JP3537578B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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Description
びレーザプリンタ等の光書込系に用いられる光ビーム走
査装置の光源装置に適用することができ、特に、複数の
光ビームにより隣接するラインを同時に書込むことで高
速化を実現し得る半導体レーザ装置に関する。
において記録速度を上げる手段として、偏向手段として
の回転多面鏡(ポリゴンミラー)の回転速度を上げる方
法がある。しかし、この方法ではモータの耐久性や半導
体レーザの変調スピード等が問題となり記録速度に限界
がある。そこで、複数のレーザ光を同時に走査して記録
速度を上げるようにしたマルチビーム化が検討されてい
る。このようなマルチビーム書込系に用いられる半導体
レーザ装置として、特開昭56−42248号公報によ
り開示されているような複数の発光源をアレイ状に配列
した半導体アレイを用いた方式の他、特開平7−724
07号公報に開示されているように、複数の半導体レー
ザの光ビームを合成する方式が提案されており、いずれ
も半導体レーザ装置の各光ビームを主走査方向に偏倚さ
せていて、半導体レーザ装置自体を一光軸まわりに回動
させることにより副走査方向の走査線ピッチの調節を可
能にしている。各光ビームの平行シフトについては、走
査用レンズ(回転多面鏡)によって常に一定ラインに収
束するように補正されるので、この回動によるシフトの
みが副走査方向の走査線ピッチの変動として現れる。
407号公報に示されている半導体レーザ装置において
は、各コリメータレンズを鏡筒に収容し、その保持部材
(基体)に設けたレンズ取り付け用穴に嵌合されて接着
剤を充填して固定していたが、温度変動に伴って基体が
熱膨張して、コリメータレンズの間隔及び半導体レーザ
の間隔が変化し、その変化量の差に起因して、各ビーム
相互に光軸のずれが生じて設定した副走査ピッチが変動
してしまい、画像品質が劣化するという問題点があっ
た。この変化量の差が生ずる一要因として、レンズ取り
付け用穴と鏡筒との隙間に介在する接着剤の膨張係数が
大きいために、各コリメータレンズ相互の間隔の変化量
が各半導体レーザ相互の間隔の変化量よりも大きくなる
ことが考えられる。
向の走査線ピッチの変動が少なく、環境に対して安定性
に優れた半導体レーザ装置を提供することを目的とす
る。
求項1記載の発明は、2個の半導体レーザと、半導体レ
ーザからの光ビームを各々平行光束にする少なくとも2
個のコリメータレンズと、これらの光ビームの内の基準
の光ビームの光軸上に他方の光ビームを重ね合せて出射
するビーム合成手段とを有し、各コリメータレンズはこ
れらに共用の基体に配設されてなる各レンズ取り付け用
穴にそれぞれ嵌合され、各半導体レーザはそれぞれに固
有の支持体に支持され、該各支持体は互に対をなした半
導体レーザとコリメータレンズとの光軸を合わせて前記
基体に取り付けられている半導体レーザ装置において、
前記各コリメータレンズは、前記各レンズ取り付け用穴
の周面のうちの互に最短距離をなした部位に片寄せられ
てその各周面に当接した状態で該レンズ取り付け用穴中
において接着することで、各コリメータレンズの相互間
隔を一定に保つとともに、前記基体と前記支持体とは熱
膨張係数が互に同等の材料よりなることを特徴とするも
のである。
体レーザと、半導体レーザからの光ビームを各々平行光
束にする少なくとも2個のコリメータレンズと、これら
の光ビームの内の基準の光ビームの光軸上に他方の光ビ
ームを重ね合せて出射するビーム合成手段とを有し、各
コリメータレンズはこれらに共用の基体に配設されてな
る各レンズ取り付け用穴にそれぞれ嵌合され、各半導体
レーザはそれぞれに固有の支持体に支持され、該各支持
体は互に対をなした半導体レーザとコリメータレンズと
の光軸を合わせて前記基体に取り付けられている半導体
レーザ装置において、前記各コリメータレンズを前記各
レンズ取り付け用穴の周面のうちの互に最短距離をなし
た部位に片寄せてその各周面に圧接する付勢手段を備え
るとともに、前記基体と前記支持体とは熱膨張係数が互
に同等の材料よりなることを特徴とするものである。
たは2記載の発明の構成に加え、前記ビーム合成手段か
ら出射される各光ビームを主走査方向に偏倚させていて
前記基準の光ビームの光軸を中心に回動させて副走査方
向の走査線ピッチを調節可能にし、前記各半導体レーザ
の相互間隔と各コリメータレンズの相互間隔との相違に
よって生ずる副走査方向の各光軸の偏倚量に対して前記
基体を該偏倚と逆方向に作用させるべく前記回動のため
の駆動手段を制御する制御装置を備えた半導体レーザ装
置を光走査装置に適用することを特徴とするものであ
る。
同様に回動させるべく前記基体の一部を押圧して作動す
る駆動手段を設け、各半導体レーザの相互間隔と各コリ
メータレンズの相互間隔との膨張量の相違によって生ず
る副走査方向の各光軸の偏倚量(角度)の変化方向
(正,負)に対して前記駆動手段の押圧による副走査方
向偏倚量の可変方向を逆方向としてなることを特徴とす
るものである。
おける駆動手段を制御するために、基体の近傍の温度を
検知する温度センサと、予め設定されてなる基体の基準
温度と前記検知された温度との差の値に基づいて副走査
方向の各光軸の偏倚量に対して前記基体を該偏倚と逆方
向に作用させるべく駆動手段を制御する制御装置とを備
えたことを特徴とするものである。
おける駆動手段が、記録が行われていない期間において
作動すべく設定されていることを特徴とするものであ
る。
先立って本発明の光走査装置の半導体レーザ装置におけ
る光ビーム合成の原理について説明する。図1は本発明
の半導体レーザ光源装置におけるビーム合成の原理を示
す図である。図1において、1は光源部である。2個の
半導体レーザ10,11はそのpn接合面を一致させて同一
平面状に配列されている。各半導体レーザ10,11の光ビ
ームはコリメータレンズ12,13により平行光束14,15に
変換され、アパーチャ16,17により所定の光束径に整形
される。これらの光束の内、平行光束15は、1/2波長
板18により偏光方向を90度回転させてビーム合成プリ
ズム(ビーム合成手段)19に入射され、斜面19aで内面
反射し、ビームスプリッタ面19bで反射して、基準とな
る平行光束14の光軸近傍に合成される。この際、半導体
レーザ11においては、コリメータレンズ13との光軸を主
走査方向に僅かに偏心させることにより各ビームは主走
査方向に所定角度θmだけ隔てて射出されて、光源部1
を光軸14回りに回動させることにより、射出角度の副走
査方向成分Δθsが得られて副走査ピッチを調整可能に
している。
ーム走査装置の系統図である。図2において、光源部1
は図1における半導体レーザ10,11からビーム合成プリ
ズム19に至る光路の各部材によって構成されている。光
源部1から射出された各ビームは、シリンダレンズ2を
介してポリゴンミラー3よりなる偏光手段に入射され、
このポリゴンミラー3を回転させることによって主走査
方向に繰返し偏光させる。そしてポリゴンミラー3で反
射されたビームが更にfθレンズ4,トロイダルレンズ
5からなる走査用レンズ及び折返しミラー6を介して所
定の走査記録面上にスポットとして投影させる。このと
き、各ビームは副走査方向に1ピッチpだけずれたもの
とすることで2本の走査線が同時に書き込まれる。
を説明する。図3は本発明の半導体レーザ装置の構成例
を示す分解斜視図である。図3に示す如く、半導体レー
ザ21,22はアルミダイキャスト製の支持体23,24に固定
され、アルミダイキャスト製の基体25の裏面に、後述す
るコリメータレンズ26,27との光軸を一致させて、ねじ
32,33及び34,35を用いて接合される。尚、本実施例で
は上記の各部材をアルミダイキャスト製としたが、これ
と同等の熱膨張係数を有するエンジニアリングプラスチ
ックを用いてもよい。コリメータレンズ26,27は、鏡筒
に収められ、基体25の各レンズ取り付け用穴25a,25b
に嵌合されて、互に対をなした各半導体レーザ21,22と
の位置をそれぞれ合せて接着される。アパーチャ28は、
半導体レーザ21,22用の各整形スリット28a,28bが一
体的に形成され、1/2波長板20がスリット28b上に保
持され、裏面よりビーム合成プリズム30が収容されてな
るフランジ部29に接合される。このように各部材が一体
化されて光源部が形成される。上記の光源部と、半導体
レーザの駆動回路が形成されてなる基板31とを一体的に
結合することにより、半導体レーザ装置が構成される。
この結合のために、フランジ部29の円筒状突起29aを図
示しない筐体に係合させ、図示しないねじによって、穴
29b,29cと、25c,25dを貫通して固定される。
形成された円筒部材41がそのシャフトに圧入されてい
て、雌ねじを有したアクチュエータ42を該円筒部材41に
螺合させている。フランジ部29のレバー29dは、スプリ
ング45により常にアクチュエータ42に当接するようにし
ており、ステッピングモータ40が回転することによっ
て、アクチュエータ42が図の上下に移動し、それに追従
して光源部が円筒状突起29aの中心軸(基準の光ビーム
の光軸)を軸として回動されて、前記のように副走査ピ
ッチが調整される。43は後記するモータ制御部、44は後
記する温度検出器である。
リメータレンズ26,27の取り付け構造図であり、請求項
1及び請求項3に対応させている。そして図4の(a)
はその断面図で示し、図4の(b)は図4の(a)に対
する側面図で示している。図4において、図3と共通の
部分には同一の符号を付して示し、その説明は適宜省略
する。コリメータレンズ26,27は、鏡筒に収められ、基
体25に円筒状突起25A,25Bを有して形成された各レン
ズ取り付け用穴25a,25bに嵌合されている。そして各
半導体レーザ21,22は、各支持体23,24にそれぞれ固定
されて、各コリメータレンズ26,27との光軸を一致させ
て、基体25の裏面に接合されている。上記の各支持体2
3,24と基体25とは熱膨張が互に同等な材料によって構
成されている。そして上記の円筒状突起25A,25Bに
は、各レンズ取り付け用穴25a,25bの共通の中心線上
に、これらレンズ取り付け用穴25a,25b相互の外側に
向けて貫通させた作業用穴25e,25fを設け、取り付け
作業用の通し付き当てピン38を挿通可能にしている。
けるに当っては、コリメータレンズ26,27をレンズ取り
付け用穴25a,25bに嵌合して、通し付き当てピン38を
作業用穴25e,25fに挿通してコリメータレンズ26,27
の鏡筒に押し当てて互いの内側に寄せ、隙間がないよう
に密着させた上で、接着剤39を充填して接着する。この
ようにした構成によれば、各コリメータレンズ26,27は
接着剤39を介在させないで各レンズ取り付け用穴25a,
25b相互の最短距離をなした部位に片寄せられてその各
周面に当接した状態で固定されているので、基体25が熱
膨張しても各コリメータレンズ26,27の相互間隔と各半
導体レーザ21,22の相互間隔とが同様に追従して変化す
るため、各コリメータレンズ26,27から射出する光ビー
ムの相対角度を常に一定に保つことが出来、よって副走
査方向の走査線ピッチが一定に保たれて安定した画像品
質が得られる。
リメータレンズ26,27の取り付け構造の断面図であり、
請求項2及び請求項3に対応させている。図5におい
て、図4と共通の部分には同一の符号を付して示し、そ
の説明は適宜省略する。各支持体23,24と基体25とは熱
膨張が互に同等な材料によって構成されている。基体25
の各円筒状突起25A,25Bには板ばね(付勢部材)36,
37が取り付けられていて、各コリメータレンズ26,27を
互に近接させる方向に付勢している。このようにした構
成によれば、各コリメータレンズ26,27は各レンズ取り
付け用穴25a,25b相互の最短距離をなした部位に片寄
せられてその各周面に当接した状態で固定されているの
で、図4におけるように、接着剤を硬化させるための組
付け用の設備を要しないで、図4の構成と同様な効果が
得られる。
段)40は前記したようにフランジ部29の円筒状突起29a
の中心軸(基準の光ビームの光軸)を軸として回動され
てこの光源部を回動調節して、副走査方向の走査線ピッ
チを調節可能にしており、モータ制御部(制御装置)43
はその制御を行う。請求項4は、基体25における各半導
体レーザ21,22の相互間隔と各コリメータレンズ26,27
の相互間隔の相違によって生ずる副走査方向の各光軸の
偏倚量に対して、基体25を該偏倚と逆方向に作用させる
ようにしたことを特徴としている。以下、図1を参照し
ながらその作用を説明する。各光ビーム15,16は、ビー
ム合成プリズム19を通過した状態において主走査方向
(x軸方向)にΔθmだけ偏倚させており、光軸14回り
に回転角αを変えることによって、相対射出角度の副走
査方向成分Δθsが変って副走査ピッチが調整される。
この副走査方向(y軸方向)成分Δθsが0゜のときを
回転角αが0゜即ち基準回転角度としている。基体25が
温度上昇したことにより、各半導体レーザ10,11の相互
間隔(図3においては21,22)に対比し、各コリメータ
レンズ12,13(図3においては26,27)の相互間隔が広
がると、光ビーム16が光ビーム15に対してy軸の負方向
に偏倚して副走査方向の走査線ピッチずれが生ずる。よ
ってこの場合、モータ制御部43は、このずれを補正する
ためにフランジ部29を図の時計方向に回動させて、光ビ
ーム16をy軸の正方向に移動させるべくステッピングモ
ータ40を駆動するように設定されている。ステッピング
モータ40が回転することによって、アクチュエータ42が
図の上下に移動しレバー29dを押圧してフランジ部29と
共に基体25が回動する。そして請求項5に対応させて、
各半導体レーザ10,11の相互間隔と各コリメータレンズ
12,13の相互間隔との膨張量の相違によって生ずる副走
査方向の各光軸の偏倚量(相対射出角度の副走査方向成
分Δθs)の変化方向(正,負)に対してアクチュエー
タ42の押圧による副走査方向偏倚量の可変方向を逆方向
としている。よって、ステッピングモータ40と基体25と
を連結しているアクチュエータ42等に熱変化が生じて
も、各半導体レーザ10,11の相互間隔と各コリメータレ
ンズ12,13の相互間隔との相違によって生じる副走査方
向の偏倚を相殺するように作用するため、総合的な偏倚
量を小さく抑えることができる。
各光ビーム15,16の相対射出角度(Δθs)の特性図で
あり、請求項6に対応させている。図3における温度検
出器44はフランジ部29の温度を検出してそのデータをモ
ータ制御部43に与える。モータ制御部43は、図6に示す
ようにフランジ部29が標準温度20℃のときを、回転角
αが0゜で相対射出角度(Δθs)が0゜に設定してい
る。フランジ部29の温度が上昇してこの場合のしきい値
40℃になるとモータ制御部43が作動してステッピング
モータ40が駆動され、フランジ部29が図の時計方向に所
定量だけ回動してこの温度変化によって生じた相対射出
角度(Δθs)の変化相当分Δ’θsが補正される。同図
に相対射出角度(Δθs)の許容範囲を鎖線で示してお
り、この補正の結果、温度上昇後においても、相対射出
角度(Δθs)が該許容範囲内となって、副走査方向の
走査線ピッチが一定に保たれて安定した画像品質が得ら
れる。この温度が印字(記録)期間中にしきい値に達し
た場合には、印字終了を待ってモータ制御部43が作動す
るようにしており、請求項7に対応させている。印字期
間中には補正作動しないので、補正作動による画像の濃
度ムラ等のトラブルが生ずることもない。尚、図6に示
す例では温度が40℃に達したところで作動するように
したが、例えば10℃おきとか無段階に作動するように
してもよい。
導体レーザから出射された各光ビームの内の基準の光ビ
ームの光軸上に他方の光ビームを重ね合せて出射するビ
ーム合成手段とを有し、各コリメータレンズは基体の各
レンズ取り付け用穴にそれぞれ嵌合され、各半導体レー
ザはそれぞれの支持体に支持され、各支持体が半導体レ
ーザとコリメータレンズとの光軸を合わせて基体に取り
付けられている半導体レーザ装置において、各コリメー
タレンズは、基体の各レンズ取り付け用穴の周面のうち
の互に最短距離をなした部位に片寄せられてその各周面
に当接した状態で接着するとともに、基体と支持体とを
熱膨張係数が互に同等の材料より形成しているので、基
体が熱膨張しても各コリメータレンズの相互間隔と各半
導体レーザの相互間隔とが同様に追従して変化するた
め、各コリメータレンズから射出する光ビームの相対角
度を常に一定に保つことが出来、よって副走査方向の走
査線ピッチの変動が少なく、環境に対して安定性に優れ
た半導体レーザ装置が得られる。又、コリメータレンズ
を組付ける際に、その相互間隔のバラつきが生じないの
で、安定した性能が得られる。
項1における基体に、各コリメータレンズを互に近接さ
せる方向に付勢してなる付勢手段を備えるとともに、基
体と支持体とを熱膨張係数が互に同等の材料より形成し
ているので、各コリメータレンズは各レンズ取り付け用
穴相互の最短距離をなした部位に片寄せられてその各周
面に当接した状態で固定され、よって請求項1における
と同様の効果が得られる。
における各半導体レーザの相互間隔と各コリメータレン
ズの相互間隔の相違によって生ずる副走査方向の各光軸
の偏倚量に対して前記基体を該偏倚と逆方向に作用させ
るべく駆動手段を制御する制御装置を備えたので、これ
ら各相互間隔の相違による各光軸の偏倚が補償されて請
求項1におけると同様の効果が期待できる半導体レーザ
を備えた光走査装置を得ることができる。
の一部を押圧して作動する駆動手段を設け、各半導体レ
ーザの相互間隔と各コリメータレンズの相互間隔との膨
張量の相違によって生ずる副走査方向の各光軸の偏倚量
(角度)の変化方向(正,負)に対して前記駆動手段の
押圧による副走査方向偏倚量の可変方向を逆方向とした
ので、基体と駆動手段との連結部に熱変化が生じても、
各半導体レーザの相互間隔と各コリメータレンズの相互
間隔との相違によって生じる副走査方向の偏倚を相殺す
るように作用するため、総合的な偏倚量を小さく抑える
ことができる。
項3における駆動手段を制御するために、基体の近傍の
温度を検知する温度センサと、予め設定されてなる基体
の基準温度と前記検知された温度との差の値に基づいて
副走査方向の各光軸の偏倚量に対して前記基体を該偏倚
と逆方向に作用させるべく駆動手段を制御する制御装置
とを備えたので、基体等の温度上昇結果に基づいて各光
軸の偏倚が補償されて請求項1におけると同様の効果が
期待できる。
項5における駆動手段が、記録が行われていない期間に
おいて作動すべく設定されているので、補正作動による
画像の濃度ムラ等のトラブルが生ずることもない。
合成の原理を示す図である。
の系統図である。
斜視図である。
ンズの取り付け構造図である。
ンズの取り付け構造の断面図である。
対射出角度(Δθs)の特性図である。
Claims (6)
- 【請求項1】2個の半導体レーザと、半導体レーザから
の光ビームを各々平行光束にする少なくとも2個のコリ
メータレンズと、これらの光ビームの内の基準の光ビー
ムの光軸上に他方の光ビームを重ね合せて出射するビー
ム合成手段とを有し、各コリメータレンズはこれらに共
用の基体に配設されてなる各レンズ取り付け用穴にそれ
ぞれ嵌合され、各半導体レーザはそれぞれに固有の支持
体に支持され、該各支持体は互に対をなした半導体レー
ザとコリメータレンズとの光軸を合わせて前記基体に取
り付けられている半導体レーザ装置において、 前記各コリメータレンズは、前記各レンズ取り付け用穴
の周面のうちの互に最短距離をなした部位に片寄せられ
てその各周面に当接した状態で該レンズ取り付け用穴中
において接着することで、各コリメータレンズの相互間
隔を一定に保つとともに、 前記基体と前記支持体とは熱膨張係数が互に同等の材料
よりなることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】2個の半導体レーザと、半導体レーザから
の光ビームを各々平行光束にする少なくとも2個のコリ
メータレンズと、これらの光ビームの内の基準の光ビー
ムの光軸上に他方の光ビームを重ね合せて出射するビー
ム合成手段とを有し、各コリメータレンズはこれらに共
用の基体に配設されてなる各レンズ取り付け用穴にそれ
ぞれ嵌合され、各半導体レーザはそれぞれに固有の支持
体に支持され、該各支持体は互に対をなした半導体レー
ザとコリメータレンズとの光軸を合わせて前記基体に取
り付けられている半導体レーザ装置において、前記各コリメータレンズを前記各レンズ取り付け用穴の
周面のうちの互に最短距離をなした部位に片寄せてその
各周面に圧接する付勢手段を備えるとともに、 前記基体と前記支持体とは熱膨張係数が互に同等の材料
よりなる ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項3】前記ビーム合成手段から出射される各光ビ
ームを主走査方向に偏倚させていて前記基準の光ビーム
の光軸を中心に回動させて副走査方向の走査線ピッチを
調節可能にし、 前記各半導体レーザの相互間隔と各コリメータレンズの
相互間隔との相違によって生ずる副走査方向の各光軸の
偏倚量に対して前記基体を該偏倚と逆方向に作用させる
べく前記回動のための駆動手段を制御する制御装置を備
えたことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レ
ーザ装置を備える光走査装置。 - 【請求項4】前記各支持体は互に対をなした半導体レー
ザとコリメータレンズとの光軸を合わせて前記基体に取
り付けられ、ビーム合成手段から出射される各光ビーム
を主走査方向に偏倚させていて前記基準の光ビームの光
軸を中心に回動させるべく前記基体の一部を押圧して作
動する駆動手段を設け、副走査方向の走査線ピッチを調
節可能にし、 前記各半導体レーザの相互間隔と各コリメータレンズの
相互間隔との膨張量の相違によって生ずる副走査方向の
各光軸の偏倚量(角度)の変化方向(正,負)に対して
前記駆動手段の押圧による副走査方向偏倚量の可変方向
を逆方向としてなることを特徴とする請求項1または2
記載の半導体レーザ装置を備える光走査装置。 - 【請求項5】前記各支持体は互に対をなした半導体レー
ザとコリメータレンズとの光軸を合わせて前記基体に取
り付けられ、ビーム合成手段から出射される各光ビーム
を主走査方向に偏倚させていて前記基準の光ビームの光
軸を中心に回動させて副走査方向の走査線ピッチを調節
可能にし、 前記基体の近傍の温度を検知する温度センサと、予め設
定されてなる基体の基準温度と前記検知された温度との
差の値に基づいて副走査方向の各光軸の偏倚量に対して
前記基体を該偏倚と逆方向に作用させるべく前記回動の
ための駆動手段を制御する制御装置とを備えたことを特
徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ装置を備
える光走査装置。 - 【請求項6】駆動手段は、記録が行われていない期間に
おいて作動すべく設定されていることを特徴とする請求
項4記載の半導体レーザ装置を備える光走査装置。
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JP4851596A JP3537578B2 (ja) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | 半導体レーザ装置 |
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1996
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