(57)【要約】【課題】画像の濃度差及び色差を抑制することができるレーザ光源を提供する。【解決手段】レーザアレイ光源４０は、ヒートシンク４２上にサブマウント４４が接着剤４６によって接着されており、サブマウント４４上にレーザアレイチップ４８がコンタクト電極５０を介してマウントされた構成となっている。各発光点５２間には、トレンチ５４が各々形成されている。サブマウント４４にもトレンチ５４と対応する位置にトレンチ５８が各々形成されている。トレンチ５４、５８により、レーザアレイチップ４８からヒートシンク４２までの間の熱抵抗よりも各レーザ間の熱干渉抵抗が高くなるため、放熱性が向上し各レーザ間の光量変動が抑制される。【選択図】図１
2007180563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザビームを射出し、かつ前記レーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された複数の発光領域を備えかつ前記発光領域間に第１の溝が設けられたレーザアレイと、前記所定方向の所定位置に前記レーザアレイの少なくとも一部が接するように設けられかつ前記第１の溝に対応する位置に第２の溝が設けられたサブマウントを介して、前記レーザアレイに発生する熱を放熱するためのヒートシンクと、で構成され、かつ前記発光領域間における前記所定方向の熱抵抗が、前記発光領域から前記ヒートシンクにおける前記所定方向と交差する方向の熱抵抗よりも大きいことを特徴とするレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザアレイ光源に係り、より詳しくは、レーザプリンタ、複写機等の、レーザアレイを含む光走査装置に設けられるレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザを用いたレーザプリンタ、複写機などのカラー画像形成装置は、高速高画質プリントに加え、コンパクト、低価格化が進んできている。高速高画質プリントは、レーザ光源を備えた光走査装置を各色毎に複数配置したり、複数の各色のレーザビームを単一の光源から出射するレーザアレイを用いたりすることにより高速化を図ると共に走査線の高密度化を図ることで実現している。
【０００３】
図２０には、光走査装置を各色毎に複数配置した所謂タンデム型の画像形成装置を示した。図２０に示す画像形成装置１００は、記録紙の搬送方向に並列に配置され、後述する光走査装置によってレーザビームの露光を受けることにより表面に静電潜像を形成する感光体ドラム１０４と、感光体ドラム１０４を帯電するコロトロン等の帯電器１５０と、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のカラーデータに所定の処理を施して得られたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の画像データに基づいて変調されたレーザビームを出射する光走査装置１０２と、光走査装置１０２から出射されたレーザビームを感光体ドラム１０４に導くシリンドリカルミラー１５２と、感光体ドラム１０４に形成された静電潜像をそれぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーで現像する現像器１５４と、記録紙１５６を感光体ドラム１０４の配置方向に搬送して、感光体ドラム１０４上に形成された各色のトナー像を記録紙１５６上に転写させる搬送ベルト１５８と、感光体ドラム１０４上に残留したトナーを除去するクリーナ１６０と、各色の転写が終了した記録紙１５６の転写像を定着する定着ロール１６２を有して構成されている。
【０００４】
しかしながら、図２０に示すように、各色毎に光走査装置１０２、感光体１０４、帯電器１５０、現像器１５４、クリーナー１６０等を設けた構成の場合、最も外側の感光体１０２間の距離Ｌ１が長くなり、画像形成装置１００が大型化する、という問題があった。
【０００５】
また、図２１には、複数の各色のレーザビームを単一の光源から出射するレーザアレイを用いた画像形成装置を示した。図２１に示す画像形成装置１０７は、４本のレーザビーム１０６を出射する半導体レーザアレイ（図示せず）と、半導体レーザアレイから出射された４本のレーザビーム１０６を共通に反射偏向するポリゴンミラー１６４と、ポリゴンミラー１６４で反射偏向した４本の偏向ビームを所定の方向に導く反射ミラー１６６と、反射ミラー１６６で反射した４本のレーザビーム１０６をそれぞれ主走査方向に集束させて感光体ドラム１０８の露光ライン上を等速度で走査させるｆθレンズ１６８と、異なった角度の４つの入射面を有するプリズムと４枚のミラーを組み合わせて成り、ｆθレンズ１６８を通過した４本のレーザビーム１０６を感光体ドラム１０８の配列位置に応じた方向に分離するプリズム型反射鏡１７０と、プリズム型反射鏡１７０によって分離された４本のレーザビーム１０６をそれぞれ対応する感光体ドラム１０８に導く反射ミラー１７２と、反射ミラー１７２で反射した４本のレーザビーム１０６を副走査方向にそれぞれ集束させるシリンドリカルレンズ１７４により構成されている。
【０００６】
しかしながら、図２１に示すように、複数のレーザビーム１０６を図示しない単一の光源から出射するレーザアレイ光源を用いた場合には、複数のレーザ光を光学的に割り振るため光走査装置１０９内の光路設計が複雑になる、という問題があった。また、感光体ドラム１０８のそれぞれの間には、図示は省略したがクリーナ、現像器等の関連装置が配置されているため、感光体ドラム１０８のそれぞれの間の距離が決まっており、この各感光体ドラム１０８の位置に合わせて反射ミラー１７２が配置されるため、最も外側の反射ミラー１７２間の距離Ｌ１が、最も外側の反射ミラー１７２と感光体ドラム１０８の結像位置との距離Ｌ２に比べて非常に大きくなり、光走査装置１０７が大型化する、という問題があった。
【０００７】
このような、画像形成装置の大型化、光走査装置の大型化を防ぐため、例えば特許文献１には、図２２、２３、２４に示すような画像形成装置１０１、１０３、１０５が提案されている。
【０００８】
図２２に示す画像形成装置１０１は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データに基づいて変調された４本のレーザビームを出射する光走査装置１１と、光走査装置１１から出射された４本のレーザビームに対応して設けられ、該レーザビームによる露光により表面に静電潜像をそれぞれ形成する感光体ドラム３２と、により構成されている。
【０００９】
光走査装置１１は、近接した４本のレーザビーム１３を出射するレーザアレイ光源１２と、レーザアレイ光源１２から出射された拡散する４本のレーザビームをそれぞれ平行ビームにするコリメータレンズ１４と、コリメータレンズ１４を通過した４本のレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ１６と、シリンドリカルレンズ１６を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー１８と、反射ミラー１８で反射した４本のレーザビームを所定方向へ反射偏向するポリゴンミラー２０と、ポリゴンミラー２０で反射偏向した４本のレーザビームをそれぞれ主走査方向、及び副走査方向に集束させて感光体ドラム３２の露光ライン上を等速度で走査させるｆθレンズ２２と、ｆθレンズ２２を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー２４と、出射窓支持部材２５上に支持され、反射ミラー２４で反射した４本のレーザビームを感光体ドラム３２の配列位置に応じた方向に分離する光分離多面鏡２６と、光分離多面鏡２６で分離された４本のレーザビームをそれぞれ対応する感光体ドラム３２に導く最終ミラー（シリンドリカルミラー）２８と、で構成されている。
【００１０】
光分離多面鏡２６は、入射する４本のレーザビームの中心を通り、これらのレーザビームの光軸と平行な面に関して対称な位置に、それぞれレーザビームの入射方向に対して互いに異なった所定の角度で２面ずつ配置させられ、入射した４本のレーザビームを４つの異なった方向に反射する反射面を有して構成されている。反射面の反射角は、感光体ドラム３２の配列位置に応じて最終ミラー２８の位置と含めてレーザアレイ光源１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定される。
【００１１】
最終ミラー２８は、光分離多面鏡２６に入射する４本のレーザビームの中心を通り、それらのレーザビームの光軸に平行な面に関して対称で、且つ、感光体ドラム３２の配列位置に基づいて光分離多面鏡２６の反射面の反射角との関係を含めてレーザアレイ光源１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定された位置に配置されている。また、両外側に配置されている最終ミラー２８間の距離Ｌ１が、最終ミラー２８と感光体ドラム３２の結像位置との間の距離Ｌ２の２倍より小さく設定されている。
【００１２】
感光体ドラム３２は、その転写部における転写媒体への転写効率を１００％に設計して、クリーナや廃トナー貯蔵部を不要にしたので、小さな中心間距離Ｌ３で配列されている。
【００１３】
また、図２２に示すように、レーザアレイ光源１２は制御装置１５によって制御される。また、制御装置１５は、図示しないＡＰＣ回路を含んでおり、レーザアレイ光源１２に設けられたレーザビーム１３のバックビームを検知するための図示しないフォトダイオードの出力（レーザビームの光量）をモニタして、光量が予め定めた所定光量になるように光量調整する、所謂ＡＰＣ（Auto Power Control）制御を行うことができると共に、入力された画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。
【００１４】
次に、図２３に示す画像形成装置１０３について説明する。なお、図２２に示す画像形成装置１０１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
画像形成装置１０３は、最終ミラー２８を反射ミラーとし、最終ミラー２８で反射したレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ３０を備えている。
【００１６】
次に、図２４に示す画像形成装置１０５について説明する。なお、図２２に示す画像形成装置１０１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
画像形成装置１０５は、感光体３２が中間転写ドラム３４上に配置されており、中間転写ドラム３４の下方に転写ロール３６が配置された構成である。
【００１８】
これらの画像形成装置では、４本のレーザビームを出射するレーザアレイ光源１２からの各レーザビーム１３を、Y（イエロー）色用、M（マゼンダ）色用、C（シアン）色用、K（ブラック）色用に各々割り当て、各レーザビームを各色毎に設けられた感光体３２に略平行に入射させる事で、１つの光走査装置で４色分の画像を形成させている。また、これらの画像形成装置では、各色毎の感光体３２に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ね合わせた後、用紙上に一括して転写するため、高速かつコンパクトで安価な構成とすることができる。
【００１９】
さらに、上記の画像形成装置は、両外側に配置されている最終ミラー２８間の距離Ｌ１が、最終ミラー２８と感光体ドラム３２の結像位置との間の距離Ｌ２の２倍より小さく設定されているため、最終ミラー２８等を他の走査光学系と一体化させることができ、光走査装置を小型化することができる。
【特許文献１】特開平１０−２０６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、これらの画像形成装置に、熱干渉による光量変動が大きいレーザアレイ光源を用いたり、光量変動が大きい領域のレーザ出射光量域を使用したりした場合、副走査方向に各色の濃度差や色差が発生してしまう場合がある。この点について図２５を参照して説明する。
【００２１】
図２５には、４本のレーザビーム１３を出射するレーザアレイ光源１２における各チャンネルのレーザ点灯タイミング及び各感光体に照射されるレーザビームの光量が示されている。なお、チャンネルＣｈ１がM色用、チャンネルＣｈ２がY色用、チャンネルＣｈ３がK色用、チャンネルＣｈ４がC色用となっている。
【００２２】
図２５に示すように、まず、画像形成前に、チャンネルＣｈ１から順に強制点灯させ、ＡＰＣ制御により光量がＰ１のレベルになるように光量調整する。そして、各色のＳＯＳ信号（走査開始信号）が入力されると、各色の画像信号に応じて各レーザビームがオンオフされる。
【００２３】
ここで、画像形成前にＡＰＣによりレーザビームの光量をＰ１のレベルに調整しても、各レーザビームが順次点灯されるに従って、レーザアレイの熱干渉により各レーザビームの光量が低下する。例えば、チャンネルＣｈ１からのレーザビームの光量は、チャンネルＣｈ２〜Ｃｈ４からのレーザビームが点灯するに従って熱干渉が発生し、図２５に示すようにＰ２１、Ｐ３１、Ｐ４１のように光量が低下していく。この光量の低下（Ｐ１との光量差）が濃度差、色差となって現れる。
【００２４】
本発明は上記事実に鑑みて成されたものであり、画像の濃度差及び色差を抑制することができるレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明者は、図２２、２３、２４に示した画像形成装置１０１、１０３、１０５におけるレーザアレイの光量変動と各色の濃度差、色差との関係を実験により調査した所、図１８及び図１９に示すような結果を得た。
【００２６】
図１８及び図１９には、人間の相対感度が最も高いＭ色におけるレーザアレイの光量変動ΔＰ（％）と濃度差ΔＤとの関係及び前記光量変動ΔＰと色差ΔＥｃｍｃとの関係がそれぞれ示されている。これらの実験結果は、レーザアレイの光量変動を複数段階（図１８、図１９では６段階）に調整して各々プリントサンプルを作成し、これを測色した結果である。そして、各プリントサンプルを被験者１０人によって目視確認してもらい、濃度差、色差を認知できるか否かを評価してもらった所、光量変動ΔＰが約９％の場合（濃度差ΔＤが約０．０４の場合）、５０％の人が濃度差が発生しているのを認知したものの、気にならないレベルである、という結果を得た。これ以上光量変動ΔＰが大きくなると、肉眼で検知できるほどの濃度差や色差が発生する。
【００２７】
従って、図２２〜２４に示したような画像形成装置で高画質化を図るには、レーザアレイの熱干渉に起因する光量変動を抑制する必要があり、好ましくは光量変動ΔＰを約９％以下に抑制する必要がある。
【００２８】
そこで、請求項１記載の発明のレーザアレイ光源は、複数のレーザビームを射出し、かつ前記レーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された複数の発光領域を備えかつ前記発光領域間に第１の溝が設けられたレーザアレイと、前記所定方向の所定位置に前記レーザアレイの少なくとも一部が接するように設けられかつ前記第１の溝に対応する位置に第２の溝が設けられたサブマウントを介して、前記レーザアレイに発生する熱を放熱するためのヒートシンクと、で構成され、かつ前記発光領域間における前記所定方向の熱抵抗が、前記発光領域から前記ヒートシンクにおける前記所定方向と交差する方向の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、レーザ光源は、複数のレーザビームを射出し、かつレーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された複数の発光領域を備えかつ発光領域間に第１の溝が設けられたレーザアレイを備えている。すなわち、単一のレーザ光源から複数のレーザビームが射出される。また、レーザ光源は、所定方向の所定位置にレーザアレイの少なくとも一部が接するように設けられかつ第１の溝に対応する位置に第２の溝が設けられたサブマウントを介して、レーザアレイに発生する熱を放熱するためのヒートシンクが設けられている。このヒートシンクは、レーザアレイの所定方向に全て接するように設けられていてもよい。
【００３０】
そして、発光領域間における所定方向の熱抵抗が、発光領域からヒートシンクにおける所定方向と交差する方向の熱抵抗よりも大きい。これは発光領域間に第１の溝を設けると共に、ヒートシンク上に設けられたサブマウントの第１の溝に対応する位置に第２の溝を設けることで発光領域間の面積を減少させたり、各発光領域間の距離を長くすることにより実現できる。
【００３１】
このように、発光領域間の熱抵抗が、発光領域からヒートシンクにかけての熱抵抗よりも大きいため、発光領域で発光されたレーザビームにより発生する熱がヒートシンク側へ逃げやすくなり、放熱性が高まる。これにより、各レーザビームの光量変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、画像濃度差及び色差を目立たなくすることができると共に、光走査装置の設計の自由度を高めることができる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。まず、図２２〜２４に示した画像形成装置１０１、１０３、１０５等のような単一のレーザ光源から射出された複数のレーザを対応する感光体に各々照射する画像形成装置に好適なレーザアレイ光源について説明する。
【００３４】
図１（Ａ）に本発明に係るレーザアレイ光源４０の平面図を、図１（Ｂ）にレーザアレイ光源４０の断面図をそれぞれ示した。
【００３５】
レーザアレイ光源４０は、図１（Ｂ）に示すように、ヒートシンク４２上にサブマウント４４が接着剤４６によって接着されており、サブマウント４４上にレーザアレイチップ４８がコンタクト電極５０を介してマウントされた構成となっている。
【００３６】
レーザアレイチップ４８は、上から順に図示しないｎ層、活性層、ｐ層等が順次積層された構成となっており、レーザビームの射出方向と交差した所定方向に沿って配置された各発光点５２間には、ｐ層からｎ層まで達するトレンチ（溝）５４が各々形成されている。なお、サブマウント４４にも、トレンチ５４と対応する位置にトレンチ５８が各々形成されている。また、各発光点５２に対応するｐ層上には、ｐ電極５６が各々形成され、このｐ電極５６がコンタクト電極５０と各々接続される。また、図１（Ａ）に示すように、各コンタクト電極５０からは引き出しパターン電極５０Ａが引き出されており、これが接続ワイヤ６０により外部電極６２と接続されている。また、ｐ電極５６と反対側の面には、ｎ電極６４が形成されており、ｎ電極６４は、図１（Ａ）に示すように、接続ワイヤ６０を介してヒートシンク４２と接続されている。
【００３７】
次に、レーザアレイ光源４０が満たす条件について説明する。まず、一般的なレーザアレイ光源の任意のレーザに着目した場合の光量変動について説明する。
【００３８】
任意のレーザの自己点灯時に発生する熱量をΔＴｉとすると、ΔＴｉは次式で示される。
【００３９】
ΔTi＝Iopi×Vopi×α×Ri×(1-EXP(t/(Ri×Ci)) …（１）
但し、Iopiは任意の光量Ｐにおける動作電流（ｍＡ）、Vopiは任意の光量Ｐにおける動作電圧（Ｖ）、Riは熱抵抗（K／W）、Ciは熱容量（Ｊ／Ｋ）であり、ｉは自然数（ｉ＝１、２、３、…ｎ）で、レーザ番号を示す。例えばΔＴ1は１番目のレーザが点灯したときの発熱量を示し、Iop1は１番目のレーザの光量Ｐにおける動作電流を示す。レーザの熱時定数τiはRi×Ciで示される。また、αは点灯本数に依存するレーザアレイ固有の補正係数である。複数のレーザを同時に点灯した時は、レーザを単独で点灯した時よりが熱が逃げにくくなり熱抵抗が増加するため、レーザを単独点灯したときの熱抵抗をＲｉとすると、レーザをｎ本点灯した時の熱抵抗は、概ねｎ×Ｒｉで表すことができる。
【００４０】
また、ｉ番目のレーザ以外のｊ番目（ｊは自然数、ｊ＝１、２、３、…ｎ：ｉ≠ｊ）に点灯したレーザから流入する熱量をΔＴrｊとすると、ΔＴrｊは次式で示される。
【００４１】
ΔTrj＝Iopj×Vopj×Rrj×(1-EXP(t/(Rrj×Crj)) …（２）
但し、Rrjは熱干渉による熱抵抗（K／W）、Crjは熱干渉による熱容量（Ｊ／Ｋ）である。なお、熱時定数τrjはRrj×Crjで示される。点灯されるレーザが３本以上の場合、ｉ番目のレーザに流入する熱量は、上記（２）式のΔＴｒｊを合計した総熱量、すなわち、ｉ番目以外に点灯した全てのレーザからの熱量の総和と自己発熱量との総和になり、この総熱量をΔＴiallとすると、ΔＴiallは次式で示される。
【００４２】
ΔＴiall＝ΔＴｉ＋ΣΔTｒｊ    …（３）
例えば、レーザが４本の場合、１番目のレーザに流入する総熱量は、ΔＴ1all＝ΔＴ1＋ΔＴr2＋ΔＴr3＋ΔＴr4となる。
【００４３】
以上から、ｉ番目のレーザの光量変動をΔＰｌｄｉとすると、ΔＰｌｄｉは次式で示される。
【００４４】
ΔPldi＝ηi×(Iopi−Ithi×Exp((ΔTi＋ΣΔTrj)/T0i))    …（４）
但し、ηiはスロープ効率（Ｗ／Ａ）、Ithiはしきい値電流（ｍＡ）、T0iは特性温度（Ｋ）である。
【００４５】
上記（４）式において、ｉ＝１、ｎ＝１の場合がレーザが１本の場合、すなわちシングルレーザの場合の光量変動の式になる。すなわち、上記（４）式はシングルレーザの場合を含んだ拡張式になっている。
【００４６】
上記（３）、（４）式より、各レーザがシングルレーザと同じキャビテイ構造であるレーザアレイについて複数のレーザを点灯させると、隣接するレーザからの熱干渉による熱量ΔTijにより、光量変動量はシングルレーザに比べて必ず大きくなる。これは、シングルレーザの出射光量範囲で設計した光走査装置の光透過設計範囲を縮小させ、光学設計の変更や、場合によっては光走査装置のコスト増加を発生させる要因となる。
【００４７】
また、このようなレーザアレイを用いた画像形成装置により、図２５に示すように各ビームをＹ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色に振り分けて順次転写像を形成した場合、レーザ点灯本数の増減時に画像濃度変化、色変化が発生する。特に、レーザアレイ内の各レーザの発熱特性及び放熱特性の差が大きいと、各レーザ間の光量変動差が大きくなり、合成色の色差が異なるという問題も加わる。
【００４８】
以上のことから、図２２〜２４に示した画像形成装置において、画質に影響を与えないための理想的なレーザアレイの必要条件は、各ビームの発熱量が均一でかつ低く、熱干渉が小さくかつ熱干渉が発生しても各ビーム間の熱量の変化量が少ないことである。
【００４９】
図２には、従来の４ビームのレーザアレイ光源１１０を示した。図２（Ａ）にレーザアレイ光源１１０の平面図を、図２（Ｂ）にレーザアレイ光源１１０の断面図をそれぞれ示した。
【００５０】
図２（Ｂ）に示すように、レーザアレイ光源１１０は、ヒートシンク１１２上にサブマウント１１４が導電性接着剤１１６によって接着されており、サブマウント１１４上にレーザアレイチップ１１８がマウントされた構成となっている。
【００５１】
レーザアレイチップ１１８は、サブマウント１１４上にｎ層１２０、活性層１２２、ｐ層１２４、絶縁層１２６が順次積層された構成となっており、各発光点１２８間には、絶縁層１２６からｎ層１２０まで達する絶縁部１３０が形成されている。また、各発光点１２８に対応するｐ層１２４上には、電極１３２が各々形成され、各電極１３２には、接続ワイヤ１３４が接続され外部電極との接続ができるようになっている。なお、図中点線部分は、絶縁層を挟んだ多層構造となっており、互いの電極が接触しない構成となっている。
【００５２】
このようなレーザアレイ光源１１０の熱抵抗値はある範囲をもっているが、これは、レーザの点灯本数の増加に従って増加する発熱量に対して、放熱に寄与するヒートシンク１１２と接触する面積の割合が小さくなるからである。なお、物体間の熱抵抗Ｒは、次式で表される。
【００５３】
Ｒ＝（１／ｋ）×（Ｌ／Ｓ）      …（５）
但し、ｋは物体間の熱伝導率、Ｌは物体間の長さ、Ｓは物体間の接触面積を示す。
【００５４】
このようなレーザアレイ光源１１０のレーザ出射光量（ｍＷ）と光量変動ΔＰ（％）との関係を図１１に、レーザの点灯数と規格化光出力比との関係を図１２にそれぞれ示した。
【００５５】
なお、図１１に示した光量変動ΔＰは、周波数６００Ｈｚでデューティを１０％、９０％にしてパルス点灯させ、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約６０°Ｃの場合において、デューティ９０％で点灯した時の収束光量とデューティ１０％で点灯した時のピーク光量との比で、通称ドループと呼ばれている光量変化である。
【００５６】
また、図１２に示した規格化光量比は、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約２５°Ｃの場合において、各レーザの出射光出力を一定に合せたときの光量を１とし、点灯数を増加させた時のレーザ出射光出力の比率を表したものである。
【００５７】
図１１、１２から明らかなように、レーザの点灯数に比例して光量変動ΔＰが増加し、各レーザの出射光量が増加するに従って光量変動ΔＰが急激に減少するのが判る。
【００５８】
次に、このようなレーザアレイ光源１１０のレーザアレイチップ周辺における熱の流れについて説明する。
【００５９】
図２に示すように、レーザを複数点灯した時の熱流成分は、レーザアレイチップ１１８からヒートシンク１１２に流れる熱流成分Ａ、レーザ相互の熱流成分（熱干渉）Ｂ、外部へ雰囲気として流れる熱流成分Ｃ、接続ワイヤ１３４から外部電極へ流れる熱流成分Ｄに分類することができる。
【００６０】
レーザアレイ光源１１０内に流れる熱流に対する熱流成分Ｃ及び熱流成分Ｄの寄与率は、レーザアレイ光源１１０の熱抵抗と各主要構成物質の熱抵抗の比から求めることができる。レーザアレイ光源１１０内に流れる熱流を１００％と仮定して計算すると、熱流成分Ｃは約１．７％以下、熱流成分Ｄは約１．５％以下になる。具体的な算出ケースは、レーザアレイ光源１１０が収納される機密端子パッケージ内への封入ガスであるドライ空気、Ｎ2ガス、接続ワイヤ１３４に直径２８μｍ、長さ１ｍｍの金線である。
【００６１】
このように、熱流成分Ｃ，Ｄはレーザアレイ光源１１０内に流れる熱流に対して微小であり、レーザを点灯しときの熱の流れは、熱流成分Ａ、Ｂが支配的であることが判る。
【００６２】
この熱流の関係と熱抵抗Ｒｉ、Ｒｒｊを用いて求めた熱飽和状態における熱抵抗簡易等価回路を図３に示す。
【００６３】
図３に示すように、熱抵抗簡易等価回路１４０は、各レーザに対応する熱源Ｃｈ１〜Ｃｈ４を備えており、各熱源Ｃｈ１〜Ｃｈ４から熱流Ｉ１〜Ｉ４が流れる。また、各熱源Ｃｈ１〜Ｃｈ４にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が接続されている。このスイッチをオンした状態がレーザを点灯した状態に相当する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４には、それぞれ熱抵抗Ｒ１〜Ｒ４が各々接続され、熱抵抗Ｒ１と熱抵抗Ｒ２との間には熱干渉熱抵抗Ｒ１２が、熱抵抗Ｒ２と熱抵抗Ｒ３との間には熱干渉熱抵抗Ｒ２３が、熱抵抗Ｒ３と熱抵抗Ｒ４との間には熱干渉熱抵抗Ｒ３４がそれぞれ接続されている。また、各熱抵抗Ｒ１〜Ｒ４には、ヒートシンク１１２の熱抵抗Ｒｓが接続されている。なお、図３では、各熱抵抗Ｒ１〜Ｒ４を流れる熱流をｉ１〜ｉ４、各熱干渉熱抵抗Ｒ１２，Ｒ２３，Ｒ３４を流れる熱流をｉ１２、ｉ２３、ｉ３４、ヒートシンク１１２を流れる熱流をｉｓでそれぞれ示している。
【００６４】
このような熱抵抗簡易等価回路１４０から、各レーザの発熱量をＱ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４とした場合に、前述した理想的なレーザアレイ光源の必要条件は、以下のようになる。
【００６５】
条件１：各レーザの発熱が略均等で、かつ小さい。
【００６６】
Ｑ１≒Ｑ２≒Ｑ３≒Ｑ４  かつ  Q１→０
条件２：各レーザの放熱性が略均等で、かつ小さい。
【００６７】
Ｒ１≒Ｒ２≒Ｒ３≒Ｒ４  かつ  Ｒ１→０
条件３：各レーザ間の熱干渉が小さい。
【００６８】
Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３４→∞
条件１、２について関連する先行技術としては特許第２６２２０２９号公報や特許第２６７７２１９号公報に記載された技術がある。また、条件３の理想的な状態を実現するには、隣接する各レーザ間をガス等の気体で分離することが必要となるが、レーザ間が近接したレーザアレイで実現することは極めて難しい。これは、各レーザ毎にチップをサブミクロン精度で配置するための安価な技術がないためである。
【００６９】
本発明に係るレーザアレイ光源では、条件１、２を略満足するレーザ構造を有すると共に、条件２及び条件３の関係を見直し、新たに以下に示す条件４を満足する構造とした。
条件４：Ｒ１≒Ｒ２≒Ｒ３≒Ｒ４＜Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３４
ただし、Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３４の関係は任意。
【００７０】
上記条件４は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク１１２に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させるための条件である。なお、下記に示すように、条件４の下位条件として以下のような条件としてもよい。
条件４’：Ｒ１≒Ｒ２≒Ｒ３≒Ｒ４＜Ｒ１２≒Ｒ２３≒Ｒ３４
条件４”：Ｒ１≒Ｒ２≒Ｒ３≒Ｒ４＜Ｒ１２≒Ｒ３４＜Ｒ２３
条件４’は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク１１２に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させると共に、各熱干渉熱抵抗を略均等にする条件である。また、条件４”は、レーザ間に流れる熱流よりも、ヒートシンク１１２に流れる熱流を大きくし熱干渉成分を減少させると共に、熱干渉熱抵抗Ｒ１２，３４を略均等にし、かつ熱干渉熱抵抗Ｒ２３よりも小さくする、すなわち中央側の熱干渉を大きくする条件である。
【００７１】
条件４’は、レーザ間の熱抵抗差が略均等のため、レーザを多数点灯した時の熱流入のばらつきを抑えることができるため、点灯パターンによる飽和温度差が減少し、画像面内における２次色間の色差、３次色での色差を少なくすることができる。
【００７２】
これについて図２５を参照して簡単に説明する。図２５において、各レーザの点灯により発生する熱の放熱性が異なると、熱干渉飽和時の光量収束値Ｐ２1、Ｐ３１、Ｐ４1、Ｐ２２、Ｐ３２、…がすべて異なる。例えば、従来用いていた図２に示したようなレーザアレイ光源１１０では、両端側のレーザ（Ｃｈ１及びＣｈ４）と中央側のレーザ（Ｃｈ２及びＣｈ３）との放熱バランスが異なる為、Ｐ３１−Ｐ２１とＰ３２−Ｐ２２が異なり、光量変動差が２つの状態に別れる。この状態でＣｈ１をM色、Ｃｈ２をY色、Ｃｈ４をＣ色に選択し、２本のレーザを点灯することによりＲＧＢ合成色を作ると、Ｒ色（ＭＹ合成色）やＧ色（ＹＣ合成色）と異なる濃度でＢ色（ＭＣ合成色）が形成される。また、放熱特性の異なるレーザアレイを用いて３色で面内に一様なフルカラー像を形成しようとすとると、副走査方向に１色点灯領域、２色点灯領域、３色点灯領域の異なる光量変動が混在する事に加え、各レーザの飽和時の光量変動状態数が増加し、放熱性が揃ったレーザアレイより副走査方向の合成色差が大きくなる。しかも、実際のカラープリント画像では各種カラー画像出力の濃淡を各レーザの点滅動作で対応するため、各レーザの熱的光量変動状態数は絶えず変化し、非常に多数の複雑な光量変動状態になる。
【００７３】
このような複雑な光量変動を減少させるには、各レーザの放熱性が略均等なレーザアレイを用い、かつレーザ間の放熱差が等しいことが必要となり、上記条件４と比較した場合条件４’の方がカラー画像に対する濃度差や色差等の悪影響が少なくなる。
【００７４】
すなわち、条件４’の場合、図２５における各光量の関係は、Ｐ２１≒Ｐ２２≒Ｐ２３≒Ｐ２４、Ｐ３１≒Ｐ３２≒Ｐ３３≒Ｐ３４、Ｐ４１≒Ｐ４２≒Ｐ４３≒Ｐ４４かつＰ２１−Ｐ１≒Ｐ３１−Ｐ２１≒Ｐ４１−Ｐ３１となる。
【００７５】
条件４”は、条件４’よりも更に熱干渉のバランスを改善したものである。これは、両端側と内側とにレーザの放熱性差があり、端部のレーザのほうが熱干渉の影響が小さくなる。例えば、２ビーム毎に熱干渉熱抵抗値を上げると、各レーザが端部のレーザの放熱性に近づく為、熱干渉によるレーザ間光量変動差を少なくすることができる。
【００７６】
これについて検証するため、図３に示した熱抵抗簡易等価回路における各Ｃｈ毎のインピーダンスを計算してみる。なお、計算を簡略化するため、図４に示すように、ヒートシンクまでの熱抵抗を全てＲ１、レーザ間の熱抵抗を全てＲ２とし、条件４’を用いて計算した。
【００７７】
例えばＣｈ１を点灯したときの等価回路は図４で示され、この回路の合成インピーダンスＺｃｈ１は次式で示される。
【００７８】
Ｚｃｈ１＝Ｒ１（Ｒ２＋Ｚ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｚ２）＋Ｒｓ  …（６）
但し、Ｚ２＝Ｒ１（Ｒ２＋Ｚ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｚ２）
Ｚ１＝Ｒ１（Ｒ１＋Ｒ２）／（２Ｒ１＋Ｒ２）
また、Ｃｈ２を点灯した時の等価回路は図５で示され、この回路の合成インピーダンスＺｃｈ２は次式で示される。
【００７９】
Zch2=R1(R1+R2)(R2+Z1)/(R1(R2+Z1)+(R1+R2)(R2+Z1)+R1(R1+R2))+Rs
…（７）
但し、Ｚ１＝Ｒ１（Ｒ１＋Ｒ２）／（２Ｒ１＋Ｒ２）
図６には、熱抵抗Ｒ１を入力パラメータとしたときの、Ｒ２／Ｒ１とＺｃｈ２／Ｚｃｈ１の関係を示した。また、図２７には、Ｒ２／Ｒ１と光量変動ΔＰとの関係を示した。図２７に示すように、Ｒ２／Ｒ１が大きい程、すなわち熱干渉熱抵抗Ｒ２が熱抵抗Ｒ１よりも大きくなる程、光量変動ΔＰが小さくなるのが判る。また、Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１が１に近いほど、レーザ間の合成熱抵抗の差が小さくなるため、より光量変動差を抑えることができるが、図６に示すように、Ｒ２／Ｒ１が大きくなる程、Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１が１に近づき、光量変動差を抑えることができる。
【００８０】
なお、図６から明らかなように、Ｒ２／Ｒ１＜１の領域、すなわち、熱干渉熱抵抗Ｒ２が熱抵抗Ｒ１よりも小さい場合には、Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１の変化が大きい。これはレーザ間の熱干渉による熱抵抗が小さい為、隣接するレーザからの熱の流入による温度変化が大きくなり、各レーザを点灯した時の光量変動差が大きくなる事を示している。この領域のレーザアレイ光源、すなわち、熱干渉熱抵抗Ｒ２が熱抵抗Ｒ１よりも小さいレーザアレイ光源は、レーザアレイチップ接着時における熱抵抗のばらつき等の小さな熱抵抗変化でも大きな光量変動差をもたらす為、熱的に不安定な構造である。従って、熱的に安定する領域はＲ２／Ｒ１が１より大きい領域であり、熱干渉熱抵抗Ｒ２が熱抵抗Ｒ１よりも大きくなるような構造のレーザアレイ光源とすることにより、光量変動差を抑えることができる。具体的には、例えばレーザ間の距離がレーザからヒートシンクまでの距離よりも長い構造とする。
【００８１】
また、Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１は熱抵抗の合成インピーダンス比であるから、各レーザ間の熱量の変化が少ない放熱バランスの良い構造のレーザアレイ光源とするためには、Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１＝１となるような構造にすることが好ましい。
【００８２】
以上のことから、光量変動が少なく、熱的に安定し、放熱バランスのよいレーザアレイ光源とするためには、図６に示すように、Ｒ２／Ｒ１が例えば３以上となるような構造とすることが好ましい。
【００８３】
上記の検証は条件４を用いても実施することもできるが、条件４’のレーザアレイを作成するほうが安価であり、さらに条件４を満足するレーザアレイよりも放熱バランスが優れているため、点灯パターンの変化によるカラープリントの濃度差や色差を抑える効果が高く、条件４’の方が実用的である。
【００８４】
なお、上記ケースは４ビームレーザアレイでの検証であったが、各レーザの発熱特性が均一で各レーザの放熱特性に対称性がある構造であれば、点灯可能数が増加した場合でも、隣接するレーザ間にＲ２＞Ｒ１の関係があれば同種の効果をもたらす。
【００８５】
本発明に係るレーザアレイ光源４０は、条件１〜３を略満足すると共に、条件４’を略満足する構造となっている。すなわち、レーザアレイチップ４８に設けられたトレンチ５４、及びサブマウント４４に設けられたトレンチ５８により各レーザ間の接触面積Ｓを小さくすることで各レーザ間の熱干渉を減少させてヒートシンク４２に流れる熱流を大きくすると共に、各レーザ間の距離Ｌ１を略均等にすることにより熱干渉抵抗を略均等にすることで放熱性を高めた構造である。
【００８６】
このようなレーザアレイ光源４０は、以下のようにして作製される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層をエピタキシャル連続成長させ（何れも図示省略）、次に、レーザ発光領域（図１（Ｂ）に示す発光点５２）上に、発光数（４個）分のｐ−ＡｌＧａＡｓのストライプ（図示省略）をフォトリソエッチングにより形成し、２ｎｄエピタキシャル成長によりｎ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層とｐ型キャップ層（何れも図示省略）を形成し、さらにＺｎ等の不純物拡散でオーミック性を改善する。そして、ｐ電極５６を着膜し、フォトリソエッチングで各レーザに個別に電流供給できるようにする。
【００８７】
ここで注意すべき点は、各レーザの発熱源としての性質を略均等にし、なるべく条件１を満足するようにするため、発光点間隔Ｌ１を一定にし、上記（１）式、（４）式におけるIopi、Vopi、ηi、Ithi、T0iの各パラメータが各レーザで同じになる様に、発光点を含む活性層及びストライプ部の構造パラメータと不純物設定パラメータを共通にする。また、各レーザの特性温度Ｔ０の絶対値が比較的大きな値（例えば１５０Ｋ以上）になるようなバンドギャップ構造に調整し、各発熱源の発熱量を抑えたレーザ発光構造とする。
【００８８】
次に、各レーザ間（発光点間）を電気的、光学的に分離するため、図１（Ｂ）に示すように、個別に形成したｐ電極５６間にトレンチ５４を形成する。トレンチ５４は、発光点間距離Ｌ１が比較的短い場合はリアクテイブイオンエッチング等の異方性エッチングを用いて、発光点間距離Ｌ１が比較的長い場合は、ケミカルエッチング法を用いて、ｎ−ＧａＡｓ基板に到達する深さまで切削する。トレンチ５４の深さが深ければ深いほど各レーザ間の熱抵抗が高くなるが、次工程の裏面研摩の際において、基板が破損しない範囲で切削する。
【００８９】
トレンチ５４を形成した後、裏面研摩を行い、基板の厚さを例えば０．１ｍｍ程度にしたあと、研磨した裏面にｎ電極６４を着膜形成し、基板をバー状にへき開し、バー状のレーザのレーザ発振方向に対して垂直な両面に図示しない共振器ミラーを着膜し、バーをへき開し、各レーザを形成する。
【００９０】
サブマウント４４は、適度な絶縁性がありＧａＡｓ（０．５４Ｗ／Ｋ・ｃｍ2）より高い熱伝導率の材質、例えばＳｉ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ、ＳｉＣ、ＳｉＣ（ＢｅＯ含む）等を主成分とした基板を分割したものを用いた。サブマウント４４のレーザアレイチップ４８との実装面側には、レーザアレイチップ４８のｐ電極５６と同程度の大きさのコンタクト電極（Ａｕ系、Ａｌ系）５０を着膜する。そして、コンタクト電極５０と外部電極６２とを接続できるように、図１（Ａ）に示すようなコンタクト電極５０から引き出された引き出しパターン電極５０Ａを形成する。引き出しパターン電極５０Ａは金線から成る接続ワイヤ６０により外部電極６２と接続される。
【００９１】
なお、サブマウント４４上のコンタクト電極５０には、更に図示しないＰｂＳｎソルダ等を電界めっき法で接合層として形成し、サブマウント４４の厚さをレーザアレイチップ４８と同等の厚さまで裏面研摩する。また、レーザアレイと接触するサブマウント４４には、図１（Ｂ）に示すようにトレンチ５８を形成し、レーザ間の熱抵抗を増加させるようにする。また、サブマウント４４上に形成された引き出しパターン電極５０Ａの大きさを各レーザ間で異ならせることにより各レーザ間の熱抵抗を調整するようにしてもよい。
【００９２】
レーザアレイチップ４８とサブマウント４４のオーミックコンタクトは、レーザアレイチップ４８のｐ電極５６とサブマウント４４の図示しないＰｂＳｎソルダ部をセルフアラインによる加熱処理で結合させ、位置合わせを行う。
【００９３】
このようにして作製したレーザアレイチップ４８を表面実装したサブマウント４４をヒートシンク４２と接着する。接着剤４６は加熱接着剤をヒートシンク４２にポッテイングで塗布し、レーザアレイチップ４８が実装されたサブマウント４４を加熱することにより接着する。なお、加熱接着剤には、熱抵抗の低い導電性材料を用いる事が好ましい。ヒートシンク４２には、Ｔ０管タイプ機密パッケージステムと一体構造のものでかつコバール系材料（Ｃｕ系材料）のものを用いた。
【００９４】
図７に一般的なＴ０管タイプパッケージ７０の一例を示した。図７（Ａ）にはＴ０管タイプパッケージ７０の上面断面図が、図７（Ｂ）には図７（Ａ）に示すウインドウキャップ７２が外された状態のＴ０管タイプパッケージ７０の側面図が示されている。
【００９５】
図７（Ｂ）に示すように、Ｔ０管タイプパッケージ７０は、レーザアレイ光源４０がステム７４上に設けられ、これが図７（Ａ）に示すようなウィンドウキャップ７２でパッケージングされた構成となっている。ウィンドウキャップ７２の上部には、窓部７６が設けられており、この窓部７６に対応するウィンドウキャップ７２の内側には、ガラス７８が封止接着剤８０により接着されている。レーザビームは窓部７６から出射される。
【００９６】
また、ステム７４には、レーザアレイチップ４８から出射されるレーザビームのバックビームを光量検知するためのＰｉＮシリコンホトダイオードチップ８２が実装されており、レーザアレイチップ４８が表面実装されたサブマウント４４をヒートシンク４２に表面実装した後、サブマウント４４上に形成された引き出しパターン電極５０Ａと外部電極６２、レーザアレイチップ４８のｎ電極６４とグランド電極とを金線ボンデイングにより各々電気的に接続する。
【００９７】
最後に、ウィンドウキャップ７２を電気溶接又は熱溶接でステム７４に接続することによりレーザアレイ光源４０の作製が終了する。
【００９８】
なお、条件４’を満足する構造として、図８に示すような構造としてもよい。図８に示すレーザアレイ光源４１は、サブマウント４４にトレンチが設けられておらず、レーザアレイチップ４８に設けられたトレンチ５４の深さが、図１に示すレーザアレイ光源４０のトレンチ５４の深さよりも浅いが、各レーザ間の距離Ｌ２を、図１に示すレーザアレイ光源４０の各レーザ間の距離Ｌ１よりも長くすることで、各レーザ間の熱干渉を減少させてヒートシンク４２に流れる熱流を大きくすると共に、各レーザ間の距離Ｌ２を略均等にすることにより熱干渉抵抗を略均等にすることで放熱性を高めた構造である。
【００９９】
このように、各レーザ間の距離Ｌ２を長くすることにより、発光点５２とヒートシンク４２との間の距離Ｈ２を図１に示すレーザアレイ光源４０の発光点５２とヒートシンク４２との間の距離Ｈ１よりも小さくすることができる。また、サブマウント４４にトレンチが設けられていないため、安価に製造することができる。
【０１００】
また、条件４”を満足する構造としてもよい。このような構造のレーザアレイ光源を図９、１０に示す。
【０１０１】
図９に示すレーザアレイ光源４３は、中央のトレンチ５４の深さが両側のトレンチ５４の深さより深くなっている。その他は図３に示したレーザアレイ光源４０と同様である。すなわち、レーザアレイ光源４３は、中央のトレンチ５４の深さを両側のトレンチ５４の深さよりも深くすることにより、両側２つの発光点間の熱干渉熱抵抗を略均等にし、かつこの熱干渉抵抗よりも中央の発光点間の熱干渉熱抵抗を大きくすることで放熱性を高めた構造である。
【０１０２】
図１０に示すレーザアレイ光源４５は、サブマウント４４が設けられておらず、絶縁性の接着剤４６によってレーザアレイチップ４８とヒートシンク４２とが接着されており、さらにヒートシンク４２の中央部にトレンチ５７が設けられた構成である。
【０１０３】
図１、８、９に示したレーザアレイ光源ではヒートシンク４２とレーザアレイチップ４８との間に絶縁性のサブマウント４４があり、サブマウント４４に溝加工をしている場合と溝加工をしていない場合の例であるが、レーザアレイチップ４８からヒートシンク４２までの間の熱抵抗（所定方向と交差する方向の熱抵抗）よりも各レーザ間の熱抵抗を高めるには、前記（５）式からも明らかなように、レーザアレイチップ４８の熱伝導率Ｋ１よりもサブマウント４４の熱伝導率Ｋ２を高くすれば良い。また、レーザ間の距離Ｌ１（又はＬ２）と発光点５２からヒートシンク４２までの距離Ｈ１（又はＨ２）との関係は、熱伝導率比Ｋ２／Ｋ１の大小関係の効果が大きいため、（Ｋ２／Ｋ１）＞（Ｈ１／Ｌ１）又は（Ｋ２／Ｋ１）＞（Ｈ２／Ｌ２）を満たせば良い。
【０１０４】
図１３には、本発明に係るレーザアレイ光源におけるレーザ出射光量（ｍＷ）と光量変動ΔＰ（％）との関係を、図１４には、本発明に係るレーザアレイ光源におけるレーザの点灯数と規格化光出力比との関係を、図１５（Ａ）には、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるＣｈ１のレーザ出射光量（ｍＷ）と光量変動ΔＰとの関係を、同図（Ｂ）には、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるＣｈ２のレーザ出射光量（ｍＷ）と光量変動ΔＰとの関係をそれぞれ示した。なお、図１３、１４に示した光量変動ΔＰ、規格化光量比は図１１、１２で示したものと同様である。
【０１０５】
また、図１５に示した光量変動ΔＰは、本発明に係るレーザアレイ光源が適用される画像形成装置の動作条件に近いデューティが約５０％のパルスでレーザアレイ光源を駆動した場合のピーク光量と収束値光量との比である。なお、Ｃｈ１及びＣｈ２について選択した理由は、４ビームのレーザアレイ光源の場合は、放熱構造に対称性があるため、Ｃｈ１とＣｈ４、Ｃｈ２とＣｈ３が略同一とみなせ、Ｃｈ１とＣｈ２の選択で十分だからである。
【０１０６】
図１３に示すように、本発明に係るレーザアレイ光源の場合、図１１に示した従来におけるレーザアレイ光源と比較して、光量変動ΔＰは約５０〜６０％程度低下し、大幅に改善されているのが判る。すなわち、図２６に示すように、レーザ出射光量が０．４ｍＷ付近では、ΔＰが約５０％程度改善されているのが判る。また、各レーザ（Ｃｈ）間の光量変動差は、従来のレーザアレイ光源では、図１１に示すように最大で約８％（レーザ出射光量が０．４ｍＷ付近のΔＰの差）あるのに対し、本発明に係るレーザアレイ光源では、図１３に示すように、最大で約３％（レーザ出射光量が１ｍＷ付近のΔＰの差）となっており、従来と比較して約５％程度改善された。
【０１０７】
また、図１４に示すように、本発明に係るレーザアレイ光源でレーザを４本点灯した場合における規格化光出力比は、図１２に示した従来におけるレーザアレイ光源と比較して約４０％程度低下し、光量変動が大幅に改善されているのが判る。
【０１０８】
また、隣接するレーザを点灯した場合に光量変動ΔＰが約９％以下となるレーザ出射光量の下限値Ｐｍｉｎも、図２６に示すように、従来では約２．５ｍＷ程度であったのに対し、本発明に係るレーザアレイ光源では、図２６に示すように約１．２ｍＷ程度まで拡張されている。これにより、光走査装置の光量透過率の設計範囲が拡大され、設計の自由度を高めることができる。さらに、前述したように各レーザ間の光量変動差が小さくなっているため、レーザアレイの放熱バランスも改善されていることが判る。
【０１０９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、簡単な構成で感光体上の光量変動を抑制する形態について説明する。
【０１１０】
前述したように、従来のレーザアレイ光源では、図１１、１２に示したように、レーザの点灯数に比例して光量変動が増加し、また、各レーザの出射光量が増加するに従って光量変動ΔＰが急激に減少する。
【０１１１】
一方、感光体の光量範囲は、画像安定化の為に規定値±１０％以下程度に調整する必要がある。このため、従来から用いられているシングルレーザ（単一のレーザビームを射出するレーザ光源）を複数個用いた光走査装置（図２０、図２１参照）では、それぞれの光透過率（例えばレーザの出射光量と感光体上の光量との比）のばらつきを吸収するために、各レーザ毎に注入電流を変化させ、感光体に必要な規定光量範囲となるように光走査装置を組み立てる段階で調整していた。
【０１１２】
このような調整は、複数のレーザを射出するレーザアレイ光源には適用できない。すなわち、複数のレーザを射出するレーザアレイ光源を光透過率が比較的高い光走査装置に適用した場合、光透過率が比較的低い光走査装置に適用した場合に比べてレーザアレイ光源の出射光量を低く設定してしまうからである。前述したようにレーザアレイ光源はシングルレーザと比較して、特に出射光量が低い範囲では光量変動が大きいため、画像濃度差、色差が目立つようになり、光走査装置を安定して製造できない、という問題になっていた。
【０１１３】
ここで、レーザアレイ光源の寿命から定まるレーザ出射光量の上限値をＰｍａｘとし、光走査装置の光透過率のばらつきにより定まるレーザ出射光量の下限値をＰｍｉｎとすると、光走査装置を安全に設計、生産できる光量範囲はＰｍａｘ／Ｐｍｉｎ＞５以上を満たす範囲とすることが望ましい。しかしながら、図１１、１２に示したような従来のレーザアレイ光源では光量範囲は２＜Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ＜４程度となり、光走査装置を安全に設計、生産できる光量範囲とはなっていない。
【０１１４】
そこで、本実施形態では、光透過率が比較的低い光走査装置を用いて、光走査装置から出射されるレーザビームの光量を比較的安価な光学部品であるフィルタにより減衰させる構成とした。これにより、レーザアレイ光源の出射光量が高めに設定されるため、光量変動を抑制する領域を使用することができ、レーザアレイ光源の熱干渉による画像濃度差、色差の発生を抑制することができる。なお、光量調整する光学部品であれば効果は同一であり、フィルタに限られない。
【０１１５】
図１６には、本実施形態に係る画像形成装置１０を示した。なお、図２４に示す画像形成装置１０５と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１６】
図１６に示すように、画像形成装置１０は、最終ミラー２８がシリンドリカルミラーとなっており、最終ミラー２８から反射されたレーザビーム１３の光路上に減衰手段としてのフィルタ２７が設けられている。各レーザビームはこのフィルタ２７を透過して各感光体３２に各々照射される。これにより、各レーザビームはフィルタ２７によりその光量が減衰させられる。
【０１１７】
図１７には、光走査装置１１の走査光学系の光軸を含む平面における展開図が示されている。ここで、図１７（Ａ）は副走査方向の展開図に対応し、レーザアレイ光源１２から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ１４、及びシリンドリカルレンズ１６によりポリゴンミラー２０上で集束し、次いでｆθレンズ２２により光分離多面鏡２６の反射面上で集束し、更に最終ミラー２８により感光体ドラム３２上で集束する。即ち、副走査方向では、レーザアレイ光源１２の出射面とポリゴンミラー２０、また、ポリゴンミラー２０と光分離多面鏡２６、更に、光分離多面鏡２６と感光体ドラム３２のドラム面が光学的に共役関係になっている。
【０１１８】
一方、図１７（Ｂ）は主走査方向の展開図に対応し、レーザアレイ光源１２から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ１４により平行ビームにされ、次いでｆθレンズ２２により感光体ドラム３２上に結像される。
【０１１９】
以上の構成において、レーザアレイ光源１２からＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データに基づいて変調された４本のレーザビームが出射されると、コリメータレンズ１４により平行ビームにされた後、シリンドリカルレンズ１６により副走査方向に集束され、更にポリゴンミラー２０で反射偏向される。反射偏向された４本の偏向ビームはｆθレンズ２２により主走査方向、及び副走査方向にそれぞれ集束され、反射ミラー２４により光分離多面鏡２６に導かれ、そこで感光体ドラム３２の配列位置に応じた方向に分離される。分離された４本の光ビームはそれぞれ対応する感光体ドラム３２に導く最終ミラー２８で反射され、シリンドリカルレンズ３０を経て予め帯電を受けて回転する感光体ドラム３２を露光して、感光体ドラム３２の表面に静電潜像を形成する。
【０１２０】
このような光走査装置１１は、光透過率が比較的低くなるように各レンズやミラーが構成されている。
【０１２１】
また、図１６に示すように、レーザアレイ光源１２は制御装置１５によって制御される。また、制御装置１５は、図示しないＡＰＣ回路を含んでおり、制御装置１５は、レーザアレイ光源１２に設けられたレーザビーム１３のバックビームを検知するための図示しないフォトダイオードの出力（レーザビームの光量）をモニタして、ＡＰＣ制御を行うことができると共に、入力された画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。具体的には、前述したように、図２５に示すようなシーケンスでレーザアレイ光源１２の点灯タイミングを制御する。
【０１２２】
また、光走査装置１１の光透過率及びフィルタ２７の光透過率は、レーザを複数点灯したときの感光体間の光量変動ΔＰが約９％以下になるように設定している。
【０１２３】
このように、比較的光透過率の低い光走査装置を用いると共にフィルタ２７を設けることにより、レーザアレイ光源の出射光量が高めに設定されるため、従来のレーザアレイ光源１２を用いた場合でも、簡単な構成で光量変動を抑制することができる。また、光走査装置１１の光透過率及びフィルタ２７の光透過率を、レーザを複数点灯したときの感光体間の光量変動ΔＰが約９％以下になるように設定することで、人間の目で検知できるほどの濃度差や色差が発生するのを抑えることができるようになった。
【０１２４】
なお、フィルタ２７は、各レーザビームの光量を一律に減衰させるもの、すなわち全ての面で同一の透過率のものを用いてもよいが、各レーザビーム毎に減衰量が異なるもの、すなわち、各レーザが透過する位置の透過率が各々異なるものを用いても良く、透過率が異なる複数のフィルタを用いてもよい。
【０１２５】
また、図１６に示す画像形成装置１０に、第１実施形態で説明した本発明に係るレーザアレイ光源を適用してもよい。これによりさらに光量変動を抑制することができる。また、フィルタ２７は、前述した図２１〜２４に示した画像形成装置に適用しても上記と同様の効果を奏する。
【０１２６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、例えば図１６、２２〜２４に示す画像形成装置のレーザアレイ光源１２の光量調整タイミングについて説明する。
【０１２７】
レーザアレイ光源１２から射出されたレーザビームの光量が安定するのに必要な光量安定時間は、上記（１）式、（２）式の熱時定数τi、τrjで定まる時間の中で一番長い時間である。
【０１２８】
従って、各レーザに電流を流す通電時間は、熱的に安定する最大の熱時定数で定まる時間より長くしなければならない。なお、各レーザの最大熱時定数は約５ｍｓｅｃ程度であり、熱干渉時の熱時定数τi（熱干渉飽和時間）の方が長い事が知られている。
【０１２９】
一方、レーザ光量の調整は、光走査装置で初期光量を調整するステップと画像書き出し前にＡＰＣ回路で調整するステップとから成る。前者は従来通り、光走査装置を組み立てる際に、レーザアレイ光源の各レーザの注入電流を順次調整するものである。通常、この光量調整時間は光走査装置の組み立て装置内で行われ、数秒を要するため、光量調整時間はレーザアレイ光源の熱干渉飽和時間より長くなり、安定したレーザ光量になる。
【０１３０】
しかしながら、画像書き出し前の光量調整は、レーザアレイ光源に内蔵している光量モニタ（フォトダイオード）が１つしかなく、従来通りＡＰＣ回路でレーザを順次強制点灯させてフィードバック調整する為、各レーザの強制点灯時間内でＡＰＣ制御を収束させるためには各強制点灯時間を熱干渉時の最大熱時定数で定まる時間よりも長くしなければならない。
【０１３１】
また、各レーザの強制点灯時間間隔も、最大熱干渉時定数で定まる時間よりも長くし、レーザアレイ光源を冷却させなければならない。この光量調整は、通常１枚プリントする毎、連続プリントを含むジョブ毎で行う。また、各色の画像書き込み間隔も最大熱時定数で定まる時間よりも長くする必要がある。これは、画像書き出し前の各レーザのＡＰＣ制御による光量調整が、最大熱時定数で定まる時間よりも長い時間をかけて行われた場合でも、各色の画像の書き出しが熱的に不安定な状態で開始された場合、ＡＰＣ制御による光量調整精度が低くなるためである。さらに、最後の色の画像書き出しタイミングから最初の色の画像形成が終了するまでの期間も最大熱干渉時定数で定まる時間よりも長くする必要もある。
【０１３２】
すなわち、制御装置１５は、以下の条件を満たすようにレーザアレイ光源１２を制御する。なお、最大熱干渉時定数をτmaxとする。
【０１３３】
(１)各レーザの強制点灯時間（光量調整期間）＞最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置１５は、図２５に示すＣｈ１のレーザの点灯時間（ｔ２−ｔ１）、Ｃｈ２のレーザの点灯時間（ｔ４−ｔ３）、Ｃｈ３のレーザの点灯時間（ｔ６−ｔ５）、Ｃｈ４のレーザの点灯時間（ｔ８−ｔ７）が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源１２を制御する。
【０１３４】
(２)各レーザの強制点灯間隔（光量調整間隔） ＞ 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置１５は、図２５に示すＣｈ１のレーザの強制点灯が終了してからＣｈ２のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間（ｔ３−ｔ２）、Ｃｈ２のレーザの強制点灯が終了してからＣｈ３のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間（ｔ５−ｔ４）、Ｃｈ３のレーザの強制点灯が終了してからＣｈ４のレーザの強制点灯が開始されるまでの時間（ｔ７−ｔ６）が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源１２を制御する。
【０１３５】
(３)最終強制点灯終了から第１色画像書き出し開始までの時間（最後の色画像に対応するレーザビームの光量調整が終了してから最初の色画像の画像形成開始までの期間） ＞ 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置１５は、図２５に示すＣｈ４のレーザの強制点灯が終了してからＣｈ１のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間（ｔ９−ｔ８）が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源１２を制御する。
【０１３６】
(４)第１色画像書き出し開始から第２色画像書き出し開始までの時間、第２色画像書き出し開始から第３色画像書き出し開始までの時間、第３色画像書き出し開始から第４色画像書き出し開始までの時間（色画像の画像形成開始間隔） ＞ 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置１５は、図２５に示すＣｈ１のレーザによる画像の書き出しが開始されてからＣｈ２のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間（ｔ１０−ｔ９）、Ｃｈ２のレーザによる画像の書き出しが開始されてからＣｈ３のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間（ｔ１１−ｔ１０）、Ｃｈ３のレーザによる画像の書き出しが開始されてからＣｈ４のレーザによる画像の書き出しが開始されるまでの時間（ｔ１２−ｔ１１）が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源１２を制御する。
【０１３７】
(５)最終画像書き出し開始から第１色画像書き込み終了までの時間（最後の色画像の画像形成開始から最初の色画像の画像形成が終了するまでの期間） ＞ 最大熱干渉時定数
すなわち、制御装置１５は、図２５に示すＣｈ４のレーザによる画像の書き出しが開始されてからＣｈ１のレーザによる画像の書き込みが終了するまでの（ｔ１３−ｔ１２）が、最大熱干渉時定数τmaxよりも長くなるようにレーザアレイ光源１２を制御する。
【０１３８】
このように、制御装置１５は、最大熱干渉時定数、すなわち熱干渉飽和時間より長い時間で光量調整を行うと共に熱干渉飽和時間に基づいて各画像の書き出しタイミングを制御するため、各感光体間の光量変動誤差を抑制することができる。この際、光量変動が約９％以下となるように、光量調整時間及び各画像の書き出しタイミングを制御することが好ましい。
【０１３９】
また、第１実施形態に係るレーザアレイ光源４０、第２実施形態に係る画像形成装置１０、及び第３実施形態に係る制御装置１５による各レーザの点灯タイミングの制御を組み合わせてもよい。これにより、さらに光量変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】（Ａ）は本発明に係るレーザアレイ光源の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図２】（Ａ）は従来例に係るレーザアレイ光源の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図３】熱抵抗簡易等価回路の回路図である。
【図４】熱抵抗簡易等価回路の回路図である。
【図５】熱抵抗簡易等価回路の回路図である。
【図６】熱抵抗比Ｒ２／Ｒ１と熱抵抗インピーダンス比Ｚｃｈ２／Ｚｃｈ１との関係を示す線図である。
【図７】（Ａ）はＴ０管タイプパッケージの上面断面図、（Ｂ）はウインドウキャップが外された状態のＴ０管タイプパッケージの側面図である。
【図８】（Ａ）は本発明に係るレーザアレイ光源の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明に係るレーザアレイ光源の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明に係るレーザアレイ光源の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【図１１】従来のレーザアレイ光源のレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図である。
【図１２】従来のレーザアレイ光源のレーザの点灯数と規格化光出力比との関係を示す線図である。
【図１３】本発明に係るレーザアレイ光源のレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図である。
【図１４】本発明に係るレーザアレイ光源のレーザの点灯数と規格化光出力比との関係を示す線図である。
【図１５】（Ａ）は、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるＣｈ１のレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図、（Ｂ）は、本発明に係るレーザアレイ光源の熱干渉時におけるＣｈ２のレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図１７】（Ａ）は光走査装置の副走査方向の展開図、（Ｂ）は光走査装置の主走査方向の展開図である。
【図１８】レーザアレイの光量変動と濃度差との関係を示す線図である。
【図１９】光量変動と色差との関係を示す線図である。
【図２０】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図２１】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図２２】画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２３】画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２４】画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２５】レーザの点灯タイミングを示すタイミングチャートである。
【図２６】本発明及び従来例に係るレーザアレイ光源のレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図である。
【図２７】熱抵抗比Ｒ２／Ｒ１と光量変動との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０ 画像形成装置
１１ 光走査装置
１２、４０ レーザアレイ光源（レーザ光源）
１５ 制御装置
２７ フィルタ
３２ 感光体
４２ ヒートシンク
４４ サブマウント
４６ 接着剤
４８ レーザアレイチップ（レーザアレイ）
５０ コンタクト電極
５２ 発光点
５４ トレンチ
５６、５８ 電極
５７ トレンチ
６０ 接続ワイヤ
６２ 外部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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