JP3543506B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LED光源またはレーザ光源を1次元状あるいは2次元状に配列したLEDアレイやレーザアレイ等の光源アレイを用いた光走査装置および画像形成装置に関し、特に、走査面あるいは画像形成面に照射される光ビームのスポット径を等しくした光走査装置および画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の画像形成装置として、例えば、図18に示されるものがある。この画像形成装置1は、主走査方向Yおよび副走査方向Zに2次元状に配列された複数のレーザ光源2aを有する半導体レーザアレイ2と、各レーザ光源2aから光軸方向Xに出射された複数のレーザビーム3を集光点4aに集光させる集光レンズ系4と、集光点4aに集光された複数のレーザビーム3を感光体ドラム6の感光体面6a上に結像させる結像レンズ系5と、図示しない支持ローラによって回転可能に支持され、レーザビーム3によって露光されることにより静電潜像を形成する感光体ドラム6とを具備している。なお、7は画像信号を記憶した画像メモリ、8は画像メモリ7から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号を出力する信号処理回路、9は信号処理回路8から記録信号を入力してレーザアレイ2を駆動するレーザ駆動回路、10はレーザ駆動回路9に制御信号を出力してレーザアレイ2の駆動を行わせる制御回路である。
【0003】
このように構成された画像形成装置1において、信号処理回路8が、画像メモリ7から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号を出力すると、レーザ駆動回路9は、制御回路10の制御の下に、信号処理回路8から記録信号を入力してレーザアレイ2を駆動する。レーザアレイ2の各レーザ光源2aからはレーザビーム3が出射される。各レーザ光源2aから出射されたレーザビーム3は、集光レンズ系4によって集光点4aに集光され、結像レンズ系5によって感光体面6a上に結像される。感光体ドラム6は、レーザビーム3によって露光されることにより静電潜像を形成する。
【0004】
また、従来の他の画像形成装置として、例えば、特開平7−314771号公報に示されるものがある。この画像形成装置は、光源の位置精度を高めるために、従来、複数のLED光源が形成されたLEDチップを複数貼り合わせて製作していたLEDアレイを、感光体の幅よりも小さい幅の単一の基板上に複数のLED光源を一列に配列して構成し、各LED光源からのレーザビームを感光体上に投影するために、配列方向の光の幅を感光体の幅まで拡大する凸レンズを有する光学系を設けている。これにより、単一の基板上に配列したLED光源からのレーザビームを感光体面上に感光体の幅まで拡大投影し、書き込みを行うことができる。また、単一の基板上にLED光源を形成することで、貼り合わせによる位置精度の誤差がなくなるという利点がある。
【0005】
また、従来の他の画像形成装置として、例えば、特開平8−62531号公報に示されるものがある。この画像形成装置は、仮にレーザアレイのスポットが一直線でない場合でも、感光体面上で一直線に補正できる光学系を備えたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図18に示す従来の画像形成装置1によると、各光源2aが同様に構成されていたため、光源2aからのレーザビーム3を凸レンズを有する集光レンズ系4および結像レンズ系5を介して感光体面6a上に結像する場合に、各々の光源2aの中心位置をアレイ2の製作方法または光学系によって補正できたとしても、レンズ系4,5の球面収差等の影響を受け、図19に示すように、各結像点(焦点)5aを結ぶ実際の焦点面5bが感光体面6a上から光軸方向Xにずれてしまい、両側で解像度が劣化するという問題がある。
すなわち、光軸中心30にある光源2a0から出射されたレーザビーム3は、図19に示すように、感光体面6a上に焦点5aが形成されるが、光軸中心30にある光源2a0から主走査方向Yに沿って離れた位置にある光源2akから出射されたレーザビーム3は、本来感光体面6a上に結像すべきものが手前で焦点5aが形成され、その結果、感光体面6a上に所望のスポット径Dよりも太いスポット径(D+α)が照射されることとなる。これは光源2aが、LED光源でも同様である。この焦点5aのずれΔx(y)は、光軸中心30から離れた位置に配置された光源2aほど大きくなる。従って、光源2aの位置精度を高めただけでは、解像度の均一な画像を得ることはできない。
【0007】
従って、本発明の目的は、解像度の均一化を図り、高品質な画像を得ることのできる光走査装置および画像形成装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光走査装置は、複数の光ビームによって走査面を走査する光走査装置において、前記複数の光ビームを出射する複数の光源が2次元状に配列された光源アレイと、前記複数の光ビームを前記走査面に集光させる光学手段とを備え、前記光源アレイの前記複数の光源は、主走査方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の主走査方向基線と、前記主走査方向基線に対し角度θを有して所定の間隔で設けられた複数のθ方向基線との各交点に設けられ、前記走査面上で同一のスポット径が得られるように前記主走査方向に沿ってニアフィールドパターン径が変化する構成を有することを特徴とする光走査装置を提供する。
【0009】
また、上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は、画像信号に応じて変調された複数の光ビームによって画像形成面を走査して前記画像形成面に画像を形成する画像形成装置において、前記複数の光ビームを出射する複数の光源が2次元状に配列された光源アレイと、前記複数の光ビームを前記画像形成面に集光させる光学手段と、前記画像形成面に配置され、前記複数の光ビームに応じた静電潜像を形成する画像形成体とを備え、前記光源アレイの前記複数の光源は、主走査方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の主走査方向基線と、前記主走査方向基線に対し角度θを有して所定の間隔で設けられた複数のθ方向基線との各交点に設けられ、前記画像形成面上で同一のスポット径が得られるように前記主走査方向に沿ってニアフィールドパターン径が変化する構成を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。
【0010】
上記各構成によれば、複数の光源は、光学手段の焦点位置に対する複数の光ビームの走査面あるいは画像形成面上の非合焦度合いに応じたニアフィールドパターン径を有することにより、走査面あるいは画像形成面に照射される光ビームのスポット径を等しくすることが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の原理を説明するための図である。
この発明に係る画像形成装置11は、複数の光ビームを出射する複数の光源12aが1次元状あるいは2次元状に配列された光源アレイ12を備えている。この光源アレイ12の複数の光源12aは、主走査方向Yの中央の光源12aから両端部の光源12aにかけてニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有している。感光体ドラム16の感光体面16aは、レンズ系14,15によって形成される中央の光源12aの焦点15aに配置される。
このように構成することで、光源アレイ12から画像信号に応じて変調された複数の光ビームを出射すると、中央の光源12aから出射された光ビーム13は、感光体面16a上の焦点15aで像を結ぶ。端部の光源12aから出射された光ビーム13は、感光体面16aの手前の焦点15aで像を結んだ後、除々に太くなり、感光体面16a上では中央のスポット径Dと等しいスポット径Dを形成する。
【0012】
図2は本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す構成図である。
この画像形成装置11は、n×m個(例えば、数千個以上)のレーザ光源12aをアレイ状に配置し、各レーザ光源12aからレーザビーム13を同時に独立して出射可能な半導体レーザアレイ12(12A乃至12F)と、各レーザ光源12aから出射された複数のレーザビーム13を集光点14aに集光させる集光レンズ系14と、集光点14aに集光された複数のレーザビーム13を走査面としての感光体面16a上に結像させる結像レンズ系15と、図示しない支持ローラによって回転可能に支持され、レーザビーム13によって露光されることにより静電潜像を形成する感光体ドラム16と、画像信号を記憶した画像メモリ17と、画像メモリ17から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号を出力する信号処理回路18と、信号処理回路18から記録信号を入力してレーザアレイ12を駆動する駆動信号を出力するレーザ駆動回路19と、レーザ駆動回路19に制御信号を出力してレーザアレイ12の駆動を行わせる制御回路20とを具備している。なお、同図において、Xは光軸方向、Yは主走査方向、Zは副走査方向をそれぞれ示し、aはレーザアレイ12の表面と集光レンズ系14との距離、bは集光レンズ系14と感光体面16aとの距離をそれぞれ示す。また、レーザアレイ12の1つのレーザ光源12aは、主走査方向Yの1つの画素に対応している。
【0013】
感光体ドラム16は、光軸中心130にある光源12a0から出射されたレーザビーム13の結像点(焦点)15aが感光体面16aと一致するように位置決めされている。また、この光記録装置11は、感光体ドラム16の周囲に、帯電器,現像器,転写器等を設け、転写器の前段には給紙部、転写器の後段には定着器,排紙部等を設けている。これらの各ユニットは、説明上図示していない。
【0014】
図3はレーザアレイ12の構造を説明するための図であり、同図(a)はその要部斜視図、同図(b)は同図(a)のA部詳細図である。
レーザアレイ12は、n-GaAsの半導体基板120を有し、半導体基板120の裏面にn型電極121を形成し、半導体基板120の表面に、Al0.15Ga0.85AsとAlAsとを交互に多層に積層したn型ミラー層122、GaAs量子井戸層を上下のAl0.3Ga0.7Asで挟み込んで形成された発光層を含む活性層123、Al0.15Ga0.85AsとAlAsとを交互に多層に積層したp型ミラー層124及びレーザビーム13を面発光状態で出射する複数の発光孔125が形成されたp型電極126をこの順に形成し、活性層123(あるいはp型ミラー層124)にプロトンを注入して高抵抗領域127を形成し、p型電極126、p型ミラー層124および活性層123を分離溝128により分離して複数の光源12aを形成している。
p型ミラー層124の分離溝128間にはエアポスト(後述する図5参照)Eが形成されており、Eyは、主走査方向Yのエアポスト半径、Ezは、副走査方向Zのエアポスト半径を示す。また、活性層123の高抵抗領域127間には電流狭窄部(後述する図5参照)Sが形成されており、Syは主走査方向Yの電流狭窄半径、Szは副走査方向Zの電流狭窄半径を示す。
【0015】
図4は第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aの要部正面図、図5はレーザアレイ12Aの主走査方向Yの要部断面図である。
このレーザアレイ12Aは、主走査方向Yに沿って所定の間隔で設けられたn本のY方向基線Nと、Y方向基線Nに対し角度θを有して所定の間隔で設けられたm本のθ方向基線Mとの各交点にn×m個の発光孔125を設けている。各発光孔125は、光軸中心130を通るθ方向基線Mo 上のレーザ光源列を起点として、主走査方向Yに沿って離れるに従い、小さくなるように形成している。また、同じθ方向基線M上にある発光孔125の大きさは等しくしている。
【0016】
図6は第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aの光源12aのニアフィールドパターンを示す図である。同図において、rは光源12aのニアフィールドパターン半径(ピーク強度の1/e2 における半径)を示す。発光孔125を主走査方向Yに沿って離れるに従って小さくなるように形成することにより、光源12aのニアフィールドパターン半径rは、光軸中心130から離れるもの程小さくなる。
例えば、光源12aのニアフィールドパターン半径rを2μm、距離bと距離aとの比(b/a)を6とすると、感光体面16a上でのニアフィールドパターン半径Rは、12μmとなる。
【0017】
図7は第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aの異なる位置の光源12aから出射されるレーザビーム13の比較を示す図である。
光軸中心130にある光源12a0のニアフィールドパターン半径をr0 、光軸中心130から離れた位置にある光源12akのニアフィールドパターン半径を半径r0 より小さいrk とする。
光軸中心130にある光源12a0は、焦点面15b上に半径R0 (=r0 ×(b/a))の像を形成する。一方、ニアフィールドパターン半径rk の光源12akは、焦点面15bに半径Rk (=rk ×(b/a)の像を形成した後、次第に太り、所定の距離Lの位置では、半径R0 と等しいスポット半径Wk を形成する。
【0018】
Wk とRk との間には、以下の式(1)乃至式(5)に示す関係があるので、これを解くと、焦点15aと感光体面16aとのずれΔx(y)に対応する光源12aのニアフィールドパターン半径rk が得られる。これを以下の式(6)に示す。
Wk 2 =Rk 2 (1+(λL/πRk 2 )2 ) …(1)
【数1】
Rk =rk ×(b/a) …(3)
Wk =r0 ×(b/a) …(4)
L=Δx(y) …(5)
【数2】
【0019】
上記式(6)より、光軸中心130にある光源12a0以外の他の各光源12akのニアフィールドパターン半径rk を球面収差による焦点15aの光源12a側へのずれΔx(y)がLと等しくなるように設定することで、全ての光源12aにおいて常に感光体面16a上で同一のスポット径を得ることができる。
【0020】
次に、本装置11の動作を説明する。
信号処理回路18が、画像メモリ17から画像信号を読み出し、その画像信号を処理して記録パターンに応じた記録信号を出力すると、レーザ駆動回路19は、制御回路20の制御の下に、信号処理回路18から記録信号を入力してレーザアレイ12を駆動する。レーザアレイ12の各レーザ光源12aからはレーザビーム13が出射される。各レーザ光源12aから出射されたレーザビーム13は、集光レンズ系14によって集光点14aに集光され、結像レンズ系15によって感光体面16a上に結像される。感光体ドラム16は、レーザビーム13によって露光されることにより静電潜像を形成する。その後は、静電潜像は、現像器によってトナー現像され、そのトナー像が転写器によって給紙部から給紙された記録用紙に転写され、さらに定着器によって定着された後、記録用紙は排紙部へと送られる。
【0021】
次に、本装置11の効果を図8を参照して説明する。
図8は感光体面16aと焦点面15bとの位置関係および感光体面16a上のスポットを示す図である。
本装置11によれば、図8に示すように、光軸中心130の光源12a0からのレーザビーム13がレンズ系14,15によって形成される焦点15aに感光体面16aを配置させた場合、レンズ系14,15の球面収差等によって光軸中心130の光源12a0から主走査方向Yに離れた光源12akからのレーザビーム13の焦点15aが感光体面16aの手前で形成されても、光源12aのニアフィールドパターン径rをレンズ系14,15の球面収差等による感光体面16aからのずれ量をキャンセルするように設定することで、常に感光体面16a上で同一のスポット径Dを得ることができるため、均一な解像度を有する画像を得ることができる。
また、レンズ系14,15の球面収差等を光源12a側で補正可能となるため、安価なレンズを使用することができ、ひいてはコストダウンを図ることができる。
【0022】
図9は第2の実施の形態に係るレーザアレイ12Bの要部正面図である。
第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aでは、レンズ系14,15に球面収差があるときでも、複数の光源12aが感光体面16a上に形成するスポット径Dが等しくなるが、ニアフィールドパターン半径rを変化させると、レーザビーム13の周波数をλとした場合、光源12aの出射角uが次の式(7)のように変化する。
tan(u)=(2λ)/(πr) …(7)
すなわち、レーザビーム13の周波数λを一定とした場合、半径rが小さくなると、出射角uは大きくなる。第1の実施の形態のように、光軸中心130から主走査方向Yに沿って離れるに従い、半径rを小さくした場合、最も端の光源12aの出射角uが最大となるため、最も端の光源12aからのレーザビーム13が結像レンズ系15でけられるおそれがある。また、光路中にスリット(ピンホール)を用いた光学系の場合、広がり角が大きいほどスリット(ピンホール)でけられる光量が多くなるため、感光体面16a上で得られるビーム強度が不均一になるおそれがある。これらを防ぐために、第2の実施の形態では、半径rが変化しても出射角uが変化しないようにしたものである。
【0023】
このレーザアレイ12Bは、図9に示すように、第1の実施の形態と同様に発光孔125が、光軸中心130にある光源12a0を起点として光軸中心130から主走査方向Yに沿って離れるに従い、除々にあるいは段階的に小さくなるように設定し、さらに、光源12aからのレーザビーム13の出射角uは、λ/rで決まるので、出射角uが全ての光源12aにおいて同一となるように、各光源12aからの波長λも光軸中心130にある光源12a0を起点として、光軸中心130から主走査方向Yに沿って離れるに従い、除々にあるいは段階的に小さくなるように設定している。
【0024】
なお、波長λを短くするには、例えば、ミラー層121,123の膜厚を薄くすることで実現できる。また、発光孔125を除々に小さくする場合には、ミラー層121,123の膜厚分布が光軸中心130で最大となり、周辺に行くに従い薄くなるように形成することで実現できる。発光孔125が段階的に小さくなる場合や波長差を大きくとりたい場合には、発光孔125の大きさに合わせた波長λのレーザアレイチップを数個製作し、これを張り合わせてレーザアレイ12Bを形成すればよい。同図において、θ方向基線M0 上の光源12a0からのレーザビーム13の波長をλ0 、θ方向基線M1 上の光源12aからのレーザビーム13の波長をλ1 、θ方向基線M2 上の光源12aからのレーザビーム13の波長をλ2 とすると、λ0 >λ1 >λ2 の関係にある。なお、レーザビーム13が結像レンズ系15でけられるおそれのある端部近傍の光源12aのみのレーザビーム13の出射角uを小さくするようにしてもよい。
【0025】
図10は第2の実施の形態に係るレーザアレイ12Bの異なる位置の光源12aから出射されるレーザビーム13を示す。
このレーザアレイ12Bの場合も、光軸中心130にある光源12a0とこれよりニアフィールドパターン半径rの小さい光源12aとは、焦点面15b上に異なるビーム径を形成するが、出射角uは同一である。半径rk の光源12akからのレーザビーム13は、焦点面15bでスポット径rk ×(b/a)となった後、除々に太り、ある位置で光軸中心130にある光源12a0で形成されるスポット径と等しくなる。この位置を焦点距離+Lの位置とすると、光源12aからの焦点15aは、光軸中心130から離れた位置にある光源12aほど球面収差によってΔx(y)だけ光源12a側にシフトするので、Lとシフト量Δx(y)が等しくなるように光源12aの半径rを設定すればよい。設定の条件は、第1の実施の形態で示した数式で得られる。
【0026】
この第2の実施の形態に係るレーザアレイ12Bによれば、レンズ系14,15の球面収差等があっても感光体面16a上で同一のスポット径Dを得ることができ、レーザビーム13が結像レンズ系15でけられることがなくなる。また、光路中にスリット(ピンホール)を用いた光学系においても、ビーム広がり角が一定であるため、スリット(ピンホール)でけられる光量がほぼ同一となり、光強度も安定する。
【0027】
図11は第3の実施の形態に係るレーザアレイ12Cの要部正面図である。
このレーザアレイ12Cは、ニアフィールドパターン半径rを主走査方向Yのみ変化させ、複数の光源12aの発光孔125を副走査方向Zを長軸とする楕円としたものである。この場合、感光体面16aに形成されるスポット形状は、楕円となる。また、図示は省略するが、ニアフィールドパターン半径rを副走査方向Zのみ変えてもよい。また、主走査方向Yあるいは副走査方向Zのニアフィールドパターン半径rを異なる比で変化させて構成してもよい。結像レンズ系15の拡大/縮小倍率が、主走査方向Yと副走査方向Zとで異なる場合に有効である。
【0028】
図12は第4の実施の形態に係るレーザアレイ12Dの正面図である。
このレーザアレイ12Dは、最も端のθ方向基線M上の光源12aを起点として光軸中心130に向かうに従い、除々にあるいは段階的に光源12aのニアフィールドパターン半径rが小さくなるように形成したものである。この場合、感光体面16aは、図13に示すように、最も端のθ方向基線M上の光源12aからのレーザビーム13の焦点15aと一致するように設定する。
この第4の実施の形態に係るレーザアレイ12Dによれば、第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aと同様の効果を奏する。
【0029】
図14は第5の実施の形態に係るレーザアレイ12Eの要部正面図である。
このレーザアレイ12Eは、光軸中心130と両端の中間の所定の2つの位置にある光源12a2を起点とし、光軸中心130及び端に向かうに従って光源12aのニアフィールドパターン半径rが小さくなるように形成したものである。この場合、感光体面16aは、図15に示すように所定の2つの位置にある光源12a2の焦点15aと一致するように設定する。
この第5の実施の形態に係るレーザアレイ12Eによれば、第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aと同様の効果を奏する。
【0030】
図16は第6の実施の形態に係るレーザアレイ12Fの要部正面図である。
第1乃至第5の実施の形態に係るレーザアレイ12A乃至12Eは、同一のθ方向基線M上の光源12aのニアフィールドパターン半径rを等しくしたが、このレーザアレイ12Fは、同一のθ方向基線M上の光源12aであっても、光軸中心130を起点とし、主走査方向Yの位置に従ってニアフィールドパターン半径rを変化させたものである。同図では小さくさせた場合を示しているが、大きくさせる場合も同様に適用できる。
この第6の実施の形態に係るレーザアレイ12Fによれば、第1の実施の形態に係るレーザアレイ12Aと比較してより均一な解像度を得ることができる。
【0031】
次に、光源12aのニアフィールドパターン半径rを変化させる他の方法を説明する。
ニアフィールドパターン半径rを変化させる方法として発光孔125の径を変化せる方法について説明したが、電流狭窄部S又はエアポストEを変化させてもよい。電流狭窄部S又はエアポストEの形状は、上記図3では矩形の場合を示したが、楕円または円形でもよい。また、ミラー層(エアポストE)122,124を酸化,プロトン注入,拡散等の方法によって電流狭窄部Sを形成し、これを変化させてもよい。活性層123の電流狭窄部Sは、上記図3ではプロトン注入によって形成しているが、酸化,拡散等の方法によってもよい。端面発光型のレーザであれば、電流狭窄部S,活性層123の膜厚を変化させればよい。
【0032】
図17は主走査方向Yに沿ってエアポストEを異ならせることで、光源12aのニアフィールドパターン半径rを変化させた例を示す図である。同図では、エアポストEは、主走査方向Yに沿って異なるが、発光孔125の径は、同一である。
【0033】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。
例えば、上記実施の形態では、複数の光源を2次元状に配列した光源アレイについて説明したが、複数の光源を主走査方向に1次元状に配列した光源アレイについても本発明は同様に実施可能である。
また、上記実施の形態では、光源アレイとしてレーザアレイについて説明したが、LED光源を主走査方向に1次元状あるいは主走査方向および副走査方向に2次元状に配列したLEDアレイについても本発明は同様に実施可能である。この場合は、LEDの発光部の面積を主走査方向に沿って異ならせればよい。
また、上記実施の形態では、感光体ドラムを記録媒体としたが、他の光記録媒体であってもよい。
また、上記実施の形態では、画像形成装置について説明したが、記録媒体に記録された記録情報や物体の形状を読み取る光走査装置にも本発明は、同様に適用することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、複数の光源が、光学手段の焦点位置に対する複数の光ビームの走査面あるいは画像形成面上の非合焦度合いに応じたニアフィールドパターン径を有することにより、走査面あるいは画像形成面に照射される光ビームのスポット径を等しくすることが可能となるので、解像度の均一化が図れ、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための図
【図2】本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す構成図
【図3】レーザアレイの構造を示す図であり、同図(a)はその要部斜視図、同図(b)は同図(a)のA部詳細図
【図4】第1の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図5】第1の実施の形態に係るレーザアレイの主走査方向の要部断面図
【図6】第1の実施の形態に係る光源のニアフィールドパターンを示す図
【図7】第1の実施の形態に係るレーザアレイの異なる位置の光源から出射されるレーザビームを示す図
【図8】第1の実施の形態に係る感光体面と焦点面との位置関係を示す図
【図9】第2の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図10】第2の実施の形態に係るレーザアレイの異なる位置の光源から出射されるレーザビームを示す図
【図11】第3の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図12】第4の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図13】第4の実施の形態に係る感光体面と焦点面との位置関係を示す図
【図14】第5の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図15】第5の実施の形態に係る感光体面と焦点面との位置関係を示す図
【図16】第6の実施の形態に係るレーザアレイの要部正面図
【図17】主走査方向に沿ってエアポストを異ならせることで、光源のニアフィールドパターン半径を変化させた例を示す図
【図18】従来の画像形成装置を示す図
【図19】従来の画像形成装置の問題点を示す図
【符号の説明】
11 画像形成装置
12,12A乃至12F 半導体レーザアレイ
12a レーザ光源
12a0 光軸中心にある光源
12ak 光軸中心から離れた位置にある光源
12a2 光軸中心と両端の間に位置する光源
13 レーザビーム
14 集光レンズ系
14a 集光点
15 結像レンズ系
15a 焦点
16 感光体ドラム
16a 感光体面
17 画像メモリ
18 信号処理回路
19 レーザ駆動回路
20 制御回路
120 半導体基板
121 n型電極
122 n型ミラー層
123 活性層
124 p型ミラー層
125 発光孔
126 p型電極
127 高抵抗領域
128 分離溝
130 光軸中心
a レーザアレイの表面と集光レンズ系との距離
b 集光レンズ系と感光体面との距離
D スポット径
E エアポスト
Ey 主走査方向のエアポスト半径
Ez 副走査方向のエアポスト半径
L 焦点と感光体面との距離
M θ方向基線M
Mo 光軸中心を通るθ方向基線
N Y方向基線
r 光源のニアフィールドパターン半径
r0 光軸中心にある光源のニアフィールドパターン半径
rk 光軸中心から離れた位置にある光源のニアフィールドパターン半径
R 感光体面上でのニアフィールドパターン半径
R0 半径r0 の光源が焦点面上に形成する像の半径
Rk 半径rk の光源が焦点面上に形成する像の半径
S 電流狭窄部
Sy 主走査方向の電流狭窄半径
Sz 副走査方向の電流狭窄半径
u 光源の出射角
Wk 半径rk の光源が感光体面に形成するスポット半径
X 光軸方向
Y 主走査方向
Z 副走査方向
Δx(y) 焦点のずれ
λ レーザビームの周波数
Claims (20)
- 複数の光ビームによって走査面を走査する光走査装置において、
前記複数の光ビームを出射する複数の光源が2次元状に配列された光源アレイと、
前記複数の光ビームを前記走査面に集光させる光学手段とを備え、
前記光源アレイの前記複数の光源は、主走査方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の主走査方向基線と、前記主走査方向基線に対し角度θを有して所定の間隔で設けられた複数のθ方向基線との各交点に設けられ、前記走査面上で同一のスポット径が得られるように前記主走査方向に沿ってニアフィールドパターン径が変化する構成を有することを特徴とする光走査装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の中央の光源から両端部の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記走査面は、前記光学手段によって形成される前記中央の光源の焦点位置に配置される構成の請求項1記載の光走査装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の両端部の光源から中央の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記走査面は、前記光学手段によって形成される前記両端部の光源の焦点位置に配置される構成の請求項1記載の光走査装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の両端部の光源より所定の間隔を置いて配置された第1および第2の光源から中央の光源および前記両端部の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記走査面は、前記光学手段によって形成される前記第1および第2の光源の焦点位置に配置される構成の請求項1記載の光走査装置。 - 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径が前記光ビームの断面の直交する2軸の方向で変化する構成を有する請求項1記載の光走査装置。
- 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径が前記光ビームの断面の前記主走査方向に平行な1軸の方向で変化する構成を有する請求項1記載の光走査装置。
- 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径に応じた波長の前記複数の光ビームを出射する構成の請求項1記載の光走査装置。
- 前記複数の光源は、前記波長に応じた膜厚のミラー層を有する複数の半導体レーザによって構成された請求項7記載の光走査装置。
- 前記複数の光源は、前記θ方向基線毎に前記ニアフィールドパターン径が変化する構成を有する請求項1記載の光走査装置。
- 前記複数の光源は、半導体基板の裏面にn型電極を形成し、前記半導体基板の表面に、n型ミラー層、発光層を含む活性層、p型ミラー層、および複数の発光孔が形成されたp型電極をこの順に形成し、前記活性層あるいはp型ミラー層にプロトンを注入して高抵抗領域を形成し、前記p型電極、前記p型ミラー層および前記活性層を分離溝により複数に分離して形成され、前記発光孔の径、前記p型ミラー層の前記分離溝間に形成されたエアポスト径、前記活性層の前記高抵抗領域間に形成された電流狭窄径のいずれかを変更することにより前記ニアフィールドパターン径が変化する構成を有する請求項1記載の光走査装置。
- 画像信号に応じて変調された複数の光ビームによって画像形成面を走査して前記画像形成面に画像を形成する画像形成装置において、
前記複数の光ビームを出射する複数の光源が2次元状に配列された光源アレイと、
前記複数の光ビームを前記画像形成面に集光させる光学手段と、
前記画像形成面に配置され、前記複数の光ビームに応じた静電潜像を形成する画像形成体とを備え、
前記光源アレイの前記複数の光源は、主走査方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の主走査方向基線と、前記主走査方向基線に対し角度θを有して所定の間隔で設けられた複数のθ方向基線との各交点に設けられ、前記画像形成面上で同一のスポット径が得られるように前記主走査方向に沿ってニアフィールドパターン径が変化する構成を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の中央の光源から両端部の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記画像形成面は、前記光学手段によって形成される前記中央の光源の焦点位置に配置される構成の請求項11記載の画像形成装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の両端部の光源から中央の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記画像形成面は、前記光学手段によって形成される前記両端部の光源の焦点位置に配置される構成の請求項11記載の画像形成装置。 - 前記複数の光源は、主走査方向の両端部の光源より所定の間隔を置いて配置された第1および第2の光源から中央の光源および前記両端部の光源にかけて前記ニアフィールドパターン径が小さくなる構成を有し、
前記画像形成面は、前記光学手段によって形成される前記第1および第2の光源の焦点位置に配置される構成の請求項11記載の画像形成装置。 - 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径が前記光ビームの断面の直交する2軸の方向で変化する構成を有する請求項11記載の画像形成装置。
- 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径が前記光ビームの断面の前記主走査方向に平行な1軸の方向で変化する構成を有する請求項11記載の画像形成装置。
- 前記複数の光源は、前記ニアフィールドパターン径に応じた波長の前記複数の光ビームを出射する構成の請求項11記載の画像形成装置。
- 前記複数の光源は、前記波長に応じた膜厚のミラー層を有する複数の半導体レーザによって構成された請求項17記載の画像形成装置。
- 前記複数の光源は、前記θ方向基線毎に前記ニアフィールドパターン径が変化する構成を有する請求項11記載の画像形成装置。
- 前記複数の光源は、半導体基板の裏面にn型電極を形成し、前記半導体基板の表面に、n型ミラー層、発光層を含む活性層、p型ミラー層、および複数の発光孔が形成されたp型電極をこの順に形成し、前記活性層あるいはp型ミラー層にプロトンを注入して高抵抗領域を形成し、前記p型電極、前記p型ミラー層および前記活性層を分離溝により複数に分離して形成され、前記発光孔の径、前記p型ミラー層の前記分離溝間に形成されたエアポスト径、前記活性層の前記高抵抗領域間に形成された電流狭窄径のいずれかを変更することにより前記ニアフィールドパターン径が変化する構成を有する請求項11記載の画像形成装置。
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