JP2007180563A - Laser light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザアレイ光源に係り、より詳しくは、レーザプリンタ、複写機等の、レーザアレイを含む光走査装置に設けられるレーザ光源に関する。 The present invention relates to a laser array light source, and more particularly to a laser light source provided in an optical scanning device including a laser array, such as a laser printer or a copying machine.
近年、半導体レーザを用いたレーザプリンタ、複写機などのカラー画像形成装置は、高速高画質プリントに加え、コンパクト、低価格化が進んできている。高速高画質プリントは、レーザ光源を備えた光走査装置を各色毎に複数配置したり、複数の各色のレーザビームを単一の光源から出射するレーザアレイを用いたりすることにより高速化を図ると共に走査線の高密度化を図ることで実現している。 In recent years, color image forming apparatuses such as laser printers and copiers using semiconductor lasers have become more compact and less expensive in addition to high-speed and high-quality printing. High-speed and high-quality printing is achieved by increasing the speed by arranging a plurality of optical scanning devices with laser light sources for each color or using a laser array that emits a plurality of laser beams of each color from a single light source. This is achieved by increasing the density of scanning lines.
図20には、光走査装置を各色毎に複数配置した所謂タンデム型の画像形成装置を示した。図20に示す画像形成装置100は、記録紙の搬送方向に並列に配置され、後述する光走査装置によってレーザビームの露光を受けることにより表面に静電潜像を形成する感光体ドラム104と、感光体ドラム104を帯電するコロトロン等の帯電器150と、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)のカラーデータに所定の処理を施して得られたY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の画像データに基づいて変調されたレーザビームを出射する光走査装置102と、光走査装置102から出射されたレーザビームを感光体ドラム104に導くシリンドリカルミラー152と、感光体ドラム104に形成された静電潜像をそれぞれY、M、C、Kのトナーで現像する現像器154と、記録紙156を感光体ドラム104の配置方向に搬送して、感光体ドラム104上に形成された各色のトナー像を記録紙156上に転写させる搬送ベルト158と、感光体ドラム104上に残留したトナーを除去するクリーナ160と、各色の転写が終了した記録紙156の転写像を定着する定着ロール162を有して構成されている。
FIG. 20 shows a so-called tandem type image forming apparatus in which a plurality of optical scanning devices are arranged for each color. An
しかしながら、図20に示すように、各色毎に光走査装置102、感光体104、帯電器150、現像器154、クリーナー160等を設けた構成の場合、最も外側の感光体102間の距離L1が長くなり、画像形成装置100が大型化する、という問題があった。
However, as shown in FIG. 20, in the configuration in which the
また、図21には、複数の各色のレーザビームを単一の光源から出射するレーザアレイを用いた画像形成装置を示した。図21に示す画像形成装置107は、4本のレーザビーム106を出射する半導体レーザアレイ(図示せず)と、半導体レーザアレイから出射された4本のレーザビーム106を共通に反射偏向するポリゴンミラー164と、ポリゴンミラー164で反射偏向した4本の偏向ビームを所定の方向に導く反射ミラー166と、反射ミラー166で反射した4本のレーザビーム106をそれぞれ主走査方向に集束させて感光体ドラム108の露光ライン上を等速度で走査させるfθレンズ168と、異なった角度の4つの入射面を有するプリズムと4枚のミラーを組み合わせて成り、fθレンズ168を通過した4本のレーザビーム106を感光体ドラム108の配列位置に応じた方向に分離するプリズム型反射鏡170と、プリズム型反射鏡170によって分離された4本のレーザビーム106をそれぞれ対応する感光体ドラム108に導く反射ミラー172と、反射ミラー172で反射した4本のレーザビーム106を副走査方向にそれぞれ集束させるシリンドリカルレンズ174により構成されている。
FIG. 21 shows an image forming apparatus using a laser array that emits a plurality of laser beams of respective colors from a single light source. An
しかしながら、図21に示すように、複数のレーザビーム106を図示しない単一の光源から出射するレーザアレイ光源を用いた場合には、複数のレーザ光を光学的に割り振るため光走査装置109内の光路設計が複雑になる、という問題があった。また、感光体ドラム108のそれぞれの間には、図示は省略したがクリーナ、現像器等の関連装置が配置されているため、感光体ドラム108のそれぞれの間の距離が決まっており、この各感光体ドラム108の位置に合わせて反射ミラー172が配置されるため、最も外側の反射ミラー172間の距離L1が、最も外側の反射ミラー172と感光体ドラム108の結像位置との距離L2に比べて非常に大きくなり、光走査装置107が大型化する、という問題があった。
However, as shown in FIG. 21, when a laser array light source that emits a plurality of
このような、画像形成装置の大型化、光走査装置の大型化を防ぐため、例えば特許文献1には、図22、23、24に示すような画像形成装置101、103、105が提案されている。
In order to prevent such an increase in the size of the image forming apparatus and an increase in the size of the optical scanning device, for example,
図22に示す画像形成装置101は、Y、M、C、Kの画像データに基づいて変調された4本のレーザビームを出射する光走査装置11と、光走査装置11から出射された4本のレーザビームに対応して設けられ、該レーザビームによる露光により表面に静電潜像をそれぞれ形成する感光体ドラム32と、により構成されている。
An
光走査装置11は、近接した4本のレーザビーム13を出射するレーザアレイ光源12と、レーザアレイ光源12から出射された拡散する4本のレーザビームをそれぞれ平行ビームにするコリメータレンズ14と、コリメータレンズ14を通過した4本のレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ16と、シリンドリカルレンズ16を通過した4本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー18と、反射ミラー18で反射した4本のレーザビームを所定方向へ反射偏向するポリゴンミラー20と、ポリゴンミラー20で反射偏向した4本のレーザビームをそれぞれ主走査方向、及び副走査方向に集束させて感光体ドラム32の露光ライン上を等速度で走査させるfθレンズ22と、fθレンズ22を通過した4本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー24と、出射窓支持部材25上に支持され、反射ミラー24で反射した4本のレーザビームを感光体ドラム32の配列位置に応じた方向に分離する光分離多面鏡26と、光分離多面鏡26で分離された4本のレーザビームをそれぞれ対応する感光体ドラム32に導く最終ミラー(シリンドリカルミラー)28と、で構成されている。
The
光分離多面鏡26は、入射する4本のレーザビームの中心を通り、これらのレーザビームの光軸と平行な面に関して対称な位置に、それぞれレーザビームの入射方向に対して互いに異なった所定の角度で2面ずつ配置させられ、入射した4本のレーザビームを4つの異なった方向に反射する反射面を有して構成されている。反射面の反射角は、感光体ドラム32の配列位置に応じて最終ミラー28の位置と含めてレーザアレイ光源12から感光体ドラム32までの各光路長が等しくなるように設定される。
The light separating
最終ミラー28は、光分離多面鏡26に入射する4本のレーザビームの中心を通り、それらのレーザビームの光軸に平行な面に関して対称で、且つ、感光体ドラム32の配列位置に基づいて光分離多面鏡26の反射面の反射角との関係を含めてレーザアレイ光源12から感光体ドラム32までの各光路長が等しくなるように設定された位置に配置されている。また、両外側に配置されている最終ミラー28間の距離L1が、最終ミラー28と感光体ドラム32の結像位置との間の距離L2の2倍より小さく設定されている。
The
感光体ドラム32は、その転写部における転写媒体への転写効率を100%に設計して、クリーナや廃トナー貯蔵部を不要にしたので、小さな中心間距離L3で配列されている。
The
また、図22に示すように、レーザアレイ光源12は制御装置15によって制御される。また、制御装置15は、図示しないAPC回路を含んでおり、レーザアレイ光源12に設けられたレーザビーム13のバックビームを検知するための図示しないフォトダイオードの出力(レーザビームの光量)をモニタして、光量が予め定めた所定光量になるように光量調整する、所謂APC(Auto Power Control)制御を行うことができると共に、入力された画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。
Further, as shown in FIG. 22, the laser
次に、図23に示す画像形成装置103について説明する。なお、図22に示す画像形成装置101と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, the
画像形成装置103は、最終ミラー28を反射ミラーとし、最終ミラー28で反射したレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ30を備えている。
The
次に、図24に示す画像形成装置105について説明する。なお、図22に示す画像形成装置101と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, the
画像形成装置105は、感光体32が中間転写ドラム34上に配置されており、中間転写ドラム34の下方に転写ロール36が配置された構成である。
The
これらの画像形成装置では、4本のレーザビームを出射するレーザアレイ光源12からの各レーザビーム13を、Y(イエロー)色用、M(マゼンダ)色用、C(シアン)色用、K(ブラック)色用に各々割り当て、各レーザビームを各色毎に設けられた感光体32に略平行に入射させる事で、1つの光走査装置で4色分の画像を形成させている。また、これらの画像形成装置では、各色毎の感光体32に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ね合わせた後、用紙上に一括して転写するため、高速かつコンパクトで安価な構成とすることができる。
In these image forming apparatuses, each
さらに、上記の画像形成装置は、両外側に配置されている最終ミラー28間の距離L1が、最終ミラー28と感光体ドラム32の結像位置との間の距離L2の2倍より小さく設定されているため、最終ミラー28等を他の走査光学系と一体化させることができ、光走査装置を小型化することができる。
しかしながら、これらの画像形成装置に、熱干渉による光量変動が大きいレーザアレイ光源を用いたり、光量変動が大きい領域のレーザ出射光量域を使用したりした場合、副走査方向に各色の濃度差や色差が発生してしまう場合がある。この点について図25を参照して説明する。 However, if a laser array light source with a large amount of light fluctuation due to thermal interference is used in these image forming apparatuses, or a laser emission light amount region with a large amount of light amount fluctuation is used, the density difference or color difference of each color in the sub-scanning direction. May occur. This point will be described with reference to FIG.
図25には、4本のレーザビーム13を出射するレーザアレイ光源12における各チャンネルのレーザ点灯タイミング及び各感光体に照射されるレーザビームの光量が示されている。なお、チャンネルCh1がM色用、チャンネルCh2がY色用、チャンネルCh3がK色用、チャンネルCh4がC色用となっている。
FIG. 25 shows the laser lighting timing of each channel in the laser
図25に示すように、まず、画像形成前に、チャンネルCh1から順に強制点灯させ、APC制御により光量がP1のレベルになるように光量調整する。そして、各色のSOS信号(走査開始信号)が入力されると、各色の画像信号に応じて各レーザビームがオンオフされる。 As shown in FIG. 25, first, before image formation, the light is forcibly lit in order from the channel Ch1, and the light amount is adjusted by the APC control so that the light amount becomes the level of P1. When an SOS signal (scanning start signal) for each color is input, each laser beam is turned on / off according to the image signal for each color.
ここで、画像形成前にAPCによりレーザビームの光量をP1のレベルに調整しても、各レーザビームが順次点灯されるに従って、レーザアレイの熱干渉により各レーザビームの光量が低下する。例えば、チャンネルCh1からのレーザビームの光量は、チャンネルCh2〜Ch4からのレーザビームが点灯するに従って熱干渉が発生し、図25に示すようにP21、P31、P41のように光量が低下していく。この光量の低下(P1との光量差)が濃度差、色差となって現れる。 Here, even if the amount of light of the laser beam is adjusted to the level of P1 by APC before image formation, the amount of light of each laser beam decreases due to thermal interference of the laser array as each laser beam is sequentially turned on. For example, the light amount of the laser beam from the channel Ch1 is caused by thermal interference as the laser beams from the channels Ch2 to Ch4 are turned on, and the light amount is reduced as shown in P21, P31, and P41 as shown in FIG. . This decrease in light amount (difference in light amount with respect to P1) appears as a density difference and a color difference.
本発明は上記事実に鑑みて成されたものであり、画像の濃度差及び色差を抑制することができるレーザ光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above facts, and an object of the present invention is to provide a laser light source capable of suppressing the density difference and color difference of images.
本発明者は、図22、23、24に示した画像形成装置101、103、105におけるレーザアレイの光量変動と各色の濃度差、色差との関係を実験により調査した所、図18及び図19に示すような結果を得た。
The inventor investigated the relationship between the light quantity fluctuation of the laser array and the density difference of each color and the color difference in the
図18及び図19には、人間の相対感度が最も高いM色におけるレーザアレイの光量変動ΔP(%)と濃度差ΔDとの関係及び前記光量変動ΔPと色差ΔEcmcとの関係がそれぞれ示されている。これらの実験結果は、レーザアレイの光量変動を複数段階(図18、図19では6段階)に調整して各々プリントサンプルを作成し、これを測色した結果である。そして、各プリントサンプルを被験者10人によって目視確認してもらい、濃度差、色差を認知できるか否かを評価してもらった所、光量変動ΔPが約9%の場合(濃度差ΔDが約0.04の場合)、50%の人が濃度差が発生しているのを認知したものの、気にならないレベルである、という結果を得た。これ以上光量変動ΔPが大きくなると、肉眼で検知できるほどの濃度差や色差が発生する。 FIGS. 18 and 19 show the relationship between the light amount variation ΔP (%) of the laser array and the density difference ΔD and the relationship between the light amount variation ΔP and the color difference ΔEcmc in the M color, which has the highest human relative sensitivity. Yes. These experimental results are results obtained by adjusting the light amount fluctuation of the laser array in a plurality of stages (six stages in FIGS. 18 and 19), creating print samples, and measuring the colors. Each print sample was visually confirmed by 10 subjects and evaluated whether or not the density difference and color difference could be recognized. When the light amount fluctuation ΔP was about 9% (the density difference ΔD was about 0). In the case of .04), 50% of the people recognized that the difference in density occurred, but the result was that it was a level at which they did not care. When the light amount fluctuation ΔP becomes larger than this, a density difference and a color difference that can be detected with the naked eye are generated.
従って、図22〜24に示したような画像形成装置で高画質化を図るには、レーザアレイの熱干渉に起因する光量変動を抑制する必要があり、好ましくは光量変動ΔPを約9%以下に抑制する必要がある。 Therefore, in order to achieve high image quality with the image forming apparatus as shown in FIGS. 22 to 24, it is necessary to suppress the light quantity fluctuation caused by the thermal interference of the laser array, and preferably the light quantity fluctuation ΔP is about 9% or less. It is necessary to suppress it.
そこで、請求項1記載の発明のレーザアレイ光源は、複数のレーザビームを射出し、かつ前記レーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された複数の発光領域を備えかつ前記発光領域間に第1の溝が設けられたレーザアレイと、前記所定方向の所定位置に前記レーザアレイの少なくとも一部が接するように設けられかつ前記第1の溝に対応する位置に第2の溝が設けられたサブマウントを介して、前記レーザアレイに発生する熱を放熱するためのヒートシンクと、で構成され、かつ前記発光領域間における前記所定方向の熱抵抗が、前記発光領域から前記ヒートシンクにおける前記所定方向と交差する方向の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする。 Accordingly, the laser array light source according to the first aspect of the present invention includes a plurality of light emitting regions that emit a plurality of laser beams and that are arranged along a predetermined direction intersecting with an emission direction of the laser beams. A laser array provided with a first groove in between, and a second groove provided at a position corresponding to the first groove provided so that at least a part of the laser array is in contact with a predetermined position in the predetermined direction. A heat sink for dissipating heat generated in the laser array via the provided submount, and the thermal resistance in the predetermined direction between the light emitting regions is from the light emitting region to the heat sink. It is characterized by being larger than the thermal resistance in the direction crossing the predetermined direction.
この発明によれば、レーザ光源は、複数のレーザビームを射出し、かつレーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された複数の発光領域を備えかつ発光領域間に第1の溝が設けられたレーザアレイを備えている。すなわち、単一のレーザ光源から複数のレーザビームが射出される。また、レーザ光源は、所定方向の所定位置にレーザアレイの少なくとも一部が接するように設けられかつ第1の溝に対応する位置に第2の溝が設けられたサブマウントを介して、レーザアレイに発生する熱を放熱するためのヒートシンクが設けられている。このヒートシンクは、レーザアレイの所定方向に全て接するように設けられていてもよい。 According to this invention, the laser light source includes a plurality of light emitting regions that emit a plurality of laser beams and that are arranged along a predetermined direction intersecting the laser beam emitting direction, and the first groove between the light emitting regions. Is provided. That is, a plurality of laser beams are emitted from a single laser light source. In addition, the laser light source is provided via a submount in which at least a part of the laser array is in contact with a predetermined position in a predetermined direction and a second groove is provided at a position corresponding to the first groove. A heat sink for dissipating the heat generated in the heat sink is provided. The heat sink may be provided so as to be in contact with the laser array in a predetermined direction.
そして、発光領域間における所定方向の熱抵抗が、発光領域からヒートシンクにおける所定方向と交差する方向の熱抵抗よりも大きい。これは発光領域間に第1の溝を設けると共に、ヒートシンク上に設けられたサブマウントの第1の溝に対応する位置に第2の溝を設けることで発光領域間の面積を減少させたり、各発光領域間の距離を長くすることにより実現できる。 And the thermal resistance of the predetermined direction between light emitting areas is larger than the thermal resistance of the direction which cross | intersects the predetermined direction in a heat sink from a light emitting area. This reduces the area between the light emitting regions by providing a first groove between the light emitting regions and providing a second groove at a position corresponding to the first groove of the submount provided on the heat sink, This can be realized by increasing the distance between the light emitting regions.
このように、発光領域間の熱抵抗が、発光領域からヒートシンクにかけての熱抵抗よりも大きいため、発光領域で発光されたレーザビームにより発生する熱がヒートシンク側へ逃げやすくなり、放熱性が高まる。これにより、各レーザビームの光量変動を抑制することができる。 Thus, since the thermal resistance between the light emitting regions is larger than the thermal resistance from the light emitting region to the heat sink, the heat generated by the laser beam emitted from the light emitting region can easily escape to the heat sink side, and the heat dissipation is improved. Thereby, the light quantity fluctuation | variation of each laser beam can be suppressed.
以上説明したように、本発明によれば、画像濃度差及び色差を目立たなくすることができると共に、光走査装置の設計の自由度を高めることができる、という効果を有する。 As described above, according to the present invention, the image density difference and the color difference can be made inconspicuous, and the degree of freedom in designing the optical scanning device can be increased.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。まず、図22〜24に示した画像形成装置101、103、105等のような単一のレーザ光源から射出された複数のレーザを対応する感光体に各々照射する画像形成装置に好適なレーザアレイ光源について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a laser array suitable for an image forming apparatus that irradiates a corresponding photosensitive member with a plurality of laser beams emitted from a single laser light source such as the
図1(A)に本発明に係るレーザアレイ光源40の平面図を、図1(B)にレーザアレイ光源40の断面図をそれぞれ示した。
FIG. 1A shows a plan view of a laser array
レーザアレイ光源40は、図1(B)に示すように、ヒートシンク42上にサブマウント44が接着剤46によって接着されており、サブマウント44上にレーザアレイチップ48がコンタクト電極50を介してマウントされた構成となっている。
In the laser array
レーザアレイチップ48は、上から順に図示しないn層、活性層、p層等が順次積層された構成となっており、レーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された各発光点52間には、p層からn層まで達するトレンチ(溝)54が各々形成されている。なお、サブマウント44にも、トレンチ54と対応する位置にトレンチ58が各々形成されている。また、各発光点52に対応するp層上には、p電極56が各々形成され、このp電極56がコンタクト電極50と各々接続される。また、図1(A)に示すように、各コンタクト電極50からは引き出しパターン電極50Aが引き出されており、これが接続ワイヤ60により外部電極62と接続されている。また、p電極56と反対側の面には、n電極64が形成されており、n電極64は、図1(A)に示すように、接続ワイヤ60を介してヒートシンク42と接続されている。
The
次に、レーザアレイ光源40が満たす条件について説明する。まず、一般的なレーザアレイ光源の任意のレーザに着目した場合の光量変動について説明する。
Next, conditions satisfied by the laser array
任意のレーザの自己点灯時に発生する熱量をΔTiとすると、ΔTiは次式で示される。 If the amount of heat generated during self-lighting of an arbitrary laser is ΔTi, ΔTi is expressed by the following equation.
ΔTi=Iopi×Vopi×α×Ri×(1-EXP(t/(Ri×Ci)) …(1)
但し、Iopiは任意の光量Pにおける動作電流(mA)、Vopiは任意の光量Pにおける動作電圧(V)、Riは熱抵抗(K/W)、Ciは熱容量(J/K)であり、iは自然数(i=1、2、3、…n)で、レーザ番号を示す。例えばΔT1は1番目のレーザが点灯したときの発熱量を示し、Iop1は1番目のレーザの光量Pにおける動作電流を示す。レーザの熱時定数τiはRi×Ciで示される。また、αは点灯本数に依存するレーザアレイ固有の補正係数である。複数のレーザを同時に点灯した時は、レーザを単独で点灯した時よりが熱が逃げにくくなり熱抵抗が増加するため、レーザを単独点灯したときの熱抵抗をRiとすると、レーザをn本点灯した時の熱抵抗は、概ねn×Riで表すことができる。
ΔTi = Iopi × Vopi × α × Ri × (1-EXP (t / (Ri × Ci)) (1)
Here, Iopi is an operating current (mA) at an arbitrary light amount P, Vopi is an operating voltage (V) at an arbitrary light amount P, Ri is a thermal resistance (K / W), Ci is a heat capacity (J / K), and i Is a natural number (i = 1, 2, 3,... N) and indicates a laser number. For example, ΔT 1 indicates the amount of heat generated when the first laser is turned on, and Iop1 indicates the operating current at the light amount P of the first laser. The thermal time constant τi of the laser is expressed as Ri × Ci. Α is a correction coefficient specific to the laser array depending on the number of lights. When multiple lasers are turned on at the same time, heat is more difficult to escape than when the lasers are turned on alone, and the thermal resistance increases. Therefore, when the thermal resistance when the laser is turned on alone is Ri, n lasers are turned on. The thermal resistance at this time can be expressed by n × Ri.
また、i番目のレーザ以外のj番目(jは自然数、j=1、2、3、…n:i≠j)に点灯したレーザから流入する熱量をΔTrjとすると、ΔTrjは次式で示される。 Further, ΔTrj is expressed by the following equation, where ΔTrj is the amount of heat flowing from a laser lighted on the jth (j is a natural number, j = 1, 2, 3,..., N: i ≠ j) other than the i-th laser. .
ΔTrj=Iopj×Vopj×Rrj×(1-EXP(t/(Rrj×Crj)) …(2)
但し、Rrjは熱干渉による熱抵抗(K/W)、Crjは熱干渉による熱容量(J/K)である。なお、熱時定数τrjはRrj×Crjで示される。点灯されるレーザが3本以上の場合、i番目のレーザに流入する熱量は、上記(2)式のΔTrjを合計した総熱量、すなわち、i番目以外に点灯した全てのレーザからの熱量の総和と自己発熱量との総和になり、この総熱量をΔTiallとすると、ΔTiallは次式で示される。
ΔTrj = Iopj × Vopj × Rrj × (1-EXP (t / (Rrj × Crj)) (2)
Where Rrj is the thermal resistance (K / W) due to thermal interference, and Crj is the thermal capacity (J / K) due to thermal interference. The thermal time constant τrj is expressed as Rrj × Crj. When there are three or more lasers to be turned on, the amount of heat flowing into the i-th laser is the total heat amount obtained by adding up ΔTrj in the above equation (2), that is, the total amount of heat from all the lasers turned on other than the i-th laser. and it becomes a sum of the self-heating value, when the total amount of heat and [Delta] T Iall, [Delta] T Iall is expressed by the following equation.
ΔTiall=ΔTi+ΣΔTrj …(3)
例えば、レーザが4本の場合、1番目のレーザに流入する総熱量は、ΔT1all=ΔT1+ΔTr2+ΔTr3+ΔTr4となる。
ΔT iall = ΔTi + ΣΔTrj (3)
For example, when there are four lasers, the total amount of heat flowing into the first laser is ΔT 1all = ΔT 1 + ΔT r2 + ΔT r3 + ΔT r4 .
以上から、i番目のレーザの光量変動をΔPldiとすると、ΔPldiは次式で示される。 From the above, assuming that the light amount fluctuation of the i-th laser is ΔPldi, ΔPldi is expressed by the following equation.
ΔPldi=ηi×(Iopi−Ithi×Exp((ΔTi+ΣΔTrj)/T0i)) …(4)
但し、ηiはスロープ効率(W/A)、Ithiはしきい値電流(mA)、T0iは特性温度(K)である。
ΔPldi = ηi × (Iopi−Ithi × Exp ((ΔTi + ΣΔTrj) / T0i)) (4)
However, ηi is slope efficiency (W / A), Ithi is threshold current (mA), and T0i is characteristic temperature (K).
上記(4)式において、i=1、n=1の場合がレーザが1本の場合、すなわちシングルレーザの場合の光量変動の式になる。すなわち、上記(4)式はシングルレーザの場合を含んだ拡張式になっている。 In the above formula (4), the case of i = 1 and n = 1 is a formula for fluctuation of light quantity when there is one laser, that is, a single laser. That is, the above equation (4) is an extended equation including the case of a single laser.
上記(3)、(4)式より、各レーザがシングルレーザと同じキャビテイ構造であるレーザアレイについて複数のレーザを点灯させると、隣接するレーザからの熱干渉による熱量ΔTijにより、光量変動量はシングルレーザに比べて必ず大きくなる。これは、シングルレーザの出射光量範囲で設計した光走査装置の光透過設計範囲を縮小させ、光学設計の変更や、場合によっては光走査装置のコスト増加を発生させる要因となる。 From the above formulas (3) and (4), when each laser is turned on for a laser array having the same cavity structure as that of a single laser, the amount of light fluctuation is single due to the amount of heat ΔTij due to thermal interference from adjacent lasers. It must be larger than a laser. This reduces the light transmission design range of the optical scanning device designed in the range of the amount of light emitted from a single laser, and causes a change in the optical design and, in some cases, an increase in the cost of the optical scanning device.
また、このようなレーザアレイを用いた画像形成装置により、図25に示すように各ビームをY色、M色、C色、K色に振り分けて順次転写像を形成した場合、レーザ点灯本数の増減時に画像濃度変化、色変化が発生する。特に、レーザアレイ内の各レーザの発熱特性及び放熱特性の差が大きいと、各レーザ間の光量変動差が大きくなり、合成色の色差が異なるという問題も加わる。 Further, when an image forming apparatus using such a laser array distributes each beam to Y color, M color, C color and K color as shown in FIG. Image density changes and color changes occur when increasing or decreasing. In particular, if the difference between the heat generation characteristics and the heat dissipation characteristics of each laser in the laser array is large, the difference in light quantity variation between the lasers increases, resulting in a problem that the color difference of the composite color is different.
以上のことから、図22〜24に示した画像形成装置において、画質に影響を与えないための理想的なレーザアレイの必要条件は、各ビームの発熱量が均一でかつ低く、熱干渉が小さくかつ熱干渉が発生しても各ビーム間の熱量の変化量が少ないことである。 From the above, in the image forming apparatus shown in FIGS. 22 to 24, the ideal conditions for the laser array not to affect the image quality are that the heat generation amount of each beam is uniform and low, and the thermal interference is small. In addition, even if thermal interference occurs, the amount of change in the amount of heat between the beams is small.
図2には、従来の4ビームのレーザアレイ光源110を示した。図2(A)にレーザアレイ光源110の平面図を、図2(B)にレーザアレイ光源110の断面図をそれぞれ示した。
FIG. 2 shows a conventional four-beam laser array
図2(B)に示すように、レーザアレイ光源110は、ヒートシンク112上にサブマウント114が導電性接着剤116によって接着されており、サブマウント114上にレーザアレイチップ118がマウントされた構成となっている。
As shown in FIG. 2B, the laser array
レーザアレイチップ118は、サブマウント114上にn層120、活性層122、p層124、絶縁層126が順次積層された構成となっており、各発光点128間には、絶縁層126からn層120まで達する絶縁部130が形成されている。また、各発光点128に対応するp層124上には、電極132が各々形成され、各電極132には、接続ワイヤ134が接続され外部電極との接続ができるようになっている。なお、図中点線部分は、絶縁層を挟んだ多層構造となっており、互いの電極が接触しない構成となっている。
The
このようなレーザアレイ光源110の熱抵抗値はある範囲をもっているが、これは、レーザの点灯本数の増加に従って増加する発熱量に対して、放熱に寄与するヒートシンク112と接触する面積の割合が小さくなるからである。なお、物体間の熱抵抗Rは、次式で表される。
The thermal resistance value of the laser array
R=(1/k)×(L/S) …(5)
但し、kは物体間の熱伝導率、Lは物体間の長さ、Sは物体間の接触面積を示す。
R = (1 / k) × (L / S) (5)
Here, k is the thermal conductivity between the objects, L is the length between the objects, and S is the contact area between the objects.
このようなレーザアレイ光源110のレーザ出射光量(mW)と光量変動ΔP(%)との関係を図11に、レーザの点灯数と規格化光出力比との関係を図12にそれぞれ示した。
FIG. 11 shows the relationship between the laser emission light amount (mW) of the laser array
なお、図11に示した光量変動ΔPは、周波数600Hzでデューティを10%、90%にしてパルス点灯させ、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約60°Cの場合において、デューティ90%で点灯した時の収束光量とデューティ10%で点灯した時のピーク光量との比で、通称ドループと呼ばれている光量変化である。 Note that the light amount fluctuation ΔP shown in FIG. 11 is a pulse lighting with a frequency of 600 Hz and a duty of 10% and 90%, and when the laser array light source package temperature is about 60 ° C. Is the ratio of the amount of convergent light and the peak amount of light when it is lit at a duty of 10%.
また、図12に示した規格化光量比は、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約25°Cの場合において、各レーザの出射光出力を一定に合せたときの光量を1とし、点灯数を増加させた時のレーザ出射光出力の比率を表したものである。 In addition, the normalized light quantity ratio shown in FIG. 12 indicates that when the package temperature of the laser array light source is about 25 ° C., the light quantity when the output light output of each laser is kept constant is 1, and the number of lighting is increased. It shows the ratio of the laser output light power when
図11、12から明らかなように、レーザの点灯数に比例して光量変動ΔPが増加し、各レーザの出射光量が増加するに従って光量変動ΔPが急激に減少するのが判る。 As can be seen from FIGS. 11 and 12, the light amount fluctuation ΔP increases in proportion to the number of lasers to be turned on, and the light amount fluctuation ΔP rapidly decreases as the emitted light amount of each laser increases.
次に、このようなレーザアレイ光源110のレーザアレイチップ周辺における熱の流れについて説明する。
Next, the heat flow around the laser array chip of the laser array
図2に示すように、レーザを複数点灯した時の熱流成分は、レーザアレイチップ118からヒートシンク112に流れる熱流成分A、レーザ相互の熱流成分(熱干渉)B、外部へ雰囲気として流れる熱流成分C、接続ワイヤ134から外部電極へ流れる熱流成分Dに分類することができる。
As shown in FIG. 2, when a plurality of lasers are turned on, the heat flow components A are a heat flow component A flowing from the
レーザアレイ光源110内に流れる熱流に対する熱流成分C及び熱流成分Dの寄与率は、レーザアレイ光源110の熱抵抗と各主要構成物質の熱抵抗の比から求めることができる。レーザアレイ光源110内に流れる熱流を100%と仮定して計算すると、熱流成分Cは約1.7%以下、熱流成分Dは約1.5%以下になる。具体的な算出ケースは、レーザアレイ光源110が収納される機密端子パッケージ内への封入ガスであるドライ空気、N2ガス、接続ワイヤ134に直径28μm、長さ1mmの金線である。
The contribution ratio of the heat flow component C and the heat flow component D to the heat flow flowing in the laser array
このように、熱流成分C,Dはレーザアレイ光源110内に流れる熱流に対して微小であり、レーザを点灯しときの熱の流れは、熱流成分A、Bが支配的であることが判る。
Thus, the heat flow components C and D are very small with respect to the heat flow flowing in the laser array
この熱流の関係と熱抵抗Ri、Rrjを用いて求めた熱飽和状態における熱抵抗簡易等価回路を図3に示す。 FIG. 3 shows a simple thermal resistance equivalent circuit in the thermal saturation state obtained by using the relationship between the heat flow and the thermal resistances Ri and Rrj.
図3に示すように、熱抵抗簡易等価回路140は、各レーザに対応する熱源Ch1〜Ch4を備えており、各熱源Ch1〜Ch4から熱流I1〜I4が流れる。また、各熱源Ch1〜Ch4にはスイッチSW1〜SW4が接続されている。このスイッチをオンした状態がレーザを点灯した状態に相当する。スイッチSW1〜SW4には、それぞれ熱抵抗R1〜R4が各々接続され、熱抵抗R1と熱抵抗R2との間には熱干渉熱抵抗R12が、熱抵抗R2と熱抵抗R3との間には熱干渉熱抵抗R23が、熱抵抗R3と熱抵抗R4との間には熱干渉熱抵抗R34がそれぞれ接続されている。また、各熱抵抗R1〜R4には、ヒートシンク112の熱抵抗Rsが接続されている。なお、図3では、各熱抵抗R1〜R4を流れる熱流をi1〜i4、各熱干渉熱抵抗R12,R23,R34を流れる熱流をi12、i23、i34、ヒートシンク112を流れる熱流をisでそれぞれ示している。
As shown in FIG. 3, the thermal resistance simple
このような熱抵抗簡易等価回路140から、各レーザの発熱量をQ1、Q2,Q3、Q4とした場合に、前述した理想的なレーザアレイ光源の必要条件は、以下のようになる。
When the calorific value of each laser is set to Q1, Q2, Q3, and Q4 from such a simple thermal resistance
条件1:各レーザの発熱が略均等で、かつ小さい。 Condition 1: Heat generation of each laser is substantially uniform and small.
Q1≒Q2≒Q3≒Q4 かつ Q1→0
条件2:各レーザの放熱性が略均等で、かつ小さい。
Q1 ≒ Q2 ≒ Q3 ≒ Q4 and Q1 → 0
Condition 2: The heat dissipation of each laser is substantially uniform and small.
R1≒R2≒R3≒R4 かつ R1→0
条件3:各レーザ間の熱干渉が小さい。
R1≈R2≈R3≈R4 and R1 → 0
Condition 3: Thermal interference between lasers is small.
R12、R23、R34→∞
条件1、2について関連する先行技術としては特許第2622029号公報や特許第2677219号公報に記載された技術がある。また、条件3の理想的な状態を実現するには、隣接する各レーザ間をガス等の気体で分離することが必要となるが、レーザ間が近接したレーザアレイで実現することは極めて難しい。これは、各レーザ毎にチップをサブミクロン精度で配置するための安価な技術がないためである。
R12, R23, R34 → ∞
As prior art relating to the
本発明に係るレーザアレイ光源では、条件1、2を略満足するレーザ構造を有すると共に、条件2及び条件3の関係を見直し、新たに以下に示す条件4を満足する構造とした。
条件4:R1≒R2≒R3≒R4<R12、R23、R34
ただし、R12、R23、R34の関係は任意。
The laser array light source according to the present invention has a laser structure that substantially satisfies the
Condition 4: R1≈R2≈R3≈R4 <R12, R23, R34
However, the relationship between R12, R23, and R34 is arbitrary.
上記条件4は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク112に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させるための条件である。なお、下記に示すように、条件4の下位条件として以下のような条件としてもよい。
条件4’:R1≒R2≒R3≒R4<R12≒R23≒R34
条件4”:R1≒R2≒R3≒R4<R12≒R34<R23
条件4’は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク112に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させると共に、各熱干渉熱抵抗を略均等にする条件である。また、条件4”は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク112に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させると共に、熱干渉熱抵抗R12,34を略均等にし、かつ熱干渉熱抵抗R23よりも小さくする、すなわち中央側の熱干渉を大きくする条件である。
The
条件4’は、レーザ間の熱抵抗差が略均等のため、レーザを多数点灯した時の熱流入のばらつきを抑えることができるため、点灯パターンによる飽和温度差が減少し、画像面内における2次色間の色差、3次色での色差を少なくすることができる。
In
これについて図25を参照して簡単に説明する。図25において、各レーザの点灯により発生する熱の放熱性が異なると、熱干渉飽和時の光量収束値P21、P31、P41、P22、P32、…がすべて異なる。例えば、従来用いていた図2に示したようなレーザアレイ光源110では、両端側のレーザ(Ch1及びCh4)と中央側のレーザ(Ch2及びCh3)との放熱バランスが異なる為、P31−P21とP32−P22が異なり、光量変動差が2つの状態に別れる。この状態でCh1をM色、Ch2をY色、Ch4をC色に選択し、2本のレーザを点灯することによりRGB合成色を作ると、R色(MY合成色)やG色(YC合成色)と異なる濃度でB色(MC合成色)が形成される。また、放熱特性の異なるレーザアレイを用いて3色で面内に一様なフルカラー像を形成しようとすとると、副走査方向に1色点灯領域、2色点灯領域、3色点灯領域の異なる光量変動が混在する事に加え、各レーザの飽和時の光量変動状態数が増加し、放熱性が揃ったレーザアレイより副走査方向の合成色差が大きくなる。しかも、実際のカラープリント画像では各種カラー画像出力の濃淡を各レーザの点滅動作で対応するため、各レーザの熱的光量変動状態数は絶えず変化し、非常に多数の複雑な光量変動状態になる。
This will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 25, when the heat dissipation of the heat generated by lighting each laser is different, the light amount convergence values P21, P31, P41, P22, P32,. For example, in the conventional laser array
このような複雑な光量変動を減少させるには、各レーザの放熱性が略均等なレーザアレイを用い、かつレーザ間の放熱差が等しいことが必要となり、上記条件4と比較した場合条件4’の方がカラー画像に対する濃度差や色差等の悪影響が少なくなる。 In order to reduce such complicated fluctuations in the amount of light, it is necessary to use a laser array in which the heat dissipation of each laser is substantially uniform and the heat dissipation difference between the lasers is equal. In this case, adverse effects such as density difference and color difference with respect to the color image are reduced.
すなわち、条件4’の場合、図25における各光量の関係は、P21≒P22≒P23≒P24、P31≒P32≒P33≒P34、P41≒P42≒P43≒P44かつP21−P1≒P31−P21≒P41−P31となる。
That is, in the case of
条件4”は、条件4’よりも更に熱干渉のバランスを改善したものである。これは、両端側と内側とにレーザの放熱性差があり、端部のレーザのほうが熱干渉の影響が小さくなる。例えば、2ビーム毎に熱干渉熱抵抗値を上げると、各レーザが端部のレーザの放熱性に近づく為、熱干渉によるレーザ間光量変動差を少なくすることができる。
これについて検証するため、図3に示した熱抵抗簡易等価回路における各Ch毎のインピーダンスを計算してみる。なお、計算を簡略化するため、図4に示すように、ヒートシンクまでの熱抵抗を全てR1、レーザ間の熱抵抗を全てR2とし、条件4’を用いて計算した。 In order to verify this, let us calculate the impedance for each Ch in the simplified thermal resistance equivalent circuit shown in FIG. In order to simplify the calculation, as shown in FIG. 4, the thermal resistance to the heat sink is all R1, and the thermal resistance between lasers is R2.
例えばCh1を点灯したときの等価回路は図4で示され、この回路の合成インピーダンスZch1は次式で示される。 For example, an equivalent circuit when Ch1 is turned on is shown in FIG. 4, and a combined impedance Zch1 of this circuit is shown by the following equation.
Zch1=R1(R2+Z2)/(R1+R2+Z2)+Rs …(6)
但し、Z2=R1(R2+Z2)/(R1+R2+Z2)
Z1=R1(R1+R2)/(2R1+R2)
また、Ch2を点灯した時の等価回路は図5で示され、この回路の合成インピーダンスZch2は次式で示される。
Zch1 = R1 (R2 + Z2) / (R1 + R2 + Z2) + Rs (6)
However, Z2 = R1 (R2 + Z2) / (R1 + R2 + Z2)
Z1 = R1 (R1 + R2) / (2R1 + R2)
An equivalent circuit when Ch2 is turned on is shown in FIG. 5, and a combined impedance Zch2 of this circuit is shown by the following equation.
Zch2=R1(R1+R2)(R2+Z1)/(R1(R2+Z1)+(R1+R2)(R2+Z1)+R1(R1+R2))+Rs
…(7)
但し、Z1=R1(R1+R2)/(2R1+R2)
図6には、熱抵抗R1を入力パラメータとしたときの、R2/R1とZch2/Zch1の関係を示した。また、図27には、R2/R1と光量変動ΔPとの関係を示した。図27に示すように、R2/R1が大きい程、すなわち熱干渉熱抵抗R2が熱抵抗R1よりも大きくなる程、光量変動ΔPが小さくなるのが判る。また、Zch2/Zch1が1に近いほど、レーザ間の合成熱抵抗の差が小さくなるため、より光量変動差を抑えることができるが、図6に示すように、R2/R1が大きくなる程、Zch2/Zch1が1に近づき、光量変動差を抑えることができる。
Zch2 = R1 (R1 + R2) (R2 + Z1) / (R1 (R2 + Z1) + (R1 + R2) (R2 + Z1) + R1 (R1 + R2)) + Rs
... (7)
However, Z1 = R1 (R1 + R2) / (2R1 + R2)
FIG. 6 shows the relationship between R2 / R1 and Zch2 / Zch1 when the thermal resistance R1 is an input parameter. FIG. 27 shows the relationship between R2 / R1 and the light quantity variation ΔP. As shown in FIG. 27, it can be seen that the light quantity variation ΔP decreases as R2 / R1 increases, that is, as the thermal interference thermal resistance R2 becomes larger than the thermal resistance R1. Also, the closer Zch2 / Zch1 is to 1, the smaller the difference in the combined thermal resistance between the lasers, so that the light quantity fluctuation difference can be further suppressed, but as R2 / R1 becomes larger as shown in FIG. Zch2 / Zch1 approaches 1 and the light quantity fluctuation difference can be suppressed.
なお、図6から明らかなように、R2/R1<1の領域、すなわち、熱干渉熱抵抗R2が熱抵抗R1よりも小さい場合には、Zch2/Zch1の変化が大きい。これはレーザ間の熱干渉による熱抵抗が小さい為、隣接するレーザからの熱の流入による温度変化が大きくなり、各レーザを点灯した時の光量変動差が大きくなる事を示している。この領域のレーザアレイ光源、すなわち、熱干渉熱抵抗R2が熱抵抗R1よりも小さいレーザアレイ光源は、レーザアレイチップ接着時における熱抵抗のばらつき等の小さな熱抵抗変化でも大きな光量変動差をもたらす為、熱的に不安定な構造である。従って、熱的に安定する領域はR2/R1が1より大きい領域であり、熱干渉熱抵抗R2が熱抵抗R1よりも大きくなるような構造のレーザアレイ光源とすることにより、光量変動差を抑えることができる。具体的には、例えばレーザ間の距離がレーザからヒートシンクまでの距離よりも長い構造とする。 As is apparent from FIG. 6, the change in Zch2 / Zch1 is large when R2 / R1 <1, that is, when the thermal interference thermal resistance R2 is smaller than the thermal resistance R1. This indicates that since the thermal resistance due to the thermal interference between the lasers is small, the temperature change due to the inflow of heat from the adjacent lasers becomes large, and the difference in light quantity fluctuation when each laser is turned on becomes large. The laser array light source in this region, that is, the laser array light source whose thermal interference thermal resistance R2 is smaller than the thermal resistance R1 causes a large light amount fluctuation difference even with a small thermal resistance change such as a variation in thermal resistance when the laser array chip is bonded. It is a thermally unstable structure. Therefore, the thermally stable region is a region where R2 / R1 is greater than 1, and the laser array light source having a structure in which the thermal interference thermal resistance R2 is greater than the thermal resistance R1 suppresses the difference in light amount fluctuation. be able to. Specifically, for example, the distance between the lasers is longer than the distance from the laser to the heat sink.
また、Zch2/Zch1は熱抵抗の合成インピーダンス比であるから、各レーザ間の熱量の変化が少ない放熱バランスの良い構造のレーザアレイ光源とするためには、Zch2/Zch1=1となるような構造にすることが好ましい。 Also, since Zch2 / Zch1 is a combined impedance ratio of thermal resistances, a structure in which Zch2 / Zch1 = 1 is obtained in order to obtain a laser array light source having a good heat dissipation balance with little change in the amount of heat between lasers. It is preferable to make it.
以上のことから、光量変動が少なく、熱的に安定し、放熱バランスのよいレーザアレイ光源とするためには、図6に示すように、R2/R1が例えば3以上となるような構造とすることが好ましい。 From the above, in order to obtain a laser array light source with little fluctuation in light quantity, thermally stable, and good balance of heat dissipation, a structure in which R2 / R1 is 3 or more, for example, as shown in FIG. It is preferable.
上記の検証は条件4を用いても実施することもできるが、条件4’のレーザアレイを作成するほうが安価であり、さらに条件4を満足するレーザアレイよりも放熱バランスが優れているため、点灯パターンの変化によるカラープリントの濃度差や色差を抑える効果が高く、条件4’の方が実用的である。
Although the above verification can be carried out using
なお、上記ケースは4ビームレーザアレイでの検証であったが、各レーザの発熱特性が均一で各レーザの放熱特性に対称性がある構造であれば、点灯可能数が増加した場合でも、隣接するレーザ間にR2>R1の関係があれば同種の効果をもたらす。 Although the above case was a verification with a 4-beam laser array, if the heat generation characteristics of each laser are uniform and the heat dissipation characteristics of each laser are symmetrical, even if the number of lights that can be lit increases, If there is a relationship of R2> R1 between the lasers, the same kind of effect is brought about.
本発明に係るレーザアレイ光源40は、条件1〜3を略満足すると共に、条件4’を略満足する構造となっている。すなわち、レーザアレイチップ48に設けられたトレンチ54、及びサブマウント44に設けられたトレンチ58により各レーザ間の接触面積Sを小さくすることで各レーザ間の熱干渉を減少させてヒートシンク42に流れる熱流を大きくすると共に、各レーザ間の距離L1を略均等にすることにより熱干渉抵抗を略均等にすることで放熱性を高めた構造である。
The laser array
このようなレーザアレイ光源40は、以下のようにして作製される。まず、n型GaAs基板上に、AlGaAsバッファ層、n−AlGaAsクラッド層、Multi−Quantum−Well層、p−AlGaAsクラッド層をエピタキシャル連続成長させ(何れも図示省略)、次に、レーザ発光領域(図1(B)に示す発光点52)上に、発光数(4個)分のp−AlGaAsのストライプ(図示省略)をフォトリソエッチングにより形成し、2ndエピタキシャル成長によりn型AlGaAs電流狭窄層とp型キャップ層(何れも図示省略)を形成し、さらにZn等の不純物拡散でオーミック性を改善する。そして、p電極56を着膜し、フォトリソエッチングで各レーザに個別に電流供給できるようにする。
Such a laser array
ここで注意すべき点は、各レーザの発熱源としての性質を略均等にし、なるべく条件1を満足するようにするため、発光点間隔L1を一定にし、上記(1)式、(4)式におけるIopi、Vopi、ηi、Ithi、T0iの各パラメータが各レーザで同じになる様に、発光点を含む活性層及びストライプ部の構造パラメータと不純物設定パラメータを共通にする。また、各レーザの特性温度T0の絶対値が比較的大きな値(例えば150K以上)になるようなバンドギャップ構造に調整し、各発熱源の発熱量を抑えたレーザ発光構造とする。
The points to be noted here are that the properties of each laser as a heat source are substantially equal, and in order to satisfy the
次に、各レーザ間(発光点間)を電気的、光学的に分離するため、図1(B)に示すように、個別に形成したp電極56間にトレンチ54を形成する。トレンチ54は、発光点間距離L1が比較的短い場合はリアクテイブイオンエッチング等の異方性エッチングを用いて、発光点間距離L1が比較的長い場合は、ケミカルエッチング法を用いて、n−GaAs基板に到達する深さまで切削する。トレンチ54の深さが深ければ深いほど各レーザ間の熱抵抗が高くなるが、次工程の裏面研摩の際において、基板が破損しない範囲で切削する。
Next, in order to electrically and optically separate the lasers (between the light emitting points), as shown in FIG. 1B,
トレンチ54を形成した後、裏面研摩を行い、基板の厚さを例えば0.1mm程度にしたあと、研磨した裏面にn電極64を着膜形成し、基板をバー状にへき開し、バー状のレーザのレーザ発振方向に対して垂直な両面に図示しない共振器ミラーを着膜し、バーをへき開し、各レーザを形成する。
After the
サブマウント44は、適度な絶縁性がありGaAs(0.54W/K・cm2)より高い熱伝導率の材質、例えばSi、AlN、Al2O3、BeO、SiC、SiC(BeO含む)等を主成分とした基板を分割したものを用いた。サブマウント44のレーザアレイチップ48との実装面側には、レーザアレイチップ48のp電極56と同程度の大きさのコンタクト電極(Au系、Al系)50を着膜する。そして、コンタクト電極50と外部電極62とを接続できるように、図1(A)に示すようなコンタクト電極50から引き出された引き出しパターン電極50Aを形成する。引き出しパターン電極50Aは金線から成る接続ワイヤ60により外部電極62と接続される。
The
なお、サブマウント44上のコンタクト電極50には、更に図示しないPbSnソルダ等を電界めっき法で接合層として形成し、サブマウント44の厚さをレーザアレイチップ48と同等の厚さまで裏面研摩する。また、レーザアレイと接触するサブマウント44には、図1(B)に示すようにトレンチ58を形成し、レーザ間の熱抵抗を増加させるようにする。また、サブマウント44上に形成された引き出しパターン電極50Aの大きさを各レーザ間で異ならせることにより各レーザ間の熱抵抗を調整するようにしてもよい。
Note that a PbSn solder or the like (not shown) is further formed as a bonding layer on the
レーザアレイチップ48とサブマウント44のオーミックコンタクトは、レーザアレイチップ48のp電極56とサブマウント44の図示しないPbSnソルダ部をセルフアラインによる加熱処理で結合させ、位置合わせを行う。
The ohmic contact between the
このようにして作製したレーザアレイチップ48を表面実装したサブマウント44をヒートシンク42と接着する。接着剤46は加熱接着剤をヒートシンク42にポッテイングで塗布し、レーザアレイチップ48が実装されたサブマウント44を加熱することにより接着する。なお、加熱接着剤には、熱抵抗の低い導電性材料を用いる事が好ましい。ヒートシンク42には、T0管タイプ機密パッケージステムと一体構造のものでかつコバール系材料(Cu系材料)のものを用いた。
The
図7に一般的なT0管タイプパッケージ70の一例を示した。図7(A)にはT0管タイプパッケージ70の上面断面図が、図7(B)には図7(A)に示すウインドウキャップ72が外された状態のT0管タイプパッケージ70の側面図が示されている。
FIG. 7 shows an example of a general T0
図7(B)に示すように、T0管タイプパッケージ70は、レーザアレイ光源40がステム74上に設けられ、これが図7(A)に示すようなウィンドウキャップ72でパッケージングされた構成となっている。ウィンドウキャップ72の上部には、窓部76が設けられており、この窓部76に対応するウィンドウキャップ72の内側には、ガラス78が封止接着剤80により接着されている。レーザビームは窓部76から出射される。
As shown in FIG. 7B, the T0
また、ステム74には、レーザアレイチップ48から出射されるレーザビームのバックビームを光量検知するためのPiNシリコンホトダイオードチップ82が実装されており、レーザアレイチップ48が表面実装されたサブマウント44をヒートシンク42に表面実装した後、サブマウント44上に形成された引き出しパターン電極50Aと外部電極62、レーザアレイチップ48のn電極64とグランド電極とを金線ボンデイングにより各々電気的に接続する。
The
最後に、ウィンドウキャップ72を電気溶接又は熱溶接でステム74に接続することによりレーザアレイ光源40の作製が終了する。
Finally, the
なお、条件4’を満足する構造として、図8に示すような構造としてもよい。図8に示すレーザアレイ光源41は、サブマウント44にトレンチが設けられておらず、レーザアレイチップ48に設けられたトレンチ54の深さが、図1に示すレーザアレイ光源40のトレンチ54の深さよりも浅いが、各レーザ間の距離L2を、図1に示すレーザアレイ光源40の各レーザ間の距離L1よりも長くすることで、各レーザ間の熱干渉を減少させてヒートシンク42に流れる熱流を大きくすると共に、各レーザ間の距離L2を略均等にすることにより熱干渉抵抗を略均等にすることで放熱性を高めた構造である。
As a structure satisfying the condition 4 ', a structure as shown in FIG. 8 may be used. The laser array
このように、各レーザ間の距離L2を長くすることにより、発光点52とヒートシンク42との間の距離H2を図1に示すレーザアレイ光源40の発光点52とヒートシンク42との間の距離H1よりも小さくすることができる。また、サブマウント44にトレンチが設けられていないため、安価に製造することができる。
In this way, by increasing the distance L2 between the lasers, the distance H2 between the
また、条件4”を満足する構造としてもよい。このような構造のレーザアレイ光源を図9、10に示す。
Further, a structure satisfying the
図9に示すレーザアレイ光源43は、中央のトレンチ54の深さが両側のトレンチ54の深さより深くなっている。その他は図3に示したレーザアレイ光源40と同様である。すなわち、レーザアレイ光源43は、中央のトレンチ54の深さを両側のトレンチ54の深さよりも深くすることにより、両側2つの発光点間の熱干渉熱抵抗を略均等にし、かつこの熱干渉抵抗よりも中央の発光点間の熱干渉熱抵抗を大きくすることで放熱性を高めた構造である。
In the laser array
図10に示すレーザアレイ光源45は、サブマウント44が設けられておらず、絶縁性の接着剤46によってレーザアレイチップ48とヒートシンク42とが接着されており、さらにヒートシンク42の中央部にトレンチ57が設けられた構成である。
The laser array
図1、8、9に示したレーザアレイ光源ではヒートシンク42とレーザアレイチップ48との間に絶縁性のサブマウント44があり、サブマウント44に溝加工をしている場合と溝加工をしていない場合の例であるが、レーザアレイチップ48からヒートシンク42までの間の熱抵抗(所定方向と交差する方向の熱抵抗)よりも各レーザ間の熱抵抗を高めるには、前記(5)式からも明らかなように、レーザアレイチップ48の熱伝導率K1よりもサブマウント44の熱伝導率K2を高くすれば良い。また、レーザ間の距離L1(又はL2)と発光点52からヒートシンク42までの距離H1(又はH2)との関係は、熱伝導率比K2/K1の大小関係の効果が大きいため、(K2/K1)>(H1/L1)又は(K2/K1)>(H2/L2)を満たせば良い。
In the laser array light source shown in FIGS. 1, 8, and 9, there is an insulating
図13には、本発明に係るレーザアレイ光源におけるレーザ出射光量(mW)と光量変動ΔP(%)との関係を、図14には、本発明に係るレーザアレイ光源におけるレーザの点灯数と規格化光出力比との関係を、図15(A)には、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるCh1のレーザ出射光量(mW)と光量変動ΔPとの関係を、同図(B)には、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるCh2のレーザ出射光量(mW)と光量変動ΔPとの関係をそれぞれ示した。なお、図13、14に示した光量変動ΔP、規格化光量比は図11、12で示したものと同様である。 FIG. 13 shows the relationship between the laser emission light quantity (mW) and the light quantity fluctuation ΔP (%) in the laser array light source according to the present invention, and FIG. 14 shows the number of lasers lit and the standard in the laser array light source according to the present invention. FIG. 15A shows the relationship between the laser output light ratio and the relationship between the light emission amount (mW) of Ch1 and the light amount fluctuation ΔP during the thermal interference of the laser array light source according to the present invention. ) Shows the relationship between the amount of laser emitted light (mW) of Ch2 and the amount of light fluctuation ΔP at the time of thermal interference of the laser array light source according to the present invention. 13 and 14 is the same as that shown in FIGS. 11 and 12.
また、図15に示した光量変動ΔPは、本発明に係るレーザアレイ光源が適用される画像形成装置の動作条件に近いデューティが約50%のパルスでレーザアレイ光源を駆動した場合のピーク光量と収束値光量との比である。なお、Ch1及びCh2について選択した理由は、4ビームのレーザアレイ光源の場合は、放熱構造に対称性があるため、Ch1とCh4、Ch2とCh3が略同一とみなせ、Ch1とCh2の選択で十分だからである。 Further, the light amount variation ΔP shown in FIG. 15 is the peak light amount when the laser array light source is driven with a pulse whose duty is approximately 50% close to the operating condition of the image forming apparatus to which the laser array light source according to the present invention is applied. It is a ratio to the convergent light quantity. The reason for selecting Ch1 and Ch2 is that, in the case of a four-beam laser array light source, since the heat dissipation structure is symmetrical, Ch1 and Ch4 and Ch2 and Ch3 can be regarded as substantially the same, and Ch1 and Ch2 are selected sufficiently. That's why.
図13に示すように、本発明に係るレーザアレイ光源の場合、図11に示した従来におけるレーザアレイ光源と比較して、光量変動ΔPは約50〜60%程度低下し、大幅に改善されているのが判る。すなわち、図26に示すように、レーザ出射光量が0.4mW付近では、ΔPが約50%程度改善されているのが判る。また、各レーザ(Ch)間の光量変動差は、従来のレーザアレイ光源では、図11に示すように最大で約8%(レーザ出射光量が0.4mW付近のΔPの差)あるのに対し、本発明に係るレーザアレイ光源では、図13に示すように、最大で約3%(レーザ出射光量が1mW付近のΔPの差)となっており、従来と比較して約5%程度改善された。 As shown in FIG. 13, in the case of the laser array light source according to the present invention, the light amount fluctuation ΔP is reduced by about 50 to 60% compared with the conventional laser array light source shown in FIG. I can see that. That is, as shown in FIG. 26, it can be seen that ΔP is improved by about 50% when the laser emission light quantity is around 0.4 mW. Further, the difference in light amount fluctuation between the lasers (Ch) is about 8% at maximum (difference in ΔP when the laser emission light amount is around 0.4 mW) in the conventional laser array light source as shown in FIG. In the laser array light source according to the present invention, as shown in FIG. 13, the maximum is about 3% (the difference in ΔP in the amount of emitted laser light is about 1 mW), which is an improvement of about 5% compared to the conventional case. It was.
また、図14に示すように、本発明に係るレーザアレイ光源でレーザを4本点灯した場合における規格化光出力比は、図12に示した従来におけるレーザアレイ光源と比較して約40%程度低下し、光量変動が大幅に改善されているのが判る。 Further, as shown in FIG. 14, the normalized light output ratio when four lasers are turned on with the laser array light source according to the present invention is about 40% compared with the conventional laser array light source shown in FIG. It can be seen that the light intensity fluctuation is greatly improved.
また、隣接するレーザを点灯した場合に光量変動ΔPが約9%以下となるレーザ出射光量の下限値Pminも、図26に示すように、従来では約2.5mW程度であったのに対し、本発明に係るレーザアレイ光源では、図26に示すように約1.2mW程度まで拡張されている。これにより、光走査装置の光量透過率の設計範囲が拡大され、設計の自由度を高めることができる。さらに、前述したように各レーザ間の光量変動差が小さくなっているため、レーザアレイの放熱バランスも改善されていることが判る。 In addition, the lower limit value Pmin of the laser emission light amount that causes the light amount variation ΔP to be about 9% or less when the adjacent laser is turned on is about 2.5 mW in the related art as shown in FIG. The laser array light source according to the present invention is expanded to about 1.2 mW as shown in FIG. Thereby, the design range of the light transmittance of the optical scanning device is expanded, and the degree of design freedom can be increased. Furthermore, as described above, since the difference in light quantity variation between the lasers is small, it can be seen that the heat dissipation balance of the laser array is also improved.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、簡単な構成で感光体上の光量変動を抑制する形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a mode of suppressing light amount fluctuation on the photoconductor with a simple configuration will be described.
前述したように、従来のレーザアレイ光源では、図11、12に示したように、レーザの点灯数に比例して光量変動が増加し、また、各レーザの出射光量が増加するに従って光量変動ΔPが急激に減少する。 As described above, in the conventional laser array light source, as shown in FIGS. 11 and 12, the light amount fluctuation increases in proportion to the number of lasers lit, and the light amount fluctuation ΔP increases as the emitted light amount of each laser increases. Decreases rapidly.
一方、感光体の光量範囲は、画像安定化の為に規定値±10%以下程度に調整する必要がある。このため、従来から用いられているシングルレーザ(単一のレーザビームを射出するレーザ光源)を複数個用いた光走査装置(図20、図21参照)では、それぞれの光透過率(例えばレーザの出射光量と感光体上の光量との比)のばらつきを吸収するために、各レーザ毎に注入電流を変化させ、感光体に必要な規定光量範囲となるように光走査装置を組み立てる段階で調整していた。 On the other hand, the light amount range of the photosensitive member needs to be adjusted to about a specified value ± 10% or less in order to stabilize the image. For this reason, in an optical scanning device (see FIGS. 20 and 21) using a plurality of conventionally used single lasers (laser light sources that emit a single laser beam), each light transmittance (for example, laser In order to absorb the variation in the ratio of the amount of light emitted and the amount of light on the photoconductor, the injection current is changed for each laser, and adjustment is performed at the stage of assembling the optical scanning device so that the required light quantity range for the photoconductor is obtained. Was.
このような調整は、複数のレーザを射出するレーザアレイ光源には適用できない。すなわち、複数のレーザを射出するレーザアレイ光源を光透過率が比較的高い光走査装置に適用した場合、光透過率が比較的低い光走査装置に適用した場合に比べてレーザアレイ光源の出射光量を低く設定してしまうからである。前述したようにレーザアレイ光源はシングルレーザと比較して、特に出射光量が低い範囲では光量変動が大きいため、画像濃度差、色差が目立つようになり、光走査装置を安定して製造できない、という問題になっていた。 Such an adjustment cannot be applied to a laser array light source that emits a plurality of lasers. That is, when a laser array light source that emits a plurality of lasers is applied to an optical scanning device with a relatively high light transmittance, the amount of light emitted from the laser array light source is larger than when applied to an optical scanning device with a relatively low light transmittance. Is set low. As described above, the laser array light source has a large variation in the amount of light, especially in the range where the amount of emitted light is low, compared to a single laser, so that the image density difference and color difference become conspicuous and the optical scanning device cannot be manufactured stably. It was a problem.
ここで、レーザアレイ光源の寿命から定まるレーザ出射光量の上限値をPmaxとし、光走査装置の光透過率のばらつきにより定まるレーザ出射光量の下限値をPminとすると、光走査装置を安全に設計、生産できる光量範囲はPmax/Pmin>5以上を満たす範囲とすることが望ましい。しかしながら、図11、12に示したような従来のレーザアレイ光源では光量範囲は2<Pmax/Pmin<4程度となり、光走査装置を安全に設計、生産できる光量範囲とはなっていない。 Here, when the upper limit value of the laser emission light amount determined from the lifetime of the laser array light source is Pmax and the lower limit value of the laser emission light amount determined by the variation in the light transmittance of the optical scanning device is Pmin, the optical scanning device is designed safely. The light quantity range that can be produced is desirably a range that satisfies Pmax / Pmin> 5 or more. However, in the conventional laser array light source as shown in FIGS. 11 and 12, the light amount range is about 2 <Pmax / Pmin <4, which is not the light amount range in which the optical scanning device can be safely designed and produced.
そこで、本実施形態では、光透過率が比較的低い光走査装置を用いて、光走査装置から出射されるレーザビームの光量を比較的安価な光学部品であるフィルタにより減衰させる構成とした。これにより、レーザアレイ光源の出射光量が高めに設定されるため、光量変動を抑制する領域を使用することができ、レーザアレイ光源の熱干渉による画像濃度差、色差の発生を抑制することができる。なお、光量調整する光学部品であれば効果は同一であり、フィルタに限られない。 Therefore, in the present embodiment, an optical scanning device having a relatively low light transmittance is used, and the light amount of the laser beam emitted from the optical scanning device is attenuated by a filter that is a relatively inexpensive optical component. Thereby, since the emitted light quantity of a laser array light source is set high, the area | region which suppresses a light quantity fluctuation | variation can be used and generation | occurrence | production of the image density difference by the thermal interference of a laser array light source and a color difference can be suppressed. . The effect is the same as long as it is an optical component that adjusts the amount of light, and is not limited to a filter.
図16には、本実施形態に係る画像形成装置10を示した。なお、図24に示す画像形成装置105と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 16 shows the
図16に示すように、画像形成装置10は、最終ミラー28がシリンドリカルミラーとなっており、最終ミラー28から反射されたレーザビーム13の光路上に減衰手段としてのフィルタ27が設けられている。各レーザビームはこのフィルタ27を透過して各感光体32に各々照射される。これにより、各レーザビームはフィルタ27によりその光量が減衰させられる。
As shown in FIG. 16, in the
図17には、光走査装置11の走査光学系の光軸を含む平面における展開図が示されている。ここで、図17(A)は副走査方向の展開図に対応し、レーザアレイ光源12から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ14、及びシリンドリカルレンズ16によりポリゴンミラー20上で集束し、次いでfθレンズ22により光分離多面鏡26の反射面上で集束し、更に最終ミラー28により感光体ドラム32上で集束する。即ち、副走査方向では、レーザアレイ光源12の出射面とポリゴンミラー20、また、ポリゴンミラー20と光分離多面鏡26、更に、光分離多面鏡26と感光体ドラム32のドラム面が光学的に共役関係になっている。
FIG. 17 is a development view in a plane including the optical axis of the scanning optical system of the
一方、図17(B)は主走査方向の展開図に対応し、レーザアレイ光源12から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ14により平行ビームにされ、次いでfθレンズ22により感光体ドラム32上に結像される。
On the other hand, FIG. 17B corresponds to a development view in the main scanning direction, and the laser beam emitted from the laser array
以上の構成において、レーザアレイ光源12からY、M、C、Kの画像データに基づいて変調された4本のレーザビームが出射されると、コリメータレンズ14により平行ビームにされた後、シリンドリカルレンズ16により副走査方向に集束され、更にポリゴンミラー20で反射偏向される。反射偏向された4本の偏向ビームはfθレンズ22により主走査方向、及び副走査方向にそれぞれ集束され、反射ミラー24により光分離多面鏡26に導かれ、そこで感光体ドラム32の配列位置に応じた方向に分離される。分離された4本の光ビームはそれぞれ対応する感光体ドラム32に導く最終ミラー28で反射され、シリンドリカルレンズ30を経て予め帯電を受けて回転する感光体ドラム32を露光して、感光体ドラム32の表面に静電潜像を形成する。
In the above configuration, when four laser beams modulated based on the Y, M, C, and K image data are emitted from the laser array
このような光走査装置11は、光透過率が比較的低くなるように各レンズやミラーが構成されている。
In such an
また、図16に示すように、レーザアレイ光源12は制御装置15によって制御される。また、制御装置15は、図示しないAPC回路を含んでおり、制御装置15は、レーザアレイ光源12に設けられたレーザビーム13のバックビームを検知するための図示しないフォトダイオードの出力(レーザビームの光量)をモニタして、APC制御を行うことができると共に、入力された画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。具体的には、前述したように、図25に示すようなシーケンスでレーザアレイ光源12の点灯タイミングを制御する。
As shown in FIG. 16, the laser array
また、光走査装置11の光透過率及びフィルタ27の光透過率は、レーザを複数点灯したときの感光体間の光量変動ΔPが約9%以下になるように設定している。
Further, the light transmittance of the
このように、比較的光透過率の低い光走査装置を用いると共にフィルタ27を設けることにより、レーザアレイ光源の出射光量が高めに設定されるため、従来のレーザアレイ光源12を用いた場合でも、簡単な構成で光量変動を抑制することができる。また、光走査装置11の光透過率及びフィルタ27の光透過率を、レーザを複数点灯したときの感光体間の光量変動ΔPが約9%以下になるように設定することで、人間の目で検知できるほどの濃度差や色差が発生するのを抑えることができるようになった。
In this way, by using an optical scanning device having a relatively low light transmittance and providing the
なお、フィルタ27は、各レーザビームの光量を一律に減衰させるもの、すなわち全ての面で同一の透過率のものを用いてもよいが、各レーザビーム毎に減衰量が異なるもの、すなわち、各レーザが透過する位置の透過率が各々異なるものを用いても良く、透過率が異なる複数のフィルタを用いてもよい。
The
また、図16に示す画像形成装置10に、第1実施形態で説明した本発明に係るレーザアレイ光源を適用してもよい。これによりさらに光量変動を抑制することができる。また、フィルタ27は、前述した図21〜24に示した画像形成装置に適用しても上記と同様の効果を奏する。
Further, the laser array light source according to the present invention described in the first embodiment may be applied to the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、例えば図16、22〜24に示す画像形成装置のレーザアレイ光源12の光量調整タイミングについて説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, for example, the light amount adjustment timing of the laser array
レーザアレイ光源12から射出されたレーザビームの光量が安定するのに必要な光量安定時間は、上記(1)式、(2)式の熱時定数τi、τrjで定まる時間の中で一番長い時間である。
The light amount stabilization time necessary for stabilizing the light amount of the laser beam emitted from the laser array
従って、各レーザに電流を流す通電時間は、熱的に安定する最大の熱時定数で定まる時間より長くしなければならない。なお、各レーザの最大熱時定数は約5msec程度であり、熱干渉時の熱時定数τi(熱干渉飽和時間)の方が長い事が知られている。 Therefore, the energizing time for supplying current to each laser must be longer than the time determined by the maximum thermal time constant that is thermally stable. The maximum thermal time constant of each laser is about 5 msec, and it is known that the thermal time constant τi (thermal interference saturation time) at the time of thermal interference is longer.
一方、レーザ光量の調整は、光走査装置で初期光量を調整するステップと画像書き出し前にAPC回路で調整するステップとから成る。前者は従来通り、光走査装置を組み立てる際に、レーザアレイ光源の各レーザの注入電流を順次調整するものである。通常、この光量調整時間は光走査装置の組み立て装置内で行われ、数秒を要するため、光量調整時間はレーザアレイ光源の熱干渉飽和時間より長くなり、安定したレーザ光量になる。 On the other hand, the adjustment of the laser light amount includes a step of adjusting the initial light amount by the optical scanning device and a step of adjusting by the APC circuit before image writing. The former is to adjust the injection current of each laser of the laser array light source sequentially when assembling the optical scanning device as before. Usually, this light amount adjustment time is performed in the assembly apparatus of the optical scanning device and requires several seconds. Therefore, the light amount adjustment time is longer than the thermal interference saturation time of the laser array light source, and a stable laser light amount is obtained.
しかしながら、画像書き出し前の光量調整は、レーザアレイ光源に内蔵している光量モニタ(フォトダイオード)が1つしかなく、従来通りAPC回路でレーザを順次強制点灯させてフィードバック調整する為、各レーザの強制点灯時間内でAPC制御を収束させるためには各強制点灯時間を熱干渉時の最大熱時定数で定まる時間よりも長くしなければならない。 However, the light amount adjustment before image writing has only one light amount monitor (photodiode) built in the laser array light source, and the APC circuit forcibly turns on the laser sequentially in order to adjust the feedback. In order to converge the APC control within the forced lighting time, each forced lighting time must be longer than the time determined by the maximum thermal time constant at the time of thermal interference.
また、各レーザの強制点灯時間間隔も、最大熱干渉時定数で定まる時間よりも長くし、レーザアレイ光源を冷却させなければならない。この光量調整は、通常1枚プリントする毎、連続プリントを含むジョブ毎で行う。また、各色の画像書き込み間隔も最大熱時定数で定まる時間よりも長くする必要がある。これは、画像書き出し前の各レーザのAPC制御による光量調整が、最大熱時定数で定まる時間よりも長い時間をかけて行われた場合でも、各色の画像の書き出しが熱的に不安定な状態で開始された場合、APC制御による光量調整精度が低くなるためである。さらに、最後の色の画像書き出しタイミングから最初の色の画像形成が終了するまでの期間も最大熱干渉時定数で定まる時間よりも長くする必要もある。 In addition, the forced lighting time interval of each laser must be longer than the time determined by the maximum thermal interference time constant, and the laser array light source must be cooled. This light amount adjustment is normally performed for each job including continuous printing every time one sheet is printed. Also, the image writing interval for each color must be longer than the time determined by the maximum thermal time constant. This is because, even when the light quantity adjustment by APC control of each laser before image writing is performed over a time longer than the time determined by the maximum thermal time constant, the writing of the image of each color is thermally unstable. This is because the light amount adjustment accuracy by the APC control is lowered when the operation is started. Further, the period from the last color image writing timing to the end of the first color image formation needs to be longer than the time determined by the maximum thermal interference time constant.
すなわち、制御装置15は、以下の条件を満たすようにレーザアレイ光源12を制御する。なお、最大熱干渉時定数をτmaxとする。
That is, the
(1)各レーザの強制点灯時間(光量調整期間)>最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置15は、図25に示すCh1のレーザの点灯時間(t2−t1)、Ch2のレーザの点灯時間(t4−t3)、Ch3のレーザの点灯時間(t6−t5)、Ch4のレーザの点灯時間(t8−t7)が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源12を制御する。
(1) Forced lighting time of each laser (light quantity adjustment period)> maximum thermal interference time constant That is, the
(2)各レーザの強制点灯間隔(光量調整間隔) > 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置15は、図25に示すCh1のレーザの強制点灯が終了してからCh2のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間(t3−t2)、Ch2のレーザの強制点灯が終了してからCh3のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間(t5−t4)、Ch3のレーザの強制点灯が終了してからCh4のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間(t7−t6)が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源12を制御する。
(2) Forced lighting interval of each laser (light quantity adjustment interval)> Maximum thermal interference time constant That is, the
(3)最終強制点灯終了から第1色画像書き出し開始までの時間(最後の色画像に対応するレーザビームの光量調整が終了してから最初の色画像の画像形成開始までの期間) > 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置15は、図25に示すCh4のレーザの強制点灯が終了してからCh1のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間(t9−t8)が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源12を制御する。
(3) Time from the end of the last forced lighting to the start of writing the first color image (the period from the end of the laser beam intensity adjustment corresponding to the last color image to the start of image formation of the first color image)> Maximum heat Interference time constant In other words, the
(4)第1色画像書き出し開始から第2色画像書き出し開始までの時間、第2色画像書き出し開始から第3色画像書き出し開始までの時間、第3色画像書き出し開始から第4色画像書き出し開始までの時間(色画像の画像形成開始間隔) > 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置15は、図25に示すCh1のレーザによる画像の書き出しが開始されてからCh2のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間(t10−t9)、Ch2のレーザによる画像の書き出しが開始されてからCh3のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間(t11−t10)、Ch3のレーザによる画像の書き出しが開始されてからCh4のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間(t12−t11)が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源12を制御する。
(4) Time from the start of writing the first color image to the start of writing the second color image, time from the start of writing the second color image to the start of writing the third color image, start of writing the fourth color image from the start of writing the third color image Time until image formation start interval of color image> Maximum thermal interference time constant In other words, the
(5)最終画像書き出し開始から第1色画像書き込み終了までの時間(最後の色画像の画像形成開始から最初の色画像の画像形成が終了するまでの期間) > 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置15は、図25に示すCh4のレーザによる画像の書き出しが開始されてからCh1のレーザによる画像の書き込みが終了するまでの(t13−t12)が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源12を制御する。
(5) Time from the start of writing the final image to the end of writing the first color image (period from the start of image formation of the last color image to the end of image formation of the first color image)> Maximum thermal interference time constant In the
このように、制御装置15は、最大熱干渉時定数、すなわち熱干渉飽和時間より長い時間で光量調整を行うと共に熱干渉飽和時間に基づいて各画像の書き出しタイミングを制御するため、各感光体間の光量変動誤差を抑制することができる。この際、光量変動が約9%以下となるように、光量調整時間及び各画像の書き出しタイミングを制御することが好ましい。
In this way, the
また、第1実施形態に係るレーザアレイ光源40、第2実施形態に係る画像形成装置10、及び第3実施形態に係る制御装置15による各レーザの点灯タイミングの制御を組み合わせてもよい。これにより、さらに光量変動を抑えることができる。
The laser array
10 画像形成装置
11 光走査装置
12、40 レーザアレイ光源(レーザ光源)
15 制御装置
27 フィルタ
32 感光体
42 ヒートシンク
44 サブマウント
46 接着剤
48 レーザアレイチップ(レーザアレイ)
50 コンタクト電極
52 発光点
54 トレンチ
56、58 電極
57 トレンチ
60 接続ワイヤ
62 外部電極
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