JP5041587B2 - Optical scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly, to an optical scanning apparatus that scans a surface to be scanned with a light beam, and an image forming apparatus including the optical scanning apparatus.
現在の光走査装置、及びそれを用いた画像形成装置においては、画像の高画質化、画像形成速度の高速化、装置の低コスト化等に対する要求が高まってきている。画像の高画質化を達成するための課題は、走査線の湾曲の低減、被走査面に形成されるビームスポット径のばらつきの低減、等速特性を向上することによるビームスポットの位置ずれの低減などがある。 In current optical scanning devices and image forming apparatuses using the same, there are increasing demands for higher image quality, higher image forming speed, lower cost of the device, and the like. Challenges to achieve high image quality include reduction in scan line curvature, reduction in variation in beam spot diameter formed on the surface to be scanned, and reduction in beam spot misalignment by improving constant velocity characteristics. and so on.
画像形成速度の高速化を達成するための課題は、複数の光ビームで同時に被走査面を走査することが可能な光走査装置の実現であり、近年では、マルチビーム方式を採用した種々の画像形成装置が登場するに至っている。しかし、これらの画像形成装置では、光ビームを射出する光源が副走査方向にある程度の距離をもつため、走査ライン間で湾曲形状が異なってしまい、結果的に画像品質が低減してしまうという不都合がある。特に、複数色にそれぞれ対応する被走査面を異なる走査光学系によって走査し、各色に対応するトナー像を重ね合わせるフルカラー対応方式の画像形成装置、例えばタンデム型画像形成装置においては、副走査方向の色ずれや、画像の濃淡の差が発生することに起因する画像品質の低下が大きな問題となっている。 The challenge to achieve higher image formation speed is the realization of an optical scanning device that can simultaneously scan the surface to be scanned with a plurality of light beams. In recent years, various images employing a multi-beam method have been developed. A forming device has arrived. However, in these image forming apparatuses, since the light source that emits the light beam has a certain distance in the sub-scanning direction, the curved shape differs between the scanning lines, and as a result, the image quality is reduced. There is. In particular, in a full-color compatible image forming apparatus, for example, a tandem type image forming apparatus, which scans a scanning surface corresponding to each of a plurality of colors with different scanning optical systems and superimposes toner images corresponding to the respective colors, A major problem is a decrease in image quality caused by color misregistration and differences in image density.
また、光源として、光ビームを射出する発光点を1つの素子上に多数形成する事が容易な垂直共振器型面発光レーザー(以下VCSELと略述する)を用いることはマルチビーム化に特に有効であるが、ビーム数が増えるほど発光点が配置される領域は、光軸を中心に広くなるため、上述の問題が顕著となる。 In addition, it is particularly effective to use a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter abbreviated as VCSEL) that can easily form many light emitting points for emitting a light beam on one element as a light source. However, as the number of beams increases, the region where the light emitting points are arranged becomes wider around the optical axis, so the above-described problem becomes significant.
装置の低コスト化を達成するための課題は、走査光学系を構成する素子のうち、比較的高価な走査レンズの薄肉化があげられる。しかし、走査レンズの薄肉化を行うと光学設計の自由度が減少するため、上記各光学性能を維持、向上することが困難になってくる。また、装置の低コスト化を達成する場合に、ガラスを素材とする走査レンズを用いることは非常に不利であるため、量産性が高く安価に製造できる樹脂製の走査レンズの使用が必須となるが、樹脂は吸湿や温度変化による光学特性の変化がガラスに比較して大きいため、走査品質、画像品質の維持が困難となる。そのため、上述の光学特性の性能を維持しつつ、薄肉化した走査レンズを用いて装置の低コスト化を行う技術が求められている。 A problem to achieve cost reduction of the apparatus is to reduce the thickness of a relatively expensive scanning lens among elements constituting the scanning optical system. However, if the scanning lens is made thinner, the degree of freedom in optical design decreases, and it becomes difficult to maintain and improve the optical performances. In addition, in order to reduce the cost of the apparatus, it is very disadvantageous to use a scanning lens made of glass. Therefore, it is indispensable to use a scanning lens made of a resin that is mass-productive and can be manufactured at a low cost. However, since the change in optical characteristics due to moisture absorption and temperature change is larger than that of glass, it is difficult to maintain scanning quality and image quality. Therefore, there is a need for a technique for reducing the cost of the apparatus using a thinned scanning lens while maintaining the performance of the optical characteristics described above.
上述した各課題に対しては、例えば特許文献1及び特許文献2に記載された発明が提案されている。特許文献1に記載の発明は、光源に隣接して形成される発光点の間隔を等間隔とすることで、発光点からの発熱によるクロストークの影響を低減しつつ、発光点の配置密度を最大とすることが可能なものである。しかしながら、この技術では発光点の配列が複雑になるためメモリ容量の増加を招く。また、特許文献1には、走査線間隔ばらつきの低減に関しては開示するところがない。
For each problem described above, for example, the inventions described in
また、特許文献2に記載の発明は、発光点が2次元的に配置された光源と、この光源から射出される光ビームを走査する走査光学系を組み合わせた発明である。しかしながら、特許文献2では、発光点の配列や、発光点が数十個に及ぶ光源を用いた光走査を行なう際の技術が十分に開示されていない。 The invention described in Patent Document 2 is an invention that combines a light source in which light emitting points are two-dimensionally arranged and a scanning optical system that scans a light beam emitted from the light source. However, Patent Document 2 does not sufficiently disclose a technique for performing light scanning using an array of light emitting points or a light source having several tens of light emitting points.
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、発光部が2次元配置された光源の長寿命化を図るとともに、光源からの発熱による光学特性の劣化を低減することが可能な光走査装置を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to extend the life of a light source in which a light emitting section is two-dimensionally arranged and to reduce deterioration of optical characteristics due to heat generated from the light source. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of performing the above.
また、本発明の第2の目的は、ランニングコストの低減を図るとともに、高品質な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of reducing running costs and forming a high quality image.
本発明は、第1の観点からすると、複数の光ビームで被走査面を主走査方向へ走査する光走査装置であって、前記光ビームを射出する複数の発光部が、第1の方向、及び該第1の方向に直交する第2の方向に平行な面内で2次元的に配置された光源と;前記複数の光ビームを前記主走査方向へ走査する偏向器と;前記走査された光ビームを前記被走査面へ結像する走査光学系と;を備え、前記複数の発光部の、前記第1の方向に関する配置間隔、及び前記第2の方向に関する配置間隔は不均一であり、前記光源は、中央部での前記発光部の配置間隔が、前記第1の方向の両端部、又は前記第2の方向の両端部での前記発光部の配置間隔に比較して広くなっており、前記複数の発光部は、前記第1の方向に関する位置が同一である発光部を含む光走査装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device that scans a surface to be scanned in a main scanning direction with a plurality of light beams, and the plurality of light emitting units that emit the light beams have a first direction, And a light source two-dimensionally arranged in a plane parallel to a second direction orthogonal to the first direction; a deflector that scans the plurality of light beams in the main scanning direction; A scanning optical system that forms an image of a light beam on the surface to be scanned, and the arrangement intervals of the plurality of light emitting units in the first direction and the arrangement intervals in the second direction are non-uniform, the light source arrangement interval of the light emitting portion in the central portion, both end portions of the first direction, or have become wider than the arrangement interval of the light emitting portion at the both end portions in the second direction the plurality of light emitting unit includes a light emitting portion position for the first direction is the same A scanning device.
これによれば、光源の長寿命化を図るとともに、熱むらによる光学特性の変動を回避することが可能となる。 According to this, together with the prolong the life of the light source, it is possible to avoid the fluctuation of the optical characteristics due to thermal unevenness.
本発明は、第2の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と;前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus for forming an image by fixing a toner image formed based on a latent image obtained from information relating to an image to a recording medium. An optical scanning device; a photosensitive member on which a latent image is formed by the optical scanning device; a developing unit that visualizes the latent image formed on the surface to be scanned of the photosensitive member; And a transfer unit that fixes the toner image to the recording medium.
これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、装置の低コスト化を図りつつ、記録媒体に高品質な画像を形成することが可能となる。 According to this, the image forming apparatus includes the optical scanning device of the present invention. Therefore, it is possible to form a high-quality image on the recording medium while reducing the cost of the apparatus.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図16に基づいて説明する。図1には、本実施形態にかかる画像形成装置200の概略構成が示されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of an
画像形成装置200は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙(用紙)上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置200は、図1に示されるように、光走査装置100、感光ドラム201、帯電チャージャ202、トナーカートリッジ204、クリーニングケース205、給紙トレイ206、給紙コロ207、レジストローラ対208、転写チャージャ211、定着ローラ209、排紙ローラ212、排紙トレイ210、及びこれらを収容するハウジング215などを備えている。
The
前記ハウジング215は略直方体状で、+X側及び−X側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。
The
前記光走査装置100は、ハウジング215の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向(図1におけるY軸方向)へ偏向することにより、感光ドラム201の表面を走査する。なお、光走査装置100の構成については後述する。
The
前記感光ドラム201は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置100の下方にY軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図1における時計回り(図1の矢印に示される方向)に回転されている。そして、その周囲には、図1における12時(上側)の位置に帯電チャージャ202が配置され、2時の位置にトナーカートリッジ204が配置され、6時の位置に転写チャージャ211が配置され、10時の位置にクリーニングケース205が配置されている。
The
前記帯電チャージャ202は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム201の表面を所定の電圧で帯電させる。
The
前記トナーカートリッジ204は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム201とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム201の表面に供給する。
The
前記クリーニングケース205は、Y軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム201の表面に接するように配置されている。感光ドラム201の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム201の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース205の内部に回収される。
The
前記転写チャージャ211は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ202とは逆極性の電圧が印加されている。
The
前記給紙トレイ206は、ハウジング215の+X側の側壁に形成された開口から+X側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙213を複数枚収容することが可能となっている。
The
前記給紙コロ207は、給紙トレイ206から用紙213を1枚ずつ取り出し、1対の回転ローラから構成されるレジストローラ対208を介して、感光ドラム201と転写チャージャ211によって形成される隙間に導出する。
The
前記定着ローラ209は、1対の回転ローラから構成され、用紙61を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ212へ導出する。
The
前記排紙ローラ212は、1対の回転ローラなどから構成され、ハウジング215の−X側の側壁に形成された開口から−X側端が突出した状態で配置された排紙トレイ210に対し、定着ローラ209から送られる用紙213を順次スタックする。
The
次に、光走査装置100の構成について説明する。光走査装置100は、画像データに基づいて変調された複数のレーザ光で、感光ドラム201表面の書込み領域を走査することにより、書込み領域上に画素に対応した点を主走査方向に連続して形成することで、複数の走査線を形成する装置である。この光走査装置100は、光走査装置100の概略構成を示す図である図2(A)及び図2(B)に示されるように、光源10と、光源10の+X側に順次配置された、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12、線像形成レンズ13、及び反射ミラー14と、反射ミラー14の−Y側に配置されたポリゴンミラー15と、該ポリゴンミラー15の+X側に順次配置された第1走査レンズ16、及び第2走査レンズ17とを備えている。
Next, the configuration of the
図3は、光源10に形成された複数のVCSELを、マトリクスMm、nとともに示す図である。このマトリクスMm、nは、80行20列(m=1,2,3…80、n=1,2,3…20)のマトリクスであり、1つのマトリクスが感光ドラム201の書込み領域に形成される走査線を構成する1つの点に対応するものである。そして、光源10には、マトリクスM1,13、M3,16、M5,18、M7,20に対応する位置に配置された4つのVCSEL1〜VCSEL4と、マトリクスM9,1、M11,3、M13,5、M15,8、M17,13、M19,16、M21,18、M23,20に対応する位置に配置された8つのVCSEL5〜VCSEL12と、マトリクスM25,1、M27,3、M29,5、M31,8、M33,13、M36,16、M37,18、M39,20に対応する位置に配置された8つのVCSEL13〜VCSEL20と、マトリクスM42,1、M44,3、M46,5、M48,8、M50,13、M52,16、M54,18、M56,20に対応する位置に配置された8つのVCSEL21〜VCSEL28と、マトリクスM58,1、M60,3、M62,5、M64,8、M66,13、M68,16、M70,18、M72,20に対応する位置に配置された8つのVCSEL29〜VCSEL36と、マトリクスM74,1、M76,3、M78,5、M80,8に対応する位置に配置された4つのVCSEL37〜VCSEL40の合計40個のVCSELが2次元的に形成されている。以下、20個のVCSEL1〜VCSEL20を第1発光群10aと、20個のVCSEL21〜VCSEL40を第2発光群10bと呼ぶものとする。また、説明の便宜上、図3に示されるように、光源10のVCSELが配置される面の中心を原点とするyz座標を定義する。
FIG. 3 is a diagram showing a plurality of VCSELs formed in the
前記カップリングレンズ11は、焦点距離が46.0mmのレンズであり、光源10から射出される40本の光ビームそれぞれを略平行光に整形する。
The
前記アパーチャ部材12は、Y軸方向(主走査方向)の大きさが5.64mm、Z軸方向(副走査方向)の大きさが2.2mmの矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ11の焦点位置近傍に位置するように配置されている。
The
前記線像形成レンズ13は、焦点距離が104.7mmのシリンドリカルレンズであり、アパーチャ部材12を通過した光ビームを、ポリゴンミラー15の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。
The line
前記ポリゴンミラー15は、上面が半径7mmの円に内接する正方形である4角柱状の部材である。このポリゴンミラー15の4つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、Z軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー15に入射した光ビームはY軸方向に走査される。
The
前記第1走査レンズ16、及び前記第2走査レンズ17は、ポリゴンミラー15の偏向面から入射面までの距離が46.3mm、及び149.5mmとなるように配置されている。そして、それぞれ中心(光軸上)の肉厚が13.5mm、及び3.5mmの、例えば樹脂製の走査レンズであり、これらの光学面形状は、次式(1)、及び次式(2)で示される関数で表される。ただし、Yは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、Rmはレンズの曲率半径であり、a00,a01,a02,…は主走査形状の非球面係数であり、RS0は副走査方向の光軸上の曲率であり、b00,b01,b02,…は副走査形状の非球面係数である。また、各係数の値は次表1に示される通りである。
The
図4(A)は、式(2)で示される、第1走査レンズ16の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示しており、図4(A)に点線で示される曲線は入射面L1R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L1R2の光学面形状を示している。また、図4(B)は、式(2)で示される、第2走査レンズ17の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Cs(Y)を示しており、図4(B)に点線で示される曲線は入射面L2R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L2R2の光学面形状を示している。
FIG. 4A shows a function Cs (Y) for each lens height of the curvature in the sub-scanning direction of the
また、図5(A)は、式(2)で示される、第1走査レンズ16の主走査断面内の形状を示しており、図5(A)に点線で示される曲線は入射面L1R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L1R2の光学面形状を示している。また、図5(B)は、第2走査レンズ17の主走査断面内の形状を示しており、図5(B)に点線で示される曲線は入射面L2R1の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面L2R2の光学面形状を示している。なお、縦軸は光軸方向の座標X、横軸はレンズ高さを示し、光軸とは特に断らない限りは、式(2)において、Y=0としたときの副走査方向において、中央の点を通る軸をいうものとする。
FIG. 5A shows the shape of the
光走査装置100に含まれる光学系全系の副走査方向の横倍率は2.2倍、ポリゴンミラー15より被走査面側の光学系のみの副走査倍率は−0.97倍となっている。そして、光走査装置100では、被走査面上でのビームスポット径の狙いとして、主走査方向で52μm、副走査方向で55μmに設定されている。
The lateral magnification in the sub-scanning direction of the entire optical system included in the
図6(A)には、光走査装置100により被走査面を走査したときの、像高Yに対する主走査方向の象面湾曲が点線で示され、副走査方向の像面湾曲が実線で示されている。そして、図6(B)には、像高Yに対するfθ特性が点線で示され、リニアリティが実線で示されている。図6(A)及び図6(B)から、主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲は±1mm以内の範囲に収束するとともに、全ての像高に対するfθ特性及びリニアリティは、±0.5%の範囲に収束し、上記のように肉厚を低減しているにもかかわらずビームスポット径のばらつきが非常に小さくなることが分かる。また、図7には、副走査横倍率偏差Δβが示されている。この図7から、副走査横倍率偏差Δβは±0.5%の範囲に抑えられ、略一定となっていることがわかる。
In FIG. 6A, when the surface to be scanned is scanned by the
次に、上述のように構成されたプリンタ200の動作について説明する。上位装置からの画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置100が駆動され、光源10からは、画像情報に基づいて変調された40本の光ビームが射出される。この光ビームは、アパーチャ部材12を経由して線像形成レンズ13によりポリゴンミラー15の偏向面に集光されると、ポリゴンミラー15によってY軸方向に走査される。そして、光ビームは、第1走査レンズ16へ入射することにより偏向速度が調整されたのち、第2走査レンズ17を介して感光ドラム201の表面に集光される。
Next, the operation of the
一方、感光ドラム201の表面は、帯電チャージャ202によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー15により走査された光ビームにより、感光ドラム201が走査されると、感光ドラム201の書込み領域には、電荷の分布により規定される複数の走査線が形成される。以下、図8及び図9を参照しつつ詳述する。
On the other hand, the surface of the
図8は、感光ドラム201に形成された書込み領域201aと、1回目の走査で書込み領域201a上を主走査方向へ移動する40のビームスポットBS1〜BS40を模式的に示す図である。各ビームスポットBS1〜BS40は、光源10に形成されたVCSEL1〜VCSEL40からそれぞれ射出される光ビームによって形成され、図8中に示される1つのグリッドは1画素に対応した領域を示すものである。
Figure 8 is a
書込み領域に形成されるべき走査線を、副走査方向に向かって走査線L1、L2、L3、…Liとすると、1回目の走査で、第1発光群10aからの光ビームによって形成された20のビームスポットBS1〜BS20が主走査方向へ移動することで、図8に示されるように、走査線L1から走査線L40までの走査線のうちの、奇数番目の走査線(L1、L3、…L39)が書込み領域201aに形成される。また、第2発光群10bからの光ビームによって形成された20のビームスポットBS21〜BS40が主走査方向へ移動することで、走査線L41から走査線L82までの走査線のうちの、偶数番目の走査線(L42、L44、…L82)が書込み領域201aに形成される。
Scanning lines to be formed in the writing area, the scanning line L 1 toward the sub-scanning direction, L 2, L 3, ... When L i, in the first scan, the light beam from the first
図9は、書込み領域201aと、2回目の走査で書込み領域201a上を、主走査方向へ移動する40のビームスポットBS1〜BS40を模式的に示す図である。2回目の走査では、第1発光群10aからの光ビームによって形成された20のビームスポットBS1〜BS20が主走査方向へ移動することで、図9に示されるように、走査線L41から走査線L82までの走査線のうちの、奇数番目の走査線(L41、L43、…L81)が書込み領域201aに形成される。また、第2発光群10bからの光ビームによって形成された20のビームスポットBS21〜BS40が主走査方向へ移動することで、走査線L83から走査線L124までの走査線のうちの、偶数番目の走査線(L84、L86、…L124)が書込み領域201aに形成される。
Figure 9 is a
すなわち、図9を参照するとわかるように、書込み領域201aには、第2発光群10bからの光ビームによる走査が行われた後に、第1発光群10aからの光ビームによる走査が行われることで、走査線L41〜L82が隣接して形成される。以降、3回目の走査、4回目の走査と、複数回の走査を繰り返すことで、書込み領域201aに、走査線L83以降の走査線が隣接して形成され、画像データに基づく静電潜像が形成される。
That is, as can be seen with reference to FIG. 9, the
感光ドラム201の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ203の現像ローラにより、感光ドラム201それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ203の現像ローラは感光ドラム201と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム201と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム201の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム201の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙213に付着された後、定着ローラ209により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙213は、排紙ローラ212により排紙され、順次排紙トレイ210にスタックされる。
When an electrostatic latent image is formed on the surface of the
以上説明したように、本実施形態にかかる光走査装置100では、光源10に形成された40個のVCSELは、図3に示されるように、主走査方向に関する配置間隔が中心部(y軸とz軸の交点近傍)から、+y側及び−y側に向かって狭くなるように配置されている。また、副走査方向に関しては、VCSEL20とVCSEL21との間隔が、他の隣接するVCSEL間の間隔よりも大きくなっている。したがって、光源10の中央部に配置されたVCSELのみが他のVCSELからの熱干渉により高温となるのを回避して、光源の長寿命化を図るとともに、熱むらによる光学特性の変動を回避することが可能となる。
As described above, in the
また、光学特性上は主走査方向両端にあるVCSEL1とVCSEL40との間隔、及び副走査方向両端にあるVCSEL5、VCSEL13、VCSEL21、VCSEL29、VCSEL37とVCSEL4、VCSEL12、VCSEL20、VCSEL28、VCSEL36との間隔はできるだけ小さいことが収差を発生させないことや光学素子の小型化の面で望ましい。このため、VCSELの冷却効率の高い光源10の周辺部では、VCSELの配置間隔を密にすることで光源10を小型化することが可能となる。
Further, in terms of optical characteristics, the distance between the VCSEL 1 and the VCSEL 40 at both ends in the main scanning direction, and the VCSEL 5 , VCSEL 13 , VCSEL 21 , VCSEL 29 , VCSEL 37 and VCSEL 4 , VCSEL 12 , VCSEL at both ends in the sub-scanning direction. 20 , VCSEL 28 , and VCSEL 36 are preferably as small as possible from the viewpoint of preventing aberrations and reducing the size of the optical element. For this reason, in the periphery of the
一般に、主走査方向に最も離れたVCSELからの光ビームによる走査線の間隔は、部品の製造誤差によるばらつきが大きくなりやすい。本実施形態にかかる光走査装置100では、z軸方向(副走査方向)に関して隣接し、y軸方向(主走査方向)に最も離れたVCSEL4とVCSEL5、VCSEL12とVCSEL13、VCSEL20とVCSEL21、VCSEL28とVCSEL29、VCSEL36とVCSEL37の5組のVCSELのうち、副走査方向両端にある組のVCSEL4とVCSEL5及びVCSEL36とVCSEL37の副走査方向の間隔は、副走査方向中央にある組のVCSEL20とVCSEL21の副走査方向の間隔よりも小さくなっている。このように、副走査方向両端にある組のVCSEL4とVCSEL5、及びVCSEL36とVCSEL37の副走査方向の間隔を小さくすることで、書込み領域に形成される走査線間隔のばらつきを低減することが可能となる。
In general, the distance between the scanning lines by the light beam from the VCSEL farthest in the main scanning direction is likely to vary greatly due to component manufacturing errors. In the
副走査方向両端に位置するVCSELは、温度による走査位置変動を最も受ける。特に、低コスト化のために走査レンズ16,17を樹脂製にした場合はこの問題が顕著になる。そこで、本実施形態にかかる光走査装置100では、主走査方向に最も離れた1組のVCSEL1とVCSEL40を、主走査方向に関して中心のz軸に最も近い位置に配置することで、VCSEL1とVCSEL40からの光ビームが、光学系の各素子の光軸近傍を通過するようにしている。これにより、部品の製造誤差の影響を小さくし、走査線間隔ばらつきを低減することが可能となる。
The VCSELs located at both ends in the sub-scanning direction are most subject to scanning position fluctuations due to temperature. In particular, this problem becomes significant when the
また、本実施形態にかかる光走査装置100では、書込み領域201aに隣接して順番に形成される走査線のうち、第2発光群10bからの光ビームにより1本おきに走査線が形成され、その後の第1発光群10aからの光ビームにより、第2発光群10bからの光ビームによって形成された走査線に隣接する走査線が形成される。この場合には、1回の走査で形成される走査線の間隔は、最終的に書込み領域201aに形成される走査線の間隔の2倍又はそれ以上になっている。これにより、光源10に形成されたVCSELの副走査方向の配置間隔を、書込み領域201a上で隣接する走査線に対応させて配置する場合に比べて、2倍又はそれ以上にすることができる。したがって、VCSEL相互間の熱干渉を低減することができ、結果的に光源10の熱的な劣化を抑制することが可能となる。
Further, in the
例えば、図10(A)に示されるように、VCSEL1からの光ビームによる走査線L1と、VCSEL40からの光ビームによる走査線L40とは、光学系の特性などに起因して、温度変動によって互いに反対に大きく湾曲してしまうが、光軸近傍に配置されるVCSEL20からの光ビームによる走査線L20と、VCSEL21からの光ビームによる走査線L21とは比較的湾曲度合いが小さい。したがって、例えば図10(B)に示されるように、湾曲が大きい走査線同士が隣接することを回避して、図10(C)に示されるように、VCSEL1からの光ビームによる走査線及びVCSEL40からの光ビームによる走査線などに対して、湾曲が少ない走査線L21などを隣接させることで、被走査面上に形成される走査線間隔のばらつきを低減することが可能となっている。 For example, as shown in FIG. 10A, the scanning line L1 by the light beam from the VCSEL 1 and the scanning line L40 by the light beam from the VCSEL 40 are caused by temperature fluctuations due to the characteristics of the optical system. However, the scanning line L20 by the light beam from the VCSEL 20 disposed in the vicinity of the optical axis and the scanning line L21 by the light beam from the VCSEL 21 are relatively small in curvature. Therefore, for example, as shown in FIG. 10B, the scanning lines having a large curvature are avoided from being adjacent to each other, and as shown in FIG. 10C, the scanning lines by the light beam from the VCSEL 1 and By making the scanning line L21 having a small curvature adjacent to the scanning line by the light beam from the VCSEL 40, it is possible to reduce the variation in the scanning line interval formed on the surface to be scanned. .
また、本実施形態にかかる光走査装置100では、光源10のy座標が同一のVCSELが複数(5つ)存在している。これより、書込の開始及び終了のタイミングを共有できるため、タイミング情報を保持する部分を削減でき、メモリ容量低減などの低コスト化を図ることが可能となる。
In the
また、この光走査装置100において、線像形成レンズ13は、副走査方向に平行な方向へ移動可能に取り付けられていること、または調整後固定されていることが望ましい。高密度書込の際には副走査ビームピッチばらつきの低減が課題となる。副走査ビームピッチは通常数十μmの値が一般的で、従来多かった書込密度、例えば600dpiなどの際には画像上で大きな問題にはならなかった。しかし、例えば1200dpiの書込の際には走査線間隔はおよそ21μmとなり、上記のような副走査ビームピッチの値では画質劣化が大きくなってしまう。
In this
本実施形態の光走査装置100において、製造誤差及び温度変化にともなう副走査ビームピッチのばらつきを示す図11(A)(図中の2nd・1stというような凡例は、1番目の走査線と2番目の走査線の間の副走査ビームピッチを表す。番号は図3の光源拡大図に倣えば、副走査方向の+側から順に1st,2nd…とする。+および−は、それぞれの方向へのばらつきの最大値を示す。)からわかるように、光走査装置100の光学系では副走査横倍率の像高間の差(以下Δβ)を可能な限り低減しているため副走査ビームピッチばらつきは小さいがそれでも13μm程度発生する。2400dpiの高密度書込においては走査線間隔は11μmとなりこの値は画像品質上問題となる。
In the
図11(B)は線像形成レンズ調整後の副走査ビームピッチを示す図である。図11(B)から分かるように、副走査ビームピッチは8.5μmとなり、高密度書込においても問題とならない程度に、有効に低減できる。このように、従来の光学系の設計だけでは限界があった副走査ビームピッチばらつき低減に関して、本発明者は線像形成光学素子のZシフト調整(Z軸方向の位置調整)を行うことが有効であることを見出した。これら調整に関しては、線像形成光学素子を光走査装置の光学ハウジングにある範囲で可動に組付けた後別の工程で調整しても良いし、組付ける段階で行っても良い。 FIG. 11B is a diagram showing the sub-scanning beam pitch after adjustment of the line image forming lens. As can be seen from FIG. 11B, the sub-scanning beam pitch is 8.5 μm, which can be effectively reduced to the extent that there is no problem even in high-density writing. As described above, it is effective for the present inventor to perform the Z shift adjustment (position adjustment in the Z-axis direction) of the line image forming optical element with respect to the sub-scanning beam pitch variation reduction, which is limited only by the conventional optical system design. I found out. With respect to these adjustments, the line image forming optical element may be adjusted in a separate process after being movably assembled within a certain range in the optical housing of the optical scanning device, or may be performed at the stage of assembly.
この調整機構を実現させるために、中間部材を用いて光学ハウジングに線像形成光学素子を配備することができる。本実施形態にかかる光走査装置の線像形成レンズ13は、一例として図12(A)に示されるように、光走査装置100のケーシングなどのハウジング101に形成されたL字状の1組の支持部101aに、紫外線領域で透明な樹脂製の素材からなる中間部材102を介してY軸方向両端部が支持されている。
In order to realize this adjustment mechanism, a line image forming optical element can be provided in the optical housing using an intermediate member. As an example, the line
図12(B)の展開斜視図を参照するとわかるように、前記1組の中間部材102は長手方向をZ軸方向とする直方体状の部材であり、それぞれ+Y側及び−Y側の面が支持部材101aに接着され、線像形成レンズ13は、−X側の面の+Y側及び−Y側の外縁部近傍が中間部材102の+X側の面(以下、接着面という)にそれぞれ接着されることで、支持部101aに支持されている。したがって、線像形成レンズ13を支持する際には、中間部材102の接着位置や、接着する姿勢を変えることで、線像形成レンズ13をZ軸方向及びX軸方向の任意の位置に位置決めし、かつY軸に平行な軸回りに任意の角度回動すること、すなわち3自由度の調整が可能となっており、また、線像形成レンズ13を中間部材102に対して回動させることでX軸に平行な軸回りの回動も可能となっている。
As can be seen from the developed perspective view of FIG. 12B, the set of
中間部材102を用いることで、上記のように多くの自由度によって調整を行うことができ、光学性能をより向上することができる。中間部材102を用いず、例えば支持部101aに線像形成レンズ13を直接保持・固定させた場合には、回転調整の自由度、平行移動の自由度が減少するため、製造誤差による光学系の性能劣化を補償できない。また、線像形成レンズ13の保持に際しては、線像形成レンズ13が各部材に対して傾いて固定されないためには、平面度の精度が良い光学面の延長である面(線像形成レンズ13の+X側の、中間部材102に接する面)を固定に用いることが望ましい。その場合には被走査面上の副走査方向のビームウエスト位置を調整するために例えば図12(A)に示されるような中間的な部材(102)が必要になる。以下、実際の調整方法を、図13に基づいて説明する。
By using the
線像形成レンズ13を治具104で保持し、光走査装置100の光学特性を計測しながら、線像形成レンズ13をZ軸方向、X軸方向、Y軸回りの回転方向、X軸回りの回転方向の各方向に動かし、最適な姿勢に調整する。ここで光学特性とは、ビームウエスト位置、ビームスポット径、副走査ビームピッチである。副走査ビームピッチについては、図11(B)の「40th・01st」で示される、副走査方向における両端の光ビーム同士の間隔を計測する。すなわち、この2つの光ビームに対応する光源を点灯し、被走査面上の両端の像高で副走査方向のビーム位置とその間隔を計測し、図11(B)に示されるように、+側と−側の間隔が略同じ値となる様に治具で保持した線像形成レンズを副走査方向に移動する。このように調整することで副走査ビームピッチが最適化でき、そのとき他の光線についての副走査ビームピッチも同時に最適化できる。またX軸方向の移動でビームウエスト位置、X軸回りの回動でビームスポット径の最適化を行い、被走査面上でビームスポット径が最も小径となるように調整する。調整はX軸方向の移動、X軸回りの回動、副走査方向の移動の順に行なうことが望ましいが、それ以外の順で行っても、また同時に調整してもよく、また、Y軸回りの回転調整を行ってもよい。その後接着剤、例えば紫外線硬化樹脂を塗布した中間部材102を、線像形成レンズ13と支持部101aの両方に突き当てる(仮固定)。そして、紫外線を照射して線像形成レンズ13と支持部101aとに、中間部材102を固定する。中間部材102は透明な素材であるため、紫外線照射の自由度が高く、固定が迅速且つ均一に行える。ここで、本実施形態における「調整可能」とは、初期調整が可能であること、組付け後調整が可能であること、位置決め基準が無いこと、を包含する意味である。また本実施形態では、ハウジングと中間部材とを異種材料で構成している。このとき、互いの線膨張係数が異なることから、温度変化による光学素子の位置が変化することが考えられる。そのため、図12(A)に示されるように、支持部101aの中間部材102が接着される面は、主走査方向に垂直な平面であることが望ましい。
While holding the line
また、本実施形態にかかる光走査装置100では、第1走査レンズ16よりも第2走査レンズ17のほうがパワーが大きいことが望ましい。この様に設定することで倍率の差を低減することが容易になり、温度による倍率変化を低減することができ、温度変化による副走査ビームピッチの変動を低減することができる。
In the
また、図14は、VCSELの断面構造を示す概略図であり、図15は、図14における活性層周辺の拡大図である。本実施形態にかかる光源10の各VCSELは、780nm帯のVCSELであり、図14及び図15を総合するとわかるように、n側電極20が形成されたn―GaAs基板21上に、Al0.12Ga0.88Asからなる量子井戸層24aとAl0.3Ga0.7Asとからなる障壁層24bを含む活性層24を含み、活性層24及びAl0.6Ga0.4Asからなるスペーサ層23,25からなる1波長光学厚さの共振器領域を、各層λ/4の光学厚さで40.5ペアのn−Al0.3Ga0.7As高屈折率層と、n−Al0.9Ga0.1Asの低屈折率層からなる下部反射鏡22と、24ペアのp−Al0.3Ga0.7As高屈折率層とp−Al0.9Ga0.1As低屈折率層からなる上部反射鏡27とではさんだ構成となっている。そして、AlxOy電流狭窄層26に囲まれたAlAs被選択酸化層30が共振器領域からλ/4離れた上部反射鏡27に設けられている。反射鏡22,27の各層間には抵抗値の低減のために組成が徐々に変わる不図示の組成傾斜層が含まれている。
FIG. 14 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the VCSEL, and FIG. 15 is an enlarged view around the active layer in FIG. Each VCSEL of the
ここで、前記光源10に設けられたVCSELの形成方法について説明する。まず、上記各層を有機金属気相成長法(MOCVD法)あるいは分子線結晶成長法(MBE法)を用いた結晶成長によって作成する。
Here, a method for forming a VCSEL provided in the
次に、ドライエッチング法により素子領域となる領域の周囲に、例えば深さ4.5μmの溝を形成することによりメサ形状を形成する。エッチング底面は少なくともAlAs被選択酸化層30を超えたところに設けるのが一般的である。
Next, a mesa shape is formed by forming a groove having a depth of, for example, 4.5 μm around the region to be an element region by dry etching. In general, the etching bottom surface is provided at least beyond the AlAs
次に、エッチングによる溝形成工程により側面が露出したAlAs被選択酸化層30を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させAlxOyの絶縁物層に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないAlAs領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。
Next, the AlAs selectively oxidized
次に、各素子領域上の上部電極31が形成される領域及び光出射部32を除いて、例えば厚さ150nmのSiO2保護層(不図示)を設け、さらにポリイミド29でエッチング部を埋め込んで平坦化する。
Next, a SiO 2 protective layer (not shown) having a thickness of 150 nm, for example, is provided except for the region where the
次に、各素子領域におけるpコンタクト層28と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドとSiO2保護層(不図示)を除去し、pコンタクト層28上の光射出部32以外にP側個別電極31を形成し、n―GaAs基板21の下面にn側電極を形成する。
Next, the polyimide and SiO 2 protective layer (not shown) on the upper reflecting mirror having the
本実施形態の場合、ドライエッチング法により形成されたメサ部が各面発光レーザ素子となる。光源10のVCSELの配置を形成する方法は、本発明のVCSELの配置に沿ったフォトマスクを形成し、通常のフォトリソグラフ工程によりエッチング用マスクを形成し、エッチングすることで形成できる。アレイの各素子の電気的空間的分離のために素子と素子の間の溝は4〜5μm程度以上は設けることが好ましい。あまり狭いとエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサ部は本実施形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形など任意の形状とすることができる。また、大きさ(直径など)は10μm程度以上設けることが好ましい。あまり小さいと素子動作時に熱がこもり特性が悪くなるからである。
In the case of this embodiment, the mesa portion formed by the dry etching method becomes each surface emitting laser element. The method of forming the VCSEL arrangement of the
なお、前述した780nm帯の面発光型のレーザは、別の材料でも作製できる。図16には別材料で作成した活性層周辺の拡大図が示されている。図16に示されるように活性層は、圧縮歪組成であってバンドギャップ波長が780nmとなる3層のGaInPAs量子井戸活性層24cと格子整合する4層の引っ張り歪みを有するGa0.6In0.4P障壁層24dとから構成し、電子を閉じ込めるためのクラッド層23,25(本実施形態ではスペーサ層)としてワイドバンドギャップである(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pを用いている。キャリア閉じ込めのクラッド層をAlGaAs系で形成した場合に比べて、クラッド層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。
Note that the above-described surface-emitting laser in the 780 nm band can be manufactured using another material. FIG. 16 shows an enlarged view around the active layer made of another material. As shown in FIG. 16, the active layer has a compressive strain composition and Ga 0.6 In 0 having a four-layer tensile strain lattice-matched with a three-layer GaInPAs quantum well
次表2には、AlGaAs(スペーサ層)/AlGaAs(量子井戸活性層)系780nm,850nm面発光型半導体レーザ、さらに、AlGaInP(スペーサ層)/GaInPAs(量子井戸活性層)系780nm面発光型半導体レーザの典型的な材料組成でのスペーサ層と井戸層、及び障壁層と井戸層とのバンドギャップ差が示されている。なお、スペーサ層とは、通常構成の場合には活性層と反射鏡の間にあたる層のことであって、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能を有している層を指している。 Table 2 below shows an AlGaAs (spacer layer) / AlGaAs (quantum well active layer) system 780 nm and 850 nm surface emitting semiconductor laser, and an AlGaInP (spacer layer) / GaInPAs (quantum well active layer) system 780 nm surface emitting semiconductor. The band gap difference between the spacer layer and the well layer and the barrier layer and the well layer at the typical material composition of the laser is shown. Note that the spacer layer is a layer between the active layer and the reflecting mirror in the case of a normal configuration, and indicates a layer having a function as a cladding layer for confining carriers.
次表2に示されるように、AlGaInP(スペーサ層)/GaInPAs(量子井戸活性層)系780nm面発光型半導体レーザによれば、AlGaAs/AlGaAs系780nm面発光型半導体レーザはもとより、AlGaAs/AlGaAs系850nm面発光型半導体レーザよりもバンドギャップ差を大きく取れることがわかる。具体的にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差は、クラッド層をAlGaAsで形成した場合の466meV(Al組成0.6の場合)に比べて、767meVであり極めて大きい。障壁層と活性層とのバンドギャップ差も同様に優位差があり、良好なキャリア閉じ込めとなる。 As shown in the following Table 2, according to the AlGaInP (spacer layer) / GaInPAs (quantum well active layer) system 780 nm surface emitting semiconductor laser, not only the AlGaAs / AlGaAs system 780 nm surface emitting semiconductor laser but also the AlGaAs / AlGaAs system It can be seen that the band gap difference can be made larger than that of the 850 nm surface emitting semiconductor laser. Specifically, the band gap difference between the cladding layer and the active layer is 767 meV, which is very large, compared to 466 meV (when the Al composition is 0.6) when the cladding layer is formed of AlGaAs. Similarly, the band gap difference between the barrier layer and the active layer also has a dominant difference, resulting in good carrier confinement.
また、活性層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により利得の増加が大きくなった。これらにより高利得となるので、低閾値で高出力であった。なお、この効果は、GaAs基板とほぼ同じ格子定数を有するAlGaAs系で作製した波長が780nmや850nmの面発光型のレーザでは得られない。さらには、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低閾値化することで、光取り出し側DBRの反射率低減が可能となり、さらに高出力化することができる。 In addition, since the active layer has compressive strain, the increase in gain is increased by band separation of heavy holes and light holes. Because of these high gains, the output was high at a low threshold. Note that this effect cannot be obtained with a surface-emitting laser having a wavelength of 780 nm or 850 nm manufactured using an AlGaAs system having substantially the same lattice constant as the GaAs substrate. Furthermore, by lowering the threshold by improving carrier confinement and increasing the gain by the strained quantum well active layer, it is possible to reduce the reflectivity of the light extraction side DBR and further increase the output.
また、活性層と障壁層は、Alを含んでいない材料から構成されており、Alフリー活性領域(量子井戸活性層、及びそれに隣接する層)としているので、酸素の取り込みが低減されることで非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。これにより、書込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。 In addition, the active layer and the barrier layer are made of a material that does not contain Al, and are formed as an Al-free active region (a quantum well active layer and a layer adjacent thereto), so that oxygen uptake is reduced. Formation of a non-radiative recombination center can be suppressed, and a long life can be achieved. As a result, the writing unit or the light source unit can be reused.
次に、光走査装置100の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成部分については説明を省略するものとする。
Next, a modification of the
図17(A)及び図17(B)は変形例にかかる光走査装置100’の概略構成を示す図である。図17(A)及び図17(B)に示されるように、光走査装置100’は、光源10と、光源10の+X側に順次配置された、カップリングレンズ11、アパーチャ部材12、線像形成レンズ13、及び反射ミラー14と、反射ミラー14の−Y側に配置されたポリゴンミラー15と、該ポリゴンミラー15の+X側に順次配置された第1走査レンズ16、及び第2走査レンズ17とを備えている。
FIGS. 17A and 17B are diagrams showing a schematic configuration of an
前記カップリングレンズ11は、焦点距離が46.0mmのレンズであり、光源10から射出される40本の光ビームそれぞれを略平行光に整形する。
The
前記アパーチャ部材12は、Y軸方向(主走査方向)の大きさが5.8mm、Z軸方向(副走査方向)の大きさが1.22mmの矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ11の焦点位置近傍に位置するように配置されている。
The
前記線像形成レンズ13は、焦点距離が58mmのシリンドリカルレンズであり、アパーチャ部材12を通過した光ビームを、ポリゴンミラー15の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。
The line
前記ポリゴンミラー15は、上面が半径7mmの円に内接する正方形である4角柱状の部材である。このポリゴンミラー15の4つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、Z軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー15に入射した光ビームはY軸方向に走査される。そして、光ビームは偏向面に、その反射面法線に対して0.7度の角度で入射するようになっている。また、本変形例では、偏向面有効径は、主走査方向が6.8mm、副走査方向が2mmとなっている。
The
前記第1走査レンズ16、及び前記第2走査レンズ17は、ポリゴンミラー15の偏向面から入射面までの距離が46.3mm、及び149.5mmとなるように配置されている。そして、それぞれ中心(光軸上)の肉厚が13.5mm、及び3.5mmの、例えば樹脂製の走査レンズであり、これらの光学面形状は、次式(3)〜(5)で示される関数で表される。ただし、Xは光軸方向の座標、Yは主走査方向の座標を示す。またCmは中央(Y=0)の主走査方向曲率を示し曲率半径Rnyの逆数であり、An〜Enは主走査形状の非球面係数である。Cs(Y)はYに関する副走査方向の曲率である。また、各非球面係数等の値は次表3に示されるとおりである。
The
また、上述の第1走査レンズ16の第1面及び第2面の主走査断面形状は、図18(A)の実線R1及び破線R2で示されるとおりである。
Further, the main scanning cross-sectional shapes of the first surface and the second surface of the
また、第1走査レンズ16の第1面及び第2面の主走査方向の曲率は、図18(B)の実線R1及び破線R2で示されるとおりである。
Further, the curvatures in the main scanning direction of the first surface and the second surface of the
また、第1走査レンズ16の第1面の副走査方向の曲率は、図18(C)の実線L1R1で示されるとおりである。
Further, the curvature in the sub-scanning direction of the first surface of the
また、第1走査レンズ16の第2面の副走査方向の曲率は、図18(D)の実線L1R2で示されるとおりである。なお、縦軸はチルトの角度をθとしたときのtanθに対応する。また光軸とは、特に断らない限りは、式(3)において、Y=0、Z=0としたときの点を通る軸をいう
Further, the curvature in the sub-scanning direction of the second surface of the
また、上述の第2走査レンズ17の第1面及び第2面の主走査断面形状は、図19(A)の実線R1及び破線R2で示されるとおりである。
The main scanning cross-sectional shapes of the first surface and the second surface of the
また、第2走査レンズ17の第1面及び第2面の主走査方向の曲率は、図19(B)の実線R1及び破線R2で示されるとおりである。
Further, the curvatures in the main scanning direction of the first surface and the second surface of the
また、第2走査レンズ17の第2面の副走査方向の曲率は、図19(C)の実線L2R2で示されるとおりである。
Further, the curvature in the sub-scanning direction of the second surface of the
また、第2走査レンズ17の第1面の副走査方向のチルト量は、図19(D)の実線L2R1で示されるとおりである。
Further, the tilt amount in the sub-scanning direction of the first surface of the
変形例にかかる光走査装置100’に含まれる光学系全系の副走査方向の横倍率は1.22倍、ポリゴンミラー15より被走査面側の光学系のみの副走査倍率は−0.97倍となっている。そして、光走査装置100’では、被走査面上でのビームスポット径の狙いとして、主走査方向で55μm、副走査方向で55μmに設定されている。また、第1走査レンズ16の射出面から第2走査レンズ17の入射面までの距離は89.7mm、第2走査レンズの射出面から被走査面(感光ドラム201表面)までの距離は143.5mmである。
The lateral magnification in the sub-scanning direction of the entire optical system included in the
図20(A)〜図21(C)は、光走査装置100’の、像面湾曲及び副走査横倍率偏差に関する図であり、図20(A)は、ch01(VCSEL1),ch40(VCSEL40)およびaxial(図3でY=0,Z=0の位置の発光点に相当)に対応する主走査像面湾曲を示す図である。また、図20(B)は、ch01,ch40およびaxialに対応する副走査像面湾曲を示す図である。図21(A)は、光走査装置100’リニアリティ特性を示す図であり、図21(B)は、副走査横倍率偏差を示す図であり、図21(C)は、走査線曲がりを示す図である。
FIGS. 20A to 21C are diagrams regarding the field curvature and the sub-scanning lateral magnification deviation of the
図20(A)より、ch01とch40の空間的位置の違いにより光学性能に差が出るが、光走査装置100’の光学系ではその差を最小限に低減している。このため全チャンネルで光学性能が安定し、ビームスポット径ばらつき、走査線間隔ばらつきの低減を図ることができる。 As shown in FIG. 20A, the optical performance varies depending on the spatial position of ch01 and ch40, but the difference is reduced to the minimum in the optical system of the optical scanning device 100 '. Therefore, the optical performance is stable in all channels, and variations in beam spot diameter variation and scanning line interval variation can be reduced.
また、光走査装置100’に、図3に示される光源10を用いることで、省スペースでマルチチャンネルの走査光学系を構成して高品位な走査線形成を行うことができ、また上述した方法で線像形成レンズ13の調整を行うことで、より高精細な走査を行うことが可能となる。
In addition, by using the
光学素子13、14等をZ方向に移動する調整を行うことによって走査線間隔を調整できるのは、光ビームが副走査方向に変位するのを補正できるからである。光ビームが光学素子の光軸から離れるほどレンズの持つ収差が大きくなるため、製造誤差、例えば反射ミラー14やポリゴンミラー15のY軸回りの回転、Z軸方向の移動などで、光ビームが副走査方向に変位した場合、各光ビームからみた光学倍率が僅かに変化する。
The reason why the scanning line interval can be adjusted by adjusting the
従来の解像度ではその変化は取るに足らず無視しているものだったが、2400dpi以上の高精細時、また数十の多ビームによる走査時にはこれはバンディングとなって知覚される量となり、高画質化に対して問題となる。光学素子13、14を調整することでビームの位置を修正し像高間偏差を低減することができ、また同時に収差を低減する方向への調整となるので、ビームスポット径の調整にもなり、効果が大きい。
In the conventional resolution, the change was negligible, but when high definition of 2400 dpi or higher, or when scanning with several tens of beams, this becomes the amount perceived as banding. It becomes a problem for. By adjusting the
また、光源10そのものをX軸回りに回転調整することも走査線間隔調整に効果があることは従来から知られている。しかし、従来から知られている1次元配列のLDアレイなどと違い、2次元配列の光源の場合にはX軸回りの回転で調整できる量に限界がある。図22には、調整前のVCSELが白抜きの四角で示され、調整後のVCSELが黒塗りの四角で示されている。図22を参照するとわかるように、X軸回りの回転ではもとの間隔が広がる発光点対と狭まる発光点対があるからである。1次元配列ではそのようなことは起きない。従って、走査線間隔調整は他の手段に頼る他は無く、従って光学素子13、14のZ軸方向の調整が有効となるのである。
In addition, it has been known that adjusting the rotation of the
なお、上記実施形態、及び変形例の走査装置100,100’は、単色の画像形成装置200ではなくて、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であっても良い。
The
以下、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備える多色画像形成装置1000Aについて図23(A)及び図23(B)を用いて説明する。画像形成装置1000Aは、複数の被走査面を走査露光することで複数色の画像を可視化し、該複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する装置である。
Hereinafter, a multicolor
画像形成装置1000Aでは、光導電性の感光体1302a〜1302dは図中の矢印に示されるように時計回りに等速回転する。感光体1302a〜1302dの表面は、帯電装置1305によって均一に帯電され、上述の画像形成装置200と同様に感光体表面は、光走査装置1301によって走査される。この走査によって感光体1302a〜1302dに形成された静電潜像は、現像装置1303によってそれぞれトナー画像として可視化される。そして、それぞれのトナー画像は転写手段1306によって中間転写ベルト1308上に重ね合った状態で転写され、転写手段1309と定着手段1307とによってトナー像が用紙S上に定着されることでフルカラー画像が形成される。
In
なお、感光体1302a〜1302dの対応色は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKとすることができ、1302a〜1302dとの対応は自由に選択し最適化することが出来る。例えば、本実施形態においては、1302a〜1302dの順にYMCKの色に対応させて構成している。走査品質の向上が難しい位置に対応する光走査装置や、調整などの工程を削減したい感光体に対応する光走査装置に対しては、明度の高低や視認性の高低に応じて、対応色を選択することが望ましい。例えば、光学特性の最もよくない(像面湾曲が大きい、走査線曲がりが大きい等)光学系に対応する感光体には、視認性の低い、または明度の高いイエローYを用いることが望ましい。また、感光体のサイズは、例えば、ブラックKに対応する感光体を大きくするなどして、使用頻度の高いものの耐久性を高く設定することで装置全体の安定性を向上することもできる。また、多色画像形成装置1000Aの変形例としては、図23(B)に示される多色画像形成装置1000Bのように、光走査装置を複数用いる方式を採用することもできる。
The corresponding colors of the photoconductors 1302a to 1302d can be cyan C, magenta M, yellow Y, and black K, and the correspondence with 1302a to 1302d can be freely selected and optimized. For example, in the present embodiment, the colors are configured to correspond to the colors of YMCK in the order of 1302a to 1302d. For optical scanning devices corresponding to positions where it is difficult to improve scanning quality, and optical scanning devices corresponding to photoreceptors that require reduction of adjustment processes, the corresponding colors can be selected according to the level of brightness and visibility. It is desirable to choose. For example, it is desirable to use yellow Y having low visibility or high brightness for a photoreceptor corresponding to an optical system having the worst optical characteristics (large curvature of field, large scanning line curvature, etc.). Also, the stability of the entire apparatus can be improved by setting the durability of the photoconductor that is frequently used, for example, by increasing the size of the photoconductor corresponding to black K, for example. Further, as a modification of the multicolor
なお、上記各実施形態では、本発明の光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。 In each of the above embodiments, the case where the optical scanning device of the present invention is used in a printer has been described. However, the image forming device other than the printer, for example, a copier, a facsimile, or a multifunction machine in which these are integrated. Is preferred.
10…光源、11…カップリングレンズ、12…アパーチャ部材、13…線像形成レンズ、14…反射ミラー、15…ポリゴンミラー、16…第1走査レンズ、17…第2走査レンズ、18…反射ミラー、100,100’…光走査装置、200…画像形成装置、201…感光ドラム、202…帯電チャージャ、204…トナーカートリッジ、205…クリーニングケース、206…給紙トレイ、207…給紙コロ、208…レジストローラ対、209…定着ローラ、210…排紙トレイ、211…転写チャージャ、212…排紙ローラ、213…用紙、215…ハウジング。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記光ビームを射出する複数の発光部が、第1の方向、及び該第1の方向に直交する第2の方向に平行な面内で2次元的に配置された光源と;
前記複数の光ビームを前記主走査方向へ走査する偏向器と;
前記走査された光ビームを前記被走査面へ結像する走査光学系と;を備え、
前記複数の発光部の、前記第1の方向に関する配置間隔、及び前記第2の方向に関する配置間隔は不均一であり、
前記光源は、中央部での前記発光部の配置間隔が、前記第1の方向の両端部、又は前記第2の方向の両端部での前記発光部の配置間隔に比較して広くなっており、
前記複数の発光部は、前記第1の方向に関する位置が同一である発光部を含む光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned in a main scanning direction with a plurality of light beams,
A plurality of light emitting units for emitting the light beams, two-dimensionally arranged in a plane parallel to a first direction and a second direction orthogonal to the first direction;
A deflector that scans the plurality of light beams in the main scanning direction;
A scanning optical system that forms an image of the scanned light beam on the scanned surface;
The arrangement interval of the plurality of light emitting units in the first direction and the arrangement interval in the second direction are non-uniform,
In the light source, the arrangement interval of the light emitting units at the central portion is wider than the arrangement interval of the light emitting units at both end portions in the first direction or both end portions in the second direction. ,
Before Kifuku number of the light emitting portion, the first position with respect to the direction of the same light-emitting portion including a light scanning apparatus.
前記複数の組のうち、少なくとも、前記光源の中央部から前記第2の方向に最も離れた組の前記発光部の前記第2の方向の間隔は、前記第2の方向の前記発光部の配列間隔のうちで最も小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光走査装置。 A plurality of sets of two light emitting units adjacent to each other in the second direction and having the widest spacing in the first direction;
Among the plurality of sets, at least the interval in the second direction of the light emitting units of the set farthest from the central portion of the light source in the second direction is the arrangement of the light emitting units in the second direction. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is the smallest among the intervals.
請求項1〜12のいずれか一項に記載の光走査装置と;
前記光走査装置により潜像が形成される感光体と;
前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と;
前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と;を備える画像形成装置。 An image forming apparatus that forms an image by fixing a toner image formed based on a latent image obtained from information about an image to a recording medium,
An optical scanning device according to any one of claims 1 to 12 , and
A photoreceptor on which a latent image is formed by the optical scanning device;
Developing means for visualizing a latent image formed on the surface to be scanned of the photoreceptor;
An image forming apparatus comprising: a transfer unit that fixes the toner image visualized by the developing unit to the recording medium.
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