JP2005353614A

JP2005353614A - 半導体レーザーアレイ、半導体レーザーアレイヘッド、印刷用版材製版装置、光走査装置、画像記録装置

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Publication number: JP2005353614A
Application number: JP2004159999A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hara; 敬原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】熱干渉による種々の弊害を招くことなくビームピッチを短縮し、高精細な画像を高速に出力可能なレーザー光源及び該光源を用いたマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド、印刷用版材製版装置、記録装置、光走査装置、画像記録装置を提供すること。
【解決手段】レーザー光源としてのマルチビーム半導体レーザーアレイ１１を、発光素子ａ１、ｂ１より放出されるレーザー光が平行且つ同一面内で同一方向に放出され、隣り合うレーザー光を放出する発光素子同士が同一平面内に存在しないように該マルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂを固定治具２０を介して配置した構成とした。
【選択図】図１（ｂ）

Description

本発明は、半導体レーザーアレイ、半導体レーザーアレイヘッド、印刷用版材製版装置、光走査装置、画像記録装置に関する。

電子写真やオフセット印刷における画像記録において、高精細な画像品質を得るための画像形成手段として、レーザーを用いた画像形成方法が広く用いられている。電子写真の場合、感光性を有するドラムを回転させ（主走査）つつ、その軸方向にポリゴンミラーを用いてレーザーを走査（副走査）する方法が一般的である。また印刷用版材に画像形成を行う場合、ドラム上に固定された印刷用版材にレーザー光を照射し、ドラムが１回転する毎にレーザー光を１ドット分だけ走査する、という過程を繰り返すことで所望のサイズの画像を形成している。

一方、電子写真・オフセット印刷分野では、共に画像の高精細化及び出力の高速化が求められている。これを実現するための方法として、主走査・副走査共に高速化し、同時にレーザー光源を高出力化するか、感光体もしくは印刷用版材を高感度化する方法が考えられる。

しかし、これらのこの方法により画像形成速度を向上させるには、レーザーの高出力化に伴う光源または高感度メディアの開発、主副走査の高速化により諸部材機器類を支持する筐体の補強、更には高速走査時の位置制御方法の開発等、多くの課題が発生し、多大なコストと時間を必要とする。また画像の高精細化について、画像の解像度が２倍になった場合、主走査・副走査方向ともに２倍の時間が必要となるため、画像出力時においては４倍の時間が必要となる。

従って画像の高精細化を実現するには、画像出力の高速化も同時に達成する必要がある。画像出力の高速化を達成するための別の方法として、レーザー光をマルチビーム化する方法が考えられ、実際、印刷用版材に対する画像形成においては複数本のレーザー光を用いるのが一般的となっている。レーザーをマルチビーム化することにより、１本あたりのレーザー光により描画される領域が縮小され、理論的にはn本のレーザー光を用いた場合の画像形成に必要な時間は、１本のレーザー光を用いた場合の1/nとなる。

オフセット印刷においては1,200dpi以上の解像度が一般的で、それ以上の解像度が要求されている。また近年のオンデマンド・ショートランプリンティングのニーズの増大により、製版に要する時間の短縮が一層望まれている。このようなニーズに対応するため、レーザー光源の更なるマルチビーム化が検討されているが、レーザー光源のサイズ以下にビームピッチを狭めることは不可能である。

これらの課題を同時に解決する手段として、１つのチップに複数の発光光源を有するマルチビーム半導体レーザーが提案されており、これによりビームピッチを縮小することが可能となるが、現在提案されているマルチビーム半導体レーザーのビームピッチは14umで、定格出力は10mW以下であり、印刷用版材に対しては出力不足で、電子写真分野においては今後進展するであろう画像出力の高速化に対応することはできない。定格出力を抑制している主たる要因は各発光源より発生する熱であり、ビームピッチが狭いため隣接する素子の熱の影響を受けているためである。

このような課題を解決する手段として、各発光素子間に放熱材料を埋め込むことによって、発光素子で発生した熱を外部に放出する手段を用いたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、これによっても熱の影響を十分に排除することは不可能で、定格出力を向上させるには至っていない。

また、高出力のレーザーアレイとして、数十W級のマルチビームレーザーアレイが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この提案技術は、YAGレーザー用の励起光源を目的としており、そこに示されている構成では十分なビームの位置精度を得ることは困難である。また放熱部材上に発光素子を固定しているが、各発光素子間の熱の伝達経路が非常に短く、熱の影響による性能劣化は避けられない。

特開平11-340570号公報特開平11-354888号公報特願平1-105205号公報

この発明は前記の従来技術の経緯に鑑みてなされたものであり、複数の発光素子を有するマルチビーム半導体レーザーを組み合わせることによって、熱干渉による種々の弊害を招くことなくビームピッチを短縮し、同時にこの発明で提案されたマルチビーム半導体レーザーアレイを用いて高精細な画像を高速に出力可能なマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド、印刷用版材製版装置、記録装置、光走査装置、画像記録装置を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
（１）．請求項１記載の発明では、少なくともオーミック電極と、第一コンタクト層と第一クラッド層と活性層と第二クラッド層と、第二コンタクト層を含む複数の発光素子と、それら複数の発光素子を支持する高熱伝導基板とよりなるマルチビーム半導体レーザーアレイにおいて、発光素子より放出されるレーザー光が平行且つ同一面内で同一方向に放出され、隣り合うレーザー光を放出する発光素子同士が同一平面内に存在しないように該マルチビーム半導体レーザーを固定治具を介して配置した。

ここで、２つのマルチビーム半導体レーザーを固定する固定治具の該マルチビーム半導体レーザーと接触する面が面出しされていることとした（請求項２）。
（２）．請求項３記載のマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドでは、請求項１又は２記載の２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイと、該マルチビーム半導体レーザーアレイを支持するステーとを備え、且つ発光素子が等間隔で配列されていることとした（３）．請求項４記載のマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドでは、請求項１又は２記載の２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイと、該マルチビーム半導体レーザーアレイを支持するステーとを備えていることとした。
（４）．請求項５記載の発明では、印刷用版材に書き込み用の光を照射して製版を行なう印刷用製版装置において、前記書き込み用の光を照射する手段として、請求項３又は４に記載したマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドを搭載した。
（５）．請求項６記載の発明では、画像の記録媒体に書き込み用のレーザー光を照射する手段として２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイを用いる記録装置において、前記記録媒体に前記書き込み用のレーザー光を照射する手段として、請求項４又は５に記載したマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドを搭載した。
（６）．請求項７記載の発明では、半導体レーザーアレイより放出されたレーザー光を整形するためのレンズと、レーザー光を直線上に走査する手段と、fθレンズを備えた光走査装置において、前記半導体レーザーアレイとして、請求項１又は２に記載のマルチビーム半導体レーザーアレイを用い。
（７）．請求項８記載の発明では、像担持体に光走査装置からの光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像を可視像化して記録像を得る電子写真装置において、前記光走査装置として請求項７記載の光走査装置を用いた。

この発明によれば、熱干渉による種々の弊害を招くことなくビームピッチを短縮し、同時にこの発明で提案されたマルチビーム半導体レーザーアレイを用いて高精細な画像を高速に出力可能なマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド、印刷用版材製版装置、記録装置、光走査装置、画像記録装置を提供することができる。

実施の形態１．
図１(a)は、マルチビーム半導体レーザーアレイを構成するマルチビーム半導体レーザー１を示している。図中、下から順に、第一コンタクト層３、第一クラッド層４、活性層５、第二クラッド層６、第二コンタクト層７、オーミック層２よりなる複数の発光素子８、９が、例えば金属基板からなる高熱伝導基板１０上に導電性を有する接着剤（図示せず）を用いてビームピッチＰの間隔をおいて固定されている。

ここで、第一クラッド層４がp型半導体材料よりなる場合、第二クラッド層６はn型半導体材料より構成され、もしくは第一クラッド層４がn型半導体材料よりなる場合、第二クラッド層６はp型半導体材料により構成される。また該高熱伝導基板１０は電極としての機能を兼ね備えており、各発光素子８、９上に形成されたオーミック電極２を図示しない個々の駆動回路に接続することにより、各発光素子８、９を独立して駆動することができる。

一般に、半導体レーザーにおいては、駆動中、活性層より発生する熱により、レーザーの出力低下、発光素子の寿命低下等の問題があるため、一定の出力で長時間の駆動を実現するためには、発生した熱を効率よく外部へ放出する手段を講じなければならず、それはレーザー出力が上昇する程、重要となる。

従来のマルチビーム半導体レーザーにおいては、半導体材料よりなる基板上に各発光素子が形成されていたが、一般に半導体材料は熱伝導性が不十分であるため、放熱手段としては好ましくない。これに対し本発明においてはマルチビーム半導体レーザー１は、図１(a)に示すように高熱伝導基板１０上に隣り合う発光素子８、９がビームピッチＰでレーザー光を出射するように形成されている。

ここで、高熱伝導基板１０は、汎用的に用いられている単結晶半導体基板、例えばSiやGaAs等の熱伝導係数（Si：1.51、GaAs：0.56）以上の特性を有する材料よりなる基板を指す。各発光素子８、９で発生した熱は熱伝導性に優れた該高熱伝導基板を通して外部へ放出さるため、各発光素子８、９毎に特別な放熱手段を設けることなく、レーザー出力低下や素子寿命の低下等の熱による弊害の発生を防止し、寿命短縮等の弊害を招くことなく、ビームピッチを短縮することができる。

高熱伝導基板１０を構成する材料として放熱及び各発光素子間の熱干渉の抑制のみを考慮する場合、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス、金、銀、錫、亜鉛等如何なる材料でも構わない。しかしこれらの材料は熱膨張係数において、発光素子８、９を構成する材料と著しく特性が異なるため、駆動中に発生した熱により発光素子８、９に応力が生じ、素子寿命を低下させるおそれがある。従って素子寿命を維持することをも考慮するなら、高熱伝導基板１０の熱膨張係数が発光素子８、９等を構成する材料のそれに近いものを選択するのが望ましい。具体的な材料としては、CuW、AlN、SiC等を挙げることができる。

図1(b)は図１(a)に示したマルチビーム半導体レーザー１を組み合わせたマルチビーム半導体レーザーアレイ１１を示している。図１(b)において、図１(ａ)に示したマルチビーム半導体レーザー１のような２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂを発光素子が設けられた側を各内側にして対向させ、且つ、一方のマルチビーム半導体レーザー１Ａについて隣り合う発光素子ａ１、ａ１の間に、もう一方のマルチビーム半導体レーザー１Ｂの発光素子ｂ１が等間隔に並ぶように配置する。つまり、一方のマルチビーム半導体レーザー１Ａの発光素子ａ１と、他方のマルチビーム半導体レーザー１Ｂの発光素子ｂ１とが、交互に噛み合わされるような配置構成である。

各発光素子ａ１および各発光素子ｂ１より放出されるレーザー光は平行且つ同一面内で同一方向に放出される。かつ、隣り合うレーザー光を放出する発光素子ａ１とこれに隣り合う発光素子ｂ１とは同一平面内に存在しない。つまり、隣り合うレーザー光を放出する発光素子ａ１は高熱伝導基板１０ａ上に、発光素子ｂ１は高熱伝導基板１０ｂに配置されるように該マルチビーム半導体レーザーを固定治具２０を介して一体化されていて、マルチビーム半導体レーザーアレイを構成している。

このとき、図１（ｂ）に示すように、各発光素子ａ１及び各発光素子ｂ１より放出されるレーザー光は、１本の直線を表す一点鎖線上、紙面を貫く方向に互に平行に照射される。２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂは、それぞれの高熱伝導基板１０ａ、１０ｂの間に位置する固定治具２０により互いの位置関係が定まるように固定されている。

図１（ｂ）において、隣り合うレーザー光を放出する発光素子ａ１とこれに隣り合う発光素子ｂ１とは、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１において、隣り合う発光素子同士の関係であり、これらは異なる高熱伝導基板に配置されていて同一平面内に存在せず、互に、異なる高熱伝導基板１０ａ、１０ｂにより放熱される構成である。従って２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂの各発光素子ａ１、ｂ１で発生した熱はそれぞれ干渉する以前に放熱されるため、発光素子ａ１、ｂ１で発生した熱により、隣接する発光素子の出力低下や寿命短縮等の弊害を引き起こすことなく、ビームピッチを短縮することができる。

1(b)図中、発光素子幅a、発光素子間隔bについては、該マルチビーム半導体レーザーアレイ１１の用途に応じて決定される。該マルチビーム半導体レーザーアレイ１１が印刷用途である場合、例えばa=10μm、a+b=1mmのように設定される。ここでa+bは、図１(ａ)のビームピッチＰに相当し、この数値は画像形成速度を決定する重要な因子であるから慎重に決定されなければならない。該マルチビーム半導体レーザーアレイ１１が電子写真用途である場合、a+bの数値は解像度に対応して画素ピッチと同等に設定されなければならない。例えば画像解像度が600dpiの場合、a=10um、a+b=40umである。また画像解像度が1,270dpiの場合、a=10um、a+b=20umである。

前記したとおり、図１(b)において、駆動時に発光素子ａ１において発生した熱は高熱伝導基板１０ａを介して外部へ放出され、同様に発光素子ｂ１において発生した熱は高熱伝導基板１０ｂを介して外部へ放出される。従って２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂの各発光素子ａ１、ｂ１等で発生した熱はそれぞれ干渉しないため、発光素子ａ１、ｂ１で発生した熱により、隣接する発光素子の出力低下や寿命短縮等の弊害を引き起こすことなく、ビームピッチを短縮することができる。次にマルチビーム半導体レーザーの製造方法について述べる。

工程１：
はじめに、図１(c)に示すように、第二コンタクト層７に相当するn-（p-）GaAs基板３０上に、n-（p-）コンタクト層（この層は必須ではないので、図示省略してある。）、第二クラッド層６に相当するn-（p-）クラッド層３１、活性層５に相当する活性層３２、第一クラッド層４に相当するp-（n-）クラッド層３３、第一コンタクト層３に相当するp-（n-）コンタクト層３４を順次結晶成長させる。ここで結晶成長に用いる基板としてはGaAs基板に限るものではなく、結晶成長させる材料と格子整合するのであればいかなる材料でも構わない。

工程２：
図１(d)に示す如く前記結晶成長させた第一コンタクト層３に相当するp-（n-）コンタクト層３４の成長面と高熱伝導基板１０とを導電性接着剤を用いて張り合わせる。ここで用いる高熱伝導基板１０を構成する材料としては、熱伝導性の良好な材料とする。また導電性接着剤として、素子の固定・駆動中の熱の拡散のみを考慮した場合、アルミニウム、亜鉛、錫、金、銀、銅、及びそれらの合金、または高熱伝導基板を構成する材料を含む樹脂系接着剤が挙げられるが、導電性を有し且つ発光素子駆動中に発生する熱により変形変質しない材料であれば、いかなる材料でも構わない。しかしこれらの材料を用いた場合、駆動中、発光素子において発生する熱により発光素子に応力が生じ、素子寿命を低下させる恐れがある。従って素子寿命を維持することをも考慮するなら、熱膨張係数が発光素子を構成する材料のそれに近いものを選択するのが望ましく、具体的な材料としては、Au-Sn等が挙げられる。

工程３：
第二コンタクト層７に相当するn-（p-）GaAs基板３０の表面にフォトレジストを一面に塗布し、その後、図１(e)に示す破線で示した領域の内部を除いて、他の領域のフォトレジストを完全に除去する。図１(e)において、フォトレジストは図示してない。

工程４：
次にRIE等のドライエッチングにより、図１(f)に示すように、高熱伝導基板１０上に図１(a)で示した発光素子８、９等に相当する発光素子が形成される。この工程では共振器ミラーの形成も兼ねており、ウエットエッチングによる方法は、良好な共振器ミラーの形成が困難であるため好ましくない。

工程５：
図１(g)に示すように、リフトオフ法等を用いて第二コンタクト層７に相当するn-（p-）GaAs基板３０の表面にオーミック電極を形成する。電極材料の例として、Au、Pt、Zn、Al及びそれらの合金等が挙げられる。

以上において、この実施の形態では、高熱伝導基板上に複数の発光素子を形成したマルチビーム半導体レーザーを複数組み合わせることによって、隣接する発光素子の熱干渉による弊害を引き起こすことなく、ビームピッチを短縮することができる。

実施の形態２．
図２(a)に固定治具２０を示している。固定治具２０は六面体からなり、マルチビーム半導体レーザー１Ａの高熱伝導基板１０ａと接触する面２０Ａ１は平滑に加工されており、且つ半導体レーザー１Ｂの高熱伝導基板１０ｂと接触する面２０Ａ２（面２０Ａ１と対向する面）は平滑且つ面２０Ａ１と平行になるよう面出しされている。

一方、図２(b)に示すように、マルチビーム半導体レーザー１Ａを構成する高熱伝導基板１０ａの該固定治具２０（面２０Ａ１）と接触する面１０ａ１および、マルチビーム半導体レーザー１Ｂを構成する高熱伝導基板１０ｂの該固定治具２０（面２０Ａ２）と接触する面１０ｂ１も同様に面出しされており、該固定治具２０に高熱伝導基板１０ａ、１０ｂを固定するだけで、それぞれの発光素子ａ１、ｂ１より放出されるレーザー光は平行且つ等間隔となるように配置することができ、光の煩雑な光軸調整作業を省略することが可能となる。このように、本実施の形態では、熱干渉による発光素子の出力低下や寿命短縮等の弊害を招くことなく、ビームピッチを短縮したマルチビーム半導体レーザーアレイを容易に提供することができる。

これら高熱伝導基板に対する固定治具の固定手段としては、如何なる接着剤を用いる方法であっても、光軸がずれる可能性が高いので好ましくなく、ねじ止め、クリップ、板バネ等、固定治具と高熱伝導基板の間に、如何なる材料・部材をも介在させない手段が好ましい。また該固定治具を設置する場所としては図２(b)に示したように発光素子a1の右側などの側面側に限るものではなく発光素子a1の紙面を貫く背面側等、該マルチビーム半導体レーザーアレイ１１の機能を損なうことがなければ如何なる場所でも構わない。

以上において、この実施の形態では、複数のマルチビーム半導体レーザーを面出しされた固定治具を用いて固定することにより、煩雑な光軸調整を行うことなしに、平行なレーザー光を放出するマルチビーム半導体レーザーを提供することができる。

実施の形態３．
この実施の形態を図３(a)、図３(a)の一部であって符号４１で示した箇所を拡大して示した図３(b)により説明する。これまで説明したマルチビーム半導体レーザーアレイ１１が、直線的な剛体部材からなるステー４０上に走査方向ｘに沿って各発光素子ａ１、ｂ１等が等間隔に並ぶよう、複数配置した構成からなるマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０に関する。ただし、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１を構成する２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂを固定する固定治具２０は簡略化のため省略して示している。

ここで、マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０とは、前記した実施の形態におけるマルチビーム半導体レーザーアレイ１１を複数、ステー４０上に一定の間隔で配置、支持したものを指す。該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０において、図３(b)に示すように、隣接するマルチビーム半導体レーザーアレイ１１同士間で最も近い発光素子ａ１とｂ１との間隔（隣接発光素子間隔：ｂｓ１）は、各マルチビーム半導体レーザーアレイ１１上の発光素子の間隔ｂｘ２と等しくなるよう配置（ｂｓ１＝ｂｓ２）されており、発光素子に注目した場合、該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド上のいかなる個所であっても発光素子は等間隔になっている。

従来の半導体レーザーは１つの発光素子がサブマウントを介してヒートシンク上に固定されており、これらを一組として密閉容器である１つのカン（以下、CANという。）５１が構成され、CAN５１の内部には発光素子寿命の向上のため不活性ガスが封入されている。CAN５１のサイズは通常5mm以上であるため、ビームピッチを狭めて半導体レーザー（発光素子）を等間隔に配置する場合、CAN５１のサイズに制約され、10mm程度以下にビームピッチを狭めることはできない。

一方、この実施の形態におけるマルチビーム半導体レーザーアレイ１１の場合、発光素子ａ１、ｂ１等を固定している高熱伝導基板１０ａ、１０ｂ等に十分な剛性を持たせることにより、CAN５１の構造を簡素にすることができる。また、この実施の形態におけるマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０は印刷用版材に対する画像記録を想定しているため、ビームピッチを数mm程度に広げることが可能であるため、CAN５１のサイズにさほど制約されることなく、等間隔に発光素子ａ１、ｂ１等を配置することができる。

該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０を用いて画像記録を行う場合、ビームピッチと等しい距離を走査することにより画像を形成することができる。このときマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０を走査する距離（ビームピッチに等しい）は従来の半導体レーザーアレイヘッドと比較して非常に短いため、はるかに短い時間で画像記録を行うことができる。

対象とする画像サイズ幅を300mm（A3縦）、ビームピッチを3mmとすると、100個の発光素子と制御回路が必要となり、一つのマルチビーム半導体レーザーアレイ１１中に10個の発光素子が含まれている場合、マルチビーム半導体レーザーアレイの総数は10個となる。また一つの発光素子を55mA（50ｍW）で駆動する場合、該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０全体では、5.5Aの駆動電流が必要である。

以上において、この実施の形態では、各発光素子より放出されるレーザー光のピッチを狭めることができ、１つの発光素子の走査する領域が狭くなり、短時間で画像記録が可能となる。

実施の形態４．
この実施の形態を図４(a)、図４(a)の一部であって符号４２で示した箇所を拡大して示した図４(b)により説明する。これまで説明したマルチビーム半導体レーザーアレイ１１が、直線的な剛体部材からなるステー４０上に走査方向ｘに沿って各発光素子ａ１、ｂ１等が等間隔に並ぶよう、複数配置した構成からなるマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５５に関する。ただし、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１を構成する２つのマルチビーム半導体レーザー１Ａ、１Ｂを固定する固定治具２０は簡略化のため省略して示している。

ここで隣接するマルチビーム半導体レーザーアレイ１１同士の間隔ｂｓｓは、各マルチビーム半導体レーザーアレイ１１上の発光素子の間隔ｂｓ２の整数倍（bｓｓ＝ｎ×ｂｓ２但し、n：整数、n>1）になっている。

従来の半導体レーザーは１つの発光素子につき１つの発光素子しか持っていなかった。また発光素子を駆動するには、制御回路が必要であり、通常それらが一組として１つのCANが構成されていた。従って、ビームピッチを狭めて半導体レーザーを等間隔に配置する場合、CANのサイズに制約され、10mm程度以下にビームピッチを狭めることはできない。

これに対し、前記実施の形態３で説明した図３(a),(b)の内容では、従来と比較してビームピッチが狭くすることができるが、その場合であってもビームピッチを2-3mm以下に設定することは困難である。また、実施の形態３の構成を用いた場合、画像記録に要する時間は短い反面、発光素子と制御回路数が非常に多くなり、全体的に高価になる可能性がある。

これに対して、この実施形態４の構成では、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１をビームピッチ以上の一定間隔で配置することによって、発光素子の間隔を実施の形態３の場合以上に狭めることが可能であるだけでなく、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１と制御回路の数を減らすことができ、全体的に安価にすることができる。

この実施の形態のマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５５を用いて画像記録を行う場合、初めは前記実施の形態３同様にビームピッチの間隔だけマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド１１を走査する。次にマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド１１をマルチビーム半導体レーザーアレイ１１の間隔bｓｓからマルチビーム半導体レーザーアレイ１１の発光素子の間隔ｂｓ２を引いた距離を移動させ、引き続きビームピッチ（発光素子の間隔）だけマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド１１を走査する。このような操作を繰り返すことによって、所望の画像を得ることができる。

対象とする画像サイズ幅を300mm（A3縦）、ビームピッチ(＝発光素子間隔ｂｓ２)を1.5mm、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１の間隔(ｂｓｓ)を15mm、一つのマルチビーム半導体レーザーアレイ１１中に10個の発光素子が含まれている場合、10個のマルチビーム半導体レーザーアレイ１１が必要となり、それらに含まれている発光素子数は100個であるため、それと同数の制御回路が必要である。なお、この場合の画像記録に要する時間は実施の形態３で示した例と同等である。

一方、対象とする画像サイズ幅を300mm（A3縦）、ビームピッチ(a)を3.0mm、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１の間隔(b)を30mm、一つのマルチビーム半導体レーザーアレイ１１中に10個の発光素子が含まれている場合、5個のマルチビーム半導体レーザーアレイ１１が必要となり、それらに含まれている発光素子数は50個であるため、それと同数の制御回路が必要である。この場合の画像記録に要する時間は実施の形態３で示した例の２倍であるが、発光素子数や制御回路数が1/2であるため、装置全体を安価にすることができる。

以上において、この実施の形態では、各発光素子より放出されるレーザー光のピッチを狭めると同時に、より少ない素子数で、同等の面積にレーザー光を照射することができる。また、ビームピッチを狭めることで１つの発光素子の走査する領域が狭くなり、同時に少ないマルチビーム半導体レーザー素子アレイで画像記録を行うことにより、短時間で画像記録が可能で且つ安価なマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドを実現することができる。

実施の形態５．
この実施の形態は、前記実施の形態３、４に示したマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０又は５５を用いた印刷用版材製版装置６５に関する。この印刷用版材製版装置６５は、短時間で画像記録が可能であることを特徴としている。図５に示すように、この実施の形態における印刷用版材製版装置６５の主要部分は、画像の記録媒体である印刷用版材６２、該版材６２を固定するドラム６０、及びマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０（又は５５）より構成されている。

印刷用版材６２はドラム６０上に固定されており、該ドラム６０は図示しない駆動手段により、主走査方向に一定速度で回転している。またマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドは図示しない制御回路により駆動されており、画像データに応じて所定の出力にて発光している。

画像記録時においては、該ドラム６０が１回転するごとに該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０（又は５５）は画像の解像度に対応した距離を副走査方向に移動する（例：1,270dpi・・・0.02mm、2,540dpi・・・0.01mm）。引き続き該ドラム６０が１回転した後、該マルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０（又は５５）は同じ距離だけ副走査方向に移動する。実施の形態３のマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０を用いている場合、これらの動作を繰り返し、ビームピッチと等しい距離を移動した時点で画像記録は終了する。

一方、実施の形態４のマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５５を用いている場合、これらの動作を繰り返し、ビームピッチと等しい距離を移動した後、（１つの半導体素子上の発光素子数）×（ビームピッチ）で計算される距離を移動した後、同様の動作を繰り返す。一連の動作を繰り返し、全体の移動距離が半導体素子の配置している間隔と等しくなった時点で画像記録が終了する。こうして、短時間で高精細な画像記録が可能な印刷用版材製版装置を提供する。

実施の形態６．
この実施の形態を図６により説明する。図６に書き込み用のレーザー光を射出する手段として２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイを用いる記録装置を示す。図６において、記録装置７０は、書き込み用の光を照射する手段として、マルチビーム半導体レーザー製版ユニット７２に、実施の形態３、４で示されたマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０（又は５５）を搭載している。

版胴７１上には図示しない記録媒体が固定されており、該記録媒体は初期状態においてインクが付着しない状態であり、マルチビーム半導体レーザー製版ユニット７２に搭載されたマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド５０（又は５５）からのレーザー光の走査照射を受ける。照射を受けると、受けた部位が熱変換され、加熱された領域のみ印刷用インクが付着する性質を有している。あるいは初期状態においてインクが付着する状態であって、レーザー光を照射し加熱された領域のみインクが付着しない性質を有している記録媒体であっても構わない。

上記方法でレーザー光の照射を受けて画像（潜像）を形成された後、インキングユニット７３により画像（潜像）が可視像化される。つまり、レーザー光を照射した領域のみインクが付着する。この様にして現像された画像は、ブランケット胴７４に転写される。

一方、ブランケット胴７４へは、給紙台７５より記録紙が供給され、圧胴７６により画像が転写されたブランケット胴７４へ圧着されることにより、画像が記録媒体上に転写される。画像が転写された記録紙はガイドローラ７７により排紙台７８に送り出される。このような記録装置７０を用いることによって、高精細な画像を、画像記録開始後迅速に出力することができる。

以上において、この実施の形態では、短時間で版材への画像記録が終了し、記録媒体への画像記録が可能となる記録装置を実現することができる。

実施の形態７．
図７により説明する。この実施の形態は、既に説明したマルチビーム半導体レーザーアレイ１１を搭載した光走査装置である。図７において、光走査装置８３は、半導体レーザーアレイ１１と、この半導体レーザーアレイ１１より放出されたレーザー光を整形するためのシリンドリカルレンズ８０と、レーザー光を直線上に走査する手段であるポリゴンミラー８１と、fθレンズ８２を備えている。

マルチビーム半導体レーザーアレイ１１上のｎ個の発光素子が被走査面ｓ―ｓに対して垂直方向に配列されている。マルチビーム半導体レーザーアレイ１１より照射されたｎ番目のレーザー光は、シリンドリカルレンズ８０により整形され、ポリゴンミラー８１によって反射・走査される。反射・走査されたレーザー光は、ｆθレンズ８２により被走査面ｓを模視的に表した直線A_n上において常に焦点位置となっており、直線A_n上を一定速度で移動している。

従来の光走査装置においては１本のレーザー光を同様の方法で走査していたため、一回の走査では１ラインしか走査することができなかったが、本発明においてはマルチビーム半導体レーザーアレイ１１よりｎ本のレーザー光が照射される場合、１本レーザーの場合の1/nの時間で同等の領域を走査することができる。また現在市販されているマルチビーム半導体レーザーにおいては、発光素子間の熱干渉により十分な光出力が得られなかったため、高速にレーザー光を走査することは不可能で、マルチビームとしての特徴を生かすことはできなかった。

これに対し、本発明においては、発光素子間の熱干渉を抑制しつつビームピッチを短縮したマルチビーム半導体レーザーアレイを用いているため、従来のマルチビーム半導体レーザーと比較してより高速にレーザー光を走査することができる。

以上において、この実施の形態では複数のレーザー光で複数のラインを同時に走査することが可能となり、広範囲を短時間で走査することができる。短時間で走査可能な光走査装置を提供することができる。

実施の形態８．
図８(a)、図８(b)により説明する。この実施の形態は、像担持体に光走査装置からの光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像を可視像化して記録像を得る電子写真装置１００の例であり、前記実施の形態７で説明した光走査装置８３を使用している。

図８(a)に示した電子写真装置１００において、光走査装置８３を構成しているポリゴンミラー８１は時計回りに回転しており、ｎ個の発光素子が画面垂直方向に配列されたマルチビーム半導体レーザーアレイ１１より放出されたレーザー光は、副走査方向で左から右へ走査されている。レーザー光は、ポリゴンミラー８１の反射面８１Ａで像担持体としての感光体ドラム９０の右端まで走査された後、反射面８１Ｂによって左端より走査が開始される。

このとき、感光体ドラム９０の表面近傍に設置された光センサ９１が反射面８１Ｂにより反射されたレーザー光を検知し、感光体ドラム９０が副走査方向に一定量走査される。このときの走査量はマルチビーム半導体レーザーアレイ１１に含まれる発光素子の数に比例し、ｎ個の発光素子が含まれている場合、ｎライン分だけ走査される。

図８(b)は、図８(a)に示した電子写真装置１００の感光体ドラム９０周りの構成を拡大して示しており、この図により、以下に電子写真形成プロセスの概要を説明する。帯電ユニット１０１により感光体ドラム９０上を一様に帯電した後、光走査装置８３により潜像を形成する。潜像形成プロセスについては上記のとおりであるからここでは省略する。電荷により形成された潜像に、現像ユニット１０２によりトナー現像を施す。

図示しない給紙ユニットにより供給された記録紙１０３に、転写ユニット１０６によりトナー画像を転写する。記録紙１０３上に転写されたトナー画像を図示しない定着ユニットにより熱定着を施し電子写真画像形成が完了する。

一方、トナー画像を転写した感光体ドラム９０上の潜像を除電ユニット１０４により消去する。感光体ドラム９０上に残留したトナーをクリーニングユニットにより除去する。以上のプロセスを繰り返し実行することで電子写真画像を連続且つ高速に出力することができる。

実施例１は、マルチビーム半導体レーザーアレイと、それを構成するマルチビーム半導体レーザーに関するものであり、図１(a)及び図１(b)により説明される。第一コンタクト層３としてp-GaAs、第一クラッド層４としてp-Al_0.6Ga_0.4As、活性層５としてAl_0.85Ga_0.15As、第二クラッド層６としてn-Al_0.6Ga_0.4As、第二コンタクト層７としてn-GaAsをそれぞれ用いており、高熱伝導基板１０としてアルミニウム板を用いている（t=1mm）。

このような構成のマルチビーム半導体レーザー１の製造方法を以下に述べる。初めに基板表面を洗浄・酸化膜除去を施したp-GaAs基板（第一コンタクト層３）を用意する。該基板上にp型クラッド層（第一クラッド層４）、活性層５、n型クラッド層（第二クラッド層６）、n型コンタクト層（第二コンタクト層７）を順次結晶成長させる。結晶成長させる具体的な方法としては、分子線エピタキシ（MBE）法、有機金属気相成長（MOCVD）法等いかなる方法でも構わない。

該基板の結晶成長した表面と、CuW基板とを導電性接着剤等を用いて貼り合わせる。次に結晶成長させた基板をサンドペーパー、アルミナ等を使って研磨することによってp型コンタクト層が形成される。

次にウエットエッチング、ドライエッチング法などを用いて図１(a)に示すような形状に加工した後、オーミック電極２を形成する。オーミック電極２の具体的な材料としては、Au、Pt、Zn、Al及びそれらの合金などマルチビーム半導体レーザー駆動時に発光素子より発生する熱により変形・変質しない材料が望ましく、オーミック電極２のパターニング方法としては、リフトオフ法等いかなる方法でも構わない。この時、図１(a)に示したビームピッチは用途によって決定され、電子写真用途であれば10〜100um（2,540dpi：20um、1,270dpi：40um、600dpi：84um）、印刷用途であれば0.5〜10mm程度が一般的である。このようにして作製されたマルチビーム半導体レーザーを図１(b)のように組み合わせることによって、最終的なビームピッチは図１(a)で示したビームピッチの半分となり、隣接する発光素子の影響を受けることなく、容易にビームピッチを短縮することができる。

実施例２は、マルチビーム半導体レーザーアレイ１１を用いた印刷用版材製版装置に関する。図５により説明される。図５において、主走査方向の回転速度はレーザー出力、レーザー光のスポット径、印刷用版材６２の該レーザー波長に対する書き込み感度及び印刷用版材のサイズに依存して決まる。レーザー光のスポット径は書き込み画像の解像度と密接に関係しており、2,540dpi（１ドット：10x10um）での書き込みを想定すると、φ15um程度のスポット径でなければならない。印刷用版材６２として特開平08-276663、特開平09-315004、特開2000-247026等にも示されるフッ素系感熱材料を用いた場合、画像記録に必要なエネルギー密度は約340mJ/cm²である。また１つの発光素子より放出されるレーザー光の出力を50mWとすると、印刷用版材６２がA2サイズであるとすると、ドラム６０の回転速度はおよそ50rpmとなる。

従来より用いられているシングルビーム半導体レーザーを用いた場合、より大出力が得られる反面、CANの大きさやクリアランスを確保するため、ビームピッチは10mm（1,000ステップ）以下にすることは極めて困難である。レーザー光の出力が100mWとすると、ドラム回転速度は100rpmまで向上させることができるが、その条件下の画像書き込み所要時間は10分である。またドラム回転速度を向上させるためには、それを支持する筐体補強、より高トルクなドラム駆動モーターを採用する必要があり、これにより大幅なコストアップは避けられない。

これに対しマルチビーム半導体レーザーアレイのビームピッチ（副走査方向の走査距離）を1mmとすると、100ステップの副走査が必要となり、その所要時間（=画像書き込み時間）はドラムが100回転する時間に等しく、2分となる。

また、一つのマルチビーム半導体レーザーアレイの幅を10mmとすると、A2サイズをカバーするには60個の素子が必要となるが、これを削減するために10mm間隔で素子を配置すると、30個の素子でA2幅をカバーすることができる。そのとき書き込みに必要な所要時間は4分+α（副走査方向へのから送り時間）となるが、その場合であってもシングルビーム半導体レーザーを用いて画像書き込みを行う場合よりはるかに短時間で画像書き込みを終了させることができる。

実施例３は、マルチビーム半導体レーザーアレイを用いた電子写真装置に関する。図８(a)、図８(b)によって説明される。現在の電子写真装置における画像解像度は600dpi程度が一般的であるが、今後は1,200dpi以上の高解像度化が進行することが予想されている。画像解像度が1,270dpiの場合ドットピッチは20umで、実施例１に示したようにこれに対応するマルチビーム半導体レーザーのビームピッチは40umで、これを組み合わせることによりビームピッチ20umのマルチビーム半導体レーザーアレイが得られる。

図８(a)においてポリゴンミラー８１が正六角形であり36,000rpmで回転している場合、ポリゴンミラー８１の一つの反射面により反射したレーザー光は副走査方向に１回走査されるから、ポリゴンミラー１回転につき６ライン走査される。従ってA3サイズの画像（21,500ライン）を走査するには約6sec必要であり、このときの出力速度は10sheet/min（A3）となる。これに対し、実施例１で示したマルチビーム半導体レーザー（発光素子数：ｎ個）を用いた場合、同時にｎラインを走査することができ、出力速度は10 x n sheet/minとなる。

このように本実施例３においては、レーザー光源を変更するだけで容易に出力度を向上させることができ、感光体材料、ポリゴンミラー回転数を一切変更する必要はない。感光体材料としては、従来同様a-Se、a-Si、あるいは有機物感光体（OPC）などが用いることができる。

実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの斜視図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーのアレイの斜視図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの製造工程を説明した図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの製造工程を説明した図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの製造工程を説明した図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの製造工程を説明した図である。実施の形態１に係るマルチビーム半導体レーザーの製造工程を説明した図である。実施の形態２に係る固定治具の斜視図である。実施の形態２に係るマルチビーム半導体レーザーアレイの部分断面図である。実施の形態３に係るマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドの正面図である。実施の形態３に係るマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドの部分拡大断面図である。実施の形態４に係るマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドの正面図である。実施の形態４に係るマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドの部分拡大断面図である。実施の形態５に係る印刷用版材製版装置の要部斜視図である。実施の形態６に係るマルチビーム半導体レーザー製版ユニットの概略構成図である。実施の形態７に係る光走査装置の概略構成図である。実施の形態８に係る電子写真装置の概略構成図である。実施の形態８に係る出んし写真装置の感光体ドラムまわりの構成図である。

符号の説明

２オーミック電極
３第一コンタクト層
４第一クラッド層
５活性層
６第二クラッド層
７第二コンタクト層
８、９発光素子
１１マルチビーム半導体レーザーアレイ

Claims

少なくともオーミック電極と、第一コンタクト層と第一クラッド層と活性層と第二クラッド層と、第二コンタクト層を含む複数の発光素子と、それら複数の発光素子を支持する高熱伝導基板とよりなるマルチビーム半導体レーザーアレイにおいて、
発光素子より放出されるレーザー光が平行且つ同一面内で同一方向に放出され、隣り合うレーザー光を放出する発光素子同士が同一平面内に存在しないように該マルチビーム半導体レーザーを固定治具を介して配置したこと特徴とするマルチビーム半導体レーザーアレイ。
請求項１記載のマルチビーム半導体レーザーアレイにおいて、
２つのマルチビーム半導体レーザーを固定する固定治具の該マルチビーム半導体レーザーと接触する面が面出しされていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザーアレイ。
請求項１又は２記載の２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイと、該マルチビーム半導体レーザーアレイを支持するステーとを備え、且つ発光素子が等間隔で配列されていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド。
請求項１又は２記載の２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイと、該マルチビーム半導体レーザーアレイを支持するステーとを備えていることを特徴とするマルチビーム半導体レーザーアレイヘッド。
画像の記録媒体に書き込み用のレーザー光を照射する手段として２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイを用いる記録装置において、前記記録媒体に前記書き込み用のレーザー光を照射する手段として、請求項４又は５に記載したマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドを搭載したことを特徴とする印刷用版材製版装置。
書き込み用のレーザー光を射出する手段として２つ以上のマルチビーム半導体レーザーアレイを用いる記録装置において、
記録体に前記書き込み用の光を照射する手段として、請求項４又は５に記載したマルチビーム半導体レーザーアレイヘッドを搭載したことを特徴とする記録装置。
半導体レーザーアレイより放出されたレーザー光を整形するためのレンズと、レーザー光を直線上に走査する手段と、fθレンズを備えた光走査装置において、
前記半導体レーザーアレイとして、請求項１又は２に記載のマルチビーム半導体レーザーアレイを用いたことを特徴とうする光走査装置。
像担持体に光走査装置からの光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像を可視像化して記録像を得る電子写真装置において、
前記光走査装置として請求項７記載の光走査装置を用いたことを特徴とする電子写真装置。