JP2006245488A - 二次元面発光レーザーアレイおよび光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸調整を容易にすることの可能な二次元面発光レーザーアレイを提供する。
【解決手段】 半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイであって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面であり、かつ前記第一の基線が半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直であることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次元面発光レーザーアレイおよび光走査装置および画像形成装置に関する。

電子写真における画像記録において、高精細な画像品質を得るのに、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の軸方向にポリゴンミラーを用いてレーザーを走査（主走査）しつつ、ドラムを回転させ（副走査して）、潜像を形成する方法が一般的である。

一方、画像形成装置の分野（電子写真分野）では、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１つの方法として、主走査・副走査速度を高速化するとともに、レーザーを高出力化するか、感光体を高感度化する方法が考えられるが、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感光体の開発、主副走査の高速化によるそれ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、レーザーをマルチビーム化する方法が考えられ、現在の高速出力機においては複数本のレーザー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回の主走査で潜像の形成される領域が拡大され、ｎ本のレーザーを用いた場合、１本のレーザーを用いた場合と比較して、潜像形成領域はｎ倍となり、画像形成に必要な時間は１／ｎとなる。

このような例として、１つのチップに複数の端面発光型半導体レーザーを有するマルチビーム半導体レーザーが例えば特許文献１，特許文献２において提案されているが、そのような構成では構造上・コスト上の問題により、４ビーム（２ビーム×２、４ビーム×１）若しくは８ビーム（２ビーム×４、４ビーム×２）程度が限界であり、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。

これに対し、近年盛んに研究が行われている面発光レーザー素子（以下、ＶＣＳＥＬと記す）は二次元集積化が容易であり、より多くのＶＣＳＥＬを二次元集積することが可能で、集積方法を工夫することにより、実際のビームピッチをより狭く設定することが可能である。

一方、端面発光型，面発光型を問わず、発光光源の光軸調整は必須であり、一般に煩雑な作業を必要とする。複数のマルチビーム半導体レーザーを有する端面発光型においては、個々のマルチビーム半導体レーザーチップをそれぞれ独立に調整し相対的な光軸調整を実施する必要があり、より煩雑な作業を必要とする。

これに対し、二次元集積された二次元ＶＣＳＥＬアレイにおいては、個々の面発光レーザー素子は設計段階で相対的な調整がなされているため、１つの二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの調整のみでよい。しかし１つのチップ上に多くの面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）を備えており、チップ自体の位置合わせが不適切である場合、該チップ上の全てのＶＣＳＥＬの光軸がずれてしまうため、チップの位置合わせは慎重に行わなければならない。

このようにレーザーの光軸調整は煩雑な作業を必要とするにもかかわらず、端面発光型，面発光型半導体レーザーいずれの場合においても、これまで半導体レーザーチップ自身にそのような煩雑な作業を軽減する工夫はなされていなかった。
特開平１１−３４０５７０号公報 特開平１１−３５４８８８号公報

本発明は、光軸調整を容易にすることの可能な二次元面発光レーザーアレイおよび光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイであって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面であり、かつ前記第一の基線が半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直であることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイであって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａで傾斜しており、かつ前記第一の基線が（０ １ −１）面に対し垂直若しくは平行であることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の二次元面発光レーザーアレイと、該二次元面発光レーザーアレイから放出されたレーザー光を走査する走査手段とを有していることを特徴とする光走査装置である。

また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段と、画像形成時以外の時に、前記受光手段を二次元面発光レーザーアレイから放出されるレーザー光の光路上に挿入する挿入手段とがさらに設けられていることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の一部を反射し残りのレーザー光を透過させる光学手段と、光学手段で反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段とがさらに設けられていることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイと受光素子との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する拡大手段がさらに設けられていることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、主走査方向終端に１回の主走査終了を検知する主走査終了検知手段がさらに設けられており、主走査終了検知手段で検知された主走査終了検知信号と同期して副走査が行なわれるようになっていることを特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１記載の発明によれば、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）であって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面であり、かつ前記第一の基線が半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直であるので、二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの位置合わせ（光軸調整）を容易に行うことができる。

また、請求項２記載の発明によれば、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）であって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａで傾斜しており、かつ前記第一の基線が（０ １ −１）面に対し垂直若しくは平行であるので、ＶＣＳＥＬより放出されるレーザー光の偏波面を統一しつつ、二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの位置合わせ（光軸調整）を容易に行うことができる。

また、請求項３乃至請求項７記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の二次元面発光レーザーアレイと、該二次元面発光レーザーアレイから放出されたレーザー光を走査する走査手段とを有していることを特徴とする光走査装置であるので、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、潜像を高速に（短時間で）形成することができる。

特に、請求項４記載の発明では、請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段と、画像形成時以外の時に、前記受光手段を二次元面発光レーザーアレイから放出されるレーザー光の光路上に挿入する挿入手段とがさらに設けられており、レーザー光出力を検知して二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御するので、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子からのレーザー光出力を均一に保つことができて、均一な潜像を安定して形成することができる。

また、請求項５記載の発明では、請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の一部を反射し残りのレーザー光を透過させる光学手段と、光学手段で反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段とがさらに設けられており、潜像形成中であってもレーザー光出力を検知して二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御するので、面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子からのレーザー光出力を均一に保つことができて、均一な潜像を安定して形成することができる。

また、請求項６記載の発明では、請求項４または請求項５記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイと受光素子との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する拡大手段がさらに設けられているので、二次元面発光レーザーアレイ中の個々の面発光レーザー素子のレーザー光出力を同時に独立して検知することができ、二次元面発光レーザーアレイ中の個々の面発光レーザー素子のレーザー光出力を均一に保つことができる。

また、請求項７記載の発明では、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、主走査方向終端に１回の主走査終了を検知する主走査終了検知手段がさらに設けられており、主走査終了検知手段で検知された主走査終了検知信号と同期して副走査が行なわれるようになっているので、高品質な画像形成を行なうことができる。

また、請求項８記載の発明によれば、請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置（電子写真装置）であるので、画像（電子写真画像）を高速に出力することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

近年、電子写真分野においては、より一層の画像出力の高速化、画像の高密度化が求められている。このような要求に対し、これまではポリゴンミラーの高速化及びレーザー出力の向上によって対応していた。

現在の電子写真において画像形成を行う際には、レーザー光を高速回転するポリゴンミラーにより反射し、画像情報に応じて感光体の主走査方向に一列照射した後、感光体ドラムを副走査方向に一画素分走査するという工程を繰り返すことによって、潜像形成を行っていた。感光体上に潜像を形成する際には単位面積あたり一定のエネルギー以上のレーザー光を照射する必要があるため、潜像形成の高速化を達成するためには、ポリゴンミラーの回転速度を向上させるだけではなく、同時にレーザー出力も向上させなければならない。しかし、ポリゴンミラーの回転数やレーザー出力の向上には限界があり、特に前者については現在の２〜３倍程度が限界である。

画像形成の高速化を実現する他の方法としては、レーザーのマルチビーム化が考えられる。マルチビームレーザーを用いて潜像形成を行う場合、ポリゴンミラーを用いて感光体上、主走査方向に走査する際、一回の主走査でレーザーの本数に応じて同時に複数列（複数ライン）を走査できるので、ポリゴンミラーの回転数やレーザー出力は従来どおりであっても、より高速に潜像形成を実現することができる。しかし、従来より用いられている端面発光型半導体レーザーは、マルチビーム化において一次元アレイ以外実現することが困難であり、また消費電力が大きいため互いの熱干渉による出力・寿命低下を防止することが困難である。また、それを実現したとしても、非常に煩雑な工程を必要とし、単素子の端面発光型半導体レーザーと比較して大幅なコストアップは避けられない。この傾向はビーム数が増加するほど顕著となり、今後の画像形成の高速化に対応することは困難である。なお、単素子の端面発光型半導体レーザーを複数用いる場合は、素子数と同数の光学系が必要となるため、大幅なコストアップが不可避であることは言うまでもない。

一方、これらの問題を同時に解決する手段として、面発光レーザー素子（以下、ＶＣＳＥＬと記す）をアレイ化した面発光レーザーアレイ（以下、ＶＣＳＥＬアレイと記す）を書込み光源とすることが考えられる。ＶＣＳＥＬは、レーザー光を基板に対して垂直に取り出すことが可能であるため、素子の高度な集積が容易である。また、ＶＣＳＥＬはその発光領域が端面発光型レーザーと比較して大幅に小さい為、その消費電力は１／１０以下である。

ところで、多数の発光素子を集積する場合、アレイ化したチップの光軸調整を行えばよく、個々の素子の光軸調整を行う必要はないが、その反面、アレイチップの位置合わせが不適切である場合には全ての素子の光軸がずれることになり、極めて重大な画像品質の低下を引き起こす。従って、二次元ＶＣＳＥＬアレイを用いて良好な画像形成を行うには、二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの正確かつ簡便な位置合わせの実現が必要不可欠となる。

（第１の形態）
本発明の第１の形態は、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）であって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面であり、かつ前記第一の基線が半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直であることを特徴としている。

図１は本発明の第１の形態を説明するための図であり、図１には、半導体基板より切り出される二次元ＶＣＳＥＬアレイチップと、該二次元ＶＣＳＥＬアレイチップ上に配列されたＶＣＳＥＬの位置関係が示されている。

図１において、ＶＣＳＥＬは、二次元ＶＣＳＥＬアレイチップ上に規定された第一の基線上に等間隔に配列されており、更に、第一の基線上の各ＶＣＳＥＬの中心を通り、第一の基線上に対し所定の角度θをなす第二の基線上にも等間隔に配列されている。この時、第二の基線上のＶＣＳＥＬの中心から第一の基線上への正射影点は等間隔にならなければならない。また、第二の基線の方向は図１に示した方向に限るものではなく、図２に示すように交互にθ，−θ方向に規定しても構わない。

一方、半導体基板として一般的に用いられているＧａＡｓ基板において、主面が（１ ０ ０）面と平行な基板は、（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に平行な方向に対しては容易に劈開できる性質を有している。そこで、図１のように、第一の基線を（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直に設定し、かつ正確に面出しされた面と接触させることによって、この二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの位置合わせ（光軸調整）を容易に行うことができる。

なお、第１の形態において、半導体基板としては、ＧａＡｓ基板に限るものではなく、ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ等、ＶＣＳＥＬを作製可能であれば、如何なる材料でも構わない。

また、この第１の形態においては、劈開可能な結晶面を（０ １ −１）面及び（０ １ １）面としているが、それぞれ（０ −１ １）面及び（０ −１ −１）面等、結晶学的に等価な面であっても構わない。

（第２の形態）
本発明の第２の形態は、半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）であって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａで傾斜しており、かつ前記第一の基線が（０ １ −１）面に対し垂直若しくは平行であることを特徴としている。

図３，図４は本発明の第２の形態を説明するための図であり、図３，図４には、主面（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａだけ傾斜した半導体基板上に形成された二次元ＶＣＳＥＬアレイチップと、該二次元ＶＣＳＥＬアレイチップ上に配列されたＶＣＳＥＬの位置関係が示されている。なお、図４は図３のＡ−Ａ’線における断面模式図である。

前述の第１の形態に示した半導体基板を用いた場合、オリフラＡ，Ｂのいずれに平行な方向においても容易に劈開可能である反面、この半導体基板上に作製した複数のＶＣＳＥＬより放出されるレーザー光の偏波面は統一されていない。二次元ＶＣＳＥＬアレイを画像記録に応用する場合、偏波面が統一されていないと、ＶＣＳＥＬごとにコリメータレンズにより収束した後のスポット形状にばらつきが生じ、良好な画像形成を妨げる恐れがある。

これに対し、文献「ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ＶＯＬ．１０ ＮＯ．５ Ｐ６３３−６３５」には、半導体基板の主面が（１ ０ ０）面に対し傾斜した基板を用いることにより、ＶＣＳＥＬより放出される偏波面を統一することが示されている。

本発明の第２の形態で用いる半導体基板は、図４に示すように主面が（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａだけ傾斜している。傾斜方向は（１ １ １）方向であるため、図３におけるオリフラＡは（０ １ −１）面に平行であることで劈開可能であるが、オリフラＢは（０ １ １）面に対し角度ａをなしているため、オリフラＢに対し平行に劈開することは不可能である。

そこで、本発明の第２の形態においては、第一の基線を（０ １ −１）面（即ちオリフラＡ）に対し垂直若しくは平行に設定し、かつ正確に面出しされた面と接触させることによって、ＶＣＳＥＬより放出されるレーザー光の偏波面を統一しつつ、二次元ＶＣＳＥＬアレイチップの位置合わせ（光軸調整）を容易に行うことができる。

なお、第２の形態において、半導体基板としては、ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ等、ＶＣＳＥＬを作製可能であって、一方向に対し容易に劈開できるものであれば、如何なる材料でも構わない。

また、この第２の形態においては、劈開可能な結晶面を（０ １ −１）としているが、結晶学的に等価な結晶面である（０ −１ １）面でもよく、また主面の傾斜方向についても劈開方向との組み合わせにおいて、先に示した例と等価な関係を満たしているのであれば、如何なる方向でも構わない。

（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態の二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）と、該二次元面発光レーザーアレイから放出されたレーザー光を走査する走査手段とを有していることを特徴とする光走査装置である。

より具体的に、この第３の形態の光走査装置は、二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）と、該二次元面発光レーザーアレイより放出されたレーザー光を平行ビームに変換する手段と、該平行ビームを走査する走査手段と、走査された平行ビームより同一平面上に焦点が得られるよう変換する手段とを有している。

図５は本発明の第３の形態の光走査装置の具体例を示す図であり、図５の例では、光走査装置は、二次元ＶＣＳＥＬアレイおよび固定治具、コリメータレンズ（面発光レーザーアレイより放出されたレーザー光を平行ビームに変換する手段）、ポリゴンミラー（走査手段）、ｆθレンズ（走査された平行ビームより同一平面上に焦点が得られるよう変換する手段）より構成されている。図５において、ポリゴンミラーの回転軸は紙面に対し垂直に設定されており、図１乃至図３に示した二次元ＶＣＳＥＬアレイの第一の基線は、主走査方向に対し垂直に（副走査方向に対し平行に）、即ち紙面に対し垂直に設定されている。また、コリメータレンズは、二次元ＶＣＳＥＬアレイより放出されるあらゆるレーザー光を全て含む大きさに設計されている。なお、図５の光走査装置は、レーザー光を走査して感光体ドラムに画像を形成する画像形成装置に利用されるものとなっている。

図６を参照すると、固定治具は、光走査装置への取付面となる面Ｂと二次元ＶＣＳＥＬアレイの接触端面となる面Ａとが平行となるよう設定されており、該固定治具を光走査装置に固定する際には、ポリゴンミラーの回転軸に対し垂直な面と平行なるよう、光走査装置上に面出しされた面上に固定される。また、二次元ＶＣＳＥＬアレイ上に規定された第一の基線は、例えば図１，図２の例では、半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直になるよう設定されており、該第一の基線に対して垂直な面と面Ａとを接触させ、図示しない板ばね等で固定することにより、二次元ＶＣＳＥＬアレイ上の第一の基線と光走査装置のポリゴンミラーの回転軸とを容易に平行に設定することができる。

一般的な光走査装置の光軸調整においては、半導体レーザーをおおよその位置に組付けた後、位置センサやビームプロファイラ等の方法により、スポット位置・形状・サイズをコリメータレンズの位置を微調整することにより調整している。半導体レーザー自身の光軸が大幅にずれている場合、コリメータレンズによる調整は煩雑となり、半導体レーザーの光軸がコリメータレンズによる調整範囲外の場合は半導体レーザーの取外し・再組付けが必要となる。逆に初期の半導体レーザーの組付け精度が高い場合、コリメータレンズによる微調整作業は大幅に軽減され、製造コストの低減やメンテナンス作業の軽減が可能となる。

このように、光走査装置における半導体レーザーの初期の組付け精度は極めて重要で、本発明の如く多くの光源を集積した二次元ＶＣＳＥＬアレイを用いる場合においてはより重要であり、容易に精度良く組付け可能な方法が必要である。

図５の構成では、二次元ＶＣＳＥＬアレイより放出されたレーザー光はコリメータレンズによって平行ビームに変換された後、ポリゴンミラーによって主走査方向に走査され、主走査方向に走査されたレーザー光はｆθレンズによって感光体ドラム上の全ての位置において焦点が得られるように設定されている。

実際の画像形成においては、ポリゴンミラーによって走査されたレーザー光は、図５において左から右へ走査される。この時、二次元ＶＣＳＥＬアレイは、画像情報に応じて図示しない駆動回路によって駆動されている。一回の主走査が完了すると、それと同期して直ちに副走査が開始されるが、従来の光走査装置においては一つの光源しか有していなかったため、一回の主走査で書込まれるのは１行であるから、副走査は１行分のみなされていた。しかし、本発明においては、複数の光源（複数のＶＣＳＥＬ）を有しているため、一回の主走査で光源の数に対応した行数を書込むことが可能である。従って一回の副走査で走査される行数も同様にそれに対応した行数分実施される。

本発明においてはレーザー光のピッチは、図１３においてａによって示される間隔であるが、感光体ドラム上に照射されるビームスポットは一列ではなく、図１３におけるθ方向，−θ方向の第二の基線上のｍ番目のＶＣＳＥＬからのスポットは、第一の基線上のＶＣＳＥＬからのスポットより±ｍｂだけオフセットを有している。従って、主走査時に画像情報を書込む際には、このオフセットを考慮して実施されなければならない。

一般に、同等の光出力，ポリゴンミラー回転速度を有する光書込み系においては、レーザー本数がｎ本になった場合、感光体ドラム一回転に要する書込み時間は１／ｎとなり、従来と比較して大幅な高速書込みが可能となる。

このように、第３の形態では、第１または第２の形態の二次元面発光レーザーアレイと、該二次元面発光レーザーアレイから放出されたレーザー光を走査する走査手段とを有していることを特徴とする光走査装置であるので、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、潜像を高速に（短時間で）形成することができる。

（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第３の形態の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）の各面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）から放出されるレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段と、画像形成時以外の時に、前記受光手段を二次元面発光レーザーアレイから放出されるレーザー光の光路上に挿入する挿入手段とがさらに設けられていることを特徴としている。

図７は第４の形態の光走査装置の具体例を示す図であり、図７の例では、光走査装置には、図５の構成例において、二次元ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬから放出されたレーザー光を検知する受光手段と、該受光手段をＶＣＳＥＬアレイと走査手段（ボリゴンミラー）との間に挿入する挿入手段（図示せず）とがさらに設けられている。

一般に半導体レーザーは、通電と共に徐々に出力が低下する現象が確認されており、この現象は多かれ少なかれあらゆる半導体レーザーについて当てはまる。レーザー出力の変動は、潜像形成における感光体上の電位むらとなって現れ、最終的には画像の濃度むらとなって観察される。従って、均一な濃度の画像を形成する際には、レーザー光出力を均一にしなければならない。

図７の例では、受光手段は、画像形成時には図５のａに示す光路外の位置にあるが、画像非形成時には、図示しない挿入手段（移動手段）によって図７のｂに示す光路内の位置に挿入される。これによって、光路上に挿入された受光手段は、ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬから放出されるレーザー光の光出力を検知し、その結果に基づいて各ＶＣＳＥＬへの注入電流を補正する。これにより、ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬから放出されるレーザー光出力を均一に保つことができる。

このように、本発明の第４の形態では、第３の形態の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段と、画像形成時以外の時に、前記受光手段を二次元面発光レーザーアレイから放出されるレーザー光の光路上に挿入する挿入手段とがさらに設けられており、レーザー光出力を検知して二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御するので、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子からのレーザー光出力を均一に保つことができて、均一な潜像を安定して形成することができる。

（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第３の形態の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）の各面発光レーザー素子（ＶＣＳＥＬ）から放出されるレーザー光の一部を反射し残りのレーザー光を透過させる光学手段（例えば、ハーフミラー）と、光学手段で反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段とがさらに設けられていることを特徴としている。

図８は第５の形態の光走査装置の具体例を示す図であり、図８の例では、光走査装置には、図５の構成例において、二次元ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬから放出されたレーザー光の一部を反射し、残りのレーザー光を透過させるハーフミラーと、ハーフミラーで反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段とがさらに設けられている。

前述した第４の形態の光走査装置の構成においては、画像形成時において全てのレーザー光を潜像形成に用いることができる反面、受光手段の移動手段の設置や該受光手段の位置精度向上のために、構成が複雑になる恐れがあった。

これに対し、第５の形態の光走査装置では、光学手段（ハーフミラー）によってレーザー光の一部を分離・反射し、反射光を受光手段で検出することにより、レーザー光の出力ロスは避けられないが、一切の移動手段（挿入手段）を設けることなく、各ＶＣＳＥＬから放出されるレーザー光の光出力を検知し、各ＶＣＳＥＬへの注入電流を補正して、各ＶＣＳＥＬから放出されるレーザー光出力を均一に保つことができる。また、この第５の形態によれば、潜像形成中であっても光出力の検出が可能であり、潜像形成中に各ＶＣＳＥＬのレーザー光出力が変動した場合であっても、注入電流の補正，レーザー光出力の調整が可能である。

このように、本発明の第５の形態では、第３の形態の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の一部を反射し残りのレーザー光を透過させる光学手段と、光学手段で反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段とがさらに設けられており、潜像形成中であってもレーザー光出力を検知して二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御するので、面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子からのレーザー光出力を均一に保つことができて、均一な潜像を安定して形成することができる。

（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第４または第５の形態の光走査装置において、前記二次元面発光レーザーアレイ（二次元ＶＣＳＥＬアレイ）と前記受光手段との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する拡大手段がさらに設けられていることを特徴としている。

図９は第６の形態の光走査装置の具体例を示す図であり、図９の例では、図８の構成例において、ハーフミラーと受光手段との間に、二次元ＶＣＳＥＬアレイから放出されたレーザー光を所定の倍率で拡大する拡大手段（例えば拡大レンズ）が設けられ、受光手段は、拡大手段で拡大されたレーザー光の光出力を検知するように構成されている。

二次元ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬから放出される各レーザー光は、実際には互いの間隔が狭いため、各ＶＣＳＥＬから同時にレーザー光が出射されるとき、受光手段においてそれぞれのレーザー光を正確に分離して検出するのは難しい。従って、前述した第４，第５の形態において、受光手段で各ＶＣＳＥＬからの個々のレーザー光を検出する場合、ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬをそれぞれ個別に（例えば順次に）駆動する必要があった。

これに対し、この第６の形態では、二次元ＶＣＳＥＬアレイの各ＶＣＳＥＬからのレーザー光のビームピッチを拡大手段（拡大レンズ）によって拡大しているため、各ＶＣＳＥＬが同時に駆動され、各ＶＣＳＥＬから同時にレーザー光が出射されても、受光手段においてそれぞれのレーザー光を正確に分離して検知することができる。

なお、図９の例においては、図８の構成に拡大レンズを追加して、個々のレーザー光を分離・検知しているが、図７の構成に拡大レンズを追加した構成であっても構わない。その場合、画像形成時においては、拡大レンズは、受光手段とともに、図７のａに示す光路外の位置にあり、画像非形成時においては、拡大レンズは、図示しない挿入手段によって図７のｂに示す光路内の位置に受光手段と連動して挿入されなければならない。

（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第３乃至第６のいずれかの形態の光走査装置において、主走査方向終端に１回の主走査終了を検知する主走査終了検知手段がさらに設けられており、主走査終了検知手段で検知された主走査終了検知信号と同期して副走査が行なわれるようになっていることを特徴としている。

図１０は第７の形態の光走査装置の具体例を示す図であり、図１０の例では、図５の光走査装置において、主走査方向終端に、主走査終了検知手段としての光センサが設けられている。

電子写真においては、図１０におけるポリゴンミラー（走査手段）による主走査が終了した後、感光体ドラムを副走査方向に所定の量走査することの繰り返しによって画像形成がなされている。従って、主走査と副走査はあらかじめ決められたタイミングによって行われているが、ポリゴンミラーの回転むらにより上記タイミングにずれが生じ、１つの画像分の主走査を完了する間にそのずれが蓄積し、高品質な画像形成を妨げる恐れがある。

これに対し、第７の形態においては、主走査方向終端に、走査されたレーザー光を検知する主走査終了検知手段（図１０の光センサ）を設け、図１０において破線で示した位置にレーザー光が到達すると、光センサから１回の主走査終了の信号が発せられ、該信号と同期して副走査を行うことにより（感光体ドラムの副走査方向への走査制御を行なうことにより）、ポリゴンミラーの回転むらによる画像品質の低下を防止することができ、高品質な画像形成を行うことができる。

なお、第７の形態において、潜像形成プロセスについては、副走査の実施を主走査終了検知手段より得られる主走査終了の信号をトリガとして行う以外は、第３の形態で説明したものと同様である。

また、図１０の例では、図５の構成例に適用した場合を示したが、図７，図８，図９の構成例にも、同様に適用できる。

（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第３乃至第７のいずれかの形態の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置（電子写真装置）である。

ここで、画像形成装置としては、例えば、複写機，プリンタ，ファクシミリ、あるいは、これらの複合機などが挙げられる。

図１１は第８の形態の画像形成装置（電子写真装置）の具体例を示す図であり、図１１において、光走査装置には、第３乃至第７のいずれかの形態の光走査装置が用いられている。

以下に、図１１の画像形成装置（電子写真装置）を用いた画像形成プロセス（電子写真形成プロセス）を示す。

図１１の電子写真装置では、帯電ユニットにより感光体ドラム上を一様に帯電した後、光走査装置により潜像を形成する。潜像形成プロセスについては第３の形態で説明したものと同様である。潜像が形成された後、電荷により形成された潜像に現像ユニットによりトナー現像を施す。次いで、図示しない給紙ユニットにより供給された記録紙に、転写ユニットによりトナー画像を転写する。そして、記録紙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上の潜像を除電ユニットにより消去した後、感光体ドラム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、第１の形態の二次元ＶＣＳＥＬアレイを用いた光走査装置を含む画像形成装置（電子写真装置）に関するものである。二次元ＶＣＳＥＬアレイを構成するＶＣＳＥＬは、図１２に示すように、第一反射鏡としてＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ ｐ−ＤＢＲを用い、また、第二反射鏡としてＡｌＡｓ／Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ ｎ−ＤＢＲを用い、また、スペーサ層としてＧａＩｎＰを用い、また、活性層としてＧａＩｎＰ障壁層を含むＩｎＧａＡｓＰ ＴＱＷを用い、半導体基板としてｎ−ＧａＡｓ （１００）１５°オフ基板を用い、また、第一電極としてＡｕ，Ｚｎ，Ｃｒを含有するオーミック電極を用い、また、第二電極としてＡｕ，Ｇｅ，Ｎｉを含有するオーミック電極を用いた。なお、活性層中に含まれるＩｎＧａＡｓＰは、発振波長が７８０ｎｍになるよう組成を調整している。

図１３は実施例１に用いられた二次元ＶＣＳＥＬアレイを示す図である。なお、図１３の二次元ＶＣＳＥＬアレイは、図２に示すような配列となっている。二次元ＶＣＳＥＬアレイにおける配列について、４，８００ｄｐｉ用のＶＣＳＥＬアレイを設計する場合、図１３におけるａは一義的に決定され、５．３μｍとなる。図１３におけるｂ及びθについてはｔａｎθ＝ｂ／ａなる関係を満たしていれば任意に決定することができ、ｂ＝６０μｍとするとθ＝８５°である。θ方向，−θ方向の第二の基線上にそれぞれ８素子づつ配列すると、図１３においてｃ＝４２．４μｍとなり、更に第二の基線をθ方向，−θ方向にそれぞれ２本づつ設定すると、該二次元ＶＣＳＥＬアレイに含まれる全素子数は３２個となる。

図５においてポリゴンミラーが正六角形であり１２，０００ｒｐｍで回転している場合、ポリゴンミラー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１ビームのレーザーを用いる場合、Ａ４横サイズの画像（３９，６００ライン）を走査するには約３３秒必要であり、このときの出力速度は１．８シート／分（Ａ４横）となる。これに対し、この実施例１の二次元ＶＣＳＥＬアレイ（発光素子数：３２個）を用いた場合、同時に３２ラインを走査することができ、出力速度は５８．１シート／分となる。

この実施例１の二次元ＶＣＳＥＬアレイを用いる場合、第３の形態において説明したような煩雑な光軸調整を大幅に軽減することができ、光走査装置や電子写真装置の製造工程を簡略化することができる。

本発明の第１の形態を説明するための図である。 二次元面発光レーザーアレイの他の構成例を示す図である。 本発明の第２の形態を説明するための図である。 本発明の第２の形態を説明するための図である。 本発明の第３の形態の光走査装置の具体例を示す図である。 固定治具の構成例を示す図である。 第４の形態の光走査装置の具体例を示す図である。 第５の形態の光走査装置の具体例を示す図である。 第６の形態の光走査装置の具体例を示す図である。 第７の形態の光走査装置の具体例を示す図である。 第８の形態の画像形成装置（電子写真装置）の具体例を示す図である。 実施例１に用いられる二次元面発光レーザーアレイを構成する面発光レーザ素子を示す図である。 実施例１に用いられる二次元面発光レーザーアレイを示す図である。

Claims (8)

1. 半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイであって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面であり、かつ前記第一の基線が半導体基板の（０ １ −１）面若しくは（０ １ １）面に対し垂直であることを特徴とする二次元面発光レーザーアレイ。
2. 半導体基板上に、第一及び第二反射鏡と、第一及び第二反射鏡にはさまれた活性層とが少なくとも形成された面発光レーザー素子が複数個、二次元に配列された二次元面発光レーザーアレイであって、該二次元面発光レーザーアレイは、前記半導体基板上に規定された第一の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザー素子と、前記第一の基線上の面発光レーザー素子の中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなす第二の基線上に等間隔に配置された複数の面発光レーザー素子とを有し、前記半導体基板の主面が（１ ０ ０）面から（１ １ １）方向に所定の角度ａで傾斜しており、かつ前記第一の基線が（０ １ −１）面に対し垂直若しくは平行であることを特徴とする二次元面発光レーザーアレイ。
3. 請求項１または請求項２記載の二次元面発光レーザーアレイと、該二次元面発光レーザーアレイから放出されたレーザー光を走査する走査手段とを有していることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段と、画像形成時以外の時に、前記受光手段を二次元面発光レーザーアレイから放出されるレーザー光の光路上に挿入する挿入手段とがさらに設けられていることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項３記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子から放出されるレーザー光の一部を反射し残りのレーザー光を透過させる光学手段と、光学手段で反射されたレーザー光の光出力を検知する受光手段と、該受光手段における光出力の検知結果に基づいて、前記二次元面発光レーザーアレイの各面発光レーザー素子への注入電流を制御する制御手段とがさらに設けられていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項４または請求項５記載の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイと受光素子との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する拡大手段がさらに設けられていることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の光走査装置において、主走査方向終端に１回の主走査終了を検知する主走査終了検知手段がさらに設けられており、主走査終了検知手段で検知された主走査終了検知信号と同期して副走査が行なわれるようになっていることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置。

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