(57)【要約】【課題】光を用いてトナーを紙等の記録体上へ定着させる定着方法において、複数の半導体レーザおよび、さらにその半導体レーザを集積化したレーザアレイが用いられるが、その強度分布の均一性が要求される。【解決手段】複数のレーザアレイがライン状に配置された発光手段からの出射光を、紙等の記録体上に形成された未定着のトナー像に対し、シリンドリカルレンズにより集光する。前記シリンドリカルレンズにより集光された集光光は、紙等記録体に対し相対移動する相対移動手段により移動される、前記記録体上を均一に照明するが、前記発光手段の照度均一性は１０％以内であることを特徴とする。【選択図】図1
2010217235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録体上に形成された未定着トナー像を、定着させる定着装置であって、
複数のレーザアレイがライン状に配置された発光手段と、
前記発光手段からの出射光を、前記未定着トナー像に対し集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された集光光を、前記記録体に対し相対移動する相対移動手段と、を備え
前記発光手段の照度均一性が１０％以内であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記レーザアレイは、ライン状に配置された少なくとも１台以上のレーザ発光源で構成されており
下記式（１）と式（２）を満たすことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
Ｐ＝Ｗ                                    ・・・（１）
Ｑ≦Ｄ≦１０Ｑ                            ・・・（２）
（但し、Ｐはレーザアレイ間のピッチ、Ｗは記録体上でのレーザアレイ１台から出射したビームのライン方向の半値全幅、Ｑは半導体レーザ等レーザ発光源間のピッチ、Ｄは記録体上での半導体レーザ等レーザ発光源１台から出射したビームのライン方向の半値全幅）
【請求項３】
前記集光手段は、ライン方向を母線方向とするシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記未定着トナー像に対し集光されない光を、
前記集光光に重畳するための反射手段を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１から４に記載の定着装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および定着方法に係り、特に、記録体上に記録された未定着トナー像に、光を照射することで定着させる光定着装置およびそれらを使用した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の画像形成装置において、トナー像を記録体上に転写する方法としては、加熱された定着ローラと加圧ローラによりトナーを溶融、加圧し、記録体上に定着させる、熱加圧方式が一般的に知られている。
【０００３】
熱加圧方式の場合、定着ローラがトナーを溶融するのに十分な温度に上げるまでに時間がかかる。また、装置待機時においても立ち上がり時間の短縮のため、ローラを一定の温度に保持しておく必要があるため、待機時における電力消費が大きいという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するため、トナーに対して光を照射し、光の吸収により発生した熱によりトナーを記録媒体上に定着させる光定着方式が提案されている。
【０００５】
光定着方式の場合、トナーへの熱エネルギー供給源が、瞬時にＯＮ、ＯＦＦ可能なレーザ等の光源であるため、熱加圧方式に比べ装置の立ち上がり時間が短縮でき、待機時に電力消費が非常に小さいため消費電力の低減が期待できる。
【０００６】
このような高速でトナーの光定着を行う為の照明装置には、高出力が要求されるため通常の単体の半導体レーザを用いることができず、一般には複数の半導体レーザを集積化したレーザアレイが必要となる。しかしながら、複数の半導体レーザからの光も、それが合成された複数のレーザアレイからの光も各々が独立しているため、光源の強度である照度が不均一で、光定着用途に用いるには均一化させる必要がある。
【０００７】
対策として、レーザからの光を各々平行化し、さらに均一化手段に入射させ、均一化させる構成（特許文献１）が提案されている。
【０００８】
前記従来の構成では、レーザアレイは複数のレーザ発光源を有しており、各レーザ発光源から拡散光が出射される。各拡散光は複数のレンズ要素がアレイ状に並んだシリンドリカルレンズアレイによってアレイ方向においてのみ平行化される。各拡散光はその拡散によって互いに混ざる前に前記シリンドリカルレンズアレイによって平行化されることになる。
【０００９】
前記拡散光は一般的にガウス分布で示される強度分布を有し、平行化されても強度分布は大きく変化しない。また各レンズ要素間のつなぎ目ではレンズ効果をなさないため、つなぎ目を通る拡散光は平行化されず、不要光になる。よって、レンズ出射光の強度分布は不均一となる。
【００１０】
この不均一な強度分布を均一化するため、レンズ出射光をさらに強度分布均一化手段に入射させている。強度分布均一化手段としては、カライドスコープ、ホモジナイザ、フライアイレンズが用いられる。
【００１１】
このように、従来の照明装置においてはレーザ光が混ざり合う前に平行化するため、レーザアレイの直後にシリンドリカルレンズアレイを配置する必要があるが、レーザ発光源とシリンドリカルレンズアレイが近くなるほど、レーザ発光源とレンズ要素との相対位置について高精度が必要となり、レーザ、レンズの製造、位置調整が困難であるとともに、高コストとなり低価格の光定着装置を提供することができない課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４０５９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザ等レーザ光を光源とする光定着装置や光定着方法において、簡便で安価な方法を用いて、光源となる発光手段の強度分布の均一化を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、
紙等の記録体上に形成された未定着トナー像を、定着させる定着装置であって、
少なくとも1つ以上の半導体レーザ等のレーザ発光源で形成された、レーザアレイが、さらに複数ライン状に配置された発光手段と、
前記発光手段からの出射光を、前記未定着トナー像に対し集光するレンズ等の集光手段と、
前記集光手段により集光された集光光を、前記記録体をローラで移動する等、記録体に対し相対移動する相対移動手段と、を備え
前記発光手段の前記記録体上での照度均一性が１０％以内であることを特徴とする。
【００１５】
発光手段の記録体上での強度分布である照度均一性を１０％以内とすることにより、未定着のトナー像を定着試験に耐えうる状態にムラ無く定着させることができる。
【００１６】
また、一実施形態の定着装置は、前記レーザアレイは、ライン状に配置された少なくとも1台以上の半導体レーザ等レーザ発光源で構成されており、
下記式（１）と式（２）を満たすことを特徴とする。
Ｐ＝Ｗ                                    ・・・（１）
Ｑ≦Ｄ≦１０Ｑ                            ・・・（２）
（但し、Ｐはレーザアレイ間のピッチ、Ｗは記録体上でのレーザアレイ１台から出射したビームのライン方向の半値全幅、Ｑは半導体レーザ等レーザ発光源間のピッチ、Ｄは記録体上での半導体レーザ等レーザ発光源１台から出射したビームのライン方向の半値全幅）
上記式（１）と（２）を満足することで、前記記録体上での発光手段の強度分布である合成光の照度均一性がフラットな状態となり、未定着のトナー像を定着試験に耐えうる状態にムラ無く定着させることができる。
【００１７】
また、一実施形態の定着装置は、前記レンズ等の集光手段は、ライン方向を母線方向とするシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
【００１８】
光共振器の異なるレーザ発光源は互いに干渉しないため、本発明の半導体レーザを集積化した前記レーザアレイや、前記レーザアレイを集積化した発光手段のレーザ光は干渉してスペックル等を生ずることは無い。
【００１９】
しかしながら、光路の途中に開口等が存在すると、同じ光共振器を発したレーザ光が回折等で重畳し、干渉してスペックル等発生する場合がある。本実施形態のライン方向を母線方向とするシリンドリカルレンズで集光することで、光路の途中―の開口等の存在を防止することが出来、スペックル等の発生を防げる。
【００２０】
また、一実施形態の定着装置は、前記未定着トナー像に対し集光されない光を、前記集光光に重畳するための反射手段を有することを特徴とする。
【００２１】
この場合、同一の光共振器を発したレーザ光が干渉性を維持したまま重畳されないように注意する必要があるが、有効に活用されていなかったレーザ光を、再利用出来、低消費電力化等を実現できる。
【００２２】
また、一実施形態のプリンタや複写機等の電子機器は本発明の定着装置を備えたことを特徴とする。
【００２３】
簡便で安価な方法を用いて、光源となる発光手段の強度分布の均一化を達成した、光定着方法や光定着装置を採用でき、前記プリンタや複写機等の低消費電力化や、待機時間の短縮化を図れる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、電力投入後の立ち上がり時間が短く、小型でコンパクト化が実現できる半導体レーザに代表されるレーザ光を光源とした光定着装置や光定着方法において、簡便な構成で、光源となる発光手段の強度分布の均一化を達成できる。その結果、プリンタや複写機等へ小型で低コストの光定着機構が搭載でき、電子機器の低消費電力化や、待機時間の短縮化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態における定着装置の発光手段を説明するための図である。
【図２】第１実施形態における定着装置の構成を説明するための図である。
【図３】第１実施形態におけるレーザアレイを説明するための図である。
【図４】第１実施形態におけるレーザアレイの合成スポットの強度分布を説明するための図である。
【図５】第１実施形態における発光手段および光定着装置を説明するシステム図である。
【図６】第１実施形態における発光手段および光定着装置を説明するための図である。
【図７】第２実施形態におけるレーザアレイを説明する断面図である。
【図８】第３実施形態における定着装置の発光手段を説明するための図である。
【図９】第４実施形態における定着装置の発光手段を説明するための図である。
【図１０】第５実施形態における定着装置の発光手段を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の実施形態の説明では、本発明を実施するために種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の実施形態および図面に限定されるものではない。
【００２７】
なお、以下の実施の形態の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
（第１実施形態）
本発明の光定着装置の構成と製造方法、制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に光定着装置に搭載する照明装置、図２に光定着装置の構成を示す。
照明装置１０は、レーザアレイ１４が、図面Ｘ方向に等間隔のピッチＰで直線状に並んだ発光手段１５と、Ｘ方向に母線を持つシリンドリカルレンズ１８で構成される。
【００２９】
光定着装置５０は、照明装置１０と、未定着トナー像が形成された紙等の記録体１６を、前記照明装置に対して相対的に移動するローラ等の相対移動手段２２で構成される。また、光定着方式の場合、焦点位置等も重要となるため、前記記録体の位置を安定化する記録体位置安定装置２４が設けられる場合もある。
【００３０】
相対移動手段は、上の例では記録体を移動したが、照明装置１０側が移動するような構成でも構わない。
【００３１】
図１を用いて照明装置１０の概要を説明する。図１（ａ）は照明装置１０を相対移動方向、即ち搬送方向であるＹ方向から見た図、図１（ｂ）はレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向から見た図である。図１（ｃ）は照明装置１０のスポットの概略形状を示す平面図と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向から見た照明装置１０の強度分布を示す図である。
【００３２】
個々のレーザアレイ１４から出射された合成光Ｚ２は、発散しながらシリンドリカルレンズ１８に到達する。
【００３３】
前記シリンドリカルレンズ１８は、その子線方向であるＹ方向において前記合成光Ｚ２を収束状態とし、収束した合成光Ｚ２は、図示されない未定着トナー像が形成された紙等の記録体１６上に到達する。
【００３４】
図１のＸ方向においては、シリンドリカルレンズ１８は、合成光Ｚ２の発散角を変化させない。シリンドリカルレンズ１８を通過後も、Ｘ方向においては、合成光Ｚ２は発散し、合成光Ｚ３として記録体１６上に到達する。
【００３５】
以上の光路により、一つのレーザアレイからの合成光Ｚ２が、記録体１６上を照射するスポットＳＰ２は、Ｘ方向を長軸にした楕円状となる。
【００３６】
各レーザアレイ１４から出射された各合成光Ｚ２は、Ｘ方向において各々のスポットＳＰ２をその端部どうしを重ね合わせるように形成し、合成スポットＳＰ３が記録体１６上に形成される。後述するが、そのときの強度分布はＸ方向において略フラットになる。
【００３７】
次に、図２を用いて光定着装置５０の概要を説明する。光定着装置５０は、図示されない未定着トナー像が形成された記録体１６に対して、前記照射装置１０によってレーザ光を照射する。未定着トナー像が前記レーザ光を吸収して熱エネルギーとなり、前記未定着トナー像が融解し、記録体１６上に固定され、記録体１６へのトナーの定着固定が行われる。
紙等の記録体１６は、照明装置１０のレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向に対して直交する方向であるＹ方向に搬送される。搬送は搬送ローラ等の相対移動手段２２によって行われる。
【００３８】
また、前記搬送によって記録体１６の全面を、強度分布がフラットな領域で照明できるよう、前記照明装置１０の合成スポットＳＰ３のＸ方向の長さは、記録体１６よりも大きく設定される。
【００３９】
照明装置１０の発光手段１５と記録体１６とのＺ方向距離Ｌ１は、記録体１６を搬送する際の振動や、記録体１６自身のたわみ、うねり、浮き等により常に変動する。このため、記録体位置安定装置２４によってＺ方向距離Ｌ１を常に一定にする。
【００４０】
以下に、レーザアレイ１４の詳細な実施形態について説明する。
【００４１】
図３（ａ）にレーザアレイ１４の詳細図を示す。レーザアレイ１４には、複数の半導体レーザ等のレーザ発光源１２がＸ方向に等間隔のピッチＱで並んでいる。
【００４２】
前記レーザ発光源１２から出射された出射光Ｚ１の強度分布はガウス分布である。
【００４３】
以下にレーザ発光源１２から、記録体１６までのＺ方向距離Ｌ１に応じたレーザアレイ１４の強度分布を説明する。
【００４４】
また説明中では、一つのレーザ発光源１２が、記録体１６上を照射するスポットの半値全幅をＤ、記録体１６上でのピッチはレーザ発光源１２自体のピッチＱとする。
【００４５】
図３（ｂ）に、Ｚ方向距離Ｌ１が短い場合、例えばＤ＝０．５ＱのときのＸ方向における記録体１６の強度分布のシミュレーション結果を示す。
【００４６】
単一レーザ発光源の強度分布ＳＩ１の重ねあわせが、レーザアレイ１４の合成光Ｚ２の強度分布ＳＩ２となる。
【００４７】
Ｘ方向においてレーザ発光源１２が記録体１６上に照射するスポットは互いに独立したガウス分布となり、エネルギーの連続性がなく、均一性は良くない。
【００４８】
しかしながら、出射光Ｚ１は発散性を有している為、Ｚ方向距離Ｌ１が長くなるに従い、出射光Ｚ１のＸ方向のビーム直径であるＤＳＰ１は広がり、出射光どうしが混ざり合う。即ち、Ｚ方向距離Ｌ１が長くなるに従い、合成光Ｚ２のＸ方向のエネルギー連続性が発現することになる。
【００４９】
図３（ｂ）に対して、Ｚ方向距離Ｌ１の長い状態であるＤ＝Ｑのときの強度分布ＳＩ２を図３（ｃ）に示す。単一レーザ発光源１２の強度分布ＳＩ１と比較して、ピーク値の１０％程度の強度分布ばらつきが見られるが強度分布がフラットな領域は広がっている。
【００５０】
光定着方式では強度分布の均一性が重要であるが、最終的には光量の均一性ではなく、光量が変換された熱量が重要となる。その熱量は紙面等記録体１６内で拡散される。よって、１０％程度の光量ばらつきであれば、光定着用途として実用的な強度分布である。
【００５１】
本発明者は、表−１に示すように照明装置１０の照射条件を変えて、未定着トナー像の定着実験を行い、前記光量ばらつき１０％以下であれば、定着品質に問題ないことを確認した。
【００５２】
具体的には、光源は波長７８０ｎｍの半導体レーザを用いて、φ約１０μmの黒色トナーの定着状態を観察することで評価を行った。照射条件は、１．３（Ｊ／ｃｍ２）のエネルギーによるＣＷ発光制御、デューティ比が５５％で照射エネルギー０．６（Ｊ／ｃｍ２）のパルス発光制御、デューティ比が１５％で照射エネルギー０．４（Ｊ／ｃｍ２）のパルス発光制御の３種類で確認した。
【００５３】
なお、定着状態の判断は、住友スリーエム製スコッチメンディングテープ８１０を、記録体である上質紙に定着後のトナー像に押し付け、引き剥がすことで評価した。
【００５４】
テープ側にトナーが全く転写されないものを良好として○、記録体上のトナー像に問題は見られないがテープにトナーが一部転写されているものを△、記録体上のトナー像に異状が見られるものを不良として×とした。
【００５５】
【表１】
2010217235.tif 000003
【００５６】
表−１の変動量の数値が、ピーク値からの落ち込み率を示し、０％がフラットな状態を示す。ＣＷ駆動の方が良好ではあるが、いずれの駆動方法にせよ、１０％以下の変動量であれば完全に定着できていることが確認できた。
【００５７】
さらに、Ｚ方向距離Ｌ１が長くなり、Ｄ＝１．５Ｑとなると、図３（ｄ）に示すように、合成光Ｚ２の強度分布ＳＩ２は完全にフラットな領域ができる。
【００５８】
さらに、Ｚ方向距離Ｌ１が長くなり、Ｄ＝１０Ｑとなると、図３（ｅ）に示すように、合成光Ｚ２の強度分布ＳＩ２はガウス分布状になる。
【００５９】
レーザアレイ１４においてＸ方向にレーザ発光源１２が複数並んでいることから、単一のレーザ発光源１２が記録体１６上につくるスポットのＸ方向の強度分布ＳＩ１に比べ、合成光Ｚ２の同条件の強度分布ＳＩ２は、Ｘ方向においてフラット（均一）になるとともに、照射領域を広げることができる。
【００６０】
強度分布ＳＩ２をフラットにするメリットは、合成光Ｚ２を重ね合わせた合成光Ｚ３の強度分布の均一化が容易になるためである。
【００６１】
なお、レーザ発光源１２は、レーザアレイ１４に最低１つ設けられるだけでも良いが、複数設けることで、単一レーザ発光源１２よりもレーザ発光源一つあたりに要求される発光量を減らすことができ、低コストで照度の高い照明装置１０を提供することができる。
【００６２】
さらに、レーザ発光源１２を複数設ける構成は、レーザ発光源１２を一括して製造できる為、低コストで照明装置１０を提供することができる。また、レーザ発光源１２の一つが故障しても、重なり合った光となっている為、一部の領域が照明されないといった問題は生じず、ロバストなシステムを提供することができる。
【００６３】
光定着装置５０においては、Ｘ方向と直交するＹ方向について被照射物である記録体１６を搬送等相対移動する為、Ｘ方向において強度分布が均一でないと、記録体１６の全面においてエネルギーの照明量の均一性を得るのが困難となる。よって、合成スポットＳＰ３のＸ方向の強度分布を均一にする必要がある。
【００６４】
以下に、合成スポット発光手段１５自体の合成スポットＳＰ３の強度分布ＳＩ３について説明する。
【００６５】
レーザアレイ１４は等間隔のピッチＰでＸ方向に並んでいることから、各レーザアレイ１４が記録体１６上に照射するスポットＳＰ２も、ピッチＰでＸ方向に並び、レーザアレイ１４の出射光である合成光Ｚ２はガウス分布状あるいはその一部の強度分布がフラットとなる強度分布を持つ。複数のレーザ発光源１２による合成光Ｚ２を用いてスポットＳＰ２を形成し、さらにスポットＳＰ２を合成した合成スポットＳＰ３を形成できる。
【００６６】
説明には、一つのレーザアレイ１４が記録体１６上を照射するスポットＳＰ２の半値全幅をＷとする。なお、記録体１６上でのピッチは、レーザアレイ１４自体のピッチＰと一致するためピッチＰと呼ぶ。
【００６７】
表−２は、記録体１６上でのレーザ発光源間のピッチＱに対して、レーザ発光源１台から出射したビームのライン方向の半値全幅Ｄが１倍から１０倍のとき、記録体上でのレーザアレイ１台から出射したビームのライン方向の半値全幅Ｗとレーザアレイ間のピッチＰの比率Ｗ／Ｐ毎に、ＳＩ３の変動率を調べた表である。
【００６８】
【表２】
2010217235.tif 000004
【００６９】
表−２に示すように、Ｄ／Ｑの比率が低いほど、Ｗ／Ｐの比率が１より大きくても小さくても、ＳＩ３の均一性は劣化する。レーザアレイ１４の強度分布ＳＩ２が、ガウス分布から均一分布の範囲のとき、記録体１６上での発光手段１５の合成スポットＳＰ３は、Ｐ＝Ｗの場合にその強度分布ＳＩ３は最も良くなる。
【００７０】
なお、表−２中のＳＩ３の変動率とは、ＳＩ３の強度分布のピーク値側の強度分布が均一な領域であるフラット領域の光強度に対して、強度の変動量の比率を示す。
【００７１】
よって、最終的な合成スポットであるＳＰ３に、本発明の課題である均一な強度分布ＳＩ３を得るためには、以下の式（１）、（２）の関係を満足すればよいことになる。
Ｐ＝Ｗ                                    ・・・（１）
Ｑ≦Ｄ≦１０Ｑ                            ・・・（２）
ただし、半導体レーザ等レーザ発光源間のピッチをＱ、記録体上での半導体レーザ等レーザ発光源１台から出射したビームのライン方向の半値全幅をＤ、レーザアレイ間のピッチをＰ、記録体上でのレーザアレイ１台から出射したビームのライン方向の半値全幅をＷとする。
【００７２】
以上、本発明者は、上記、半導体レーザ等レーザ発光源間のピッチＱ、記録体上での半導体レーザ等レーザ発光源１台から出射したビームのライン方向の半値全幅Ｄ、レーザアレイ間のピッチＰ、記録体上でのレーザアレイ１台から出射したビームのライン方向の半値全幅Ｗの関係に関して、強度分布のシミュレーションを行った。その結果、光定着装置として必要な照度均一性を得る最適な条件を導き出した。
【００７３】
上記説明の通り、レーザアレイを複数用いることにより強度分布が略フラットな光源を簡便で安価な方法を用いて製造することができることが判明したが、上記最適条件について図４を用いて説明する。
【００７４】
図４は、図２や図３のＺ方向距離Ｌ１を変えることで、記録体１６上でのレーザ発光源１２の半値全幅Ｄを０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、２ｍｍと変え、さらにレーザアレイ１４のピッチＰにより、発光手段１５の強度分布である合成スポットＳＰ３の強度分布ＳＩ３がどのように変わるかをシミュレーションした結果を示す図である。縦軸は、
シミュレーションは簡単化のため、2つのレーザアレイ１４が記録体１６上を照射するケースで行った。
【００７５】
個々のレーザアレイ１４のスポットＳＰ２の重なりが合成スポットＳＰ３となり、その強度分布ＳＩ３もレーザアレイ１４の強度分布ＳＩ２の合成として表される。なお、３個以上のレーザアレイ１４が記録体１６上を照射するときでも結果は同じになる。
【００７６】
図４（ａ）は、Ｄ＝Ｑ、Ｗ＝０．８７ＰすなわちＰ＝４．４ｍｍのときの合成スポットＳＰ３の強度分布ＳＩ３である。このとき２つのＳＩ２は上述したとおり１０％のばらつきをもつ強度分布であり、かつ各々が分離し、均一な強度分布は得られていない。
【００７７】
図４（ｂ）は、Ｄ＝Ｑ、Ｗ＝ＰすなわちＰ＝３．８ｍｍのときの合成スポットＳＰ３の強度分布ＳＩ３である。２つの強度分布ＳＩ２は合成され、レーザアレイ１４自体の強度分布１０％のみが出現した強度分布ＳＩ３が得られる。
【００７８】
図４（ｃ）は、Ｄ＝１．５Ｑ、Ｗ＝０．８７Ｐのときの合成スポットＳＰ３の強度分布である。このとき２つのスポットＳＰ２は上述したとおりフラットな強度分布ＳＩ２を持つが、各々は分離しており、ＳＩ３としては均一な強度分布は得られていない。
【００７９】
図４（ｄ）は、Ｄ＝１．５Ｑ、Ｗ＝Ｐのときの合成スポットＳＰ３の強度分布である。２つのスポットＳＰ２の強度分布ＳＩ２は合成され、合成スポットＳＰ３の均一な強度分布ＳＩ３が得られる。全ての条件の中で、このとき６．７ｍｍと最も広いフラットな領域を確保することができ、光定着時に場所により定着エネルギーの過不足が発生せず、エネルギーの有効利用を行うことができる。
【００８０】
図４（ｅ）は、Ｄ＝１０Ｑ、Ｗ＝０．５６ＰすなわちＰ＝６．７ｍｍのときの合成スポットＳＰ３の強度分布である。このとき２つのスポットＳＰ２は上述したとおりガウス分布状の強度分布ＳＩ２を持ち、かつ各々分離しており、均一な強度分布は得られていない。
【００８１】
最後に図４（ｆ）に、Ｄ＝１０Ｑ、Ｗ＝Ｐのときの合成スポットＳＰ３の強度分布を示す。２つのスポットＳＰ２の強度分布ＳＩ２は合成され、合成スポットＳＰ３の均一な強度分布ＳＩ３が得られる。
【００８２】
以上説明したように、Ｑ≦Ｄ≦１０Ｑにおいて、Ｗ＝Ｐのとき最も均一な合成スポットＳＰ３の強度分布を得ることができる。
【００８３】
さらにレーザアレイを複数用いることの効果について以下に記載する。
【００８４】
記録体１６の一方向（Ｘ方向）の領域を全て照射する合成スポットＳＰ３のように、一方向に長い照射スポットを形成するために、単純にＸ方向に伸びたレーザアレイを用いると、以下に課題を生ずる場合がある。
【００８５】
レーザアレイは通常ウェハプロセスで一括して形成されるため、記録体１６が紙でそのサイズがＡ４あるいはＡ３とすると、レーザアレイ１４の長さは約３００ｍｍとなり、レーザアレイ自体の製造が困難で高価になる。
【００８６】
また、発光による発熱がレーザアレイ１４全体から生じる為、放熱の問題も発生する。冷却装置も長大化し、高価になる課題を有する。
【００８７】
さらに、全てのレーザ発光源が並列に接続される為、レーザアレイに供給する電流量が２００Ａ以上と増加、その制御回路が特殊なものになりコスト高となる。
【００８８】
以上の課題に対し、複数に分割されたレーザアレイを用いることにより、製造が容易で、安価になる。さらに、発熱体も分断される為、放熱しやすく、冷却装置も小型のものを複数用いる方式が採用でき、価格も安価になる。
【００８９】
さらに、レーザアレイが分断されるため、レーザアレイ毎に電流を制御すればよくなり、制御する電流量を下げることができる。
なお、レーザアレイは、少なくとも１台以上の半導体レーザ等レーザ発光源で形成される。即ち、単体レーザをレーザアレイとして見なし、発光手段１５を形成し、照明装置１０として、最終的な合成スポットＳＰ３を形成してもよい。
【００９０】
次に、光定着装置５０に関して説明する。
【００９１】
照明装置１０の発光手段１５から出射される光は、搬送方向であるＹ方向に対してシリンドリカルレンズ１８によって絞られ、搬送方向では、その強度分布は、図１のＨＩ３のように急峻な分布となる。
【００９２】
搬送方向であるＹ方向では、合成スポットＳＰ３のエネルギー密度は、シリンドリカルレンズ１８の集光作用により上がるため、発光量の小さな光源であっても、トナー温度を融解温度まであげることができる。
【００９３】
これにより、発光量が少ない光源でも用いることができる為、安価な光定着装置を提供することができる。
【００９４】
また、シリンドリカルレンズ１８はその形状が限定されるものではなく、片面あるいは両面が球面あるいは非球面を持ったレンズ、あるいは屈折率分布レンズであって、Ｘ方向に対してレンズ作用せず、Ｙ方向に対してレンズ作用を持つものであれば良い。
【００９５】
光共振器の異なるレーザ発光源は互いに干渉しないため、本発明の半導体レーザを集積化した前記レーザアレイや、前記レーザアレイを集積化した発光手段のレーザ光は干渉してスペックル等を生ずることは無い。
【００９６】
しかしながら、光路の途中に開口等が存在すると、同じ光共振器を発したレーザ光が回折等で重畳し、干渉してスペックル等発生する場合がある。本実施形態のライン方向を母線方向とするシリンドリカルレンズで集光することで、光路の途中―の開口等の存在を防止することが出来、スペックル等の発生を防げる。
【００９７】
ただし、以上のように出射光を絞った場合、Ｚ方向距離Ｌ１が変動すると合成スポットＳＰ３のＹ方向の直径が変化、エネルギー密度が変動し、トナーが十分に融解せず記録体１６に定着できない課題が生じる。
【００９８】
またＺ方向距離Ｌ１は、搭載装置自体の振動、記録体１６の搬送による振動、記録体１６のたわみ、うねり、浮き等によって変動するため、未定着状態が生じる可能性もある。      
【００９９】
よって、照明装置１０が記録体１６を照明する領域においてＺ方向距離Ｌ１のバラつきを低減するのが光定着装置５０において好ましい。
【０１００】
記録体位置安定装置２４は以上の課題を解決する装置であって、記録体搬送路を傾斜化し、あるいは、前記記録体搬送路に静電気力や空気圧を作用させる構造を有し、記録体１６の浮き、たわみ、うねり等を平滑化することができる。
【０１０１】
シリンドリカルレンズ１８はその焦点深度を、記録体位置安定装置２４によって抑制されたＺ方向距離Ｌ１のバラつき量よりも大きく設定されることが望ましい。これにより、安定したトナー定着を行うことができる。
【０１０２】
シリンドリカルレンズ１８の焦点深度を広げると、シリンドリカルレンズ１８から記録体１６までの距離が長くなり、照明装置１０全体の長大化を招く。
【０１０３】
解決手法として、光路中に反射ミラーを複数置き、光を反射させることで、照明装置１０の全体サイズを縮小化することも可能である。
【０１０４】
また、Ｘ方向において合成スポットＳＰ３の強度分布は略フラットになっているが、搬送方向であるＹ方向においても均一化を図る必要がある。
【０１０５】
前記均一化を図るために、前記定着実験で述べたように、光源を連続駆動あるいは、高速のパルス駆動を行う。パルス駆動について詳細に述べると、Ｙ方向において、前回のパルス照射によって照射された領域の一部を次回のパルス照射によって再度照射される様、パルス周波数、デューティ比、搬送速度が設定されることが好ましい。
【０１０６】
相対移動手段２２は、搬送ローラに限定されるものではなく、記録体１６を搬送するものであればよく、逆にガルバノミラー等照明光自体を相対移動するものでも良い。
【０１０７】
レーザアレイ１４の並ぶ方向であるＸ方向と、記録体１６の搬送方向であるＹ方向は直交しており、かつ記録体１６の各辺の方向と平行である。この構成により記録体１６の全体を照明する際の搬送距離を短くすることができる。
【０１０８】
レーザアレイ１４の並ぶ方向と記録紙３の搬送方向とは直交関係に限定されるものではなく、異なっていれば記録体１６の全体を照明することができる効果を有する。なおこのときシリンドリカルレンズ１８による集光方向はＹ方向に限定されず、搬送方向と一致していてもよい。
【０１０９】
また、本装置では記録体１６を搬送し記録体１６全体を照明したが、これに限定されるものではなく、照明装置１０をＹ方向に搬送して記録体１６全体を照明してもよい。すなわち、記録体１６と照明装置１０のＹ方向における相対位置を変化させ、記録体１６全体を照明できればよい。
【０１１０】
また、本発明は、未定着トナー像を記録体１６に定着する用途で説明したが、それに限定されるものではなく、照明装置１０からの照明により定着、加工、露光されるものであれば適用可能である。
【０１１１】
次に、図５および図６を用いて本実施形態の光定着装置の制御方法の一例について、複写機等印刷関係の電子機器に適用した場合について説明する。
【０１１２】
図５は光定着装置の制御装置のシステム図を示している。また図６は、記録体１６の一部の領域に未定着トナー像があるときの光定着装置５０の動作説明図を示しており、図６（ａ）は照明装置１０を相対移動方向、即ち搬送方向であるＹ方向から見た図、図６（ｂ）はレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向から見た図である。図６（ｃ）は照明装置１０のスポットの概略形状を示す平面図と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向から見た照明装置１０の強度分布を示す図である。
【０１１３】
トナー位置情報に基づき発光手段１５の駆動を制御した際の記録体１６上の未定着トナー像の位置情報が制御装置に伝達される。
【０１１４】
前期制御装置は得られたトナー位置情報から、未定着トナーを照射する位置にあるレーザアレイ群４０を選択し、駆動させる。レーザアレイ群４０が記録体１６上に作る合成スポットＳＰ３は、トナー上に照射される。
【０１１５】
一方、未定着トナーを照射する位置にないレーザアレイ群４１は光を照射せず、電力を消費しない。
【０１１６】
本制御方式を用いることで、定着のためのエネルギーを、未定着トナーの存在する定着に必要な領域にのみ与えることができるので、従来のヒートローラの熱定着やフラッシュランプの光定着などの記録紙全体を一括して昇温、定着する方式と比較して、低消費電力の光定着装置を提供することができる。
【０１１７】
また制御装置は、連続して複数の記録紙を定着する際、前の記録紙と次に搬送されてくる記録紙の間に、記録紙の無い空間が生じるが、その際に光源は発光しない様、制御を行う。
【０１１８】
さらに制御装置は、安全性確保の為、紙詰まりなどのエラーが生じた際は、即時、光源の発光を停止する制御を行う。
【０１１９】
またトナーの色（種類）によって、レーザ光の吸収率が異なり、トナー融解に必要な光エネルギーが異なる。さらにトナーの厚み（密度）によっても、トナー融解に必要な光エネルギーが異なる。よってトナーの色情報および厚み情報が制御装置に伝達されると、制御装置は必要な光エネルギーを算出するとともに、そのトナー融解条件に最適なパルス幅及びパルス周波数及び記録紙搬送速度を算出する。さらに前記トナー位置情報を加え、各光源および記録紙搬送装置を駆動する。
【０１２０】
本制御方式を用いることで、トナー融解条件に応じて、照射条件を最適にできる為、安定した定着品質を持ち、かつ低消費電力の光定着装置を提供することができる。
【０１２１】
（第２実施形態）
レーザアレイ１４の強度分布ＳＩ２をさらにフラットにする為には、中心部の光量を減らすとともに周辺部の光量を増やせばよい。
【０１２２】
強度分布ＳＩ２の中心部の光量は、レーザアレイ１４の中心部のレーザ発光源１２から出射される光量に主に起因する。さらに、強度分布ＳＩ２の周辺部の光量は、レーザアレイ１４の周辺部のレーザ発光源１２から出射される光量に起因する。
【０１２３】
即ち、レーザアレイの中心部での出射光量をへらし、周辺部の光量を増やせばよい。以下にそのような構成となるレーザアレイ１４の実施形態について述べる。
図７（ａ）に示すレーザアレイ１４は、レーザ発光源１２は、第１実施形態のように等間隔に設けられていず、レーザ発光源１２の中に非発光源１３を設けている点に特徴がある。        
非発光源１３はレーザアレイ１４の内側になるほど密度が増えるように設けられる。換言すると、レーザアレイ１４の外側になるほど発光するレーザ発光源１２が増え、出射光量が増えることになる。
【０１２４】
よって、レーザアレイ１４が記録体１６上につくるスポットの強度分布ＳＩ２は、レーザアレイが等間隔で発光している際の強度分布に比べ、よりフラットになり、照射領域を広げることができる。
非発光源１３に電流が流れない様な配線にする方法や、予め非発光源１３の領域にレーザ発光源を作製しない方法で、非発光源１３は作製される。
【０１２５】
図７（ｂ）に示すレーザアレイ１４はさらに別の実施形態である。前記実施形態と異なる点は、レーザ発光源１２は等間隔に設けられておらず、レーザアレイ１４の外側になるほどレーザ発光源１２の密度が増加するように設けられる。
【０１２６】
この構造にすることで、レーザアレイ１４の中心部の光量が減るとともに、周辺部の光量が増え、レーザアレイ１４が記録体１６上につくるスポットの強度分布ＳＩ２は、レーザアレイが等間隔で発光している際の強度分布に比べ、よりフラットになり、照射領域を広げることができる。
【０１２７】
前記２つの実施形態は実施例の一例であって、これに限るものでなく、レーザアレイの中心部よりも周辺部から出射する光量が増加するように構成されたレーザアレイであれば同様の作用効果を得ることができる。
【０１２８】
以上の何れのレーザアレイを用いても、本発明に関係する照明装置１０および光定着装置５０を実現することができる。
【０１２９】
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態について、図８を用いて説明する。第１実施形態と異なる点は、反射ミラー５５を照明装置のＸ方向の両側面に設置している点である。
【０１３０】
図８（ａ）は照明装置１０を相対移動方向、即ち搬送方向であるＹ方向から見た図、図１（ｂ）はレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向から見た図である。図８（ｃ）は照明装置１０のスポットの概略形状を示す平面図と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向から見た照明装置１０の強度分布を示す図である。
【０１３１】
第１実施形態で説明した照明装置１０では、記録体１６全体に均一な照明を行う必要があるが、合成スポットＳＰ３のＸ方向端部のエネルギー強度は少ない為、強度分布がフラットな領域が記録体１６を照明できるよう、合成スポットＳＰ３は記録体１６よりもやや大きめに設計される。
【０１３２】
このため、前記合成スポットＳＰ３のうち最も外側のスポットの一部は、記録体１６を照射することなく、エネルギーの損失が生じる。
【０１３３】
これに対して本第３実施形態では、最も外側のレーザアレイからの合成光Ｚ２において、記録体１６に照射されない光だけを反射ミラー等反射手段５５で反射させ、合成スポットＳＰ３に重ね合わせる。
【０１３４】
前記未定着トナー像に対し集光されない光を、前記集光光に重畳するとこができ、合成スポットＳＰ３の強度分布ＳＩ３はそのＸ方向端部でフラットな領域が増える。
【０１３５】
ただし、本実施形態の場合、同一の光共振器を発したレーザ光が重畳されるとスペックル等発生する場合があるため、干渉性を維持したまま重畳されないように注意する必要がある。
【０１３６】
本発明により、有効に活用されていなかったレーザ光を、再利用出来、低消費電力化等を実現できる。
【０１３７】
（第４実施形態）
本発明に係る一実施形態について図９を用いて説明する。図９（ａ）は照明装置１０を相対移動方向、即ち搬送方向であるＹ方向から見た図、図９（ｂ）はレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向から見た図である。第１実施形態と異なる点は、シリンドリカルレンズ１８の代わりに、第１シリンドリカルレンズ１８ａ、第２シリンドリカルレンズ１８ｂを設けている点である。
【０１３８】
レーザアレイ１４の合成光Ｚ２の発散角が小さい場合、合成光を重ねるためには、発行手段１５と記録体１６までの距離が長くなる。
【０１３９】
Ｙ方向においても合成光Ｚ２は発散する為ビーム径は拡がる。この為、Ｙ方向の集光レンズには径の大きなものが必要となり、装置の長大化、高コスト化といった課題を生じる。
【０１４０】
第１シリンドリカルレンズ１８ａと第２シリンドリカルレンズ１８ｂはＹ方向において合成光Ｚ２を平行化する。これにより、Ｙ方向の集光レンズはサイズが小さくなり、装置の小型化、低コスト化といった効果を生じる。
【０１４１】
第１シリンドリカルレンズ１８ａ、第２シリンドリカルレンズ１８ｂは、その形状は限定されるものではないが、Ｘ方向において開口制限等境界のないものが、光共振器の同一のレーザ光同士の干渉を防止するのに好ましい。
【０１４２】
よって片面あるいは両面が球面あるいは非球面を持ったシリンドリカルレンズ、あるいは屈折率分布レンズ、グレーティング素子であって、Ｘ方向に対してレンズ作用せず、また、開口制限等がなく、Ｙ方向に対してレンズ作用するものであれば良い。
【０１４３】
（第５実施形態）
本発明に係る第５実施形態について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は照明装置１０を相対移動方向、即ち搬送方向であるＹ方向から見た図、図１０（ｂ）はレーザアレイ１４が並ぶ方向であるＸ方向から見た図である。図１０（ｃ）は照明装置１０のスポットの概略形状を示す平面図と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向から見た照明装置１０の強度分布を示す図である。
【０１４４】
第１実施形態と異なる点は、シリンドリカルレンズ１８を設けていない点である。
【０１４５】
第１実施形態ではＹ方向のエネルギー密度を高め、被照射物の温度を高める為シリンドリカルレンズ１８を用いたが、発光手段１５の出力が大きい場合、あるいは被照射面が必要とするエネルギー密度が低い場合には、エネルギー密度を高める必要が無く、シリンドリカルレンズ１８を必要とせず、省略したほうが低コストを実現することができる。
【０１４６】
さらに、第１実施形態と比較して被照射面に与える積算光量は変化しにくいというメリットを持つ。
【０１４７】
例えば積算光量を照明条件とする露光用途等の電子機器に適用する場合には本実施例を適用することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明によれば、トナーを記録紙に定着させる光定着装置に適用可能であり、また光定着装置を複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子機器に適用することが有効である。
【０１４９】
また、光定着装置だけでなく、光定着方法としても広く産業上で有効に利用できる。また、露光装置等にも適用可能である。
【０１５０】
以上の装置に適用することにより、従来の光定着装置や光定着方法と比較して、消費電力を低減することが可能となる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０  照明装置
１２  レーザ発光源
１４  レーザアレイ
１５  発光手段
１６  記録体
１８  集光手段（シリンドリカルレンズ）
２２  相対移動手段
２４  記録体位置安定装置
５０  定着装置（光定着装置）
５５  反射手段
【図１】
2010217235.tif 000005
【図２】
2010217235.tif 000006
【図３】
2010217235.tif 000007
【図４】
2010217235.tif 000008
【図５】
2010217235.tif 000009
【図６】
2010217235.tif 000010
【図７】
2010217235.tif 000011
【図８】
2010217235.tif 000012
【図９】
2010217235.tif 000013
【図１０】
2010217235.tif 000014