(57)【要約】【課題】半導体レーザアレイから出射される該複数本のレーザ光の感光材料上での焦点位置ずれを、各々の素子ごとに補正値を設定して補正することを可能とした光記録装置を提供する。【解決手段】半導体レーザアレイ１から出射する複数本のレーザ光はコリメータレンズ２によりコリメートされ、そのコリメートされた複数本のレーザ光はレンズ３、５により集光され、その集光された複数本のレーザ光の集光点より光源側、または感光材料側の各々のレーザ光の光軸上に焦点位置補正デバイス４が設置され、各々の前記焦点位置補正デバイス４によって半導体レーザアレイ１から出射される複数本のレーザ光の感光材料上での光軸方向の焦点位置を各々独立に補正することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録を行う光記録装置において、前記半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光はコリメータレンズによりコリメートされ、そのコリメートされた複数本のレーザ光はレンズにより集光され、その集光された複数本のレーザ光の集光点より光源側、または感光材料側の各々のレーザ光の光軸上に焦点位置補正デバイスが設置され、各々の前記焦点位置補正デバイスによって前記半導体レーザアレイから出射される複数本のレーザ光の感光材料上での光軸方向の焦点位置を各々独立に補正することを特徴とする光記録装置。
【請求項２】
前記焦点位置補正デバイスは、屈折率可変材料と、前記屈折率可変材料を挟んで両側に対向して設けられた電極対と、前記電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、印加する電圧によって前記屈折率可変材料の屈折率を変化させて、前記感光材料上での光軸方向の焦点位置を補正することを特徴とする請求項1記載の光記録装置。
【請求項３】
前記焦点位置補正デバイスは、屈折率可変材料と、その屈折率可変材料を挟んで両側に対向して設けられた電極対と、その電極対間に電圧を印加する手段とを備えたものが複数枚重ね合わされており、印加する電圧によって前記屈折率可変材料の屈折率を変化させて、前記感光材料上での光軸方向の焦点位置を補正することを特徴とする請求項1記載の光記録装置。
【請求項４】
前記集光位置補正デバイスはモノリシックでアレイ状に形成されていることを特徴とする、請求項1ないし３のいずれか１項記載の光記録装置。
【請求項５】
前記屈折率可変材料は液晶であることを特徴とする請求項２または３記載の光記録装置。
【請求項６】
前記屈折率可変材料はポッケルス効果材料又はカー効果材料であることを特徴とする請求項２または３記載の光記録装置。
【請求項７】
前記半導体レーザアレイは２次元に集積された面発光半導体レーザアレイであることを特徴とする請求項1記載の光記録装置。
【請求項８】
前記屈折率可変材料の温度が測定され、その測定された温度によって該印加電圧を決定することを特徴とする請求項２または３記載の光記録装置。
【請求項９】
半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して潜像を形成する光記録装置と、前記潜像を現像して画像を形成する現像装置と、その現像された画像を転写材料上に転写する第1の転写装置と、その転写材料上に転写された画像を用紙上に転写する第2の転写装置と、その用紙上に転写された画像を用紙上に定着する定着装置とを有する画像形成装置において、前記光記録装置が請求項1ないし８のいずれか１項に記載の光記録装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記感光材料上又は前記転写材料上に形成された画像を検出する検出器を有し、その検出器の検出結果を元に、前記電極対間の電圧を決定することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザアレイを用いて複数のレーザ光を感光材料上に変調走査し、光記録を行う光記録装置、およびその光記録装置を用いたレーザプリンターなどの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１４９５７１号公報では、複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査する光記録装置において、レンズの中心から離れた位置を通過するレーザ光の被走査面上（感光材料面上）での結像スポットの像面湾曲が大きくなることを補正する為に、各々のビームの光路中に、厚さの異なるガラス板を配置し、被走査面上での結像位置の補正を行う画像形成装置が提案されている。
【０００３】
また、特開２００７−１０２１０８号公報では、温度変化によって生じる被走査面での集光特性のずれを、そのずれを補正する光学特性を持つように温度変化によって変形するように設計された液晶偏向素子を光源から被走査面に至る光路上に設置することが提案されている。これによって、光学系の温度変化によって生じる被走査面上での光軸方向の焦点位置ずれを低減している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４９５７１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０２１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、複数のレーザ光を発生させるマルチビーム光源が半導体レーザアレイの場合、半導体レーザアレイのチャンネル数が増加すると、モノリシックに形成された半導体レーザアレイチップの大きさが大きくなり、チップをサブマウントに、またはステムにボンディングする際にチップ内に応力が発生し、その応力が残留することによって、各々のチャンネルの光軸方向の発光点位置がばらつく現象が生じることがある。
【０００６】
そのことが原因で発生する感光材料上での光軸方向の焦点位置ずれは、使用する半導体レーザアレイによって異なるために、従来技術では半導体レーザアレイの各々のチャンネルから出射する複数ビームの光軸方向の焦点位置を使用する素子ごとに補正値を変えて生産性を低下させることなく補正することはできなかった。その為、複数ビームとしての焦点深度が低下して光記録装置のロバスト性が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録を行う光記録装置において、該半導体レーザアレイから出射される該複数本のレーザ光の感光材料上での光軸方向の焦点位置ずれを、使用する素子ごとに随時補正値を設定して補正することを可能とした光記録装置ならびにそれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の第１の手段は、半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録を行う光記録装置において、
前記半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光はコリメータレンズによりコリメートされ、そのコリメートされた複数本のレーザ光はレンズにより集光され、その集光された複数本のレーザ光の集光点より光源側、または感光材料側の各々のレーザ光の光軸上に焦点位置補正デバイスが設置され、各々の前記焦点位置補正デバイスによって前記半導体レーザアレイから出射される複数本のレーザ光の感光材料上での光軸方向の焦点位置を各々独立に補正することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記焦点位置補正デバイスは、屈折率可変材料と、その屈折率可変材料を挟んで両側に対向して設けられた電極対と、その電極対間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、印加する電圧によって前記屈折率可変材料の屈折率を変化させて、前記感光材料上での光軸方向の焦点位置を補正することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記焦点位置補正デバイスは、屈折率可変材料と、その屈折率可変材料を挟んで両側に対向して設けられた電極対と、その電極対間に電圧を印加する手段とを備えたものが複数枚重ね合わされており、印加する電圧によって前記屈折率可変材料の屈折率を変化させて、前記感光材料上での光軸方向の焦点位置を補正することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第４の手段は前記第1ないし第３の手段において、前記集光位置補正デバイスはモノリシックでアレイ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第５の手段は前記第２または第３の手段において、前記屈折率可変材料は液晶であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第６の手段は前記第２または第３の手段において、前記屈折率可変材料はポッケルス効果材料又はカー効果材料であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第７の手段は前記第1の手段において、前記半導体レーザアレイは２次元に集積された面発光半導体レーザアレイであることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第８の手段は前記第２または第３の手段において、前記屈折率可変材料の温度が測定され、その測定された温度によって該印加電圧を決定することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第９の手段は、半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して潜像を形成する光記録装置と、前記潜像を現像して画像を形成する現像装置と、その現像された画像を転写材料上に転写する第1の転写装置と、その転写材料上に転写された画像を用紙上に転写する第2の転写装置と、その用紙上に転写された画像を用紙上に定着する定着装置とを有する画像形成装置において、前記光記録装置が前記第1ないし第８の手段の光記録装置であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、前記感光材料上又は前記転写材料上に形成された画像を検出する検出器を有し、その検出器の検出結果を元に、前記電極対間の電圧を決定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体レーザアレイから出射する複数本のレーザ光を感光材料上に変調走査して光記録を行う光記録装置において、その半導体レーザアレイから出射される複数本のレーザ光の感光材料上での光軸方向の焦点位置ずれを、各々独立に補正することを可能とした光記録装置ならびにそれを備えた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例に係る光記録装置を、図１を用いて説明する。
【００２０】
複数本のレーザ光が半導体レーザアレイ１から出射され、コリメータレンズ２でコリメートされた後、レンズ３、５、６を通過し、ポリゴンミラ７で偏向され、Ｆθレンズ８を通過して感光ドラム９上に一括走査される。しかし、複数本のレーザ光を用いて光記録を行う光記録装置では、レンズの中心から離れた位置を通過するレーザ光が存在し、結像スポットの像面湾曲が大きくなる。
【００２１】
また、半導体レーザアレイ１のチャンネル数が増加すると、モノリシックに形成された半導体レーザアレイチップの大きさが大きくなり、チップをサブマウントに、またはステムにボンディングする際にチップ内に応力が発生し、その応力が残留することによって、各々のチャンネル内の光軸方向の発光点位置がばらつく現象が生じることがある。そのことが原因で、感光材料上に集光される各々のビームの光軸方向の焦点位置がずれ、複数ビームとしての焦点深度が低下し、光記録装置のロバスト性が低下するという問題があった。この問題を解決する為に本発明では、図１のレンズ３とレンズ５の間に焦点位置補正デバイス４を設置する。
【００２２】
具体的には図１０に示したように、半導体レーザアレイ１から出射した複数本のレーザ光はコリメータレンズ２によってコリメートされ、コリメートされた複数本のレーザ光はレンズ３により集光され、各々のレーザ光の集光点よりも手前光源側または感光材料側の各々のレーザ光の光軸上に集光点位置補正デバイス４が設置される。
【００２３】
集光点位置補正の原理について図１１を用いて説明する。集光されているレーザ光の光軸上に空気よりも屈折率の大きい媒体を設置すると、空気と媒体の屈折率の違いの効果で、集光点が４０から４１に変化する。設置した媒体の屈折率を、電圧を印加することにより切り替え、それによって集光点位置を４１から４２に切り替えることができる。
【００２４】
この効果の詳細を図１２〜図１４を用いて説明する。発振波長６６０ｎｍでビーム半径２０．３μｍに集光するビームの場合、屈折率１．８の媒質中と屈折率１．５の媒質中では、伝搬距離に対するビーム半径の変化量が図１２に示したように異なる。
【００２５】
そこで、屈折率1の空気中を、Ｚ座標上に正方向からレーザ光が伝搬してくる場合、Ｚ＝２〜３（ｍｍ）の位置に焦点位置補正デバイスを設置して屈折率を１．５から１．８に切り替えると、図１３、１４に示したように、集光点がＺ＝−０．３２（ｍｍ）からＺ＝−０．４４（ｍｍ）に変化する。この効果を利用してそれぞれのビームの感光ドラム面上での集光点の位置を補正するのである。
【００２６】
集光点位置補正デバイスの設置位置に関しては、図１２に示したようにビームの集光点位置から離れた位置の方が、屈折率の違いによる伝搬距離に対するビーム半径の変化量の差が大きい為、集光点補正可能幅を大きくすることができる。しかし、集光点位置から離れすぎると、ビーム径が大きくなり、隣接レーザ光と重なり、焦点距離補正デバイスの受光面の大きさを大きくしなければいけないという不都合が生じるため、これらの点を考慮した上で、最適位置に設置する必要がある。図１０では、集光点より手前に集光点位置補正デバイスを設置しているが、集光点より向こう側に設置しても、同様に感光ドラム面上での集光点の位置を補正することができる。
【００２７】
図３〜図５を用いて、集光点位置補正デバイスが液晶光学素子である場合の、構造を説明する。
【００２８】
液晶光学素子は図３に示したように、ガラスなどからなる透明基板２７上に透明電極３１、配向膜２８が形成されており、１対の透明基板２７が、液晶３０を挟み、スペーサを介して貼り合わせた構造となっている。また、液晶は屈折率の偏光依存性があり、偏光方向によって屈折率が異なる為、レーザ光の入射面には偏光フィルタを貼り付け、一定方向の偏光方向であるレーザ光だけが入射されるようにしている。
【００２９】
レーザ光は、透明電極対で挟まれた液晶を通過するように、図４の３３の部分を通過するようにする。図３の素子を、複数本のレーザ光分並べることも考えられるが、図５に示したように通常は、アレイ状の素子の各々の電極に、それぞれ独立に電圧を印加して屈折率の制御をおこなう。
【００３０】
次に図６〜図９を用いて、集光点位置補正デバイスが、ポッケルス効果結晶、またはカー効果結晶である屈折率可変結晶を用いた電気光学デバイスである場合について説明する。図６に示したように、屈折率の変化が電場の強さに比例するポッケルス効果のある材料（例えば、BaTiO３KH２PO４（KHP）、KD2PO4、LiNbO3、ＺｎＯ）又は電場の２乗に比例するカー効果利用の材料（例えば、ＣＳ２）の対面する１対の面に透明電極３６を形成させる。ポッケルス効果結晶、カー効果結晶は、入射するレーザ光の偏光方向によって屈折率が異なる為、光を入射する側の面には偏光フィルタを貼り付け、一定方向の偏光方向のレーザ光だけが入射されるようにする。透明電極対で挟まれた領域３８にレーザ光を入射し、透明電極対３６に電圧を印加することによって、感光ドラム上での焦点位置を補正する。図６の素子を、複数本のレーザ光分並べることも考えられるが、図８、９に示したように通常は、アレイ状の素子の各々の電極にそれぞれ独立に電圧を印加して焦点位置の補正制御をおこなう。
【００３１】
ある一定の電圧を印加した場合、電極対の間隔が狭いほど、電極間の電場が強くなる為、屈折率可変材料の厚さを厚くしたいが電極間の電場を強くしたい場合は、同様の素子を光軸方向に重ねた構造にすれば良い。
【００３２】
図２を用いて、本発明の光記録装置を用いた画像形成装置について説明する。感光ドラム１５上を帯電器１３で帯電させ、露光器１２で画像に応じた光をあてて、感光ドラム１５上の電位を落とす。その部位が感光ドラム１５の回転により現像ローラ１０に達し、トナー層と接すると帯電しているトナーが感光ドラム１５上に付着する。感光ドラム１５上のトナー画像は、一次転写ロール１７が中間転写ベルト２０を押し付ける部位で、中間転写ベルト２０上に転写される。各現像ユニットの感光ドラム１５上のトナー画像は、中間転写ベルト２０上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。
【００３３】
そして中間転写ベルト２０の搬送により、連続紙との接触領域の転写ドラム２１位置で、搬送されてきた連続紙２３上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された連続紙２３は、定着器２５で熱と圧力が加えられ、トナーを溶融定着しカラー画像が形成される。
【００３４】
ここで、おのおのの感光ドラム１５上または、転写ベルト２０上にトナー検出センサを設置し、形成された基準画像を検出し、その検出結果を元にして、焦点位置補正デバイスに印加する各々の電圧値を決定すれば、最適な画像が得られる感光ドラム上の焦点位置になるように焦点位置を補正することができる。
【００３５】
また、焦点位置補正デバイスがポッケルス効果結晶、カー効果結晶を用いる電気光学デバイスである場合には、特性が温度に大きく依存する場合がある為、熱電対などで温度を計測し、印加電圧を決定することもできる。
【００３６】
また、図１で記載した半導体レーザアレイ１は、２次元にアレイ上に配列された面発光半導体レーザアレイであってもよく、その場合焦点位置補正デバイスも、２次元にアレイ上に配列された構造となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係る光記録装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例に係る液晶光学素子の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る液晶光学素子の平面図である。
【図５】本発明の実施例に係る液晶光学素子アレイの平面図である。
【図６】本発明の実施例に係る電気光学素子の断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る電気光学素子の平面図である。
【図８】本発明の実施例に係る電気光学素子アレイの平面図である。
【図９】本発明の実施例に係る電気光学素子アレイの断面図である。
【図１０】本発明の実施例に係る光記録装置の光学系の一部を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施例に係る焦点位置補正デバイスを説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例に係る焦点位置補正を説明するための特性図である。
【図１３】本発明の実施例に係る焦点位置補正を説明するための特性図である。
【図１４】本発明の実施例に係る焦点位置補正を説明するための特性図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ：半導体レーザアレイ
２  ：コリメータレンズ
３  ：レンズ１
４  ：焦点位置補正デバイス
５  ：レンズ２
６  ：シリンドリカルレンズ
７  ：ポリゴンミラ
８  ：Ｆθレンズ
９  ：感光ドラム
１０  ：現像器
１１  ：電位センサ
１２  ：露光器
１３  ：帯電器
１４  ：除電器
１５  ：感光ドラム
１６  ：クリーナー
１７  ：一次転写ロール
１８  ：駆動ローラ
１９  ：センサ
２０  ：転写ベルト
２１  ：二次転写ロール
２２  ：クリーナー
２３  ：連続紙
２４  ：印刷前用紙入れ
２５  ：定着器
２６  ：印刷後用紙入れ
２７  ：透明基板
２８  ：配向膜
２９  ：スペーサ
３０  ：液晶
３１  ：透明電極対
３２  ：偏光フィルタ
３５  ：ポッケルス又はカー効果結晶
３６  ：透明電極対
３７  ：偏光フィルタ
４０  ：焦点位置補正デバイスが無い時の焦点位置
４１  ：焦点位置補正デバイスの印加電圧をＯＦＦにした時の焦点位置
４２  ：焦点位置補正デバイスの印加電圧をＯＮにした時の焦点位置
４３  ：レーザ光の入射方向
【図１】
2010134264.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010134264.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010134264.tif 000013
【図１２】
2010134264.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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