JP5062702B2

JP5062702B2 - 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

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Publication number: JP5062702B2
Application number: JP2009182743A
Authority: JP
Inventors: 敬原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2009260392A

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

かかる目的を達成するために、本発明の二次元面発光レーザーアレイは、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、第二の基線上に配列した複数の面発光レーザーの中心より第１の基線への正射影点を規定したとき、第一の基線上の２ｎおよび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し、且つ第三の基線上に配列した複数の面発光レーザーの中心より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ことを特徴とする。

本発明の光走査装置は、本発明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走査する手段と、走査されたレーザー光の焦点が同一平面上に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。

本発明の光走査装置において、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。

本発明の光走査装置において、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。

本発明の光走査装置において、二次元面発光レーザーアレイと、受光素子との間に、所定の倍率でレーザー光を拡大する手段をさらに有することを特徴とする。

本発明の光走査装置において、走査終端に受光素子を有することを特徴とする。

本発明の電子写真装置は、本発明の光走査装置を有することを特徴とする。

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。

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。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。複数のＶＣＳＥＬの独立配線方法を示す図である。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。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。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。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。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。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。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。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。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。

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。

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

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

画像形成の高速化を実現する他の方法としては、レーザーのマルチビーム化が考えられる。マルチビームレーザーを用いて潜像形成を行う場合、ポリゴンミラーを用いて感光体上主走査に走査する際、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Al_0.9Ga_0.1As/Al_0.3Ga_0.7As p-DBR、第二反射鏡としてAlAs/Al_0.3Ga_0.7As 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。

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。

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。

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。

１感光体ドラム
２ｆθ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

特開平１１−３４０５７０号公報特開平１１−３５４８８８号公報特許第３１９８９０９号公報特開２０００−０１２９７３号公報特開２０００−０２２２７４号公報

Claims

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、
前記第二の基線上に配列した複数の面発光レーザーの中心より前記第１の基線への正射影点を規定したとき、前記第一の基線上の２ｎおよび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し、且つ前記第三の基線上に配列した複数の面発光レーザーの中心より前記第一の基線への正射影点を規定したとき、前記第一の基線上の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ことを特徴とする二次元面発光レーザーアレイ。
請求項１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走査する手段と、
走査されたレーザー光の焦点が同一平面上に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。
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前記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２記載の光走査装置。
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２記載の光走査装置。
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３又は４記載の光走査装置。
走査終端に受光素子を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
請求項２から６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。