JPH04366977A - 画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザを用いた画
像形成方法に関するものであり、詳しくはデジタル複写
機，レーザビームプリンタ等に搭載されるレーザ光学系
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル複写機、レーザビームプ
リンタ等の光源には半導体レーザが一般的に用いられて
いる。

【０００３】このような半導体レーザの駆動電流Ｉと発
振強度Ｐと環境温度Ｔとの関係を図１に示す。図１から
明らかなように、半導体レーザは温度Ｔに非常に敏感で
あり、発振開始電流Ｉｔｈは環境温度Ｔの上昇に伴って
大きくなっている。一般に、発振開始電流Ｉｔｈの温度
依存性は、 Ｉｔｈ∝ｅｘｐＴ／Ｔ０　　　　Ｔ０：特性温度（半導
体レーザ固有の値） と表せ、半導体レーザの固有の値である特性温度Ｔ０が
小さいほど温度依存性が大きくなる。

【０００４】また、半導体レーザに与える駆動電流をＩ
０一定とした場合には、環境温度Ｔが、Ｔ１〜Ｔ３の範
囲で変化したとき、発振強度Ｐの変動幅がΔＰとなるこ
とが分かる。

【０００５】デジタル複写機やレーザビームプリンタの
光源としてもっとも一般的に使用されるストライプ半導
体レーザは、特性温度Ｔ０が小さく温度依存性が大きい
ため、発振強度Ｐの変動幅ΔＰが作像プロセスの許容範
囲を越えてしまい、画像上の１画素を表現するドット径
の変動を招き、画像を著しく劣化させる。

【０００６】このため、発振強度Ｐを一定とするよう半
導体レーザの駆動電流Ｉを制御する自動パワー制御回路
（以下、ＡＰＣ回路とする。）を付加していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＡＰＣ回路を用いたものにおいては、発振強度Ｐを
検出するために、走査ラインごとあるいは１頁ごとに、
画像形成とは無関係に半導体レーザを強制的に発光させ
なくてはならず、半導体レーザの寿命を短くしていた。 また、強制的に発光されたレーザビームは感光体に照射
されるので、その照射部分については画像形成とは関係
のない現像が行われ、現像剤を無駄に消費していた。ま
た、自動パワー制御回路自体も装置のコストアップの要
因である。

【０００８】一方、半導体レーザには、上記したストラ
イプ半導体レーザの他に種々のタイプの半導体レーザが
存在し、その中には特性温度Ｔ０が大きく温度依存性が
比較的に小さい量子井戸半導体レーザがある。しかしな
がら、微分効率η（レーザ発振域での直線の傾き）が大
きいため、先述したストライプ半導体レーザと同様に発
振強度の変動幅ΔＰは作像プロセスの許容範囲を越え、
レーザビームプリンタ等で使用することは極めて困難で
あった。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑みて成された
ものであり、半導体レーザの特性に着目して、半導体レ
ーザの温度による発振強度の変動幅を作像プロセスの許
容範囲内に押さえ、半導体レーザの駆動電流を制御する
必要のない画像形成方法を達成することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決しようとする手段】本発明はこれらの課題
を解決するために、画像信号に基づいて変調され、半導
体レーザから出射されたレーザビームを偏向手段によっ
て偏向走査し、被照射体上に照射して画像を形成する画
像形成方法において、半導体レーザから被照射体までの
レーザビーム透過率を、被照射体上でのレーザビーム強
度変動量が許容範囲内に収まるように設定することを特
徴とする。

【００１１】

【作用】被照射体に照射するレーザビームの設定強度を
ＰＰとして、これに対して画像が良好に保たれるレーザ
ビームの強度の変動を±Ａ％とすると被照射体が許容す
るレーザビームの設定強度の変動幅ΔＰＰは、ΔＰＰ＝
ＰＰ・２Ａ／１００ ＝ＰＰ・Ａ／５０ となる。

【００１２】ここで、半導体レーザから発振されたレー
ザビームが、被照射体に到達するまでの光学系の透過率
をＸ％とすると、作像プロセス全体が許容する半導体レ
ーザの発振強度の変動幅ΔＰＡは、 ΔＰＡ＝ΔＰＰ・１００／Ｘ ＝ＰＰ・２Ａ／Ｘ となる。次に、実際に使用する半導体レーザの、温度Ｔ
１〜Ｔ３までの発振強度の変動幅ΔＰを求める。温度Ｔ
１とＴ３との中間の温度をＴ２、この温度Ｔ２環境下で
、被照射体を強度ＰＰで照射するために必要な半導体レ
ーザの駆動電流をＩ０、温度Ｔ２での半導体レーザの微
分効率をηとする。ここで、半導体レーザの各温度に対
する微分効率はほぼ同じであると考えられるので、上記
温度Ｔ１からＴ３までの発振強度の変動幅ΔＰは、ΔＰ
＝ΔＩ・η と近似することができる。従って、温度Ｔ１からＴ３ま
での半導体レーザ発振強度の変動幅ΔＰが、先に求めた
作像プロセスが許容する半導体レーザ発振強度の変動幅
ΔＰＡ以下、即ち、ΔＰ≦ΔＰＡであればよい。つまり
、ΔＩ・η≦２ＡＰＰ／Ｘ の式が成立すれば、半導体レーザの発振強度が温度によ
って変動しても、良好な画像が保たれる。

【００１３】ここで、ΔＩ・ηは半導体レーザの特性に
よって決まる固有の値であり、ＰＰ，Ａは作像プロセス
の特性によって決まる固有の値である。これに対して、
光学系計の透過率Ｘはフィルタ等を光路中に挿入するこ
と、あるいは、ミラー等の反射面のコーティングによっ
て、比較的容易に調整することができる。

【００１４】従って、 Ｘ≦２ＡＰＰ／ΔＩ・η　　……（１）となるように光
学系の透過率Ｘを調整する。

【００１５】

【実施例】図２は、本発明を適用した画像形成部の断面
図である。図中２はプリントヘッドで、光源である半導
体レーザ３からのレーザビームはポリゴンミラー４で偏
向走査され、ｆθレンズ５を介し、反射ミラー６で感光
体２に向けるように反射される。レーザビームによって
感光体２上に形成された静電潜像は反転現像され、周知
の作像プロセスによって図示しない複写紙に画像が形成
される。

【００１６】このような画像形成部における具体的な条
件を以下に示す。

【００１７】感光体の特性 感光体　　積層型有機感光体 感光層の膜厚　　１９．０μｍ 比誘電率　　３．７７ 走査データ 画素密度　　３００ＤＰＩ（１インチ当りの画素数）走
査時間　　０．６５６６μｓ／画素 ビーム形状 主走査方向の幅　　６０μｍ 副走査方向の幅　　８５μｍ 現像条件 現像バイアス　　２５０Ｖ 帯電条件 帯電電位　　　　　　６１０Ｖ 以上のような作像プロセスにおいて、好ましい１ドット
の線幅（１０８μｍ）を得るには、感光体に照射するレ
ーザビームの設定強度ＰＰを２００μＷとする必要があ
る。このため、良好な画像として許される線幅の変動を
±５μｍとすれば、感光体に照射するレーザビームの変
動は±１０％に押さえる必要がある。

【００１８】図３は、実施例において使用する２重量子
井戸半導体レーザの構成を示しており、下から順に、ｎ
−ＧａＡｓ基盤，ｎ−ＡｌＧａＡｓ，活性層（ＧａＡｓ
），凸型のｐ−ＡｌＧａＡｓ，その凸部の上にｐ−Ｇａ
Ａｓ，凸部の両側にポリイミドという積層状となってい
る。ａで示された矢印部分は図４におけるグラフの横軸
に対応している。図４は、活性層付近のＡｌの含有率の
分布を、縦軸をＡｌの含有率とし、横軸を図３中ａで示
した活性層の位置として表したグラフであり、その分布
構造は、大きな凹状の低分布部に、さらに２つの小さな
凹状の低分布部を有するものである。

【００１９】図５は、図３，図４に示す２重量子井戸半
導体レーザの環境温度Ｔと微分効率ηとの関係を示すグ
ラフであり、図６は環境温度Ｔと発振開始電流Ｉｔｈと
の関係を示すグラフである。

【００２０】半導体レーザを使用する環境温度の範囲を
１０℃〜５０℃とすると、その中間の温度３０℃での微
分効率ηは図５より０．９であり、ΔＩは図６より３．
８ｍＡである。これらの値を式（１）に代入すると光学
系の透過率Ｘを１．１７％以下にすればよいことが分か
る。ここで、一般に用いられている光学系の透過率はお
よそ５％程度であるため、透過率Ｘを１．１７％以下に
するには光路中にフィルタ等を設ける必要がある。

【００２１】このように光学系の透過率を従来よりも低
く設定するため、半導体レーザの発振強度を大きくする
必要がある。よって、駆動電流Ｉ０が小さくても大きな
発光強度が得られるように微分効率の高い半導体レーザ
を用いることが望ましい。

【００２２】本実施例では、反射率７７％の反射膜を半
導体レーザ３の出射面に設けることによって、光学系の
透過率Ｘを低下させている。具体的には反射膜の第１層
として厚さ１２００ÅのＡｌ２Ｏ３を、さらに第２層と
して厚さ５９６ÅのＳｉをコートすることによって透過
率Ｘを１．１５％とした。

【００２３】以上のように構成された光学系の調整は、
環境温度範囲が１０℃〜５０℃であるとし、その中間で
ある３０℃で行う。即ち、環境温度Ｔが３０℃のもとで
、上述のように設定された光学系を通過したレーザビー
ムの強度が２００μＷとなるような駆動電流Ｉ０を設定
し、Ｉ０一定のもとで半導体レーザを発光させる。

【００２４】このような画像形成方法ではＡＰＣ回路を
用いなくても、温度変化によるレーザビームの発光強度
の変動が作像プロセスの許容範囲内に収まっているため
、常に良好な画像を得ることができる。

【００２５】尚、実施例では具体的な数値を条件として
挙げているが、本発明はこのような条件によって限定さ
れるものではない。また、反射膜を半導体レーザの出射
面に設けたものを説明しているが、光学系の光路中なら
ば、どこに設けてもよく、例えば、図２において、レー
ザビームを感光体１に導くミラー６や、レーザビームを
集光したり補正したりするｆθレンズ５に反射膜を設け
ても良い。さらに、レーザビームを偏向させるポリゴン
ミラー４として、不透明プラスチックで表面を平滑加工
したのみ（反射膜を設けない）のものを使用しても良い
。

【００２６】

【発明の効果】以上実施例の説明から明らかなように、
本発明の画像形成方法を用いることによって、従来から
一般的に用いられていた半導体レーザのＡＰＣ回路を省
略することができ、コストダウンにつながる。また、Ａ
ＰＣ回路がなくなることによって、発振強度を検出する
ために、走査ラインごとあるいは１頁ごとに、実施の作
像とは無関係に半導体レーザを強制的に発光させる必要
がなくなり半導体レーザの寿命を長くすることができる
。また、発光強度検出のために強制的にレーザビームを
発光する必要がないので、ビームが感光体を照射するこ
ともなく、現像剤を節約できるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体レーザにおける駆動電流と発光強度と環
境温度との関係を示すグラフ。

【図２】画像形成部の構成断面図。

【図３】２重電子井戸半導体レーザの構成斜視図。

【図４】２重電子井戸半導体レーザの活性層付近の構造
図。

【図５】２重電子井戸半導体レーザの微分効率と環境温
度との関係を示すグラフ。

【図６】２重電子井戸半導体レーザの発光開始電流と環
境温度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像信号に基づいて変調され、半導体レー
   ザから出射されたレーザビームを偏向手段によって偏向
   走査し、被照射体上に照射して画像を形成する画像形成
   方法において、半導体レーザから被照射体までのレーザ
   ビーム透過率を、被照射体上でのレーザビーム強度変動
   量が許容範囲内に収まるように設定することを特徴とし
   た画像形成方法。
2. 【請求項２】請求項１の画像形成方法において、上記レ
   ーザビーム透過率をＸ％とし、Ｘは次式Ｘ≦２ＡＰＰ／
   ΔＩ・η をみたすことを特徴とする画像形成方法。 ただし、　Ａ：感光体が許容するレーザビーム強度変動
   率 ＰＰ：被照射体に照射されるレーザビームの設定強度Δ
   Ｉ：許容温度変化幅に対応する半導体レーザの発振開始
   電流の差 η：半導体レーザの微分効率
3. 【請求項３】請求項１の画像形成方法に置いて、半導体
   レーザから被照射体までの光路途中に減光手段を設けて
   、透過率を設定する画像形成方法。
4. 【請求項４】請求項１の画像形成方法において、半導体
   レーザのレーザビーム出射面に減光手段を設けて、透過
   率を設定する画像形成方法。
5. 【請求項５】請求項１の画像形成方法において、レーザ
   ビームを反射させ、被照射体上に導く反射手段を有し、
   その反射面上に減光手段を設けて透過率を設定する画像
   形成方法。
6. 【請求項６】請求項１の画像形成方法において、レーザ
   ビームを集光または補正するレンズ部材を有し、レンズ
   部材の表面に減光手段を設けて透過率を設定する画像形
   成方法。