JP3645598B2 - 多重ビーム型ダイオードレーザアレイ及びそれを用いたレーザプリンタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多重ビーム型ダイオードレーザ構造に関し、より詳細には、レーザプリンタに使用する多重ビーム型ダイオードレーザの非モノリシックアレイ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゼログラフィー印刷において、感光体の上に潜像を形成する１つの方法は、変調したレーザビームを帯電した感光体を横切ってラスター掃引することである。そのあと感光体上に形成された潜像を使ってトナー像が形成される。トナー像は静電気で記録媒体（通常は普通紙）へ転写されたあと、定着されて永久的な画像が生成される。
【０００３】
ゼログラフィー印刷は成功を収めたが、印字速度が増大するつれて、レーザビームを感光体を横切って要求された速度で走査することがより困難になるという問題が生じた。一般に、走査は回転鏡でレーザビームを偏向させることによって行われる。そのようなスキャナはラスター出力スキャナ（ＲＯＳと略す）と呼ばれる。ＲＯＳにおいて、レーザビームを高速で走査する１つの方法は、回転鏡の回転速度を増加させることである。しかし、回転鏡を非常な高速で回転させるには、高価な駆動モーターと、より強力なレーザが必要である。第２の方法としては、回転多面鏡と一組のレンズを使用して、ラスター掃引速度を向上させることがある。第３の方法としては、数本のレーザビームを同時に掃引させることがある。そのようなスキャナは「多重ビーム」ＲＯＳと呼ばれ、プリンタで高速走査を実現する好ましい方法である。
【０００４】
多重ビームＲＯＳを使用するプリンタは、例えば米国特許第４，２５３，１０２号に開示されている。そのようなプリンタでは、ＲＯＳは中心軸のまわりに回転する多面鏡（ポリゴン）を使用し、１つまたはそれ以上の強度変調ビームを直線走査方向（高速走査方向とも呼ばれる）に感光性記録媒体を横切って反復して掃引する。ビームがラスター走査パターンに従って記録媒体を走査するように、記録媒体は高速走査方向に直角な「処理」方向（低速走査方向とも呼ばれる）に進められる。ディジタル印刷は、それぞれのビームを２進サンプルストリームに従って連続的に強度変調し、その２進サンプルによって表される光像に記録媒体をさらすことによって実行される。
【０００５】
低速走査方向に配列されたレーザは、高密度直線印字を可能にするため、多面鏡の回転軸に平行な方向に互いに狭い間隔で置かれるように製作しなければならない。上記米国特許第４，２５３，１０２号に記載されているように、そのような狭い間隔は、レーザアレイを斜めにして個々のレーザ素子間の距離を縮めることを必要としない。しかし、狭い間隔で配置されたレーザ素子は、できるだけ多面鏡のほぼ同じ部分にビームが当たるように保持することによって、軸ずれ光源位置によるビームの特性、例えばスポットサイズ、エネルギーの一様性、湾曲、および直線性の変動を最小にすることが望ましい。
【０００６】
ラスター掃引速度の問題は、高速度でカラー印字するとき、いっそう明白になる。ゼログラフィー式カラープリンタは、印字する各カラーごとに別個の画像を必要とする。フルカラープリンタは、一般に、４つの画像（シアン、マゼンタ、黄色の３原色の各カラーに１つづつ、黒色に１つ）を必要とする。一般に、カラープリントは、各カラーごとに１回、プリンタを複数回通過する１枚の記録媒体に順次カラー画像を重ね合わせて転写し、定着することによって作成される。そのようなプリンタは「複数パス」型プリンタと呼ばれる。
【０００７】
各カラーが独立した感光体に対応付けられている場合には、プリンタは「マルチステーション」型プリンタと呼ばれる。そのようなプリンタでは、高速カラーゼログラフィー画像出力端末装置は、個別にアドレス可能な複数のラスターラインを別個の場所に同時に印刷する必要がある。通常は、４つの独立したＲＯＳが必要である。ステーションが同じ感光体の異なる位置を使用する場合には、プリンタは「単一ステーション／マルチポジション」型プリンタと呼ばれる。
【０００８】
マルチステーション型プリンタおよび単一ステーション／マルチポジション型プリンタは、同じラスター掃引速度で作動する複数パス型プリンタより大きな印字ページ出力を有するので好ましい。しかし、これらのプリンタに関連する問題として、多数のＲＯＳを使用することによる高コスト、実質上同一の複数のＲＯＳの製造することによる高コスト、および感光体上のカラー画像の整合（重ね合わせること）の難しさがある。従って、単一のＲＯＳと多重ビームダイオードレーザアレイを有するプリンタが好ましい。
【０００９】
米国特許第５，２４３，３５９号は、マルチステーション型プリンタにおいて単一のＲＯＳで複数のレーザビームを偏向させることができるＲＯＳ装置を作る１つの方法を開示している。回転多面鏡が、共通の光軸と実質上共通の始点をもつ異なる波長の密集した複数のレーザビームを同時に偏向させる。密集したビームは次に複数の光学フィルタによって分離され、マルチステーション型プリンタの対応する感光体へ導かれる。各ビームについて似たような光路長を設定することにより、各感光体上に似たような寸法のスポットが得られる。これは全てのレーザを１個の一体構造ユニット内に設置することによって容易に達成される。
【００１０】
しかし、経済的に引き合う光学フィルタは、各別のビームが十分大きな波長だけ離れていることを必要とする。一般的には約５０ｎｍの波長差が必要である。例えば、米国特許第５，２４３，３５９号は、６４５ｎｍ、６９５ｎｍ、７５５ｎｍ、８２５ｎｍの波長で放出する４つのレーザを使用している。狭い間隔で配置されたモノリシックレーザ光源からのこの波長範囲のレーザ放出は利用できないから、実際の装置は必要な各波長ごとに個別の多重ビームダイオードレーザを組み入れる必要がある。
【００１１】
別のマルチステーション型プリンタは、単一ＲＯＳによって複数のレーザビームを偏向させる方式を採用している。単一の回転多面鏡は、直交偏光された異なる波長の複数のレーザビームを同時に偏向させる。直交偏光されたビームは、次に偏光セパレータと、複数のダイクロイックビームセパレータによって分離される。分離されたビームはそれぞれ対応する感光体へ導かれる。各ビームごとに似たような光路長を設定することにより、各感光体上に似たような寸法のスポットが得られる。これはすべてのレーザを１個の一体構造ユニット内に設置することにより容易に達成される。しかし、このような装置は、異なるビームが十分大きな波長差だけ離れていて、かつ直交偏光されたビームを放出することを必要とする。例えば、直交偏光されたビームを６００ｎｍと６５０ｎｍで放出するレーザを使用している。実質上同じ波長で直交偏光されたレーザビームを放出するモノリシックレーザ光源が知られているが、５０ｎｍだけ離れた波長で直交偏光されたビームを放出する狭い間隔で配置されたモノリシックレーザ光源からのレーザ放出は利用できないから、実際の装置は必要な各波長ごとに個別の多重ビームダイオードレーザを組み入れる必要がある。
【００１２】
従って、かなり異なる光波長および（または）直交偏光を有する狭い間隔で配置されたレーザ素子から放出された複数のほぼ同軸のレーザビームを発生する一体ダイオードレーザアレイが要望されている。その外に、非モノリシックレーザアレイは、カラー印刷装置の感光体レスポンス・ウィンドウを一致させるため、異なる波長を有するレーザを組み合わせることができる。個々のレーザ素子は、隣接するレーザ素子間のクロストークを生じさせずに、独立に制御しなければならない。一組のレンズと共に使用されるダイオードレーザアレイは、容易に整合される似たような寸法のスポットを生成すべきである。
【００１３】
非モノリシックレーザアレイは、通常、支持体に取付けられた複数の個別ダイオードレーザで構成される。レーザ印刷などの応用面においては、出力レーザビームは空間的に正確に分離しなければならない。従って、非モノリシックアレイのダイオードレーザは、レーザ素子の正確な位置決めが行えるように支持しなければならない。
【００１４】
複数波長および（または）直交偏光レーザのアレイを得る１つの技法は、共通の支持体に取り付けられた別個の単ビームダイオードレーザを使用することである。支持体はベースから突き出た十字形に作ることができる。個別ダイオードレーザは十字形の各内隅の近くに取り付けられる。スペーサの厚さがスペーサの両側のレーザ素子の間隔を制御する。十字形のバーがスペーサの同じ側のレーザ素子の間隔を制御する。実際にはスペーサとバーの最小厚さに制限があるので、このやり方で取り付けられたレーザ素子は一般に１５０μｍだけ離れており、従ってレーザ素子は印字の目的に最適な近接位置にない。加えて、各レーザチップの発光領域はスペーサを背に取り付けるほうが有益であるので、それが各レーザ素子を個別にアドレスすることができるモノリシック多重ビーム型ダイオードレーザのアレイの組立を妨げている。
【００１５】
個別にアドレス可能なレーザ素子を有する非モノリシック多重ビーム型ダイオードレーザのアレイの組立を可能にする技法が知られている。この技法によれば、スタック支持体の突起部材の突起に取り付けた個別多重ビーム型ダイオードレーザから成る非モノリシックアレイが得られる。各ダイオードレーザは１個のチップの中に作られたモノリシック多重ビーム型レーザ素子で構成することができる。スタック支持体は、各レーザ素子を個別にアドレスする個別導電路が突起部材に設けられるように具体化されている。突起部材はスペーサによって隔離される。しかし、実際には使用可能なスペーサの最小厚さに制限があるので、このやり方で取り付けられるレーザ素子は一般に約１５０μｍだけ離れており、従ってレーザ素子は印字の目的に最適な近接位置にない。
【００１６】
狭い間隔で配置された個別レーザ素子の組立を可能にする技法が、米国特許第４，９０１，３２５号に開示されている。図５に、積み重ねた２個のダイオードレーザ４０２，４０４を有する半導体レーザデバイス４００を示す。ダイオードレーザの電極表面は互いに接合され、電線４１２に接続されている。ダイオードレーザ４０４の下側電極表面はマウント４０８の上面の金属化表面４０６にハンダ付けされている。電線４１０，４１２，４１４は半導体レーザデバイス４００を作動させるのに使用される。この組立では、レーザ素子を互いに１０μｍの範囲内に配置できるが、各ダイオードレーザの電極表面を接合することが、この技法を、各レーザ素子を個別にアドレスできる多重ビーム型ダイオードレーザの２つの個別モノリシックアレイの組立に使用することを妨げている。
【００１７】
図６に、米国特許第４，９０１，３２５号に開示されているもう１つの技法を示す。マウント４２２，４２４上にそれぞれ半導体ダイオードレーザ４２６，４２８が取り付けられている。半導体ダイオードレーザは絶縁層４３０を介して接合されている。絶縁層４３０は低熱伝導率の電気絶縁材料で作られている。またダイオードレーザの活性領域は互いにずれている。このやり方で、電気配線用の電線４３４，４３２をチップの一方の面に接着することができる。この組立てでは、レーザ素子を互いに垂直方向に１０μｍの範囲内に置くことができるが、水平方向に約５０μｍだけずれている。この水平方向のずれは、多くの応用面において望ましくなく、この技法を、各レーザ素子を個別にアドレスできる複数レーザ素子のモノリシックアレイの組立に使用することを妨げている。
【００１８】
米国特許第４，９０１，３２５号に開示されているさらに別の技法では、それぞれが１個のレーザ素子を含む複数の個別ダイオードレーザの組立体が開示されている。この技法では、２個の平坦な支持体４２２と４２４のそれぞれに、ダイオードレーザ４２６と４２８が並んで取り付けられる。そのあと、図７に示すように、２個の支持体が互いに近づけられ、接触しないようにベース４４０に取り付けられる。電気接続は各ダイオードレーザに個別に行われる。上記米国特許の発明者は、向かい合った支持体上の２個のレーザ素子間の距離を１０μｍ程度に狭くできることを特許請求の範囲に記載しているが、同じ支持体上のレーザ素子は少なくとも個々のチップの幅（例えば、１００μｍまたはそれ以上）だけ離れている。この間隔は、多くの応用面において望ましくなく、２つの寸法に関して狭い間隔で配置されたレーザ素子のアレイの組立にこの技法を使用することを妨げている。
【００１９】
先行特許文献に開示されているすべての非モノリシックダイオードレーザアレイは、以下に挙げる問題の少なくとも１つに悩んでいる。第１に、レーザ素子のアライメントは、巧みな外部操作と支持体上のレーザ素子の正確な配置を必要とする。第２に、２つの支持体を狭い間隔で配置し、その場所に安定に保持しなければならない。第３に、特に２個以上のレーザ素子を含むアレイの場合、エッジ効果すなわちスペーサがレーザ素子の最小間隔を制限するので、狭い間隔で配置されたレーザ素子を得ることが困難である。
【００２０】
従って、過大な熱的、光学的、および（または）電気的クロストークを生じさせずに、非モノリシックアレイのレーザ素子を狭い間隔で正確に配置することができる方法および装置が要望されている。その方法および装置が、レーザ素子の正確かつ安定した方向付けが可能であれば、さらに望ましい。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、２個の多重ビーム型半導体ダイオードレーザを組み合わせて、異なる特性の数本のレーザビームを放出する１個のダイオードレーザアレイにすることである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、１個のレーザ素子を使用するプリンタより印字速度が高く、かつよりすぐれたスポット鮮鋭度が得られるレーザプリンタ用のダイオードレーザアレイを提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、単一多面鏡と一組のレンズと共に作動する低コストのマルチステーション型処理装置を実現するため狭い間隔で配置された複数波長ダイオードレーザを有するダイオードレーザアレイを提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、異なる材料から作られた２つの半導体ダイオードレーザを組み合わせる。半導体ダイオードレーザの１つ１つは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの組や、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの組の、組の材料から作ることができる。各ダイオードレーザは、複数レーザ素子のモノリシックアレイであって、複数のレーザビームを発生することができる。各ダイオードレーザはその波長および材料に最適な異なる構造にすることができる。これらのダイオードレーザを組み合わせて、異なる特性をもつ複数のレーザビームを放出する単一光源が作られる。
【００２５】
２つの半導体ダイオードレーザの形状は異なっている。第１ダイオードレーザは広い幅と短い全長を有する。第２ダイオードレーザは狭い幅と長い全長を有する。レーザ素子は各ダイオードレーザの幅の中央領域に作られる。ダイオードレーザは、各個別のヒートシンクマウント上に取り付けられている。２つのダイオードレーザを組み立てて一体構造にすると、絶縁体が各ダイオードレーザの接点を分離する。一方のダイオードレーザの端の近くの露出面にある接続用のパッドと、他方のダイオードレーザの両面にある接続用のパッドに接触用の電線が付いている。
【００２６】
アレイを最終組立する前に、半導体ダイオードレーザをそれらの固有波長と偏光特性について選択することができる。異なる材料から作られた２つ以上のレーザによって得られる波長分離は、どの１材料系から得られる波長分離よりも大きい。
【００２７】
【実施例】
第１の好ましい実施例に使用した形式の多重ビーム型ダイオードレーザを明らかにするため、図１に従来のダイオードレーザを示す。詳しいことは、米国特許第４，８７０，６５２号を参照されたい。モノリシックダイオードレーザ１０は個別にアドレス可能な４個のレーザ素子３０Ａ〜３０Ｄを含んでいる。
【００２８】
ｎ−ＧａＡｓで作られた基板１２の上に、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層１４がエピタキシャル成長によって堆積されている。活性領域１６は相対的に薄い通常のダブルヘテロ構造（ＤＨ）または量子ウエル能動層またはドーピングしない、ｐ型ドーピングした、またはｎ型ドーピングしたその他の同種の構造で構成されている。各活性領域１６はレーザ光を放出する面放出点１８を有する。活性領域１６の上に、ｐ−Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層２０とｐ＋ＧａＡｓのキャップ層２２が堆積されている。キャップ層２２中へのｐ型亜鉛拡散は、オーム接触を大きく、レーザ素子を通る直列抵抗を減少させる。エピタキシャル堆積は、この分野で周知のＭＯＣＶＤによって実施することができる。半導体ダイオードをアドレス指定するため、各キャップ層２２の上に金属接続部２８が形成されている。
【００２９】
各活性領域１６を分離するために、ｎ型無秩序領域２４が形成されている。電気絶縁バリヤ２６は亜鉛拡散層を越えた深さに達する陽子衝撃を使用して形成される。レーザ素子間の陽子衝撃は、レーザ素子間に電気的クロストークを生じさせずに、レーザ素子の独立した動作を許すレベルの電気的隔離をレーザ素子間に与える重要な特徴である。また各半導体ダイオードレーザにアース接続するために、基板１２の底面に金属接続部３２が付いている。
【００３０】
ダイオードレーザ１０のレーザ素子（面放出点１８で表す）は相互に十分に近接しているが、光学的に結合されていない。４個のレーザ素子は、それらのつまった密集状態（これは、レーザ素子の光放出がプリンタの感光体表面などの像面上に集められることを保証する）にもかかわらず、個別にアドレスすることが可能である。各活性領域１６の幅は、約３ミクロンである。ダイオードレーザ１０の各活性領域１６は、約１０μｍだけ隔てられている。従って、ダイオードレーザ１０は満足できる印字解像度として要求される相当に密集した画素群を印字することが可能である。
【００３１】
図２は、図１の４ビームダイオードレーザの平面図である。４個の異なるレーザ素子を個別にアドレスするため、各レーザ素子は独立した電気接点を有する。４個の異なるレーザ素子は、個別にアドレスされるレーザ素子間の望ましくない電気的および熱的相互作用すなわちクロストークを生じさせない近接空間関係にある。
【００３２】
図２に示すように、各レーザ素子３０Ａ〜３０Ｄはｎ型無秩序領域２４によって隔離されている。浅いイオン注入すなわち陽子注入パターン４４は、各レーザ素子を互いに電気的に隔離するほか、各レーザ素子について１個づつ、４個の独立した金属接点になるプラットフォームを形成している。イオン注入領域４６は、キャップ層２２のｐ型（Ｚｎ）拡散によって形成された寄生ジャンクション領域を通って延びている。イオン注入クロスオーバー領域４８を高抵抗にして中央の２個のレーザ素子をクロスオーバー接触接続させるために、両端のレーザ素子を横切って狭幅のクロスオーバー領域４８が形成されている。
【００３３】
図３は、図２の陽子注入パターン４４の上に形成された金属化パターン５２を示す。金属化パターン５２はＣｒ−Ａｕ複層から作られる。図２のレーザ素子の上にチャンネル５４，５６，５８，６０が形成されている。レーザ素子３０Ａ〜３０Ｄのそれぞれの活性領域に、金属で作られた４個の接続用パッド５０Ａ〜５０Ｄが接続されている。外側の接続用パッド５０Ａ，５０Ｄは二また状のストリップ５４，６０に接続されている。内側の接続用パッド５０Ｂ，５０Ｃは金属接続ブリッジ６２を介して接触ストリップ５６，５８に接続されている。露出した陽子注入パターン４４は金属接続部を電気的に隔離している。
【００３４】
図１の半導体ダイオードレーザの欠点は、各レーザ素子の波長が同一なことである。従って、上述の設計によって非モノリシック複数波長構造を製作することはできない。
【００３５】
図４に、第１の好ましい実施例の非モノリシック半導体ダイオードレーザアレイを示す。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰなどの異なる材料から作られたダイオードレーザを組み合わせて、複数の波長を放出する単一光源が作られる。各ダイオードレーザはその波長および材料に最適な異なる構造にすることができる。ダイオードレーザ間の波長分離は、最終組立の前に各ダイオードレーザを選択することにより、事前に正確に調整することができる。低コストのマルチステーション型またはマルチポジション型処理装置は単一多面鏡と一組のレンズと共にこれらの光源を使用することができる。
【００３６】
図４は、第１の好ましい実施例に従って組み立てたマルチプルダイオードレーザアレイ１００を示す。上部ダイオードレーザ１１０は、上部マウント１１４に取り付けられた単一チップ１１２内に一体に作られた個別にアドレス可能な４個のレーザ素子を有する。上部マウント１１４（例えば、可調節ブロック上に設置されたシリコンヒートシンク）はチップ１１２内の４個のすべてのレーザ素子の共通アース戻り路になる。図示のように、上部ダイオードレーザ１１０は４つの面放出点１１６Ａ〜１１６Ｄを有する。下部ダイオードレーザ１２０は、下部マウント１２４上に設置された単一チップ１２２内に一体で作られた個別にアドレス可能な４個のレーザ素子を有する。図示のように、下部ダイオードレーザ１２０は４つの面放出点１２６Ａ〜１２６Ｄを有する。
【００３７】
下部ダイオードレーザのチップ１２２と上部ダイオードレーザのチップ１１２は、例えばポリイミドから作られた絶縁体ストリップ１３０，１３２によって隔離されている。絶縁体ストリップはダイオードレーザ間に電気的隔離と緩衝を提供する。各ダイオードレーザのレーザ素子は１０μｍ程度に近接させることができる。
【００３８】
広幅の短いダイオードレーザ１１０と狭幅の長いダイオードレーザ１２０を組み合わすことによって、各ダイオードレーザのチップ上の多重接続用パッドに容易にアクセスすることができる。例えば、下部ダイオードレーザのチップは幅が２５０ミクロン、長さが５００ミクロンである。上部ダイオードレーザのチップは幅が５００ミクロン、長さが２５０ミクロンである。下部ダイオードレーザ１２０のチップの後半分に配置された接続用パッドに、電線１２８Ａ〜１２８Ｄが取り付けられている。これらの電線がそれぞれレーザ素子１２６Ａ〜１２６Ｄの動作を制御する。上部ダイオードレーザ１１０のチップの側面に配置された接続用パッドに、電線１１８Ａ〜１１８Ｄが取り付けられている。これらの電線がそれぞれレーザ素子１１６Ａ〜１１６Ｄの動作を制御する。
【００３９】
第１の好ましい実施例は、８つのレーザビームを放出する単一レーザアレイである。第２のダイオードレーザの上に、その４つのレーザ素子とは異なる波長の４つのレーザ素子を有する第１のダイオードレーザを組み立てることにより、２つの別個の波長を得ることができる。同じやり方で、それぞれが４以上のレーザ素子を有する２つのダイオードレーザを選択することにより、８つ以上のレーザビームを放出する単一レーザアレイを得ることができる。
【００４０】
集積パッケージを組み立てるとき、水平方向の位置決め（±１ミクロン）は、顕微鏡で観察しながら面放出点が整列するまで一方のマウントの位置を他方のマウントに対し調節することにより設定できる。垂直方向の位置決めは、絶縁体の厚さによって設定される。軸方向の位置決めは、一方のダイオードレーザの縁が他方のダイオードレーザの縁と一直線に並ぶように調節することによって設定される。
【００４１】
第２の好ましい実施例は、同様に、第１の好ましい実施例に似た８つのレーザビームを放出する単一レーザアレイである。この実施例の場合、ダイオードレーザは実質上同一波長の直交偏光を放出するように作られる。組立は前述のように行われる。
【００４２】
どちらかの好ましい実施例のレーザアレイを使用して、図８に示したシングルステーション／マルチポジション型プリンタを構成することができる。例えば、ダイオードレーザアレイ２００の上部ダイオードレーザ２１０は４つの偏光レーザビーム２５０を放出する。下部ダイオードレーザ２２０はレーザビーム２５０に対し直交偏光された４つの偏光レーザビーム２４０を放出する。すべてのレーザビームは実質上同一波長を有する。８つのレーザビームはすべてのレーザビームを重複する同軸光路の上に向ける作用をする入力光学系３１２を通して投射され、回転多面鏡３１４を照明する。回転多面鏡３１４はレーザビームを高速走査方向に沿って反復して同時に偏向させる。偏向されたレーザビームは一組の像形成／補正用レンズ３１０に入射する。一組のレンズ３１０はレーザビームを焦点に集め、かつ多面鏡の角度誤差や揺らぎなどの誤差を補正する。一組のレンズ３１０はレーザビームを偏光セパレータ３２０に向かって投射する。偏光セパレータ３２０はある偏光を他の偏光から分離する。ミラー３３６，３３８は、偏向されたレーザビーム２５０を感光体３４０の上に導く。ミラー３３０，３３２，３３４はレーザビーム２４０を感光体３４０の離れた領域の上に導く。
【００４３】
４つのレーザビーム２５０を第１波長で放出する上部ダイオードレーザ２１０と、４つのレーザビーム２４０を第２波長で放出する下部ダイオードレーザ２２０より成るダイオードレーザアレイ２００を使用して、同様なレーザプリンタを作ることができる。レーザビームは任意の偏光方向をもつことができる。プリンタは、セパレータ３２０が第１波長のビームを反射し、第２波長のビームを透過するダイクロイックセパレータであることを除いて、図８のように構成される。この種のダイクロイックセパレータはこの分野では周知である。
【００４４】
本発明の第３の好ましい実施例は、２つの波長と２つの偏光をもつレーザビームを放出する単一レーザアレイである。この実施例の場合、各ダイオードレーザは、実質上同一波長で直交偏光を放出する別個のレーザ素子を有する。従って、本発明に従って、直交偏光されたレーザビームを第１波長で放出する第１ダイオードレーザと、直交偏光されたレーザビームを第２波長で放出する第２ダイオードレーザを組み合わせることにより、ダイオードレーザアレイを作ることができる。組立は前述のように行われる。
【００４５】
この第３の実施例のレーザアレイを使用して図９に示したマルチステーション型プリンタ５８０を作ることができる。例えば、ダイオードレーザアレイ５００は８つのレーザビーム５１０を放出する上部ダイオードレーザ５０２を有する。４つのレーザビームは、他の４つのレーザビームと直交偏光される。８つのすべてのレーザビームは第１波長を有する。下部ダイオードレーザ５０４は８つのレーザビームを放出する。レーザビーム５１２内の４つのレーザビームはレーザビーム５１０内の或る偏光に対し平行に偏光され、レーザビーム５１２内の他の４つのレーザビームはレーザビーム５１０内の他の偏光に対し平行に偏光されている。８つのすべてのレーザビーム５１２は、レーザビーム５１０の第１波長とは異なる第２波長を有する。
【００４６】
１６のレーザビームはすべてのレーザビームを重複する同軸光路の上に向ける作用をする入力光学系を通して投射され、回転多面鏡５０６を照明する。簡素化するため、図には４つのレーザビームのみを示してある。レーザビーム５１４，５１６は波長が異なるが、同じ偏光を有する。レーザビーム５１８，５２０も波長は異なるが、同じ偏光を有する。回転多面鏡はレーザビームを高速走査方向に沿って反復して同時に偏向させる。偏向されたレーザビームは一組の像形成／補正用レンズ５０８に入る。一組のレンズ５０８はレーザビームを焦点に集め、かつ多面鏡の角度誤差や揺らぎなどの誤差を補正する。
【００４７】
一組のレンズ５０８はレーザビームを偏光セパレータ５３０に向けて投射する。偏光セパレータ５３０はある偏光のビームを他の偏光のビームから分離する。レーザビーム５１８，５２０は次にダイクロイックビームセパレータ５３２に入り、他方、レーザビーム５１４，５１６は最初にミラー５３４から反射され、次にダイクロイックビームセパレータ５３６に入る。ダイクロイックビームセパレータ５３２，５３６は、第１波長のビームを反射し、第２波長のビームを透過する波長選択性多層フィルムである。従って、ダイクロイックビームセパレータ５３２は、重畳するビーム５１８と５２０を分離し、他方のダイクロイックビームセパレータ５３６は重畳するビーム５１４と５１６を分離する。次に、ミラー５４２は分離されたレーザビーム５１４を感光体５４０の上に反射し、他方のミラー５５２と５５４は分離されたレーザビーム５１６を感光体５５０の上に反射する。同様に、ミラー５７２は分離されたレーザビーム５２０を感光体５７０の上に反射し、他方のミラー５６２と５６４は分離されたレーザビーム５１８を感光体５６０の上に反射する。各レーザビームは画像情報について個別に変調されているので、各感光体の上に異なる潜像が同時に生成される。従って、装置５８０は各感光体上の画像が異なるシステムカラーに対応しているフルカラー複製に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の好ましい実施例に使用した多重ビーム型半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図２】４つのレーザの導電チャンネルを示す、従来の半導体ダイオードレーザの平面図である。
【図３】従来の接続用パッドのパターンを示す、半導体ダイオードレーザの平面図である。
【図４】第１の好ましい実施例のダイオードレーザアレイの斜視図である。
【図５】第２の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているレーザプリンタの正面図である。
【図６】従来の単一レーザアレイを構成する２個の半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図７】従来の別の単一レーザアレイを構成する半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図８】第３の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているレーザプリンタの略図である。
【図９】第３の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているマルチステーション型レーザプリンタの略図である。
【符号の説明】
１０ モノリシックダイオードレーザ
１２ 基板
１４ クラッド層
１６ 活性領域
１８ 面放出点
２０ クラッド層
２２ キャップ層
２４ ｎ型無秩序領域
２６ 電気絶縁バリヤ
２８ 金属接続部
３０Ａ〜３０Ｄ レーザ素子
３２ 金属接続部
４４ イオン注入パターン
４６ イオン注入領域
４８ イオン注入クロスオーバー領域
５０Ａ〜５０Ｄ 接続用パッド
５２ 金属化パターン
５４，５６，５８，６０ チャンネル
６２ 金属連絡ブリッジ
１００ 複数ダイオードレーザアレイ
１１０ 上部ダイオードレーザ
１１２ 単一チップ
１１４ 上部マウント
１１６Ａ〜１１６Ｄ 面放出点
１１８Ａ〜１１８Ｄ
１２０ 下部ダイオードレーザ
１２２ 単一チップ
１２４ 下部マウント
１２６Ａ〜１２６Ｄ 面放出点
１２８Ａ〜１２８Ｄ 電線
１３０，１３２ 絶縁体ストリップ
２００ ダイオードレーザアレイ
２１０ 上部ダイオードレーザ
２２０ 下部ダイオードレーザ
２４０，２５０ レーザビーム
３１０ 一組の像形成／補正用レンズ
３１２ 入力光学系
３１４ 回転多面鏡
３２０ 偏光セパレータ
３３０，３３２，３３４ ミラー
３３６，３３８ ミラー
３４０ 感光体
４００ 半導体レーザデバイス
４０２，４０４ ダイオードレーザ
４０６ 金属化表面
４０８ マウント
４１０，４１２，４１４ 電線
４２０ 半導体レーザデバイス
４２２，４２４ マウント
４２６，４２８ 半導体ダイオードレーザ
４３０ 絶縁層
４３２，４３４ 電線
４４０ ベース
５００ ダイオードレーザアレイ
５０２ 上部ダイオードレーザ
５０４ 下部ダイオードレーザ
５０６ 回転多面鏡
５０８ 一組の像形成／補正用レンズ
５１０，５１２ レーザビーム
５１４，５１６ レーザビーム
５１８，５２０ レーザビーム
５３０，５３２，５３６ 偏光セパレータ
５３４ ミラー
５４０ 感光体
５４２ ミラー
５５０ 感光体
５５２，５５４ ミラー
５６０ 感光体
５６２，５６４ ミラー
５７０ 感光体
５７２ ミラー
５８０ マルチステーション型プリンタ
【産業上の利用分野】
本発明は、多重ビーム型ダイオードレーザ構造に関し、より詳細には、レーザプリンタに使用する多重ビーム型ダイオードレーザの非モノリシックアレイ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゼログラフィー印刷において、感光体の上に潜像を形成する１つの方法は、変調したレーザビームを帯電した感光体を横切ってラスター掃引することである。そのあと感光体上に形成された潜像を使ってトナー像が形成される。トナー像は静電気で記録媒体（通常は普通紙）へ転写されたあと、定着されて永久的な画像が生成される。
【０００３】
ゼログラフィー印刷は成功を収めたが、印字速度が増大するつれて、レーザビームを感光体を横切って要求された速度で走査することがより困難になるという問題が生じた。一般に、走査は回転鏡でレーザビームを偏向させることによって行われる。そのようなスキャナはラスター出力スキャナ（ＲＯＳと略す）と呼ばれる。ＲＯＳにおいて、レーザビームを高速で走査する１つの方法は、回転鏡の回転速度を増加させることである。しかし、回転鏡を非常な高速で回転させるには、高価な駆動モーターと、より強力なレーザが必要である。第２の方法としては、回転多面鏡と一組のレンズを使用して、ラスター掃引速度を向上させることがある。第３の方法としては、数本のレーザビームを同時に掃引させることがある。そのようなスキャナは「多重ビーム」ＲＯＳと呼ばれ、プリンタで高速走査を実現する好ましい方法である。
【０００４】
多重ビームＲＯＳを使用するプリンタは、例えば米国特許第４，２５３，１０２号に開示されている。そのようなプリンタでは、ＲＯＳは中心軸のまわりに回転する多面鏡（ポリゴン）を使用し、１つまたはそれ以上の強度変調ビームを直線走査方向（高速走査方向とも呼ばれる）に感光性記録媒体を横切って反復して掃引する。ビームがラスター走査パターンに従って記録媒体を走査するように、記録媒体は高速走査方向に直角な「処理」方向（低速走査方向とも呼ばれる）に進められる。ディジタル印刷は、それぞれのビームを２進サンプルストリームに従って連続的に強度変調し、その２進サンプルによって表される光像に記録媒体をさらすことによって実行される。
【０００５】
低速走査方向に配列されたレーザは、高密度直線印字を可能にするため、多面鏡の回転軸に平行な方向に互いに狭い間隔で置かれるように製作しなければならない。上記米国特許第４，２５３，１０２号に記載されているように、そのような狭い間隔は、レーザアレイを斜めにして個々のレーザ素子間の距離を縮めることを必要としない。しかし、狭い間隔で配置されたレーザ素子は、できるだけ多面鏡のほぼ同じ部分にビームが当たるように保持することによって、軸ずれ光源位置によるビームの特性、例えばスポットサイズ、エネルギーの一様性、湾曲、および直線性の変動を最小にすることが望ましい。
【０００６】
ラスター掃引速度の問題は、高速度でカラー印字するとき、いっそう明白になる。ゼログラフィー式カラープリンタは、印字する各カラーごとに別個の画像を必要とする。フルカラープリンタは、一般に、４つの画像（シアン、マゼンタ、黄色の３原色の各カラーに１つづつ、黒色に１つ）を必要とする。一般に、カラープリントは、各カラーごとに１回、プリンタを複数回通過する１枚の記録媒体に順次カラー画像を重ね合わせて転写し、定着することによって作成される。そのようなプリンタは「複数パス」型プリンタと呼ばれる。
【０００７】
各カラーが独立した感光体に対応付けられている場合には、プリンタは「マルチステーション」型プリンタと呼ばれる。そのようなプリンタでは、高速カラーゼログラフィー画像出力端末装置は、個別にアドレス可能な複数のラスターラインを別個の場所に同時に印刷する必要がある。通常は、４つの独立したＲＯＳが必要である。ステーションが同じ感光体の異なる位置を使用する場合には、プリンタは「単一ステーション／マルチポジション」型プリンタと呼ばれる。
【０００８】
マルチステーション型プリンタおよび単一ステーション／マルチポジション型プリンタは、同じラスター掃引速度で作動する複数パス型プリンタより大きな印字ページ出力を有するので好ましい。しかし、これらのプリンタに関連する問題として、多数のＲＯＳを使用することによる高コスト、実質上同一の複数のＲＯＳの製造することによる高コスト、および感光体上のカラー画像の整合（重ね合わせること）の難しさがある。従って、単一のＲＯＳと多重ビームダイオードレーザアレイを有するプリンタが好ましい。
【０００９】
米国特許第５，２４３，３５９号は、マルチステーション型プリンタにおいて単一のＲＯＳで複数のレーザビームを偏向させることができるＲＯＳ装置を作る１つの方法を開示している。回転多面鏡が、共通の光軸と実質上共通の始点をもつ異なる波長の密集した複数のレーザビームを同時に偏向させる。密集したビームは次に複数の光学フィルタによって分離され、マルチステーション型プリンタの対応する感光体へ導かれる。各ビームについて似たような光路長を設定することにより、各感光体上に似たような寸法のスポットが得られる。これは全てのレーザを１個の一体構造ユニット内に設置することによって容易に達成される。
【００１０】
しかし、経済的に引き合う光学フィルタは、各別のビームが十分大きな波長だけ離れていることを必要とする。一般的には約５０ｎｍの波長差が必要である。例えば、米国特許第５，２４３，３５９号は、６４５ｎｍ、６９５ｎｍ、７５５ｎｍ、８２５ｎｍの波長で放出する４つのレーザを使用している。狭い間隔で配置されたモノリシックレーザ光源からのこの波長範囲のレーザ放出は利用できないから、実際の装置は必要な各波長ごとに個別の多重ビームダイオードレーザを組み入れる必要がある。
【００１１】
別のマルチステーション型プリンタは、単一ＲＯＳによって複数のレーザビームを偏向させる方式を採用している。単一の回転多面鏡は、直交偏光された異なる波長の複数のレーザビームを同時に偏向させる。直交偏光されたビームは、次に偏光セパレータと、複数のダイクロイックビームセパレータによって分離される。分離されたビームはそれぞれ対応する感光体へ導かれる。各ビームごとに似たような光路長を設定することにより、各感光体上に似たような寸法のスポットが得られる。これはすべてのレーザを１個の一体構造ユニット内に設置することにより容易に達成される。しかし、このような装置は、異なるビームが十分大きな波長差だけ離れていて、かつ直交偏光されたビームを放出することを必要とする。例えば、直交偏光されたビームを６００ｎｍと６５０ｎｍで放出するレーザを使用している。実質上同じ波長で直交偏光されたレーザビームを放出するモノリシックレーザ光源が知られているが、５０ｎｍだけ離れた波長で直交偏光されたビームを放出する狭い間隔で配置されたモノリシックレーザ光源からのレーザ放出は利用できないから、実際の装置は必要な各波長ごとに個別の多重ビームダイオードレーザを組み入れる必要がある。
【００１２】
従って、かなり異なる光波長および（または）直交偏光を有する狭い間隔で配置されたレーザ素子から放出された複数のほぼ同軸のレーザビームを発生する一体ダイオードレーザアレイが要望されている。その外に、非モノリシックレーザアレイは、カラー印刷装置の感光体レスポンス・ウィンドウを一致させるため、異なる波長を有するレーザを組み合わせることができる。個々のレーザ素子は、隣接するレーザ素子間のクロストークを生じさせずに、独立に制御しなければならない。一組のレンズと共に使用されるダイオードレーザアレイは、容易に整合される似たような寸法のスポットを生成すべきである。
【００１３】
非モノリシックレーザアレイは、通常、支持体に取付けられた複数の個別ダイオードレーザで構成される。レーザ印刷などの応用面においては、出力レーザビームは空間的に正確に分離しなければならない。従って、非モノリシックアレイのダイオードレーザは、レーザ素子の正確な位置決めが行えるように支持しなければならない。
【００１４】
複数波長および（または）直交偏光レーザのアレイを得る１つの技法は、共通の支持体に取り付けられた別個の単ビームダイオードレーザを使用することである。支持体はベースから突き出た十字形に作ることができる。個別ダイオードレーザは十字形の各内隅の近くに取り付けられる。スペーサの厚さがスペーサの両側のレーザ素子の間隔を制御する。十字形のバーがスペーサの同じ側のレーザ素子の間隔を制御する。実際にはスペーサとバーの最小厚さに制限があるので、このやり方で取り付けられたレーザ素子は一般に１５０μｍだけ離れており、従ってレーザ素子は印字の目的に最適な近接位置にない。加えて、各レーザチップの発光領域はスペーサを背に取り付けるほうが有益であるので、それが各レーザ素子を個別にアドレスすることができるモノリシック多重ビーム型ダイオードレーザのアレイの組立を妨げている。
【００１５】
個別にアドレス可能なレーザ素子を有する非モノリシック多重ビーム型ダイオードレーザのアレイの組立を可能にする技法が知られている。この技法によれば、スタック支持体の突起部材の突起に取り付けた個別多重ビーム型ダイオードレーザから成る非モノリシックアレイが得られる。各ダイオードレーザは１個のチップの中に作られたモノリシック多重ビーム型レーザ素子で構成することができる。スタック支持体は、各レーザ素子を個別にアドレスする個別導電路が突起部材に設けられるように具体化されている。突起部材はスペーサによって隔離される。しかし、実際には使用可能なスペーサの最小厚さに制限があるので、このやり方で取り付けられるレーザ素子は一般に約１５０μｍだけ離れており、従ってレーザ素子は印字の目的に最適な近接位置にない。
【００１６】
狭い間隔で配置された個別レーザ素子の組立を可能にする技法が、米国特許第４，９０１，３２５号に開示されている。図５に、積み重ねた２個のダイオードレーザ４０２，４０４を有する半導体レーザデバイス４００を示す。ダイオードレーザの電極表面は互いに接合され、電線４１２に接続されている。ダイオードレーザ４０４の下側電極表面はマウント４０８の上面の金属化表面４０６にハンダ付けされている。電線４１０，４１２，４１４は半導体レーザデバイス４００を作動させるのに使用される。この組立では、レーザ素子を互いに１０μｍの範囲内に配置できるが、各ダイオードレーザの電極表面を接合することが、この技法を、各レーザ素子を個別にアドレスできる多重ビーム型ダイオードレーザの２つの個別モノリシックアレイの組立に使用することを妨げている。
【００１７】
図６に、米国特許第４，９０１，３２５号に開示されているもう１つの技法を示す。マウント４２２，４２４上にそれぞれ半導体ダイオードレーザ４２６，４２８が取り付けられている。半導体ダイオードレーザは絶縁層４３０を介して接合されている。絶縁層４３０は低熱伝導率の電気絶縁材料で作られている。またダイオードレーザの活性領域は互いにずれている。このやり方で、電気配線用の電線４３４，４３２をチップの一方の面に接着することができる。この組立てでは、レーザ素子を互いに垂直方向に１０μｍの範囲内に置くことができるが、水平方向に約５０μｍだけずれている。この水平方向のずれは、多くの応用面において望ましくなく、この技法を、各レーザ素子を個別にアドレスできる複数レーザ素子のモノリシックアレイの組立に使用することを妨げている。
【００１８】
米国特許第４，９０１，３２５号に開示されているさらに別の技法では、それぞれが１個のレーザ素子を含む複数の個別ダイオードレーザの組立体が開示されている。この技法では、２個の平坦な支持体４２２と４２４のそれぞれに、ダイオードレーザ４２６と４２８が並んで取り付けられる。そのあと、図７に示すように、２個の支持体が互いに近づけられ、接触しないようにベース４４０に取り付けられる。電気接続は各ダイオードレーザに個別に行われる。上記米国特許の発明者は、向かい合った支持体上の２個のレーザ素子間の距離を１０μｍ程度に狭くできることを特許請求の範囲に記載しているが、同じ支持体上のレーザ素子は少なくとも個々のチップの幅（例えば、１００μｍまたはそれ以上）だけ離れている。この間隔は、多くの応用面において望ましくなく、２つの寸法に関して狭い間隔で配置されたレーザ素子のアレイの組立にこの技法を使用することを妨げている。
【００１９】
先行特許文献に開示されているすべての非モノリシックダイオードレーザアレイは、以下に挙げる問題の少なくとも１つに悩んでいる。第１に、レーザ素子のアライメントは、巧みな外部操作と支持体上のレーザ素子の正確な配置を必要とする。第２に、２つの支持体を狭い間隔で配置し、その場所に安定に保持しなければならない。第３に、特に２個以上のレーザ素子を含むアレイの場合、エッジ効果すなわちスペーサがレーザ素子の最小間隔を制限するので、狭い間隔で配置されたレーザ素子を得ることが困難である。
【００２０】
従って、過大な熱的、光学的、および（または）電気的クロストークを生じさせずに、非モノリシックアレイのレーザ素子を狭い間隔で正確に配置することができる方法および装置が要望されている。その方法および装置が、レーザ素子の正確かつ安定した方向付けが可能であれば、さらに望ましい。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、２個の多重ビーム型半導体ダイオードレーザを組み合わせて、異なる特性の数本のレーザビームを放出する１個のダイオードレーザアレイにすることである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、１個のレーザ素子を使用するプリンタより印字速度が高く、かつよりすぐれたスポット鮮鋭度が得られるレーザプリンタ用のダイオードレーザアレイを提供することである。
【００２３】
本発明の第３の目的は、単一多面鏡と一組のレンズと共に作動する低コストのマルチステーション型処理装置を実現するため狭い間隔で配置された複数波長ダイオードレーザを有するダイオードレーザアレイを提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、異なる材料から作られた２つの半導体ダイオードレーザを組み合わせる。半導体ダイオードレーザの１つ１つは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの組や、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの組の、組の材料から作ることができる。各ダイオードレーザは、複数レーザ素子のモノリシックアレイであって、複数のレーザビームを発生することができる。各ダイオードレーザはその波長および材料に最適な異なる構造にすることができる。これらのダイオードレーザを組み合わせて、異なる特性をもつ複数のレーザビームを放出する単一光源が作られる。
【００２５】
２つの半導体ダイオードレーザの形状は異なっている。第１ダイオードレーザは広い幅と短い全長を有する。第２ダイオードレーザは狭い幅と長い全長を有する。レーザ素子は各ダイオードレーザの幅の中央領域に作られる。ダイオードレーザは、各個別のヒートシンクマウント上に取り付けられている。２つのダイオードレーザを組み立てて一体構造にすると、絶縁体が各ダイオードレーザの接点を分離する。一方のダイオードレーザの端の近くの露出面にある接続用のパッドと、他方のダイオードレーザの両面にある接続用のパッドに接触用の電線が付いている。
【００２６】
アレイを最終組立する前に、半導体ダイオードレーザをそれらの固有波長と偏光特性について選択することができる。異なる材料から作られた２つ以上のレーザによって得られる波長分離は、どの１材料系から得られる波長分離よりも大きい。
【００２７】
【実施例】
第１の好ましい実施例に使用した形式の多重ビーム型ダイオードレーザを明らかにするため、図１に従来のダイオードレーザを示す。詳しいことは、米国特許第４，８７０，６５２号を参照されたい。モノリシックダイオードレーザ１０は個別にアドレス可能な４個のレーザ素子３０Ａ〜３０Ｄを含んでいる。
【００２８】
ｎ−ＧａＡｓで作られた基板１２の上に、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層１４がエピタキシャル成長によって堆積されている。活性領域１６は相対的に薄い通常のダブルヘテロ構造（ＤＨ）または量子ウエル能動層またはドーピングしない、ｐ型ドーピングした、またはｎ型ドーピングしたその他の同種の構造で構成されている。各活性領域１６はレーザ光を放出する面放出点１８を有する。活性領域１６の上に、ｐ−Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層２０とｐ＋ＧａＡｓのキャップ層２２が堆積されている。キャップ層２２中へのｐ型亜鉛拡散は、オーム接触を大きく、レーザ素子を通る直列抵抗を減少させる。エピタキシャル堆積は、この分野で周知のＭＯＣＶＤによって実施することができる。半導体ダイオードをアドレス指定するため、各キャップ層２２の上に金属接続部２８が形成されている。
【００２９】
各活性領域１６を分離するために、ｎ型無秩序領域２４が形成されている。電気絶縁バリヤ２６は亜鉛拡散層を越えた深さに達する陽子衝撃を使用して形成される。レーザ素子間の陽子衝撃は、レーザ素子間に電気的クロストークを生じさせずに、レーザ素子の独立した動作を許すレベルの電気的隔離をレーザ素子間に与える重要な特徴である。また各半導体ダイオードレーザにアース接続するために、基板１２の底面に金属接続部３２が付いている。
【００３０】
ダイオードレーザ１０のレーザ素子（面放出点１８で表す）は相互に十分に近接しているが、光学的に結合されていない。４個のレーザ素子は、それらのつまった密集状態（これは、レーザ素子の光放出がプリンタの感光体表面などの像面上に集められることを保証する）にもかかわらず、個別にアドレスすることが可能である。各活性領域１６の幅は、約３ミクロンである。ダイオードレーザ１０の各活性領域１６は、約１０μｍだけ隔てられている。従って、ダイオードレーザ１０は満足できる印字解像度として要求される相当に密集した画素群を印字することが可能である。
【００３１】
図２は、図１の４ビームダイオードレーザの平面図である。４個の異なるレーザ素子を個別にアドレスするため、各レーザ素子は独立した電気接点を有する。４個の異なるレーザ素子は、個別にアドレスされるレーザ素子間の望ましくない電気的および熱的相互作用すなわちクロストークを生じさせない近接空間関係にある。
【００３２】
図２に示すように、各レーザ素子３０Ａ〜３０Ｄはｎ型無秩序領域２４によって隔離されている。浅いイオン注入すなわち陽子注入パターン４４は、各レーザ素子を互いに電気的に隔離するほか、各レーザ素子について１個づつ、４個の独立した金属接点になるプラットフォームを形成している。イオン注入領域４６は、キャップ層２２のｐ型（Ｚｎ）拡散によって形成された寄生ジャンクション領域を通って延びている。イオン注入クロスオーバー領域４８を高抵抗にして中央の２個のレーザ素子をクロスオーバー接触接続させるために、両端のレーザ素子を横切って狭幅のクロスオーバー領域４８が形成されている。
【００３３】
図３は、図２の陽子注入パターン４４の上に形成された金属化パターン５２を示す。金属化パターン５２はＣｒ−Ａｕ複層から作られる。図２のレーザ素子の上にチャンネル５４，５６，５８，６０が形成されている。レーザ素子３０Ａ〜３０Ｄのそれぞれの活性領域に、金属で作られた４個の接続用パッド５０Ａ〜５０Ｄが接続されている。外側の接続用パッド５０Ａ，５０Ｄは二また状のストリップ５４，６０に接続されている。内側の接続用パッド５０Ｂ，５０Ｃは金属接続ブリッジ６２を介して接触ストリップ５６，５８に接続されている。露出した陽子注入パターン４４は金属接続部を電気的に隔離している。
【００３４】
図１の半導体ダイオードレーザの欠点は、各レーザ素子の波長が同一なことである。従って、上述の設計によって非モノリシック複数波長構造を製作することはできない。
【００３５】
図４に、第１の好ましい実施例の非モノリシック半導体ダイオードレーザアレイを示す。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓやＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰなどの異なる材料から作られたダイオードレーザを組み合わせて、複数の波長を放出する単一光源が作られる。各ダイオードレーザはその波長および材料に最適な異なる構造にすることができる。ダイオードレーザ間の波長分離は、最終組立の前に各ダイオードレーザを選択することにより、事前に正確に調整することができる。低コストのマルチステーション型またはマルチポジション型処理装置は単一多面鏡と一組のレンズと共にこれらの光源を使用することができる。
【００３６】
図４は、第１の好ましい実施例に従って組み立てたマルチプルダイオードレーザアレイ１００を示す。上部ダイオードレーザ１１０は、上部マウント１１４に取り付けられた単一チップ１１２内に一体に作られた個別にアドレス可能な４個のレーザ素子を有する。上部マウント１１４（例えば、可調節ブロック上に設置されたシリコンヒートシンク）はチップ１１２内の４個のすべてのレーザ素子の共通アース戻り路になる。図示のように、上部ダイオードレーザ１１０は４つの面放出点１１６Ａ〜１１６Ｄを有する。下部ダイオードレーザ１２０は、下部マウント１２４上に設置された単一チップ１２２内に一体で作られた個別にアドレス可能な４個のレーザ素子を有する。図示のように、下部ダイオードレーザ１２０は４つの面放出点１２６Ａ〜１２６Ｄを有する。
【００３７】
下部ダイオードレーザのチップ１２２と上部ダイオードレーザのチップ１１２は、例えばポリイミドから作られた絶縁体ストリップ１３０，１３２によって隔離されている。絶縁体ストリップはダイオードレーザ間に電気的隔離と緩衝を提供する。各ダイオードレーザのレーザ素子は１０μｍ程度に近接させることができる。
【００３８】
広幅の短いダイオードレーザ１１０と狭幅の長いダイオードレーザ１２０を組み合わすことによって、各ダイオードレーザのチップ上の多重接続用パッドに容易にアクセスすることができる。例えば、下部ダイオードレーザのチップは幅が２５０ミクロン、長さが５００ミクロンである。上部ダイオードレーザのチップは幅が５００ミクロン、長さが２５０ミクロンである。下部ダイオードレーザ１２０のチップの後半分に配置された接続用パッドに、電線１２８Ａ〜１２８Ｄが取り付けられている。これらの電線がそれぞれレーザ素子１２６Ａ〜１２６Ｄの動作を制御する。上部ダイオードレーザ１１０のチップの側面に配置された接続用パッドに、電線１１８Ａ〜１１８Ｄが取り付けられている。これらの電線がそれぞれレーザ素子１１６Ａ〜１１６Ｄの動作を制御する。
【００３９】
第１の好ましい実施例は、８つのレーザビームを放出する単一レーザアレイである。第２のダイオードレーザの上に、その４つのレーザ素子とは異なる波長の４つのレーザ素子を有する第１のダイオードレーザを組み立てることにより、２つの別個の波長を得ることができる。同じやり方で、それぞれが４以上のレーザ素子を有する２つのダイオードレーザを選択することにより、８つ以上のレーザビームを放出する単一レーザアレイを得ることができる。
【００４０】
集積パッケージを組み立てるとき、水平方向の位置決め（±１ミクロン）は、顕微鏡で観察しながら面放出点が整列するまで一方のマウントの位置を他方のマウントに対し調節することにより設定できる。垂直方向の位置決めは、絶縁体の厚さによって設定される。軸方向の位置決めは、一方のダイオードレーザの縁が他方のダイオードレーザの縁と一直線に並ぶように調節することによって設定される。
【００４１】
第２の好ましい実施例は、同様に、第１の好ましい実施例に似た８つのレーザビームを放出する単一レーザアレイである。この実施例の場合、ダイオードレーザは実質上同一波長の直交偏光を放出するように作られる。組立は前述のように行われる。
【００４２】
どちらかの好ましい実施例のレーザアレイを使用して、図８に示したシングルステーション／マルチポジション型プリンタを構成することができる。例えば、ダイオードレーザアレイ２００の上部ダイオードレーザ２１０は４つの偏光レーザビーム２５０を放出する。下部ダイオードレーザ２２０はレーザビーム２５０に対し直交偏光された４つの偏光レーザビーム２４０を放出する。すべてのレーザビームは実質上同一波長を有する。８つのレーザビームはすべてのレーザビームを重複する同軸光路の上に向ける作用をする入力光学系３１２を通して投射され、回転多面鏡３１４を照明する。回転多面鏡３１４はレーザビームを高速走査方向に沿って反復して同時に偏向させる。偏向されたレーザビームは一組の像形成／補正用レンズ３１０に入射する。一組のレンズ３１０はレーザビームを焦点に集め、かつ多面鏡の角度誤差や揺らぎなどの誤差を補正する。一組のレンズ３１０はレーザビームを偏光セパレータ３２０に向かって投射する。偏光セパレータ３２０はある偏光を他の偏光から分離する。ミラー３３６，３３８は、偏向されたレーザビーム２５０を感光体３４０の上に導く。ミラー３３０，３３２，３３４はレーザビーム２４０を感光体３４０の離れた領域の上に導く。
【００４３】
４つのレーザビーム２５０を第１波長で放出する上部ダイオードレーザ２１０と、４つのレーザビーム２４０を第２波長で放出する下部ダイオードレーザ２２０より成るダイオードレーザアレイ２００を使用して、同様なレーザプリンタを作ることができる。レーザビームは任意の偏光方向をもつことができる。プリンタは、セパレータ３２０が第１波長のビームを反射し、第２波長のビームを透過するダイクロイックセパレータであることを除いて、図８のように構成される。この種のダイクロイックセパレータはこの分野では周知である。
【００４４】
本発明の第３の好ましい実施例は、２つの波長と２つの偏光をもつレーザビームを放出する単一レーザアレイである。この実施例の場合、各ダイオードレーザは、実質上同一波長で直交偏光を放出する別個のレーザ素子を有する。従って、本発明に従って、直交偏光されたレーザビームを第１波長で放出する第１ダイオードレーザと、直交偏光されたレーザビームを第２波長で放出する第２ダイオードレーザを組み合わせることにより、ダイオードレーザアレイを作ることができる。組立は前述のように行われる。
【００４５】
この第３の実施例のレーザアレイを使用して図９に示したマルチステーション型プリンタ５８０を作ることができる。例えば、ダイオードレーザアレイ５００は８つのレーザビーム５１０を放出する上部ダイオードレーザ５０２を有する。４つのレーザビームは、他の４つのレーザビームと直交偏光される。８つのすべてのレーザビームは第１波長を有する。下部ダイオードレーザ５０４は８つのレーザビームを放出する。レーザビーム５１２内の４つのレーザビームはレーザビーム５１０内の或る偏光に対し平行に偏光され、レーザビーム５１２内の他の４つのレーザビームはレーザビーム５１０内の他の偏光に対し平行に偏光されている。８つのすべてのレーザビーム５１２は、レーザビーム５１０の第１波長とは異なる第２波長を有する。
【００４６】
１６のレーザビームはすべてのレーザビームを重複する同軸光路の上に向ける作用をする入力光学系を通して投射され、回転多面鏡５０６を照明する。簡素化するため、図には４つのレーザビームのみを示してある。レーザビーム５１４，５１６は波長が異なるが、同じ偏光を有する。レーザビーム５１８，５２０も波長は異なるが、同じ偏光を有する。回転多面鏡はレーザビームを高速走査方向に沿って反復して同時に偏向させる。偏向されたレーザビームは一組の像形成／補正用レンズ５０８に入る。一組のレンズ５０８はレーザビームを焦点に集め、かつ多面鏡の角度誤差や揺らぎなどの誤差を補正する。
【００４７】
一組のレンズ５０８はレーザビームを偏光セパレータ５３０に向けて投射する。偏光セパレータ５３０はある偏光のビームを他の偏光のビームから分離する。レーザビーム５１８，５２０は次にダイクロイックビームセパレータ５３２に入り、他方、レーザビーム５１４，５１６は最初にミラー５３４から反射され、次にダイクロイックビームセパレータ５３６に入る。ダイクロイックビームセパレータ５３２，５３６は、第１波長のビームを反射し、第２波長のビームを透過する波長選択性多層フィルムである。従って、ダイクロイックビームセパレータ５３２は、重畳するビーム５１８と５２０を分離し、他方のダイクロイックビームセパレータ５３６は重畳するビーム５１４と５１６を分離する。次に、ミラー５４２は分離されたレーザビーム５１４を感光体５４０の上に反射し、他方のミラー５５２と５５４は分離されたレーザビーム５１６を感光体５５０の上に反射する。同様に、ミラー５７２は分離されたレーザビーム５２０を感光体５７０の上に反射し、他方のミラー５６２と５６４は分離されたレーザビーム５１８を感光体５６０の上に反射する。各レーザビームは画像情報について個別に変調されているので、各感光体の上に異なる潜像が同時に生成される。従って、装置５８０は各感光体上の画像が異なるシステムカラーに対応しているフルカラー複製に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の好ましい実施例に使用した多重ビーム型半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図２】４つのレーザの導電チャンネルを示す、従来の半導体ダイオードレーザの平面図である。
【図３】従来の接続用パッドのパターンを示す、半導体ダイオードレーザの平面図である。
【図４】第１の好ましい実施例のダイオードレーザアレイの斜視図である。
【図５】第２の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているレーザプリンタの正面図である。
【図６】従来の単一レーザアレイを構成する２個の半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図７】従来の別の単一レーザアレイを構成する半導体ダイオードレーザの正面図である。
【図８】第３の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているレーザプリンタの略図である。
【図９】第３の好ましい実施例のダイオードレーザアレイを使用しているマルチステーション型レーザプリンタの略図である。
【符号の説明】
１０ モノリシックダイオードレーザ
１２ 基板
１４ クラッド層
１６ 活性領域
１８ 面放出点
２０ クラッド層
２２ キャップ層
２４ ｎ型無秩序領域
２６ 電気絶縁バリヤ
２８ 金属接続部
３０Ａ〜３０Ｄ レーザ素子
３２ 金属接続部
４４ イオン注入パターン
４６ イオン注入領域
４８ イオン注入クロスオーバー領域
５０Ａ〜５０Ｄ 接続用パッド
５２ 金属化パターン
５４，５６，５８，６０ チャンネル
６２ 金属連絡ブリッジ
１００ 複数ダイオードレーザアレイ
１１０ 上部ダイオードレーザ
１１２ 単一チップ
１１４ 上部マウント
１１６Ａ〜１１６Ｄ 面放出点
１１８Ａ〜１１８Ｄ
１２０ 下部ダイオードレーザ
１２２ 単一チップ
１２４ 下部マウント
１２６Ａ〜１２６Ｄ 面放出点
１２８Ａ〜１２８Ｄ 電線
１３０，１３２ 絶縁体ストリップ
２００ ダイオードレーザアレイ
２１０ 上部ダイオードレーザ
２２０ 下部ダイオードレーザ
２４０，２５０ レーザビーム
３１０ 一組の像形成／補正用レンズ
３１２ 入力光学系
３１４ 回転多面鏡
３２０ 偏光セパレータ
３３０，３３２，３３４ ミラー
３３６，３３８ ミラー
３４０ 感光体
４００ 半導体レーザデバイス
４０２，４０４ ダイオードレーザ
４０６ 金属化表面
４０８ マウント
４１０，４１２，４１４ 電線
４２０ 半導体レーザデバイス
４２２，４２４ マウント
４２６，４２８ 半導体ダイオードレーザ
４３０ 絶縁層
４３２，４３４ 電線
４４０ ベース
５００ ダイオードレーザアレイ
５０２ 上部ダイオードレーザ
５０４ 下部ダイオードレーザ
５０６ 回転多面鏡
５０８ 一組の像形成／補正用レンズ
５１０，５１２ レーザビーム
５１４，５１６ レーザビーム
５１８，５２０ レーザビーム
５３０，５３２，５３６ 偏光セパレータ
５３４ ミラー
５４０ 感光体
５４２ ミラー
５５０ 感光体
５５２，５５４ ミラー
５６０ 感光体
５６２，５６４ ミラー
５７０ 感光体
５７２ ミラー
５８０ マルチステーション型プリンタ
Claims (2)
- それぞれがレーザビームを放出する複数の活性領域を有し、各活性領域のレーザビームが所定の第１波長を有する第１半導体ダイオードレーザであって、各活性領域が該第１半導体ダイオードレーザの表面の縁の近くに電気接続部を有する第１半導体ダイオードレーザと、
それぞれがレーザビームを放出する複数の活性領域を有し、各活性領域のレーザビームが所定の第２波長を有する第２半導体ダイオードレーザであって、各活性領域が第２半導体ダイオードレーザの表面の縁の近くに電気接続部を有する第２半導体ダイオードレーザと、
前記第１半導体ダイオードレーザと前記第２半導体ダイオードレーザの間に配置され、前記２つの半導体ダイオードレーザ間に電気的絶縁と間隔を与える絶縁体とを包含し、
前記第１ダイオードレーザの幅は前記第２ダイオードレーザの幅より大きく形成され、前記第１ダイオードレーザの長さは前記第２ダイオードレーザの長さより短く形成されている
ことを特徴とする多重ビーム型ダイオードレーザアレイ。 - レーザプリンタであって、
電荷を保持する感光体と、
請求項１に記載の多重ビーム型ダイオードレーザアレイと、
前記レーザビームを前記感光体を横切るように高速走査方向に走査する走査手段と、
前記レーザビームを分離するビームセパレータと、
前記分離したレーザビームを前記感光体手段の適正な領域に送る複数のミラーと、
前記感光体上の電荷を現像する現像手段と
から成ることを特徴とするレーザプリンタ。
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