JPH09216409A - Light source unit and optical scanner using end-face luminescent semiconductor laser element - Google Patents
Light source unit and optical scanner using end-face luminescent semiconductor laser elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、端面発光半導体レーザ
素子を用いた光源装置および光走査装置に係り、特にレ
ーザビームプリンタ、レーザビーム複写機等、像担持体
上を露光走査して画像を形成する装置等に用いられるも
のに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source device and an optical scanning device using an edge emitting semiconductor laser device, and more particularly, an image is formed by exposing and scanning an image carrier such as a laser beam printer or a laser beam copying machine. The present invention relates to those used for forming devices and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】変調されたレーザビームの光走査によっ
て高密度画素を形成し、電子写真プロセスによって、画
像を記録、出力するレーザビームプリンタあるいはレー
ザビーム複写機において、像担持体上で光走査する速度
を高速化するためには、光走査に用いるポリゴンミラー
の回転速度を増す第1の方法がある。またレーザを用い
ることなく高速化する方法として複数個の発光ダイオー
ドを用い、走査幅に対応して並列に光走査する第2の方
法がある。2. Description of the Related Art In a laser beam printer or a laser beam copying machine which forms a high density pixel by optical scanning of a modulated laser beam and records and outputs an image by an electrophotographic process, optical scanning is performed on an image carrier. In order to increase the speed, there is a first method of increasing the rotation speed of the polygon mirror used for optical scanning. Further, as a method of speeding up without using a laser, there is a second method of using a plurality of light emitting diodes and performing optical scanning in parallel corresponding to a scanning width.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の装置では、光走査速度の増加がポリゴンミラーの
回転速度という機械的な性能に依存している。機械的な
回転速度の増大は装置の寿命特性を劣化させると同時に
モータの回転に伴う騒音を発生させる。また機械的な性
能が限界を有する以上、光走査速度の増大には限界があ
る。一方、第2の方法では発光ダイオードが用いられて
おり、発光ダイオードはレーザに比べて発光効率が低
く、1個あたりの素子から取り出すことのできる光出力
が小さいという問題がある。However, in such a conventional apparatus, the increase in the optical scanning speed depends on the mechanical performance such as the rotational speed of the polygon mirror. The increase in mechanical rotation speed deteriorates the life characteristics of the device and at the same time generates noise accompanying the rotation of the motor. Further, since the mechanical performance has a limit, there is a limit to the increase of the optical scanning speed. On the other hand, in the second method, a light emitting diode is used, and there is a problem that the light emitting diode has a lower luminous efficiency than a laser and the light output that can be taken out from each element is small.
【0004】典型的な例で比較すると、被走査面上での
光出力はレーザに比べて1/100以下である。像担持
体上で画像を形成するのに必要な最低露光量は光出力値
と露光時間の積によって決まる。したがって光出力が小
さいとその分、露光時間を長くする必要があるから、高
速化に対する並列走査の効果を相殺してしまう。また発
光効率が低い分、駆動時に発生する熱も著しく、光走査
速度を増大させることは熱による素子の特性劣化を引き
起こすおそれがある。When compared with a typical example, the light output on the surface to be scanned is 1/100 or less as compared with the laser. The minimum exposure required to form an image on the image carrier is determined by the product of the light output value and the exposure time. Therefore, if the light output is small, it is necessary to lengthen the exposure time accordingly, and the effect of parallel scanning for speeding up is offset. Further, since the light emission efficiency is low, heat generated during driving is also remarkable, and increasing the optical scanning speed may cause deterioration of the characteristics of the element due to heat.
【0005】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、長尺で発光効率が高く、高速印字が可能で信頼性の
高い光源装置およびこれを用いた光走査装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light source device having a long length, high luminous efficiency, high-speed printing, and high reliability, and an optical scanning device using the same. To do.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、共振方
向が水平となるように構成された複数個の端面発光型半
導体レーザ素子と、この端面発光型半導体レーザ素子と
対向するように配列されたミラーとを具備した光源装置
であって、実装基板上に前記端面発光型半導体レーザ素
子が、前記ミラーを挟んで交互に千鳥状をなすように配
列され、さらに前記ミラーも対向する端面発光型半導体
レーザ素子からの光を上方に導き、出力光が前記実装基
板に垂直な方向にとりだされるように傾斜せしめられて
いることにある。A feature of the present invention is that a plurality of edge-emitting semiconductor laser elements are arranged so that the resonance direction is horizontal, and the edge-emitting semiconductor laser elements are arranged to face each other. A light source device including a mirror, the edge emitting semiconductor laser elements are arranged on the mounting substrate in a zigzag pattern with the mirrors sandwiched therebetween, and the mirrors also face each other. The light from the die-type semiconductor laser device is guided upward, and the output light is inclined so as to be extracted in a direction perpendicular to the mounting substrate.
【0007】望ましくは、前記端面発光型半導体レーザ
素子は、それぞれ複数のレーザ光を同時もしくは独立し
て放射可能なレーザアレイで構成されている。Preferably, the edge-emitting semiconductor laser device is composed of a laser array capable of emitting a plurality of laser beams simultaneously or independently.
【0008】また望ましくは、前記ミラーは、各レーザ
アレイに対応して、対向するレーザアレイからの光を上
方に導き、出力光が前記実装基板に垂直な方向に1列を
なしてとりだされるように傾斜せしめられている。It is also desirable that the mirror guides the light from the facing laser array upward corresponding to each laser array, and the output light is taken out in a line in a direction perpendicular to the mounting substrate. It is tilted like this.
【0009】さらに望ましくは、前記複数個の端面発光
型半導体レーザ素子および前記ミラーが同一基板上にモ
ノリシックに配設されていることを特徴とする。More preferably, the plurality of edge emitting semiconductor laser devices and the mirror are monolithically arranged on the same substrate.
【0010】また望ましくは、前記複数個の端面発光型
半導体レーザ素子が前記ミラーと反対側の面に光検出器
を具備し、前記光検出器の出力に基づいて、前記端面発
光型半導体レーザ素子の光量を調整するフィードバック
制御手段を具備したことを特徴とする。Further preferably, the plurality of edge emitting semiconductor laser elements include a photodetector on a surface opposite to the mirror, and the edge emitting semiconductor laser elements are output based on the output of the photodetector. And a feedback control means for adjusting the amount of light.
【0011】さらに望ましくは、前記複数個の端面発光
型半導体レーザ素子、前記ミラーおよび前記光検出器
が、同一基板上に、モノリシックに配設されていること
を特徴とする。More preferably, the plurality of edge emitting semiconductor laser devices, the mirror and the photodetector are monolithically arranged on the same substrate.
【0012】本発明の第2の特徴は、共振方向が水平と
なるように構成された複数個の端面発光型半導体レーザ
素子と、この端面発光型半導体レーザ素子と対向するよ
うに配列されたミラーとを具備し、前記実装基板上に前
記端面発光型半導体レーザ素子が、前記ミラーを挟んで
交互に千鳥状をなすように配列され、さらに前記ミラー
も対向する端面発光型半導体レーザ素子からの光を上方
に導き、出力光が前記実装基板に垂直な方向にとりださ
れるように傾斜せしめられてなる光源装置と、前記光源
装置から放射される光を副走査方向に対応して圧縮する
ビーム圧縮光学系と、前記ビーム圧縮光学系からの光束
の主光線を所定の方向に制御するフィールドレンズと、
前記フィールドレンズを通過した光束を被走査面上に光
スポットして集光させる結像光学系とを有し、前記複数
個の半導体レーザ素子を同時もしくは独立して駆動させ
るようにしたことにある。A second feature of the present invention is that a plurality of edge-emitting type semiconductor laser elements configured so that the resonance direction is horizontal and mirrors arranged so as to face the edge-emitting type semiconductor laser elements. The edge emitting semiconductor laser elements are arranged on the mounting substrate in a zigzag pattern with the mirrors sandwiched therebetween, and the light from the edge emitting semiconductor laser elements facing each other is further provided. A light source device that is inclined so that the output light is taken out in a direction perpendicular to the mounting substrate, and a beam compression that compresses the light emitted from the light source device in a sub-scanning direction. An optical system, and a field lens for controlling the chief ray of the light beam from the beam compression optical system in a predetermined direction,
And an image forming optical system for condensing a light beam passing through the field lens onto a surface to be scanned and condensing the light beam, and driving the plurality of semiconductor laser elements simultaneously or independently. .
【0013】[0013]
【作用】本発明によれば、発光効率の高い複数個の半導
体レーザを走査幅に対応し配列することができ、レーザ
ビームプリンタなどの印字速度を高速化しながら信頼性
の高い光走査装置および光源装置を実現することができ
る。According to the present invention, a plurality of semiconductor lasers having high luminous efficiency can be arranged corresponding to the scanning width, and the optical scanning device and the light source having high reliability while increasing the printing speed of a laser beam printer or the like. The device can be realized.
【0014】本発明の第1によれば、複数個の半導体レ
ーザ素子をミラーに対して千鳥状に配列しているため、
高密度配列の場合にも電極配線のためのスペースを十分
に確保することができる。またミラーも千鳥状に配列す
ることにより、光源装置から出射される光のスポット列
を任意の配列で並べることができる。According to the first aspect of the present invention, since a plurality of semiconductor laser elements are arranged in a zigzag pattern with respect to the mirror,
Even in the case of high-density arrangement, a sufficient space for electrode wiring can be secured. Further, by arranging the mirrors in a zigzag manner, the spot rows of the light emitted from the light source device can be arranged in an arbitrary arrangement.
【0015】また半導体レーザ素子をレーザアレイで構
成することにより走査密度を大幅に増大させることがで
き、より高品質の画像形成を行うことが可能となる。Further, by configuring the semiconductor laser device with a laser array, the scanning density can be greatly increased, and higher quality image formation can be performed.
【0016】さらにまた、光の取り出し方向が一列とな
るように配列することにより、像担持体上に画像を形成
する際のデータ処理を容易化することが可能となり、長
尺でかつ高密度の光源装置を提供することが可能とな
る。Furthermore, by arranging so that the light extraction directions are in a line, it becomes possible to facilitate data processing when forming an image on the image bearing member, and it is long and has a high density. It is possible to provide a light source device.
【0017】また、端面発光型半導体レーザ素子および
前記ミラーが同一基板上にモノリシックに配設せしめら
れることにより、ミラーの位置合わせ調節などの調整が
不要となり、装置全体の小型化が可能となる。さらに各
アレイ中の各素子間を分離するに際し、各レーザ素子、
すなわちレーザストライプ間に相当する領域に、プロト
ンなどのイオン注入を行うことにより高抵抗領域を形成
するようにすれば、各素子は熱的に接続されているた
め、温度のばらつきによる出力のばらつきはなく、高精
度に均一化された出力を得ることができ、プリンタある
いは、感光体を露光するための光源としても、極めて信
頼性の高いものとなる。Further, since the edge emitting semiconductor laser device and the mirror are monolithically arranged on the same substrate, adjustment such as alignment adjustment of the mirror is unnecessary, and the size of the entire apparatus can be reduced. When separating each element in each array, each laser element,
That is, if the high resistance region is formed by implanting ions such as protons into the region corresponding to the space between the laser stripes, each element is thermally connected, so that the variation in output due to the variation in temperature does not occur. Therefore, it is possible to obtain a highly uniformized output, and it is extremely reliable as a printer or a light source for exposing a photoconductor.
【0018】さらに、前記複数個の端面発光型半導体レ
ーザ素子が前記ミラーと反対側の面に光検出器を具備
し、前記光検出器の出力に基づいて、前記端面発光型半
導体レーザ素子の光量を調整するフィードバック制御手
段を具備しているため、経時的な光量変動への対応ある
いは強度変調が容易に可能となる。また、温度上昇など
による特性のばらつきに対しても、良好に光量調整を行
うことが可能となる。Further, the plurality of edge emitting semiconductor laser elements are provided with a photodetector on the surface opposite to the mirror, and the light amount of the edge emitting semiconductor laser elements is determined based on the output of the photodetectors. Since it is equipped with the feedback control means for adjusting, it becomes possible to easily cope with the temporal fluctuation of the light amount or to perform the intensity modulation. In addition, it is possible to satisfactorily adjust the light amount even when the characteristics are varied due to a rise in temperature.
【0019】また、複数個の端面発光型半導体レーザ素
子、前記ミラーおよび前記光検出器が、同一基板上に、
モノリシックに配設されているため、ミラーの位置合わ
せ調節などの調整が不要となり、装置全体の小型化が可
能となる。Further, a plurality of edge emitting semiconductor laser devices, the mirror and the photodetector are provided on the same substrate,
Since they are arranged monolithically, adjustments such as alignment adjustment of the mirrors are not necessary, and the size of the entire device can be reduced.
【0020】さらに、光源装置から放射される光を副走
査方向に対応して圧縮するビーム圧縮光学系と、前記ビ
ーム圧縮光学系からの光束の主光線を所定の方向に制御
するフィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過
した光束を被走査面上に光スポットして集光させる結像
光学系とを有し、前記複数個の半導体レーザ素子を同時
もしくは独立して駆動させるようにしているため、印字
速度を飛躍的に向上させることが可能となる。Further, a beam compression optical system for compressing the light emitted from the light source device in correspondence with the sub-scanning direction, and a field lens for controlling the principal ray of the light beam from the beam compression optical system in a predetermined direction, Since the light flux passing through the field lens has an image forming optical system for condensing the light spot on the surface to be scanned, the plurality of semiconductor laser elements are driven simultaneously or independently, It is possible to dramatically improve the printing speed.
【0021】[0021]
【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。図1は、本発明実施例の光源装置の要部
斜視図であり、図2は同装置の概略断面図である 。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 is a perspective view of a main part of a light source device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the device.
【0022】この光源装置は、ベース基板11上に第1
の端面発光型半導体レーザ素子12aと第2の端面発光
型半導体レーザ素子12bとが千鳥状に配置され、これ
らにそれぞれ対応するようにさらに第1および第2のミ
ラー面13a,13bが千鳥状に配置されたミラー13
と、前記ミラー13に対して第1および第2の端面発光
型半導体レーザ素子の外側にそれぞれ配設されて各レー
ザ素子の光出力を検出する第1および第2のフォトディ
テクタ14a,14bとから構成され、前記ベース基板
に対して垂直な方向にレーザ光を取り出すように構成さ
れている。This light source device is provided on the base substrate 11 with the first
Edge-emitting semiconductor laser elements 12a and second edge-emitting semiconductor laser elements 12b are arranged in a zigzag pattern, and the first and second mirror surfaces 13a and 13b are arranged in a zigzag pattern respectively corresponding to these. Placed mirror 13
And first and second photodetectors 14a and 14b respectively arranged outside the first and second edge-emitting semiconductor laser elements with respect to the mirror 13 and detecting the optical output of each laser element. The laser light is extracted in a direction perpendicular to the base substrate.
【0023】なお、ここで第1および第2のフォトディ
テクタ14a,14bの出力は制御手段(図示せず)に
よって第1および第2の端面発光型半導体レーザ素子の
駆動回路にフィードバックされるようになっている。か
かる構成によれば、発光効率の高い半導体レーザを走査
幅に対応して配置しているため、高速駆動が可能であ
り、信頼性の高い光走査装置を形成することが可能とな
る。また、高密度でかつデータ処理が容易であり、経時
的な光量変動への対応、あるいは強度変調が可能とな
る。なお、前記実施例では端面発光型半導体レーザ素子
1個に対してフォトディテクタ1個づつ対応させるよう
にしているが、フィードバックを頻繁に要求しない場合
には、複数個のレーザ素子に対して1個のフォトディテ
クタを対応させるようにしてもよい。The outputs of the first and second photodetectors 14a and 14b are fed back to the drive circuits of the first and second edge-emitting semiconductor laser devices by control means (not shown). ing. According to this structure, since the semiconductor lasers having high light emission efficiency are arranged corresponding to the scanning width, it is possible to drive at high speed and form a highly reliable optical scanning device. Further, the data density is high and the data processing is easy, and it becomes possible to cope with the temporal change in the light amount or to perform the intensity modulation. In the above-described embodiment, one photodetector is provided for each edge-emitting semiconductor laser device. However, if feedback is not frequently requested, one photodetector is provided for a plurality of laser devices. You may make it correspond to a photo detector.
【0024】また、ミラーは、プラスチック、ガラスも
しくは絶縁性あるいは半導体基板を加工して形成すれば
よい。The mirror may be formed by processing plastic, glass, an insulating material, or a semiconductor substrate.
【0025】さらに、端面発光型半導体レーザ素子やフ
ォトディテクタについても別体として形成しても良い
し、モノリシックに形成しても良い。Furthermore, the edge emitting semiconductor laser device and the photodetector may be formed separately or may be formed monolithically.
【0026】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。図3はこの光源装置の要部斜視図である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a perspective view of a main part of this light source device.
【0027】この光源装置は、照射すべき原稿幅などに
対応する走査幅Lを照射できるように、ベース基板11
上に、1チップ上に複数個の端面発光型半導体レーザを
もつレーザアレイを配設してなる第1の端面発光型半導
体レーザ素子12aと、同様に1チップ上に複数個の端
面発光型半導体レーザをもつレーザアレイを配設してな
る第2の端面発光型半導体レーザ素子12bとが千鳥状
に配置され、これらにそれぞれ対応するようにさらに第
1および第2のミラー面13a,13bが千鳥状に配置
されたマイクロプリズムミラーからなるミラー13と、
前記ミラー13に対して第1および第2の端面発光型半
導体レーザ素子の外側にそれぞれ配設されて各レーザ素
子の光出力を検出する第1および第2のフォトディテク
タアレイ14a,14bとから構成され、前記ベース基
板に対して垂直な方向に幅Lにわたるレーザ光を取り出
すように構成されている。This light source device is capable of irradiating the scanning width L corresponding to the width of the original to be irradiated, etc.
A first edge-emitting semiconductor laser device 12a having a laser array having a plurality of edge-emitting semiconductor lasers on one chip, and a plurality of edge-emitting semiconductors on one chip. Second edge-emitting semiconductor laser devices 12b having a laser array having lasers are arranged in a zigzag pattern, and the first and second mirror surfaces 13a and 13b are arranged in a zigzag pattern so as to correspond to them. A mirror 13 composed of micro prism mirrors arranged in a circle,
It is composed of first and second photodetector arrays 14a and 14b which are respectively arranged outside the first and second edge-emitting semiconductor laser devices with respect to the mirror 13 and detect the optical output of each laser device. The laser light is taken out over a width L in a direction perpendicular to the base substrate.
【0028】なお、ここでも第1および第2のフォトデ
ィテクタ14a,14bの出力は制御手段(図示せず)
によって第1および第2の半導体レーザ素子の駆動回路
にフィードバックされるようになっている。In this case as well, the outputs of the first and second photodetectors 14a and 14b are control means (not shown).
Is fed back to the drive circuits for the first and second semiconductor laser devices.
【0029】そして、電極配線は、図4に1チップの例
を示すように、第1および第2の半導体レーザ素子アレ
イともにチップの両サイド(レーザストライプ17と直
交する方向)にむけて各6本の引き出し線19を形成
し、端部にストライプに対して平行となるように配列せ
しめられた計12個のボンディングパッド18を配列し
たことを特徴とする。ここでは共振器長500μm の素
子で1レーザストライプ当たり80μm 角のボンディン
グパッド部(パッド間分離のためのスペースも含めて)
を占有するものとすると、共振器長方向に各6個のボン
ディングパッドを配置することができる。例えば1チッ
プあたり12本のレーザストライプを20μm ピッチで
形成するとすると、 20μm ×12+80μm ×2=400μm のチップ幅となる。As shown in the example of one chip in FIG. 4, 6 electrode wirings are provided on both sides of the chip (direction orthogonal to the laser stripe 17) in both the first and second semiconductor laser element arrays. The present invention is characterized in that a lead wire 19 of a book is formed and a total of 12 bonding pads 18 are arranged at the ends so as to be parallel to the stripe. Here, with a resonator length of 500 μm, a bonding pad area of 80 μm square per laser stripe (including a space for separating pads)
, 6 bonding pads can be arranged in the resonator length direction. For example, if 12 laser stripes are formed with a pitch of 20 μm per chip, the chip width is 20 μm × 12 + 80 μm × 2 = 400 μm.
【0030】一方ストライプの存在領域は240μm に
対し両端のボンディングパッド領域が80μm づつであ
るため、両側のチップのストライプ領域が連続するよう
に設置すれば、発光点は連続して形成されることにな
る。On the other hand, since the existing area of the stripe is 240 μm and the bonding pad areas at both ends are 80 μm, if the stripe areas of the chips on both sides are installed so as to be continuous, the light emitting points are formed continuously. Become.
【0031】なお、レーザストライプ部とボンディング
パッド部との間はレーザストライプ間の電気的分離を考
慮した多層配線技術による引き出し線を用いて接続する
ようにすればよく、主走査ラインのピッチが狭くなって
も容易に電極配線を行うことが可能となる。It should be noted that the laser stripe portion and the bonding pad portion may be connected to each other by using a lead line by a multi-layer wiring technique in consideration of electrical isolation between the laser stripes, and the pitch of the main scanning line is narrow. Even then, it is possible to easily perform electrode wiring.
【0032】このようにかかる構成によれば、極めて高
密度で信頼性の高いレーザ光源装置を得ることが可能と
なる。さらにまた、前記実施例ではスポット列を1列と
なるようにミラーを配列したが、1列に限定されること
なく光のスポット列を任意の配列で並べることができ
る。1列にした場合、像担持体上に画像を形成する際の
データ処理の容易化をはかることが可能となる。また走
査密度を飛躍的に増大することができ、より高品質な画
像形成を行うことが可能となる。According to this structure, it is possible to obtain a highly reliable laser light source device having an extremely high density. Furthermore, in the above-described embodiment, the mirrors are arranged so that the number of spot rows is one, but the number of light spot rows is not limited to one and may be arranged in an arbitrary arrangement. In the case of one column, it becomes possible to facilitate data processing when forming an image on the image carrier. In addition, the scanning density can be dramatically increased, and higher quality image formation can be performed.
【0033】次に本発明の第3の実施例について説明す
る。この光源装置は、図5に示すように、ベース基板1
1をドライエッチング技術を用いて加工し、あらかじめ
ミラー13を一体的に形成し、これと対向するように端
面発光型半導体レーザ素子アレイからなる複数個の半導
体レーザ素子12を取り付けるようにしたものである。
かかる構成により、ミラーを取り付ける際の位置決めが
不要になり、製造プロセスの簡略化をはかることができ
るとともに装置の小形化をはかることができ、高精度で
信頼性の高い光源装置を提供することが可能となる。Next, a third embodiment of the present invention will be described. This light source device has a base substrate 1 as shown in FIG.
1 is processed by using a dry etching technique, a mirror 13 is integrally formed in advance, and a plurality of semiconductor laser elements 12 each composed of an edge emitting semiconductor laser element array are attached so as to face the mirror 13. is there.
With such a configuration, positioning at the time of attaching the mirror is not necessary, the manufacturing process can be simplified, the device can be downsized, and a highly accurate and highly reliable light source device can be provided. It will be possible.
【0034】次に本発明の第4の実施例について説明す
る。この光源装置は図6に示すように、ベース基板11
上に、共振器を有する複数個の端面発光型レーザアレイ
からなる半導体レーザ素子12およびミラー13がモノ
リシックに形成されていることを特徴とするものであ
る。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This light source device has a base substrate 11 as shown in FIG.
A semiconductor laser device 12 and a mirror 13 each of which is composed of a plurality of edge-emitting laser arrays each having a resonator are monolithically formed on the upper portion.
【0035】製造に際しては、ファブリペロー型共振器
ミラーの形成に、へき開を利用することはできないた
め、Cl2 プラズマによる反応性イオンビームエッチン
グ(RIBE)法やArイオンとCl2 ガスを用いたイ
オンビームアシストエッチング(IBAE)法などを用
いて形成する。またここではベース基板11としてシリ
コン基板を用い、この上層に選択的にガリウムヒ素(Ga
As)プロセスを用いて半導体レーザを形成する。なお、
シリコンを用いることにより安価で大面積の光源装置を
形成することができるが、シリコンは間接遷移型半導体
であり、半導体レーザの作製には適さない。従って、Ga
As半導体を格子定数の異なるシリコン基板の上に作製
し、通常の方法によって半導体レーザを形成する。半導
体レーザは例えばシリコン基板表面にn型のアルミニウ
ムガリウム砒素(AlGaAs) からなる下部クラッド層と、
ガリウム砒素(GaAs)量子井戸層およびAlGaAs閉じ込め
層からなる量子井戸活性層、p型のAlGaAsからなる上部
クラッド層と、p型のGaAsキャップ層とが順次積層せし
められて構成される。なお各素子間の分離はプロトン注
入など、イオン注入による高抵抗領域20によってなさ
れている。In production, cleavage cannot be used to form the Fabry-Perot resonator mirror, so reactive ion beam etching (RIBE) using Cl 2 plasma or ions using Ar ions and Cl 2 gas. It is formed by using a beam assist etching (IBAE) method or the like. Further, here, a silicon substrate is used as the base substrate 11, and gallium arsenide (Ga
As) process is used to form a semiconductor laser. In addition,
Although a light source device having a large area can be formed inexpensively by using silicon, silicon is an indirect transition semiconductor and is not suitable for manufacturing a semiconductor laser. Therefore, Ga
As semiconductors are formed on silicon substrates having different lattice constants, and a semiconductor laser is formed by a usual method. A semiconductor laser includes, for example, a lower cladding layer made of n-type aluminum gallium arsenide (AlGaAs) on the surface of a silicon substrate,
A quantum well active layer including a gallium arsenide (GaAs) quantum well layer and an AlGaAs confinement layer, an upper clad layer including p-type AlGaAs, and a p-type GaAs cap layer are sequentially laminated. The elements are separated from each other by the high resistance region 20 by ion implantation such as proton implantation.
【0036】かかる構成によれば、小形で極めて高精度
で信頼性の高い光源装置を提供することが可能となる。According to such a structure, it is possible to provide a small-sized light source device having extremely high accuracy and high reliability.
【0037】また、この光源装置を用いた光走査装置に
ついて説明する。この装置は図7に示すように光源装置
1と、この光源装置1から放射される光を副走査方向に
圧縮するシリンドリカルレンズからなるビーム圧縮光学
系2と、ハーフミラー3と、前記ビーム圧縮光学系から
の光束の主光線を所定の方向に制御するフィールドレン
ズ4と、前記フィールドレンズを通過した光束を被走査
面上に光スポットとして集光させる結像光学系5と、折
り返しミラー6とから構成され、結像光学系5に反射さ
れてフィールドレンズ4を通過した光束を、ハーフミラ
ー3によって感光体ドラム7上に導くように構成されて
いる。光源装置は主走査方向に沿ってレーザアレイが配
列されており、副走査方向とは被走査面の移動方向であ
る。また、「副走査対応方向」とは光源から被走査面に
至る光路を光軸に沿って直線的に展開した仮想的な光路
上において、副走査方向に対して平行となる方向を意味
する。「主走査対応方向」も同様に定義する。光源装置
1から放射される光はビーム圧縮光学系2によって副走
査対応方向に圧縮せしめられる。端面発光型レーザにお
いてはレーザ端面から出射される光の分布が水平方向
(主走査対応方向)に比べて垂直方向(副走査対応方
向)に広がった楕円形であるため、被走査面上に効率よ
く光を到達させる目的で、シリンドリカルレンズによっ
て副走査対応方向にのみ結像させるものとする。An optical scanning device using this light source device will be described. As shown in FIG. 7, this device includes a light source device 1, a beam compression optical system 2 including a cylindrical lens that compresses light emitted from the light source device 1 in a sub-scanning direction, a half mirror 3, and the beam compression optical system. From the field lens 4 for controlling the principal ray of the light flux from the system in a predetermined direction, the imaging optical system 5 for condensing the light flux passing through the field lens as a light spot on the surface to be scanned, and the folding mirror 6. The half mirror 3 guides the light flux that is reflected by the imaging optical system 5 and passed through the field lens 4 to the photosensitive drum 7. In the light source device, laser arrays are arranged along the main scanning direction, and the sub scanning direction is the moving direction of the surface to be scanned. Further, the “sub-scanning corresponding direction” means a direction parallel to the sub-scanning direction on a virtual optical path in which the optical path from the light source to the surface to be scanned is linearly expanded along the optical axis. The "main scanning corresponding direction" is also defined in the same manner. The light emitted from the light source device 1 is compressed by the beam compression optical system 2 in the sub-scanning corresponding direction. In the edge-emitting laser, the light emitted from the laser end face has an elliptical shape that is wider in the vertical direction (corresponding to the main scanning direction) than in the horizontal direction (corresponding to the main scanning direction). For the purpose of allowing light to reach well, an image is formed only in the sub-scanning corresponding direction by the cylindrical lens.
【0038】ビーム圧縮光学系2からの光束の主光線を
所定の方向、すなわち結像光学系5および折り返しミラ
ー6の配置された方向に導くようにフィールドレンズ4
が作用する。The field lens 4 guides the principal ray of the light beam from the beam compression optical system 2 in a predetermined direction, that is, in the direction in which the imaging optical system 5 and the folding mirror 6 are arranged.
Works.
【0039】フィールドレンズ4は、球面レンズあるい
は非球面レンズであるが、主走査対応方向には光源装置
に対応した長さを持つ一方、副走査対応方向にはビーム
圧縮光学系2によって絞られた光束が入射するのに十分
な幅を残して切り出された形状となっている。光源装置
1からのレーザビームはフィールドレンズ4の光軸に対
して平行であり、フィールドレンズ4によってこのレン
ズの像側焦点位置に集められる。The field lens 4, which is a spherical lens or an aspherical lens, has a length corresponding to the light source device in the main scanning corresponding direction, but is narrowed down by the beam compression optical system 2 in the sub scanning corresponding direction. It has a shape that is cut out leaving a sufficient width for the light flux to enter. The laser beam from the light source device 1 is parallel to the optical axis of the field lens 4, and is collected by the field lens 4 at the image side focal position of this lens.
【0040】光出射点と被走査面上に光スポットとして
集光させる役割を果たすのが結像光学系5および折り返
しミラー6である。The image forming optical system 5 and the folding mirror 6 play a role of condensing a light spot on the light emitting point and the surface to be scanned.
【0041】このような構成をもつ光走査装置によれ
ば、機械的稼動部がなく独立駆動可能な複数個のレーザ
素子により、走査幅全体にわたって同時もしくは極めて
短時間に書き込むことができるため、高速でありながら
騒音あるいは熱などの発生がなく、信頼性の高い光走査
装置を実現することが可能となる。According to the optical scanning device having such a structure, it is possible to perform simultaneous writing in the entire scanning width or in an extremely short time by a plurality of laser elements which can be independently driven without a mechanical operating part, and therefore, high speed is achieved. However, it is possible to realize a highly reliable optical scanning device which does not generate noise or heat.
【0042】なお、べース基板上にレーザ素子アレイあ
るいはミラーを形成する方法としては、図3に示したよ
うに各素子をディスクリートに貼着する方法、図5ある
いは図6に示されるように素子の一部もしくはすべての
素子を一体的に形成する方法がある。前者は取り付けの
手間はかかるものの、各素子を個別に作製しておくこと
ができ、装置の形成を効率的に進めることができ、歩留
まりも良好である。As a method of forming a laser element array or a mirror on the base substrate, a method of individually attaching each element as shown in FIG. 3 or a method of attaching each element as shown in FIG. 5 or FIG. There is a method of integrally forming a part or all of the elements. Although the former requires time and effort for mounting, each element can be manufactured individually, the formation of the device can be efficiently advanced, and the yield is good.
【0043】一方、後者の方法はプロセスが高度である
ものの、取り付けの手間がなく、小形化および高精度化
をはかることが可能となる。On the other hand, in the latter method, although the process is sophisticated, there is no labor for mounting and it is possible to achieve miniaturization and high accuracy.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、走査密度の向上をはかるとともに、半導体レーザを
高密度に配列した場合でも、電極配線のためのスペース
を確保することが可能となり、またミラーも千鳥状に配
列することによって、光のスポット列を任意の配列で並
べることができる。例えば、一列で主走査幅をなすよう
に配列することにより、画像を形成する際のデータ処理
の簡略化をはかることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the scanning density and secure the space for the electrode wiring even when the semiconductor lasers are arranged at a high density. By arranging the mirrors in a zigzag manner, the light spot rows can be arranged in an arbitrary arrangement. For example, by arranging them so as to form the main scanning width in one line, it is possible to simplify data processing when forming an image.
【0045】また半導体レーザのそれぞれをレーザアレ
イで構成することにより、走査密度を増大することが可
能となる。また半導体レーザの後端側にフォトデテクタ
を配置して光量を制御することにより、記録装置の光源
として用いる場合には高画質の光走査記録を行うことが
可能となる。従って高密度化および高精度化をはかるこ
とが可能となる。Further, by configuring each of the semiconductor lasers with a laser array, the scanning density can be increased. Further, by arranging a photodetector on the rear end side of the semiconductor laser to control the light amount, it becomes possible to perform high-quality optical scanning recording when used as a light source of a recording device. Therefore, higher density and higher accuracy can be achieved.
【0046】さらに、本発明の光走査装置を用いること
により、複数個の半導体レーザを高密度に駆動させ、走
査幅全体にわたって同時あるいは極めて短時間で光照射
を行うことが可能となり、騒音もなく、信頼性の高い高
速走査が可能となる。Furthermore, by using the optical scanning device of the present invention, it becomes possible to drive a plurality of semiconductor lasers at high density and perform light irradiation over the entire scanning width simultaneously or in an extremely short time, without noise. It enables high-speed scanning with high reliability.
【図1】本発明の第1の実施例の光源装置の斜視図FIG. 1 is a perspective view of a light source device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同断面図FIG. 2 is a sectional view of the same.
【図3】同装置の1チップを示す説明図FIG. 3 is an explanatory view showing one chip of the device.
【図4】本発明の第2の実施例の光源装置を示す図FIG. 4 is a diagram showing a light source device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施例の光源装置を示す図FIG. 5 is a diagram showing a light source device according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施例の光源装置を示す図FIG. 6 is a diagram showing a light source device according to a third embodiment of the present invention.
【図7】同光源装置を用いた光走査装置を示す図FIG. 7 is a diagram showing an optical scanning device using the light source device.
1 光源装置 2 ビーム圧縮光学系 3 ハーフミラー 4 フィールドレンズ 5 結像光学系 6 折り返しミラー 7 感光体ドラム 11 ベース基板 12 半導体レーザ素子 12a 第1の端面発光型半導体レーザ素子 12b 第2の端面発光型半導体レーザ素子 13 ミラー 13a 第1のミラー面 13b 第2のミラー面 14 フォトディテクタ 14a 第1のフォトディテクタ 14b 第2のフォトディテクタ 17 レーザストライプ 18 ボンディングパッド 19 引き出し線 1 Light Source Device 2 Beam Compression Optical System 3 Half Mirror 4 Field Lens 5 Imaging Optical System 6 Folding Mirror 7 Photosensitive Drum 11 Base Substrate 12 Semiconductor Laser Element 12a First Edge-Emitting Semiconductor Laser Element 12b Second Edge-Emitting Type Semiconductor laser device 13 Mirror 13a First mirror surface 13b Second mirror surface 14 Photodetector 14a First photodetector 14b Second photodetector 17 Laser stripe 18 Bonding pad 19 Leading wire
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/133 3/18 (72)発明者 布施 マリオ 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 伊藤 昌夫 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01S 3/133 3/18 (72) Inventor Mario Fuse 2274 Hongo, Ebina City, Kanagawa Prefecture Fuji Xerox Co., Ltd. Ebina Business In-house (72) Inventor Masao Ito 430 Sakai, Nakai-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Green Tech Naka Fuji Xerox Co., Ltd.
Claims (7)
複数個の端面発光型半導体レーザ素子と、この端面発光
型半導体レーザ素子と対向するように配列されたミラー
とを具備した傾斜ミラー型の光源装置であって、 実装基板上に前記端面発光型半導体レーザ素子が、前記
ミラーを挟んで交互に千鳥状をなすように配列されると
ともに、 前記ミラーは、相対向する前記端面発光型半導体レーザ
素子からの光を上方に導き、出力光が前記実装基板に垂
直な方向にとりだされるように、傾斜せしめられている
ことを特徴とする端面発光型半導体レーザ素子を用いた
光源装置。1. A tilted mirror type having a plurality of edge-emitting semiconductor laser elements configured to have a horizontal resonance direction and a mirror arranged so as to face the edge-emitting semiconductor laser elements. In the light source device, the edge emitting semiconductor laser devices are arranged on the mounting substrate in a zigzag pattern with the mirrors sandwiched therebetween, and the mirrors are opposed to each other. A light source device using an edge emitting semiconductor laser device, characterized in that it is inclined so that light from a laser device is guided upward and output light is taken out in a direction perpendicular to the mounting substrate.
れぞれ複数のレーザ光を同時もしくは独立して放射可能
なレーザアレイで構成されていることを特徴とする請求
項1記載の光源装置。2. The light source device according to claim 1, wherein each of the edge emitting semiconductor laser elements is composed of a laser array capable of emitting a plurality of laser beams simultaneously or independently.
して、対向するレーザアレイからの光を上方に導き、出
力光が前記実装基板に垂直な方向に1列をなしてとりだ
されるように千鳥状に配列されかつ傾斜せしめられてい
ることを特徴とする請求項2記載の光源装置。3. The mirror guides light from a facing laser array upward corresponding to the laser array so that output light is taken out in a line in a direction perpendicular to the mounting substrate. The light source device according to claim 2, wherein the light source devices are arranged in a zigzag pattern and are inclined.
子および前記ミラーが同一基板上にモノリシックに配設
されていることを特徴とする請求項1記載の光源装置。4. The light source device according to claim 1, wherein the plurality of edge emitting semiconductor laser devices and the mirror are monolithically arranged on the same substrate.
子が前記ミラーと反対側の面に光検出器を具備し、 前記光検出器の出力に基づいて、前記端面発光型半導体
レーザ素子の光量を調整するフィードバック制御手段を
具備したことを特徴とする請求項1記載の光源装置。5. The plurality of edge-emitting type semiconductor laser elements are provided with a photodetector on the surface opposite to the mirror, and the light amount of the edge-emitting type semiconductor laser elements is determined based on the output of the photodetector. The light source device according to claim 1, further comprising feedback control means for adjusting the light source.
子、前記ミラーおよび前記光検出器が、同一基板上に、
モノリシックに配設されていることを特徴とする請求項
1記載の光源装置。6. The plurality of edge emitting semiconductor laser devices, the mirror and the photodetector are formed on the same substrate,
The light source device according to claim 1, wherein the light source device is arranged monolithically.
複数個の端面発光型半導体レーザ素子と、この端面発光
型半導体レーザ素子と対向するように配列されたミラー
とを具備し、 実装基板上に前記端面発光型半導体レーザ素子が、前記
ミラーを挟んで交互に千鳥状をなすように配列されると
ともに、前記ミラーが対向する端面発光型半導体レーザ
素子からの光を上方に導き、出力光が前記実装基板に垂
直な方向にとりだされるように傾斜せしめられてなる光
源装置と、 前記光源装置から放射される光を副走査方向に対応して
圧縮するビーム圧縮光学系と、前記ビーム圧縮光学系か
らの光束の主光線を所定の方向に制御するフィールドレ
ンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を被走査
面上に光スポットして集光させる結像光学系とを有し、
前記複数個の半導体レーザ素子を同時もしくは独立して
駆動させるようにしたことを特徴とする光走査装置。7. A mounting board comprising: a plurality of edge-emitting semiconductor laser elements configured to have a horizontal resonance direction; and a mirror arranged to face the edge-emitting semiconductor laser elements. The edge-emitting type semiconductor laser elements are arranged on the upper side in a zigzag pattern with the mirrors sandwiched therebetween, and the light from the edge-emitting type semiconductor laser elements facing the mirror is guided upward to output light. And a beam compression optical system that compresses the light emitted from the light source device in correspondence with the sub-scanning direction, and the beam compression device. A field lens for controlling the principal ray of the light flux from the optical system in a predetermined direction, and an imaging optical system for focusing the light flux passing through the field lens on the surface to be scanned and condensing it. And,
An optical scanning device characterized in that the plurality of semiconductor laser elements are driven simultaneously or independently.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2274796A JPH09216409A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Light source unit and optical scanner using end-face luminescent semiconductor laser element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2274796A JPH09216409A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Light source unit and optical scanner using end-face luminescent semiconductor laser element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09216409A true JPH09216409A (en) | 1997-08-19 |
Family
ID=12091295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2274796A Pending JPH09216409A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Light source unit and optical scanner using end-face luminescent semiconductor laser element |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH09216409A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-02-08 JP JP2274796A patent/JPH09216409A/en active Pending
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