JP2009260392A - Two-dimensional surface-emitting laser array, optical scanning device and electrophotographic device - Google Patents

Two-dimensional surface-emitting laser array, optical scanning device and electrophotographic device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable individual VCSELs to be easily wired independently and reduce thermal interference between the VCSELs, even when the VCSELs are highly integrated. <P>SOLUTION: A two-dimensional surface-emitting laser array is constituted of an active layer formed on a semiconductor substrate, a spacer layer formed sandwiching the active layer, a first and second reflective mirrors formed sandwiching the active layer and the spacer, a first electrode formed on the first reflective mirror, and a second electrode formed on the back of the semiconductor substrate. Each of the surface-emitting lasers is independently controlled, even in a case that a plurality of surface-emitting lasers are formed on one semiconductor substrate by forming a mesa structure by processing the first reflective mirror, the spacer layer and the active layer, and the first electrode on the mesa structure. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、化合物半導体デバイス及びプリンタ等の画像形成装置に関し、詳しくは二次元面発光レーザーアレイ、光走査装置及び電子写真装置に関する。   The present invention relates to an image forming apparatus such as a compound semiconductor device and a printer, and more particularly to a two-dimensional surface emitting laser array, an optical scanning apparatus, and an electrophotographic apparatus.

従来、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)潜像を形成する方法が一般的である。   Conventionally, an image forming method using a laser is widely used as an image forming means for obtaining high-definition image quality in image recording in electrophotography. In the case of electrophotography, a method is generally used in which a latent image is formed by rotating a drum (sub-scanning) while scanning a laser (main scanning) using a polygon mirror in the axial direction of a photosensitive drum.

一方、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方法として、主走査・副走査共に高速化すると共にレーザーを高出力化するか、又は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。   On the other hand, in the electrophotographic field, high definition of images and high speed of output are required. As a method for realizing this, a method of increasing the speed of both main scanning and sub-scanning and increasing the output of the laser or increasing the sensitivity of the photosensitive member can be considered, but this method improves the image forming speed. There are many issues such as the development of a light source or a high-sensitivity photosensitive member accompanying the increase in the output of a laser, the reinforcement of the housing that supports it by increasing the speed of main and sub-scans, and the development of a position control method during high-speed scanning. Occurs and requires a great deal of cost and time. In addition, when the resolution of an image is doubled in order to increase the definition of an image, twice the time is required in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. . Therefore, in order to achieve high definition of images, it is necessary to simultaneously achieve high speed image output.

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、1本のレーザーを用いた場合と比較して、n本のレーザーを用いた場合、上記潜像形成領域はn倍となり、画像形成に必要な時間は1/nとなる。   As another method for achieving high-speed image output, a method of using a multi-beam laser is conceivable. In a current high-speed output machine, a plurality of lasers are generally used. By making the laser multi-beamed, the area where the latent image is formed in one main scan is enlarged, and when using n lasers, the above latent image is formed. The image forming area is n times, and the time required for image formation is 1 / n.

このような例として、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いるが(例えば特許文献1、2参照)、このような構成では構造上・コスト上の問題により4ビーム若しくは8ビーム程度が限界であり、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。   As such an example, a multi-beam semiconductor laser having a plurality of light emitting light sources in one chip has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The beam or about 8 beams is the limit, and it is not possible to cope with the speeding up of image output that will be developed in the future.

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(以下VCSELという)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。しかしながらVCSELのより多くの集積化に伴い、複雑な配線が必要となり、これによってVCSELの集積化が妨げられる恐れがある。   On the other hand, a surface emitting laser (hereinafter referred to as VCSEL), which has been actively researched in recent years, can be easily integrated two-dimensionally, and more VCSELs can be integrated two-dimensionally, and an integration method is devised. Thus, the actual beam pitch can be set narrower. However, as more VCSELs are integrated, complex wiring is required, which may hinder VCSEL integration.

また、従来技術として、複数のVCSELを用いた二次元VCSELアレイが提案されており(例えば、特許文献3参照)、この発明におけるVCSELは図12(a)のように配置を定めている。即ち第一の基線上に等間隔にVCSELを配置し、該複数のVCSELの中心を通り、上記第一の基線に対し所定の角度・方向で規定された第二の基線上に複数のVCSELを等間隔に配置している。しかしこのようなVCSELの配置では、実際のVCSELのサイズや隣接するVCSELとの間隔を考慮すると、そこに記載された手段では内側のVCSELの独立配線は困難であり、実現したとしてもVCSELの配置との兼ね合いで多くの制約がある。まして今後画像解像度の向上がなされた場合には、益々困難となる。なお、この従来発明においては図12(b)のようなVCSELの配置も示されているが、この場合も同様である。これに対し、集積化されたVCSELに対しマトリクス状に配線を施す手段が提案されている(例えば特許文献3、4参照)。   As a conventional technique, a two-dimensional VCSEL array using a plurality of VCSELs has been proposed (see, for example, Patent Document 3), and the arrangement of the VCSELs according to the present invention is determined as shown in FIG. That is, the VCSELs are arranged at equal intervals on the first base line, the plurality of VCSELs are passed through the centers of the plurality of VCSELs, and the second base line is defined at a predetermined angle and direction with respect to the first base line. They are arranged at equal intervals. However, in such an arrangement of VCSELs, considering the actual size of the VCSEL and the distance between adjacent VCSELs, independent wiring of the inner VCSEL is difficult with the means described therein, and even if realized, the arrangement of the VCSEL There are a lot of restrictions in balance with Furthermore, it will become increasingly difficult if the image resolution is improved in the future. In this conventional invention, the arrangement of the VCSEL as shown in FIG. 12B is also shown, but the same applies to this case. On the other hand, means for wiring the integrated VCSELs in a matrix has been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

しかしながら、上記特許文献3、4の発明は、VCSELを高度に集積した場合、個々のVCSELの独立配線を可能にすることはできず、全てのVCSELを完全に独立して制御することができない。   However, when the VCSELs are highly integrated, the inventions of Patent Documents 3 and 4 cannot enable independent wiring of individual VCSELs, and cannot control all VCSELs completely independently.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、VCSELを高度に集積した場合であっても、容易に個々のVCSELの独立配線を可能にし、且つ各VCSEL間の熱干渉を低減することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and enables independent wiring of individual VCSELs even when VCSELs are highly integrated, and reduces thermal interference between the VCSELs. It is an object.

また、本発明は、高速、均一且つ安定した高精彩画像記録が可能な光走査装置を提供することを目的としている。   Another object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of recording high-definition images uniformly at high speed.

また、本発明は、高速な記録媒体の出力が可能な電子写真装置を提供することを目的としている。   Another object of the present invention is to provide an electrophotographic apparatus capable of outputting a high-speed recording medium.

かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、半導体基板上に形成された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、を有する二次元面発光レーザーアレイであって、半導体基板上に所定の方向に定義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と、第一の基線上の2n番目(n=0,1,2,・・・)の面発光レーザーの中心を通り、第一の基線に対し所定の角度θをなし、所定の方向に定義された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と、第一の基線上の2n+1番目(n=0,1,2,・・・)の面発光レーザーの中心を通り、第一の基線に対し所定の角度−θをなし、第二の基線で定義した方向とは第一の基線を挟んで反対側の所定の方向に定義された第三の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザーと、から構成され、且つ第一の基線上の面発光レーザーの中心と、第二及び第三の基線上の複数の面発光レーザーの中心より第一の基線上への正射影点が、等間隔に配列していることを特徴とする。   In order to achieve this object, the invention according to claim 1 includes first and second reflecting mirrors formed on a semiconductor substrate, and an active layer sandwiched between the first and second reflecting mirrors. A two-dimensional surface-emitting laser array, a plurality of surface-emitting lasers arranged at equal intervals on a first base line defined in a predetermined direction on a semiconductor substrate, and a 2n-th (n = 0, 1, 2,...), Passes through the center of the surface emitting laser, forms a predetermined angle θ with respect to the first base line, and is arranged at equal intervals on the second base line defined in a predetermined direction. The plurality of surface emitting lasers and the center of the 2n + 1-th (n = 0, 1, 2,...) Surface emitting laser on the first base line and a predetermined angle −θ with respect to the first base line The direction defined by the second base line is the third base defined in the predetermined direction on the opposite side across the first base line. A plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on the line, and a center of the surface emitting laser on the first base line and a plurality of surface emitting lasers on the second and third base lines The orthogonal projection points on the first base line are arranged at equal intervals.

請求項2記載の発明は、半導体基板上に形成された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、を有する二次元面発光レーザーアレイであって、半導体基板上に所定の方向に定義された第一の基線上に等間隔に規定された基点と、第一の基線上の2n番目(n=0,1,2,・・・)の基点とを通り、第一の基線に対し所定の角度θをなし、所定の方向に定義された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と、第一の基線上の2n+1番目(n=0,1,2,・・・)の基点を通り、第一の基線に対し所定の角度−θをなし、第二の基線で定義した方向とは第一の基線を挟んで反対側の所定の方向に定義された第三の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザーと、から構成され、且つ第二及び第三の基線上の複数の面発光レーザーの中心より第一の基線上への正射影点が、等間隔に配列していることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is a two-dimensional surface-emitting laser array having first and second reflecting mirrors formed on a semiconductor substrate, and an active layer sandwiched between the first and second reflecting mirrors. The base points defined at equal intervals on the first base line defined in a predetermined direction on the semiconductor substrate and the 2nth (n = 0, 1, 2,...) On the first base line. A plurality of surface emitting lasers that pass through the base point, form a predetermined angle θ with respect to the first base line, and are arranged at equal intervals on the second base line defined in the predetermined direction, and the first base line 2n + 1 (n = 0, 1, 2,...) Passing through the base point, forming a predetermined angle −θ with respect to the first base line, and the direction defined by the second base line sandwiching the first base line A plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on a third base line defined in a predetermined direction on the opposite side, and second and Orthographic projection points from the centers of the plurality of surface emitting lasers on the third base line to the first base line are arranged at equal intervals.

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の二次元面発光レーザーアレイと、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、平行ビームを走査する手段と、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、を有することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the two-dimensional surface-emitting laser array according to the first or second aspect, means for converting laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array into a parallel beam, and means for scanning the parallel beam. And means for converting so that the focal point is obtained on the same plane from the scanned parallel beam.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、二次元面発光レーザーアレイより放出されるレーザー光を検知する受光素子と、受光素子を二次元面発光レーザーアレイとレーザー光を走査する手段との間に挿入する手段と、をさらに有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the light receiving element that detects the laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array, and the light-receiving element is scanned with the two-dimensional surface-emitting laser array. And means for inserting between the means.

請求項5記載の発明は、請求項3記載の発明において、二次元面発光レーザーアレイより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ハーフミラーと、反射されたレーザー光を検知する受光素子と、をさらに有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein a half mirror that reflects part of the laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array and transmits the remaining laser light, and the reflected laser And a light receiving element for detecting light.

請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の発明において、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手段をさらに有することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 4 or 5, further comprising means for expanding the laser beam at a predetermined magnification between the two-dimensional surface-emitting laser array and the light receiving element. To do.

請求項7記載の発明は、請求項3から6のいずれか1項に記載の発明において、走査終端に受光素子を有することを特徴とする。   According to a seventh aspect of the invention, in the invention according to any one of the third to sixth aspects, a light receiving element is provided at the scanning end.

請求項8記載の発明は、請求項3から7のいずれか1項に記載の光走査装置を有することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the invention, the optical scanning device according to any one of the third to seventh aspects is provided.

本発明によれば、複数のVCSELを有する二次元面発光レーザーアレイを多数集積化した場合においても容易に個々のVCSELの独立配線が可能となり、全てのVCSELを完全に独立して制御することができる。   According to the present invention, even when a large number of two-dimensional surface emitting laser arrays having a plurality of VCSELs are integrated, independent wiring of each VCSEL can be easily performed, and all the VCSELs can be controlled completely independently. it can.

二次元面発光レーザーアレイを構成する各VCSELの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of each VCSEL which comprises a two-dimensional surface emitting laser array. 二次元アレイ化した場合の複数のVCSELの配列方法を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence method of several VCSEL at the time of making into two-dimensional array. 複数のVCSELの独立配線方法を示す図である。It is a figure which shows the independent wiring method of several VCSEL. 本発明の実施例2に係り、個々のVCSELの間隔を確保された二次元面発光レーザーアレイにおける、VCSELの配列方法を示す図である。It is a figure which concerns on Example 2 of this invention and shows the arrangement | sequence method of VCSEL in the two-dimensional surface emitting laser array by which the space | interval of each VCSEL was ensured. 本発明の実施例3に係り、二次元面発光レーザーアレイ、コリメータレンズ、ポリゴンミラー、fθレンズよりなる光走査装置の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention, which includes a two-dimensional surface-emitting laser array, a collimator lens, a polygon mirror, and an fθ lens. 本発明の実施例4に係り、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検知する受光素子と、該受光素子を光路上に挿入する手段とを備えた光走査装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an optical scanning device according to a fourth embodiment of the present invention, which includes a light receiving element that detects laser light emitted from a two-dimensional surface-emitting laser array, and a unit that inserts the light receiving element into an optical path. . 本発明の実施例5に係り、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、該反射光を検知する受光素子とを備えた光走査装置を示す図である。A fifth embodiment of the present invention includes a half mirror that reflects part of laser light emitted from a two-dimensional surface-emitting laser array and transmits the remaining laser light, and a light receiving element that detects the reflected light. FIG. 本発明の実施例6に係り、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所定の倍率で拡大する手段と、拡大されたレーザー光を検知する受光素子とを備えた光走査装置を示す図である。An optical scanning apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, comprising means for enlarging laser light emitted from a two-dimensional surface-emitting laser array at a predetermined magnification and a light receiving element for detecting the enlarged laser light. FIG. 本発明の実施例7に係り、走査方向終端に受光素子を備えた光走査装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an optical scanning device according to a seventh embodiment of the present invention that includes a light receiving element at the end in the scanning direction. 本発明の実施例8に係り、光走査装置を用いた電子写真装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an electrophotographic apparatus using an optical scanning device according to an eighth embodiment of the present invention. 二次元面発光レーザーアレイを用いた光走査装置を含む電子写真装置を示す図である。It is a figure which shows the electrophotographic apparatus containing the optical scanning device using a two-dimensional surface emitting laser array. 従来技術である特許文献3記載の発明に係り、複数のVCSELを用いた二次元VCSELアレイのVCSELの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of VCSEL of the two-dimensional VCSEL array using several VCSEL according to invention of patent document 3 which is a prior art.

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

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。   In recent years, in the field of electrophotography, higher speed of image output and higher density of images have been demanded. Until now, this requirement has been met by increasing the speed of the polygon mirror and improving the laser output.

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。   When forming an image in current electrophotography, laser light is reflected by a polygon mirror that rotates at high speed, and is irradiated in a row in the main scanning direction of the photosensitive member according to image information, and then the photosensitive drum is aligned in the sub-scanning direction. A latent image was formed by repeating the process of scanning pixels. When forming a latent image on the photoconductor, it is necessary to irradiate laser light with a certain energy or more per unit area. Therefore, in order to achieve high-speed latent image formation, the rotation speed of the polygon mirror is improved. Not only that, but also the laser power must be improved. However, there are limits to the improvement in the number of revolutions of the polygon mirror and the laser output, especially the former is about 2-3 times the current limit.

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に走査する際、一回の走査でレーザーの本数に応じて同時に複数列走査できるので、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。なお単素子の単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。   As another method for realizing high-speed image formation, a multi-beam laser can be considered. When forming a latent image using a multi-beam laser, when scanning on the photosensitive member using the polygon mirror for main scanning, multiple rows can be scanned simultaneously according to the number of lasers in one scan, so the polygon mirror rotates. Even if the number and laser output are the same as before, latent image formation can be realized at higher speed. However, the edge-emitting semiconductor lasers used in the past are difficult to realize other than a one-dimensional array in the multi-beam configuration, and because of the large power consumption, it is difficult to prevent the output and lifetime from being reduced due to mutual thermal interference. It is. Even if it is realized, a very complicated process is required, and a significant increase in cost is unavoidable as compared with a single-element edge-emitting semiconductor laser. This tendency becomes more prominent as the number of beams increases, and it is difficult to cope with future image forming speedup. In the case of using a plurality of single-element single-surface-emitting semiconductor lasers, the number of optical systems is the same as the number of elements, and it goes without saying that a significant increase in cost is inevitable.

一方、これらの問題を同時に解決する手段として、面発光レーザーをアレイ化した書込み光源が考えられる。VCSELはレーザー光が基板に対し垂直に取り出すことが可能であるため、発光素子の高度な集積が容易である。しかし多数の発光素子を集積する場合、該発光素子の独立配線を実現することが課題となる。   On the other hand, as a means for solving these problems simultaneously, a writing light source in which surface emitting lasers are arrayed can be considered. Since VCSEL can extract laser light perpendicularly to the substrate, it is easy to highly integrate light emitting elements. However, when a large number of light emitting elements are integrated, it becomes a problem to realize independent wiring of the light emitting elements.

図1から図3は実施例1を説明するための図で、図1において二次元面発光レーザーアレイを構成する各VCSELの構成、図2に二次元アレイ化した場合の複数のVCSELの配列方法、図3に該複数のVCSELの独立配線方法を示しており、それぞれについて以下に説明する。   FIG. 1 to FIG. 3 are diagrams for explaining the first embodiment. The configuration of each VCSEL constituting the two-dimensional surface emitting laser array in FIG. 1, and the arrangement method of a plurality of VCSELs when two-dimensionally arrayed in FIG. FIG. 3 shows an independent wiring method of the plurality of VCSELs, which will be described below.

図1(a−1)において、半導体基板上に形成された活性層と、それを挟むように形成されたスペーサ層、更にそれらを挟むように形成された第一及び二反射鏡、第一反射鏡上に形成された第一電極と半導体基板裏面に形成された第二電極からなる面発光レーザーが示されている。第一反射鏡、スペーサ層、活性層までを加工し形成されたメサ構造と、該メサ構造上に第一電極を形成することによって、一つの半導体基板上に複数の面発光レーザーを形成した場合であっても、個々の面発光レーザーを独立制御することができる。なお第一及び第二オーミック電極のVCSELとのコンタクト方法は図1(a−1)に示した例に限るものではなく、図1(a−2)に示すようなイントラキャビティコンタクト構造であっても構わない。   In FIG. 1 (a-1), an active layer formed on a semiconductor substrate, a spacer layer formed so as to sandwich the active layer, and first and second reflecting mirrors formed so as to sandwich them, a first reflection A surface emitting laser comprising a first electrode formed on a mirror and a second electrode formed on the back surface of a semiconductor substrate is shown. When a plurality of surface emitting lasers are formed on one semiconductor substrate by forming a mesa structure formed by processing up to the first reflector, spacer layer, and active layer, and forming a first electrode on the mesa structure Even so, each surface emitting laser can be controlled independently. The contact method of the first and second ohmic electrodes with the VCSEL is not limited to the example shown in FIG. 1 (a-1), but has an intracavity contact structure as shown in FIG. 1 (a-2). It doesn't matter.

図2において、半導体基板上に第一の基線を規定し、該第一の基線上に等間隔にVCSELを配列する。第一の基線上に配列した複数のVCSELの内、2n(n=0,1,2,・・・)番目のVCSELの中心を通り、上記第一の基線に対するなす角がθとなるよう第二の基線を規定し、該第二の基線上にVCSELを等間隔に配列する。この時第二の基線上に配列した複数のVCSELの中心より、上記第一の基線への正射影点を規定したとき、第一の基線上の2n及び2n+1番目のVCSELの中心により規定される線分を、該正射影点が等分割(図2中a)するよう配列しなければならない。   In FIG. 2, a first base line is defined on a semiconductor substrate, and VCSELs are arranged at equal intervals on the first base line. Among the plurality of VCSELs arranged on the first base line, the second n (n = 0, 1, 2,...) Th VCSEL passes through the center and the angle formed with respect to the first base line is θ. Two baselines are defined, and VCSELs are arranged at equal intervals on the second baseline. At this time, when the orthogonal projection point to the first base line is defined from the centers of the plurality of VCSELs arranged on the second base line, it is defined by the centers of the 2n and 2n + 1th VCSELs on the first base line. The line segments must be arranged so that the orthogonal projection points are equally divided (a in FIG. 2).

更に、上記第一の基線上に配列した複数のVCSELの内、2n+1番目のVCSELの中心を通り、上記第一の基線に対するなす角が−θとなるよう第三の基線を規定し、該第三の基線上にVCSELを等間隔に配列する。この時第三の基線上に配列した複数のVCSELの中心より、上記第一の基線への正射影点を規定したとき、第一の基線上の2n+1及び2n+2番目のVCSELの中心により規定される線分を、該正射影点が等分割するよう配列しなければならない。なお第二及び第三の基線の第一の基線に対するなす角は、絶対値が等しく符号が反対であるため、第三の基線は、第一の基線を挟み、第二の基線の反対側に位置する。   Further, among the plurality of VCSELs arranged on the first base line, a third base line is defined so that the angle formed with respect to the first base line passes through the center of the 2n + 1-th VCSEL and becomes −θ. VCSELs are arranged at equal intervals on the three baselines. At this time, when the orthogonal projection point to the first base line is defined from the centers of the plurality of VCSELs arranged on the third base line, it is defined by the 2n + 1 and 2n + 2th VCSEL centers on the first base line. The line segments must be arranged so that the orthogonal projection points are equally divided. Note that the angles formed by the second and third baselines with respect to the first baseline have the same absolute value and opposite signs, so the third baseline is sandwiched between the first baseline and the opposite side of the second baseline. To position.

このような方法で複数のVCSELを配置した場合、第二及び第三の基線上のVCSELの中心より第一の基線上への正射影点と、第一の基線上の複数のVCSELの中心は、全て等間隔に配列される。   When a plurality of VCSELs are arranged in this way, the orthogonal projection point from the center of the VCSEL on the second and third baselines to the first baseline and the centers of the plurality of VCSELs on the first baseline are Are all arranged at equal intervals.

図3においては、本発明における二次元面発光レーザーアレイの個々のVCSELに対する独立配線方法を示している。本発明においては第二及び第三の基線の間隔(図2中2c*sinθ)が広いため、その間を通し個々のVCSELの独立配線を容易に行うことができる。第二の基線上に第一の基線上のVCSELも含めてm個のVCSELが配列されている場合、c=mb/tanθなる関係が成立する。従って本発明における第二及び第三の基線の間隔は2mb*cosθで表される。即ち第二及び第三の基線の間隔は、該第二及び第三の基線上のVCSELの数に応じて増加するため、VCSELの集積度に関わらず、容易に個々のVCSELの独立配線を実施することができる。なお図3に示した配線方法はあくまでも一例であり、個々のVCSELの独立配線が実現されているのであれば如何なる方法でもかなわない。   FIG. 3 shows an independent wiring method for each VCSEL of the two-dimensional surface-emitting laser array in the present invention. In the present invention, since the distance between the second and third base lines (2c * sinθ in FIG. 2) is wide, independent wiring of each VCSEL can be easily performed through the interval. When m VCSELs including the VCSEL on the first base line are arranged on the second base line, the relationship c = mb / tan θ is established. Therefore, the interval between the second and third baselines in the present invention is represented by 2 mb * cos θ. That is, since the distance between the second and third base lines increases according to the number of VCSELs on the second and third base lines, independent wiring of individual VCSELs can be easily performed regardless of the degree of integration of the VCSELs. can do. Note that the wiring method shown in FIG. 3 is merely an example, and any method can be used as long as independent wiring of each VCSEL is realized.

これに対し、図12により示される、従来のVCSEL配列方法による二次元面発光レーザーアレイにおいては、各VCSEL間の非常に狭い間隔を通して配線を実施しなければならなかった。更にVCSELの集積度に関わらずVCSELの間隔は不変であるから、より多くのVCSELを集積する場合、その独立配線は益々困難になる。   On the other hand, in the two-dimensional surface emitting laser array according to the conventional VCSEL array method shown in FIG. 12, wiring must be performed through a very narrow distance between the VCSELs. Further, since the interval between VCSELs does not change regardless of the degree of integration of VCSELs, when more VCSELs are integrated, the independent wiring becomes increasingly difficult.

以上、実施例1によれば、二次元面発光レーザーアレイ中のVCSELの集積度に関わらず、第一の基線に対しそれぞれ角度θ及び−θをなす第二及び第三の基線を交互に規定することによって、集積化されたVCSELの間隔を拡大し、個々のVCSELの独立配線を容易に実施することができる。   As described above, according to the first embodiment, the second and third base lines that define the angles θ and −θ with respect to the first base line are defined alternately regardless of the degree of integration of the VCSEL in the two-dimensional surface-emitting laser array. By doing so, the interval between the integrated VCSELs can be increased, and independent wiring of each VCSEL can be easily implemented.

二次元面発光レーザーアレイにおいては、VCSELが高度に集積していることによる種々の課題があり、その一つは先述の如く個々のVCSELの配線方法であるが、その他の課題としては、個々のVCSELにおいて発生する熱の相互干渉が考えられる。活性層で発生した熱は、該活性層自身の発光効率や寿命の低下を誘発する。隣接するVCSELからの熱干渉が無視できない場合においては、それらの特性低下は更に顕著になる。このような熱干渉を排除する有効な手段の一つとして、個々のVCSELの間隔を拡大することが考えられる。しかし図12に示した従来のVCSELの配列方法においては、第二の基線上のVCSELの間隔については、第一の基線と第二の基線のなす角を調整することで拡大することが可能であるが、第一の基線上のVCSELや、各第二の基線上のm番目のVCSEL同士の間隔については、該二次元面発光レーザーアレイの利用目的を考慮すると、それらのVCSELの間隔を拡大することは困難である。   In the two-dimensional surface emitting laser array, there are various problems due to the high integration of VCSELs, one of which is the wiring method of individual VCSELs as described above. The mutual interference of heat generated in the VCSEL can be considered. The heat generated in the active layer induces a decrease in luminous efficiency and lifetime of the active layer itself. In the case where the thermal interference from the adjacent VCSEL cannot be ignored, the characteristic deterioration becomes more remarkable. One effective means for eliminating such thermal interference is to increase the interval between individual VCSELs. However, in the conventional VCSEL arrangement method shown in FIG. 12, the distance between the VCSELs on the second base line can be increased by adjusting the angle formed by the first base line and the second base line. However, with regard to the spacing between the VCSELs on the first baseline and the m-th VCSEL on each second baseline, the spacing between the VCSELs is expanded in consideration of the purpose of use of the two-dimensional surface-emitting laser array. It is difficult to do.

一方、実施例1で示した発明においては、同一の第二及び第三の基線上のVCSELや、各第二及び第三の基線上のm番目のVCSEL同士の間隔については十分に広い間隔を確保することが可能であるが、第一の基線上のVCSELについてのみは、十分に広い間隔を確保することができない。   On the other hand, in the invention shown in the first embodiment, a sufficiently wide interval is used for the intervals between the VCSELs on the same second and third baselines and the m-th VCSELs on the second and third baselines. Although it is possible to ensure, a sufficient wide interval cannot be ensured only for the VCSEL on the first baseline.

図4は実施例2を説明するための図で、個々のVCSELの間隔を確保された二次元面発光レーザーアレイにおける、VCSELの配列方法を示している。   FIG. 4 is a diagram for explaining the second embodiment, and shows a method of arranging VCSELs in a two-dimensional surface-emitting laser array in which intervals between individual VCSELs are secured.

図4において、半導体基板上に第一の基線を規定し、該第一の基線上に等間隔に複数の基点を規定する。第一の基線上に規定した複数の基点の内、2n(n:0,1,2,・・・)番目の基点より、上記第一の基線に対するなす角がθとなるよう第二の基線を規定し、該第二の基線上にVCSELを等間隔に配列する。この時第二の基線上に配列した複数のVCSELの中心より、上記第一の基線への正射影点を規定したとき、第一の基線上の2n及び2n+1番目の基点により規定される線分を、該正射影点が等分割(図4中a)するよう配列しなければならない。   In FIG. 4, a first base line is defined on the semiconductor substrate, and a plurality of base points are defined on the first base line at equal intervals. Of the plurality of base points defined on the first base line, the second base line so that the angle formed with respect to the first base line is θ from the 2n (n: 0, 1, 2,...) -Th base point. And VCSELs are arranged at equal intervals on the second baseline. At this time, when the orthogonal projection points to the first base line are defined from the centers of the plurality of VCSELs arranged on the second base line, the line segments defined by the 2n and 2n + 1 base points on the first base line Must be arranged so that the orthogonal projection points are equally divided (a in FIG. 4).

更に上記第一の基線上に規定した複数の基点の内、2n+1番目の基点を通り、上記第一の基線に対するなす角が−θとなるよう第三の基線を規定し、該第三の基線上にVCSELを等間隔に配列する。この時第三の基線上に配列した複数のVCSELの中心より、上記第一の基線への正射影点を規定したとき、第一の基線上の2n+1及び2n+2番目の基点により規定される線分を、該正射影点が等分割するよう配列しなければならない。なお第二及び第三の基線の第一の基線に対するなす角は、絶対値が等しく符号が反対であるため、第三の基線は、第一の基線を挟み、第二の基線の反対側に位置する。   Further, among the plurality of base points defined on the first base line, a third base line is defined so that an angle formed with respect to the first base line passes through the 2n + 1th base point and becomes −θ. VCSELs are arranged at equal intervals on the line. At this time, when the orthogonal projection points to the first base line are defined from the centers of the plurality of VCSELs arranged on the third base line, the line segments defined by the 2n + 1 and 2n + 2 base points on the first base line Must be arranged so that the orthogonal projection points are equally divided. Note that the angles formed by the second and third baselines with respect to the first baseline have the same absolute value and opposite signs, so the third baseline is sandwiched between the first baseline and the opposite side of the second baseline. To position.

このような方法で複数のVCSELを配置した場合、第二及び第三の基線上のVCSELの中心より第一の基線上への正射影点は、全て等間隔に配列される。   When a plurality of VCSELs are arranged by such a method, the orthogonal projection points from the centers of the VCSELs on the second and third baselines to the first baseline are all arranged at equal intervals.

このようにVCSELの配列とすることによって、該二次元面発光レーザー中の全てのVCSELについて、個々のVCSELの間隔を確保することができる。なお、個々のVCSELの構成・独立配線方法については、実施例1と同様である。   By adopting the VCSEL arrangement in this way, it is possible to secure the interval between the individual VCSELs for all the VCSELs in the two-dimensional surface emitting laser. The configuration of each VCSEL and the independent wiring method are the same as in the first embodiment.

以上、実施例2によれば、第一の基線上にVCSELを配列しないことによって、全てのVCSELの間隔を拡大し相互の熱干渉を防止することができ、各VCSELの特性劣化を防止することができる。   As described above, according to the second embodiment, by not arranging the VCSELs on the first base line, it is possible to increase the interval between all the VCSELs to prevent mutual thermal interference and to prevent deterioration of the characteristics of each VCSEL. Can do.

図5は実施例3を説明するための図で、実施例1若しくは2の二次元面発光レーザーアレイ、コリメータレンズ、ポリゴンミラー、fθレンズよりなる光走査装置の構成を示している。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、実施例1若しくは2で規定された二次元面発光レーザーアレイの第一の基線は上記ポリゴンミラーの回転軸に対し平行、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面発光レーザーアレイより放出されるレーザー光を全て含む大きさに設計されている。   FIG. 5 is a diagram for explaining the third embodiment, and shows a configuration of an optical scanning device including the two-dimensional surface-emitting laser array, the collimator lens, the polygon mirror, and the fθ lens of the first or second embodiment. In FIG. 5, the rotation axis of the polygon mirror is set perpendicular to the paper surface, and the first base line of the two-dimensional surface emitting laser array defined in Example 1 or 2 is parallel to the rotation axis of the polygon mirror. That is, it is set perpendicular to the paper surface. The collimator lens is designed to have a size that includes all the laser light emitted from the two-dimensional surface emitting laser array.

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はコリメータレンズによって並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る。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。   Laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array is converted into a parallel beam by a collimator lens, and then scanned in the main scanning direction by a polygon mirror. The scanned laser light is set so that the focal point is obtained at all positions on the photosensitive drum by the fθ lens.

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、図中左から右へ走査される。この時二次元面発光レーザーアレイは、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(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。   In actual image formation, laser light scanned by a polygon mirror is scanned from left to right in the figure. At this time, the two-dimensional surface emitting laser array is driven by a drive circuit (not shown) according to image information. When one main scan is completed, sub-scanning starts immediately in synchronization with it. However, since the conventional optical scanning device has only one light source, it is written in one main scan. Since it is one line, the sub-scan is regarded as one line. However, since the present invention has a plurality of light sources (VCSEL), the number of rows corresponding to the number of light sources can be written in one main scan. Accordingly, the number of rows scanned in one sub-scan is similarly implemented for the corresponding number of rows.

本発明においてはレーザー光のピッチは図2中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2における第二及び第三の基線上の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、上記オフセットを考慮して実施されなければならない。   In the present invention, the pitch of the laser beam is an interval indicated by a in FIG. 2, but the beam spot irradiated on the photosensitive drum is not one line, and the mth on the second and third baselines in FIG. The spot from the VCSEL has an offset of ± mb from the spot from the VCSEL on the first baseline. Therefore, when writing image information during main scanning, the offset must be taken into consideration.

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。   In general, in an optical writing system having an equivalent optical output and polygon mirror rotation speed, when the number of lasers is n, the writing time required for one rotation of the photosensitive drum is 1 / n, which is significantly larger than the conventional one. High speed writing is possible.

本実施例によれば、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、潜像形成を短時間で実施することができる。   According to the present embodiment, a plurality of lines can be scanned simultaneously with a plurality of laser beams, and a latent image can be formed in a short time.

図6は実施例4を説明するための図で、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検知する受光素子と、該受光素子を光路上に挿入する手段とを備えたことを特徴とする光走査装置を示している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the fourth embodiment, and includes a light receiving element for detecting laser light emitted from the two-dimensional surface emitting laser array, and means for inserting the light receiving element into the optical path. Is shown.

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。   In general, it has been confirmed that the output of a semiconductor laser gradually decreases with energization, and this phenomenon is more or less applicable to any semiconductor laser. The fluctuation of the laser output appears as uneven electric potential on the photoconductor in the latent image formation, and is finally observed as uneven image density. Therefore, when an image having a uniform density is formed, the laser light output must be made uniform.

本実施例において、画像形成時においては図6中aに示す光路外の位置にあり、画像非形成時においては、図示しない移動手段によって図6中bに示す光路内の位置に挿入される。これによって各VCSELより放出されるレーザー光を検知・出力測定を行い、その結果より各VCSELへの注入電流を補正し、各VCSELより放出されるレーザー光出力を均一に保つことができる。   In this embodiment, when the image is formed, it is at a position outside the optical path shown in FIG. 6A, and when the image is not formed, it is inserted at a position inside the optical path shown in FIG. As a result, the laser light emitted from each VCSEL can be detected and measured, and the injection current to each VCSEL can be corrected based on the result, so that the laser light output emitted from each VCSEL can be kept uniform.

なお、潜像形成プロセスについては実施例3の構成・動作に記載された内容と同様であるからここでは省略する。   Note that the latent image forming process is the same as that described in the configuration and operation of the third embodiment, and is therefore omitted here.

図7は実施例5を説明するための図で、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、該反射光を検知する受光素子とを備えたことを特徴とする光走査装置を示している。   FIG. 7 is a diagram for explaining the fifth embodiment. A half mirror that reflects a part of the laser light emitted from the two-dimensional surface emitting laser array and transmits the remaining laser light, and the reflected light are detected. 1 shows an optical scanning device including a light receiving element.

実施例4の構成・動作において示した構成においては、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、受光素子の移動手段の設置や、該受光素子の位置精度向上のため構成が複雑になる恐れがあった。   In the configuration shown in the configuration and operation of Example 4, all the laser light can be used for forming a latent image during image formation, but on the other hand, it is possible to install a light receiving element moving means and improve the positional accuracy of the light receiving element. Therefore, there was a risk that the configuration would be complicated.

これに対し、本実施例においては、ハーフミラーによってレーザー光の一部を分離・反射し、該反射光を受光素子で検出することにより、一切の移動手段を設けることなく、各VCSELより放出されるレーザー光を検知・出力測定し、各VCSELへの注入電流を補正、即ち各VCSELより放出されるレーザー光出力を均一に保つことができる。   In contrast, in the present embodiment, a part of the laser beam is separated and reflected by the half mirror, and the reflected light is detected by the light receiving element, so that it is emitted from each VCSEL without providing any moving means. It is possible to detect and measure the output of the laser light and to correct the injection current to each VCSEL, that is, to keep the laser light output emitted from each VCSEL uniform.

また、本実施例によれば、潜像形成中であってもレーザー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。   Further, according to the present embodiment, it is possible to detect the laser light output even during the formation of the latent image, and even if the laser light output of each VCSEL fluctuates during the latent image formation, the injection current can be detected. Correction and adjustment of laser light output are possible.

その反面常にレーザー光出力の一部をハーフミラーで分離・反射しているため、レーザー光の出力ロスは避けられない。   On the other hand, laser light output loss is inevitable because part of the laser light output is always separated and reflected by the half mirror.

なお、潜像形成プロセスについては実施例3の構成・動作に記載された内容と同様であるからここでは省略する。   Note that the latent image forming process is the same as that described in the configuration and operation of the third embodiment, and is therefore omitted here.

図8は実施例6を説明するための図で、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所定の倍率で拡大する手段と、拡大されたレーザー光を検知する受光素子とを備えたことを特徴とする光走査装置を示している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the sixth embodiment, and includes means for enlarging the laser light emitted from the two-dimensional surface emitting laser array at a predetermined magnification and a light receiving element for detecting the enlarged laser light. The optical scanning device characterized by this is shown.

本発明で用いている二次元面発光レーザーアレイより放出されるレーザー光は、実際には複数本放出されているが、その間隔が狭いためそれぞれを分離して検出することは困難である。従って実施例4及び5の方法により個々のレーザー光を検出する場合、それぞれ個別に駆動する必要があった。   Although a plurality of laser beams emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array used in the present invention are actually emitted, it is difficult to detect them separately because their intervals are narrow. Therefore, when detecting individual laser beams by the methods of Examples 4 and 5, it was necessary to drive them individually.

これに対し、本実施例においては拡大レンズによりビームピッチを拡大しているため、個々のレーザー光を分離して検知することができる。また、二次元面発光レーザーアレイ中の個々のVCSELのレーザー出力を同時に独立して検知することができるので、該レーザー光出力を均一に保つことができる。   On the other hand, in the present embodiment, the beam pitch is expanded by the magnifying lens, so that individual laser beams can be detected separately. In addition, since the laser output of each VCSEL in the two-dimensional surface emitting laser array can be detected simultaneously and independently, the laser light output can be kept uniform.

図7においては実施例5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、実施例4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図6中aに示す光路外の位置にあり、画像非形成時においては、図示しない移動手段によって図6中bに示す光路内の位置に受光素子と連動して挿入されなければならない。   In FIG. 7, a magnifying lens is added to the configuration of the fifth embodiment to separate and detect individual laser beams. However, a configuration in which a magnifying lens is added to the configuration of the fourth embodiment may be used. In that case, when the image is formed, it is at a position outside the optical path shown in FIG. 6A, and when the image is not formed, it is interlocked with the light receiving element at a position inside the optical path shown in FIG. Must be inserted.

なお、潜像形成プロセスについては実施例3の構成・動作に記載された内容と同様であるからここでは省略する。   Note that the latent image forming process is the same as that described in the configuration and operation of the third embodiment, and is therefore omitted here.

図9は実施例7を説明するための図で、実施例3〜6で示した光走査装置において、走査方向終端に受光素子を備えたことを特徴とする光走査装置を示している。   FIG. 9 is a diagram for explaining the seventh embodiment. In the optical scanning device shown in the third to sixth embodiments, an optical scanning device having a light receiving element at the end in the scanning direction is shown.

電子写真においては、図9におけるポリゴンミラー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ずれが生じ、1つの画像分の主走査を行う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。   In electrophotography, after main scanning by the polygon mirror in FIG. 9 is completed, image formation is performed by repeatedly scanning the photosensitive drum by a predetermined amount in the sub-scanning direction. Accordingly, the main scanning and the sub-scanning are performed at a predetermined timing. However, a deviation occurs due to uneven rotation of the polygon mirror, and the deviation accumulates during the main scanning for one image, so that a high quality image is obtained. May interfere with formation.

これに対し、本実施例においては、主走査方向終端に走査されたレーザー光を検知する手段を設け、1回の主走査終了の信号と同期して副走査を行うことにより、主走査と副走査を容易に同期させることができ、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、高品質な画像記録を行うことができる。   On the other hand, in this embodiment, a means for detecting the laser beam scanned at the end of the main scanning direction is provided, and the main scanning and the sub scanning are performed by performing the sub scanning in synchronization with the signal of the end of one main scanning. Scanning can be easily synchronized, image quality deterioration due to uneven rotation of the polygon mirror can be prevented, and high-quality image recording can be performed.

なお、潜像形成プロセスについては、副走査の実施を上記レーザー光を検知する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実施例3の構成・動作に記載された内容と同様であるからここでは省略する。   The latent image forming process is the same as that described in the configuration and operation of the third embodiment, except that the sub-scanning is performed with a main scanning end signal obtained from the laser beam detecting means as a trigger. I will omit it here.

図10は実施例8を説明するための図で、実施例3〜7の光走査装置を用いた電子写真装置を示しており、以下に本発明を用いた電子写真形成プロセスを示す。   FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment 8, showing an electrophotographic apparatus using the optical scanning device of the embodiments 3 to 7, and showing an electrophotographic forming process using the present invention.

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実施例3の構成・動作に記載された内容と同様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に、転写ユニットによりトナー画像を転写する。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を施し電子写真画像形成が完了する。   After the photosensitive drum is uniformly charged by the charging unit, a latent image is formed by the optical scanning device. Since the latent image forming process is the same as that described in the configuration and operation of the third embodiment, it is omitted here. The latent image formed by the electric charge is developed with toner by a developing unit. The toner image is transferred by a transfer unit onto recording paper supplied by a paper supply unit (not shown). The toner image transferred onto the recording paper is heat-fixed by a fixing unit (not shown) to complete the electrophotographic image formation.

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、本実施例では、電子写真画像を連続且つ高速に出力することができる。   On the other hand, after the latent image on the photosensitive drum to which the toner image has been transferred is erased by the static eliminator unit, the toner remaining on the photosensitive drum is removed by the cleaning unit. By repeatedly executing the above process, in this embodiment, an electrophotographic image can be output continuously and at high speed.

ここでは実施例1の二次元面発光レーザーアレイを用いた光走査装置を含む電子写真装置を示す。本実施例を構成するVCSELは、図11に示すように第一反射鏡としてAl0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As p-DBR、第二反射鏡としてAlAs/Al0.3Ga0.7As n-DBR、スペーサ層としてGaInP、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、第一電極としてAu、Zn、Crを含有するオーミック電極、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。 Here, an electrophotographic apparatus including an optical scanning apparatus using the two-dimensional surface-emitting laser array of Example 1 is shown. As shown in FIG. 11, the VCSEL constituting the present embodiment has Al 0.9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7 As p-DBR as the first reflecting mirror and AlAs / Al 0.3 Ga 0.7 As n-DBR as the second reflecting mirror. , Using GaInP as a spacer layer, InGaAsP TQW including a GaInP barrier layer as an active layer, an n-GaAs (100) 15 ° off substrate as a semiconductor substrate, an ohmic electrode containing Au, Zn, Cr as a first electrode, a second An ohmic electrode containing Au, Ge, and Ni was used as the electrode. The composition of InGaAsP contained in the active layer is adjusted so that the oscillation wavelength is 780 nm.

二次元面発光レーザーアレイにおける配列について、4,800dpi用の面発光レーザーアレイを設計する場合、図2におけるaは一義的に決定され、5.3umとなる。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=60umとするとθ=85°である。第二及び第三の基線上にそれぞれ8素子ずつ配列すると、c=42.4umとなり、更に第二及び第三の基線を2本ずつ設定すると、該二次元面発光レーザーアレイに含まれる全素子数は32個となる。   Regarding the arrangement in the two-dimensional surface emitting laser array, when a surface emitting laser array for 4,800 dpi is designed, a in FIG. 2 is uniquely determined to be 5.3 μm. b and θ can be arbitrarily determined as long as the relationship of tan θ = b / a is satisfied. If b = 60 μm, θ = 85 °. When 8 elements are arranged on each of the second and third baselines, c = 42.4 um, and when two second and third baselines are set, the total number of elements included in the two-dimensional surface emitting laser array Will be 32.

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33sec必要であり、このときの出力速度は1.8sheet/min(A4横)となる。これに対し、本実施例で示した二次元面発光レーザーアレイ(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 sheet/minとなる。   In FIG. 5, when the polygon mirror is a regular hexagon and is rotated at 12,000 rpm, the laser beam reflected by one reflection surface of the polygon mirror is scanned once in the sub-scanning direction. Scanned. Therefore, when using a one-beam laser, it takes about 33 seconds to scan an A4 horizontal size image (39,600 lines), and the output speed at this time is 1.8 sheets / min (A4 horizontal). On the other hand, when the two-dimensional surface emitting laser array (number of light emitting elements: 32) shown in the present embodiment is used, 32 lines can be scanned simultaneously, and the output speed is 58.1 sheets / min.

以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was described, it is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary.

1 感光体ドラム
2 fθレンズ
3 コリメータレンズ
4 二次元面発光レーザーレイ
5 ポリゴンミラー
6 光走査装置
7 受光素子
8 反射光
9 ハーフミラー
10 拡大レンズ
11 光センサ
12 現像ユニット
13 トナー
14 帯電ユニット
15 クリーニングユニット
16 除電ユニット
17 転写ユニット
18 記録紙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photosensitive drum 2 f (theta) lens 3 Collimator lens 4 Two-dimensional surface emitting laser ray 5 Polygon mirror 6 Optical scanning device 7 Light receiving element 8 Reflected light 9 Half mirror 10 Magnifying lens 11 Optical sensor 12 Developing unit 13 Toner 14 Charging unit 15 Cleaning unit 16 Static elimination unit 17 Transfer unit 18 Recording paper

特開平11−340570号公報JP 11-340570 A 特開平11−354888号公報JP 11-354888 A 特許第3198909号公報Japanese Patent No. 3198909 特開2000−012973号公報JP 2000-012973 A 特開2000−022274号公報JP 2000-022274 A

Claims (8)

半導体基板上に形成された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、を有する二次元面発光レーザーアレイであって、
前記半導体基板上に所定の方向に定義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と、
前記第一の基線上の2n番目(n=0,1,2,・・・)の面発光レーザーの中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなし、所定の方向に定義された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と、
前記第一の基線上の2n+1番目(n=0,1,2,・・・)の面発光レーザーの中心を通り、前記第一の基線に対し所定の角度−θをなし、第二の基線で定義した方向とは第一の基線を挟んで反対側の所定の方向に定義された第三の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザーと、から構成され、且つ第一の基線上の面発光レーザーの中心と、第二及び第三の基線上の複数の面発光レーザーの中心より第一の基線上への正射影点が、等間隔に配列していることを特徴とする二次元面発光レーザーアレイ。
A two-dimensional surface-emitting laser array having first and second reflecting mirrors formed on a semiconductor substrate, and an active layer sandwiched between the first and second reflecting mirrors,
A plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on a first base line defined in a predetermined direction on the semiconductor substrate;
Defines a predetermined angle θ with respect to the first base line through the center of the 2nth (n = 0, 1, 2,...) Surface emitting laser on the first base line. A plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on the second base line,
Passes through the center of the 2n + 1th (n = 0, 1, 2,...) Surface emitting laser on the first base line, forms a predetermined angle −θ with respect to the first base line, and is a second base line And a plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on a third base line defined in a predetermined direction on the opposite side across the first base line, and the first base line The center of the surface emitting laser on the base line and the orthogonal projection points from the center of the plurality of surface emitting lasers on the second and third base lines to the first base line are arranged at equal intervals. Two-dimensional surface emitting laser array.
半導体基板上に形成された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、を有する二次元面発光レーザーアレイであって、
前記半導体基板上に所定の方向に定義された第一の基線上に等間隔に規定された基点と、前記第一の基線上の2n番目(n=0,1,2,・・・)の基点とを通り、前記第一の基線に対し所定の角度θをなし、所定の方向に定義された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と、
前記第一の基線上の2n+1番目(n=0,1,2,・・・)の基点を通り、前記第一の基線に対し所定の角度−θをなし、第二の基線で定義した方向とは第一の基線を挟んで反対側の所定の方向に定義された第三の基線上に等間隔で配置された複数の面発光レーザーと、から構成され、且つ第二及び第三の基線上の複数の面発光レーザーの中心より第一の基線上への正射影点が、等間隔に配列していることを特徴とする二次元面発光レーザーアレイ。
A two-dimensional surface-emitting laser array having first and second reflecting mirrors formed on a semiconductor substrate, and an active layer sandwiched between the first and second reflecting mirrors,
A base point defined at equal intervals on a first base line defined in a predetermined direction on the semiconductor substrate, and a 2nth (n = 0, 1, 2,...) On the first base line. A plurality of surface emitting lasers that pass through a base point, form a predetermined angle θ with respect to the first base line, and are equally spaced on a second base line defined in a predetermined direction;
A direction defined by the second base line passing through the 2n + 1th (n = 0, 1, 2,...) Base point on the first base line, forming a predetermined angle −θ with respect to the first base line. Is composed of a plurality of surface emitting lasers arranged at equal intervals on a third base line defined in a predetermined direction on the opposite side across the first base line, and the second and third bases A two-dimensional surface emitting laser array, wherein orthogonal projection points from the center of a plurality of surface emitting lasers on a line to the first base line are arranged at equal intervals.
請求項1又は2記載の二次元面発光レーザーアレイと、
前記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、
を有することを特徴とする光走査装置。
The two-dimensional surface-emitting laser array according to claim 1 or 2,
Means for converting the laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array into a parallel beam;
Means for scanning the parallel beam;
Means for converting the scanned parallel beam to obtain a focal point on the same plane;
An optical scanning device comprising:
前記二次元面発光レーザーアレイより放出されるレーザー光を検知する受光素子と、
該受光素子を前記二次元面発光レーザーアレイとレーザー光を走査する手段との間に挿入する手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項3記載の光走査装置。
A light receiving element for detecting laser light emitted from the two-dimensional surface emitting laser array;
Means for inserting the light receiving element between the two-dimensional surface-emitting laser array and means for scanning the laser beam;
The optical scanning device according to claim 3, further comprising:
前記二次元面発光レーザーアレイより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ハーフミラーと、
反射された該レーザー光を検知する受光素子と、
をさらに有することを特徴とする請求項3記載の光走査装置。
A half mirror that reflects part of the laser light emitted from the two-dimensional surface-emitting laser array and transmits the remaining laser light;
A light receiving element for detecting the reflected laser beam;
The optical scanning device according to claim 3, further comprising:
前記二次元面発光レーザーアレイと、前記受光素子との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する手段をさらに有することを特徴とする請求項4又は5記載の光走査装置。   6. The optical scanning device according to claim 4, further comprising means for expanding laser light at a predetermined magnification between the two-dimensional surface-emitting laser array and the light receiving element. 走査終端に受光素子を有することを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 3, further comprising a light receiving element at a scanning end. 請求項3から7のいずれか1項に記載の光走査装置を有することを特徴とする電子写真装置。   An electrophotographic apparatus comprising the optical scanning device according to claim 3.
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