JPH09187994A

JPH09187994A - 異なる偏光状態と異なる波長を有する表面放射レーザーのマルチプルリニアアレイを備えたカラー電子写真式プリンタ

Info

Publication number: JPH09187994A
Application number: JP33394096A
Authority: JP
Inventors: Thomas L Paoli; トーマス・エル・パオリ; Tibor Fisli; ティボー・フィズリ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1997-07-22
Also published as: EP0781662B1; EP0781662A3; US5956070A; DE69609399T2; DE69609399D1; EP0781662A2

Abstract

(57)【要約】【課題】異なる波長及び異なる偏光状態のマルチプル
レーザーアレイ光源を備えたカラー電子写真式ラインプ
リンタを提供すること。【解決手段】カラープリンタは、同じ或いは異なった
感光体の上で広く離された位置を同時に露光するため
に、異なる波長及び異なる偏光状態の表面放射レーザー
のマルチプルリニアアレイを使用する。各々のアレイ
は、感光体への同じ光学系によって結像される。マルチ
プルリニアアレイは、モノリシック構造で密接して配置
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー電子写真式
プリンタに関し、特に、同一或いは異なった感光体の上
で広く離された位置を同時に露光するための、異なる偏
光状態と異なる波長を有する表面放射レーザーの多数の
リニアアレイのモノリシック構造を有するカラー電子写
真式プリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式プリンタで使用される画像形
成手段と知られているラスター出力スキャナー（ＲＯ
Ｓ）或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）プリントバーは、
当該技術分野で周知である。ＲＯＳ或いはＬＥＤプリン
トバーは、移動する感光体ベルトの表面上に画像を書く
ために光学走査系に配置される。

【０００３】ＲＯＳシステムにおいては、変調された光
線は、回転多面鏡の小面の上に向けられ、次いで、この
回転多面鏡は、感光体表面を横切って反射光線を掃引す
る。各々の掃引は、ビデオ信号画像のリニアセグメント
へラスタラインを露光する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転多
面鏡の使用は、いくつかの固有の問題を呈する。感光体
表面を横切って走査する光線の湾曲とふらつきは、鏡の
不完全性或いは鏡の僅かな角度不正の結果として、或い
は、多面鏡の回転の不安定性の結果として生ずる。これ
らの問題は、典型的には、光源と回転多面鏡の間に、及
び、回転多面鏡と感光体表面の間に、複雑で、精密で、
高価な光学素子を必要とする。これに加えて、光学的に
複雑な素子が、ＲＯＳの結像光学系の焦点距離の変化を
引き起こす屈折率分散を補正するために、同じく必要と
される。

【０００５】ＬＥＤプリントバーは、一般に発光ダイオ
ードのリニアアレイから成る。リニアアレイの各々のＬ
ＥＤは、プリントバーの駆動回路へ印加されたビデオデ
ータ情報に応答して、移動する感光体の上で対応する領
域を露光するために使用される。感光体は、連続的な走
査ラインの構成により所望の画像を提供するために、プ
ロセス方向に進められる。

【０００６】カラー電子写真式プリンタにおいては、Ｌ
ＥＤプリントバーの複数の発光素子は、通常、「セルフ
ォック（ｓｅｌｆｏｃ）」レンズと知られている密接し
て配置された半径方向に屈折率が異なるグラスファイバ
によって感光体表面へ結像される。

【０００７】ＬＥＤバーによる印刷は、各々の発光素子
毎に正確に製作された「セルフォック」レンズを必要と
する。各々の「セルフォック」レンズアレイは、一直線
で、且つ、十分に研磨された入力及び出力小面と平行で
なければならない。アレイ内の各々のレンズは、同じ焦
点距離とスループット効率を有していなければならな
い。たとえ、これらの要求が満たされるとしても、「セ
ルフォック」レンズは、短い焦点距離を有しているの
で、感光体表面の近くに配置されなければならないが、
ここではレンズがトナーを集めるおそれがあるので、追
加のクリーニング機構を必要とする。それらの光学的特
性のために、「セルフォック」レンズの焦点深度は非常
に浅く、従って、走査ラインの上で一様なスポット露光
を作り出すためには、非常に正確な配置を必要とする。

【０００８】発光ダイオードは、その性質により、大き
な角発散、広いスペクトルを有しており、偏光されてお
らず、これらの要因は全て、波長或いは偏光に基づいた
走査ラインの分離技術を使用するカラー印刷システムに
おいて、それらを使用する際の厳しい制限である。先行
技術のＬＥＤプリントバー電子写真式ラインプリンタ
は、一つの感光体の上の単一位置におけるライン露光の
みを教示している。

【０００９】レーザーアレイは、ＬＥＤアレイよりも小
さい角発散ビームを有するので、一層大きな出力スルー
プット効率を提供する。また、レーザーアレイは、ＬＥ
Ｄアレイよりも小さい放射開口（光源サイズ）を有する
ので、増加されたスポット密度を提供することができ
る。本出願で教示されたように、レーザビームの狭いス
ペクトルは、レーザビームの光学的な分離を可能にす
る。広いスペクトルは、ＬＥＤ放射の同様の分離を不可
能にする。

【００１０】本発明の更に別の目的は、異なる波長と異
なる偏光状態のマルチプルレーザーアレイ光源を備えた
カラー電子写真式ラインプリンタを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、カラー
プリンタは、同じ或いは異なった感光体の上で広く離さ
れた位置を同時に露光するために、異なっている波長と
偏光状態の垂直空洞表面放射レーザーのマルチプルリニ
アアレイを使用する。フルカラープリンターが四つのリ
ニアレーザーアレイを使用する一方、ハイライトカラー
プリンタは、二つのリニアレーザーアレイを使用するこ
とになる。

【００１２】各々のアレイは、感光体へ同じ光学系によ
って結像される。マルチプルリニアアレイは、モノリシ
ック構造で密接して配置する、或いは、精密ユニット内
で組み立てることができる。各々のアレイの発光素子
は、印刷された画素密度で、ライン結像のために間隔を
置くこと、或いは、ずらすことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】ここで、図１及び図２を参照する
と、本発明の例示された実施態様において使用された基
本的な電子写真式プリンタ１０が説明されている。図１
及び図２は、プリンタ１０のライン投射アーキテクチャ
を示す。図３に示されるように、プリンタ１０の光源
は、全部が名目上は同じ波長λ１で且つ同じ偏光状態で
放射する、垂直空洞表面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）１
４のリニアアレイ１２である。

【００１４】図３のアレイ１２の個々のＶＣＳＥＬ１４
は、等しい中心間間隔１６で個々のＶＣＳＥＬ１４の間
に走査面方向に直線的に配列される。リニアＶＣＳＥＬ
アレイ１２は、好適な実施態様においてはモノリシック
である。

【００１５】モノリシックＶＣＳＥＬアレイは、多くの
異なった方法で作ることができる。本出願と同じ譲受人
に共通に譲渡され、ここに参考として組み入れられた米
国特許第５，０６２，１１５号に教示されるように、垂
直空洞表面放射レーザーの高密度アレイは、アレイのエ
ピタキシャル側から放射することができる。本出願と同
じ譲受人に共通に譲渡され、ここに参考として組み入れ
られた米国特許第５，２１６，２６３号に教示されるよ
うに、垂直空洞表面放射レーザーの高密度アレイは、ア
レイの基板側からも放射することができる。前記の教示
の両方の場合において、アレイの全ての要素は実質的に
同じ波長で放射し、偏光状態に対する制御のための用意
を有しない。本教示の幾つかの実施態様については、ア
レイ１２のＶＣＳＥＬ１４は、各要素が同じ偏光状態で
放射するような偏光制御を含む。

【００１６】図１及び図２の基本的な電子写真式プリン
タ１０のライン投射アーキテクチャに戻ると、垂直空洞
表面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）１４のリニアアレイ１
２は、同じ波長λ１でと同じ偏光状態の部分的に重なっ
ているビーム１８を放射することになる。ＶＣＳＥＬ要
素は、５０％出力点で約８から１０度のビーム発散を有
し、感光体２４の表面２２の上に結像レンズ系２０によ
って集束される。

【００１７】図１に示されるように、リニアアレイ１２
の各々の個々のＶＣＳＥＬ１４からの各々の個物ビーム
１８は、走査面において感光体表面２２に走査ライン２
６に沿って異なった個々の点２４へ集束される。図２に
示されたように、リニアアレイ１２からのビーム１８
は、感光体表面２２に単一の走査ライン２６を形成する
ために、走査面と走査と直交する面の両方に投射（結
像）レンズ２０によって集束される。リニアアレイの全
てのＶＣＳＥＬは、リニアアレイが感光体の上で全体の
ラインを同時に露光するように、同時にアドレスされる
ことになる。

【００１８】結像レンズ２０は、アレイ１２からわずか
に発散するビーム１８を受け取り、感光体表面２２の上
にビームを集束させる。また、結像レンズ２０は、ビー
ム１８を感光体表面２２の画素２８の中へ拡大する。典
型的には、結像レンズは、適切な倍率とＦ値を有する比
較的安価な投射レンズである。

【００１９】アレイ全体で少なくともフルサイズのペー
ジの幅をカバーしなければならないので、結像レンズ２
２に要求される光学倍率は、アレイ１２の長さによって
決定される。別々のサブアレイを一緒に直線的につなぎ
合わせて長いアレイを作ることは可能であるが、特にフ
ォトリソグラフィーによる製造においては、アレイの製
造中に個々のＶＣＳＥＬを整列させることができるの
で、モノリシック構造が好ましい。また、二つ或いはそ
れ以上の別々のサブアレイを一緒に直線的に接着して一
つのアレイとしようとするのではなくて、一つのアレイ
を使用する場合には、ＶＣＳＥＬアレイの取り扱いが最
少とされる。

【００２０】そのようなアレイは、現在の第ＩＩＩ−Ｖ
族ダイオード技術で均一に成長させることができると共
に重大な破損なしに取り扱うことができ、また、結像レ
ンズ２０については３５ｍｍ投射レンズを容易に利用す
ることができるので、モノリシックＶＣＳＥＬアレイに
ついての都合のよい長さは、３５ｍｍとなる。

【００２１】長さ３５ｍｍのＶＣＳＥＬアレイ１２と３
５ｍｍフォーマットの投射／結像レンズ２０を備えた図
１の例示された実施態様においては、１１．７インチの
走査幅をカバーするためには約８．５倍の光学倍率が必
要である。走査面において感光体表面２２の上の走査ラ
イン２６に沿った６００ｓｐｉ（ｓｐｏｔｐｅｒｉｎ
ｃｈ）の露光密度のためには、感光体表面の上のスポッ
トの間の距離は４２μｍであり、これは、８．５倍の倍
率において、アレイ１２の個々のＶＣＳＥＬ１４の間
で、図３において５μｍの中心間間隔１６を必要とす
る。前述の光学的な寸法は、感光体の上の走査ラインに
沿った走査幅及びスポット（画素）分離についての適切
な倍率を提供する。

【００２２】図１の感光体表面２２の上の各々の画素２
８のスポットサイズは、結像レンズ２０のＦ値によって
決定される。７８０ｎｍにおいて５μｍ中心の個々の要
素を解像するために必要とされる概略のＦ値は、５μｍ
／１．０λに等しいＦ値によって与えられ、これは、
６．４に等しい。このＦ値により、レンズ２０は、各々
のレーザー要素のビーム１８を、４２μｍ、すなわち、
６００ｓｐｉの場合のスポットの間の距離の「半値全幅
（ｆｕｌｌｗｉｄｔｈｈａｌｆｍａｘｉｍｕ
ｍ）」ＦＷＨＭサイズを有するスポットに結像する。こ
のように、感光体表面の上の隣接しているスポットは、
ＦＷＨＭで重なる。ＶＣＳＥＬアレイの個々のレーザー
は。約８から１０度の半値出力ビーム発散角度を有する
ので、６．４に等しいＦ値を有する結像レンズは、ＦＷ
ＨＭにおいて各々のＶＣＳＥＬ要素によって放射された
光の全てを実質的に集めることになる。もし光を１／ｅ
２に集めるのであれば、レンズの作用Ｆ値は、約３．６
であるべきである。それゆえに、この印刷システム１０
の光学効率を、非常に高くすることができる。

【００２３】図４のハイライトカラープリンタ１００
は、二つの感光体を同時に露光してワンパスハイライト
カラー印刷を可能とするために、垂直空洞表面放射レー
ザー（ＶＣＳＥＬ）の二つのリニアアレイのモノリシッ
ク構造を使用する。

【００２４】プリンタ１００のモノリシックアレイ１０
２は、各々の個別のＶＣＳＥＬからの強度変調ビームを
作り出すために、電子サブシステム（ＥＳＳ）１０４に
より処理され、駆動回路により制御された、印刷すべき
画像を表すビデオ画像信号によって選択的にアドレスさ
れる。

【００２５】図５のモノリシックレーザーアレイ構造１
０２は、モノリシックアレイ構造内で互いに平行に整列
された二つのリニアＶＣＳＥＬアレイ１０８及び１１０
から成る。リニアアレイ１０８の個々のＶＣＳＥＬ１１
２は、等しい中心間間隔１１４で個々のＶＣＳＥＬ１１
２の間に配置される。リニアアレイ１１０の個々のＶＣ
ＳＥＬ１１６は、等しい中心間間隔１１４で個々のＶＣ
ＳＥＬ１１６の間に配置される。個々のＶＣＳＥＬ１１
２は、アレイ１０８及び１１０の共通の直線方向に対し
て直交する方向に個々のＶＣＳＥＬ１１６と整列され
る。図４のプリンタ１００においては、モノリシックア
レイ構造１０２は、副走査方向に対して直交して二つの
平行な走査ラインを形成するように整列される。好適な
実施態様においては、モノリシックレーザーアレイ構造
は、結像レンズ１２２の光学軸に関して副走査と主走査
方向の両方に対称的に配置される。原理的には対称であ
ることが必要でないが、実際には、投射レンズのついて
の対物視野が狭い方が、設計が簡単となり、したがっ
て、低コストとなるので、対称であることが極めて望ま
しい。

【００２６】リニアアレイ１０８のＶＣＳＥＬ１１２
は、第１の偏光状態を有する一つの波長で光を放射す
る。リニアアレイ１１０のＶＣＳＥＬ１１６は、ＶＣＳ
ＥＬ１１２と同じ波長であるが第１の状態とは直交する
偏光状態で光を放射する。ビームの波長は感光体によっ
て決定され、６８０ｎｍは赤に感度を有する感光体に適
している一方、７８０ｎｍは赤外線に感度を有する感光
体に適している。原理的には、ビームの分離のために
は、サジタル方向及び接線方向への整列は必要ではな
く、直交する偏光だけが必要である。実際には、偏光が
サジタル方向及び接線方向へ整列すると偏光セパレータ
の製造が容易になるので、この向きが好ましい。

【００２７】二つのリニアアレイ１０８及び１１０を備
えたモノリシックＶＣＳＥＬアレイ構造１０２は、多く
の異なった方法で作ることができる。本出願と同じ譲受
人に共通に譲渡され、ここに参考として組み入れられた
米国特許第５，０６２，１１５号に教示されるように、
垂直空洞表面放射レーザーの高密度アレイは、アレイの
エピタキシャル側から放射することができる。本出願と
同じ譲受人に共通に譲渡され、ここに参考として組み入
れられた米国特許第５，２１６，２６３号に教示される
ように、垂直空洞表面放射レーザーの高密度アレイは、
アレイの基板側からも放射することができる。前記の教
示の両方の場合において、アレイの全ての要素は実質的
に同じ波長で放射し、偏光状態に対する制御のための用
意を有しない。

【００２８】アレイ構造１０２は、モノリシックダイオ
ードレーザーアレイ、或いは、単一の集積されたアレイ
内に密接して配置された二つの非モノリシックレーザー
サブアレイのいずれかとすることができる。直線偏光さ
れたビームを直交させることは、単一の集積されたコン
ビネーションの内部の二つのレーザーサブアレイの相対
方向により、或いは、上述されたような、モノリシック
レーザーアレイにより放射された直線偏光されたビーム
の相対方向のいずれかにより達成することができる。ど
ちらのタイプの光源でも、レーザーアレイ構造１０２
は、両方のレーザビームに実質的に共通の空間的な原点
を提供する。

【００２９】図４のハイライトカラープリンタ１００に
戻ると、モノリシックアレイ構造１０２は、変調された
第１の波長のビーム１１８のリニアアレイ、及び、変調
された第２の波長のビーム１２０のリニアアレイを放射
する。ビーム１１８及び１２０は、実質的に同じ光学波
長を有しているが、典型的には直交方向に直線偏光され
ている。主光線のみが示されている。

【００３０】前に述べたように、ビーム１１８及び１２
０は、アレイ１０２から僅かに発散し、結像レンズ１２
２により集束されて拡大される。偏光された波長ビーム
セパレータ１２４は、レーザビーム１１８及び１２０
を、それらが結像レンズ１１２を通過した後で分離す
る。波長ビームセパレータ１２４は、図６に示される光
学特性を有する偏光選択性多層フィルムである。

【００３１】偏光されたレーザービーム１１８は、偏光
されたビームセパレータ１２４の軸に関して０度に直線
偏光されるように整列され、一方、同軸の直交偏光され
たレーザービーム１２０は、偏光されたビームセパレー
タの軸に関して９０度に直線偏光される。したがって、
偏光されたビーム１１８は、偏光されたビームセパレー
タ１２４を通過し、一方、直交偏光されたレーザービー
ム１２０は、ビームの伝搬の入射方向に関して名目上４
５？で反射する。これらの偏光選択性多層フィルム或い
はプリズムのような偏光されたビームセパレータは、当
業者には周知である。

【００３２】鏡１２６及び１２８は、偏光されたビーム
セパレータ１２４からの分離された偏光された波長レー
ザビーム１１８を第１の感光体１３０の上に反射する一
方、鏡１３２は、偏光されたビームセパレータ１２４か
らの分離された直交偏光されたレーザビーム１２０を第
２の感光体１３４の上に反射する。

【００３３】両方のビーム１１８及び１２０は、実質的
に同じ空間的な位置からのものであり、実質的に平行な
光学軸を有するので、等しい光路長を有する同様な寸法
のビームが、偏光されたビームセパレータ１２４へ入力
される。このように、各々のビームについて等しい光路
長を持続するという問題は、偏光されたビームセパレー
タ１２４から感光体１３０及び１３４への等しい光路長
を実質的に維持するという、より簡単な問題に変えられ
る。実質的に等しい光路長は、鏡１２６、１２８、及び
１３２を、適切に配置することにより設定される。光路
長を等しくすることにより、各々の感光体におけるスポ
ットが同様なスポットになる。更に、両方のビームが名
目上同じ波長であるので、結像レンズ光学系を、二つの
波長を同じ距離で集束させるように設計しなくてもよ
い。

【００３４】結像レンズは、適切な感光体の上に各々の
ＶＣＳＥＬアレイの拡大された画像を形成する。図示し
ていないが、結像レンズから全ての感光体までの経路長
は、各々のリニアアレイの光学倍率が系の各々のアーム
において同じになるように、等しくされる。この距離に
ついての適切な値は２１インチであり、現在のプリンタ
設計のワンパスの４色／単一ポリゴン／単一光学ＲＯＳ
に割り当てられた空間と両立することができる。隣接し
ているリニアアレイは異なった位置で結像されるので、
それらの間のサジタル方向の間隔は、投射レンズの視野
が許容するのと同じ程度に大きくすることができる。こ
れは、各々のアレイの出力が、図に示された波長セパレ
ータと鏡によって、その露光位置に向けられるからであ
る。異なった位置における露光の間の同期は、アレイが
アドレスされる相対時間により制御される。

【００３５】感光体１３０及び１３４は、それぞれビー
ム１１８及び１２０による露光の前に、帯電ステーショ
ン（図示せず）により帯電される。露光の後に、現像ス
テーション（同様に図示せず）は、感光体の上の関連す
る画像領域に形成された潜像を現像する。次いで、十分
に現像された画像は、転写ステーション（図示せず）に
おいて、二つの感光体１３０及び１３４の各々から、単
一のシート（図示せず）へ転写される。帯電、現像、及
び、転写ステーションは、当該技術分野で慣用のもので
ある。

【００３６】プリンタ１００は、画像が異なったシステ
ム色に対応する各々の感光体１３０及び１３４の上に生
成される２色印刷のために使用することができる。この
カラー印刷は、典型的には、黒とハイライトカラーであ
る。

【００３７】図４のプリンタ１００は、二つの感光体の
上で一つの位置を露光するために、垂直空洞表面放射レ
ーザー（ＶＣＳＥＬ）の二つのリニアアレイのモノリシ
ック構造を備えたハイライトカラー電子写真式プリンタ
である。

【００３８】図８のプリンタ１７５は、図４のプリンタ
１００の別の実施態様を示し、そこでは、吸収／透過偏
光器が、偏光された光ビームを離すために利用される。
図８のレーザーアレイ構造１０２は、偏光されたビーム
１１８及び直交偏光されたビーム１２０を放射する。両
方のビームについてのビデオ信号は、電子サブシステム
（ＥＳＳ）１０４により処理され、ビームは駆動回路１
０６によって変調される。二つのビーム１１８及び１２
０は集束され、レーザー間隔は結像レンズ１２２により
拡大される。今までのところ、図８のハイライトカラー
電子写真式プリンタ１５０は、図４のハイライトカラー
電子写真式プリンタ１００と同じである。

【００３９】次いで、二つのビーム１１８及び１２０
は、ビームスプリッタ１７６によって分割される。ビー
ム１１８は、ビームプリッタから反射されるビーム１７
８と、ビームスプリッタ１７６を通過して伝達されるビ
ーム１８０に分割される。ビーム１７８及び１８０は、
元のビーム１１８と同じ波長と同じ偏光状態を有するが
強度は半分しかない。同様に、ビーム１２０は、ビーム
プリッタから反射されるビーム１８２と、ビームスプリ
ッタ１７６を通過して伝達されるビーム１８４に分割さ
れる。ビーム１８２及び１８４は、元のビーム１２０と
同じ波長と直交偏光状態を有するが強度は半分しかな
い。

【００４０】ビームスプリッタ１７６は、入射ビームの
強度の半分が伝達され他の半分が反射されるように構成
された、部分的に透明な金属性のフィルム、または、多
層の誘電性のフィルムである。そのようなビームスプリ
ッタは、当業者にとって周知であり、光学構成要素とし
てしばしば使用される。両方のビームを分割すること
は、ビーム分離のための比較的低コストの吸収／透過偏
光器の使用を可能にするので、電力損失の増加にもかか
わらず有利である。

【００４１】ビームスプリッタ１７６を通過した伝達の
後に、偏光された光ビーム１８０と直交偏光された光ビ
ーム１８４は、鏡１８６によって吸収／透過偏光器１８
８の上に反射される。吸収／透過偏光器１８８は、図９
に示されたような吸収／透過特性を有する。吸収偏光器
は、特定の方向に偏光された光ビームは吸収するが、直
交方向に偏光された光は伝達する材料から作られる。偏
光器１８８は、偏光された光ビーム１８０を吸収する一
方、直交偏光された光ビーム１８４を伝達するように整
列される。

【００４２】同様に、ビームスプリッタ１７６からの反
射の後に、偏光された光ビーム１７８と直交偏光された
光ビーム１８２は、吸収偏光器１９０の上に向けられ
る。吸収偏光器１９０は、吸収偏光器１８８と同じ吸収
／透過特性を有する。偏光器１９０は、直交偏光された
光ビーム１８２を吸収する一方、偏光された光ビーム１
７８を伝達する。

【００４３】次に、図４のプリンタ１００と同じ光路及
び光学構成要素に戻ると、偏光された光ビーム１７８
は、鏡１２８によって第１の感光体１３０の上に反射さ
れる一方、直交偏光された光ビーム１８４は、図８にお
いて鏡１３２によって第２の感光体１３４の上の反射さ
れる。

【００４４】鏡の外で、ビームを反射するために、そし
て、光路長を調整するために図４のプリンタ１００と図
８のプリンタ１７５の区別は、図４の偏光されたビーム
セパレータ１２４が、図８のビームスプリッタ１７６及
び二つの吸収偏光器１８８及び１９０と置き換えられ、
そして、図８のプリンタ１７５の感光体の上のビーム
が、アレイ１０２の要素によって放射された同じ強度の
ために、図４のプリンタ１００の感光体の上で同等のビ
ームの半分の強度を有するようになることである。

【００４５】図１０のフルカラープリンター２００は、
四つの感光体を露光してワンパスフルカラー印刷を可能
にするために、垂直空洞表面放射レーザー（ＶＣＳＥ
Ｌ）の四つのリニアアレイのモノリシック構造２０２を
使用する。

【００４６】プリンタ２００のモノリシックアレイ構造
２０２は、アレイの各々の個別のＶＣＳＥＬから変調さ
れたビームを作り出すために、電子サブシステム（ＥＳ
Ｓ）２０４を通って処理され、駆動回路２０６によって
制御されたビデオ画像信号によって選択的にアドレスさ
れる。

【００４７】図１１のレーザーアレイ構造２０２は、モ
ノリシックアレイ２０２の中で整列され互いに平行に配
置された四つのリニアＶＣＳＥＬから成る。四つのリニ
アアレイの各々の中の個々のＶＣＳＥＬは、等しい中心
間間隔２１６で、個々のＶＣＳＥＬの間に配置される。
各々のリニアアレイの個々のＶＣＳＥＬは、他のリニア
アレイの個々のＶＣＳＥＬと、アレイの共通の直線方向
と直交する方向に整列される。図１０のプリンタ２００
においては、モノリシックアレイ構造２０２は、副走査
方向と直交した四つの平行な走査ラインを形成するよう
に整列される。好適な実施態様においては、モノリシッ
クレーザーアレイ構造は、結像レンズ２３４の光学軸に
関して副走査と主走査方向の両方に対称的に配置され
る。

【００４８】リニアアレイ２０８のＶＣＳＥＬ２１８
は、規定された偏光で第１の波長で光を放射する。リニ
アアレイ２１０のＶＣＳＥＬ２２０は、アレイ２０８の
ＶＣＳＥＬの偏光状態に直交する偏光状態で第１の波長
で光を放射する。リニアアレイ２１２のＶＣＳＥＬ２２
２は、アレイ２０８のＶＣＳＥＬと同じ偏光状態で第２
の波長で光を放射する。リニアアレイ２１４のＶＣＳＥ
Ｌ２２４は、アレイ２０８のＶＣＳＥＬの偏光状態に対
して直交する偏光状態で第２の波長で光を放射する。波
長の範囲は、感光体の応答性に適合するように選択さ
れ、それらの接近は、光学フィルタの選択性によって制
限される。

【００４９】レーザーアレイ構造２０２は、各々が二つ
の異なった波長のうちの一つで、また、二つの直交する
偏光状態のうちの一つで放射する、四つのリニアアレイ
のモノリシックコンビネーションである。四つの波長の
代わりに二つの波長を使用することにより、同時出願の
Ｄ／９５５４４に説明されている４波長システムに比べ
て、レーザー装置の構造と感光性要素及び光学フィルタ
に課された要求が簡単になる。４波長の場合には、スペ
クトル応答が２波長の場合に比べて３倍のスペクトル範
囲にわたって一定でなければならない。これに加えて、
二つの波長だけについての光学フィルタを設計する方が
簡単である。

【００５０】四つのリニアアレイ２０８，２１０，２１
２、及び、２１４を備えたＶＣＳＥＬアレイ構造２０２
は、モノリシックダイオードレーザー、或いは、単一の
集積されたアレイ内に密接して配置された二つの非モノ
リシックレーザーサブアレイのいずれかとすることがで
きる。

【００５１】モノリシックアレイ構造２０２は、第１の
波長の変調され偏光されたビーム２２６、第１の波長の
変調され直交偏光されたビーム２２８、ビーム２２６と
同じ偏光で第２の波長の変調され偏光されたビーム２３
０、及び、第２の波長の変調され直交偏光されたビーム
２３２のリニアアレイを放射する。主光線のみが、示さ
れている。

【００５２】ビーム２２６、２２８、２３０、及び、２
３２は、前に述べたように、結像レンズ２３４によって
集束され、アレイ２０２から発散する。偏光されたビー
ムセパレータ２３６は、レーザビーム２２６、２２８、
２３０、及び、２３２を、それらが結像レンズ２３４を
通過した後で分離する。ビームセパレータ２３６は、図
６に示される偏光選択性光学特性を有する多層誘電体の
薄膜構造である。

【００５３】偏光されたビームセパレータ２３６は、偏
光されたビーム２２６及び２３０を、直交偏光されたビ
ーム２２８及び２３２から分離する。偏光されたビーム
２２６及び２３０は、ビームセパレータ２３６を通過し
て伝達され、鏡２３８で反射して波長選択性ビームセパ
レータ２４０へ入射する一方、直交偏光されたビーム２
２８及び２３２は、ビームセパレータ２３６で反射して
波長選択性ビームセパレータ２４２へ入射する。

【００５４】波長選択性ビームセパレータ２４０及び２
４２は、図１２に示されたものと同様な光学特性を有す
る波長選択性多層フィルムである。このように、ビーム
セパレータの光学特性に適切に適合した二つの波長、た
とえば、６００ｎｍ及び６５０ｎｍについては、一方の
波長のビームは透過する一方、他方の波長のビームは反
射することになる。図１２は、二つの入射角度について
の透過したビームのパーセンテージを示す。減算したビ
ームの残りのパーセンテージが反射される。このような
ビームセパレータは、当該技術分野において周知であ
る。

【００５５】このように、ビームセパレータ２４０は、
第１の感光体２４４の上に第１の波長の偏光されたビー
ム２２６を反射することになる。ビームセパレータ２４
０は、第２の感光体２４８の上に、鏡２４６によって反
射される第２の波長の偏光されたビーム２３０を伝達す
ることになる。

【００５６】ビームセパレータ２４２は、第３の感光体
２５０の上に第１の波長の直交偏光されたビーム２２８
を反射することになる。ビームセパレータ２４２は、第
４の感光体２５４の上に鏡２５２によって反射された第
２の波長の直交偏光されたビーム２３２を伝達すること
になる。

【００５７】各々のレーザビームが画像情報で独立して
変調されるので、別々の潜像が各々の感光体に同時に印
刷される。前述されたように、これに続く帯電、現像、
及び、転写ステーションは当該技術分野で慣用のもので
ある。このように、装置２００は、各々の感光体の上の
画像が異なったシステム色に対応するフルカラー再生の
ために使うことができる。

【００５８】ビーム２２６、２２８、２３０、及び、２
３２の全てが実質的に同じ焦点平面からのものであり、
実質的に平行の光学軸を有するので、同様な寸法のビー
ムが偏光されたビームセパレータ２３６へ入力される。
このように、各々のビームについて等しい光路長を維持
する問題は、第１の波長ビームセパレータ２３６から個
々の感光体への等しい光路長を維持するという一層簡単
な問題へ変えられる。実質的に、等しい光路長は、鏡２
３８、２４０、２４２、２４６、及び、２５２を適切に
配置することによって、個々の光路長調整することによ
り設定される。

【００５９】図１０のフルカラープリンタにおいては、
ビームは最初に偏光状態により分離される。しかしなが
ら、光路において、偏光されたビームセパレータ２３６
が、波長選択性ビームセパレータ２４０及び２４２の前
にあることは必須ではない。ビームは、ビームが偏光状
態により分離される前に波長により分離することができ
る。このように、単一の波長選択性ビームセパレータ
は、波長により四つのビームを分離することができ、次
いで、二つの偏光されたビームセパレータが更に偏光状
態によりビームを分離することができる。したがって、
感光体の順序及び位置は、ビームの新しい位置に基づい
て変化する。

【００６０】図８に示されるように、同様に、図１０の
偏光ビームセパレータ２３６は、ビームスプリッタと二
つの吸収偏光器と置き換えることができるが、感光体上
のビームの強度は半分になる。

【００６１】二つの波長と二つの偏光状態を使用したカ
ラープリンタによる別の代替実施態様は、波長選択性セ
パレータ２４０及び２４２の代わりに波長バンドパスフ
ィルタを使用することになる。しかしながら、図８の吸
収偏光器のように、ビームスプリッタが必要であり、感
光体上のビームの強度は半分になる。

【００６２】この実施態様においては、アレイ構造から
のビームは、偏光状態により分離されることになり、次
いで、同じ偏光を有する第１及び第２の波長の二つのビ
ームは、ビームスプリッタにより分割される。これらの
二つのビームは、異なった光路に向けられることにな
る。一つの光路は、第１の波長は通過させるが第２の波
長は阻止する第１の波長選択性バンドパスフィルタに導
かれることになる。このように、第１の波長の偏光され
たビームは、第１の波長選択性バンドパスフィルタを通
過して第１の感光体或いは単一の感光体の第１の位置に
至ることになる。第２の光路は、第２の波長は通過させ
るが第１の波長は阻止する第２の波長選択性バンドパス
フィルタに導かれることになる。このように、同じ偏光
を有する第２の波長のビームは、第２の波長選択性バン
ドパスフィルタを通過して第２の感光体或いは単一の感
光体の第２の位置に至ることになる。

【００６３】同様に、第１の偏光状態に対して直交する
偏光を有する第１及び第２の波長の二つのビームは、ビ
ームスプリッタにより分割され、次いで、二つの波長の
それぞれについて一つ設けられた、異なった波長選択性
バンドパスフィルタにより濾波され、次いで、二つの感
光体、或いは、同じ感光体の二つの位置に至ることにな
る。

【００６４】再度、ビームスプリッタ及び二つの波長選
択性バンドパスフィルタは、カラープリンタの光路にお
いて、波長セパレータの前に来ることができる。

【００６５】波長分離のためのビームスプリッタ及び波
長選択性バンドパスフィルタは、カラー電子写真プリン
タにおいて、偏光分離のためのビームスプリッタ及び二
つの吸収偏光器と組み合わせることができる。しかしな
がら、感光体上へのビームの強度は、いまやマルチプル
レーザーアレイ光源のビームの強度の１／４となる。

【００６６】図１３のレーザーアレイ構造３００は、Ｖ
ＣＳＥＬアレイの二つのモノリシック構造３０２及び３
０４の非モノリシックコンビネーションである。各々の
モノリシックアレイ構造は、同じ波長で放射するＶＣＳ
ＥＬの二つの交差して偏光されたリニアアレイを含む。
二つのモノリシックアレイ構造から放射された波長は異
なっている。モノリシックアレイ構造３０２は、第１の
波長で第１の偏光状態で放射するリニアＶＣＳＥＬアレ
イ３０６、及び、第１の波長で直交偏光状態で放射する
リニアＶＣＳＥＬアレイ３０８を有する。モノリシック
アレイ構造３０４は、第２の波長でアレイ３０６と同じ
偏光状態で放射するリニアＶＣＳＥＬアレイ３１０及び
第２の波長で直交偏光状態で放射するリニアＶＣＳＥＬ
アレイ３１２を有する。

【００６７】このように、図１３のレーザーアレイ構造
３００は、図１１のモノリシックアレイ構造２０２と同
様に、二つの異なった波長を二つの偏光状態で放射す
る。この非モノリシックコンビネーションの利点は、各
々のモノリシックアレイ構造３０２及び３０４は、二つ
の波長だけを放射すればよいことであり、これにより層
の成長に関する要求が緩和される。

【００６８】各々のアレイは異なった露光位置で結像さ
れるので、異なったモノリシックアレイ構造の上の隣接
しているアレイの間のサジタル方向の分離は、ＶＣＳＥ
Ｌ要素の間の接線方向に間隔より一層大きくすることが
できる。モノリシックサブアレイ構造の間のサジタル方
向の間隔は、各々のモノリシックサブアレイ構造の縁の
近くにリニアアレイを配置することによって最小にされ
る。しかしながら、四つの現像ステーションの上で走査
ライン整列を避けるために、異なったモノリシックサブ
アレイ構造の上にサジタル方向にアレイ要素を有するこ
とは、重要である。四つの画像が、紙か中間転写ベルト
へ連続的に転写されるので、異なったステーションの走
査ラインの正確な整列が要求される。モノリシックの二
重波長サブアレイ構造の非モノリシックコンビネーショ
ンは、全てのモノリシック構造の光源に対して好適であ
る。なぜなら、それは活性層が利得を提供しなければな
らない波長範囲を最小にし、成長したレーザー鏡が、各
々のモノリシック構造の各々のＶＣＳＥＬの中で高い反
射率を提供しなければならないからである。

【００６９】利得誘導型ＶＣＳＥＬは、実施態様のカラ
ー印刷用途によく適している。なぜなら、それらは本質
的に非点収差を示さないからである。これに加えて、屈
折率の波長依存性に起因する結像レンズの焦点距離の変
化は、（１）一つのアレイ或いはにグラスプレートを加
えることにより、或いは、（２）一つのアレイの個々の
要素に適切な回折レンズをモノリシック的に加えること
により、補正することができる。

【００７０】本発明の二つ或いは四つのＶＣＳＥＬアレ
イのモノリシック構造は、先行技術の二つの或いは四つ
の別々のＬＥＤプリントバーよりも製造するのが安価で
ある。互いに正確に整列されなければならない先行技術
の四つの別々のＬＥＤプリントバーとは反対に、ＶＣＳ
ＥＬアレイは、モノリシック構造の中に正確に整列され
る。

【００７１】二つ或いは四つのＶＣＳＥＬアレイのモノ
リシック構造は、カラー電子写真式プリンタのサイズ及
び全体の空間容積を大幅に減らす。また、マルチプルチ
ップのアセンブリが減らされるか、或いは、場合によっ
ては除かれるので、モノリシック光源アレイは費用効率
が良い。

【００７２】本発明の結像レンズは、レンズを補正する
ことにより、或いは、アレイにより放射されたビームに
ガラス板を挿入することにより、或いは、アレイの個々
の要素に適切な回折レンズを加えることにより、焦点距
離発散を補正することができる。先行技術のＲＯＳシス
テムの複雑で高価な光学系は、本発明の結像レンズに変
えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って形成された垂直空洞表面放射
レーザー（ＶＣＳＥＬ）のモノリシックリニアアレイを
備えた電子写真式プリンタの走査面の断面の概略図であ
る。

【図２】本発明に従って形成された図１の垂直空洞表
面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）のモノリシックリニアア
レイを備えた電子写真式プリンタの走査面に対して交差
する面の断面の概略図である。

【図３】本発明に従って形成された図１及び図２の電
子写真式プリンタの垂直空洞表面放射レーザー（ＶＣＳ
ＥＬ）のモノリシックリニアアレイの断面の側面概略図
である。

【図４】本発明に従って形成された垂直表面放射のモ
ノリシックマルチプルリニアアレイ及び二つの感光体を
備えたハイライトカラー電子写真式プリンタの断面の側
面概略図である。

【図５】本発明に従って形成された図４の垂直空洞表
面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）のモノリシックマルチプ
ルリニアアレイの断面の側面概略図である。

【図６】（本発明の様々な実施態様において使用され
たような）偏光された波長ビームセパレータの反射／伝
達特性を示す。

【図７】本発明に従って形成された垂直空洞表面放射
レーザー（ＶＣＳＥＬ）と一つの感光体を備えたハイラ
イトカラー電子写真式プリンタの別の実施態様の断面の
側面概略図である。

【図８】本発明に従って形成された垂直空洞表面放射
レーザー（ＶＣＳＥＬ）と偏光ビームセパレータと二つ
の感光体を備えたハイライトカラー電子写真式プリンタ
の別の実施態様の断面の側面概略図である。

【図９】図８のハイライトカラー電子写真式プリンタ
で使用されたような偏光された波長ビームセパレータの
吸収／伝達特性を示す。

【図１０】本発明に従って形成された垂直表面放射の
モノリシックマルチプルリニアアレイ及び四つの感光体
を備えたフルカラー電子写真式プリンタの断面の側面の
概略図である。

【図１１】本発明に従って形成された図１０の垂直空
洞表面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）のモノリシックマル
チプルリニアアレイの断面の側面概略図である。

【図１２】図１０のフルカラー電子写真式プリンタの
波長ビームセパレータの反射／伝達特性を示す。

【図１３】本発明に従って形成された垂直空洞表面放
射レーザー（ＶＣＳＥＬ）の二つのモノリシックマルチ
プルリニアアレイの非モノリシック構造コンビネーショ
ンの断面の側面概略図である。

【符号の説明】

１０プリンタ１２リニアアレイ１４ＶＣＳＥＬ１６中心間間隔１８ビーム２０結像レンズ系２２表面２４感光体２６走査ライン２８画素１００ハイライトカラープリンタ１０２モノリシック構造１０４電子サブシステム１０６駆動回路１０８，１１０リニアＶＣＳＥＬアレイ１１２，１１６ＶＣＳＥＬ１１４中心間間隔１１８，１２０ビーム１２２結像レンズ１２４波長ビームセパレータ１２６，１２８，１３２鏡１３０，１３４感光体１５０ハイライトカラー電子写真式プリンタ１７５プリンタ１７６ビームスプリッタ１７８，１８０，１８２，１８４ビーム１８６鏡１８８，１９０偏光器２００フルカラープリンタ２０２モノリシックアレイ構造２０４電子サブシステム２０６駆動回路２０８，２１０，２１２，２１４リニアＶＣＳＥＬア
レイ２１６中心間間隔２１８，２２０，２２２，２２４ＶＣＳＥＬ２２６，２２８，２３０，２３２ビーム２３４結像レンズ２３６，２４０，２４２波長ビームセパレータ２３８，２４６鏡２４４，２４８，２５０，２５４感光体３００レーザーアレイ構造３０２，３０４モノリシック構造３０６，３０８，３１０，３１２リニアＶＣＳＥＬア
レイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ティボー・フィズリアメリカ合衆国カリフォルニア州 94022 ロスアルトスヒルズトッドレーン 26018

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも二つの感光体と、波長が異なるか或いは偏光状態が異なる少なくとも二つ
の変調された光ビームを放射するための少なくとも二つ
のリニアレーザーアレイと、前記少なくとも二つの変調された光ビームを前記少なく
とも二つの感光体に結像させるための結像レンズ手段
と、前記少なくとも二つの変調された光ビームのそれぞれを
ただ一つの異なった感光体に分離して前記少なくとも二
つの感光体の完全な走査ラインを同時に露光するための
偏光ビーム分離手段及び波長分離手段とを含むカラー電
子写真ラインプリンタ。