面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置
【課題】長寿命な面発光レーザモジュールを提供する。
【解決手段】基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする面発光レーザモジュールを提供することにより上記課題を解決する。
【解決手段】基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする面発光レーザモジュールを提供することにより上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成装置として、レーザ光を用いた画像機が広く普及している。電子写真方式による画像形成装置では、光走査装置を備え、感光性を有するドラムの軸方向にポリゴンミラー等のポリゴンスキャナを用いて、レーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ潜像を形成する方法が用いられている。このような画像形成装置においては、画像品質を向上させるために高密度記録を行なうこと（高密度化）ができること、また、画像出力の高速化が求められている。
【０００３】
このように電子写真方式の画像形成装置において、高密度記録を行なうことと高速化とを両立させるために、光源から複数の光束を出射させる方法があり、このような方法に適した光源として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を２次元的に配列した構成の面発光レーザアレイがある。
【０００４】
しかしながら、面発光レーザアレイは、一つのチップ上に複数の発光部が搭載されているため、発光部等からの発熱により高温となり、これにより、面発光レーザの特性を低下させ、寿命を短くしてしまう。このため、面発光レーザアレイにおいて、発熱を抑制する方法が検討されている。
【０００５】
特許文献１には、半導体基板上に下部反射鏡層構造と上部反射鏡層構造がこの順に形成され、各反射鏡層構造の間には活性層及び電流狭窄層が介装され、上部反射鏡層構造から下層に向かって少なくとも電流狭窄層の下端面に至るまでの領域は柱状のメサとなっていて、メサの上端面の面積は、電流狭窄層の近傍におけるメサの断面積より大きい面発光型半導体レーザアレイが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、半導体分布ブラッグ反射器を構成するバンドギャップエネルギーの異なる半導体層の間に中間の価電子帯エネルギーを持つヘテロスパイク緩衝層を設け、ヘテロスパイク緩衝層は価電子帯エネルギーを連続的または階段状の組成傾斜層またはこれらの組み合わせによって構成され、バンドギャップエネルギーの小さな層に接する側に価電子帯エネルギーの変化率の大きな領域を、バンドギャップエネルギーの大きな層に接する側に価電子帯エネルギーの変化率の小さな領域を備えている面発光半導体レーザアレイが開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、カバーガラスをＶ字型にすることで、書き込みドット密度を低下させることなく、発熱による発光部の発光特性の低下を抑制する面発光レーザモジュールが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、素子構造が複雑であることから、製造するために複雑な工程を要し、高コストなものとなってしまうという問題点を有している。
【０００９】
また、特許文献３に開示されている技術では、一方向に高密度化することができるものの、更なる高密度記録の要求には対応することができない。
【００１０】
以上より、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、低コストで、高密度記録が可能な面発光レーザモジュールを提供することを目的とするものであり、更には、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記錐状は、円錐状または四角錐状であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記錐状は、四角錐状であって、前記四角錐状の稜は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザと重なることなく形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、各々の前記面発光レーザの間に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記面発光レーザ素子は、前記面発光レーザが２次元状に配列されているものであって、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、最近接の４つの前記面発光レーザにおける略中間に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザが形成されている領域の重心部分に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記窓部より出射された光束が前記基板面と略平行な面において、２次元的に等間隔となるように、前記面発光レーザ素子において、前記面発光レーザが配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向部と、前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低コストで、高密度記録が可能な面発光レーザモジュールを提供することができ、更には、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの斜視図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの断面図
【図３】面発光レーザモジュールの窓部の断面の要部拡大図
【図４】面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図（１）
【図５】面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図（２）
【図６】面発光レーザモジュールの窓部より出射される光束の説明図
【図７】第１の実施の形態における他の面発光レーザモジュールの斜視図
【図８】他の面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図
【図９】第２の実施の形態におけるレーザプリンタの構成図
【図１０】第２の実施の形態における光走査装置の構成図
【図１１】出射される光束と主走査方向及び副走査方向との関係の説明図
【図１２】第３の実施の形態におけるカラープリンタの構成図
【図１３】第４の実施の形態における光伝送システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。図１及び図２に示すように、本実施の形態における面発光レーザモジュールは、表面に複数の発光部１１が２次元状に配列されている面発光レーザ素子１０と、面発光レーザ素子１０が搭載されるパッケージ２０と、面発光レーザ素子１０から発光した光を取り出す窓部３０を有している。
【００２５】
面発光レーザ素子１０は、パッケージ２０内における底部２１に発光部１１が上になるように設置されており、窓部３０はパッケージ２０の開口部に接合されている。面発光レーザ素子１０は半導体等の材料からなる基板１２の表面、即ち、面発光レーザ素子１０の表面に対し垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザからなる発光部１１を複数有するものであり、このような、発光部１１を２次元的に配列させることにより面発光レーザアレイが形成される。
【００２６】
面発光レーザの光の出射方向を＋Ｚ軸方向とした場合、面発光レーザ素子１０の表面、即ち、基板１２面は、ＸＹ面に平行な面となる。本実施の形態における面発光レーザモジュールを面発光レーザモジュールの光の出射方向、即ち、面発光レーザ素子１０の基板１２面に垂直方向となる＋Ｚ軸方向より見た場合、窓部３０と面発光レーザ素子１０とが重なって見える。上述のとおり、面発光レーザ素子１０の表面はＸＹ面となることから、ＸＹ面に重ねられた状態の窓部３０及び面発光レーザ素子１０をＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０と記載する場合がある。この場合、ＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０は、面発光レーザの出射方向である＋Ｚ軸方向より見たＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０と同じものである。
【００２７】
窓部３０は、面発光レーザ素子１０より出射された光を透過する材料により形成されており、中心部分には円錐状に形成された円錐傾斜部３１を有している。窓部３０は全体において略均一な厚さで形成されており、円錐状の頂点３２は、面発光レーザ素子１０の側、即ち、−Ｚ軸方向を向くように設置されている。具体的には、窓部３０における円錐傾斜部３１は、一方の面は錐状に凸となるように形成されており、他方の面は一方の面の錐状に対応し、円錐傾斜部３１における厚さが一定の厚さとなるように、錐状に凹となるように形成されている。この窓部３０は、上述のとおり、窓部３０の一方の面、即ち、円錐状の頂点３２が形成されている面が面発光レーザ素子１０と対向するように設置されている。また、円錐傾斜部３１は、面発光レーザ素子１０において発光部１１が形成されている領域よりも広い領域に形成されている。即ち、円錐傾斜部３１の錐の底面の大きさは、面発光レーザ素子１０上に形成された発光部１１が配置されている領域の大きさと関係がある。つまり、本実施の形態では、光束の位置をＺ軸に平行な軸５１に近づくようにするため、錐の底面の大きさは、面発光レーザ素子１０上に形成された発光部１１が配置されている領域を覆う程度の大きさである。図１は、本実施の形態における面発光レーザモジュールの斜視図であり、図２は、断面図である。
【００２８】
図３に示すように、円錐傾斜部３１が形成されている窓部３０をパッケージ２０の所定の位置に設置することにより、面発光レーザ素子１０の発光部（ＶＣＳＥＬ）１１から出射された光束４１は、窓部３０に入射した際に、窓部３０の一方の面の界面において曲げられ、この後、窓部３０から出射する際に、窓部３０の他方の面の界面において窓部３０に入射した方向とは反対側に曲げられる。円錐傾斜部３１は窓部３０の一方の面と他方の面とが略平行となるように形成されているため、光束４２と光束４１は略平行な光束となるが、光束４２は光束４１よりも円錐状の頂点３２を通るＺ軸に平行な軸５１に近づいた光束として出射される。即ち、窓部３０より出射される光束４２は、光束４１を円錐状の頂点３２の側にシフト量ｓだけシフトした光束となる。
【００２９】
このことをより具体的に説明する。図３に示すように、窓部３０の厚さをｔ、円錐状の頂点３２を含むＺ軸に平行な面（例えばＹＺ面）で切断したときの窓部３０の円錐状の頂点３２の角度をθとする。この場合、発光部１１から出射された光束４１が、窓部３０の円錐傾斜部３１に入射する際の入射角φ１は、下記の（１）に示す式で表わされる。尚、入射角φ１は、光束４１が入射する位置の窓部３０の円錐傾斜部３１の法線となす角である。
φ１＝π／２−θ・・・・・・・・・・・・・（１）
窓部３０の屈折率をｎ２とし、面発光レーザ素子１０と窓部３０との間の空間における媒質の屈折率をｎ１とすると、入射角φ１で入射した光束４１は窓部３０の一方の面の界面において出射角φ２となるように曲げられ窓部３０の内部に入る。この関係を下記の（２）に示す。
ｎ１×ｓｉｎφ１＝ｎ２×ｓｉｎφ２・・・・（２）
また、窓部３０内に入射した光の光路Ｌは、窓部３０の厚さがｔであることから、下記の（３）に示す式となる。
Ｌ＝ｔ／ｃｏｓφ２・・・・・・・・・・・・（３）
この後、再び（１）に示す式のように、窓部３０の他方の面の界面において、入射角φ１と同じ角度の出射角となるように曲げられ光束４２として出射される。以上より、（１）〜（３）に示す式から、ＸＹ面における光束４１に対する光束４２のシフト量ｓは、（４）に示す式となる。
ｓ＝Ｌ×ｓｉｎ（φ１−φ２）・・・・・・・・（４）
ここで、窓部３０はガラス等で形成されており、面発光レーザ素子１０と窓部３０との間の空間に窒素等が存在しているものとすると、θ＝７５°、ｔ＝２５０μｍとした場合、ｎ１＝１．００、ｎ２＝１．５１より、シフト量ｓは、２２．６μｍとなる。
【００３０】
このことは、図４に示すように、発光部１１から出射された光束４１が窓部３０を透過することにより、ＸＹ面において窓部３０の円錐状の頂点３２の側に、シフト量ｓ＝２２．６μｍだけシフトした光束４２として出射されることを意味する。
【００３１】
このように、面発光レーザ素子１０の発光部１１から出射された光束４１は、すべて図５に示すように、窓部３０を透過することにより、ＸＹ面において窓部３０の円錐状の頂点３２の存在している側にシフト量ｓだけシフトする。即ち、窓部３２により出射された光束４２は円錐状の頂点３２の存在している方向に集まった光束となる。
【００３２】
従って、面発光レーザ素子１０に形成される発光部１１は、シフト量ｓの分だけ相互に離れた位置に形成することができる。このように発光部１１を離れた位置に形成することにより、発光部１１において発生した熱は、面発光レーザ素子１０には溜まりにくくなり、面発光レーザ素子１０が高温となることを防ぐことができ、面発光レーザ素子１０の寿命を長くすることができる。
【００３３】
尚、窓部３０より出射された光束４２は、画像形成装置等に用いる場合には、副走査方向に等間隔となるように形成されていることが必要となる。即ち、図６に示すように、ＸＹ面における複数の光束４２は、すべての光束４２を副走査方向（Ｙ軸方向）に伸びる仮想線上に正投影したときに等間隔ｄ２となるものであって、副走査方向には、ピッチｄ１となるように形成されている。
【００３４】
本実施の形態における面発光レーザモジュールでは、図５に示すように、ＸＹ面において、特に窓部３０の円錐状の頂点３２に近い位置における各々の発光部１１間の間隔を広くすることができ、この部分が発熱により高温となることを防ぐことができる。即ち、複数の発光部１１の中心部分は、特に高温になりやすいが、本実施の形態では、このような発光部１１が集まっている中心部分に、ＸＹ面において発光部１１と発光部１１の間に円錐状の頂点３２が位置するように形成することにより、この中心部分における発光部１１間の間隔を広くすることができ、より高温になることを防ぐことができる。また、この場合、発光部１１と発光部１１との間に円錐状の頂点３２が存在していることとなるが、発光部１１が２次元状に配列されている場合には、円錐状の頂点３２は中心部分において、相互に最近接する４つの発光部１１の中心に位置するように形成されていることが好ましい。
【００３５】
以上より、窓部３０の円錐状の頂点３２は、ＸＹ面において、発光部１１と円錐状の頂点３２とが重ならない位置であって、複数の発光部１１が形成されている領域の重心または、重心の近傍に位置するように形成されていることが好ましい。尚、複数の発光部１１が形成されている領域の重心または、重心の近傍を発光部１１の重心部分と記載する場合がある。
【００３６】
尚、上記においては、窓部３０は全体において略均一な厚さで形成されているものについて説明したが、例えば、窓部３０において円錐傾斜部３１の錐が形成されている領域と、錐が形成されていない領域との厚さが異なっていてもよい。つまり、窓部３０において、円錐傾斜部３１の錐が形成されている領域が略均一な厚さで形成されていることにより、所定量の光束位置のシフトが生じる。
【００３７】
また、窓部３０は、円錐傾斜部３１の錐を形成している領域と錐を形成していない領域とが、別々に形成されているものや、別な材料により形成されているものであってもよい。例えば、錐を形成している領域が光を透過する材料により形成されていれば、錐を形成していない領域は光を透過しない材料により形成してもよい。
【００３８】
更に、窓部３０は光を透過する材料であればよく、さらに言えば、面発光レーザ素子１０上に設けられた発光部１１から発せられた波長の光を透過する材料であればよい。
【００３９】
（角錐傾斜部を有する窓部）
次に、角錐傾斜部が形成された窓部を有する面発光レーザモジュールについて説明する。これは、図７及び図８に示すように、角錐状の角錐傾斜部６１が形成された窓部６０を有するものである。角錐傾斜部６１は発光部１１が２次元的に配列されている場合には、角錐の稜と発光部１１とがＸＹ面において重ならないように形成されていることが好ましい。
【００４０】
また、窓部６０は、角錐傾斜部６１の略中央に角錐状の頂点６２を有しているが、この角錐状の頂点６２の位置については、前述した円錐状の頂点３２の位置の場合と略同じ位置となるように形成されている。
【００４１】
また、図８に示すように、面発光レーザ素子１０の発光部１１より出射された光束４１は、角錐傾斜部６１により光束４３となり窓部６０より出射される。このような、四角錐状の角錐傾斜部６０を形成することにより、面発光レーザ素子１０の表面に形成される発光部１１を各々２つの方向に伸びる直線上に配列させることができる。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いた画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００である。
【００４３】
図９に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０等を備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。
【００４４】
通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。
【００４５】
感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、矢印Ｘで示す方向に回転するようになっている。
【００４６】
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。
【００４７】
帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
【００４８】
光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。
【００４９】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【００５０】
現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
【００５１】
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、この給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。このレジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、この記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
【００５２】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
【００５３】
定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
【００５４】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００５５】
クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。
【００５６】
次に、図１０に基づき光走査装置１０１０について説明する。光走査装置１０１０は、光源ユニット１１００、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ１１１３、ポリゴンミラー１１１４、ｆθレンズ１１１５、トロイダルレンズ１１１６、２つのミラー（１１１７、１１１８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。尚、光源ユニット１１００は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニット１１００が用いられている。
シリンドリカルレンズ１１１３は、光源ユニット１１００から出力された光を、ミラー１１１７を介してポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光する。
ポリゴンミラー１１１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。 そして、不図示の回転機構により、矢印Ｙに示す方向に一定の角速度で回転されている。
従って、光源ユニット１１００から出射され、シリンドリカルレンズ１１１３によってポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１１１４の回転により一定の角速度で偏向される。
ｆθレンズ１１１５は、ポリゴンミラー１１１４からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１１１４により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。 トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５からの光をミラー１１１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。
トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ１１１６を介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１１１４の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。
【００５７】
この場合に、面発光レーザ素子１０の発光部１１より出射され窓部３０を透過した光束４２は、図１１に示されるように等間隔となるように形成されている。即ち、窓部３０を透過した光束４２において副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした時の光束４２の位置関係が等間隔ｄ２となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、副走査方向に対応した方向に関する窓部３０を透過した光束４２のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム１０３０上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。ここで、窓部３０の円錐傾斜部３１の外周は３００μｍ で、どの発光部（ＶＣＳＥＬ）１１も、図４に示すように、実際には窓部３０で屈折したシフト量ｓに相当する２２．６μmの距離だけ、窓部３０の円錐状の頂点３２から離れた位置に形成されている。
【００５８】
もちろん、主走査方向に対応する方向の発光部（ＶＣＳＥＬ）１１を増加したり、前記ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【００５９】
また、ポリゴンミラー１１１４と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施の形態では、走査光学系は、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６とから構成されている。なお、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６の間の光路上、及びトロイダルレンズ１１１６と感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されてもよい。
【００６０】
本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、レーザプリンタ１０００では書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。
【００６１】
尚、本実施の形態における説明では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００６２】
例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であってもよい。
【００６３】
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
【００６４】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００である。
【００６５】
図１２に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。
【００６６】
各感光体ドラムは、図１２において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。
【００６７】
光走査装置２０１０は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第２の実施の形態において説明した光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、第２の実施の形態におけるレーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置２０１０の各光源が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットにより形成されているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。
【００６９】
よって、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、高品質の画像を形成することができる。
【００７０】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光伝送システムである。図１３に基づき、本実施形態に係る光伝送システム３０００について説明する。本実施の形態における光伝送システム３０００は、光送信モジュール３００１と光受信モジュール３００５が光ファイバケーブル３００４で接続されており、光送信モジュール３００１から光受信モジュール３００５への一方向の光通信が可能となっている。
【００７１】
光送信モジュール３００１は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源３００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源３００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路３００３とを有している。
【００７２】
光源３００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル３００４に結合し、該光ファイバケーブル３００４を導波して光受信モジュール３００５に入力される。
【００７３】
光受信モジュール３００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子３００６と、受光素子３００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路３００７とを有している。
【００７４】
本実施形態に係る光送信モジュール３００１によると、光源３００２が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含んでいるため、高コスト化を招くことなく、複数の光を高密度で安定して出力することができ、結果として高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態に係る光伝送システム３０００によると、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することができる光送信モジュール３００１を備えているため、結果として高コスト化を招くことなく、低消費電力で、大容量の光伝送を安定して行うことが可能となる。
【００７６】
尚、本実施形態では、単チャンネルの一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信、並列伝送方式、波長分割多重伝送方式等の構成をとることもできる。要するに、光源３００２が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含んでいればよい。
【００７７】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 面発光レーザ素子
１１ 発光部（ＶＣＳＥＬ）
１２ 基板
２０ パッケージ
２１ 底部
３０ 窓部
３１ 円錐傾斜部
３２ 円錐状の頂点
４１ 光束（窓部３０入射光）
４２ 光束（窓部３０出射光）
５１ 円錐状の頂点３２を通る軸
１０００ レーザプリンタ（画像形成装置）
１０１０ 光走査装置
２０００ カラープリンタ（画像形成装置）
３０００ 光伝送システム
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２００１−８５７８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９４３３号公報
【特許文献３】特開２００８−１９２７８０号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成装置として、レーザ光を用いた画像機が広く普及している。電子写真方式による画像形成装置では、光走査装置を備え、感光性を有するドラムの軸方向にポリゴンミラー等のポリゴンスキャナを用いて、レーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ潜像を形成する方法が用いられている。このような画像形成装置においては、画像品質を向上させるために高密度記録を行なうこと（高密度化）ができること、また、画像出力の高速化が求められている。
【０００３】
このように電子写真方式の画像形成装置において、高密度記録を行なうことと高速化とを両立させるために、光源から複数の光束を出射させる方法があり、このような方法に適した光源として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を２次元的に配列した構成の面発光レーザアレイがある。
【０００４】
しかしながら、面発光レーザアレイは、一つのチップ上に複数の発光部が搭載されているため、発光部等からの発熱により高温となり、これにより、面発光レーザの特性を低下させ、寿命を短くしてしまう。このため、面発光レーザアレイにおいて、発熱を抑制する方法が検討されている。
【０００５】
特許文献１には、半導体基板上に下部反射鏡層構造と上部反射鏡層構造がこの順に形成され、各反射鏡層構造の間には活性層及び電流狭窄層が介装され、上部反射鏡層構造から下層に向かって少なくとも電流狭窄層の下端面に至るまでの領域は柱状のメサとなっていて、メサの上端面の面積は、電流狭窄層の近傍におけるメサの断面積より大きい面発光型半導体レーザアレイが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、半導体分布ブラッグ反射器を構成するバンドギャップエネルギーの異なる半導体層の間に中間の価電子帯エネルギーを持つヘテロスパイク緩衝層を設け、ヘテロスパイク緩衝層は価電子帯エネルギーを連続的または階段状の組成傾斜層またはこれらの組み合わせによって構成され、バンドギャップエネルギーの小さな層に接する側に価電子帯エネルギーの変化率の大きな領域を、バンドギャップエネルギーの大きな層に接する側に価電子帯エネルギーの変化率の小さな領域を備えている面発光半導体レーザアレイが開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、カバーガラスをＶ字型にすることで、書き込みドット密度を低下させることなく、発熱による発光部の発光特性の低下を抑制する面発光レーザモジュールが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、素子構造が複雑であることから、製造するために複雑な工程を要し、高コストなものとなってしまうという問題点を有している。
【０００９】
また、特許文献３に開示されている技術では、一方向に高密度化することができるものの、更なる高密度記録の要求には対応することができない。
【００１０】
以上より、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、低コストで、高密度記録が可能な面発光レーザモジュールを提供することを目的とするものであり、更には、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記錐状は、円錐状または四角錐状であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記錐状は、四角錐状であって、前記四角錐状の稜は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザと重なることなく形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、各々の前記面発光レーザの間に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記面発光レーザ素子は、前記面発光レーザが２次元状に配列されているものであって、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、最近接の４つの前記面発光レーザにおける略中間に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザが形成されている領域の重心部分に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記窓部より出射された光束が前記基板面と略平行な面において、２次元的に等間隔となるように、前記面発光レーザ素子において、前記面発光レーザが配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、光によって被走査面を走査する光走査装置であって、前記記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、前記光源からの光を偏向する光偏向部と、前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、像担持体と、前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する前記記載の光走査装置と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低コストで、高密度記録が可能な面発光レーザモジュールを提供することができ、更には、高品質な画像を形成することのできる光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの斜視図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザモジュールの断面図
【図３】面発光レーザモジュールの窓部の断面の要部拡大図
【図４】面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図（１）
【図５】面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図（２）
【図６】面発光レーザモジュールの窓部より出射される光束の説明図
【図７】第１の実施の形態における他の面発光レーザモジュールの斜視図
【図８】他の面発光レーザモジュールの窓部による光束位置のシフトの説明図
【図９】第２の実施の形態におけるレーザプリンタの構成図
【図１０】第２の実施の形態における光走査装置の構成図
【図１１】出射される光束と主走査方向及び副走査方向との関係の説明図
【図１２】第３の実施の形態におけるカラープリンタの構成図
【図１３】第４の実施の形態における光伝送システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における面発光レーザモジュールについて説明する。図１及び図２に示すように、本実施の形態における面発光レーザモジュールは、表面に複数の発光部１１が２次元状に配列されている面発光レーザ素子１０と、面発光レーザ素子１０が搭載されるパッケージ２０と、面発光レーザ素子１０から発光した光を取り出す窓部３０を有している。
【００２５】
面発光レーザ素子１０は、パッケージ２０内における底部２１に発光部１１が上になるように設置されており、窓部３０はパッケージ２０の開口部に接合されている。面発光レーザ素子１０は半導体等の材料からなる基板１２の表面、即ち、面発光レーザ素子１０の表面に対し垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザからなる発光部１１を複数有するものであり、このような、発光部１１を２次元的に配列させることにより面発光レーザアレイが形成される。
【００２６】
面発光レーザの光の出射方向を＋Ｚ軸方向とした場合、面発光レーザ素子１０の表面、即ち、基板１２面は、ＸＹ面に平行な面となる。本実施の形態における面発光レーザモジュールを面発光レーザモジュールの光の出射方向、即ち、面発光レーザ素子１０の基板１２面に垂直方向となる＋Ｚ軸方向より見た場合、窓部３０と面発光レーザ素子１０とが重なって見える。上述のとおり、面発光レーザ素子１０の表面はＸＹ面となることから、ＸＹ面に重ねられた状態の窓部３０及び面発光レーザ素子１０をＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０と記載する場合がある。この場合、ＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０は、面発光レーザの出射方向である＋Ｚ軸方向より見たＸＹ面における窓部３０及び面発光レーザ素子１０と同じものである。
【００２７】
窓部３０は、面発光レーザ素子１０より出射された光を透過する材料により形成されており、中心部分には円錐状に形成された円錐傾斜部３１を有している。窓部３０は全体において略均一な厚さで形成されており、円錐状の頂点３２は、面発光レーザ素子１０の側、即ち、−Ｚ軸方向を向くように設置されている。具体的には、窓部３０における円錐傾斜部３１は、一方の面は錐状に凸となるように形成されており、他方の面は一方の面の錐状に対応し、円錐傾斜部３１における厚さが一定の厚さとなるように、錐状に凹となるように形成されている。この窓部３０は、上述のとおり、窓部３０の一方の面、即ち、円錐状の頂点３２が形成されている面が面発光レーザ素子１０と対向するように設置されている。また、円錐傾斜部３１は、面発光レーザ素子１０において発光部１１が形成されている領域よりも広い領域に形成されている。即ち、円錐傾斜部３１の錐の底面の大きさは、面発光レーザ素子１０上に形成された発光部１１が配置されている領域の大きさと関係がある。つまり、本実施の形態では、光束の位置をＺ軸に平行な軸５１に近づくようにするため、錐の底面の大きさは、面発光レーザ素子１０上に形成された発光部１１が配置されている領域を覆う程度の大きさである。図１は、本実施の形態における面発光レーザモジュールの斜視図であり、図２は、断面図である。
【００２８】
図３に示すように、円錐傾斜部３１が形成されている窓部３０をパッケージ２０の所定の位置に設置することにより、面発光レーザ素子１０の発光部（ＶＣＳＥＬ）１１から出射された光束４１は、窓部３０に入射した際に、窓部３０の一方の面の界面において曲げられ、この後、窓部３０から出射する際に、窓部３０の他方の面の界面において窓部３０に入射した方向とは反対側に曲げられる。円錐傾斜部３１は窓部３０の一方の面と他方の面とが略平行となるように形成されているため、光束４２と光束４１は略平行な光束となるが、光束４２は光束４１よりも円錐状の頂点３２を通るＺ軸に平行な軸５１に近づいた光束として出射される。即ち、窓部３０より出射される光束４２は、光束４１を円錐状の頂点３２の側にシフト量ｓだけシフトした光束となる。
【００２９】
このことをより具体的に説明する。図３に示すように、窓部３０の厚さをｔ、円錐状の頂点３２を含むＺ軸に平行な面（例えばＹＺ面）で切断したときの窓部３０の円錐状の頂点３２の角度をθとする。この場合、発光部１１から出射された光束４１が、窓部３０の円錐傾斜部３１に入射する際の入射角φ１は、下記の（１）に示す式で表わされる。尚、入射角φ１は、光束４１が入射する位置の窓部３０の円錐傾斜部３１の法線となす角である。
φ１＝π／２−θ・・・・・・・・・・・・・（１）
窓部３０の屈折率をｎ２とし、面発光レーザ素子１０と窓部３０との間の空間における媒質の屈折率をｎ１とすると、入射角φ１で入射した光束４１は窓部３０の一方の面の界面において出射角φ２となるように曲げられ窓部３０の内部に入る。この関係を下記の（２）に示す。
ｎ１×ｓｉｎφ１＝ｎ２×ｓｉｎφ２・・・・（２）
また、窓部３０内に入射した光の光路Ｌは、窓部３０の厚さがｔであることから、下記の（３）に示す式となる。
Ｌ＝ｔ／ｃｏｓφ２・・・・・・・・・・・・（３）
この後、再び（１）に示す式のように、窓部３０の他方の面の界面において、入射角φ１と同じ角度の出射角となるように曲げられ光束４２として出射される。以上より、（１）〜（３）に示す式から、ＸＹ面における光束４１に対する光束４２のシフト量ｓは、（４）に示す式となる。
ｓ＝Ｌ×ｓｉｎ（φ１−φ２）・・・・・・・・（４）
ここで、窓部３０はガラス等で形成されており、面発光レーザ素子１０と窓部３０との間の空間に窒素等が存在しているものとすると、θ＝７５°、ｔ＝２５０μｍとした場合、ｎ１＝１．００、ｎ２＝１．５１より、シフト量ｓは、２２．６μｍとなる。
【００３０】
このことは、図４に示すように、発光部１１から出射された光束４１が窓部３０を透過することにより、ＸＹ面において窓部３０の円錐状の頂点３２の側に、シフト量ｓ＝２２．６μｍだけシフトした光束４２として出射されることを意味する。
【００３１】
このように、面発光レーザ素子１０の発光部１１から出射された光束４１は、すべて図５に示すように、窓部３０を透過することにより、ＸＹ面において窓部３０の円錐状の頂点３２の存在している側にシフト量ｓだけシフトする。即ち、窓部３２により出射された光束４２は円錐状の頂点３２の存在している方向に集まった光束となる。
【００３２】
従って、面発光レーザ素子１０に形成される発光部１１は、シフト量ｓの分だけ相互に離れた位置に形成することができる。このように発光部１１を離れた位置に形成することにより、発光部１１において発生した熱は、面発光レーザ素子１０には溜まりにくくなり、面発光レーザ素子１０が高温となることを防ぐことができ、面発光レーザ素子１０の寿命を長くすることができる。
【００３３】
尚、窓部３０より出射された光束４２は、画像形成装置等に用いる場合には、副走査方向に等間隔となるように形成されていることが必要となる。即ち、図６に示すように、ＸＹ面における複数の光束４２は、すべての光束４２を副走査方向（Ｙ軸方向）に伸びる仮想線上に正投影したときに等間隔ｄ２となるものであって、副走査方向には、ピッチｄ１となるように形成されている。
【００３４】
本実施の形態における面発光レーザモジュールでは、図５に示すように、ＸＹ面において、特に窓部３０の円錐状の頂点３２に近い位置における各々の発光部１１間の間隔を広くすることができ、この部分が発熱により高温となることを防ぐことができる。即ち、複数の発光部１１の中心部分は、特に高温になりやすいが、本実施の形態では、このような発光部１１が集まっている中心部分に、ＸＹ面において発光部１１と発光部１１の間に円錐状の頂点３２が位置するように形成することにより、この中心部分における発光部１１間の間隔を広くすることができ、より高温になることを防ぐことができる。また、この場合、発光部１１と発光部１１との間に円錐状の頂点３２が存在していることとなるが、発光部１１が２次元状に配列されている場合には、円錐状の頂点３２は中心部分において、相互に最近接する４つの発光部１１の中心に位置するように形成されていることが好ましい。
【００３５】
以上より、窓部３０の円錐状の頂点３２は、ＸＹ面において、発光部１１と円錐状の頂点３２とが重ならない位置であって、複数の発光部１１が形成されている領域の重心または、重心の近傍に位置するように形成されていることが好ましい。尚、複数の発光部１１が形成されている領域の重心または、重心の近傍を発光部１１の重心部分と記載する場合がある。
【００３６】
尚、上記においては、窓部３０は全体において略均一な厚さで形成されているものについて説明したが、例えば、窓部３０において円錐傾斜部３１の錐が形成されている領域と、錐が形成されていない領域との厚さが異なっていてもよい。つまり、窓部３０において、円錐傾斜部３１の錐が形成されている領域が略均一な厚さで形成されていることにより、所定量の光束位置のシフトが生じる。
【００３７】
また、窓部３０は、円錐傾斜部３１の錐を形成している領域と錐を形成していない領域とが、別々に形成されているものや、別な材料により形成されているものであってもよい。例えば、錐を形成している領域が光を透過する材料により形成されていれば、錐を形成していない領域は光を透過しない材料により形成してもよい。
【００３８】
更に、窓部３０は光を透過する材料であればよく、さらに言えば、面発光レーザ素子１０上に設けられた発光部１１から発せられた波長の光を透過する材料であればよい。
【００３９】
（角錐傾斜部を有する窓部）
次に、角錐傾斜部が形成された窓部を有する面発光レーザモジュールについて説明する。これは、図７及び図８に示すように、角錐状の角錐傾斜部６１が形成された窓部６０を有するものである。角錐傾斜部６１は発光部１１が２次元的に配列されている場合には、角錐の稜と発光部１１とがＸＹ面において重ならないように形成されていることが好ましい。
【００４０】
また、窓部６０は、角錐傾斜部６１の略中央に角錐状の頂点６２を有しているが、この角錐状の頂点６２の位置については、前述した円錐状の頂点３２の位置の場合と略同じ位置となるように形成されている。
【００４１】
また、図８に示すように、面発光レーザ素子１０の発光部１１より出射された光束４１は、角錐傾斜部６１により光束４３となり窓部６０より出射される。このような、四角錐状の角錐傾斜部６０を形成することにより、面発光レーザ素子１０の表面に形成される発光部１１を各々２つの方向に伸びる直線上に配列させることができる。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いた画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００である。
【００４３】
図９に基づき、本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００について説明する。本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０等を備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。
【００４４】
通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。
【００４５】
感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、矢印Ｘで示す方向に回転するようになっている。
【００４６】
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。
【００４７】
帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
【００４８】
光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面を、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束により走査し、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像を形成する。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。
【００４９】
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、このトナーは現像ローラ１０３２に供給される。
【００５０】
現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
【００５１】
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、この給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。このレジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、この記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
【００５２】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
【００５３】
定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
【００５４】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
【００５５】
クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。
【００５６】
次に、図１０に基づき光走査装置１０１０について説明する。光走査装置１０１０は、光源ユニット１１００、不図示のカップリングレンズ及び開口板、シリンドリカルレンズ１１１３、ポリゴンミラー１１１４、ｆθレンズ１１１５、トロイダルレンズ１１１６、２つのミラー（１１１７、１１１８）、及び上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置を備えている。尚、光源ユニット１１００は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニット１１００が用いられている。
シリンドリカルレンズ１１１３は、光源ユニット１１００から出力された光を、ミラー１１１７を介してポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光する。
ポリゴンミラー１１１４は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。 そして、不図示の回転機構により、矢印Ｙに示す方向に一定の角速度で回転されている。
従って、光源ユニット１１００から出射され、シリンドリカルレンズ１１１３によってポリゴンミラー１１１４の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１１１４の回転により一定の角速度で偏向される。
ｆθレンズ１１１５は、ポリゴンミラー１１１４からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１１１４により一定の角速度で偏向される光の像面を、主走査方向に関して等速移動させる。 トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５からの光をミラー１１１８を介して、感光体ドラム１０３０の表面に結像する。
トロイダルレンズ１１１６は、ｆθレンズ１１１５を介した光束の光路上に配置されている。そして、このトロイダルレンズ１１１６を介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１１１４の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。
【００５７】
この場合に、面発光レーザ素子１０の発光部１１より出射され窓部３０を透過した光束４２は、図１１に示されるように等間隔となるように形成されている。即ち、窓部３０を透過した光束４２において副走査方向に対応する方向に垂線を下ろした時の光束４２の位置関係が等間隔ｄ２となるので、点灯のタイミングを調整することで感光体ドラム１０３０上では副走査方向に等間隔で光源が並んでいる場合と同様な構成と捉えることができる。例えば、副走査方向に対応した方向に関する窓部３０を透過した光束４２のピッチｄ１が２６．５μｍであれば、前記間隔ｄ２は２．６５μｍとなる。そして、光学系の倍率を２倍とすれば、感光体ドラム１０３０上では副走査方向に５．３μｍ間隔で書き込みドットを形成することができる。これは、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）に対応している。すなわち、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みができる。ここで、窓部３０の円錐傾斜部３１の外周は３００μｍ で、どの発光部（ＶＣＳＥＬ）１１も、図４に示すように、実際には窓部３０で屈折したシフト量ｓに相当する２２．６μmの距離だけ、窓部３０の円錐状の頂点３２から離れた位置に形成されている。
【００５８】
もちろん、主走査方向に対応する方向の発光部（ＶＣＳＥＬ）１１を増加したり、前記ピッチｄ１を狭くして間隔ｄ２を更に小さくするアレイ配置としたり、光学系の倍率を下げる等を行えばより高密度化でき、より高品質の印刷が可能となる。なお、主走査方向の書き込み間隔は、光源の点灯のタイミングで容易に制御できる。
【００５９】
また、ポリゴンミラー１１１４と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施の形態では、走査光学系は、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６とから構成されている。なお、ｆθレンズ１１１５とトロイダルレンズ１１１６の間の光路上、及びトロイダルレンズ１１１６と感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されてもよい。
【００６０】
本実施の形態におけるレーザプリンタ１０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、レーザプリンタ１０００では書きこみドット密度が上昇しても印刷速度を落とすことなく印刷することができる。また、同じ書きこみドット密度の場合には印刷速度を更に速くすることができる。
【００６１】
尚、本実施の形態における説明では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００６２】
例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であってもよい。
【００６３】
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
【００６４】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００である。
【００６５】
図１２に基づき、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００について説明する。本実施の形態におけるカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。
【００６６】
各感光体ドラムは、図１２において示される矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順にそれぞれ帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットが配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。
【００６７】
光走査装置２０１０は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットを、各々の色毎に有しており、第２の実施の形態において説明した光走査装置１０１０と同様の効果を得ることができる。また、カラープリンタ２０００は、この光走査装置２０１０を備えているため、第２の実施の形態におけるレーザプリンタ１０００と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
ところで、カラープリンタ２０００では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合がある。このような場合であっても、光走査装置２０１０の各光源が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源ユニットにより形成されているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれを低減することができる。
【００６９】
よって、本実施の形態におけるカラープリンタ２０００では、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを用いているため、高品質の画像を形成することができる。
【００７０】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光伝送システムである。図１３に基づき、本実施形態に係る光伝送システム３０００について説明する。本実施の形態における光伝送システム３０００は、光送信モジュール３００１と光受信モジュール３００５が光ファイバケーブル３００４で接続されており、光送信モジュール３００１から光受信モジュール３００５への一方向の光通信が可能となっている。
【００７１】
光送信モジュール３００１は、第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含む光源３００２と、外部から入力された電気信号に応じて、光源３００２から出力されるレーザ光の光強度を変調する駆動回路３００３とを有している。
【００７２】
光源３００２から出力された光信号は、光ファイバケーブル３００４に結合し、該光ファイバケーブル３００４を導波して光受信モジュール３００５に入力される。
【００７３】
光受信モジュール３００５は、光信号を電気信号に変換する受光素子３００６と、受光素子３００６から出力された電気信号に対して信号増幅、及び波形整形等を行う受信回路３００７とを有している。
【００７４】
本実施形態に係る光送信モジュール３００１によると、光源３００２が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含んでいるため、高コスト化を招くことなく、複数の光を高密度で安定して出力することができ、結果として高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態に係る光伝送システム３０００によると、高コスト化を招くことなく、光信号を安定して生成することができる光送信モジュール３００１を備えているため、結果として高コスト化を招くことなく、低消費電力で、大容量の光伝送を安定して行うことが可能となる。
【００７６】
尚、本実施形態では、単チャンネルの一方向通信の構成例を示しているが、双方向通信、並列伝送方式、波長分割多重伝送方式等の構成をとることもできる。要するに、光源３００２が第１の実施の形態における面発光レーザモジュールを含んでいればよい。
【００７７】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 面発光レーザ素子
１１ 発光部（ＶＣＳＥＬ）
１２ 基板
２０ パッケージ
２１ 底部
３０ 窓部
３１ 円錐傾斜部
３２ 円錐状の頂点
４１ 光束（窓部３０入射光）
４２ 光束（窓部３０出射光）
５１ 円錐状の頂点３２を通る軸
１０００ レーザプリンタ（画像形成装置）
１０１０ 光走査装置
２０００ カラープリンタ（画像形成装置）
３０００ 光伝送システム
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２００１−８５７８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９４３３号公報
【特許文献３】特開２００８−１９２７８０号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、
前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、
を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、
前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、
前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする面発光レーザモジュール。
【請求項２】
前記錐状は、円錐状または四角錐状であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項３】
前記錐状は、四角錐状であって、
前記四角錐状の稜は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザと重なることなく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項４】
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、各々の前記面発光レーザの間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
【請求項５】
前記面発光レーザ素子は、前記面発光レーザが２次元状に配列されているものであって、
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、最近接の４つの前記面発光レーザにおける略中間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
【請求項６】
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザが形成されている領域の重心部分に位置するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項７】
前記窓部より出射された光束が前記基板面と略平行な面において、２次元的に等間隔となるように、前記面発光レーザ素子において、前記面発光レーザが配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項８】
光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、
前記光源からの光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
像担持体と、
前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項８に記載の光走査装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１】
基板面に複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子を設置するためのパッケージと、
前記面発光レーザの出射側に設けられた窓部と、
を有し、前記窓部は、前記面発光レーザの波長の光を透過する材料により形成されており、前記窓部の一方の面は錐状に凸となるように形成されており、前記一方の面に対向する他方の面は前記錐状に対応して錐状に凹となるように形成されており、
前記窓部における前記錐状を形成する領域は一定の厚さであって、
前記窓部の前記一方の面と前記面発光レーザ素子とが対向するように設置されていることを特徴とする面発光レーザモジュール。
【請求項２】
前記錐状は、円錐状または四角錐状であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項３】
前記錐状は、四角錐状であって、
前記四角錐状の稜は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザと重なることなく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項４】
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板面に対し垂直方向より見た場合、各々の前記面発光レーザの間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
【請求項５】
前記面発光レーザ素子は、前記面発光レーザが２次元状に配列されているものであって、
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、最近接の４つの前記面発光レーザにおける略中間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面発光レーザモジュール。
【請求項６】
前記窓部の一方の面に形成された錐状の頂点は、前記基板に対し垂直方向より見た場合、前記面発光レーザが形成されている領域の重心部分に位置するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項７】
前記窓部より出射された光束が前記基板面と略平行な面において、２次元的に等間隔となるように、前記面発光レーザ素子において、前記面発光レーザが配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の面発光レーザモジュール。
【請求項８】
光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザモジュールを有する光源と、
前記光源からの光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により偏向された光を前記被走査面上に集光する走査光学系と、
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
像担持体と、
前記像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項８に記載の光走査装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記像担持体は複数であって、前記画像情報は、多色のカラー情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９１１４８（Ｐ２０１２−１９１１４８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５８２５（Ｐ２０１１−５５８２５）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]