JPH02168217A - 半導体レーザ走査装置 - Google Patents

半導体レーザ走査装置

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JPH02168217A
JPH02168217A JP63323873A JP32387388A JPH02168217A JP H02168217 A JPH02168217 A JP H02168217A JP 63323873 A JP63323873 A JP 63323873A JP 32387388 A JP32387388 A JP 32387388A JP H02168217 A JPH02168217 A JP H02168217A
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laser
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A9発明の目的 (1)産業上の利用分野 本発明は、デジタル複写機や光ディスクのヘッドに使用
される半導体レーザ走査装置に関する。
(2)従来の技術 レーザダイオードの発生するレーザビームを利用した半
導体レーザ走査装置は上記デジタル複写機や光ディスク
のヘッドに一般的に用いられているが、この半導体レー
ザはレーザビームの発振に伴うキャビティ温度の上昇に
より、出力するレーザビームの波長および出力が変動す
ることが知られている。
すなわち、第13図に示す半導体レーザの〔温度(T)
−波長(λ)〕特性から明らかなように、キャピテイ温
度TじK)の上昇に伴ってレーザビームの波長λ(nm
)が長波長側にシフトする性質を備えている。一方、レ
ーザビームの発振効率はレーザキャビティの温度上昇に
伴って減少するので、第14図に示すようにキャビティ
温度T(°K)の上昇に伴ってレーザビームの出力P(
mW)が低下することになる。このことは、レーザビー
ムの発振によるキャビティ温度の変動に起因して出力の
変動、すなわち光量の変動が生じることを意味しており
、これが画質の低下の原因となっていた。
ところで、第15図に示す半導体レーザの(電流(1)
−出力CP)−温度(T)〕特性から明らかなように、
一定のレーザビームの出力P(mW)を得るためには、
キャビティ温度T (’ K)の変動を補償するように
半導体レーザに加える電流[(mA)を制御すればよい
、すなわち、キャビティ温度T(K)の増加によってレ
ーザビームの出力P (mW)が低下した場合、半導体
レーザに加える電流1 (mA)を増加させることによ
って上記出力P (mW)を一定に保つことが可能とな
るわけである。
第16A図は、上述の原理に基づいて一定の光量を得る
ようにした半導体レーザ走査装置の第1の従来例を示す
ものである。
同図において、半導体レーザ光源としてのレーザダイオ
ード01の照射するレーザビームの光路にはコリメータ
02、シリンドリカルレンズ03、ミラー04、回転多
面鏡05、fθレンズ06、およびシリンドリカルレン
ズ07より成る結像光学系08が配設されており、中心
軸まわりに回転自在に設けられた走査面としての感光ド
ラム09の表面を走査するようになっている。感光ドラ
ム09の端部には光センサ010が設けられており、こ
の光センサO1Oの出力するビーム位置検出信号によっ
て後述する画像信号の出力タイミングが設定される。
前記レーザダイオード01には、画像メモリO11から
の画像信号を受けて該レーザダイオード01を駆動する
ためのLDドライバ012と、駆動電流量を定める光量
コントロール信号発生回路013が接続されている。ま
た、前記レーザダイオード01は、その後方に配設され
たディテクタ014において後方に洩れるバックビーム
を測定することにより照射するレーザビームの光景を検
出するようになっており、この光量信号は光量偏差検出
回路015において光量基準信号発生器O16の基準電
位と比較され、その差分は補正信号として前記光量コン
トロール信号発生回路013に入力される。
さらに、前記光センサ010はコントローラO17に接
続されており、このコントローラ017の出力する制2
.111信号によって前記画像メモリO1lと光量コン
トロール信号発生回路013が制御されるようになって
いる。
次に第16A図および第16B図を参照して、半導体レ
ーザ走査装置の上記第1の従来例の作用を説明する。
コントローラ017の出力する制御信号に基づいて光景
コントロール信号発生回路013、LDドライバ012
を介してレーザダイオード01が光量設定ビームA(第
16B図参照)を照射し、この光量設定ビームAのバッ
クビームを測定することによって得られた光量信号は光
量偏差検出回路015にフィードバックされ、ここで光
量基準信号発生器016の基準電位と比較される。この
光量偏差検出回路015の出力する補正信号は光量コン
トロール信号発生回路013(たとえば特開昭59−1
78780号公報に記載されているような回路)に入力
されてLDドライバ012に供給される電圧を制御し、
レーザダイオード01の照射するレーザビームの光量を
所定の値に設定する。
続いて、コントローラ017の出力する制?il!信号
に基づいて光量コントロール信号発生回路O13、LD
ドライバ012を介してレーザダイオード01が位置検
出ビームB(第16B図参照)を明射し、この位置検出
ビームBが結像光学系08の回転多面鏡05に反射され
て光センサ010で検出される。そして、この光センサ
010の出力するビーム位置検出信号を受けたコントロ
ーラ017は画像メモリ011から画像信号をLDドラ
イバ012に出力する。すると、レーザダイオード01
は回転多面鏡05の回転タイミングに同期して画像デー
タC(第16B図参照)を照射し、感光ドラム09の1
ラインの走査が行われる。
このようにして1ラインの走査が終了すると、このサイ
クルを操り返して2ライン目以降の走査が行われ、その
都度光量設定ビームAを用いてレーザダイオード01の
照射するレーザビームの光量が一定に保たれる。
第17A図は半導体レーザ走査装置の第2の従来例を示
すものである。
この従来例のレーザ光源は、ダブルビームを発生する第
1および第2のレーザダイオードO1a、Olbから成
る半導体レーザ光源としてのレーザアレイ018を備え
ており、感光ドラム09の2本のラインを同時に走査す
るようになっている。
このために、2個のLDドライバ012a、012bお
よび光量コントロール信号発生回路013a、013b
がそれぞれ設けられており、画像メモリ011の出力す
る画像信号はコントローラ017によって作動タイミン
グを制御される画像信号振分回路020に人力され、こ
の画像信号振分回路020と前記LDドライバ012a
、012b間にはそれぞれラインメモリ019a、01
9bが設けられている。
次に第17A図および第17B図を参照して、半導体レ
ーザ走査装置の上記第2の従来例の作用を説明する。
この従来例においては、コントローラ017の出力する
制御信号に基づいて第1のレーザダイオードO1aが光
量設定ビームAa(第17B図参照)を照射し、この光
量設定ビームAaのバックビームを測定することによっ
て得られた光量信号を光ft偏差検出回路015にフィ
ードバックすることによって、第1のレーザダイオード
O1aが照射するレーザビームの光量を所定の値に設定
する0次に、同様の操作によって第2のレーザダイオー
ドO1bが光量設定ビームAb(第17B図参照)を照
射し、この光量設定ビームAbのバックビームを測定す
ることによって得られた光量信号を光量偏差検出回路0
15にフィードバックすることによって、第2のレーザ
ダイオードO1bが照射するレーザビームの光量を所定
の値に設定する。
続いて、コントローラ017の出力する制御信号に基づ
いて第1のレーザダイオードO1aが位置検出ビームB
(第17B図参照)を照射し、この位置検出ビームBを
光センサ010で検出することによって、回転多面鏡0
5の回転タイミングに同期して画像メモリ011に記憶
されたデータが画像信号として出力される。そして、こ
の画像信号は画像信号振分回路020によってラインメ
モリ019a、019bに振分は記憶される。このライ
ンメモリ019a、019bに記憶された画像信号は同
時に読出されてLDドライバ012a、012bに入力
され、各レーザダイオード01a、O1bから照射され
る画像データCa、Cb(第17B図参照)によって感
光ドラム09の2ラインが同時に走査される。
(3)発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記第1の従来例は各走査ラインにおけ
る画像データCの照射開始時の光量を所定値に設定する
ことが可能であるものの、上記画像データの照射に伴っ
てレーザダイオードO1のキャビティ温度が次第に上昇
し、第16B図に示すように、各走査ラインにおける画
像データCの照射開始時に比べ終了時の光量が低下して
しまう問題点を有していた。そして、この画像データC
の光量変動は約10%(第16B図参照)に達し、これ
が画質低下の原因となっていた。
また、同様に上記第2の従来例も各レーザダイオードO
1a、0.lbの自己発熱による光量の低下に加えて、
2個のレーザダイオードO1a、01bO熱的な相互干
渉によって光量の変動が発生する。すなわち、第17B
図に示すように、第1および第2のレーザダイオードO
1a、O1bが共に画像データを照射しているときは、
自己および相互の発熱による影響で画像データCa、C
bの光量が次第に低下し、それと同時に、例えば第1レ
ーザダイオードO1aの照射が中断された期間において
は、第2レーザダイオードO1bの第1レーザダイオー
ドO1aから受ける熱量が城少し、第2レーザダイオー
ドO1bの光量がその期間だけ一時的に増加する現象が
生じる。このために、ダブルビームを用いたレーザダイ
オード01a、olbの照射する画像データCa、Cb
の光量変動は約20%に達することもあり、画質低下の
回向が一層顕著になっていた。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、レーザ
ダイオードの発熱による光量変動の影響を取り除き、各
走査ラインの始点から終点まで一定の光量を得ることが
可能な半導体レーザ走査装置を提供することを課題とす
る。
B1発明の構成 (1)課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本出願の第1発明の半導体
レーザ走査装置は、半導体レーザ光源と、この半導体レ
ーザ光源から発せられるレーザビームを走査面上に投射
するための結像光学系とを備えた半導体レーザ走査g7
flにおいて;前記結像光学系のレーザビーム光路中に
、前記レーザビームの波長変動に応じた光量を所定方向
に導く光透過率制御手段を具備することを特徴とする。
また、本発明の第4発明の半導体レーザ走査装置は、半
導体レーザ光源と、この半導体レーザ光源から発せられ
るレーザビームを走査面上に投射するための結像光学系
とを備えた半導体レーザ走査装置において;前記結像光
学系のレーザビーム光路中に、前記レーザビームの波長
変動に応じた光量を所定方向に反射する光反射率制御手
段を具備することを特徴とする。
(2)作 用 前述の構成を備えた本出願の第1発明の半導体レーザ走
査装置によれば、半導体レーザ光−源から照射されたレ
ーザビームが結像光学系に達する過程において光透過率
制御手段を通過し、また、第4発明の半導体レーザ走査
装置によれば、半導体レーザ光源から照射されたレーザ
ビームが結像光学系に達する過程において光反射率制御
手段を通過する。その際、半導体レーザ光源の発熱によ
るレーザビームの波長変動に応じて光透過率制御手段ま
たは光反射率制御手段が出力光量を調整するので、走査
面は常に変動の少ない光量で走査される。
(3)実施例 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1A図は、前記第1の従来例を改良した本発明の第1
の実施例を示すもので、従来例と同一の部材には最初の
Oを除いた同一の符号を付しである。この実施例は結像
光学系8のミラー4と回転多面鏡5の間にレーザビーム
の光透過率制御手段としての透過フィルタ21を具備し
た点に特徴があり、その他の構成は前記従来例と同一で
ある。
先に第14図および第15図において説明したように、
半導体レーザのキャビティ温度が上昇すると、レーザビ
ームの波長は長波長側に変動し、半導体レーザの出力は
光景が低下する性質を61Mえている。したがって、前
記結像光学系8に介装される透過フィルタ21として、
第12図に示すようなレーザビームの波長λ(nm)の
増加に応じて透過率ξ(%)が増加する特性を備えたも
のを用いれば、感光ドラム9を走査する光量を一定に保
つことが可能となる。
すなわち、前記第14図から明らかなように、一定電流
で駆動されるレーザダイオードの出力特性は、 P、=aT+b        ・・・・・・・・・(
1)Po :レーザダイオードの出力(m W )T:
温度(°K) a、b:定数 で表わされる。
また、第13図から明らかなように、レーザダイオード
の波長の温度特性は、 λ、=cT+d        ・・・・旧・・(2)
λ、:波長(nm) T:温度じK) c、d:定数 で表わされる。
Wを得るためには、 ここで、透過フィルタの特性を、 P+ −ξ・Po        ・・・・・・・・・
(3)Pl :フィルタの出射光量 Po ;フィルタの入射光量 ξ:透過率 で表わすと、(1)、(2)、(3)式より、a (λ
、−d)+bc となる。
レーザダイオードとしてHL7801(商品名、■日立
製作所製)を用いると、 Po =−0,0486T+17.8 λ=0.272T+699 0.272P。
となり、ここでフィルタの出力光ff1P、=]、5m
0、408 を満たす透過フィルタを用いればよいことになる。
第5A図、第5B図は上記条件を満たす多層膜干渉フィ
ルタの構造と波長λ(nm)に対する分光透過率ξ(%
)の特性を示すものである。このフィルタは、屈折率n
−1,51のガラスの基板GにZnSとM g F 2
の薄膜を15層に積層した多層膜(Multi Lay
er)構造を備えており、レーザダイオードlのキャビ
ティ温度の変化による波長の変動を補償する作用によっ
て、第1B図に示すように、感光ドラム9に照射される
画像データCの光量の変動を2%程度に押さえることが
可能となる。
第2A図は、本発明の第2実施例を示し、ダブルビーム
を用いた前記第2の従来例(第17A図参照)を改良し
たものである。この第2実施例において、従来例と同一
の部材には最初の0を除いた同一の符号を付しである。
この実施例も結像光学系8のミラー4と回転多面鏡5の
間に透過フィルタ21を具備した点に特徴があり、その
他の構成は前記第17A図に示した従来例と同一である
この実施例においても、先の実施例と同様に透過フィル
タ21の作用により、第2B図に示すように感光ドラム
9に照射される画像データCa。
cbの光量の変動を2%程度に押さえることが可能とな
る。
第3図は、本発明の第3実施例を示し、ダブルビームを
用いた前記第2の従来例(第17A図参照)を改良した
もので、従来例と同一の部材には最初のOを除いた同一
の符号を付しである。この第3実施例は結像光学系8の
ミラー4に代えて、第11A図および第11B図にその
構造と波長λ(nm)に対する分光反射率R(%)の特
性を示した反射フィルタ21゛を用いた点に特徴があり
、その作用および効果については前記第2の実施例と同
一である。
第4図は、本発明の第4実施例を示し、特開昭63−1
0340号公9[こ開示された光ディスクの光書込ヘッ
ドに本発明を通用したのである。
書込み用レーザダイオード22a、データ消去用レーザ
ダイオード22b、および読み取り用レーザダイオード
22cより成る半導体レーザ光源としてのレーザアレイ
22と、走査面としての記録媒体23間には、コリメー
タ24、偏光ビームスプリッタ25.1/4波長Fi2
6、アクチュエータ27、および集束レンズ28より成
る結像光学系29が配設されており、さらに、前記偏光
ビームスプリッタ25の側部にはプリズム30.レンズ
31、および検出器32が配設されている。
そして、前記コリメータ24と偏光ビームスプリッタ2
50間にはレーザビームの光透過率制御手段としての透
過フィルタ33が介装されている。
上述の構成によれば、3個のレーザダイオード22a〜
22cから放射されたレーザビームは結像光学系29を
通って記録媒体23に入射する。
この記録媒体23で反射されたレーザビームは光路を逆
行し、偏光ビームスプリッタ25においておよそ90°
変向された後、プリズム30とレンズ31を通って検出
器32に達し、ここで記録媒体23からの反射光のモニ
タが行われる。
上記レーザアレイ22の3個のレーザダイオード22a
〜22cは、自己の発熱と相互の熱的干渉によって放射
するレーザビームの波長が変動するが、その光路中に介
装された透過フィルタ33の作用によって記録媒体23
に達する光量は一定に保たれる。
ところで、一般にレーザダイオードは固体差によって出
力波長に差異があり、その温度特性も一定ではない、そ
のために、フィルタの特性を各レーザダイオード毎に変
化させる必要が生じる場合がある。
第6A図はフィルタの他の実施例を示すもので、第5A
図のフィルタの各層の膜厚を変化させたものである。こ
のフィルタによれば、波長λ(nm)に対する分光透過
率ξ(%)の特性を第6B図に示すように変化させるこ
とが可能になる。
第7A図はフィルタの更に他の実施例を示すもので、こ
のフィルタは、第5A図のフィルタのMgFzに代えて
A42F、  ・3NaFを用いたものであり、波長λ
(nm)に対する分光透過率ξ(%)の特性を第7B図
に示すように変化させることが可能になる。
第8A図はフィルタの更に他の実施例を示すもので、第
5A図のフィルタの理数を13に変化させたものである
。このフィルタによれば、波長λ(nm)に対する分光
透過率ξ(%)の特性を第8B図に示すように変化させ
ることが可能になる。
第9A、9B図は前記透過フィルタ21.33等の分光
透過率ξ(%)を変化させるための他の方法を説明する
ための図で、透過フィルタ21゜33は、第9A図およ
び第9B図に示すように、レーザビームの光路に対して
垂直な軸線まわりに回転自在に装着されており、レーザ
ビームの分光通過率ξ(%)を調整できるようになって
いる。
すなわち、第9A図および第9B図において、透過フィ
ルタきして前記第6A図に示したフィルタを用いてその
回転角(すなわち、レーザビームの入射角)θをOoか
ら10’、20’、30’と次第に増加すると、波長λ
(nm)に対するP波とS波の分光透過率ξ(%)の特
性は第10A図〜第10D図のように変化し、このうち
実際に走査面9または記録媒体23に照射されるレーザ
ビームの光景を示すS波のカーブは回転角θの増加に伴
って短波長側にシフトする。このように前記結像光学系
8または29に介装した透過フィルタ21または33を
光路に対して回転させることにより、この透過フィルタ
21または33の分光透過率ξ(%)を変化させ、レー
ザアレイ22の固体差を補償することができる。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された本発明を逸脱することなく、種々の小設計変更を
行うことが可能である。
例えば、反射率制御手段としての反射フィルタ21’ 
も前記第9A図および第9B図に示す透過フィルタと同
様に、レーザビームの光路に対して垂直な軸線まわりに
回転自在に装着して、レーザビームの分光反射率R(%
)を調整できるようにすることも可能である。また、光
透過率制御手段または光反射率制御手段としてのフィル
タの数は1個に限らず、複数のフィルタを併用すること
が可能である。さらに、半導体レーザ光源としてのレー
ザダイオードは単体およびアレイ型のいずれも使用する
ことができる。
C0発明の効果 前述の本発明の半導体レーザ走査装置によれば、半導体
レーザ光源から照射されるレーザビームを走査面に投影
するための結像光学系に、レーザビームの波長変動に応
じた光量を所定方向に導く光透過重刷al1手段または
光反射率制御手段を介装したので、半導体レーザ光源の
発熱によって照射されるレーザビームの光量が変動して
も、走査面は常に一定の光量で走査される。したがって
、本発明の半導体レーザ走査装置は、デジタル複写機等
の画像再現装置においては画質を向上させることができ
、また、光ディスク等の情報記録装置においては記録お
よび読取りを同時に行なうときの読取エラーを減少させ
ることができる。
また、光透過率制御手段の分光透過特性または光反射率
制御手段の分光反射特性をレーザビームの波長に対して
可変とすることにより、半導体レーザ光源の固体差によ
るレーザビームの出力特性を補償し、より一層画質を向
上させたり記録時の読取りエラーを減少させたりするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1A、18図は本発明による半導体レーザ走査装置の
第1の実施例の全体図と、その光量の変動を示すタイム
チャート、第2A、2B図は同じく第2の実施例の全体
図と、その光量の変動を示すタイムチャート、第3図は
同じく第3の実施例の全体図、第4図は同じく第4の実
施例の全体図、第5A、5B図は透過フィルタの構造図
と特性図、第6A、6B図、第7A、7B図、第8A、
FIB図は透過フィルタの他の実施例の構造図と特性図
、第9A、9B図は透過フィルタの配置例の平面図と側
面図、第10A〜IOD図はその特性図、第11A、1
18図は前記第3の実施例の反射フィルタの構造図と特
性図、第12図はフィルタの波長−透過率の特性図、第
13図はレーザキャビティの温度−レーザ発振波長の特
性図、第14図は同じくレーザキャビティの温度−レー
ザ出力の特性図、第15図はレーザの電流−出力−温度
の特性図、第16A、16B図は第1の従来例の全体図
と、その光量の変動を示すタイムチャート、第17A、
17B図は第2図の従来例の全体図と、その光量の変動
を示すタイムチャートである。 1・・・レーザダイオード(半導体レーザ光源)、8・
・・結像光学系、9・・・怒光ドラム(走査面)、18
・・・レーザアレイ(半導体レーザ光源)、21・・・
透過フィルタ(光透過率制御手段)、21′・・・反射
フィルタ(光反射率制御手段)、22・・・レーザアレ
イ(半導体レーザ光a)、23・・・記録媒体(走査面
)、29・・・結像光学系、33・・・透過フィルタ(
光透過型側御手段)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 [1]半導体レーザ光源(1、18、22)と、この半
    導体レーザ光源(1、18、22)から発せられるレー
    ザビームを走査面(9、23)上に投影するための結像
    光学系(8、29)とを備えた半導体レーザ走査装置に
    おいて; 前記結像光学系(8、29)のレーザビーム光路中に、
    前記レーザビームの波長変動に応じた光量を所定方向に
    導く光透過率制御手段(21、33)を具備することを
    特徴とする、半導体レーザ走査装置。 [2]前記光透過率制御手段(21、33)は入射する
    レーザビームの波長が増加するにつれて透過率が増加す
    るフィルタであることを特徴とする、請求項[1]記載
    の半導体レーザ走査装置。 [3]前記光透過率制御手段(33)は、レーザビーム
    の入射角を可変とするように回転可能に支持された多層
    膜干渉フィルタから構成されたことを特徴とする、請求
    項[1]記載の半導体レーザ走査装置。 [4]半導体レーザ光源(18)と、この半導体レーザ
    光源(18)から発せられるレーザビームを走査面(9
    )上に投影するための結像光学系(8)とを備えた半導
    体レーザ走査装置において;前記結像光学系(8)のレ
    ーザビーム光路中に、前記レーザビームの波長変動に応
    じた光量を所定方向に反射する光反射率制御手段(21
    ′)を具備することを特徴とする、半導体レーザ走査装
    置。 [5]前記光反射率制御手段(21′)は入射するレー
    ザビームの波長が増加するにつれて反射率が増加するフ
    ィルタであることを特徴とする、請求項[4]記載の半
    導体レーザ走査装置。
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