JP2004103839A - 半導体マルチビームレーザ装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザダイオードの熱干渉を低減し、安定した光出力が得られる半導体マルチビームレーザを提供する。
【解決手段】半導体の同一ウエハロットから生成されるレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップのうち光学的電気特性の相対差が予め設定した値以内である複数個の該レーザダイオードチップを具備し、複数のレーザダイオードチップのバックビームを受光するフォトダイオード１つを同一パッケ−ジ内に有する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体の同一ウエハロットから生成されるレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップのうち光学的電気特性の相対差が予め設定した値以内である複数個の該レーザダイオードチップを具備し、複数のレーザダイオードチップのバックビームを受光するフォトダイオード１つを同一パッケ−ジ内に有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザダイオードチップ及びフォトダイオードチップを１つのパッケ−ジ内で構成する半導体レーザ装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチビームレーザはレーザダイオードチップ上に複数の発光部を備えるモノリシック構成となっている。電子写真方式の画像形成装置においては、このマルチビームレーザを用いて複数のビームを走査させ、感光ドラム上に照射し潜像形成を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例にあっては、レーザダイオードチップの複数の発光部のうち、一つに電流を通電することにより、その発熱から他の発光部の閾値電流を増加させ、ひいては発光量の低下につながる。特に、光出力の高出力化に伴う駆動電流の増加は、同現象が顕著となっている。このような発光量の低下は画像形成装置において、画像の濃度むらとなり印字品質を低下させる。
【０００４】
上記問題を解決する方法のひとつとして、複数のレーザダイオードチップを搭載しマルチビームを構成する方法があるが、半導体レーザ内のレーザダイオードチップの取り付け精度によっては発光点から感光ドラムまでの距離がレーザダイオードチップ間で異なることによりスポットの収束性がばらつくという問題が発生する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、レーザダイオードの熱干渉を最小限に抑えて安定した光出力が得られる半導体マルチビームレーザを提供するものである。この問題を解決するため、本発明の半導体マルチビームレーザ装置及び画像形成装置は以下に示す構成を備える。
【０００６】
まず、第１の発明は、半導体の同一ウエハロットから生成されるレーザダイオードチップと、該レーザダイオードチップのうち光学的電気特性がほぼ均一な該レーザダイオードチップを複数個具備し、該複数のレーザダイオードチップのバックビームを受光するフォトダイオード１つを同一パッケ−ジ内に有することを特徴とする。
【０００７】
第２および３の発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、複数個のレーザダイオードチップから構成される半導体マルチレーザビーム装置の特性を安定させる。この問題を解決するため、本発明のレーザ駆動装置は以下に示す構成を備える。すなわち、請求項１に記載の半導体マルチビームレーザ装置であって、レーザダイオードチップの光学的電気特性とは該レーザダイオードチップの発振波長及び前記半導体マルチビームレーザ装置の基準面発光点から該レーザダイオードチップの発光点のずれ量を表す発光点位置精度であり、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振波長λ≧１．５ｎｍ、発光点位置精度：ΔＺ≧５μｍ
という２式をすべて満足することを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、請求項１〜３に記載の半導体マルチビームレーザ装置を用いて感光体に静電像を形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
本発明の実施形態を図面にて参照して以下に説明する。半導体マルチビームレーザ装置を用いた画像形成装置の概略構成を図３に基づいて説明する。
【００１０】
３１は半導体マルチビームレーザを含むレーザ駆動ユニット、３２はレーザ駆動ユニット３１から出射されるレーザビームを平行光にするコリメ−トレンズ、３３はポリゴンミラー、３４はｆ−θレンズ、３５は反射ミラー、感光ドラム３６から構成される。
【００１１】
非画像領域において、レーザ駆動ユニット３１から出射したレーザビームはコリメ−トレンズ３２、に入射しポリゴンミラー３３に到達する。ポリゴンミラー３３は、不示図のスキャナモ−タによって等角速度で回転している。ポリゴンミラー３３に到達したレーザビームはポリゴンミラー３３によって偏光され、ｆ−θレンズ３４によって感光ドラム３６の回転方向と直角方向に等速走査となるように変換され、フォトダイオードで構成される受光センサ３７に受光させる。
【００１２】
画像領域ではレーザビームはｆ−θレンズ３４を出射した後、反射ミラー３５を経由して感光ドラム３６上を照射する。
【００１３】
図１は本発明である半導体マルチビームレーザ装置の構成の一部を示す構成図である。１はレーザダイオード（以下ＬＤと略す）チップａ、２はレーザダイオード（以下ＬＤと略す）チップｂであり同一ウエハから生成されたチップである。３はＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２を支持するサブマウントで、ＬＤチップａ１とＬＤチップｂ２はサブマウント３上に所定の間隔を以って配置する。また、ＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２のバックビームを受光するフォトダイオード（以下ＰＤと略す）４、ＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２の発熱を抑えるヒ−トシンク５、ＬＤチップａ１用の電極６、ＬＤチップｂ１用の電極７、サブマウント３上に形成された不示図の電極を経由してＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２に共通の電圧を供給するための電極８、ＰＤ用電極９、ＬＤチップａ１とＬＤチップｂ１用の電極７を接続するボンディングワイヤ１０、ＬＤチップｂ２とＬＤチップｂ１用の電極７を接続するボンディングワイヤ１１、サブマウント３上の電極と電極８を接続するボンディングワイヤ１２、ＰＤ４とＰＤ用電極９を接続するボンディングワイヤ１３及びステム１４から構成する。
【００１４】
図２は本発明の半導体マルチビームレーザに用いられるＬＤチップの構造図である。以下に結晶成長にＬＤチップを逆さまにしてサブマウント基板３に接続するジャンクション・ダウン方式を例に述べる。
【００１５】
ＬＤチップはｎ−ＧａＡｓ基板２１にｎ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２２ 、ＡｌＧａＡｓ活性層２３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ａ２４及びｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５を結晶成長させる。更にリッジ状にエッチングしｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ｂ２６を形成するようなストライプ構造となっている。ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５により形成されたリッジ溝により電流が集中的に流れる。２７はｐ電極、２８はｎ電極である。
【００１６】
（第２の実施例）
図４は本発明の第２及び３の実施例を説明する半導体マルチビームレーザの内部構造の概略図である。ステム１４の部品面は、半導体マルチビームレーザ装置をレーザ駆動ユニット３１の取り付け時の基準面となる。ステム４の基準面に対してＬＤチップａ１の発光点までの距離及びＬＤチップｂ２の発光点までの距離が同一となるようサブマウント３上にＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２を取り付ける。
【００１７】
ここにステム４の基準面に対してＬＤチップａ１の発光点までの距離をＺ１、ステム４の基準面に対してＬＤチップｂ２の発光点までの距離をＺ２とすると発光点位置精度の相対差を式▲１▼の用に定義する。
【００１８】
発光点位置精度の相対差ΔＺ＝｜Ｚ１−Ｚ２｜・・・・・▲１▼
そして、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振波長λ≧１．５ｎｍ、発光点位置精度：ΔＺ≧５μｍ
という２式をすべて満足するようになっている。
【００１９】
更には、レーザダイオードチップの光学的電気特性とは該レ−サダイオードチップがレーザ発光を開始する際に必要な電流値である発振閾値電流、レーザダイオードチップに駆動する電流値に対して発光する光量の関係を表す駆動電流−光出力特性、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振閾値電流：Ｉｔｈ≧２ｍＡ
駆動電流−光出力：η≧０．０５ｍＷ／ｍＡ
光出力−フォトダイオード出力電流：Ｉｍ≧２０％
であればなおよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の実施形態によればレーザダイオードの熱干渉を最小限に抑えて安定した光出力が得られるという効果を奏する。第２の実施形態によれば複数個のレーザダイオードチップから構成される半導体マルチレーザビーム装置の特性を安定させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置の構成を示す図
【図２】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置に用いられるレーザダイオードチップの一般的な構成を示す図
【図３】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置を用いた光学走査装置の構成を示す図
【図４】第２の実施形態におけるビームピッチ間制御回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ レーザダイオード（ＬＤ）チップａ
２ レーザダイオード（ＬＤ）チップｂ
３ サブマウント基板
４ フォトダイオード（ＰＤ）Ｓ
５ ヒ−トシンク
６ ＬＤａ用ｎ電極
７ ＬＤｂ用ｎ電極
８ ｐ電極
９ ＰＤ用ｎ電極
１０ ＬＤａ用ボンディングワイヤ
１１ ＬＤｂ用ボンディングワイヤ
１２ ボンディングワイヤ
１３ ＰＤ用ボンディングワイヤ
１４ ステム
２１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２２ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２３ ＡｌＧａＡｓ活性層
２４ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ａ
２５ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
２６ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ｂ
２７ ｐ電極
２８ ｎ電極
３１ レーザ駆動ユニット
３２ コリメ−トレンズ
３３ ポリゴンミラー
３４ ｆ−θレンズ
３５ 反射ミラー
３６ 感光ドラム
３７ 受光センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザダイオードチップ及びフォトダイオードチップを１つのパッケ−ジ内で構成する半導体レーザ装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチビームレーザはレーザダイオードチップ上に複数の発光部を備えるモノリシック構成となっている。電子写真方式の画像形成装置においては、このマルチビームレーザを用いて複数のビームを走査させ、感光ドラム上に照射し潜像形成を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例にあっては、レーザダイオードチップの複数の発光部のうち、一つに電流を通電することにより、その発熱から他の発光部の閾値電流を増加させ、ひいては発光量の低下につながる。特に、光出力の高出力化に伴う駆動電流の増加は、同現象が顕著となっている。このような発光量の低下は画像形成装置において、画像の濃度むらとなり印字品質を低下させる。
【０００４】
上記問題を解決する方法のひとつとして、複数のレーザダイオードチップを搭載しマルチビームを構成する方法があるが、半導体レーザ内のレーザダイオードチップの取り付け精度によっては発光点から感光ドラムまでの距離がレーザダイオードチップ間で異なることによりスポットの収束性がばらつくという問題が発生する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、レーザダイオードの熱干渉を最小限に抑えて安定した光出力が得られる半導体マルチビームレーザを提供するものである。この問題を解決するため、本発明の半導体マルチビームレーザ装置及び画像形成装置は以下に示す構成を備える。
【０００６】
まず、第１の発明は、半導体の同一ウエハロットから生成されるレーザダイオードチップと、該レーザダイオードチップのうち光学的電気特性がほぼ均一な該レーザダイオードチップを複数個具備し、該複数のレーザダイオードチップのバックビームを受光するフォトダイオード１つを同一パッケ−ジ内に有することを特徴とする。
【０００７】
第２および３の発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、複数個のレーザダイオードチップから構成される半導体マルチレーザビーム装置の特性を安定させる。この問題を解決するため、本発明のレーザ駆動装置は以下に示す構成を備える。すなわち、請求項１に記載の半導体マルチビームレーザ装置であって、レーザダイオードチップの光学的電気特性とは該レーザダイオードチップの発振波長及び前記半導体マルチビームレーザ装置の基準面発光点から該レーザダイオードチップの発光点のずれ量を表す発光点位置精度であり、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振波長λ≧１．５ｎｍ、発光点位置精度：ΔＺ≧５μｍ
という２式をすべて満足することを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、請求項１〜３に記載の半導体マルチビームレーザ装置を用いて感光体に静電像を形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
本発明の実施形態を図面にて参照して以下に説明する。半導体マルチビームレーザ装置を用いた画像形成装置の概略構成を図３に基づいて説明する。
【００１０】
３１は半導体マルチビームレーザを含むレーザ駆動ユニット、３２はレーザ駆動ユニット３１から出射されるレーザビームを平行光にするコリメ−トレンズ、３３はポリゴンミラー、３４はｆ−θレンズ、３５は反射ミラー、感光ドラム３６から構成される。
【００１１】
非画像領域において、レーザ駆動ユニット３１から出射したレーザビームはコリメ−トレンズ３２、に入射しポリゴンミラー３３に到達する。ポリゴンミラー３３は、不示図のスキャナモ−タによって等角速度で回転している。ポリゴンミラー３３に到達したレーザビームはポリゴンミラー３３によって偏光され、ｆ−θレンズ３４によって感光ドラム３６の回転方向と直角方向に等速走査となるように変換され、フォトダイオードで構成される受光センサ３７に受光させる。
【００１２】
画像領域ではレーザビームはｆ−θレンズ３４を出射した後、反射ミラー３５を経由して感光ドラム３６上を照射する。
【００１３】
図１は本発明である半導体マルチビームレーザ装置の構成の一部を示す構成図である。１はレーザダイオード（以下ＬＤと略す）チップａ、２はレーザダイオード（以下ＬＤと略す）チップｂであり同一ウエハから生成されたチップである。３はＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２を支持するサブマウントで、ＬＤチップａ１とＬＤチップｂ２はサブマウント３上に所定の間隔を以って配置する。また、ＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２のバックビームを受光するフォトダイオード（以下ＰＤと略す）４、ＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２の発熱を抑えるヒ−トシンク５、ＬＤチップａ１用の電極６、ＬＤチップｂ１用の電極７、サブマウント３上に形成された不示図の電極を経由してＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２に共通の電圧を供給するための電極８、ＰＤ用電極９、ＬＤチップａ１とＬＤチップｂ１用の電極７を接続するボンディングワイヤ１０、ＬＤチップｂ２とＬＤチップｂ１用の電極７を接続するボンディングワイヤ１１、サブマウント３上の電極と電極８を接続するボンディングワイヤ１２、ＰＤ４とＰＤ用電極９を接続するボンディングワイヤ１３及びステム１４から構成する。
【００１４】
図２は本発明の半導体マルチビームレーザに用いられるＬＤチップの構造図である。以下に結晶成長にＬＤチップを逆さまにしてサブマウント基板３に接続するジャンクション・ダウン方式を例に述べる。
【００１５】
ＬＤチップはｎ−ＧａＡｓ基板２１にｎ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２２ 、ＡｌＧａＡｓ活性層２３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ａ２４及びｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５を結晶成長させる。更にリッジ状にエッチングしｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ｂ２６を形成するようなストライプ構造となっている。ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５により形成されたリッジ溝により電流が集中的に流れる。２７はｐ電極、２８はｎ電極である。
【００１６】
（第２の実施例）
図４は本発明の第２及び３の実施例を説明する半導体マルチビームレーザの内部構造の概略図である。ステム１４の部品面は、半導体マルチビームレーザ装置をレーザ駆動ユニット３１の取り付け時の基準面となる。ステム４の基準面に対してＬＤチップａ１の発光点までの距離及びＬＤチップｂ２の発光点までの距離が同一となるようサブマウント３上にＬＤチップａ１及びＬＤチップｂ２を取り付ける。
【００１７】
ここにステム４の基準面に対してＬＤチップａ１の発光点までの距離をＺ１、ステム４の基準面に対してＬＤチップｂ２の発光点までの距離をＺ２とすると発光点位置精度の相対差を式▲１▼の用に定義する。
【００１８】
発光点位置精度の相対差ΔＺ＝｜Ｚ１−Ｚ２｜・・・・・▲１▼
そして、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振波長λ≧１．５ｎｍ、発光点位置精度：ΔＺ≧５μｍ
という２式をすべて満足するようになっている。
【００１９】
更には、レーザダイオードチップの光学的電気特性とは該レ−サダイオードチップがレーザ発光を開始する際に必要な電流値である発振閾値電流、レーザダイオードチップに駆動する電流値に対して発光する光量の関係を表す駆動電流−光出力特性、複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振閾値電流：Ｉｔｈ≧２ｍＡ
駆動電流−光出力：η≧０．０５ｍＷ／ｍＡ
光出力−フォトダイオード出力電流：Ｉｍ≧２０％
であればなおよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の実施形態によればレーザダイオードの熱干渉を最小限に抑えて安定した光出力が得られるという効果を奏する。第２の実施形態によれば複数個のレーザダイオードチップから構成される半導体マルチレーザビーム装置の特性を安定させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置の構成を示す図
【図２】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置に用いられるレーザダイオードチップの一般的な構成を示す図
【図３】第１の実施形態における半導体マルチレーザ装置を用いた光学走査装置の構成を示す図
【図４】第２の実施形態におけるビームピッチ間制御回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ レーザダイオード（ＬＤ）チップａ
２ レーザダイオード（ＬＤ）チップｂ
３ サブマウント基板
４ フォトダイオード（ＰＤ）Ｓ
５ ヒ−トシンク
６ ＬＤａ用ｎ電極
７ ＬＤｂ用ｎ電極
８ ｐ電極
９ ＰＤ用ｎ電極
１０ ＬＤａ用ボンディングワイヤ
１１ ＬＤｂ用ボンディングワイヤ
１２ ボンディングワイヤ
１３ ＰＤ用ボンディングワイヤ
１４ ステム
２１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２２ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２３ ＡｌＧａＡｓ活性層
２４ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ａ
２５ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
２６ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層ｂ
２７ ｐ電極
２８ ｎ電極
３１ レーザ駆動ユニット
３２ コリメ−トレンズ
３３ ポリゴンミラー
３４ ｆ−θレンズ
３５ 反射ミラー
３６ 感光ドラム
３７ 受光センサ
Claims (4)
- 半導体の同一ウエハロットから生成されるレーザダイオードチップと、該レーザダイオードチップのうち光学的電気特性の相対差が予め設定した値以内である複数個の該レーザダイオードチップを具備し、該複数のレーザダイオードチップのバックビームを受光するフォトダイオード１つを同一パッケ−ジ内に有することを特徴とする半導体マルチビームレーザ装置。
- 前記レーザダイオードチップの光学的電気特性とは該レーザダイオードチップの発振波長及び前記半導体マルチビームレーザ装置の基準面発光点から該レーザダイオードチップの発光点のずれ量を表す発光点位置精度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体マルチビームレーザ装置。
- 前記複数のレーザダイオードチップの所定発光量における各々の光学的電気特性の相対値が、
発振波長λ≧１．５ｎｍ
発光点位置精度：ΔＺ≧５μｍ
という２式をすべて満足することを特徴とする請求項１に記載の半導体マルチビームレーザ装置。 - 感光体を有し、請求項１〜３に記載の半導体マルチビームレーザ装置を用いて、前記感光体に静電像を形成することを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002263992A JP2004103839A (ja) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | 半導体マルチビームレーザ装置及び画像形成装置 |
| US10/649,625 US7106770B2 (en) | 2002-09-10 | 2003-08-28 | Multilaser device for receiving a plurality of back beams by a common sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002263992A JP2004103839A (ja) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | 半導体マルチビームレーザ装置及び画像形成装置 |
Publications (1)
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