 122 素子基板 152 帯電器 153 レーザービーム走査装置 155 現像器 205 像坦持体 202 コリメータレンズ 204 走査レンズ 218 偏光装置 221 半導体レーザーアレイ 253 レーザービーム走査装置 255 現像器 302 コリメータレンズ 305 像坦持体 341 半導体レーザーアレイ 341a 発光部 353 レーザービーム走査装置 355 現像器 401 半導体レーザーアレイ 401a 発光部 404 偏光装置 407 像坦持体 422 素子基板 451 帯電器 453 現像器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Polarizing device 5 Image carrier 21 Semiconductor laser array 21a Light emitting part 22 Element substrate 52 Charger 53 Laser beam scanner 105 Image carrier 121 Semiconductor laser 121a Light emitting part 122 Element substrate 152 Charger 153 Laser beam scanner 155 Development Device 205 Image carrier 202 Collimator lens 204 Scan lens 218 Polarizer 221 Semiconductor laser array 253 Laser beam scanner 255 Developer 302 Collimator lens 305 Image carrier 341 Semiconductor laser array 341a Light emitting section 353 Laser beam scanner 355 Developer 401 semiconductor laser array 401a light emitting unit 404 polarizing device 407 image carrier 422 element substrate 451 charger 453 developer
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 1/113 B41J 3/00 D 1/29 H04N 1/04 104A (31)優先権主張番号 特願平4−33413 (32)優先日 平成4年2月20日(1992.2.20) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−81044 (32)優先日 平成4年4月2日(1992.4.2) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−81045 (32)優先日 平成4年4月2日(1992.4.2) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−81047 (32)優先日 平成4年4月2日(1992.4.2) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−81048 (32)優先日 平成4年4月2日(1992.4.2) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 古 賀 欣 郎 長野県諏訪市大和三丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 高 田 球 長野県諏訪市大和三丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H04N 1/113 B41J 3/00 D 1/29 H04N 1/04 104A (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-33413 (32) Priority date February 20, 1992 (199.2.2.20) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-81044 (32) Priority date Heisei 4 April 2, 1992 (1992.4.2) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-81045 (32) Priority date April 2, 1992 (1992) 4.4.2) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-81047 (32) Priority date April 2, 1992 (1992.4.2) (33) ) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-81048 (32) Priority date April 2, 1992 (1992.4.2) (33) Priority claiming country Japan ( JP) (72) Inventor Kinro Koga 3-5-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Pref. Seiko Epson Corporation (72) Invention Person Takada Takada 3-5-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Inside Seiko Epson Corporation
Claims (32)
と、この像担持体(5)の表面を帯電させる帯電器(5
2)と、帯電した前記像担持体(5)の表面に対して複
数のレーザービームを走査するレーザービーム走査装置
(53)と、レーザービームが走査された前記像担持体
(5)の表面に現像剤を付着させる現像器(55)とを
備え、前記レーザービーム走査装置(53)は素子基板
(22)上にレーザービームの発光部(21a)が複数
形成された半導体レーザーアレイ(21)と、前記発光
部(21a)からのレーザービームを前記像担持体
(5)の表面へ偏向させる偏向装置(3)とを有し、前
記発光部(21a)は前記半導体レーザーアレイ(2
1)表面に2次元状に配置されるとともに、各発光部
(21a)は個別にその点灯および光量が制御可能であ
ることを特徴とする画像形成装置。An image carrier on which an electrostatic latent image is formed on a surface.
And a charger (5) for charging the surface of the image carrier (5).
2), a laser beam scanning device (53) for scanning a plurality of laser beams on the charged surface of the image carrier (5), and a laser beam scanning device that scans the surface of the image carrier (5) with the laser beam. A developing device (55) for applying a developer; the laser beam scanning device (53) includes a semiconductor laser array (21) in which a plurality of laser beam emitting portions (21a) are formed on an element substrate (22); A deflecting device (3) for deflecting the laser beam from the light emitting section (21a) to the surface of the image carrier (5), wherein the light emitting section (21a) is provided with the semiconductor laser array (2).
1) An image forming apparatus which is arranged two-dimensionally on a surface, and in which each of the light emitting portions (21a) can individually control the lighting and the light amount.
(21a)は、素子基板(22)面に対し略垂直な光軸
を有することを特徴とする請求項1記載の画像形成装
置。2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light emitting portion of the semiconductor laser array has an optical axis substantially perpendicular to the surface of the element substrate.
は、素子基板(22)面上に配置された反射率の異なる
一対の反射鏡(23,28)と、これら一対の反射鏡
(23,28)の間に配置されるととも柱状のクラッド
層(26)を含む多層の半導体層とを有する光共振器
と、前記柱状のクラッド層(26)の周囲に埋め込まれ
たII−VI族化合物半導体エピタキシャル層(32)とを
備えたことを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。3. A light emitting section (21a) of a semiconductor laser array.
A pair of reflecting mirrors (23, 28) having different reflectances disposed on the surface of the element substrate (22), and a columnar cladding layer disposed between the pair of reflecting mirrors (23, 28). An optical resonator having a multi-layer semiconductor layer including (26), and a group II-VI compound semiconductor epitaxial layer (32) embedded around the columnar cladding layer (26). The image forming apparatus according to claim 2.
(32)は、II族元素であるZn、Cd、Hgと、VI族
元素であるO、S、Se、Teとを2元素、3元素また
は4元素組み合わせた半導体エピタキシャル層であるこ
とを特徴とする請求項3記載の画像形成装置。4. The group II-VI compound semiconductor epitaxial layer (32) comprises a group II element of Zn, Cd, Hg and a group VI element of O, S, Se, Te in two, three or three elements. 4. The image forming apparatus according to claim 3, wherein the image forming apparatus is a semiconductor epitaxial layer in which four elements are combined.
(32)の格子定数が、半導体層(24,25,26)
の格子定数と一致していることを特徴とする請求項3記
載の画像形成装置。5. The semiconductor layer (24, 25, 26) having a lattice constant of the II-VI compound semiconductor epitaxial layer (32).
The image forming apparatus according to claim 3, wherein the lattice constant is equal to
導体層に設けられた分離溝により形成され、II−VI族化
合物半導体エピタキシャル層(32)は前記分離溝内に
埋め込み形成されるとともに、多層の半導体層は前記分
離溝下方に配置された活性層(25)を有し、これによ
り各光共振器での光の位相が同期していることを特徴と
する請求項3記載の画像形成装置。6. A column-shaped cladding layer (26) is formed by a separation groove provided in a semiconductor layer, and a II-VI compound semiconductor epitaxial layer (32) is buried and formed in the separation groove. 4. The image according to claim 3, wherein the plurality of semiconductor layers have an active layer (25) disposed below the separation groove, whereby the phases of light in the respective optical resonators are synchronized. Forming equipment.
(21a)からのレーザービームの拡がり角が半値全角
で20度以内であることを特徴とする請求項1記載の画
像形成装置。7. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the divergence angle of the laser beam from the light emitting portion (21a) of the semiconductor laser array (21) is within 20 degrees at full width at half maximum.
(21a)から射出されるレーザービームが、平行化さ
れることなく偏向装置に入射することを特徴とする請求
項1記載の画像形成装置。8. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the laser beam emitted from the light emitting section (21a) of the semiconductor laser array (21) enters the deflection device without being collimated.
1a)が複数形成された半導体レーザーアレイ(21)
と、前記発光部(21a)からのレーザービームを偏向
させる偏向装置(3)とを有し、前記発光部(21a)
は前記半導体アレイ(21)表面に2次元状に配置され
るとともに、各発光部(21a)は個別にその点灯およ
び光量が制御可能となっていることを特徴とするレーザ
ービーム走査装置。9. A laser beam emitting part (2) on an element substrate.
Semiconductor laser array (21) in which a plurality of 1a) are formed
And a deflecting device (3) for deflecting the laser beam from the light emitting section (21a), wherein the light emitting section (21a)
Is a laser beam scanning device, wherein two-dimensionally arranged on the surface of the semiconductor array (21), each light emitting part (21a) is individually controllable in lighting and light quantity.
(105)と、この像担持体(105)の表面を帯電さ
せる帯電器(152)と、帯電した前記像担持体(10
5)の表面に対してレーザービームを走査するレーザー
ビーム走査装置(153)と、レーザービームが走査さ
れた前記像担持体(105)の表面に現像剤を付着させ
る現像器(155)とを備え、前記レーザービーム走査
装置(153)は素子基板(122)上にレーザービー
ムの発光部(121a)が形成された半導体レーザー
(121)と、前記発光部(121a)からのレーザー
ビームを前記像担持体の表面へ偏向させる偏向装置(1
03)とを有し、前記発光部(121a)は前記素子基
板(122)面に対し略垂直な光軸を有することを特徴
とする画像形成装置。10. An image carrier (105) on which an electrostatic latent image is formed, a charger (152) for charging the surface of the image carrier (105), and the charged image carrier (10).
5) A laser beam scanning device (153) for scanning the surface with a laser beam, and a developing device (155) for applying a developer to the surface of the image carrier (105) scanned by the laser beam. The laser beam scanning device (153) includes a semiconductor laser (121) having a laser beam light emitting portion (121a) formed on an element substrate (122), and the laser beam from the light emitting portion (121a) carrying the image. Deflection device (1) for deflecting to the surface of the body
03), wherein the light emitting section (121a) has an optical axis substantially perpendicular to the surface of the element substrate (122).
は、素子基板(122)面上に配置された反射率の異な
る一対の反射鏡(123,128)と、これら一対の反
射鏡の間に配置されるととも柱状のクラッド層(12
6)を含む多層の半導体層とを有する光共振器と、前記
柱状のクラッド層(126)の周囲に埋め込まれたII−
VI族化合物半導体エピタキシャル層(132)とを備え
たことを特徴とする請求項10記載の画像形成装置。11. A light emitting section (121a) of a semiconductor laser.
Are a pair of reflecting mirrors (123, 128) having different reflectivities disposed on the surface of the element substrate (122), and a columnar cladding layer (12) disposed between the pair of reflecting mirrors.
An optical resonator having a multi-layered semiconductor layer including the above-mentioned 6), and an II− embedded around the columnar cladding layer (126).
The image forming apparatus according to claim 10, further comprising a group VI compound semiconductor epitaxial layer (132).
(132)は、II族元素であるZn、Cd、Hgと、VI
族元素であるO、S、Se、Teとを2元素、3元素ま
たは4元素組み合わせた半導体エピタキシャル層である
ことを特徴とする請求項11記載の画像形成装置。12. The group II-VI compound semiconductor epitaxial layer (132) comprises a group II element such as Zn, Cd, Hg and VI
The image forming apparatus according to claim 11, wherein the image forming apparatus is a semiconductor epitaxial layer in which Group 3, O, S, Se, and Te are combined with two, three, or four elements.
(132)の格子定数が、半導体層(124,125,
126)の格子定数と一致していることを特徴とする請
求項11記載の画像形成装置。13. A semiconductor layer comprising a II-VI compound semiconductor epitaxial layer (132) having a lattice constant of (124, 125,
The image forming apparatus according to claim 11, wherein the lattice constant is equal to (126).
は半導体層に設けられた分離溝により形成され、II−VI
族化合物半導体エピタキシャル層(132)は前記分離
溝内に埋め込み形成されるとともに、多層の半導体層は
前記分離溝下方に配置された活性層(125)を有し、
これにより各光共振器での光の位相が同期していること
を特徴とする請求項11記載の画像形成装置。14. A cladding layer (126) formed in a columnar shape.
Is formed by a separation groove provided in the semiconductor layer, and II-VI
A group III compound semiconductor epitaxial layer (132) embedded in the isolation trench, the multilayer semiconductor layer having an active layer (125) disposed below the isolation trench;
12. The image forming apparatus according to claim 11, wherein the phases of light in the respective optical resonators are synchronized.
21a)から射出されるレーザービームの拡がり角が半
値全角で20度以内であることを特徴とする請求項10
記載の画像形成装置。15. A light emitting section (1) of a semiconductor laser (121).
11. The divergence angle of the laser beam emitted from 21a) is within 20 degrees at full width at half maximum.
The image forming apparatus as described in the above.
21a)から射出されるレーザービームが、平行化され
ることなく偏向装置(103)に入射することを特徴と
する請求項10記載の画像形成装置。16. A light emitting section (1) of a semiconductor laser (121).
11. The image forming apparatus according to claim 10, wherein the laser beam emitted from 21a) is incident on the deflection device (103) without being collimated.
の発光部(121a)が形成された半導体レーザー(1
21)と、前記発光部(121a)からのレーザービー
ムを偏向させる偏向装置(103)とを有し、前記発光
部(121a)は前記素子基板(122)面に対し略垂
直な光軸を有することを特徴とするレーザービーム走査
装置。17. A semiconductor laser (1) having a laser beam emitting portion (121a) formed on an element substrate (122).
21) and a deflecting device (103) for deflecting the laser beam from the light emitting section (121a), and the light emitting section (121a) has an optical axis substantially perpendicular to the surface of the element substrate (122). A laser beam scanning device characterized by the above-mentioned.
(205)と、この像担持体の表面を帯電させる帯電器
(252)と、帯電した像担持体の表面に対して複数の
レーザービームを走査するレーザービーム走査装置(2
53)と、レーザービームが走査された像担持体の表面
に現像剤を付着させる現像器(255)とを備え、前記
レーザービーム走査装置(253)は複数のレーザービ
ームを射出する半導体レーザーアレイ(221)と、前
記複数のレーザービームの各々を平行化するコリメータ
レンズ(202)と、前記コリメーターレンズ(20
2)で平行化された複数のレーザービームの方向を周期
的に偏向する偏向装置(218)と、前記偏向装置(2
18)によって偏向されたレーザービームを前記像担持
体(205)上に結像させる走査レンズ(204)とを
有し、前記偏向装置(218)は1つの反射面を有する
回転鏡であることを特徴とする画像形成装置。18. An image carrier (205) on which an electrostatic latent image is formed on a surface, a charger (252) for charging the surface of the image carrier, and a plurality of chargers for charging the surface of the image carrier. Laser beam scanning device (2
53), and a developing device (255) for applying a developer to the surface of the image carrier scanned by the laser beam, wherein the laser beam scanning device (253) emits a plurality of laser beams. 221), a collimator lens (202) for collimating each of the plurality of laser beams, and the collimator lens (20).
A deflecting device (218) for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated in (2), and the deflecting device (2);
A scanning lens (204) for imaging the laser beam deflected by (18) on the image carrier (205), wherein the deflecting device (218) is a rotating mirror having one reflecting surface. Characteristic image forming apparatus.
子基板上に2次元状に配置された複数の発光部(221
a)を有し、各発光部は、素子基板面に対し略垂直な光
軸を有するようなレーザービームを射出するとともに、
前記各発光部(221a)は別個にその点灯及び光量を
制御可能であることを特徴とする請求項18記載の画像
形成装置。19. A semiconductor laser array (221) comprising a plurality of light emitting units (221) arranged two-dimensionally on an element substrate.
a), each light emitting unit emits a laser beam having an optical axis substantially perpendicular to the element substrate surface,
19. The image forming apparatus according to claim 18, wherein each of the light emitting units (221a) is capable of individually controlling lighting and light amount.
ンズ(202)は、その光軸を含む全ての面内において
等方的な光学的特性を有することを特徴とする請求項1
8記載の画像形成装置。20. The scanning lens according to claim 1, wherein the scanning lens and the collimating lens have isotropic optical characteristics in all planes including their optical axes.
9. The image forming apparatus according to 8.
(218)の回転軸を幾何学的に含む形で置かれ、前記
複数のレーザービームの内の少なくとも1つ、もしくは
複数のビームの中心軸が、前記反射面上の前記回転軸位
置近傍で前記反射面に反射され偏向されることを特徴と
する請求項18記載の画像形成装置。21. The reflecting surface of the rotating mirror (218) is placed geometrically including the rotation axis of the rotating mirror (218), and at least one of the plurality of laser beams or the plurality of laser beams. 19. The image forming apparatus according to claim 18, wherein a central axis of the image is reflected and deflected by the reflection surface near the position of the rotation axis on the reflection surface.
04)によって結像される結像スポット(206)が、
おおむね走査方向に短軸を有する楕円または長円であ
り、かつ前記半導体レーザーアレイから射出されるレー
ザービームの拡がり角の走査方向とその直交方向の比
が、前記結像スポット(206)の長径と短径の比の逆
数であることを特徴とする請求項18記載の画像形成装
置。22. A scanning lens (2) on an image carrier (205).
04), the imaging spot (206) formed by
The ratio of the divergence angle of the laser beam emitted from the semiconductor laser array to the scanning direction and the direction orthogonal thereto is substantially an ellipse or an ellipse having a minor axis in the scanning direction, and the major axis of the imaging spot (206). 19. The image forming apparatus according to claim 18, wherein the ratio is the reciprocal of the ratio of the minor axis.
レーザーアレイ(221)と、前記複数のレーザービー
ムの各々を平行化するコリメータレンズ(202)と、
前記コリメーターレンズで平行化された複数のレーザー
ビームの方向を周期的に偏向する偏向装置(218)
と、前記偏向装置(218)によって偏向されたレーザ
ービームを像担持体(205)上に結像させる走査レン
ズ(204)とを有し、前記偏向装置(218)は1つ
の反射面を有する回転鏡であることを特徴とするレーザ
ービーム走査装置。23. A semiconductor laser array (221) for emitting a plurality of laser beams, a collimator lens (202) for collimating each of the plurality of laser beams,
A deflecting device (218) for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens;
And a scanning lens (204) for forming an image of the laser beam deflected by the deflecting device (218) on an image carrier (205). The deflecting device (218) has a rotation having one reflection surface. A laser beam scanning device, which is a mirror.
(305)と、この像担持体の表面を帯電させる帯電器
(352)と、帯電した像担持体の表面に対して複数の
レーザービームを走査するレーザービーム走査装置(3
53)と、レーザービームが走査された像担持体(30
5)の表面に現像剤を付着させる現像器(355)とを
備え、前記レーザービーム走査装置(353)はレーザ
ービームを射出する発光部(341a)を複数有する半
導体レーザーアレイ(341)と、前記複数のレーザー
ビームの各々を平行化するコリメータレンズ(302)
と、前記コリメーターレンズ(302)でコリメートさ
れた複数のレーザービームの方向を周期的に偏向する偏
向装置(303)と、前記偏向装置(303)によって
偏向されたレーザービームを前記像担持体(305)上
に結像させる走査レンズ(304)とを有し、前記コリ
メータレンズ(302)の焦点距離をfc、前記半導体
レーザーアレイ(341)上の複数の発光部(341
a)うち、相互の距離の最も遠い2つの発光部の間隔を
δmaxとすると、 fc/δmax > 25 であることを特徴とする画像形成装置。24. An image carrier (305) on which an electrostatic latent image is formed on a surface, a charger (352) for charging the surface of the image carrier, and a plurality of chargers for charging the surface of the image carrier. Laser beam scanning device (3
53) and the image carrier (30) scanned by the laser beam.
5) a developing device (355) for adhering a developer to the surface; the laser beam scanning device (353) includes a semiconductor laser array (341) having a plurality of light emitting units (341a) for emitting a laser beam; A collimator lens (302) for collimating each of the plurality of laser beams
A deflecting device (303) for periodically deflecting the direction of the plurality of laser beams collimated by the collimator lens (302); and a laser beam deflected by the deflecting device (303). 305), a scanning lens (304) for forming an image, a focal length of the collimator lens (302) is fc, and a plurality of light emitting units (341) on the semiconductor laser array (341).
a) The image forming apparatus is characterized in that fc / δmax> 25, where δmax is the distance between the two light emitting units that are farthest from each other.
をfc、半導体レーザーアレイ(341)上の複数の発
光部(341a)のうち、相互の距離の最も遠い2つの
発光部の間隔をδmaxとすると、 fc/δmax > 50 であることを特徴する請求項24記載の画像形成装置。25. Assuming that the focal length of the collimator lens (302) is fc, and the interval between the two light emitting units farthest from each other among the plurality of light emitting units (341a) on the semiconductor laser array (341) is δmax. 25. The image forming apparatus according to claim 24, wherein fc / δmax> 50.
部(341a)は、素子基板(322)上において2次
元状に配列され、各発光部(341a)は前記素子基板
面に対し略垂直な光軸を有するようなレーザービームを
射出するとともに、個別にその点灯及び光量が制御可能
であることを特徴とする請求項22記載の画像形成装
置。26. A light emitting section (341a) of a semiconductor laser array (341) is two-dimensionally arranged on an element substrate (322), and each light emitting section (341a) has a light beam substantially perpendicular to the element substrate surface. 23. The image forming apparatus according to claim 22, wherein a laser beam having an axis is emitted, and its lighting and light amount can be individually controlled.
多角柱状に配置された回転多面鏡であることを特徴する
請求項24記載の画像形成装置。27. The image forming apparatus according to claim 24, wherein the deflecting device (303) is a rotary polygon mirror having a plurality of mirror surfaces arranged in a regular polygonal prism shape.
各反射面の相互の倒れ角の差による走査線の副走査方向
のずれを光学的に補正する倒れ補正光学系(307,3
07′)が、半導体レーザーアレイ(341)から像担
持体(305)にいたる光路上に設けられていることを
特徴とする請求項27記載の画像形成装置。28. A tilt correction optical system (307, 3) for optically correcting a shift of a scanning line in a sub-scanning direction due to a difference in tilt angle of each reflecting surface with respect to a rotation axis of a rotary polygon mirror (303).
28. The image forming apparatus according to claim 27, wherein the image forming device (07 ') is provided on an optical path from the semiconductor laser array (341) to the image carrier (305).
1a)を複数有する半導体レーザーアレイ(341)
と、前記複数のレーザービームの各々を平行化するコリ
メータレンズ(302)と、前記コリメータレンズ(3
02)でコリメートされた複数のレーザービームの方向
を周期的に偏向する偏向装置(303)と、前記偏向装
置(303)によって偏向されたレーザービームを前記
像担持体(305)上に結像させる走査レンズ(30
4)とを備え、前記コリメータレンズの焦点位置をf
c、前記半導体レーザーアレイ上の複数の発光部のう
ち、相互の距離の最も遠い2つの発光部の間隔をδma
xとすると、 fc/δmax >25 であることを特徴とするレーザービーム走査装置。29. A light emitting section (34) for emitting a laser beam.
Semiconductor laser array (341) having a plurality of 1a)
A collimator lens (302) for collimating each of the plurality of laser beams; and a collimator lens (3).
02), a deflecting device (303) for periodically deflecting the directions of the plurality of laser beams collimated, and an image of the laser beam deflected by the deflecting device (303) on the image carrier (305). Scan lens (30
4) and the focal position of the collimator lens is f
c, of the plurality of light emitting units on the semiconductor laser array, the distance between two light emitting units farthest from each other is δma
A laser beam scanning device, wherein x is fc / δmax> 25.
(407)と、この像担持体(407)の表面を帯電さ
せる帯電器(451)と、帯電した像担持体の表面に対
して複数のレーザービームを走査するレーザービーム走
査装置(452)と、レーザービームが走査された像担
持体(407)の表面に現像剤を付着させる現像器(4
53)とを備え、前記レーザービーム走査装置はレーザ
ービームを射出する複数個の発光部(401a)が素子
基板(422)上に設けられた半導体レーザーアレイ
(401)と、前記発光部(401a)から射出される
レーザービームを偏向する偏向装置(404)を有し、
前記半導体レーザーアレイ(401)から射出されるレ
ーザービームの中心軸は、前記素子基板面(422)に
対して略垂直であり、前記半導体レーザーアレイ(40
1)と前記偏向装置(404)との間の光路上におい
て、複数のレーザービームの断面の少なくとも一部が重
なり合う位置に開口絞り(403)を設け、前記開口絞
り(403)を通過した後の複数のレーザービームのう
ち、パワーが最大であるレーザービームについて、その
パワーを1としたときに、その他のレーザービームのパ
ワーが各々0.9以上となることを特徴とする画像形成
装置。30. An image carrier (407) on which an electrostatic latent image is formed, a charger (451) for charging the surface of the image carrier (407), and a charging device (451) for charging the surface of the image carrier. On the other hand, a laser beam scanning device (452) for scanning a plurality of laser beams, and a developing device (4) for attaching a developer to the surface of the image carrier (407) scanned by the laser beams.
53), wherein the laser beam scanning device comprises: a semiconductor laser array (401) in which a plurality of light emitting units (401a) for emitting laser beams are provided on an element substrate (422); and the light emitting units (401a). A deflection device (404) for deflecting a laser beam emitted from the
The central axis of the laser beam emitted from the semiconductor laser array (401) is substantially perpendicular to the element substrate surface (422), and the semiconductor laser array (40)
An aperture stop (403) is provided at a position where at least a part of a cross section of a plurality of laser beams overlaps on an optical path between 1) and the deflecting device (404), and after passing through the aperture stop (403). An image forming apparatus comprising: a laser beam having a maximum power among a plurality of laser beams, wherein the power of each of the other laser beams is 0.9 or more when the power is set to 1;
装置(404)との間に単レンズあるいは複数のレンズ
からなる光学系を設け、複数のレーザービームの中心軸
が前記光学系の光軸と交差する位置に、前記開口絞り
(403)を設けたことを特徴とする、請求項30記載
の画像形成装置。31. An optical system comprising a single lens or a plurality of lenses is provided between a semiconductor laser array (401) and a deflecting device (404), and a central axis of a plurality of laser beams intersects an optical axis of the optical system. 31. The image forming apparatus according to claim 30, wherein the aperture stop (403) is provided at a position where the aperture stop is performed.
部(401a)が素子基板(422)上に設けられた半
導体レーザーアレイ(401)と、前記発光部(401
a)から射出されるレーザービームを偏向する偏向装置
(404)とを有し、前記半導体レーザーアレイ(40
1)から射出されるレーザービームの中心軸は、前記素
子基板(422)面に対して略垂直であり、前記半導体
レーザーアレイ(401)と前記偏向装置(404)と
の間の光路において、複数のレーザービームの断面の少
なくとも一部が重なり合う位置に開口絞りを設け、前記
開口絞り(403)を通過した後の複数のレーザービー
ムのうち、パワーが最大であるレーザービームについ
て、そのパワーを1としたときに、その他のレーザービ
ームのパワーが各々0.9以上となることを特徴とする
レーザービーム走査装置。32. A semiconductor laser array (401) having a plurality of light emitting portions (401a) for emitting a laser beam provided on an element substrate (422), and said light emitting portions (401).
a) a deflecting device (404) for deflecting the laser beam emitted from the semiconductor laser array (40).
The central axis of the laser beam emitted from 1) is substantially perpendicular to the surface of the element substrate (422), and the central axis of the laser beam in the optical path between the semiconductor laser array (401) and the deflecting device (404). An aperture stop is provided at a position where at least a part of the cross section of the laser beam overlaps, and among the plurality of laser beams having passed through the aperture stop (403), the power of the laser beam having the maximum power is set to one. A laser beam scanning device wherein the power of each of the other laser beams becomes 0.9 or more when the laser beam scanning is performed.
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