JPH0566354A

JPH0566354A - 情報記録装置

Info

Publication number: JPH0566354A
Application number: JP3227532A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ota; 太田猛史; Masao Ito; 伊藤昌夫
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-09-07
Filing date: 1991-09-07
Publication date: 1993-03-19
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2576077B2

Abstract

(57)【要約】【目的】マルチビーム半導体レーザーアレイを使用し
た画像記録装置において、半導体レーザーアレイの複数
の半導体レーザー素子間の間隔を狭くすることなく感光
媒体上におけるレーザービームのスポット間隔を狭くす
る。【構成】半導体レーザーアレイの複数のレーザー光源
ＬＳ個々に一対一に対応して各レーザービーム光の拡が
りを減少させるレンズＬ₂を設け、各レンズＬ₂を通過
した光をレンズＬ₁により結像面Ｐ２上に結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル複写機、レ
ーザービームプリンター等の情報記録装置に関し、特に
マルチビーム半導体レーザーアレイのような複数の発光
源を有する光源部を用い、被走査面を同時に複数の走査
線で走査して情報を記録する情報記録装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レーザービームプリンターにお
いては、画像信号により変調されたレーザービームが高
速回転するポリゴンスキャナーに照射され、ポリゴンス
キャナーからの反射光が感光体等の記録媒体の表面を主
走査方向に走査し、被走査面上に潜像を形成する。この
潜像は現像されてトナー像となり、このトナー像は例え
ば記録紙上に転写される。

【０００３】このようなレーザービームプリンターにお
いて、被走査面上に形成される画像の精細度を高めるた
め、或いは、画像形成に要する時間を短縮するために
は、ポリゴンスキャナーの回転速度を速める必要があ
る。しかしながら、ポリゴンスキャナーの回転速度を高
速化するには、ポリゴンスキャナーの重量，駆動モータ
の回転トルク等の物理的な制約のために限度がある。

【０００４】この問題を解決するために、複数のレーザ
ービームによって被走査面を一度に走査するマルチビー
ムスキャン方式が提案され既に公知となっている。この
マルチビームスキャン方式にあっては当然のことなが
ら、複数のレーザービームスポットをポリゴンスキャナ
ーによる走査方向（以下、主走査方向と呼ぶ）と直角な
方向（以下、副走査方向と呼ぶ）に充分近接させなくて
はならない。このために、複数の半導体レーザーを近接
させて製造する努力がなされており、現在１０μｍ間隔
まで近接させた半導体レーザーアレイが試作されている
（例えば、特開平２ー３９５８３号公報及びＲ．Ｌ．Ｔ
ｈｏｒｎｔｏｎｅｔａｌ．，“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓｏｆｃｌｏｓｅｌｙｓｐａｃｅｄｉｎｄｅｐ
ｅｎｄｅｎｔｌｙａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅｌａｓｅ
ｒｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｉｍｐｕｒｉｔｙ−
ｉｎｄｕｃｅｄｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ”，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６（１７），１６２３
−１６２５（１９９０）参照）。

【０００５】また、複数のレーザービームスポットの間
隔を光学的工夫によって近づける方法も知られており、
光ファイバーないし光導波路を用いる方法（特開昭５４
ー７３２８号公報）、プリズムないし反射鏡を用いる方
法（特開昭５９ー１５２１８号公報）等がある。また、
半導体レーザーアレイを傾けて実効的に副走査方向のレ
ーザービームスポット間隔を小さくする方法（特開昭５
４ー３８１３０号公報）、飛び越し走査を用いて複数回
の走査によってレーザービームスポット間の隙間を埋め
ていく方法（特開昭５６ー１１０９６０号公報）等が知
られている。

【０００６】飛び越し走査の一例を図１９に示す。この
例では、２本のレーザービームＬＢ１，ＬＢ２によって
飛び越し走査を行っている。図１９において、ｄ_xは電
子写真的に定義されるレーザースポット径で、ある光強
度分布を有するレーザービームを用いた時に最終的に得
られる像のスポット径である（以下、電子写真的スポッ
ト径と呼ぶ）。レーザービームのスポット径は一般には
光強度がスポット中心の１／ｅ（パワーでは１／ｅ²）
となる直径で定義される。このように定義されるスポッ
ト径を光学的スポット径と呼びｄ₀で表す。以下特にこ
とわりのない限り、レーザービーム光の結像スポット径
はこの光学的スポット径の定義に基づいたものである。

【０００７】図２０に光学的スポット径と電子写真スポ
ット径の関係を示す。光学的スポット径ｄ₀と電子写真
的スポット径ｄ_xとの比をスポット径補正係数ｋと呼
び、ｋを次式のように定義する。

【０００８】ｋ＝ｄ₀／ｄ_x ・・・・・（１）ｋの値は用いる電子写真のプロセスによって異なる。光
の当たったところにトナーを付着させる反転現像のプロ
セスでは、１．４≦ｋ≦１．６が望ましく、光の当たら
ないところにトナーを付着させる正転現像のプロセスで
は、１．５≦ｋ≦１．８が望ましいことが知られてい
る。

【０００９】２本のレーザービームＬＢ１，ＬＢ２によ
って被走査面Ｐ０上に結像する２つのスポットの中心の
間隔ｒ₃はｒ₃＝３ｄ_xである。１回の主走査毎に２ｄ
_xだけ副走査が行われるので、図１９中に示されるよう
に１回目の走査でレーザービームＬＢ２によって第２走
査ラインが走査され、２回目の走査でレーザービームＬ
Ｂ１によって第１走査ライン、レーザービームＬＢ２に
よって第４走査ラインが走査されるというように以下順
次隙間なく走査されていくことになる。すなわち、各回
の走査では隙間が生じるのであるが、ある回で走査した
走査ラインを次回の走査では飛び越して走査していくこ
とにより、全体としては隙間なく走査することになる。

【００１０】先に説明した各発光点を１０μｍ間隔に近
接させた半導体レーザーアレイ（特開平２ー３９５８３
号公報等参照）を用いて、図１９に示されるような飛び
越し走査を行えば、原理的には高精細度，高速のマルチ
ビームレーザープリンターを作ることが可能であるよう
に思われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は以下に述べる理由によって、前述のマルチビームレー
ザープリンターに必要な１０μｍ間隔の半導体レーザー
アレイの製作は容易ではないという問題があった。１０
μｍまで間隔を近づけた場合、まず問題となるのは隣接
する半導体レーザー素子の熱的結合（サーマルクロスト
ーク）である。このサーマルクロストークを実用に耐え
るレベルまで下げるには、半導体レーザー素子の発振し
きい値を約１０ｍＡ程度という低い値にしなくてはなら
ないことが判明した。この低い発振しきい値を有する半
導体レーザー素子は、ＡｌＧａＡｓ系の赤外領域である
７８０ｎｍ前後で発振する半導体レーザーであれば現在
の技術を用いて製造することができる。しかし、さらに
短波長の６８０ｎｍ前後の可視領域で発振するＡｌＧａ
ＩｎＰ系の半導体レーザーにおいてはこの値より数倍高
い発振しきい値のものしか製造することができない。

【００１２】レーザープリンターにおいては電子写真の
プロセスを用いるが、本来電子写真は、原稿からの反射
光で直接感光媒体を露光する複写機用に開発されたもの
であるため、７８０ｎｍ前後の赤外光に感度のある感光
体は少ない。レーザープリンター用に特別に開発された
ものには７８０ｎｍ前後の赤外光に感度のあるものがあ
るが、主に寿命と信頼性の点では性能があまり芳しくな
い。通常の複写機用には赤外光に感度のある感光体の必
要はないため、もしも半導体レーザービーム光源の発光
波長を可視領域にすることができれば、感光体を通常の
複写機用と共用することができ、コスト面からも非常に
有利である。また、ＡｌＧａＡｓ系の７８０ｎｍ前後で
発振する半導体レーザーを用いる場合においても、高速
プリンター用に大きな光出力が必要な時はしきい値だけ
を下げても駆動時には大きな電流を流さねばならず、や
はりサーマルクロストークの問題が生じてくる。

【００１３】以上述べたように可視領域の６８０ｎｍ前
後で発振するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザーで半導
体レーザーアレイを作ることが望ましいが、現状の技術
を用いて６８０ｎｍ前後で発振するサーマルクロストー
クが充分小さい１０μｍ間隔の半導体レーザーアレイを
製造することは困難であるという問題があった。また、
低しきい値の７８０ｎｍ前後で発振する半導体レーザー
を用いる場合においても、より大出力の半導体レーザー
アレイではサーマルクロストークが充分小さい１０μｍ
間隔の半導体レーザーアレイを製造することは困難であ
るという問題があった。

【００１４】そこで本発明は、半導体レーザーアレイの
複数の半導体レーザー素子間の間隔を狭くすることなく
感光媒体上におけるレーザービームのスポット間隔を狭
くすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本出願の第１発明は、独立に駆動可能な複数のレー
ザービーム光源を概ね一直線上に配列した光源部と、該
光源部より供給される複数のレーザービーム光をその配
列方向とは交差する方向に周期的に偏向する偏向手段
と、該偏向手段からの複数のレーザービーム光を感光媒
体上に結像させる光学系とを備えた情報記録装置におい
て、前記光源部の複数のレーザービーム光源個々に一対
一に対応して前記各レーザービーム光の拡がりを減少さ
せる光学的手段を配設したことを特徴とする。なお、こ
こでいうレーザービーム光の拡がりを減少させる光学的
手段とは、具体的には凸レンズのように集光させる働き
を有する光学部品のことである。

【００１６】本出願の第２発明は、本出願の第１発明の
構成において、特に、前記レーザービーム光の拡がりを
減少させる光学的手段をレーザービーム光を概ね幾何光
学的平行光に変えるコリメーター光学系とし、このコリ
メーター光学系の像側主平面と前記感光媒体の結像面と
が前記結像光学系に対して光学的共役関係となる構成と
した。

【００１７】本出願の第３発明は、本出願の第１発明ま
たは第２発明の構成において、特に、前記光源部をアレ
イ状に一体形成されたレーザーアレイとし、前記レーザ
ービーム光の拡がりを減少させる光学的手段をアレイ状
に一体形成されたマイクロレンズアレイとする構成とし
た。なお、ここでいうマイクロレンズアレイとは、直径
が１０μｍ〜数ｍｍ程度の微小なレンズの群からなるレ
ンズアレイを意味する。

【００１８】本出願の第４発明は、本出願の第３発明の
構成において、特に、前記マイクロレンズアレイはシリ
ンドリカルレンズアレイであり該シリンドリカルレンズ
のレンズとして作用する方向と前記レーザーアレイの配
列方向とを概ね一致させた構成とした。

【００１９】本出願の第５発明は、本出願の第３発明或
いは第４発明において、前記レーザーアレイを同一基板
上に形成された半導体レーザーアレイである構成とし
た。

【００２０】本出願の第６発明は、本出願の第１発明か
ら第５発明において、前記感光媒体上の複数のレーザー
ビーム光の走査方法として飛び越し走査を用いた構成と
した。

【００２１】

【作用】本出願の第１発明の構成の記録装置を用いれ
ば、レーザービーム光の拡がり角を減少させることがで
き、実効的に被走査面上の結像スポットの間隔を近接さ
せることができる。

【００２２】図１に本出願の第１発明の概略の構成を示
す。複数のレーザービーム光源ＬＳより拡がり角θ₁で
出射したレーザービーム光は、各レーザービーム光源Ｌ
Ｓに対応して設けられたレンズＬ₂によって拡がり角を
θ₂に減少させられる。これにより、結像レンズＬ₁か
ら光学的に見たレーザービーム光源ＬＳの位置は、図１
の見掛けの光源面Ｐ１にあることと等価となる。結像レ
ンズＬ₁によって見掛けの光源面Ｐ１と結像面Ｐ２が光
学的共役関係にあり、横倍率β＝ｆ₂／ｆ₁である場合
の結像面Ｐ２上のレーザービーム光の結像スポット径を
ｄ₂とする。なお、ｆ₁は光源面Ｐ１と結像レンズＬ₁
との距離、ｆ₂は結像レンズＬ₁と結像面Ｐ２との距離
である。また、図２に示したように、レンズＬ₂を用い
ないで結像レンズＬ₃によって横倍率β＝ｆ₂／ｆ₁で
結像した場合の結像面Ｐ２上のレーザービーム光の結像
スポット径をｄ₁とする。上述の二つの光学系を比較す
ると、レーザービーム光源ＬＳの間隔ｒすなわち結像ス
ポットの間隔ｒは等しいにもかかわらず、結像スポット
径は、ｄ₂の方がｄ₁より大きくなる。このようになる
理由について図３を用いて説明する。

【００２３】被走査面Ｐ３におけるレーザービーム光の
結像スポットの直径ｄ₀は、結像光学系に入射するレー
ザービーム光のビーム径をＤ、波長をλ、結像光学系の
焦点距離をｆ₂、円周率をπとすると次式で表されるこ
とが知られている。

【００２４】ｄ₀＝４ｆ₂λ／πＤただし、ｄ₀は光学的スポット径で、光振幅がスポット
中心の１／ｅ（パワーでは１／ｅ²）となる直径であ
る。結像光学系に入射するレーザービーム光のビーム径
Ｄは、θ₁をレーザービーム光源ＬＳからのレーザービ
ーム光の拡がり角、コリメーターレンズＬ₄の焦点距離
をｆ₃とすると次式で表される。

【００２５】Ｄ＝２ｆ₃ｓｉｎ（θ₁／２）ただし、レーザービーム光の拡がり角θ₁は、図４に示
すように、レーザービーム光の主線上の光強度を１に規
格化した時に単位角度当たりの光振幅が１／ｅ（パワー
では、１／ｅ²）となる角度である。なお、図４の例で
は、レーザービーム光源ＬＳとして発光素子間隔がｒで
ある半導体レーザーアレイＬＳＡを使用している。な
お、光源が半導体レーザーである場合、レーザービーム
光の拡がり角を、図４のようにレーザービーム光主線上
単位角度当たり光強度が半分（光振幅は１／√２）とな
る角度（ＦＷＨＭ：全角半値幅）で表すことも多く区別
を要する。

【００２６】したがって、結像光学系の副走査方向の横
倍率β＝ｆ₂／ｆ₁とすると、被走査面Ｐ３におけるレ
ーザービーム光の結像スポットの副走査方向の直径ｄ₀
は結局次式で表されることになる。

【００２７】ｄ₀＝２λβ／πｓｉｎ（θ₁／２）・・・・・（２）すなわち、結像スポットの直径ｄ₀は、横倍率βと拡が
り角θ₁により一義的に決定される。

【００２８】（２）式の関係を図１及び図２に適用する
とスポット径ｄ₁とｄ₂は次式で表される。

【００２９】ｄ₁＝２λβ／πｓｉｎ（θ₁／２）ｄ₂＝２λβ／πｓｉｎ（θ₂／２）ここで、拡がり角θ₁とθ₂の関係は、幾何光学の結像
関係の式を用いて、α＝ａ／ｂとすると次式で表せる。
但し、ａはレーザービーム光源ＬＳとレンズＬ₂との間
の距離、ｂは見掛けの光源面Ｐ１とレンズＬ₂との間の
距離である。

【００３０】θ₂＝ａθ₁／ｂ＝αθ₁ 以上よりスポット径ｄ₁とｄ₂との関係は次式のように
なる。

【００３１】ｄ₂＝αβｄ₁ ・・・・・（３）結像面での二つのスポットの間隔はβｒである。βを固
定してαを変えれば、結像面での結像スポット間隔を一
定に保ったまま結像スポット径を増加させることができ
る。これを利用して、結像光学系の横倍率βを適当に調
整して所要の走査線間隔を得れば、実効的に結像スポッ
ト間隔を近づけたのと同様の効果が得られることにな
る。したがって、本出願の第１の発明の構成によれば、
αとβを調整することにより、結像面でのスポット径と
スポット間隔を変えることができる。

【００３２】次に、本出願の第２発明の構成によればレ
ーザービーム光の拡がり角を特に小さくすることができ
る。

【００３３】本出願の第２発明の記録装置の概略の構成
を図５に示す。この構成の作用について以下説明する。
先に説明した図１において、レンズＬ₂によってレーザ
ービーム光を平行ビームに変える場合を考えると、幾何
光学的には見掛けの光源面が無限遠に去り、θ₂＝０と
なる。しかしながら、より厳密に波動光学的にこのよう
な系を検討すると拡がり角θ₂は、０ではないある拡が
り角θ₃を持つことになる。なお、図５中ｆ₀はレンズ
Ｌ₂の焦点距離である。

【００３４】いま、図６に示すような光学系を考えて、
幾何光学的平行ビームに変換された時のビーム径をＤ₁
とすると、拡がり角θ₃は次式で表される。

【００３５】 θ₃＝２ｓｉｎ^-1（２λ／πＤ₁）・・・・（４）これは、θ₃なる拡がり角を有するレーザービーム光源
がコリメーターレンズＬ₄の位置にあることと等価であ
る。したがって図５に示すように、コリメーターレンズ
Ｌ₂の像側主平面（見掛けの光源面）Ｐ１と被走査面
（結像面）Ｐ２とを光学的共役関係にすることができ
る。この時の被走査面Ｐ２上の結像スポット径ｄ₃は次
式で表される。但し、β＝ｆ₂／ｆ₁である。

【００３６】ｄ₃＝２λβ／πｓｉｎ（θ₃／２）・・・・（５）（５）式に（４）式を代入すると次式を得る。

【００３７】ｄ₃＝βＤ₁ ・・・・（６）また、被走査面（結像面）Ｐ２上の結像スポット間隔ｒ
_iは次式で表される。

【００３８】ｒ_i＝βｒ・・・・（７）なお、以上の計算にはレーザービーム光がレンズＬ₂に
よってけられる効果は考慮していない。レンズＬ₂の有
効径が有限である場合、（４）式は次式のようになる。

【００３９】 θ₃＝２ｓｉｎ^-1（２λ／πＤ₁）／Ａ・・・・（８）Ａはアポダイゼーション定数であり、このＡの代表的な
値としては、レーザービーム光が中心のパワーの１／ｅ
²となる径でけられる時はＡ＝１．３９、レーザービー
ム光が中心のパワーの１／２となる径でけられる時はＡ
＝１．９７である。レンズＬ₂の有効径が無限大の時に
はＡ＝１となる。このような現象はレーザービーム光の
アポダイゼイションと呼ばれている。ただし、この現象
を考える時は全体の光学系で最もけられの大きいところ
について検討する必要がある。したがって、後述の第１
実施例のように、レンズＬ₂より後に、より小さな絞り
がある場合はまず（４）式で拡がり角を計算したうえで
この小さい絞りによるアポダイゼイションを計算する必
要がある。

【００４０】本出願の第３発明の構成によれば、アレイ
状に一体形成されたレーザーアレイを光源とし、図１或
いは図５に示されるレンズＬ₂を一体形成されたマイク
ロレンズアレイとすることにより、本出願の第１発明及
び本出願の第２発明の構成の実現を容易にすることがで
きる。なお、マイクロレンズアレイとは、直径が１０μ
ｍ〜数ｍｍ程度の微小なレンズの群からなるレンズアレ
イを意味する。

【００４１】ここで一体形成されたマイクロレンズアレ
イを用いない場合のレンズのアライメント精度について
以下考察する。いま、図７に示すように、一方のレーザ
ービーム光源ＬＳが距離δ₀だけ光軸に垂直方向にずれ
た場合を考えてみる。すると、被走査面Ｐ２上では、次
式に示す距離δ₁だけ結像スポットの位置がずれること
になる。

【００４２】δ₁＝βδ₀ ・・・・（９）実際のレーザービームプリンターに図５のような光学系
を採用した場合を考えると、後述の第１実施例にも示す
ように、β＝１／１６前後である。また、例えば８００
ｓｐｉ（１インチ当たり８００本）の解像度のレーザー
ビームプリンターを考えると、電子写真的スポット径は
約３０μｍという値になり、前述のスポット径補正係数
ｋを考慮にいれて、被走査面Ｐ２上の光学的スポット径
は約５０μｍ程度の値になる。被走査面Ｐ２上の結像ス
ポットの位置の許容誤差は、電子写真的スポット径の５
％程度であるので、δ₁は約１．５μｍ以内、したがっ
てδ₀は２４μｍという値になる。

【００４３】マイクロレンズとは、一般には直径が０．
１〜数ｍｍ程度の微小なレンズを意味するが、現在の製
造技術で作り得る最小径は直径数百μｍであるので、マ
イクロレンズの間隔ｒを５００μｍとすれば、製造精度
はδ₀／ｒ＝４．８×１０^-2というようなオーダーの値
になる。これは個別のマイクロレンズを並べて機械的に
調整して実現するのにはやや困難な値である。同様のこ
とはレーザービーム光源についても当てはまる。しかし
ながら、フォトリソグラフィーを用いてレーザーアレイ
やマイクロレンズアレイを作る場合は、この程度の精度
を得るのはさして難しくない。フォトマスクの寸法精度
は今日では１０^-6以上である。また、金型を用いて射出
成型によって作られたプラスチックないしガラスのマイ
クロレンズアレイも４．８×１０^-2という精度を達成す
ることができる。

【００４４】次にレーザーアレイとマイクロレンズアレ
イを用いた場合のアライメント精度について考察する。
レーザーアレイ及びマイクロレンズアレイの寸法に誤差
がないと仮定し、図８に示すように半導体レーザーアレ
イＬＳＡとマイクロレンズアレイＰＭＡが距離δ_aだけ
ずれた場合を考える。先に説明した図７からも明らかな
ように、ふたつの結像スポットは同じ方向に同じ量δ_b
＝βδ_aだけずれる。しかしながら、マルチビームのレ
ーザービームプリンターにおいては、ふたつの結像スポ
ットの相対的位置関係が重要であり、このような絶対的
な位置の誤差の発生は実用上支障がない。

【００４５】本出願の第４発明の構成によれば、一体形
成されたレーザーアレイと一体形成されたマイクロレン
ズアレイのアライメント調整をさらに容易にすることが
できる。被走査面上で結像スポットの間隔を近接させる
必要のあるのはレーザーアレイの配列方向だけである。
したがって、レーザーアレイの配列方向のレーザーの拡
がり角のみを減少させればよい。前記マイクロレンズア
レイをシリンドリカルレンズアレイとし、シリンドリカ
ルレンズのレンズとして作用する方向をレーザーアレイ
の配列方向と一致させることにより、レーザーアレイの
配列方向のレーザーの拡がり角のみを減少させることが
できる。この場合、シリンドリカルレンズのレンズとし
て作用しない方向に、マイクロレンズアレイないしレー
ザーアレイがずれてもレーザービームの結像に影響を与
えないので、この方向のアライメント精度は低くても良
い。

【００４６】本出願の第５発明の構成によれば、半導体
レーザーアレイを、製造精度が高いフォトリソグラフィ
ーを用いて同一基板上に製造するので、前述のレーザー
アレイ間隔に必要とされる精度δ₀／ｒ＝４．８×１０
^-2を実現することができる。

【００４７】本出願の第６発明の構成によれば、光量損
失を最小限に抑えつつ、被走査面上の結像スポット間隔
を実用上充分な距離まで近づけることができる。電子写
真プロセスでは、スポット径補正係数ｋの最適値がｋ＝
１．５前後であるので（１）式から明らかなように、電
子写真的スポット径ｄ_xは光学的スポット径ｄ₀より小
さくなってしまう。一方（６）式及び（７）式からｄ₃
／ｒ_i＝Ｄ₁／ｒという関係が成り立つので、図９に示
すように、レンズＬ₂の端同志を可能な限り近づけて
も、結像スポットは電子写真的には充分密に近接させる
ことができない。すなわち、レンズの直径がほぼ光学的
スポット径に等しくなるので、二つのレンズが重なりで
もしない限り結像スポットを電子写真的には充分密に近
接させることができない。

【００４８】これを解決するためには、後述の第１実施
例に示すように適当な位置に光学的絞りを設ける方法が
あるが、この方法ではかなりの光量損失が生じてしま
う。本出願の第１発明から第５発明の構成に加えて飛び
越し走査の構成を加えることにより、このような光量損
失の発生を防ぐことができる。

【００４９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００５０】図１０は本発明の第１実施例を示す構成斜
視図である。また、図１１，図１２は図１０の光学系を
偏向面に垂直でかつ光軸を含む面で見て展開した図であ
り、図１３，図１４は図１０の光学系を偏向面に水平で
光軸を含む面で見て展開した図である。

【００５１】マルチビーム半導体レーザーアレイ１は、
同一基板上に２個の独立駆動可能な半導体レーザー素子
１ａを５００μｍの間隔で並べて一体的に形成したもの
である。半導体レーザー素子１ａの配列方向は、主走査
方向に対して直角方向、すなわち、副走査方向である。
また、半導体レーザー素子１ａの接合面は、半導体レー
ザー素子１ａの配列方向に平行な方向に拡がっているも
のとする。この半導体レーザー素子１ａは、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系のもので発光波長は６８０ｎｍである。また、拡
がり角は、半導体レーザー素子１ａの接合面に水平な方
向に関してθ_a＝１２°、半導体レーザー素子１ａの接
合面に垂直な方向に関してθ_b＝５０°である。拡がり
角の定義は前述のようにパワーで１／ｅ²となる角度で
ある。

【００５２】半導体レーザーアレイ１より出射したレー
ザービーム光は、平板マイクロレンズアレイ２を通っ
て、まず半導体レーザー素子の接合面に水平方向にコリ
メートされる（図１１参照）。平板マイクロレンズアレ
イ２は、凸レンズのシリンドリカルレンズとして作用す
る分布屈折率型レンズになっており、レンズとして作用
する方向は接合面に水平方向となっている。平板マイク
ロレンズアレイ２の構成の一例を図１５に示す。

【００５３】平板マイクロレンズアレイ２は、ガラス基
板２ａ上にタリウムイオン等のイオン拡散によって分布
屈折率型のシリンドリカルレンズ２ｂを形成することに
より構成されている。図中、２ｃはイオン拡散領域を示
している。これは、ガラス基板２ａにフォトリソグラフ
ィーによりマスクを形成した後、タリウムイオン等を含
む溶融塩に浸漬してガラス基板中にタリウムイオン等を
拡散させると、タリウムイオン等の濃度が高いところは
屈折率が高くなるという現象を利用して分布屈折率型の
シリンドリカルレンズ２ｂを形成したものである。な
お、平板マイクロレンズアレイの製法自体は既に公知の
ものである（例えば、山本，山崎、昭和５８年度電子通
信学会全国総合大会、１０８３（１９８３）参照）。

【００５４】上記平板マイクロレンズアレイ２の焦点距
離は例えば２０００μｍ（２．０ｍｍ）、ＮＡ（開口
数）は約０．１、レンズのレンズとして作用する方向の
有効径は約４００μｍ（０．４ｍｍ）である。これはレ
ーザービーム光の中心のパワーの１／ｅ²となるところ
に絞りを入れた場合に相当し（８）式においてＡ＝１．
３９とおいた場合に対応する。また、２つのシリンドリ
カルレンズ２ｂの間隔は、半導体レーザー素子１ａの間
隔と等しく５００μｍである。

【００５５】上記平板マイクロレンズアレイ２を通過し
たレーザービーム光は、次に、凸レンズのシリンドリカ
ルレンズ３によって、半導体レーザー素子１ａの接合面
に垂直方向にコリメートされる（図１３参照）。次い
で、凹レンズのシリンドリカルレンズ４によって一旦レ
ーザービーム光は拡げられた後、凸レンズのシリンドリ
カルレンズ５によって再びコリメートされる。コリメー
トされたレーザービーム光は、光学的絞り６によって絞
られてから、凸レンズのシリンドリカルレンズ７によっ
てポリゴンスキャナー８のミラー８ａ上に、半導体レー
ザー素子１ａの接合面に水平方向にだけ結像される（図
１１参照）。この時、半導体レーザー素子１ａの接合面
に垂直方向にはレーザービーム光は平行光である（図１
３参照）。ポリゴンスキャナー８によって偏向されたレ
ーザービーム光は、ｆ−θレンズ９、凸レンズのシリン
ドリカルレンズ１０を介して、感光媒体１１面上に結像
される。シリンドリカルレンズ７とシリンドリカルレン
ズ１０は、いわゆるアナモルフィック光学系を形成して
おり、ポリゴンスキャナー８の面倒れ補正を行ってい
る。ポリゴンスキャナー８によって走査される方向が前
述の主走査方向である。本実施例では半導体レーザー素
子１ａの接合面に垂直な方向と主走査方向とが対応して
いる。感光媒体１１の回転方向１２が前述の副走査方向
であり、この方向は本実施例では半導体レーザー素子の
接合面に水平な方向に対応している。感光媒体１１上に
描画された光学像Ｉ₁，Ｉ₂は、図示しない一般的な電
子写真のプロセスによって現像される。

【００５６】いま、８００ｓｐｉ（１インチ当たり８０
０本）の解像度のレーザービームプリンターを考える
と、電子写真的スポット径は３２μｍ（＝２５４００μ
ｍ／８００本）となり、したがって、副走査方向のピッ
チも３２μｍとなる。また、スポット径補正係数ｋ＝
１．５とすると、必要な光学的スポット径は４８μｍと
なる。前記平板マイクロレンズアレイ２の像側主平面と
感光媒体面１１とは光学的共役関係にあり、その横倍率
βはマイクロレンズアレイ２のレンズのピッチが副走査
方向のピッチに変換されることになるので、β＝３２μ
ｍ／５００μｍ＝０．０６４（≒１／１６）である。光
学的絞り６の口径は、主走査、副走査方向共にレーザー
ビーム光のパワーがビーム中心の１／２となる径とし
た。この時の光量は、光学的絞り６を入れない時に比べ
約半分に減少する。光学的絞り６がない場合、感光媒体
面１１上の結像スポットの副走査方向の光学的スポット
径は約２４μｍとなり、これを絞ることにより、光学的
スポット径が４８μｍとなる。なぜなら、（５）式に
（８）式を代入するとｄ₃＝ＡβＤ₁となり、１／２に
絞ることによりＡ＝１．９７となるので、ｄ₃も２倍と
なる。また、感光媒体面１１上の結像スポットの径は主
走査方向は約２４μｍとした。

【００５７】次に、本発明の第２実施例として飛び越し
走査を用いた場合について以下に述べる。

【００５８】図１０に示される構成において、光学系の
パラメーターを変更し図１９に示した飛び越し走査を併
用する。半導体レーザーアレイ１の２個の半導体レーザ
ー素子１ａの間隔を１０００μｍ（１ｍｍ）、また、平
板マイクロレンズ２の２個のシリンドリカルレンズ２ｂ
の間隔も１０００μｍ（１ｍｍ）とし、横倍率βをβ＝
０．０９３（≒１／１１）とする。光学的絞り６の口径
を大きくし、副走査方向の結像スポットの光学的スポッ
ト径をほぼ４８μｍとする。これは平板マイクロレンズ
によってけられたレーザービーム光がそのまま結像する
ことになる。この状態では光学的絞り６は迷光防止とし
てしか機能せず、光量損失はほとんど生じない。他の光
学系のパラメーターは第１実施例の時と同様である。

【００５９】上述の構成により、感光媒体面１１上の結
像スポットの副走査方向の電子写真的スポット径は約３
２μｍ、２つの結像スポットの間隔は約９６μｍとな
り、図１９の飛び越し走査の関係を満たす。

【００６０】なお、上述の図１０に示す実施例において
は、イオン拡散によって分布屈折率型のシリンドリカル
レンズを形成した平板マイクロレンズアレイ２を使用し
たが、この平板マイクロレンズアレイ２に代えて、図１
６に示すようなガラス基板２ａ上に電子線リソグラフィ
によって形成された一対のフレネルレンズ形式のシリン
ドリカルレンズ２ｄを形成したシリンドリカルレンズア
レイを用いることもできる。なお、このような半導体レ
ーザーのコリメーター用のマイクロフレネルレンズは、
米国他：「低収差可視小型コリメート半導体レーザ」，
１９９０年度電子情報通信学会春季全国大会、Ｃ−２６
５（１９９０）に記載されているような技術を利用して
製造することができる。

【００６１】更に、図１０の実施例に示される平板マイ
クロレンズアレイ２の代わりに図１７に示すようなプラ
スチックないしガラスの透明成形素材２ｅを射出成型す
ることにより一対のシリンドリカルレンズ２ｆを形成し
たシリンドリカルレンズアレイ２ｇを用いることもでき
る。

【００６２】なお、図１０に示す平板マイクロレンズア
レイ２に代えて、図１６に示すシリンドリカルレンズア
レイや、図１７に示す射出成型シリンドリカルレンズア
レイを使用した場合にも、飛び越し走査を併用すること
も可能である。

【００６３】また更に、図１０の実施例に示されるマル
チビーム半導体レーザーアレイ１と平板マイクロレンズ
アレイ２の代わりに図１８に示すようなレーザーアレイ
とマイクロレンズアレイを一体形成したマルチビーム半
導体レーザーアレイを用いても良い。図１８のマルチビ
ーム半導体レーザーアレイにおいては、個別の半導体レ
ーザー素子２１ａ〜２１ｄに対応してシリンドリカルレ
ンズ２２ａ〜２２ｄが配設されている。シリンドリカル
レンズ２２ａ〜２２ｄは半導体レーザー素子と同じ材
料、例えばＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰからなる基板
２０をドライエッチングによってレンズ状に加工したも
のである。このような構造および製法は既に公知である
（例えば、嶋田，大口：「マイクロレンズ集積形半導体
レーザ（ＩＩ）」、１９９１年電子情報通信学会度春季
全国大会、Ｃ−２５１（１９９１）参照）。なお、シリ
ンドリカルレンズ２２ａ〜２２ｄの材料としては、上記
に限定されるものではなく、ＳｉＯ₂やプラスチック等
であっても良い。この場合は図１８に示すマルチビーム
半導体レーザーアレイの端面２３及びテラス２４をドラ
イエッチング等によって形成した後、ＳｉＯ₂やプラス
チック等の膜を適当な方法、例えばスパッタリングやキ
ャスティングによって形成してから、エッチングしてシ
リンドリカルレンズ２２ａ〜２２ｄを形成すれば良い。

【００６４】このように、複数の半導体レーザー素子２
１ａ〜２１ｄとこれに対応してシリンドリカルレンズ２
２ａ〜２２ｄとを共通の基板上に一括して形成すること
により、記録装置の組み立てに要する工数を低減し、製
造が容易になる。更に、マルチビーム半導体レーザーア
レイとマイクロレンズアレイの光学的アライメントも不
用になり、調整に要する工数を低減することができる。

【００６５】特に、先に述べたような飛び越し走査を行
う場合には、被走査面上の結像スポット間隔が広いため
に走査光学系に要求される機械精度が高いものが必要に
なるが、図１８に示す構成を採用することによりレーザ
ー素子とシリンドリカルレンズとの間の位置精度を高め
ることができ、飛び越し走査を行う場合に都合がよい。

【００６６】以上の実施例は電子写真のプロセスに基づ
くものであるが、本発明は電子写真以外のプロセスを用
いた記録装置に対しても適用できる。すなわち、電子写
真用感光体の代わりに通常の感光フィルムを走査する記
録装置、あるいは、レーザービーム光の熱効果を利用し
て描画を行う感熱記録、光磁気記録等にも適用可能であ
る。ただし、これらの場合は前述の（１）式のｋの最適
値は電子写真プロセスを用いた場合と必ずしも一致する
とは限らないので、用いる記録プロセスに応じてレーザ
ービーム光源の間隔は別途実験的に定める必要がある。

【００６７】また、画像の記録に限らず、光メモリにお
ける多重トラック記録のような情報の記録や記憶にも本
発明を適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】前述の本発明の記録装置によれば、半導
体レーザー素子の間隔が広い半導体レーザーアレイを用
いても、被走査面上のレーザービーム光の結像スポット
間隔を充分近接させることができる。そのため、半導体
レーザーアレイの製造が容易になり、発光波長の短いＡ
ｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザーアレイや大出力の半導
体レーザーアレイを実用化することができ、その結果、
高速、高解像度のレーザービームプリンターを製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数のレーザービーム光源に対して個別のレ
ンズが設けられた本発明の概略の構成を示す図である。

【図２】複数のレーザービーム光源に対して共通のレ
ンズのみが設けられた光学系の結像関係を示す図であ
る。

【図３】レーザービームの結像光学系を模式的に示し
た図である。

【図４】半導体レーザーから出射するレーザー光強度
の放射角依存性を示す図である。

【図５】図１に示す構成においてレーザービーム光を
幾何光学的に平行ビームに変換した場合を示す図であ
る。

【図６】幾何光学的に平行ビームに変換されたレーザ
ービーム光が波動光学的には拡がりを持つことを示す図
である。

【図７】図５に示す光学系においてレーザービーム光
源の内ひとつだけが所定の位置からずれた場合の結像関
係を示す図である。

【図８】図５に示す光学系においてレーザービーム光
源及びレンズをアレイ化した場合において、レーザービ
ームアレイとレンズアレイの相対位置がずれた場合の結
像関係を示す図である。

【図９】図５に示す光学系において結像面上で結像ス
ポット間隔が電子写真的にはまだ充分近接しないことを
示す図である。

【図１０】本発明に係わる情報記録装置の一実施例の
概略の構成を示す斜視図である。

【図１１】図１０の光学系を偏向面に垂直でかつ光軸
を含む面で見て展開したポリゴンスキャナー以前の図で
ある。

【図１２】図１０の光学系を偏向面に垂直でかつ光軸
を含む面で見た展開したポリゴンスキャナー以降の図で
ある。

【図１３】図１０の光学系を偏向面に水平でかつ光軸
を含む面で見て展開したポリゴンスキャナー以前の図で
ある。

【図１４】図１０の光学系を偏向面に水平でかつ光軸
を含む面で見た展開したポリゴンスキャナー以降の図で
ある。

【図１５】ガラス基板へのイオン拡散によって形成さ
れた分布屈折率型のシリンドリカルレンズアレイを示す
斜視図である。

【図１６】ガラス基板上に形成されたフレネルレンズ
のシリンドリカルレンズアレイを示す斜視図である。

【図１７】射出成型によって形成されたガラスまたは
プラスチックのシリンドリカルレンズアレイを示す斜視
図である。

【図１８】レーザーアレイとマイクロレンズアレイを
一体形成したマルチビーム半導体レーザーアレイの一実
施例の構成斜視図である。

【図１９】飛び越し走査の原理を示す図で、被走査面
上のレーザー光の結像スポットと走査ラインの関係を示
す図である。

【図２０】レーザー光の結像スポットのスポットの中
心からの距離と光強度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１：マルチビーム半導体レーザーアレイ、１ａ：半導体
レーザー素子、２：平板マイクロレンズアレイ、２ａ：
ガラス基板、２ｂ，２ｄ，３，４，５，７，１０：シリ
ンドリカルレンズ、２ｃ：イオン拡散領域、６：光学的
絞り、８：ポリゴンスキャナー、８ａ：ミラー、９：ｆ
−θレンズ、１１：感光媒体、１２：感光媒体の回転方
向、２０：基板、２１ａ〜２１ｄ：半導体レーザー素
子、２２ａ〜２２ｄ：シリンドリカルレンズ、２３：端
面、２４：テラス、Ｄ：ビーム径、ＦＷＨＭ：レーザー
光の拡がり角の全角半値幅、Ｉ１，Ｉ２：光学像、
Ｌ₁：結像レンズ、Ｌ₂：レンズ、Ｌ₃：結像レンズ、
Ｌ₄：コリメーターレンズ、ＬＢ１，ＬＢ２：レーザー
ビーム、ＬＳ：レーザービーム光源、ＬＳＡ：半導体レ
ーザーアレイ、Ｐ０：被走査面、Ｐ１：見掛け上の光源
面、Ｐ２：結像面（被走査面）、ＰＭＡ：マイクロレン
ズアレイ、ａ：レンズとレーザービーム光源との距離、
ｂ：レンズと見掛け上の光源面との距離、ｄ₀：光学的
スポット径、ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃：結像スポット径、
ｄ_x：電子写真的スポット径、ｆ₀：Ｌ₂レンズの焦点
距離、ｆ₁：コリメーターレンズの焦点距離、ｆ₂：結
像レンズの焦点距離、ｆ₂：コリメーターレンズの焦点
距離、ｐ：走査ピッチ、ｒ：レーザービーム光源の間
隔、ｒ_i：結像スポット間隔、β：光学系の横倍率、δ
₀，δ₁，δ_a，δ_b：ずれた距離、θ₁，θ₂，
θ₃，θ_a，θ_bレーザー光の拡がり角、λ：半導体レ
ーザー素子の発光波長

【手続補正書】

【提出日】平成４年２月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】 θ₃＝２ｓｉｎ^-1（２λ／πＤ₁）・Ａ・・・・（８）Ａはアポダイゼーション定数であり、このＡの代表的な
値としては、レーザービーム光が中心のパワーの１／ｅ
²となる径でけられる時はＡ＝１．３９、レーザービー
ム光が中心のパワーの１／２となる径でけられる時はＡ
＝１．９７である。レンズＬ₂の有効径が無限大の時に
はＡ＝１となる。このような現象はレーザービーム光の
アポダイゼイションと呼ばれている。ただし、この現象
を考える時は全体の光学系で最もけられの大きいところ
について検討する必要がある。したがって、後述の第１
実施例のように、レンズＬ₂より後に、より小さな絞り
がある場合はまず（４）式で拡がり角を計算したうえで
この小さい絞りによるアポダイゼイションを計算する必
要がある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】いま、８００ｓｐｉ（１インチ当たり８０
０本）の解像度のレーザービームプリンターを考える
と、電子写真的スポット径は３２μｍ（＝２５４００μ
ｍ／８００本）となり、したがって、副走査方向のピッ
チも３２μｍとなる。また、スポット径補正係数ｋ＝
１．５とすると、必要な光学的スポット径は４８μｍと
なる。前記平板マイクロレンズアレイ２の像側主平面と
感光媒体面１１とは光学的共役関係にあり、その横倍率
βはマイクロレンズアレイ２のレンズのピッチが副走査
方向のピッチに変換されることになるので、β＝３２μ
ｍ／５００μｍ＝０．０６４（≒１／１６）である。光
学的絞り６の口径は、主走査、副走査方向共にレーザー
ビーム光のパワーがビーム中心の１／２となる径とし
た。この時の光量は、光学的絞り６を入れない時に比べ
約半分に減少する。マイクロレンズでけられることによ
る光量損失を含めると全体で約６０％の光量が失われる
計算になる。光学的絞り６がない場合、感光媒体面１１
上の結像スポットの副走査方向の光学的スポット径は約
２４μｍとなり、これを絞ることにより、光学的スポッ
ト径が４８μｍとなる。なぜなら、（５）式に（８）式
を代入するとｄ₃＝ＡβＤ₁となり、１／２に絞ること
によりＡ＝１．９７となるので、ｄ₃も２倍となる。ま
た、感光媒体面１１上の結像スポットの径は主走査方向
は約２４μｍとした。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】図１０に示される構成において、光学系の
パラメーターを変更し図１９に示した飛び越し走査を併
用する。半導体レーザーアレイ１の２個の半導体レーザ
ー素子１ａの間隔を１０００μｍ（１ｍｍ）、また、平
板マイクロレンズ２の２個のシリンドリカルレンズ２ｂ
の間隔も１０００μｍ（１ｍｍ）とし、横倍率βをβ＝
０．０９３（≒１／１１）とする。光学的絞り６の口径
を大きくし、副走査方向の結像スポットの光学的スポッ
ト径をほぼ４８μｍとする。これは平板マイクロレンズ
によってけられたレーザービーム光がそのまま結像する
ことになる。この場合の光量損失は、マイクロレンズで
けられることによるものだけと考えてよいので大体１４
％程度になる。他の光学系のパラメーターは第１実施例
の時と同様である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/18 9170−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】独立に駆動可能な複数のレーザービーム
光源を概ね一直線上に配列した光源部と、該光源部より
供給される複数のレーザービーム光をその配列方向とは
交差する方向に周期的に偏向する偏向手段と、該偏向手
段からの複数のレーザービーム光を感光媒体上に結像さ
せる光学系とを備えた情報記録装置において、前記光源
部の複数のレーザービーム光源個々に一対一に対応して
前記各レーザービーム光の拡がりを減少させる光学的手
段を配設したことを特徴とする情報記録装置。
【請求項２】前記レーザービーム光の拡がりを減少さ
せる光学的手段はレーザービーム光を概ね幾何光学的平
行光に変えるコリメーター光学系であり、該コリメータ
ー光学系の像側主平面と前記感光媒体の結像面とが前記
結像光学系に対して光学的共役関係であることを特徴と
する請求項１記載の情報記録装置。
【請求項３】前記光源部はアレイ状に一体形成された
レーザーアレイであり、前記レーザービーム光の拡がり
を減少させる光学的手段はアレイ状に一体形成されたマ
イクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１或
いは請求項２記載の情報記録装置。
【請求項４】前記マイクロレンズアレイはシリンドリ
カルレンズアレイであり該シリンドリカルレンズのレン
ズとして作用する方向と前記レーザーアレイの配列方向
とを概ね一致させたことを特徴とする請求項３記載の情
報記録装置。
【請求項５】前記レーザーアレイは同一基板上に形成
された半導体レーザーアレイであることを特徴とする請
求項３或いは請求項４記載の情報記録装置。
【請求項６】前記感光媒体上の複数のレーザービーム
光の走査方法として飛び越し走査を用いたことを特徴と
する請求項１から請求項５記載の情報記録装置。