JP7056678B2 - 面発光レーザ、面発光レーザ装置、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、面発光レーザ、面発光レーザ装置、光走査装置及び画像形成装置に関する。

電子写真の画像記録において、高精細な画像品質を得るための画像形成手段として、レーザ光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光を走査（主走査）しつつ、ドラムを回転（副走査）させて、潜像を形成する方法が一般的である。

このような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。画像の高精細化については、画像の解像度が２倍になった場合、主走査・副走査ともに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実現するための方法として、レーザの高出力化、マルチビーム化、感光体の高感度化などが考えられる。なかでも、高速出力機においてはマルチビーム化された書込み光源（マルチビーム光源）を用いるのが一般的となっている。１本のレーザ光を用いた場合と比較して、ｎ本のレーザ光を同時に用いた場合、一度の走査での潜像形成領域はｎ倍となり、画像形成に必要な時間は１／ｎとなる。

例えば、特許文献１には、同一基板に複数の光電変換部を備えた光電変換素子が開示されている。また、特許文献２には、同一基板に複数の発光部を備えた半導体発光素子が開示されている。特許文献１及び特許文献２に開示されている各素子は、複数の端面発光型半導体レーザが１次元配置された構成である。これらの場合には、ビーム数が多くなると消費電力が大きくなり、冷却システムが新規に必要となるため、コスト上、４ビーム若しくは８ビーム程度が限界である。

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は、複数の面発光レーザを２次元的に集積することが容易である。また、面発光レーザは、消費電力が端面型レーザに比べて一桁程度小さく、多くの面発光レーザを２次元的に集積するのに有利である。

例えば、特許文献３には、電子写真感光体と、電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、帯電した電子写真感光体を露光して静電潜像を形成させる露光装置と、静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成させる現像装置と、トナー像を電子写真感光体から被転写媒体に転写する転写装置と、を備える画像形成装置であって、露光装置が面発光レーザアレイを有し、３本以上の光ビームを電子写真感光体上に走査させて静電潜像を形成させるマルチビーム方式の露光装置であり、電子写真感光体が導電性基体及び該基体上に設けられた感光層を有し、感光層はアモルファス状の珪素含有化合物を含有する光導電層を含んで構成されている画像形成装置が開示されている。

また、特許文献４には、被走査面の走査のための光ビームを発生する複数の光源と、それらを駆動する光源駆動手段とを有し、光源駆動手段は、被走査面上の隣接した２本の走査線に対応する２個の光源を１組とし、１組の光源のうちの一方を主光源、もう一方を副光源とし、１組の光源の総光量を変えることなく、かつ、副光源の光量を主光源の光量を越えさせることなく、主光源と副光源の間の光量比率を変化させることにより、１組の光源より発生する光ビームの被走査面上における副走査方向の光量分布を制御する光走査装置が開示されている。

また、特許文献５には、３個以上の発光点を持つ光源から出射された複数の光ビームを光偏向器によって被走査面を偏向走査することで主走査し、この主走査方向に直交する方向へ被走査面を相対移動させることで副走査する光走査装置であって、光源の複数の発光点のそれぞれを順次着目発光点とした場合に、当該着目発光点と隣接する周囲の発光点間の距離が全て等間隔となるように、発光点を二次元的に配設すると共に、複数の光ビームによる各走査線が等間隔で被走査面上を主走査するように、光源の各発光点を同一平面内で、主走査方向又は副走査方向に対して、所定角度回転させて配置した光走査装置が開示されている。

ところで、面発光レーザアレイでは、隣接する発光部との間隔が狭くなると、他の発光部で発生する熱により、出力が低下したり、信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、大型化を招くことなく、熱干渉の影響が小さい面発光レーザを提供することにある。

本発明は、複数の発光部が２次元配列されている面発光レーザであって、前記２次元配列は、複数の発光部が第１の方向に配列された複数の発光部列を有し、前記複数の発光部列は４列以上の発光部列を含み、該複数の発光部列のうち、相対的に端の近くに位置する任意の発光部列と該任意の発光部列に隣接する発光部列との間隔は、前記相対的に端の近くに位置する任意の発光部列よりも中心に位置する２つの発光部列の間隔よりも小さく、かつ、前記第１の方向と垂直な方向で、前記２次元配列（複数の発光部列）のうち両端に位置する発光部列から中心に向かって等しい距離の対称線から対称となる間隔である面発光レーザである。

なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいうものとする。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を示す概略図である。 図２における光源が有する面発光レーザアレイを説明するための図（その１）である。 図２における光源が有する面発光レーザアレイを説明するための図（その２）である。 面発光レーザアレイの比較例を説明するための図（その１）である。 面発光レーザアレイの比較例を説明するための図（その２）である。 図３の面発光レーザアレイを用いたときの不均等な飛び越し走査を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例１を説明するための図である。 図７の面発光レーザアレイを用いたときの不均等な飛び越し走査を説明するための図である。 不均等な飛び越し走査配置の均等な飛び越し走査配置に対するメリットを説明するための図（その１）である。 不均等な飛び越し走査配置の均等な飛び越し走査配置に対するメリットを説明するための図（その２）である。 不均等な飛び越し走査配置の均等な飛び越し走査配置に対するメリットを説明するための図（その３）である。 不均等な飛び越し走査配置の均等な飛び越し走査配置に対するメリットを説明するための図（その４）である。 面発光レーザアレイの変形例２を説明するための図である。 図１３の面発光レーザアレイを用いたときの不均等な飛び越し走査を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例３を説明するための図である。 図１５の面発光レーザアレイを用いたときの不均等な飛び越し走査を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例４を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例５を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１～図６に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

感光体ドラム１０３０の表面には、感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、及び不図示の走査制御装置などを備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズ（１１ａ、１１ｂ）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源１４は、一例として図３に示されるように、４０個の発光部（ｃｈ１～ｃｈ４０）が１つの基板上に形成された２次元アレイ１００を有し、副走査対応方向（以下では、便宜上「Ｓ方向」という）に沿って一列に配列された５個の発光部からなる発光部列が、主走査対応方向（以下では、便宜上「Ｍ方向」という）に８列配置されている。すなわち、発光部列の数は、１つの発光部列を構成する発光部の数よりも多い。

なお、ここでは、各発光部列を区別するため、便宜上、図３の紙面左から右に向かって、第１発光部列Ｌ１、第２発光部列Ｌ２、第３発光部列Ｌ３、第４発光部列Ｌ４、第５発光部列Ｌ５、第６発光部列Ｌ６、第７発光部列Ｌ７、及び第８発光部列Ｌ８とする。

そして、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、最も－Ｓ側になる発光部を発光部ｃｈ１とし、＋Ｓ側に向かって順に発光部ｃｈ２、発光部ｃｈ３、・・・・・、発光部ｃｈ４０とする。

ここでは、第１発光部列Ｌ１の５個の発光部は、発光部ｃｈ５、発光部ｃｈ１３、発光部ｃｈ２１、発光部ｃｈ２９、発光部ｃｈ３７である。

第２発光部列Ｌ２の５個の発光部は、発光部ｃｈ６、発光部ｃｈ１４、発光部ｃｈ２２、発光部ｃｈ３０、発光部ｃｈ３８である。

第３発光部列Ｌ３の５個の発光部は、発光部ｃｈ７、発光部ｃｈ１５、発光部ｃｈ２３、発光部ｃｈ３１、発光部ｃｈ３９である。

第４発光部列Ｌ４の５個の発光部は、発光部ｃｈ８、発光部ｃｈ１６、発光部ｃｈ２４、発光部ｃｈ３２、発光部ｃｈ４０である。

第５発光部列Ｌ５の５個の発光部は、発光部ｃｈ１、発光部ｃｈ９、発光部ｃｈ１７、発光部ｃｈ２５、発光部ｃｈ３３である。

第６発光部列Ｌ６の５個の発光部は、発光部ｃｈ２、発光部ｃｈ１０、発光部ｃｈ１８、発光部ｃｈ２６、発光部ｃｈ３４である。

第７発光部列Ｌ７の５個の発光部は、発光部ｃｈ３、発光部ｃｈ１１、発光部ｃｈ１９、発光部ｃｈ２７、発光部ｃｈ３５である。

第８発光部列Ｌ８の５個の発光部は、発光部ｃｈ４、発光部ｃｈ１２、発光部ｃｈ２０、発光部ｃｈ２８、発光部ｃｈ３６である。

また、Ｍ方向に関して、第１発光部列Ｌ１と第２発光部列Ｌ２との間隔はＸ４、第２発光部列Ｌ２と第３発光部列Ｌ３との間隔はＸ３、第３発光部列Ｌ３と第４発光部列Ｌ４との間隔はＸ２、第４発光部列Ｌ４と第５発光部列Ｌ５との間隔はＸ１、第５発光部列Ｌ５と第６発光部列Ｌ６との間隔はＸ２、第６発光部列Ｌ６と第７発光部列Ｌ７との間隔はＸ３、第７発光部列Ｌ７と第８発光部列Ｌ８との間隔はＸ４であり、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３＞Ｘ４である。すなわち、２次元アレイ１００は、いわゆる不均等配置の２次元アレイであり、複数列の中央部に位置し互いに隣接する２つの発光部列の間隔は、複数列の端側に位置し互いに隣接する２つの発光部列の間隔よりも広い。

そして、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、図４に示されるように、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ２０については等間隔２ｃであり、発光部ｃｈ２０と発光部ｃｈ２１の間隔は３ｃであり、発光部ｃｈ２１～発光部ｃｈ４０については等間隔２ｃである。

具体的には、ｃ＝４．４μｍ、Ｘ１＝４８μｍ、Ｘ２＝４６．５μｍ、Ｘ３＝３８．５μｍ、Ｘ４＝２６μｍである。そして、発光部ｃｈ５と発光部ｃｈ１３のＳ方向に関する間隔ｄ１は７０．４（＝２×ｃ×８）μｍであり、発光部ｃｈ１３と発光部ｃｈ２１のＳ方向に関する間隔ｄ２は７４．８（＝２×ｃ×７＋３×ｃ）μｍである（図３参照）。

ところで、図５（Ａ）には、比較例として、４０個の発光部がＭ方向及びＳ方向に関していずれも等間隔に配置されている従来の２次元アレイが示されている。この２次元アレイでは、主走査時に、いわゆる「隣接走査」が行われる(図５（Ｂ）参照)。すなわち、図５（Ａ）に示される２次元アレイは、いわゆる「隣接走査配置」の２次元アレイである。

図２に戻り、カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光を略平行光とする。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光をポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７とから構成されている。

ポリゴンミラー１３は、４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、Ｚ軸方向に平行な軸の周りに等速回転し、シリンドリカルレンズ１７からの光を偏向する。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ１１ｂを介した光が感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

走査制御装置は、図６に示されるように、ｎ－１番目の主走査が終了すると、感光体ドラム１０３０の表面における発光部ｃｈ２１からの光の照射位置に対して副走査方向に－ｃに対応する値だけずれた位置に発光部ｃｈ１からの光が照射されるように、感光体ドラム１０３０を回転させ、ｎ番目の主走査を行う。そして、ｎ番目の主走査が終了すると、感光体ドラム１０３０の表面における発光部ｃｈ２１からの光の照射位置に対して副走査方向に－ｃに対応する値だけずれた位置に発光部ｃｈ１からの光が照射されるように、感光体ドラム１０３０を回転させ、ｎ＋１番目の主走査を行う。すなわち、いわゆる「不均等な飛び越し走査」を行う。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では副走査方向に対して所定の値ｃに対応した一定間隔で走査できる。この場合に、光走査装置１０１０の光学系の倍率が約１．２倍であれば、感光体ドラム１０３０の表面における副走査方向に関するピッチは約５．３μｍとなり、副走査方向に関して４８００ｄｐｉの高密度で書込みができる。

ところで、いわゆる「均等な飛び越し走査」及びそれに適した２次元アレイ（均等な飛び越し走査配置の２次元アレイ）については、特公平１－４５０６５号公報あるいは特公平６－４８８４６号公報に開示されている。

なお、本実施形態では、発光部ｃｈ１が発光部列Ｌ５にあり、発光部ｃｈ４０が発光部列Ｌ４にある。すなわち、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、Ｓ方向に関して両端に位置する２つの発光部（ｃｈ１とｃｈ４０）は、いずれもＭ方向に関しては、両端を除く位置に配置されている。これにより、Ｓ方向に関して両端にある発光部ｃｈ１と発光部ｃｈ４０がＭ方向に関して近接することとなり、ポリゴンミラー１３の誤差（Ａ寸ばらつき、面倒れ、軸倒れなど）に起因する副走査方向に関するビームピッチ誤差を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る面発光レーザアレイ１００によると、４０個の発光部を副走査方向に対応するＳ方向（一の方向）に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ２０については等間隔２ｃであり、発光部ｃｈ２０と発光部ｃｈ２１の間隔は３ｃであり、発光部ｃｈ２１～発光部ｃｈ４０については等間隔２ｃである。この場合には、隣接走査配置の２次元アレイと比べると、大きさが若干大きくなるが、隣接走査配置の２次元アレイよりも放熱性が著しく向上する。つまり、同じ書込み密度で比較すると、副走査方向の素子間隔を広げられるので、熱干渉低減により出力均一化の制御がしやすくなり、濃度むらを抑えられ高品質の画像形成ができる。また、均等な飛び越し走査配置の２次元アレイと比べると、同じ大きさであっても、放熱性が向上する。すなわち、大きさをそれほど大きくしなくても、他の発光部からの影響をより多く受ける領域にある発光部間隔を広くすることができる。従って、大型化を招くことなく、熱干渉の影響を従来よりも小さくすることが可能である。

また、Ｓ方向に沿って一列に配列された５個の発光部からなる発光部列が、主走査方向に対応するＭ方向に８列配置されている。そして、Ｍ方向に関して、第１発光部列Ｌ１と第２発光部列Ｌ２との間隔はＸ４、第２発光部列Ｌ２と第３発光部列Ｌ３との間隔はＸ３、第３発光部列Ｌ３と第４発光部列Ｌ４との間隔はＸ２、第４発光部列Ｌ４と第５発光部列Ｌ５との間隔はＸ１、第５発光部列Ｌ５と第６発光部列Ｌ６との間隔はＸ２、第６発光部列Ｌ６と第７発光部列Ｌ７との間隔はＸ３、第７発光部列Ｌ７と第８発光部列Ｌ８との間隔はＸ４であり、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３＞Ｘ４である。

これにより、複数の発光部が同時に動作した場合、面発光レーザアレイの周辺部に配置された発光部から発せられた熱が中心部に配置された発光部に与える影響が低減され、中心部に配置された発光部の温度上昇は、複数の発光部がＳ方向およびＭ方向に等間隔で配置された場合よりも低減される。従って、各発光部の出力特性を均一化することができ、その結果、高品質な画像形成ができる。また、最も高温となる発光部の温度が低下するため、面発光レーザアレイの寿命を長くすることができる。

また、発光部列の数は、１つの発光部列を構成する発光部の数よりも多い。これにより、各発光部間の熱干渉の影響低減や、各発光部の配線を通すために必要なスペースを確保しつつ、書込み密度を高くすることができる。

また、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４が、面発光レーザアレイ１００を有しているため、結果として、感光体ドラム１０３０の表面を高密度及び高速で走査することが可能となる。さらに、熱干渉の低減により出力を均一化する制御が容易となる。その結果、出力画像における濃度むらが抑えられ、高品質の画像形成ができる。

ところで、上記隣接走査（図５参照）では、主走査方向における両端が濃く書き込まれる、いわゆる感光体の相反則不軌を生じることがある。しかしながら、本実施形態では、飛び越し走査を行うことができるため、これを低減することができる。

また、面発光レーザアレイの寿命が長いので、光源１４を含む光源ユニットの再利用が可能である。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

なお、画像の形成速度が従来と同程度で良い場合には、面発光レーザアレイにおける発光部の数を低減することが可能となり、面発光レーザアレイの製造歩留まりが大きく向上するとともに、低コスト化を図ることができる。

また、書き込みドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することが可能である。

ところで、例えば、いわゆる書込み光学ユニットに面発光レーザアレイを用いる場合に、発光部の寿命が短いときには、書込み光学ユニットは使い捨てになる。しかしながら、上記面発光レーザアレイ１００と同等の面発光レーザアレイは長寿命であるため、面発光レーザアレイ１００と同等の面発光レーザアレイを用いた書込み光学ユニットは、再利用が可能となる。従って、資源保護の促進及び環境負荷の低減を図ることができる。なお、このことは、面発光レーザアレイを用いている他の装置にも同様である。

なお、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、図７に示される面発光レーザアレイ１００Ａを用いても良い。この面発光レーザアレイ１００Ａは、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ２０については等間隔２ｃであり、発光部ｃｈ２０と発光部ｃｈ２１の間隔はｃであり、発光部ｃｈ２１～発光部ｃｈ４０については等間隔２ｃである。この場合には、Ｓ方向に関して、発光部ｃｈ２０と発光部ｃｈ２１の間隔は他の発光部間隔よりも狭くなるが、Ｓ方向に関して、他の発光部間隔が図５（Ａ）の場合の２倍であるため、隣接走査配置の２次元アレイと比べると、大きさが若干大きくなるが、隣接走査配置の２次元アレイよりも放熱性を著しく向上させることができる。そして、この場合における不均等な飛び越し走査が図８に示されている。この場合にも、感光体ドラム１０３０の表面では副走査方向に対して所定の値ｃに対応した一定間隔で走査できる。なお、Ｘ１＝４８μｍ、Ｘ２＝４６．５μｍ、Ｘ３＝３８．５μｍ、Ｘ４＝２６μｍである。また、この場合には、図６と図８を比較すると明らかなように、上記実施形態と異なり、副走査方向に関して最も離れている発光部ｃｈ１と発光部ｃｈ４０を離して（隣接させずに）書込みを行っているため、ポリゴンミラー１３の誤差に起因する副走査方向に関するビームピッチ誤差によるバンディングの影響を低減でき、画質の悪化を低減できる。更に、飛び越し走査をしながらも、副走査方向のトータル距離を短くできるので、副走査方向に関するビームピッチ誤差の低減、光スポットの安定化が実現できる。副走査方向のトータル距離は、４０ｃｈアレイでは少ししか短くならないが、１０ｃｈアレイ程度では違いは大きい。

ここで、不均等な飛び越し走査配置の均等な飛び越し走査配置に対するメリットを図９～図１３を用いて説明する。なお、ここでは、わかりやすくするため、２回の主走査で副走査方向を埋める方式（「２回走査方式」と略述する）について説明するが、３回以上の複数回の主走査で副走査方向を埋めても良い。但し、３回以上の主走査で埋める方式では、発光部間隔がそれだけ広がってしまうため、大きな光学素子が必要となるとともに光学特性が低下する。そこで、特に発光部数（ｃｈ数）が多い場合は、２回走査方式が好ましい。また、例えば特開２００３－２５５２４７号公報に開示されているように、各発光部を制御する上で、アレイ内の発光部数は、８の倍数等、偶数であることが好ましい。

図９には、偶数個（８ｃｈ）の発光部が均等な飛び越し走査配置されている面発光レーザアレイを用いて、均等な飛び越し走査を行う場合が示されている。図１０には、奇数個（７ｃｈ）の発光部が均等な飛び越し走査配置されている面発光レーザアレイを用いて、均等な飛び越し走査を行う場合が示されている。図１１には、偶数個（８ｃｈ）の発光部が不均等な飛び越し走査配置されている面発光レーザアレイを用いて、不均等な飛び越し走査を行う場合が示されている。図１２には、奇数個（７ｃｈ）の発光部が不均等な飛び越し走査配置されている面発光レーザアレイを用いて、不均等な飛び越し走査を行う場合が示されている。

図９に示されるように、均等な飛び越し走査でアレイ内の発光部数が偶数の場合、走査線は埋められているが主走査毎に副走査方向のずらし量が異なっていることがわかる。副走査方向のずらし量を変則的に変えるには、ポリゴンミラーの回転数、形状、及び感光体ドラムの回転数を変える必要があるが、回転速度や位相を切り替えようとすると、回転ムラが生じてポリゴンミラーでは主走査方向に関する位置ずれ（縦線揺らぎ）、感光体ドラム表面では副走査方向に関する位置ずれ（バンディング等）になってしまい、これらを高精度に制御するのは極めて困難である。そこで、ポリゴンミラーの回転数（主走査速度）や、感光体ドラムの回転数（副走査速度）は書き込み中は一定であることが好ましい。従って、均等な飛び越し走査では、２回走査方式を採用する場合にはアレイ内の発光部数は奇数である必要がある。なお、３回の主走査で埋める方式では、可能であるが上述したように発光部間隔が広がってしまうため好ましくない。

不均等な飛び越し走査では、逆にアレイ内の発光部数は偶数である必要がある。奇数の場合には図１２に示されるように、走査線抜けが生じる。

そこで、偶数個の発光部で飛び越し走査を行うためには、不均等な飛び越し走査配置とすることが好ましい。更には、発光部間隔を広げないで、偶数個の発光部数で飛び越し走査を行うためには、２回走査方式で不均等な飛び越し走査配置とすることが好ましい。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、図１３に示される面発光レーザアレイ１００Ｂを用いても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｂは、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ３、発光部ｃｈ４～発光部ｃｈ６、発光部ｃｈ７～発光部ｃｈ９、発光部ｃｈ１０～発光部ｃｈ１１、発光部ｃｈ１２～発光部ｃｈ１５、発光部ｃｈ２６～発光部ｃｈ２９、発光部ｃｈ３０～発光部ｃｈ３１、発光部ｃｈ３２～発光部ｃｈ３４、発光部ｃｈ３５～発光部ｃｈ３７、発光部ｃｈ３８～発光部ｃｈ４０、については等間隔ｃである。

また、発光部ｃｈ３～発光部ｃｈ４、発光部ｃｈ６～発光部ｃｈ７、発光部ｃｈ９～発光部ｃｈ１０、発光部ｃｈ１５～発光部ｃｈ１６、発光部ｃｈ２９～発光部ｃｈ３０、発光部ｃｈ３１～発光部ｃｈ３２、発光部ｃｈ３４～発光部ｃｈ３５、発光部ｃｈ３７～発光部ｃｈ３８、については等間隔２ｃである。

そして、発光部ｃｈ１７～発光部ｃｈ１８、発光部ｃｈ２３～発光部ｃｈ２４については等間隔３ｃであり、発光部ｃｈ１８～発光部ｃｈ２０、発光部ｃｈ２１～発光部ｃｈ２３、については等間隔４ｃである。

さらに、発光部ｃｈ１６～発光部ｃｈ１７、発光部ｃｈ２４～発光部ｃｈ２５、については等間隔５ｃであり、発光部ｃｈ２０～発光部ｃｈ２１については間隔７ｃである。

この面発光レーザアレイ１００Ｂを用いたときの不均等な飛び越し走査が図１４に示されている。この場合にも、感光体ドラム１０３０の表面では副走査方向に対して所定の値ｃに対応した一定間隔で走査できる。なお、Ｘ１＝４８μｍ、Ｘ２＝４６．５μｍ、Ｘ３＝３８．５μｍ、Ｘ４＝２６μｍである。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、図１５に示される面発光レーザアレイ１００Ｃを用いても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｃは、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ２～発光部ｃｈ３、発光部ｃｈ５～発光部ｃｈ７、発光部ｃｈ８～発光部ｃｈ９、発光部ｃｈ１２～発光部ｃｈ１４、発光部ｃｈ１８～発光部ｃｈ１９、発光部ｃｈ２２～発光部ｃｈ２３、発光部ｃｈ２７～発光部ｃｈ２９、発光部ｃｈ３２～発光部ｃｈ３３、発光部ｃｈ３４～発光部ｃｈ３６、発光部ｃｈ３８～発光部ｃｈ３９、については等間隔ｃである。

また、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ２、発光部ｃｈ４～発光部ｃｈ５、発光部ｃｈ７～発光部ｃｈ８、発光部ｃｈ９～発光部ｃｈ１０、発光部ｃｈ１１～発光部ｃｈ１２、発光部ｃｈ１４～発光部ｃｈ１５、発光部ｃｈ１７～発光部ｃｈ１８、発光部ｃｈ２３～発光部ｃｈ２４、発光部ｃｈ２６～発光部ｃｈ２７、発光部ｃｈ２９～発光部ｃｈ３０、発光部ｃｈ３１～発光部ｃｈ３２、発光部ｃｈ３３～発光部ｃｈ３４、発光部ｃｈ３６～発光部ｃｈ３７、発光部ｃｈ３９～発光部ｃｈ４０、については等間隔２ｃである。

そして、発光部ｃｈ３～発光部ｃｈ４、発光部ｃｈ１５～発光部ｃｈ１６、発光部ｃｈ１９～発光部ｃｈ２２、発光部ｃｈ２５～発光部ｃｈ２６、発光部ｃｈ３７～発光部ｃｈ３８、については等間隔３ｃであり、発光部ｃｈ１０～発光部ｃｈ１１、発光部ｃｈ１６～発光部ｃｈ１６、発光部ｃｈ２４～発光部ｃｈ２５、発光部ｃｈ３０～発光部ｃｈ３１、については等間隔４ｃである。

この面発光レーザアレイ１００Ｃを用いたときの不均等な飛び越し走査が図１６に示されている。この場合にも、感光体ドラム１０３０の表面では副走査方向に対して所定の値ｃに対応した一定間隔で走査できる。なお、Ｘ１＝２６μｍ、Ｘ２＝７０μｍ、Ｘ３＝２６μｍ、Ｘ４＝２６μｍである。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、図１７に示される面発光レーザアレイ１００Ｄを用いても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｄは、発光部ｃｈ１を最も－Ｓ側でかつ最も－Ｍ側の位置に配置し、発光部ｃｈ４０を最も＋Ｓ側でかつ最も＋Ｍ側の位置に配置している。そして、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ１６については等間隔２ｃであり、発光部ｃｈ１６と発光部ｃｈ１７の間隔は３ｃであり、発光部ｃｈ１７～発光部ｃｈ４０については等間隔２ｃである。また、Ｍ方向に関して、各発光部列の間隔は等間隔である。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイ１００に代えて、図１８に示される面発光レーザアレイ１００Ｅを用いても良い。

この面発光レーザアレイ１００Ｅは、発光部ｃｈ１を最も－Ｓ側でかつ最も－Ｍ側の位置に配置し、発光部ｃｈ４０を最も＋Ｓ側でかつ最も＋Ｍ側の位置に配置している。そして、４０個の発光部をＳ方向に延びる仮想線上に正射影したとき、所定の値をｃとすると、発光部ｃｈ１～発光部ｃｈ１６については等間隔２ｃであり、発光部ｃｈ１６と発光部ｃｈ１７の間隔はｃであり、発光部ｃｈ１７～発光部ｃｈ４０については等間隔２ｃである。また、Ｍ方向に関して、各発光部列の間隔は等間隔である。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

例えば、前記光走査装置１０１０を備え、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

例えば、図１９に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機１５００であっても良い。このタンデムカラー機１５００は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０Ａと、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。

光走査装置１０１０Ａは、ブラック用の面発光レーザアレイ、シアン用の面発光レーザアレイ、マゼンタ用の面発光レーザアレイ、イエロー用の面発光レーザアレイを有している。各面発光レーザアレイの複数の面発光レーザは、前記面発光レーザアレイ１００～１００Ｅのいずれかと同様な２次元配列されている。そして、ブラック用の面発光レーザアレイからの光はブラック用の走査光学系を介して感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の面発光レーザアレイからの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の面発光レーザアレイからの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の面発光レーザアレイからの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。

各感光体ドラムは、図１９中の矢印の方向に回転し、回転方向に沿ってそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０Ａにより光が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、転写ベルト８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

タンデムカラー機では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合があるが、光走査装置１０１０Ａは、２次元配列された複数の発光部を有しているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれの補正精度を高めることができる。

なお、このタンデムカラー機１５００において、光走査装置１０１０Ａに代えて、ブラック用の光走査装置とシアン用の光走査装置とマゼンタ用の光走査装置とイエロー用の光走査装置を用いても良い。要するに、各面発光レーザアレイの複数の面発光レーザが、前記面発光レーザアレイ１００～１００Ｅのいずれかと同様な２次元配列されていれば良い。

また、複数の面発光レーザが、前記面発光レーザアレイ１００～１００Ｅのいずれかと同様な２次元配列されている面発光レーザアレイを備えた画像形成装置であれば、光走査装置を備えていない画像形成装置であっても良い。

以上説明したように、本発明の面発光レーザアレイによれば、大型化を招くことなく、熱干渉の影響を小さくするのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面を高密度及び高速で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高精細な画像を高速で形成するのに適している。

１１ａ…走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源（光源ユニットの一部）、１００…面発光レーザアレイ、１００Ａ…面発光レーザアレイ、１００Ｂ…面発光レーザアレイ、１００Ｃ…面発光レーザアレイ、１００Ｄ…面発光レーザアレイ、１００Ｅ…面発光レーザアレイ、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（感光体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（感光体）、ｃｈ１～ｃｈ４０…発光部。

特開平１１－３４０５７０号公報 特開平１１－３５４８８８号公報 特開２００５－２７４７５５号公報 特開２００５－２３４５１０号公報 特開２００１－２７２６１５号公報

Claims (10)

1. 複数の発光部が２次元配列されている面発光レーザであって、
   前記２次元配列は、複数の発光部が第１の方向に配列された複数の発光部列を有し、
   前記複数の発光部列は４列以上の発光部列を含み、該複数の発光部列のうち、相対的に端の近くに位置する任意の発光部列と該任意の発光部列に隣接する発光部列との間隔は、前記相対的に端の近くに位置する任意の発光部列よりも中心に位置する２つの発光部列の間隔よりも小さく、かつ、前記第１の方向と垂直な方向で、前記２次元配列（複数の発光部列）のうち両端に位置する発光部列から中心に向かって等しい距離の対称線から対称となる間隔である面発光レーザ。
2. 前記複数の発光部列のうち、最も端に位置する発光部列とその隣の発光部列との間隔は、前記複数の発光部列の任意の２つの発光部列の間隔の中で最も小さいことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
3. 前記複数の発光部列のうち、中央に位置し互いに隣接する２つの発光部列の間隔が、最も大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
4. 前記複数の発光部列のうち、互いに隣接する２つの発光部列の間隔は、前記複数の発光部列の中央から前記端へいくに従って小さくなることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
5. 前記複数の発光部列のそれぞれが有する複数の発光部の間隔は、少なくとも一部において互いに異なることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
6. 前記２次元配列を、前記第１の方向に延びる仮想線上に正射影したとき、両端に位置する発光部は、前記複数の発光部列のうち端を除く場所に位置する発光部列に含まれることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
7. 前記２次元配列を、前記第１の方向に延びる仮想線上に正射影したとき、前記複数の発光部は互いに異なる位置にあることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の面発光レーザと、
   前記面発光レーザからの光の光路上に配置されたレンズと、を備える面発光レーザ装置。
9. 請求項１～７のいずれか一項に記載の面発光レーザと、
   前記面発光レーザからの光を偏向させる偏向器と、を備え、
   被走査対象を走査する光走査装置。
10. 像担持体と、
    前記像担持体に対して画像情報が含まれる光を走査する請求項９に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。

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