アレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源
【課題】高密度に多数の光源素子を配した場合においても、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置であって、
複数の発光素子は、被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
アレイ光源を構成するそれぞれの各発光素子を発光素子ｉとし、各発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、アレイ光源の駆動時における発光素子ｊすべての発熱による発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、被走査面上でｎ／２本以上連続しないように構成されている。
【解決手段】画像形成装置であって、
複数の発光素子は、被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
アレイ光源を構成するそれぞれの各発光素子を発光素子ｉとし、各発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、アレイ光源の駆動時における発光素子ｊすべての発熱による発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、被走査面上でｎ／２本以上連続しないように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真式の画像形成装置に、アレイ光源およびマルチビーム走査装置が用いられている。
電子写真式の画像形成装置に用いられるマルチビーム走査装置においては、アレイ光源からの複数のビームを、複数のスポットとして被走査面上に集光させる。すなわち、複数の発光点を有するアレイ光源からの複数の出射光ビームを、共通の光偏向器（たとえばポリゴンミラー）で同時に偏向させる。
偏向された複数のビームを、共通の走査光学系により副走査方向に分離した複数の光スポットとして、被走査面上に集光させる。
そして、画像信号に応じてアレイ光源の各光源を駆動し、一度に複数のビームを走査することにより、２次元の画像パターンを被走査面上に生成する。
【０００３】
画像形成装置に用いられるアレイ光源として、例えば特許文献１に開示されている面発光レーザアレイがある。
このようなアレイ光源には、より多数の光源素子を備えること、光源素子間のピッチが狭いこと、が求められている。
Ｘ本のビームを出射するアレイ光源およびマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置は、シングルビーム走査装置を用いた画像形成装置に比べ、同じ走査速度でＸ倍のスポットを持つ画像を形成することができる。
すなわち、多数の光源素子を備えたアレイ光源では、画像形成の高速化、形成する画像の高精細化が可能になる。
また、アレイ光源の素子間ピッチを狭くすることで、アレイ光源の発光領域の大きさを小さくできる。
同じ光源素子数でピッチが広いものにくらべて、光学系サイズ（レンズ径など）を小さくすることができるから、コストを低減できる。
また、半導体光源の場合、基板から取れるアレイ光源の数が増加するから、コストを低減できる。
【０００４】
本発明では、被走査面において、被走査面が送られる方向（例えば、被走査面が円筒状ドラム表面の場合はその回転方向）を副走査方向、それに垂直でビームが走査される方向を主走査方向と定義する。
アレイ光源においても以下のように副走査方向および主走査を定義する。すなわち、アレイ光源の副走査方向はマルチビーム走査装置によって被走査面上の副走査方向に結像されるものとする。主走査方向も同様である。
被走査面上に等間隔の走査線を描くために、画像形成装置に利用されるアレイ光源においては、副走査方向に等間隔に同数ずつ、特に通常は１つずつ、光源素子が配される。
副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列に光源素子の発光中心１００１が配されたアレイ光源１０００の例を図９に示す。
アレイ光源における主走査方向の隣接する列間の間隔はいずれもＤである。
また、アレイ光源における副走査方向の隣接する行間の間隔Ｐ１は、副走査方向の素子間の間隔Ｐ０に上記主走査方向のｎ列におけるｎを乗じた値となっている。
例えば、拡大光学系などでは、被走査面上の走査線を密にするため、Ｐ０は、光源素子１００１の径にくらべて一桁程度短い場合がある。この場合、ｎはＰ１＝ｎ×Ｐ０＞（光源素子の直径）を満たすような大きな値であることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第０３１９８９０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光源素子は駆動時に一般的に発熱を伴う。また、光源素子の特性は一般に環境温度の影響を受ける。
これにより、アレイ光源において個々の光源素子は、他の光源素子の発熱の影響である、いわゆる熱クロストークを受ける。
具体的には、熱クロストークにより、各光源素子の出力が変動し、あるいはジッターが発生する。
この結果、アレイ光源およびマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置においては、熱クロストークが被走査面上に形成される画像に対し変調を与える。
例えば、大きな熱クロストークを受けた素子のビームに対応した被走査面上の画像の濃度が薄くなることが考えられる。
なお、光源素子の設計や被走査面の露光方式によっては、濃くなる場合もありうる。すなわち、熱クロストークの大きさと、光源の出力および形成される画像の濃度との関係は画像形成装置に依存する。
【０００７】
アレイ光源において、熱クロストークの影響（他の素子からの熱による素子ｉの上昇温度Ｔｉ）は、素子間の距離が近いほど大きい。
よって、多数の光源素子が狭いピッチで高密度に配置されたアレイ光源では、光源素子ごとに受ける熱クロストーク量は異なる。
特に、上記主走査方向のｎ列におけるｎの値が大きな場合顕著になる。すなわち、一般的にアレイ中心に位置する光源素子の受ける熱クロストーク量は、アレイの周辺部に位置する光源素子の受ける熱クロストーク量よりも大きい。
なお、一般的な画像形成装置について、各光源素子ごとに駆動方法に特異な差がない限り、時間平均をとった各素子の駆動時間および駆動電力はほぼ均等と考えられる。一般的な画像で特定の走査線のみ画像を形成するということは考えにくい。
したがって、素子が受ける熱クロストーク量は、時間平均を取れば、ほぼアレイ構造で決まると考えてよい。
【０００８】
この結果、被走査面上に形成される画像には、熱クロストーク量の光源素子ごとの違いによる変調が形成される。
副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列アレイ光源の場合、特にｎ＞ｍである場合を考えると、主走査方向に見て中心部にある光源素子は、端部にある光源素子に比べて、受ける熱クロストーク量が大きい。
したがって、この場合、被走査面上にはｎ本の走査線周期で画像に変調がかかる。
副走査方向が複数行ある場合は、さらにｍ×ｎ本の走査線周期に対応する変調もかかる場合がある。
【０００９】
図１０は、非特許文献（朝倉書店発行、伊藤謙治 桑野園子 小松原明哲 編、「人間工学ハンドブック」Ｐ６８ 表１．５６）に記載されているコントラスト感度と空間周波数との関係を示す図である。
この図は、様々な空間周波数の正弦波格子に対するコントラスト閾を測り、その逆数をとったものであり、約３サイクル度に最大感度をもつことが示されている。一方、縞の見える（検知することができる限界である）最大周波数を縞視力と呼び、それは約４０サイクル度であるとされている。
図１０に示されているように、人間の視力は画像変調の空間周波数が低下すると、その変調を検知できるようになる。
例えば、走査線の解像度がＺｄｐｉの画像で走査線Ｙ本周期の変調をＬ（ｍ）先から見た場合の空間周波数は０．６８ＬＺ／Ｙ（サイクル／度）である。
一方、非特許文献によれば、上記したように空間周波数が４０（サイクル／度）を下回ると変調を検知することができるとされている。
近方視力の測定距離基準として通常使用される値Ｌ＝０．３を用いると、Ｙ＞Ｚ／１９４ならば検知できるということである。
具体的には、例えばＹ＝１６、Ｚ＝２４００、Ｌ＝０．３の変調の空間周波数は約３１（サイクル／度）であり、検知することができる。
ゆえに、ｎが大きな（したがってＹも大きな）アレイ光源を用いた場合、熱クロストークが素子ごとに異なることに由来する画像の変調が検知できるから、画像の劣化を感じることになる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、高密度に多数の光源素子を配した場合においても、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となるアレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の画像形成装置は、複数の発光素子を備えたアレイ光源と、該アレイ光源からの複数の出射光を走査して被走査面に結像する走査装置とを備え、被走査面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記複数の発光素子は、前記被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉとし、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、前記アレイ光源の駆動時における前記発光素子ｊすべての発熱による該発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
前記平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高密度に多数の光源素子を配した場合においても、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となるアレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図３】本発明の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図５】本発明の実施例を説明する図である。
【図６】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１における面発光レーザの構成例を説明する断面模式図である。
【図８】本発明の実施例を説明する図である。
【図９】背景技術における副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列に光源素子の発光中心が配されたアレイ光源の例を説明する図である。
【図１０】非特許文献におけるコントラスト感度と空間周波数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によれば、以上に説明したように、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となる画像形成装置を実現することができる。
それは、各素子ごとに熱クロストーク量が異なることによる画像劣化を抑制するためには、被走査面における画像変調の空間周波数を上げることが有効であるという知見に基づく。
すなわち、上記したように走査線の解像度がＺｄｐｉの画像で走査線Ｙ本（あるいはｎ本）周期のとき、Ｙ（ｎ）＞Ｚ／１９４ならば画像の変調が検知でき、画像の劣化を感じることになるが、Ｙ（ｎ）＜Ｚ／１９４ならば画像の変調が検知しづらくなる。したがって、画像劣化を抑制することができる。
つまり、素子ごとの熱クロストークそのものは抑えられない（画像変調のコントラストを下げられない）場合であっても、各素子に対応する走査線配置を変更することで画像変調の空間周波数を増加させ、画像劣化を抑えることができる。
そのためには、受ける熱クロストークの大きい素子に対応する走査線を、被走査面においてそれぞれ離して配置することが有効である。
これにより、各素子自体の構造や駆動方法に手をいれなくても、画像劣化を抑制することできる。
ここで、説明のために、アレイ光源における各光源素子ｉが他の発光素子の発熱から受ける平均的な熱クロストークの大きさをＱｉとする。
Ｑｉは、例えば、光源素子ｉ以外のすべての光源素子ｊを同じ条件（例えば一定電流または一定電力を各素子に流す、または一定光出力となるように各素子を駆動する）での駆動時の、光源素子ｉの平均的な上昇温度Ｔｉとする。
また、Ｑｉは例えば、アレイ配置から推定することもできる。
光源素子ｉが別の光源素子ｊから受ける熱クロストークＱｉｊは光源素子間距離Ｒｉｊに負の相関を以って依存し、その依存性は、例えば面発光レーザアレイの場合ではパッケージや実装方法にもよるが経験的に１／Ｒｉｊと近似できる。
本発明の説明において、各素子の熱クロストークにおいて、その絶対値でなく大小関係がわかれば十分であるから、たとえば、次の式（１）で求められるＤｉを以ってＱｉとすることができる。
【００１５】
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、ｊ≠ｉ
本発明の主旨は、Ｑｉ（Ｄｉ）が大きな発光素子に対応する走査線が、被走査面上で特定箇所に集中しないようにすることである。
ここで、Ｑｉ（Ｔｉ、Ｄｉ）が大きな素子ｉとは、つぎの関係を満たす素子のことである。
すなわち、アレイ光源の各発光素子ｋが受ける熱クロストーク量の集合｛Ｑｋ｝（｛Ｔｋ｝、｛Ｄｋ｝）について、
その中間値Ｑｍｅｄ（Ｔｍｅｄ、Ｄｍｅｄ）に対して、Ｑｉ＞Ｑｍｅｄ（Ｔｉ＞Ｔｍｅｄ、Ｄｉ＞Ｄｍｅｄ）を満たす素子ｉ（すなわちアレイの素子数の半数が該当する）のことである。
また、特定箇所に集中しないようにするとは、Ｑｉ＞Ｑｍｅｄなる（中間値であるＴｍｅｄより大きい）発光素子ｉの走査線が被走査面上で一定数以上連続して配置されないようにすることである。
例えば、図２（ａ）のようにほぼ主走査方向にｎ個が一列に並んだ面発光レーザアレイを、その順に被走査面上に結像した場合、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線は、図２（ｂ）に示すようにｎ／２本が連続する。
アレイ光源を例えば、後で実施例１に述べるような配置に変更することで、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線が、被走査面上で主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないようにすることができる。
この結果、熱クロストークによる画像の濃度変調の空間周波数を上げることができる（より正確には、空間周波数の成分の一部が、より高い空間周波数の成分にシフトする）から、形成画像の劣化を抑えることができる。
【００１６】
また、被走査面上での各レーザ素子の結像ビームスポット直径（光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径）の最小値をＳ、被走査面上での走査線間隔の最大値Ｐ、とすると、Ｓ＞Ｐであることが普通である。
この場合、被走査面上で熱クロストークが大きい素子に対応する走査線がＳ／Ｐ本以上連続しないようにすることで、より効果的に画像劣化を抑えることができる。
なぜならば、ビームスポット内に複数の走査線が含まれるため、その中では画像が副走査方向にスムージングされると考えられるからである。
たとえばＳ＝５０μｍ、Ｐ＝１０．６μｍ（２４００ｄｐｉ）の場合には、Ｓ／Ｐ＝４．７であるから、熱クロストーク量の大きな素子の走査線が５本以上連続させないようにすることで、効果的に画像劣化を抑えることができる。
さらに好ましくは、被走査面上で熱クロストークが大きい素子に対応する走査線が、被走査面上で２本未満しか連続しないようにする。
すなわち、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線と、そうでない走査線とが交互となるようにする。この結果、さらに効果的に画像劣化を抑えることができる。
また、本実施形態においては、アレイ光源をつぎのように構成することができる。
すなわち、複数の発光素子を備えたアレイ光源を構成するに当たり、
該複数の発光素子は、特定の方向にｈの間隔で等間隔に配されており、
該アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉ、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊ、該発光素子ｉと該発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
上記式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい複数の発光素子を、前記特定の方向に２ｈの間隔で配した構成とすることができる。
その際、上記間隔のｈは、発光素子が発光する光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値よりも短い構成とする。
【実施例】
【００１７】
以下、アレイ光源およびマルチビーム走査装置の具体的な実施例を述べる。
［実施例１］
実施例１として、アレイ光源を複数の発光素子が被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配した面発光レーザアレイを用いた構成例について説明する。
本実施例の面発光レーザアレイは、複数の発光素子として複数の面発光レーザを備える。
例えば、面発光レーザアレイは、同一基板上に形成された同一構造の面発光レーザからなる。
図７に、本実施例における面発光レーザの構成例を説明する断面模式図を示す。図７に示すように、基板１００上に下部多層膜反射鏡１１０、下部スペーサ層１３０、活性層１４０、上部スペーサ層１５０、上部多層膜反射鏡１６０からなる垂直共振器が形成される。
例えば、基板１００はＧａＡｓ基板であり、下部および上部多層膜反射鏡はＡｌＧａＡｓ系材料の光学厚さがλ／４の層を交互に並べた多層膜からなる。活性層はＡｌＧａＩｎＰ系量子井戸構造からなる。
下部または上部多層膜反射鏡中には、例えば酸化物２２４からなる電流狭窄構造２２２が形成され、活性層の発光領域を制限する。
また、面発光レーザは図に示すようにメサ構造をとっており、絶縁膜１９０でメサ上面および側壁の一部が覆われている。
基板下部の下部電極１８０および上部多層膜反射鏡上部の上部電極１７０から活性層にキャリアが注入され発光し、発振する。
上部電極の開口から光が取り出される。例えば、メサ構造の直径は２０μｍ、電流狭窄領域の直径（ほぼ発光スポット径）は５μｍとする。
【００１８】
本実施例の面発光レーザアレイ９００において、１６個の面発光レーザ素子９０１の配置例を図１（ａ）に示す。
また、具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表１に示す。図１（ａ）のアレイ配置では図９と同様に、水平方向が主走査方向、鉛直方向が副走査方向である。また、水平軸、鉛直軸ともに単位はμｍである。
この面発光レーザアレイは、およそ１行１６列であるが、素子は一直線上に並んでいない。副走査方向の発光素子は等間隔に配されており、その素子間の間隔は４μｍである。
表１の行列の第１列が素子番号ｉ、第２列が副走査方向座標、第３列が主走査方向座標である。第２列、第３列の単位は［μｍ］である。
素子番号ｉは、副走査方向の座標の小さいものから順に与えている。また素子番号１の主走査方向座標、副走査方向座標を（０，０）としている。これらの記法は以下の実施例でも同様とする。
【００１９】
［表１］
【００２０】
これらの面発光レーザアレイからの出射光ビームを、ポリゴンミラーで走査し、被走査面として感光体ドラム表面に副走査方向の順を保ったまま光学系にて結像する。
なお、この光学系の副走査方向の光学倍率を２．６５倍とする。
この場合、被走査面上に形成される走査線の間隔は、１０．６μｍ（２４００ｄｐｉ）となる。
また、被走査面上でのビームスポット直径を５０μｍとする。この場合、ビームスポットは、走査線５０／１０．６＝４．７本分が含まれることになる。
ここで、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量として、式（１）で与えられる量Ｄｉとする。
表１の第４列にＤｉ、また第５列にはＤｉが｛Ｄｉ｝の中間値Ｄｍｅｄより大きい場合に＋１、小さい場合に−１を与えている。
ここで、Ｄｉの単位は［１／μｍ］である。Ｄｉを素子番号順にプロットしたものは図１（ｂ）のようになる。
図１（ｂ）において、水平軸はＤｍｅｄにて鉛直軸と交わるように記している。
【００２１】
図１（ｂ）乃至表１より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続していないことがわかる。
また、２本以上連続しておらず熱クロストークの大きな素子による走査線と小さな素子による走査線が交互に並んでいることがわかる。
一方、これまで用いられてきた、図２（ａ）のように一直線上に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表２に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量の同様のプロットを図２（ｂ）に与える。
なお、図２、表２の記法はそれぞれ図１、表１と同様である。
【００２２】
［表２］
【００２３】
図２（ｂ）乃至表２より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、８本連続していることがわかる。
したがって、この両者を比べた場合、トータルの熱クロストーク量はほぼ同じであるが、被走査面における画像の変調は、図１（ａ）に示す本発明のアレイ配置の方が、図２（ａ）に示すアレイ配置よりも高い空間周波数域にシフトしている。
例えば、図１（ｂ）のＤｉのグラフは、素子番号ｘに対し、（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０となっている。
より具体的には、アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
被走査面にて対応する走査線の数をＴ本とし、該Ｔ本の走査線に対して副走査方向に沿って振った順番をｘとするとき、
アレイ光源の発光素子が、次の式（２）を満足させる関係となっている。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
すなわち、発行素子ｉの数が１増加するごとに増加と減少を交互に繰り返している。
これはΔｉ＝２に相当する高い空間周波数に変調を持ったことを意味する。
したがって、本発明のアレイ配置は従来のアレイ配置にくらべて変調を認識しにくくなっており、画像としての劣化を抑制できている。
ここで、従来例のアレイ配置は、レーザ素子が一直線上に並んでいるため、並んでいない本発明に比べて画像形成装置への取り付けの際に調整の自由度が１次元多い。
本実施例のアレイ光源は取り付け精度が求められる反面、熱クロストークの素子ごとの違いによる画像変調による画像の劣化が抑えられる。
また、一直線上に並んでいないため、本実施例のアレイ光源に、素子間で同一の活性層を共有する端面発光レーザアレイを用いることは困難である。
【００２４】
［実施例２］
実施例２として、本発明の複数のアレイ光源によって構成された面発光レーザアレイを用いた実施例１と異なる形態の構成例について説明する。
面発光レーザ素子は実施例１のものと同様である。また、走査装置も実施例１と同様のものを用いるとする。
なお、本実施例の走査装置は本実施例のアレイ光源からのマルチビームをすべて拾うことができるとする。
図３（ａ）に、本実施例２のものにおける配置例を示す。また、具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表３に示す。
この面発光レーザアレイは、およそ２行１６列である。副走査方向の素子間ピッチは４μｍである。
ここで、実施例１の場合と同様に、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量Ｄｉを素子番号ｉ順にプロットしたものは図３（ｂ）のようになる。
なお、図３、表３の記法は、図１、表１と同様である。
【００２５】
［表３］
【００２６】
図３（ｂ）乃至表３より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続していないことがわかる。
また、２本以上連続しておらず熱クロストークの大きな素子による走査線と小さな素子による走査線が交互に並んでいることがわかる。
一方、これまで用いられてきた、図４（ａ）のように２行１６列に格子状に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表４に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量Ｄｉの同様のプロットを図４（ｂ）に与える。
なお、図４、表４の記法は、図１、表１と同様である。
図４（ｂ）乃至表４より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、８本連続していることがわかる。
【００２７】
［表４］
【００２８】
アレイ光源の行数を１行から複数行に増やすと、取り付けの自由度はどちらの場合も実施例１のアレイ光源の場合と同じであり高い精度が求められる。
しかし、複数行に発光素子を配した光源アレイの場合、同数の発光素子を１行に配した場合にくらべて、アレイ内で光源素子を相対的に短い主走査方向に収めることができる。
この結果、光学系のよりよいところ（たとえばレンズでは光軸中心付近）を利用できるメリットがある。
【００２９】
［実施例３］
実施例３として、本発明の複数のアレイ光源によって構成された面発光レーザアレイを用いた上記各実施例と異なる形態の構成例について説明する。
面発光レーザ素子は実施例１のものと同様である。また走査装置も実施例１と同様のものを用いるとする。
なお、本実施例の走査装置は本実施例のアレイ光源からのマルチビームをすべて拾うことができるとする。
図５（ａ）に、実施例３にかかる配置例を示す。また具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表５に示す。
この面発光レーザアレイは、およそ４行１６列である。副走査方向の素子間ピッチは４μｍである。
ここで、実施例１の場合と同様に、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量Ｄｉを素子番号順にプロットしたものは図５（ｂ）のようになる。
なお、図５、表５の記法は、図１、表１と同様である。
【００３０】
［表５］
【００３１】
図５（ｂ）ないし表５より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続しないという条件を満たしている。
一方、これまで用いられてきた、図６（ａ）のように４行１６列に格子状に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表６に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量Ｄｉの同様のプロットを図６（ｂ）に与える。
図６（ｂ）ないし表６より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、最大で１２本連続していることがわかる。
【００３２】
［表６］
【００３３】
４行に素子が配されているアレイ光源の場合には、１行や２行の場合と異なり副走査方向の熱クロストークも効いてくる。
このため、被走査面に形成される画像にかかる変調は、本実施例の比較例ではｎ＝１６本ごとであるだけでなくｍ×ｎ＝６４本ごととなっている。
これは、より変調が検知しやすいことを意味する。
本実施例は、いわゆる多重露光（複数のレーザ素子により１本の走査線を描く）を用いずとも変調による画像劣化を抑えるものであるが、もちろん多重露光を併用してもよい。
また、本実施例のアレイ光源には、各発光素子の熱クロストーク量そのものを抑える技術を併用することができる。
【００３４】
［実施例４］
実施例４として、実施例１乃至実施例３のアレイ光源および走査装置を用いた応用例の一形態として、画像形成装置を構成した一例について説明する。
図８に、本発明によるアレイ光源を実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図８（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図８（ｂ）は同装置の側面図である。
図８において、５００は感光ドラム、５０２は帯電器、５０４は現像器、５０６は転写帯電器、５０８は定着器、５１０は回転多面鏡、５１２はモータである。また、５１４はアレイ光源、５１６は反射鏡、５２０はコリメータレンズ及び５２２はｆ−θレンズである。ここで５１４は面発光レーザアレイとする。
【００３５】
図８において、モータ５１２は回転多面鏡５１０を回転駆動するものである。本実施例における回転多面鏡５１０は、６つの反射面を備えている。
面発光レーザアレイ５１４は、記録用光源となるものであり、ドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ５１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光ドラム５００に照射され、感光ドラム５００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡５１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム５００の主走査方向に面発光レーザアレイ５１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
【００３６】
本実施例においては、１６×２の面発光レーザアレイ５１４を用いており、３２ライン分の画像が形成される。
感光ドラム５００は、予め帯電器５０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム５００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器５０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器５０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器５０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、感光ドラム５００の側部における主走査方向の走査開始位置近傍に、ビーム検出センサ（Ｂｅａｍ Ｄｅｔｅｃｔセンサ：以下ＢＤセンサ）が配置されている（不図示）。
回転多面鏡５１０の各反射面で反射されたレーザ光は、ライン走査に先立ってＢＤセンサにより検出される。
この検出信号は、主走査方向の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ（図示せず）に入力され、この信号を規準として各ラインにおける走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。
以上説明したように、本発明による面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１００：基板
１１０：下部多層膜反射鏡
１３０：下部スペーサ層
１４０：活性層
１５０：上部スペーサ層
１６０：上部多層膜反射鏡
１７０：上部電極
１８０：下部電極
１９０：絶縁膜
２２２：電流狭窄構造
２２４：酸化物
９００：アレイ光源
９０１：発光素子（面発光レーザ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真式の画像形成装置に、アレイ光源およびマルチビーム走査装置が用いられている。
電子写真式の画像形成装置に用いられるマルチビーム走査装置においては、アレイ光源からの複数のビームを、複数のスポットとして被走査面上に集光させる。すなわち、複数の発光点を有するアレイ光源からの複数の出射光ビームを、共通の光偏向器（たとえばポリゴンミラー）で同時に偏向させる。
偏向された複数のビームを、共通の走査光学系により副走査方向に分離した複数の光スポットとして、被走査面上に集光させる。
そして、画像信号に応じてアレイ光源の各光源を駆動し、一度に複数のビームを走査することにより、２次元の画像パターンを被走査面上に生成する。
【０００３】
画像形成装置に用いられるアレイ光源として、例えば特許文献１に開示されている面発光レーザアレイがある。
このようなアレイ光源には、より多数の光源素子を備えること、光源素子間のピッチが狭いこと、が求められている。
Ｘ本のビームを出射するアレイ光源およびマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置は、シングルビーム走査装置を用いた画像形成装置に比べ、同じ走査速度でＸ倍のスポットを持つ画像を形成することができる。
すなわち、多数の光源素子を備えたアレイ光源では、画像形成の高速化、形成する画像の高精細化が可能になる。
また、アレイ光源の素子間ピッチを狭くすることで、アレイ光源の発光領域の大きさを小さくできる。
同じ光源素子数でピッチが広いものにくらべて、光学系サイズ（レンズ径など）を小さくすることができるから、コストを低減できる。
また、半導体光源の場合、基板から取れるアレイ光源の数が増加するから、コストを低減できる。
【０００４】
本発明では、被走査面において、被走査面が送られる方向（例えば、被走査面が円筒状ドラム表面の場合はその回転方向）を副走査方向、それに垂直でビームが走査される方向を主走査方向と定義する。
アレイ光源においても以下のように副走査方向および主走査を定義する。すなわち、アレイ光源の副走査方向はマルチビーム走査装置によって被走査面上の副走査方向に結像されるものとする。主走査方向も同様である。
被走査面上に等間隔の走査線を描くために、画像形成装置に利用されるアレイ光源においては、副走査方向に等間隔に同数ずつ、特に通常は１つずつ、光源素子が配される。
副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列に光源素子の発光中心１００１が配されたアレイ光源１０００の例を図９に示す。
アレイ光源における主走査方向の隣接する列間の間隔はいずれもＤである。
また、アレイ光源における副走査方向の隣接する行間の間隔Ｐ１は、副走査方向の素子間の間隔Ｐ０に上記主走査方向のｎ列におけるｎを乗じた値となっている。
例えば、拡大光学系などでは、被走査面上の走査線を密にするため、Ｐ０は、光源素子１００１の径にくらべて一桁程度短い場合がある。この場合、ｎはＰ１＝ｎ×Ｐ０＞（光源素子の直径）を満たすような大きな値であることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第０３１９８９０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光源素子は駆動時に一般的に発熱を伴う。また、光源素子の特性は一般に環境温度の影響を受ける。
これにより、アレイ光源において個々の光源素子は、他の光源素子の発熱の影響である、いわゆる熱クロストークを受ける。
具体的には、熱クロストークにより、各光源素子の出力が変動し、あるいはジッターが発生する。
この結果、アレイ光源およびマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置においては、熱クロストークが被走査面上に形成される画像に対し変調を与える。
例えば、大きな熱クロストークを受けた素子のビームに対応した被走査面上の画像の濃度が薄くなることが考えられる。
なお、光源素子の設計や被走査面の露光方式によっては、濃くなる場合もありうる。すなわち、熱クロストークの大きさと、光源の出力および形成される画像の濃度との関係は画像形成装置に依存する。
【０００７】
アレイ光源において、熱クロストークの影響（他の素子からの熱による素子ｉの上昇温度Ｔｉ）は、素子間の距離が近いほど大きい。
よって、多数の光源素子が狭いピッチで高密度に配置されたアレイ光源では、光源素子ごとに受ける熱クロストーク量は異なる。
特に、上記主走査方向のｎ列におけるｎの値が大きな場合顕著になる。すなわち、一般的にアレイ中心に位置する光源素子の受ける熱クロストーク量は、アレイの周辺部に位置する光源素子の受ける熱クロストーク量よりも大きい。
なお、一般的な画像形成装置について、各光源素子ごとに駆動方法に特異な差がない限り、時間平均をとった各素子の駆動時間および駆動電力はほぼ均等と考えられる。一般的な画像で特定の走査線のみ画像を形成するということは考えにくい。
したがって、素子が受ける熱クロストーク量は、時間平均を取れば、ほぼアレイ構造で決まると考えてよい。
【０００８】
この結果、被走査面上に形成される画像には、熱クロストーク量の光源素子ごとの違いによる変調が形成される。
副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列アレイ光源の場合、特にｎ＞ｍである場合を考えると、主走査方向に見て中心部にある光源素子は、端部にある光源素子に比べて、受ける熱クロストーク量が大きい。
したがって、この場合、被走査面上にはｎ本の走査線周期で画像に変調がかかる。
副走査方向が複数行ある場合は、さらにｍ×ｎ本の走査線周期に対応する変調もかかる場合がある。
【０００９】
図１０は、非特許文献（朝倉書店発行、伊藤謙治 桑野園子 小松原明哲 編、「人間工学ハンドブック」Ｐ６８ 表１．５６）に記載されているコントラスト感度と空間周波数との関係を示す図である。
この図は、様々な空間周波数の正弦波格子に対するコントラスト閾を測り、その逆数をとったものであり、約３サイクル度に最大感度をもつことが示されている。一方、縞の見える（検知することができる限界である）最大周波数を縞視力と呼び、それは約４０サイクル度であるとされている。
図１０に示されているように、人間の視力は画像変調の空間周波数が低下すると、その変調を検知できるようになる。
例えば、走査線の解像度がＺｄｐｉの画像で走査線Ｙ本周期の変調をＬ（ｍ）先から見た場合の空間周波数は０．６８ＬＺ／Ｙ（サイクル／度）である。
一方、非特許文献によれば、上記したように空間周波数が４０（サイクル／度）を下回ると変調を検知することができるとされている。
近方視力の測定距離基準として通常使用される値Ｌ＝０．３を用いると、Ｙ＞Ｚ／１９４ならば検知できるということである。
具体的には、例えばＹ＝１６、Ｚ＝２４００、Ｌ＝０．３の変調の空間周波数は約３１（サイクル／度）であり、検知することができる。
ゆえに、ｎが大きな（したがってＹも大きな）アレイ光源を用いた場合、熱クロストークが素子ごとに異なることに由来する画像の変調が検知できるから、画像の劣化を感じることになる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、高密度に多数の光源素子を配した場合においても、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となるアレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の画像形成装置は、複数の発光素子を備えたアレイ光源と、該アレイ光源からの複数の出射光を走査して被走査面に結像する走査装置とを備え、被走査面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記複数の発光素子は、前記被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉとし、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、前記アレイ光源の駆動時における前記発光素子ｊすべての発熱による該発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
前記平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高密度に多数の光源素子を配した場合においても、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となるアレイ光源を用いた画像形成装置、アレイ光源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図３】本発明の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図５】本発明の実施例を説明する図である。
【図６】本発明の実施例に対する比較例を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１における面発光レーザの構成例を説明する断面模式図である。
【図８】本発明の実施例を説明する図である。
【図９】背景技術における副走査方向にｍ行、主走査方向にｎ列、とした際のｍ×ｎ格子配列に光源素子の発光中心が配されたアレイ光源の例を説明する図である。
【図１０】非特許文献におけるコントラスト感度と空間周波数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明によれば、以上に説明したように、被走査面に形成される画像劣化を抑制することが可能となる画像形成装置を実現することができる。
それは、各素子ごとに熱クロストーク量が異なることによる画像劣化を抑制するためには、被走査面における画像変調の空間周波数を上げることが有効であるという知見に基づく。
すなわち、上記したように走査線の解像度がＺｄｐｉの画像で走査線Ｙ本（あるいはｎ本）周期のとき、Ｙ（ｎ）＞Ｚ／１９４ならば画像の変調が検知でき、画像の劣化を感じることになるが、Ｙ（ｎ）＜Ｚ／１９４ならば画像の変調が検知しづらくなる。したがって、画像劣化を抑制することができる。
つまり、素子ごとの熱クロストークそのものは抑えられない（画像変調のコントラストを下げられない）場合であっても、各素子に対応する走査線配置を変更することで画像変調の空間周波数を増加させ、画像劣化を抑えることができる。
そのためには、受ける熱クロストークの大きい素子に対応する走査線を、被走査面においてそれぞれ離して配置することが有効である。
これにより、各素子自体の構造や駆動方法に手をいれなくても、画像劣化を抑制することできる。
ここで、説明のために、アレイ光源における各光源素子ｉが他の発光素子の発熱から受ける平均的な熱クロストークの大きさをＱｉとする。
Ｑｉは、例えば、光源素子ｉ以外のすべての光源素子ｊを同じ条件（例えば一定電流または一定電力を各素子に流す、または一定光出力となるように各素子を駆動する）での駆動時の、光源素子ｉの平均的な上昇温度Ｔｉとする。
また、Ｑｉは例えば、アレイ配置から推定することもできる。
光源素子ｉが別の光源素子ｊから受ける熱クロストークＱｉｊは光源素子間距離Ｒｉｊに負の相関を以って依存し、その依存性は、例えば面発光レーザアレイの場合ではパッケージや実装方法にもよるが経験的に１／Ｒｉｊと近似できる。
本発明の説明において、各素子の熱クロストークにおいて、その絶対値でなく大小関係がわかれば十分であるから、たとえば、次の式（１）で求められるＤｉを以ってＱｉとすることができる。
【００１５】
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、ｊ≠ｉ
本発明の主旨は、Ｑｉ（Ｄｉ）が大きな発光素子に対応する走査線が、被走査面上で特定箇所に集中しないようにすることである。
ここで、Ｑｉ（Ｔｉ、Ｄｉ）が大きな素子ｉとは、つぎの関係を満たす素子のことである。
すなわち、アレイ光源の各発光素子ｋが受ける熱クロストーク量の集合｛Ｑｋ｝（｛Ｔｋ｝、｛Ｄｋ｝）について、
その中間値Ｑｍｅｄ（Ｔｍｅｄ、Ｄｍｅｄ）に対して、Ｑｉ＞Ｑｍｅｄ（Ｔｉ＞Ｔｍｅｄ、Ｄｉ＞Ｄｍｅｄ）を満たす素子ｉ（すなわちアレイの素子数の半数が該当する）のことである。
また、特定箇所に集中しないようにするとは、Ｑｉ＞Ｑｍｅｄなる（中間値であるＴｍｅｄより大きい）発光素子ｉの走査線が被走査面上で一定数以上連続して配置されないようにすることである。
例えば、図２（ａ）のようにほぼ主走査方向にｎ個が一列に並んだ面発光レーザアレイを、その順に被走査面上に結像した場合、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線は、図２（ｂ）に示すようにｎ／２本が連続する。
アレイ光源を例えば、後で実施例１に述べるような配置に変更することで、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線が、被走査面上で主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないようにすることができる。
この結果、熱クロストークによる画像の濃度変調の空間周波数を上げることができる（より正確には、空間周波数の成分の一部が、より高い空間周波数の成分にシフトする）から、形成画像の劣化を抑えることができる。
【００１６】
また、被走査面上での各レーザ素子の結像ビームスポット直径（光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径）の最小値をＳ、被走査面上での走査線間隔の最大値Ｐ、とすると、Ｓ＞Ｐであることが普通である。
この場合、被走査面上で熱クロストークが大きい素子に対応する走査線がＳ／Ｐ本以上連続しないようにすることで、より効果的に画像劣化を抑えることができる。
なぜならば、ビームスポット内に複数の走査線が含まれるため、その中では画像が副走査方向にスムージングされると考えられるからである。
たとえばＳ＝５０μｍ、Ｐ＝１０．６μｍ（２４００ｄｐｉ）の場合には、Ｓ／Ｐ＝４．７であるから、熱クロストーク量の大きな素子の走査線が５本以上連続させないようにすることで、効果的に画像劣化を抑えることができる。
さらに好ましくは、被走査面上で熱クロストークが大きい素子に対応する走査線が、被走査面上で２本未満しか連続しないようにする。
すなわち、熱クロストークが大きい素子に対応する走査線と、そうでない走査線とが交互となるようにする。この結果、さらに効果的に画像劣化を抑えることができる。
また、本実施形態においては、アレイ光源をつぎのように構成することができる。
すなわち、複数の発光素子を備えたアレイ光源を構成するに当たり、
該複数の発光素子は、特定の方向にｈの間隔で等間隔に配されており、
該アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉ、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊ、該発光素子ｉと該発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
上記式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい複数の発光素子を、前記特定の方向に２ｈの間隔で配した構成とすることができる。
その際、上記間隔のｈは、発光素子が発光する光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値よりも短い構成とする。
【実施例】
【００１７】
以下、アレイ光源およびマルチビーム走査装置の具体的な実施例を述べる。
［実施例１］
実施例１として、アレイ光源を複数の発光素子が被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配した面発光レーザアレイを用いた構成例について説明する。
本実施例の面発光レーザアレイは、複数の発光素子として複数の面発光レーザを備える。
例えば、面発光レーザアレイは、同一基板上に形成された同一構造の面発光レーザからなる。
図７に、本実施例における面発光レーザの構成例を説明する断面模式図を示す。図７に示すように、基板１００上に下部多層膜反射鏡１１０、下部スペーサ層１３０、活性層１４０、上部スペーサ層１５０、上部多層膜反射鏡１６０からなる垂直共振器が形成される。
例えば、基板１００はＧａＡｓ基板であり、下部および上部多層膜反射鏡はＡｌＧａＡｓ系材料の光学厚さがλ／４の層を交互に並べた多層膜からなる。活性層はＡｌＧａＩｎＰ系量子井戸構造からなる。
下部または上部多層膜反射鏡中には、例えば酸化物２２４からなる電流狭窄構造２２２が形成され、活性層の発光領域を制限する。
また、面発光レーザは図に示すようにメサ構造をとっており、絶縁膜１９０でメサ上面および側壁の一部が覆われている。
基板下部の下部電極１８０および上部多層膜反射鏡上部の上部電極１７０から活性層にキャリアが注入され発光し、発振する。
上部電極の開口から光が取り出される。例えば、メサ構造の直径は２０μｍ、電流狭窄領域の直径（ほぼ発光スポット径）は５μｍとする。
【００１８】
本実施例の面発光レーザアレイ９００において、１６個の面発光レーザ素子９０１の配置例を図１（ａ）に示す。
また、具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表１に示す。図１（ａ）のアレイ配置では図９と同様に、水平方向が主走査方向、鉛直方向が副走査方向である。また、水平軸、鉛直軸ともに単位はμｍである。
この面発光レーザアレイは、およそ１行１６列であるが、素子は一直線上に並んでいない。副走査方向の発光素子は等間隔に配されており、その素子間の間隔は４μｍである。
表１の行列の第１列が素子番号ｉ、第２列が副走査方向座標、第３列が主走査方向座標である。第２列、第３列の単位は［μｍ］である。
素子番号ｉは、副走査方向の座標の小さいものから順に与えている。また素子番号１の主走査方向座標、副走査方向座標を（０，０）としている。これらの記法は以下の実施例でも同様とする。
【００１９】
［表１］
【００２０】
これらの面発光レーザアレイからの出射光ビームを、ポリゴンミラーで走査し、被走査面として感光体ドラム表面に副走査方向の順を保ったまま光学系にて結像する。
なお、この光学系の副走査方向の光学倍率を２．６５倍とする。
この場合、被走査面上に形成される走査線の間隔は、１０．６μｍ（２４００ｄｐｉ）となる。
また、被走査面上でのビームスポット直径を５０μｍとする。この場合、ビームスポットは、走査線５０／１０．６＝４．７本分が含まれることになる。
ここで、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量として、式（１）で与えられる量Ｄｉとする。
表１の第４列にＤｉ、また第５列にはＤｉが｛Ｄｉ｝の中間値Ｄｍｅｄより大きい場合に＋１、小さい場合に−１を与えている。
ここで、Ｄｉの単位は［１／μｍ］である。Ｄｉを素子番号順にプロットしたものは図１（ｂ）のようになる。
図１（ｂ）において、水平軸はＤｍｅｄにて鉛直軸と交わるように記している。
【００２１】
図１（ｂ）乃至表１より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続していないことがわかる。
また、２本以上連続しておらず熱クロストークの大きな素子による走査線と小さな素子による走査線が交互に並んでいることがわかる。
一方、これまで用いられてきた、図２（ａ）のように一直線上に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表２に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量の同様のプロットを図２（ｂ）に与える。
なお、図２、表２の記法はそれぞれ図１、表１と同様である。
【００２２】
［表２］
【００２３】
図２（ｂ）乃至表２より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、８本連続していることがわかる。
したがって、この両者を比べた場合、トータルの熱クロストーク量はほぼ同じであるが、被走査面における画像の変調は、図１（ａ）に示す本発明のアレイ配置の方が、図２（ａ）に示すアレイ配置よりも高い空間周波数域にシフトしている。
例えば、図１（ｂ）のＤｉのグラフは、素子番号ｘに対し、（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０となっている。
より具体的には、アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
被走査面にて対応する走査線の数をＴ本とし、該Ｔ本の走査線に対して副走査方向に沿って振った順番をｘとするとき、
アレイ光源の発光素子が、次の式（２）を満足させる関係となっている。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
すなわち、発行素子ｉの数が１増加するごとに増加と減少を交互に繰り返している。
これはΔｉ＝２に相当する高い空間周波数に変調を持ったことを意味する。
したがって、本発明のアレイ配置は従来のアレイ配置にくらべて変調を認識しにくくなっており、画像としての劣化を抑制できている。
ここで、従来例のアレイ配置は、レーザ素子が一直線上に並んでいるため、並んでいない本発明に比べて画像形成装置への取り付けの際に調整の自由度が１次元多い。
本実施例のアレイ光源は取り付け精度が求められる反面、熱クロストークの素子ごとの違いによる画像変調による画像の劣化が抑えられる。
また、一直線上に並んでいないため、本実施例のアレイ光源に、素子間で同一の活性層を共有する端面発光レーザアレイを用いることは困難である。
【００２４】
［実施例２］
実施例２として、本発明の複数のアレイ光源によって構成された面発光レーザアレイを用いた実施例１と異なる形態の構成例について説明する。
面発光レーザ素子は実施例１のものと同様である。また、走査装置も実施例１と同様のものを用いるとする。
なお、本実施例の走査装置は本実施例のアレイ光源からのマルチビームをすべて拾うことができるとする。
図３（ａ）に、本実施例２のものにおける配置例を示す。また、具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表３に示す。
この面発光レーザアレイは、およそ２行１６列である。副走査方向の素子間ピッチは４μｍである。
ここで、実施例１の場合と同様に、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量Ｄｉを素子番号ｉ順にプロットしたものは図３（ｂ）のようになる。
なお、図３、表３の記法は、図１、表１と同様である。
【００２５】
［表３］
【００２６】
図３（ｂ）乃至表３より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続していないことがわかる。
また、２本以上連続しておらず熱クロストークの大きな素子による走査線と小さな素子による走査線が交互に並んでいることがわかる。
一方、これまで用いられてきた、図４（ａ）のように２行１６列に格子状に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表４に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量Ｄｉの同様のプロットを図４（ｂ）に与える。
なお、図４、表４の記法は、図１、表１と同様である。
図４（ｂ）乃至表４より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、８本連続していることがわかる。
【００２７】
［表４］
【００２８】
アレイ光源の行数を１行から複数行に増やすと、取り付けの自由度はどちらの場合も実施例１のアレイ光源の場合と同じであり高い精度が求められる。
しかし、複数行に発光素子を配した光源アレイの場合、同数の発光素子を１行に配した場合にくらべて、アレイ内で光源素子を相対的に短い主走査方向に収めることができる。
この結果、光学系のよりよいところ（たとえばレンズでは光軸中心付近）を利用できるメリットがある。
【００２９】
［実施例３］
実施例３として、本発明の複数のアレイ光源によって構成された面発光レーザアレイを用いた上記各実施例と異なる形態の構成例について説明する。
面発光レーザ素子は実施例１のものと同様である。また走査装置も実施例１と同様のものを用いるとする。
なお、本実施例の走査装置は本実施例のアレイ光源からのマルチビームをすべて拾うことができるとする。
図５（ａ）に、実施例３にかかる配置例を示す。また具体的な座標および副走査方向の座標順に与えた素子番号を表５に示す。
この面発光レーザアレイは、およそ４行１６列である。副走査方向の素子間ピッチは４μｍである。
ここで、実施例１の場合と同様に、各レーザ素子が他のレーザ素子から受ける熱クロストーク量Ｄｉを素子番号順にプロットしたものは図５（ｂ）のようになる。
なお、図５、表５の記法は、図１、表１と同様である。
【００３０】
［表５］
【００３１】
図５（ｂ）ないし表５より、本実施例の面発光レーザアレイおよび走査装置を用いた場合、被走査面上では、熱クロストークの大きい素子による走査線が、主走査方向の素子数の半分すなわち８本以上連続していないことがわかる。
また、ビームスポット径と走査線間隔の商である４．７本以上連続しないという条件を満たしている。
一方、これまで用いられてきた、図６（ａ）のように４行１６列に格子状に素子が配置された面発光レーザアレイについて、その座標を表６に与える。
また、素子番号順に各素子が受ける熱クロストーク量Ｄｉの同様のプロットを図６（ｂ）に与える。
図６（ｂ）ないし表６より、熱クロストークの大きい素子による走査線が、最大で１２本連続していることがわかる。
【００３２】
［表６］
【００３３】
４行に素子が配されているアレイ光源の場合には、１行や２行の場合と異なり副走査方向の熱クロストークも効いてくる。
このため、被走査面に形成される画像にかかる変調は、本実施例の比較例ではｎ＝１６本ごとであるだけでなくｍ×ｎ＝６４本ごととなっている。
これは、より変調が検知しやすいことを意味する。
本実施例は、いわゆる多重露光（複数のレーザ素子により１本の走査線を描く）を用いずとも変調による画像劣化を抑えるものであるが、もちろん多重露光を併用してもよい。
また、本実施例のアレイ光源には、各発光素子の熱クロストーク量そのものを抑える技術を併用することができる。
【００３４】
［実施例４］
実施例４として、実施例１乃至実施例３のアレイ光源および走査装置を用いた応用例の一形態として、画像形成装置を構成した一例について説明する。
図８に、本発明によるアレイ光源を実装した電子写真記録方式の画像形成装置の構造図を示す。
図８（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図８（ｂ）は同装置の側面図である。
図８において、５００は感光ドラム、５０２は帯電器、５０４は現像器、５０６は転写帯電器、５０８は定着器、５１０は回転多面鏡、５１２はモータである。また、５１４はアレイ光源、５１６は反射鏡、５２０はコリメータレンズ及び５２２はｆ−θレンズである。ここで５１４は面発光レーザアレイとする。
【００３５】
図８において、モータ５１２は回転多面鏡５１０を回転駆動するものである。本実施例における回転多面鏡５１０は、６つの反射面を備えている。
面発光レーザアレイ５１４は、記録用光源となるものであり、ドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ５１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光ドラム５００に照射され、感光ドラム５００上で主走査方向に走査される。
このとき、回転多面鏡５１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム５００の主走査方向に面発光レーザアレイ５１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
【００３６】
本実施例においては、１６×２の面発光レーザアレイ５１４を用いており、３２ライン分の画像が形成される。
感光ドラム５００は、予め帯電器５０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。
また、感光ドラム５００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器５０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器５０６により、転写紙（図示せず）に転写される。
可視像が転写された転写紙は、定着器５０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
なお、感光ドラム５００の側部における主走査方向の走査開始位置近傍に、ビーム検出センサ（Ｂｅａｍ Ｄｅｔｅｃｔセンサ：以下ＢＤセンサ）が配置されている（不図示）。
回転多面鏡５１０の各反射面で反射されたレーザ光は、ライン走査に先立ってＢＤセンサにより検出される。
この検出信号は、主走査方向の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ（図示せず）に入力され、この信号を規準として各ラインにおける走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。
以上説明したように、本発明による面発光レーザアレイを電子写真記録方式の画像形成装置に用いることにより、高速・高精細印刷を可能とする画像形成装置を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１００：基板
１１０：下部多層膜反射鏡
１３０：下部スペーサ層
１４０：活性層
１５０：上部スペーサ層
１６０：上部多層膜反射鏡
１７０：上部電極
１８０：下部電極
１９０：絶縁膜
２２２：電流狭窄構造
２２４：酸化物
９００：アレイ光源
９０１：発光素子（面発光レーザ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を備えたアレイ光源と、該アレイ光源からの複数の出射光を走査して被走査面に結像する走査装置とを備え、被走査面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記複数の発光素子は、前記被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉとし、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、前記アレイ光源の駆動時における前記発光素子ｊすべての発熱による該発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
前記平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記発光素子ｉと前記発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
次の式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、和はｊ≠ｉであるすべてのｊについて取る
【請求項３】
前記被走査面に結像した際の前記出射光における光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値をＳとし、前記被走査面における走査線間隔の最大値をＰとするとき、
前記Ｔｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線または前記Ｄｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、前記被走査面においてＳ／Ｐ本以上連続しないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記Ｓ／Ｐが、２本以上の前記Ｔｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線または前記Ｄｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
前記被走査面にて対応する走査線の数をＴ本とし、該Ｔ本の走査線に対して副走査方向に沿って振った順番をｘとするとき、
前記アレイ光源の発光素子が、次の式（２）の関係を満足させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
【請求項６】
前記被走査面上での走査線の解像度をＺｄｐｉとするとき、
前記主走査方向の列の数であるｎと前記解像度の値であるＺとが、
ｎ＞Ｚ／１９４
の関係を満足させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記アレイ光源における発光素子が、面発光レーザで構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記副走査方向のｍ行におけるｍの値が、ｍ＝１またはｍ＝２であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記主走査方向にｎ列に配された発光素子は、該ｎ列に等間隔に配されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記走査装置は、前記被走査面上で走査される各走査線が１つの発光素子により走査される構成を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
複数の発光素子を備えたアレイ光源であって、
前記複数の発光素子は、特定の方向にｈの間隔で等間隔に配されており、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉ、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊ、該発光素子ｉと該発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
次の式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい複数の発光素子が、前記特定の方向に２ｈの間隔で配されていることを特徴とするアレイ光源。
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、和はｊ≠ｉであるすべてのｊについて取る
【請求項１２】
前記間隔のｈは、前記発光素子が発光する光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値よりも短いことを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
前記特定の方向に沿って素子に振った順番をｘとしたとき、
前記アレイ光源の発光素子が、次の式（２）の関係を満足させることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の画像形成装置。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
【請求項１】
複数の発光素子を備えたアレイ光源と、該アレイ光源からの複数の出射光を走査して被走査面に結像する走査装置とを備え、被走査面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記複数の発光素子は、前記被走査面での出射光の走査方向に対応する方向である主走査方向にｎ列（ｎ≧４）、それに垂直な方向である副走査方向にｍ行（ｍ≧１）配された構成を備え、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉとし、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊとし、前記アレイ光源の駆動時における前記発光素子ｊすべての発熱による該発光素子ｉの平均的な上昇温度をＴｉとするとき、
前記平均的な上昇温度Ｔｉの集合｛Ｔｉ｝の中間値であるＴｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記発光素子ｉと前記発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
次の式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、
前記被走査面上で、前記主走査方向の列の数であるｎ／２本以上連続しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、和はｊ≠ｉであるすべてのｊについて取る
【請求項３】
前記被走査面に結像した際の前記出射光における光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値をＳとし、前記被走査面における走査線間隔の最大値をＰとするとき、
前記Ｔｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線または前記Ｄｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線が、前記被走査面においてＳ／Ｐ本以上連続しないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記Ｓ／Ｐが、２本以上の前記Ｔｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線または前記Ｄｍｅｄより大きい発光素子ｉに対応する走査線であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
前記被走査面にて対応する走査線の数をＴ本とし、該Ｔ本の走査線に対して副走査方向に沿って振った順番をｘとするとき、
前記アレイ光源の発光素子が、次の式（２）の関係を満足させることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
【請求項６】
前記被走査面上での走査線の解像度をＺｄｐｉとするとき、
前記主走査方向の列の数であるｎと前記解像度の値であるＺとが、
ｎ＞Ｚ／１９４
の関係を満足させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記アレイ光源における発光素子が、面発光レーザで構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記副走査方向のｍ行におけるｍの値が、ｍ＝１またはｍ＝２であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記主走査方向にｎ列に配された発光素子は、該ｎ列に等間隔に配されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記走査装置は、前記被走査面上で走査される各走査線が１つの発光素子により走査される構成を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
複数の発光素子を備えたアレイ光源であって、
前記複数の発光素子は、特定の方向にｈの間隔で等間隔に配されており、
前記アレイ光源における前記複数の発光素子のそれぞれの発光素子を発光素子ｉ、該発光素子ｉ以外の他の発光素子を発光素子ｊ、該発光素子ｉと該発光素子ｊとの距離をＲｉｊとし、
次の式（１）によってＤｉが求められるとき、
該式（１）によって求められたＤｉの集合｛Ｄｉ｝の中間値であるＤｍｅｄより大きい複数の発光素子が、前記特定の方向に２ｈの間隔で配されていることを特徴とするアレイ光源。
Ｄｉ＝Σ１／Ｒｉｊ 式（１）
但し、和はｊ≠ｉであるすべてのｊについて取る
【請求項１２】
前記間隔のｈは、前記発光素子が発光する光強度がピークの１／ｅ2以上となる領域の直径であるビームスポット径の最小値よりも短いことを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記アレイ光源における複数の発光素子の数をＴ個とし、
前記特定の方向に沿って素子に振った順番をｘとしたとき、
前記アレイ光源の発光素子が、次の式（２）の関係を満足させることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の画像形成装置。
（Ｄｘ＋１−Ｄｘ）（Ｄｘ−Ｄｘ−１）＜０ 式（２）
但し、ｘ（２≦ｘ≦Ｔ−１）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２８１１１（Ｐ２０１２−１２８１１１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８４７１（Ｐ２０１０−２７８４７１）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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