JP3227226B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のレーザービームの
走査を行なうレーザービーム走査装置を用いて像担持体
上に潜像を形成する画像形成装置に関し、特に被走査面
上の走査線と結像スポットの配置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置、特に半導体レーザーを用い
たレーザー走査装置は、その構造の簡素さ、高速性、解
像度の高さから、画像表示装置や画像記録装置などの画
像形成装置に広く用いられてきた。なかでも電子写真プ
リンターの露光装置として最適なものであり、レーザー
ビームプリンターとして多くの製品が上市されている。

【０００３】ところが近年の画像形成装置の高速化や高
解像度化の要求が高まりつつあり、走査速度の向上が望
まれている。高速の走査を実現するためには速度の速い
偏向装置が必要になるが、たとえば偏向装置として回転
多面鏡を用いる場合、回転数の高速化には上限がある。
その解決策の１つとして、例えば特開昭５１−１００７
４２に示すように、独立に変調可能な複数のレーザービ
ームを走査し、１回の走査で複数の走査線を同時に走査
するいわゆるマルチビーム走査装置を用いた画像形成装
置が提案されている。

【０００４】このような複数のレーザービームを用いた
従来の光走査装置の例を図１１に示す。複数のレーザー
ビームを射出する光源としては、以前はガスレーザーを
変調器で時分割したり、ビームスプリッターを用いる場
合や、複数の光源を用いる方法も考案されたが、現在で
は構造の簡易さと装置が小さくできるため、半導体レー
ザーアレイ１が多く用いられる。これは、単一（すなわ
ちモノリシック）の素子基板の上に複数のダイオードが
形成してあり、個々のダイオードに流す電流を個別に制
御することにより、ここの半導体レーザーの点灯を独立
に制御するものである。

【０００５】ここで半導体レーザーアレイの構造につい
て詳しく説明する。従来実用に供されてきた半導体レー
ザーアレイの構造図を図１２に示す。図１２において接
合層５１より放出される光は、素子基板の両端の反射面
５２で反射され接合層５１の中を往復しレーザー発振を
起こす。一方光が往復する方向と直交する方向には、屈
折率もしくは利得が異なるようになっており、光が反射
される事はなく発振しない。この両端の反射面５２は一
般に高い反射率が必要であり、半導体基板のへき開によ
って作られる。両面の反射面５２のうち一方は他方に比
べやや反射率が低く、レーザービーム５３が射出され
る。このように半導体基板面とは直交する端面よりレー
ザービームが射出されるため、「端面発光レーザー」と
も呼ばれる。

【０００６】アレイ状の半導体レーザーではこの帯状の
接合層が複数並列に並べられており、その発光部も端面
上に１列に並んでおり、平行なレーザービームが射出さ
れる。 半導体レーザーアレイ１を射出された各レーザ
ービームはコリメータレンズ２によって平行なレーザー
ビームに整形される。これらのレーザービームは回転多
面鏡３によってその方向を周期的に繰り返し偏向され
る。偏向されたレーザービームは走査レンズ４によって
被走査面上に結像スポット６を結ぶ。

【０００７】被走査面には像担持体５が置かれ、レーザ
ーが照射された部分の表面の電荷が消失し、その部分に
選択的に現像剤を静電的に付着させる事により現像され
る。さらにこの現像剤は転写材（多くの場合紙）にやは
り静電気的に転写され、最後にローラーなどで圧力を加
えながら溶融定着される。

【０００８】レーザービームプリンターでは、出力画像
はコンピュータの出力として画像を形成するので、多く
の場合デジタル的な２値画像であって、画像は縦横一定
の間隔に並んだ画素（ドット）によって表される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以下、従来の代表的な
画像形成装置における簡単な数値を例示しながら本発明
の解決しようとする課題を提示する。以降の画像形成方
法の説明の中で、被走査面は走査線とはほぼ直角に移動
することを前提とし、走査線の方向を「主走査方向」、
被走査面内で主走査方向とほぼ直交する方向、すなわち
被走査面の送り方向を「副走査方向」と呼ぶものとす
る。

【００１０】各結像スポットが被走査面を上を走査する
走査線は互いにほぼ平行となる。また、光源の半導体レ
ーザーアレイの発光部は一直線上に一列に並んでいるの
で、被走査面上での結像スポットもほぼ一直線上に並
ぶ。

【００１１】この被走査面上で一列に並んだ結像スポッ
トの隣接するものの間隔は、光源となる半導体レーザー
アレイ上における各結像スポットに対応する発光部の間
隔δに、各レーザービームが経由する光学系の結像倍率
Ｍを乗じた値になる。この結像倍率Ｍはほぼ前記の走査
レンズ４の焦点距離Ｆｓをコリメータレンズ２の焦点距
離Ｆｃで除した値に等しい。なお、図１１においては、
後の述べる面倒れ補正光学系を含んでいるが、これを走
査レンズ、コリメータレンズに含んで焦点距離を考えれ
ば良い。

【００１２】走査線の間隔ｐは、通常、副走査方向の画
素（ドット）ピッチに等しい。この画素ピッチはプリン
ターの解像度の逆数で表され、たとえば３００ｄｐｉ
（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ：１インチ［２５．４ｍ
ｍ］あたりのドット数）であれば８４．７μｍである。
一方、先に述べたコリメータレンズの焦点距離ｆｃ＝１
０ｍｍ、走査レンズの焦点距離ｆｓ＝１６０ｍｍとする
と、光学系の結像倍率は１６倍になる。また、半導体レ
ーザーアレイにおける素子基板端面での発光部の間隔δ
は小さくても１００μｍ程度である。よって、被走査面
上での結像スポットの間隔Δは１．６ｍｍになる。つま
り、結像スポットの間隔は走査線間隔よりははるかに大
きいため、被走査面全体を一定のピッチの走査線で埋め
て行くためには、以下に述べる２つの方法が考えられ
る。

【００１３】まず第１の方法は特開昭５４−１５８２５
１に示すように結像スポットを結んでできる直線を一定
角度傾けて、各走査線のタイミングを一定時間ずつずら
しながら走査する方法である。４本のレーザービームで
走査を行なう場合の被走査面上での結像スポットと走査
線の位置関係を図１３に示す。各結像スポットＳ１〜Ｓ
４は互いに隣合う走査線を一定の時間の遅延を伴いなが
ら走査してゆく。この走査線と結像スポットＳ１〜Ｓ４
がなす直線の傾きγは、図でも明らかなように結像スポ
ットの間隔Δと走査線ピッチｐより、ｓｉｎγ＝ｐ／Δ
となる。先に示した数値例では、γは約３．０゜とな
る。

【００１４】ところがレーザービームプリンターなどの
画像形成装置では、隣接する走査線のピッチ誤差をある
一定の値以下に抑えないとムラ等の形で表れて画像品質
をそこねてしまう。ここに説明した例の場合、走査線４
本ごとに画像の濃淡が生ずる事になり、非常に見苦しい
ものになってしまう。

【００１５】そのため、例えば全ての走査線間隔の誤差
を１０％以内にすることが求められる場合、この例では
４本の隣接する走査線を描くので、最大ピッチの３倍
（つまり３ｐ）をｐの１／１０以下の誤差、３．３％以
下に抑えなければならない。前述の式より角度γの誤差
も当然３．３％以下、すなわち０．１０゜以下に抑えね
ばならぬ事になる。ところがこのような小さな角度誤差
に半導体レーザーアレイの取付角度もしくは被走査面の
送り方向を調整するのは容易な事ではない。

【００１６】そこで実際には、上記のような調整を行っ
て走査線のピッチをある程度の値に調整した後に、一度
に走査する走査線の本数分だけ被走査面を送るよう送り
速度を微調整することが必須となる。しかし、この送り
速度を微調整可能にすると、画像形成プロセス全体のタ
イミングに影響を与えるため、装置の設計が難しくな
る。

【００１７】また、各結像スポットＳ１〜Ｓ４のそれぞ
れがが主走査方向のある一点（例えば図１３に示すＡの
ライン）を通過する時間には差があるため、画像データ
によってレーザーを変調する場合、その結像スポットの
間隔に応じた遅延を正確に生じさせてデータを転送する
必要がある。よって、主走査方向に画素の位置を正確に
そろえるためには走査線毎の遅延量を正確に設定する必
要があるが、例えば図１３においてＳ１〜Ｓ４の主走査
方向の間隔は３ｐ／ｔａｎγであらわされ、先の例では
約１．５９８ｍｍとなり、約１８．８画素分に相当す
る。先の例で説明したのと同じ理由で各ドットの主走査
方向のずれも一定の誤差以下に抑える必要がある。一般
的には主走査方向への画素のずれの許容値は走査線のピ
ッチ誤差の許容値よりは緩くなるが、最低でも画素ピッ
チの半分以下にするのが望ましい。この場合その値は約
４３μｍであるので遅延量の許容誤差は０．０４３／
１．５９８で約２．７％以下でなければならない。現在
の技術では、このような正確な遅延量を電気的に設定す
る事は可能であるが、必然的にレーザー駆動回路の構成
は複雑なものになってしまう。また、光学系のパラメー
タや機構部の寸法のばらつきによる結像倍率のばらつき
も勘案すると、この値に収めるのは難しくなる。

【００１８】第２の方法としては、特開昭５６−１１０
９６０で開示されているように走査線とは直角に結像ス
ポットを並べて、一定数の走査線おきに走査してゆく方
法がある。図１４にこの方法による走査線と結像スポッ
トの位置関係を示す。この方法によれば、副走査方向に
一列に結像スポットが並ぶので走査中での各画素間に遅
延は必要でなく同じタイミングでレーザーを変調してゆ
けば良い。前記の公報によれば、同時に描く走査線の数
ｍに整数ｋを乗じた値に１を加えた数の走査線分だけ結
像スポットの間隔をおいて走査する。以下、より詳しく
この方法における走査の順番について述べる。

【００１９】図１４においてｋ＝２であるので、最初の
走査では４本あるレーザービームの結像スポットの内、
スポットＳ１によって走査線Ｌ１が走査される。つぎの
第２回走査では被走査面は走査線４本分だけ移動してい
るので、スポットＳ１によって走査線Ｌ５が描かれる。
さらに第３回の走査ではスポットＳ１によって走査線Ｌ
９を走査する。次の４回目の走査においてスポットＳ１
は走査線Ｌ１３を走査するが、ここではじめてスポット
Ｓ２のレーザーが同時変調され走査線Ｌ４を走査する。
この各走査におけるスポットと走査線の対応を表にする
と下表のようになる。このように被走査面上で隣合う走
査線は異なる走査で描かれるので、画像データの送り出
しには特別の工夫が必要になる。

【００２０】

【表１】

【００２１】さらに、先に数値をあげた例を当てはめれ
ば、発光部の間隔δを１００μｍ以上確保するために
は、ｋを５以上にしなければならない。図１４の例に再
び戻ると、結像スポットＳ１とＳ４は被走査面上では
２．２８６ｍｍ離れているが、描かれた走査線は隣合う
事になる。このとき結像スポットＳ１〜Ｓ４がなす直線
が走査線と直角方向にわずかでも傾いていると、隣合う
走査線で画素の位置が主走査方向にずれる事になる。例
えば図１４に示した例では、図１５に示す如く傾いた場
合、走査線Ｌ１とＬ２において、スポットＳ１とＳ４の
ずれがｈだけ生ずる。つまり第１の方法とまったく同様
に、半導体レーザーアレイの取付角度もしくは被走査面
の送り方向を精密に調整しなければならない。

【００２２】また、前記のｋの値は整数しか取り得ない
ので、被走査面上での結像スポットの間隔Δは走査線ピ
ッチｐのｍ×ｋ＋１倍（先の例では４本のビームで走査
したのでｍ＝４）の値になるように走査装置を設計する
必要がある。ところが、光学系の結像倍率Ｍは、半導体
レーザーアレイから射出されるビームの拡がり角と被走
査面での結像スポットの大きさが決まればほぼ無条件に
決まってしまうため、半導体レーザーアレイ上の発光部
の間隔δはｐ×（ｍ×ｋ＋１）／Ｍの値しか取り得ず、
設計的な自由度がなく、素子の構造上最適な発光部間隔
にすることができない。例えば、前述の例に基づいてδ
を１００μｍ前後の値にするには、ｋ＝４のときδ＝９
０．０μｍ、ｋ＝５のときδ＝１１１．１μｍ、ｋ＝６
のときδ＝１３２．３μｍとなり、δ＝１００μｍであ
るとか、δ＝１２０μｍにはできない。

【００２３】さらに、先の第１の方法の場合と同様に、
この結像スポットの間隔Δの精度が低いと、走査線間隔
に周期的な誤差が生じ、画像の濃度ムラとなって表れて
しまう。ところが、このように副走査方向に結像スポッ
トを並べた場合、間隔Δを微調整する方法がないため、
第１の方法のところで述べたように、被走査面の送り速
度を調整する方法でしか走査線ピッチの微調整ができな
いため、装置の設計がより困難になる。

【００２４】以上の第１の方法、第２の方法とも、４本
のレーザービームで同時に書き込む場合について説明し
たが、レーザービームの本数が増えるのに比例して上記
の問題もより困難なものになることは、容易に推察でき
る。例えば１０本ものレーザービームを同時に走査する
のは、ここで述べた方法を用いる限り、現在の技術では
事実上不可能といってよい。

【００２５】以上で述べたように上記の第１、第２どち
らかの方法を用いた場合、 １．走査線の間隔を微小に調整するのが、困難である
か、もしくは全く不可能であり、被走査面の送り速度の
微小な調整を余儀なくされる。

【００２６】２．結像スポット間隔（Δ）が主走査方向
に距離を持つ場合、各レーザーを変調させる画像データ
に時間的な遅延を正確に与える必要が生じ、レーザー駆
動回路の構成が複雑になる。

【００２７】３．結像スポットの間隔がきまり、光学系
の結像倍率が決まると、半導体レーザーアレイの発光部
の間隔の設計に自由度がなくなる。

【００２８】等の問題があった。また、上記の問題は同
時に走査するビームの数（すなわちｍ）が増加するにつ
れてより深刻になるのは明らかである。

【００２９】そこで本発明の目的は、微妙で精密な調整
を必要とすることなく、かつ簡素な構成のレーザー駆動
回路を用いて、半導体レーザーアレイを用いた複数のレ
ーザービームによって走査を行うための、走査線と結像
スポットの位置関係を明らかにし、高速な走査の可能な
画像形成装置を得る事にある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、独立に変調可能な３つ以上のレーザービームを２次
元状に配置された発光部より射出する光源と、前記の３
つ以上のレーザービームの各々の方向を周期的に偏向す
るレーザービーム偏向器と、前記の３つ以上のレーザー
ビームを被走査面に結像させる走査光学系とを有する光
走査装置を用い、前記の偏向された３つ以上のレーザー
ビームによる走査方向とは概ね直角方向にその表面が相
対移動する像担持体上に潜像を形成する画像形成装置に
おいて、前記の３つ以上のレーザービームの本数をｎと
し、前記像担持体上に結んだ結像スポットの番号を走査
方向とは直交方向に先頭から順にＳ１乃至Ｓｎとし、結
像スポットＳ１より、各結像スポットＳ２乃至Ｓｎへの
走査方向とは直角に計った距離をＬ２乃至Ｌｎとする
と、Ｌ２乃至Ｌｎの各々を走査線ピッチｐで除した値Ｄ
２乃至Ｄｎがほぼ整数であり、さらにこのＤ２乃至Ｄｎ
をｎで除した剰余Ｍ２乃至Ｍｎが互いに異なるｎ未満の
自然数であるような光走査装置を用いることにより、上
記課題を達成するものである。

【００３１】さらに、前記光源は、その素子基板面に対
し略垂直な光軸を有するようなレーザービームを射出
し、前記各発光部は個別にその点灯及び光量を制御可能
である半導体レーザーアレイであること、また、前記結
像スポットＳ１乃至Ｓｎのうちの少なくとも２つ以上
が、前記像担持体の送り方向に平行な同一の直線上にあ
ること、あるいは、前記結像スポットＳ１乃至Ｓｎの走
査方向において占める位置が前記３つ以上のレーザービ
ーム本数ｎより少ない数の箇所にあり、かつ走査方向に
等間隔であり、さらに走査方向に同じ位置を占める各々
の結像スポットの副走査方向の間隔も等しいこと、等に
よっても上記課題は達成される。

【００３２】

【作用】本発明の画像形成装置によれば、半導体レーザ
ーアレイから放射された３つ以上（ｎ本）のレーザービ
ームを偏向器で偏向し、走査レンズを介して、被走査面
にスポットを結像させ高速の走査を行なう。１走査周期
当たりの被走査面の副走査方向への送り量は、必ず走査
線ピッチのｎ倍である。走査線に対して結像スポットを
配置する際に、その副走査方向の間隔を走査線ピッチで
割った値がほぼ整数となるように設定し、さらに前記の
整数をレーザービームの本数ｎで割った剰余が互いに異
なるようにさえすれば、被走査面が副走査方向へ送られ
ていっても、走査線は重なること無く、所定のピッチで
書き込まれてゆく。各結像スポットは一つの直線上に並
ぶ必要はないので、結像特性から要求される最適な光学
結合倍率により近い形で光源の配置を決定する事ができ
る。また、結像スポット間の距離の最小値を大きく確保
しながら、最大値を小さくなるような、光源の配置を自
由に選ぶ事ができる。

【００３３】

【実施例】本発明によるによる画像形成装置の一実施例
を以下に説明する。

【００３４】図１は本発明の一実施例による画像形成装
置の特徴をもっともよく表す光走査装置部分の概観図を
示す。ここで半導体レーザーアレイ２１の複数の発光部
から出射した複数のレーザービームは、コリメータレン
ズ２によって所定のビーム直径を持つレーザービームに
コリメート（平行化）される。このレーザービームは回
転多面鏡３に入射し、その回転に伴って、各々偏向され
る。走査レンズ４を通過したレーザービームは被走査面
に置かれた像担持体５上でスポット６に結像する。レー
ザービームを集束して結像状態にあるということは、ガ
ウスビームのビームウエスト位置にあることを意味し、
スポットは円または楕円状で中心を頂点とするガウス分
布状の光強度分布を持っている。なお、半導体レーザー
アレイ２１の構造については後ほど詳しく説明する。

【００３５】レーザービームの偏向範囲内でかつ被走査
面の走査には関与しない位置に反射ミラー１１が設けら
れており、この反射ミラー１１で反射されたレーザービ
ームは光検出器１２に入射する。光検出器１２でレーザ
ービームを検出するためには、走査期間中で光検出器１
２にレーザービームが偏向される直前にレーザーを点灯
させ、本来の走査に必要の走査範囲中手前で消灯させる
制御が行われる。この光検出器より出力される水平同期
信号により、画像データに応じたレーザーの変調開始が
制御される。

【００３６】走査レンズ４の機能は大きく分けて２つあ
る。１番目の機能はどの走査位置においても、レーザー
ビームを走査平面上に結像させる結像機能である。特に
解像度が高く結像するレーザーのスポットの大きさが小
さい場合は、焦点深度が浅くなるため、光学的な像面湾
曲（この場合、非点収差を含む）の補正機能が重要にな
る。２番目の機能は、いわゆる「ｆθ機能」であって、
回転鏡によって等角速度で偏向されるレーザービームを
像担持体上での等線速の走査に変換する働きを有する。

【００３７】一般に走査器に回転多面鏡を用いる場合、
回転軸に対する各鏡面の平行度誤差（いわゆる「面倒
れ」）により、反射されたレーザービームの結像点は副
走査方向に大きく変位してしまう。これを避けるため従
来から「倒れ補正光学系」と呼ばれる光学系により、副
走査方向に同一の位置に結像することができる。これ
は、光学的な共役点の一方から出た光線は他方の共役点
に必ず集束するという原理を用い、結像面（被走査面）
と偏向面を光学的な共役点とするための光学系を設ける
ことで実現している。ただし、この共役関係は走査面と
は垂直な面内でのみ成り立てばよいので、走査光学系と
してはアナモフィックなものになる。具体的に本実施例
では図１中のトロイダルレンズ８がこの機能を担ってい
る。

【００３８】このような共役型の倒れ補正光学系を持つ
場合、レーザービームは偏向面上に主走査方向に長い線
像として結像する。このため、コリメータレンズの後ろ
側に走査面と直角な面内でのみ光学的なパワーを持つシ
リンドリカルレンズ７を設けて線像を偏向面の上に結像
させる。

【００３９】以上に述べたように走査光学系はアナモフ
ィックな光学系ではあるが、光源から結像面までを通し
てみると、結像倍率は走査面とその直交する方向でほぼ
等しい。従って以下の実施例の説明の中では、結像倍率
に関しては特に走査面内であるか否かを区別しない。

【００４０】次に画像形成のプロセスついて説明する。
図２は本発明の一実施例における画像形成装置の印刷プ
ロセスを示した図である。転写材１０１上に印刷結果を
得るプロセスはいわゆる電子写真プロセスによってい
る。像担持体５には、半導体レーザーを光源に用いた電
子写真プリンタでは長波長側に増感した有機感光体（Ｏ
ＰＣ）が多く用いられる。この像担持体５はまず、帯電
器１０２で一定の表面電位に帯電されたのち、レーザー
ビーム走査装置１０３によって光書込すなわち露光が行
なわれる。このレーザービーム走査装置１０３から画像
情報に従って光強度が各々独立に変調された複数のレー
ザービーム１０４が像担持体５を軸方向に走査し、露光
部のみに表面電位を打ち消す電荷を発生させ、その部分
の表面電位の絶対値は小さくなる。結果として像担持体
上には画像に応じた表面電位の分布、すなわち静電潜像
が形成される。静電潜像は現像器１０５によって表面電
位によって選択的に現像剤を付着させることによって現
像される。この現像剤は転写器１０６によって転写材１
０１（通常は紙）に転写される。転写材１０１は、定着
器１０７によって熱圧力定着され排出される。

【００４１】次に結像スポットと走査線の位置関係につ
いて説明する。

【００４２】図３に本発明の画像形成装置の一実施例に
用いる光走査装置における、被走査面における走査線と
結像スポットの関係を示す。この実施例では同時に４本
のレーザービームで走査する。走査線はピッチｐで等間
隔に走査される。図中でレーザービームの結像スポット
Ｓ１〜Ｓ４は左より右へ周期的にほぼ一定の速度で移動
してゆく。被走査面は図中に示した方向に一定の速度で
移動してゆく。この２つの移動の組み合わせにより２次
元走査が実現される。走査するスポットの位置がどのよ
うな位置関係にあろうとも、被走査面の移動速度は１走
査周期当たり４走査線分である。

【００４３】いま走査線を被走査面の移動方向先端から
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・と呼ぶことにする。まず最初
の走査では、スポットＳ１によって走査線Ｌ４、スポッ
トＳ２によって走査線Ｌ２が走査される。走査中は画像
データに応じてレーザーの点灯／非点灯もしくは画像濃
度に応じた強度変調が行われる。この変調もしくは点灯
制御の開始は、すでに述べた光検出器１２より得られる
水平同期信号を基準として行われる。このときスポット
Ｓ３、Ｓ４は走査に寄与しないためレーザーは動作しな
い。

【００４４】次の走査ではスポットＳ１によって走査線
Ｌ８、スポットＳ２によって走査線Ｌ６が走査される。
しかし、スポットＳ３、Ｓ４はやはり走査に関与しな
い。さらに次の走査ではスポットＳ１によって走査線Ｌ
１２、スポットＳ２によって走査線Ｌ１０が走査され
る。このときになって初めてスポットＳ３によって走査
線Ｌ３、スポットＳ４によって走査線Ｌ１が走査され、
４つのレーザービームが同時に動作する。以後この動作
を繰り返してゆく事で被走査面全面がくまなくかつ、等
間隔の走査線で埋め尽くされていく。走査ごとの結像ス
ポットと走査線の対応関係を下表に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】ここでスポットＳ１と他の３つのスポット
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４との副走査方向に見た間隔は、走査線
ピッチｐで表すと、それぞれ２ｐ、９ｐ、１１ｐとな
る。これをスポットの数（すなわち同時に走査する走査
線の数）４で除した剰余は、それぞれ２、１、３であ
る。このようにある１つのスポットから他のスポットま
での副走査方向に計った距離を走査線ピッチで除し、さ
らに同時に走査する走査線の数で除した剰余が互いに異
なる自然数であれば、必ず重なること無く等間隔の走査
線で被走査面を埋める事ができる。

【００４７】ここで副走査方向のスポットＳ１とＳ３、
Ｓ２とＳ４の間隔は９ｐである。また、スポットＳ１と
Ｓ２、Ｓ３とＳ４の主走査方向の間隔Ｅは任意に設定で
きる。スポットＳ１とＳ３、Ｓ２とＳ４は主走査方向に
は同じ位置に存在するので、それぞれ２つは同じタイミ
ングで画像データを転送し、スポットＳ１、Ｓ３に比べ
てＳ２、Ｓ４への画像データの転送の時間を遅延させれ
ばよい。

【００４８】図４に画像データの転送に関する回路ブロ
ック図を示す。画像メモリ６１には走査によって書き込
むべき画像データが画素（ドット）毎に２値データとし
て収められている。図４においてレーザービームが光検
出器１２を横切るとパルス状の水平同期信号Ｈｓｙｎｃ
が発生し、そのパルスは２つの遅延回路５１、５２に入
力される。遅延回路５１では一定時間の遅延された遅延
信号が選択回路５３に出力される。読みだし開始信号が
選択回路に入力されている状態であれば、遅延信号を基
準に所定の走査線の画像データをレーザー駆動回路５
４、５６に転送する。レーザー駆動回路５４、５５、５
６、５７は半導体レーザーアレイ２１の各発光部４１、
４２、４３、４４に接続されており、点灯時には所定の
光量になるようにそれぞれが独立してレーザーの駆動電
流の制御をおこなう。

【００４９】発光部４１、４２、４３、４４から射出さ
れるレーザービームはそれぞれスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ
３、Ｓ４に対応している。遅延回路５１で生じる遅延時
間は、遅延回路５２で生ずる遅延時間に対して、図３中
の距離Ｅを走査速度で割った時間分だけ短く設定されて
おり、スポットＳ１〜Ｓ４は被走査面上では主走査方向
に同じ位置に画素を形成できる。

【００５０】すでに従来の技術の説明のところで述べた
ように、半導体レーザーアレイの発光部の間隔δとスポ
ットの間隔Δは光学系の結像倍率Ｍによって、どちらか
一方から他方が一義的に決まってしまうので、発光部の
間隔を自由に選択できるようにするためには、このスポ
ットの間隔はなるべく多くの値がとれる事が望ましい。
そして、前記の要件に従えば、この実施例を考えると図
５に示す場合ではスポットＳ１とＳ２、Ｓ３、Ｓ４の間
隔は走査線ピッチｐで表すと１ｐ、１０ｐ、１１ｐとな
り、図６に示す場合ではそれぞれ２ｐ、７ｐ、９ｐとな
る。従来技術の課題としてあげた例のように、発光部間
隔δを１００μｍ前後に設定しようとした場合、スポッ
トＳ１とＳ３（Ｓ２とＳ４も同様）の間隔Δは１８ｐ、
１９ｐ、２１ｐに設定可能で、このときの発光部の間隔
は９５．３μｍ、１００．５μｍ、１１１．１μｍと相
当に細かく選択できることがわかる。

【００５１】このように副走査方向の結像スポットの間
隔、そして半導体レーザーアレイ上での発光部の間隔は
全く無制限ではないものの、実用上充分な範囲で値を選
択できる。一方、主走査方向の結像スポットの間隔は、
前記の２つの遅延回路の遅延時間の差の設定により任意
に設計できる。

【００５２】本実施例のように結像スポットを平行四辺
形状に配置した場合、走査線の間隔の精度は光学系の結
像倍率、半導体レーザーアレイ上の発光部間隔、走査線
に対するスポットの作る平行四辺形の角度の３つの要因
できまる。このうち前の２つは従来の技術と同等である
のでここでは説明しない。

【００５３】３つ目の要因に上げた、結像スポットがな
す平行四辺形の角度について以下に説明する。すでに従
来技術の課題の１番目の方法のところで述べたのと同じ
く、走査線のピッチｐの誤差を１０％以内にするために
は、本発明のこの実施例では、図３においてＥ・ｔａｎ
γをｐの１０％以内としなければいけない。いま発光部
の間隔を１００μｍとすればΔは１．６ｍｍであるの
で、Ｅも１．６ｍｍ程度に設定するのが望ましい。よっ
て上記のγの誤差は０．３０゜以内にすればよい。これ
は先の従来技術の課題のところで示した値の約１／３で
ある。つまり、結像スポットの間隔の３つ分を考慮しな
ければならないか、この実施例のように１つ分だけでよ
いかの相違によって、角度誤差の許容値が緩和される。

【００５４】また、後で述べるような面発光型の半導体
レーザーアレイにおいては、発光部からのレーザービー
ムの拡がり角が小さくできるので光学系全体の結像倍率
を小さくすることができ、より角度誤差は許容される。

【００５５】全く同様のことが結像スポットの主走査方
向での位置精度についても言え、Ｓ１とＳ３がなす直線
の走査線に対する垂直度は非常に緩和される。しかし、
すでに述べたように結像スポットの主走査方向への位置
精度は副走査方向に比較して要求精度が低いため、走査
線間隔（副走査方向）のみを管理すれば充分である。

【００５６】また、このように４つのスポットが平行四
辺形状に並ぶため、光軸に垂直な断面を取ると４本のレ
ーザービームは相互に近接しているので、直線状に並ぶ
場合に比べて、コリメータレンズ、倒れ補正レンズ、走
査レンズ、偏向器の反射面など光学部品の有効径を小さ
くすることができる。同様に半導体レーザーアレイのチ
ップの大きさも小さくすることができる。

【００５７】また、複数のレーザービームの光路が各レ
ンズにおいて相互に大きく隔たる場合には、レンズの各
収差がそれぞれのビームに作用し、例えば各走査線の被
走査面での湾曲の度合いがことなり、隣合う走査線が平
行にならなくなってしまうことがあるが、本発明では既
に述べたようにレーザービームが相互に隣接しているた
め、このようなことはない。

【００５８】以上の実施例では４つの結像スポットを平
行四辺形状に配置したが、例えば図７に示すように９つ
の結像スポットを３つずつ並べてることも可能である。
この場合、被走査面は走査線９本分づつ副走査方向に送
られてゆく。上記のように４つの場合に比べて配列の精
度的な面で２倍厳しくなるが、従来技術の課題のところ
で述べたように、９つの結像スポットを１列に配置して
走査を行なうことは精度的に不可能といってよいのに比
べれば充分実用的であると言える。

【００５９】また、他の実施例として図８は結像スポッ
トが正方形をなすように配置した例で、４つのレーザー
へ画像データを転送する際の遅延量が４つ全て異なると
いう点では不利であるが、半導体レーザーアレイ上の発
光部の配置を正方形にできるため、レーザーアレイの素
子基板の方向性がなくなり製造が容易になるという利点
がある。

【００６０】さらに、別の実施例として３つのレーザー
ビームで走査を行なう場合、図９に示すように配置すれ
ば、スポットＳ２とＳ３は同じタイミングで画像データ
を書き込めばよく、また、３つのスポットを正三角形状
に配置できるので、半導体レーザーアレイ上の発光部の
間隔を相互に等しい位置に置くことができるため、素子
基板上で発光部相互の熱あるいは光学的な干渉がある場
合でも相互に均等にできる。

【００６１】以上に述べたような実施例を実現するため
には、２次元状に発光部が配列された半導体レーザーア
レイが必須である。もちろん、従来の技術の説明のとこ
ろで触れたような端面発光型のレーザーアレイを２つ並
べても本発明の効果に変わりないが、１つの半導体チッ
プ上に２次元状に発光部が配列されたモノリシック構造
が望ましい。このような半導体レーザーアレイには、い
わゆる面発光半導体レーザーを用いるのがより好まし
い。この面発光半導体レーザーでは、レーザービームの
出射部の断面積が、従来の端面発光型の半導体レーザー
に比べて大きくとれるため、レーザービームの拡がり角
は小さくなる。

【００６２】この様な面発光半導体レーザーでは電流及
び光を効率的にレーザー共振器の中に閉じこめることが
出来るので、１つの発光部当りの発熱を減少させると同
時に、複数の発光部が隣りあった場合の相互の光学的、
電気的及び熱的干渉を少なくすることが出来る。よって
発光部の間隔も従来の半導体レーザーに比べ、小さくす
ることが出来る。

【００６３】図１０はこの面発光型半導体レーザーアレ
イの素子基板上に２次元的に配置された発光部のうちの
１つの断面図であって、ＧａＡｓ基板２２の上にまず組
成の違う２種のＡｌＧａＡｓ層を数１０層積層した半導
体多層膜反射層２３を形成し、その上にそれぞれＡｌＧ
ａＡｓからなるクラッド層２４、活性層２５、クラッド
層２６、コンタクト層２７を積層し、最後にＳｉＯ₂誘
電体多組膜反射層２８が形成されている。またＧａＡｓ
基板２２の裏面全体及び、表面の誘電体多層膜反射層の
まわりに窓状の電極２９、３０が形成されており全体が
光共振器を構成している。活性層で発生した光は基板面
と垂直方向に、上下の反射層２７、２３の間を往復し発
振するので、そのレーザービーム３１の光軸は基板面に
対してほぼ垂直となる。

【００６４】光共振器の回りには埋め込み層３２として
II−VI族の化合物半導体が埋め込まれている。II−VI族
の化合物半導体としては、ＩＩ族元素としてＺｎ、Ｃ
ｄ、Ｈｇ、ＶＩ族元素としてＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅを２〜
４元素組み合わせ、また、その化合物の格子定数も前記
のクラッド層２４、活性層２５、クラッド層２６からな
る半導体層の格子定数に合わせるのが望ましい。このII
−VI族の化合物半導体は電気抵抗が非常に大きいため、
電流を光共振器のなかに効率的に閉じこめると同時に、
光共振器を構成しているＡｌＧａＡｓ半導体層とは屈折
率に差があるため、光共振器の内部で素子の基板面に垂
直もしくはそれに近い角度で進む光はこの埋め込み層３
２との界面で全反射し効率的に閉じこめられる。このた
め、このような半導体レーザーを用いれば、従来の半導
体レーザーに比べて大変小さい電流でレーザー発振が始
まる。すなわち、しきい値電流が低く、素子基板での損
失熱量が少ない。ＧａＡｓ基板２２の上にダイオードが
形成されており、活性層２５で発生した光は、反射層２
３と２８の間を往復し発振し、２つの反射層の中で僅か
に反射率の小さい反射層２８から、レーザービーム３１
として素子の基板面に対して垂直に射出する。

【００６５】以上に説明した実施例は、本発明の一実施
例に過ぎず、実施例中の構成要素を他のもの置き換えて
も全く同等の効果を有する。たとえば、偏向装置として
は回転多面鏡のほか、ガルバノミラーやホログラムディ
スクなど光の方向を周期的に偏向できるものであれば、
上記実施例と同等の効果を有する。また、光学系の構成
においてコリメータレンズ、走査レンズ、倒れ補正光学
系は必須のものではなく、その有無は本発明の効果に影
響を与えない。

【００６６】既に示した実施例における走査線に対する
結像スポットの配置も、技術的な効果が最大となる例を
少数示しただけであり、本発明の請求の範囲に記載され
た条件を満たすものであれば、従来の技術に比べて充分
な効果をもつ。

【００６７】あるいは、先の実施例で示した面発光型レ
ーザーの素子の構造は、実現可能な１つの例示であっ
て、他の構造であっても全く同等の効果を発揮する。

【００６８】さらに、本発明の画像形成装置の応用範囲
は、プリンタ、複写機等の印刷装置のみならず、ファク
シミリ、ディスプレイにおいても全く同様な効果を有す
ることは言うまでもない。

【００６９】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の画像形成装
置においては、 １．３つ以上のレーザービームを走査する場合、いくつ
かの結像スポットを主走査方向に同じ位置に置くことに
より、画像データを同じ遅延量で書き込むことができ回
路を簡素化できる。

【００７０】２．主走査方向、副走査方向の２次元的に
結像スポットを配置することにより、半導体レーザーア
レイもしくは被走査面の送り方向の取付の角度精度を緩
和でき、装置の製造が容易となる。また、許容できる誤
差が大きいということは製造後の変形、劣化、環境変動
に対する余裕も大きいということを意味し、装置の信頼
性を向上させる。

【００７１】３．光源（半導体レーザーアレイ）から被
走査面にいたる光路中での各レーザービーム相互の最大
の間隔が１直線上に結像スポットを配置する従来のもの
に比べて小さくなる、すなわち３つ以上のビームの占め
る断面積を小さくすることができ、偏向器の偏向面の大
きさや、光路中の各レンズの大きさを小さくすることが
でき、装置の小型化、軽量化、低価格化に大きく寄与す
る。同様に、半導体レーザーアレイの大きさも必要最小
限とすることができる。

【００７２】４．半導体レーザーアレイ上の発光部間隔
や発光部の配置に自由度があり、素子をモノリシックの
基板上に構成する上で最適な間隔と配置をとることがで
き、より性能・信頼性が高い半導体レーザアレイを用い
ることができる。

【００７３】本発明において、特に面発光型の半導体レ
ーザーアレイを光源として用いた場合、２次元状の結像
スポットの配置を容易に実現でき、かつ発光部の間隔も
従来に比べて小さくできるので上記の効果を最大限に発
揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による画像形成装置に用いら
れる光走査装置の概観図である。

【図２】本発明の一実施例における画像形成装置の印刷
プロセスの概略図である。

【図３】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線の配置図である。

【図４】本発明の一実施例のおける画像データの転送に
関する回路ブロック図である。

【図５】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線の他の配置例を示す配置図である。

【図６】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線のさらに他の配置例を示す配置図である。

【図７】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線の他の配置例を示す配置図である。

【図８】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線の他の配置例を示す配置図である。

【図９】本発明の一実施例における結像スポットと走査
線の他の配置例を示す配置図である。

【図１０】本発明の一実施例に用いた面発光半導体レー
ザーアレイの１つの発光部の断面図である。

【図１１】従来の画像形成装置に用いられる光走査装置
の概観図である。

【図１２】従来の実施例における端面発光半導体レーザ
ーの概念図である。

【図１３】従来の実施例における結像スポットと走査線
の配置図である。

【図１４】従来の他の実施例における結像スポットと走
査線の配置図である。

【図１５】従来の他の実施例における結像スポットと走
査線の傾きの説明図である。

【符号の説明】

１、２１ 半導体レーザーアレイ ２ コリメータレンズ ３ 回転多面鏡 ４ 走査レンズ ５ 像担持体 ６ 結像スポット ７ シリンドリカルレンズ ８ トロイダルレンズ ９ 走査線 １１ 反射ミラー １２ 光検出器 ４１、４２、４３、４４ 発光部 ５１、５２ 遅延回路 ５３ 選択回路 ５４、５５、５６、５７ レーザー駆動回路 ６１ 画像メモリ

フロントページの続き (72)発明者 高田 球 長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコ ーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−93777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−76021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−144653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/44 G02B 26/10 H04N 1/04 G03G 15/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 独立に変調可能な３つ以上のレーザービ
   ームを２次元状に配置された発光部より射出する光源
   と、前記の３つ以上のレーザービームの各々の方向を周
   期的に偏向するレーザービーム偏向器と、前記の３つ以
   上のレーザービームを被走査面に結像させる走査光学系
   とを有する光走査装置を用い、前記の偏向された３つ以
   上のレーザービームによる走査方向とは概ね直角方向に
   その表面が相対移動する像担持体上に潜像を形成する画
   像形成装置において、前記の３つ以上のレーザービーム
   の本数をｎとし、前記像担持体上に結んだ結像スポット
   の番号を走査方向とは直交方向に先頭から順にＳ１乃至
   Ｓｎとし、結像スポットＳ１より、各結像スポットＳ２
   乃至Ｓｎへの走査方向とは直角に計った距離をＬ２乃至
   Ｌｎとすると、Ｌ２乃至Ｌｎの各々を走査線ピッチｐで
   除した値Ｄ２乃至Ｄｎがほぼ整数であり、さらにこのＤ
   ２乃至Ｄｎをｎで除した剰余Ｍ２乃至Ｍｎが互いに異な
   るｎ未満の自然数であるような光走査装置を用いること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、その素子基板面に対し略垂
   直な光軸を有するようなレーザービームを射出し、前記
   各発光部は個別にその点灯及び光量を制御可能な半導体
   レーザーアレイであることを特徴とする請求項１記載の
   画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記結像スポットＳ１乃至Ｓｎのうちの
   少なくとも２つ以上が、前記像担持体の送り方向に平行
   な同一の直線上にあることを特徴とする請求項１記載の
   画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記結像スポットＳ１乃至Ｓｎの走査方
   向において占める位置が前記３つ以上のレーザービーム
   本数ｎより少ない数の箇所にあり、かつ走査方向に等間
   隔であり、さらに走査方向に同じ位置を占める各々の結
   像スポットの副走査方向の間隔も等しいことを特徴とす
   る請求項３記載の画像形成装置。