JPH02298089A - 半導体レーザの発信波長の安定化方法および画像記録装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザの発信波長の安定化技術に関し
、さらに具体的には、画像記録装置における記録光源と
しての半導体レーザの発信波長の安定技術に関する。

従来の技術 半導体レーザは温度ドリフトによって発信波長が変動す
る性質がある。このような半導体レーザを記録光源とし
て感光媒体を走査して画像記録を行う画像記録装置にお
いては、発信波長の変動は記録むらの原因となるので、
半導体レーザの温度変動を抑えて発信波長を安定化する
ことが重要である。

従来、この種の画像記録装置における半導体レーザの発
信波長の安定化の最も一般的な方法は、サーミスタ等の
温度検知素子によって半導体レーザの温度を検出し、そ
の検出出力に応じて半導体レーザと熱的に結合したペル
チェ素子の吸熱量を制御するというものである。

また特開昭６０　２３６５７１号公報に述べられている
ように、半導体レーザの端子間電圧とジャンクション部
の温度とが相関していることに着目し、半導体レーザの
端子間電圧より温度を検出してペルチェ素子の吸熱量を
制御する方法が知られている。

さらに特開昭６２−１３１２７６号公報に述べられてい
るように、波長検出器によって半導体レーザの発信波長
を直接的に検出してペルチェ素子の吸熱ｌを制御すると
ともに、サーミスタによって半導体レーザの温度をモニ
タする方法が知られている。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述の従来技術によれば、次のような問題があ
った。

１番目の従来技術は、温度検知素子の感度等の誤差の影
響を避けられない。また、ジャンクション温度の変化と
その検知までにかなりのタイムラグがあるため、横比温
度は必ずしもジャンクション温度と一致せず、さらに、
ペルチェ素子による冷却効果がジャンクション部に達す
るまでにも同様のタイムラグがある。このようなことか
ら、発信波長の安定化精度を高めることが難しい。

２番目の従来技術は、原理的にはジャンクション部の温
度を殆どタイムラグなしに検出できる。

しかし、端子間電圧を測定できるのは、半導体レーザが
画データによって駆動されない期間に限られるので、実
際には温度検量周期を記録走査周期より短くすることは
できないため、発信波長安定化をそれほど高精度に行う
ことは困難である。また、波長変動が実際に生じてから
、その変動を補正するように吸熱量を制御するのである
から、１番目の従来技術と同様にペルチェ素子と半導体
レーザのジャンクション部との間の熱伝導のタイムラグ
の影響を避けられない。

３番目の従来技術は、安定化の対象である発信波長その
ものを半導体レーザの出力レーザ光から検出するので、
原理的には、画像記録中に画素単位でペルチェ素子の吸
熱量を制御することも可能である。しかし、精密な波長
検出器が必要になるという問題がある。また、他の従来
技術と同様に、ペルチェ素子と半導体レーザのジャンク
ション部との間の熱伝導のタイムラグによる影響を避け
ることは不可能である。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、温度
検知素子や精密波長検出器を用いずに、半導体レーザの
発信波長を高精度に安定化する方法を提供することを目
的とする。

本発明のもう一つの目的は、記録平光源としての半導体
レーザの発信波長を高精度に安定化し、発信波長の変動
による記録むらの発生を防止した画像記録装置を提供す
ることである。

課題を解決するための手段 本発明は、画データ等の駆動データにより半導体レーザ
を駆動したときの発熱量は駆動データに°よって決まる
ので、駆動データから発熱量を予測可能であることに着
目し、 駆動データに従って半導体レーザが駆動されている時に
、半導体レーザと熱的に結合したペルチェ素子の駆動を
駆動データに応じて制御することによって、半導体レー
ザの発熱量とペルチェ素子の吸熱量とを平衡させ、 あるいは、一定周期で駆動データに従って駆動される半
導体レーザと熱的に結合したペルチェ素子の吸熱量を一
定に保ち、半導体レーザが駆動データに従って駆動され
ない期間に、駆動データに応じて半導体レーザの補正駆
動を行うことにより、一定周期内の半導体レーザの発熱
量をペルチェ素子の吸熱量と平衡させる、という構成を
備えたものである。

作用 上述の構成によれば、例えば画像記録装置の記録光源と
しての半導体レーザの場合、画データ（駆動データ）の
記録中に、例えば１画素率位または数画素単位で画デー
タから予測される発熱量に見合った吸熱を行わせること
ができ、また、半導体レーザのジャンクション部とペル
チェ素子との間の熱伝導のタイムラグも予め分かってい
るので、このタイムラグも考慮してペルチェ素子による
吸熱と半導体レーザの発熱とのタイミング関係も調整す
ることができ、さらに温度検出の誤差やタイムラグの影
響もないため、高精度の半導体レーザの温度安定化、し
たがって高精度の発信波長安定化が可能である。

また、上述の構成によれば、例えば画像記録装置の記録
光源としての半導体レーザの場合、画像記録の各走査ラ
イン毎に、画データから予測される発熱量の不足分に見
合った発熱を補正駆動によって補い、各走査ライン当シ
の発熱ｌを吸熱量と平衡するように一定に維持すること
ができ、また、温度検出の誤差やタイムラグの影響を排
除できるため、走査ライン単位で半導体レーザの温度を
高精度に安定化することによυ高精度の発信波長安定化
が可能である。

実施例 第１図は本発明の一実施例による画像記録装置の概略構
成図である。１は記録光源としての半導体レーザであυ
、その出力レーザ光は例えば回転多面鏡や光学レンズ等
からなる偏向系２によって偏向され、感光ドラム３の表
面（感光媒体）を走査する。４は画データ（駆動データ
）に従って半導体レーザ１の駆動電流をスイッチするた
めの電流スイッチ回路、５はこの電流スイッチ回路４の
出力電流を電流増幅して半導体レーザ１に供給する半導
体レーザ駆動回路である。６は外部より入力する画デー
タを一時的に蓄積する画データ蓄積回路である。

７は半導体レーザ１と熱的に結合されたペルチェ素子で
ある。なお、周囲温度変化による影響を排除するため、
望ましくは、ペルチェ素子７と半導体レーザ１は恒温装
置８に実装される。９は画データに応じてペルチェ素子
７の駆動電流を制御することによってペルチェ素子７の
吸熱量を調整する吸熱量制御回路、１０はこの吸熱量制
御回路９の出力電流を電流増幅してペルチェ素子７に供
給するペルチェ素子駆動回路である。

以上のように構成された画像記録装置について、以下そ
の動作を説明する。

偏向系２による記録走査と同期して、画データ蓄積回路
６より画データが順次出力される。この画データに従っ
て、半導体レーザｌの駆動電流は電流スイッチ回路４に
よυ半導体レーザ駆動回路５を通じモスイノチされる。

すなわち、感光ドラム３の走査レーザ光が画データによ
って変調され、感光ドラム３上に画像の潜像が形成され
る。この潜像は通常のＰＰＣプロセスによって可視像化
される。

このような画像記録と同期し、吸熱量制御回路９は、ペ
ルチェ素子７による吸熱量と半導体レーザ１の発熱量と
を平衡させるように、画データに応じてペルチェ素子７
の駆動電流を制御する。すなわち、画データによる半導
体レーザ１の駆動中に、画データよシ予測される発熱Ｉ
に見合う吸熱量となるように、吸熱量を１画素率位また
は複数画素単位で調整する。この吸熱量調整やためのペ
ルチェ素子駆動電流の制御は、オン・オフ制御または電
流値制御によって行われる。

第２図に示すような画像データを記録する場合を例にし
て、さらに説明する。

このサンプル画像の場合、電流スイッチ回路４によって
、半導体レーザ１の駆動電流は第３図に示すようにスイ
ッチされる。ペルチェ素子７の駆動電流は、吸熱量制御
回路７によって、第４図に示すようにスイッチされる。

これはペルチェ素子駆動電流のオン・オフ制御の場合で
あり、オン時の電流値は一定である。第３図と第４図と
を比較すれば明らかなように、ペルチェ素子駆動電流は
、半導体レーザ駆動電流と同じパターンで、かつ１画素
時間分だけ半導体レーザ駆動電流より早いタイミングで
スイッチする。

このタイミング調整は吸熱量制御回路９で行われるが、
画データ蓄積回路６の出力タイミングの制御によって行
ってもよい。

なお、前記タイミングのずれ景は、半導体レーザ１のジ
ャンクション部とペルチェ素子７との間の熱伝導のタイ
ムラグを考慮して決定されるものであり、１画素時間分
に限られない。また、ペルチェ素子駆動電流のオン時の
電流値は、ペルチェ素子７による吸熱量と半導体レーザ
１の発熱量とが平衡するように、画データと発熱量との
関係に基づいて決定される。

ペルチェ素子駆動電流の電流値制御の例を第５図に示す
（波形は第３図のサンプル画像の場合である）。この例
では、連続した３画素を単位とし、３画素区間にペルチ
ェ素子７に連続的に電流を流し、その電流値を３画素中
の“黒”画素（半導体レーザ１の駆動電流がオンする画
素）の個数が０個、１個、３個、４個のときに、それぞ
れＯ，Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３に変化させる。ただし、ＯくＬ
ｌ＜Ｌ２＜Ｌ３であり、各電流値Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３は画
データのパターンと発熱量との関係より決定される。

なお、オン・オフ制御の場合と同様に、半導体レーザ１
のジャンクション部とペルチェ素子７との間の熱伝導の
タイムラグを考慮し、ペルチェ素子駆動電流のタイミン
グを半導体レーザ駆動電流より早めてもよい。２画素ま
たは４画素以上の単位でペルチェ素子駆動電流値を制御
してもよい。

また、この実施例では主走査方向の発熱パターンだけを
考慮したが、吸熱量制御回路９において連続した２ライ
ンまたは３ライン以上の画データを参照することにより
、副走査方向の発熱パターンをも考慮にいれてペルチェ
素子駆動電流を制御してもよい。

第６図は本発明の他の実施例による画像記録装置の概略
構成図であって、第１図中の符号と同一の符号は同様部
分を示す。

この実施例ではペルチェ素子７に常時一定の電流を流し
、吸熱量を一定に保つ。１２は手動操作によりペルチェ
素子駆動回路１０の入力電流を調節して吸熱量を設定す
るための吸熱量設定回路である。

１ラインの走査期間中の画記録区間における半導体レー
ザ１の発熱量は、画データに従ってライン毎に変動する
が、この実施例では、各ラインの画記録区間以外の走査
区間、すなわちブランキング区間に半導体レーザ１の補
正駆動をすることにより、各ラインの発熱量をペルチェ
素子７の吸熱量（一定）と平衡させる。

１３はこの補正駆動のための補正駆動データ生成回路で
あシ、画データ蓄積回路６より出力される画データ（画
記録区間に記録される画データ）に応じた補正駆動デー
タを生成する。データ入力切替回路１４は、電流スイッ
チ回路４の入力を、各ラインの画記録区間に画データ蓄
積回路６からの画データに切り替え、ブランキング区間
に補正駆動データ生成回路１３からの補正駆動データに
切り替えるものである。

また、画データが入力しないフリーラン状態において、
ブランキング区間に一定の電流を半導体レーザ１に流し
、発熱量と吸熱量との平衡を保つために、駆動入力切替
回路１５とフリーラン駆動電流設定回路１６が設けられ
ている。駆動入力切替回路１５はフリーラン時に半導体
レーザ駆動回路５の入力を電流スイッチ回路４からフリ
ーラン駆動電流設定回路１６に切り替え、フリ・−ラン
駆動電流設定回路１６で手動設定された値の電流を半導
体レーザ駆動回路５に入力させる。なお、フリーラン駆
動電流設定回路１６の田力は各ラインの画記録区間にオ
フする。

１７はブランキング区間を指定する信号を各回路１３、
１４．１６に与えるブランキング指定回路である。

なお、この実施例においても、周囲温度変化の影響を避
けるために、望ましくは半導体レーザ１とペルチェ素子
７は恒温装置８に実装される。

以上のように構成された画像記録装置について、第７図
のタイミング図を参照しながら動作を説明する。なお、
第７図の（ａ）は各ラインの区切りを示す同期信号であ
るが、第６図には示されていない。

（ｂ）によって示される各ラインの画記録区間に、デー
タ入力切替回路１４によって電流スイッチ回路４の入力
は画データ蓄積回路６に切υ替えられるので、電流スイ
ッチ回路４は（ｄ）に示される記録すべき画データに従
って半導体レーザ１の駆動電流をスイッチする。この区
間の半導体レーザ１の発熱量は合計オン時間に比例する
ことは明らかである。

画記録区間の走査が終わｂ、（ｃ）に示されるブランキ
ング区間に入ると、データ入力切替回路１４は電流スイ
ッチ回路４の入力を補正駆動データ生成回路１３に切シ
替えるので、電流スイッチ回路４は（ｅ）に示される補
正駆動データに従って半導体レーザ１の駆動電流をスイ
ッチする。すなわち、画データに応じた補正駆動を行う
。

この補正データは、画記録区間における半導体レーザ１
の発熱量とライン当たシのペルチェ素子７の吸熱量（一
定）との差分を半導体レーザ１で発熱させるようなデー
タであり、最も簡単な方法としては画記録区間で記録さ
れた画データの論理反転データとすることができる。た
だし、画記録区間とブランキング区間の長さの違いから
、半導体レーザ駆動電流のパルス幅を各区間で変える場
合には、そのパルス幅の違いを考慮１〜、ライン当たり
の合計オン時間が一定になるように画データの論理反転
データを修正する。

このように、ペルチェ素子７の吸熱量を一定とし、半導
体レーザｌの各ラインの発熱量を吸熱量と平衡させるよ
うに一定に保つため、半導体１／−ザｌの温度は安定し
、したがって発信波長が安定化される。

さて、フリーラン状態において、半導体レーザ１をオフ
させたままにしておくと、ペルチェ素子７の吸熱作用に
よって半導体レーザ１の温度が下がってしまう。しかし
、フリーラン状態においては、駆動入力切替回路１５に
よって半導体レーザ駆動回路５０入力がフリーラン駆動
電流設定回路１６に切り替えられ、各ラインのブランキ
ング区間にフリップフロップ駆動電流設定回路１６で設
定された値の駆動電流が半導体レーザ１に連続的に流れ
、発熱量と吸熱量との平衡が保たれる。したがって、フ
リーラン状態においても半導体レーザ１は所定の温度に
維持され、上に述べたような問題は起こらない。

なお、この実施例では、ブランキング区間の発熱量調整
を半導体レーザ１のオン時間を変えることによって行っ
たが、ブランキング区間に半導体レーザ１に連続的に駆
動電流を流し、その電流値を画データに応じて変化させ
ることにより発熱量調整を行ってもよい。

また、一般に高速記録の場合、ブランキング区間は画記
録区間に比べかなり短くなるので、ブランキング区間で
は駆動電流のパルス幅を十分とれないことがある。この
場合、ブランキング指定回路１７によって半導体レーザ
駆動回路５にブランキング区間を指定し、ブランキング
区間の駆動電流値を増加させるように制御してもよい。

あるいは、半導体レーザ駆動電流のオン時間と電流値の
両方を画データに応じて変化させることにより、発熱量
調整を行ってもよい。

さらに、フリーラン状態において、半導体レーザをパル
ス駆動することによって発熱量を調整してもよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、例えば画像
記録装置において、画データ（駆動データ）よシ直接的
に半導体レーザの発熱量を予測してペルチェ素子の駆動
またはブランキング区間の半導体レーザの駆動を制御し
、発熱量と吸熱量とを平衡させるため、温度検知素子や
精密波長検出器等を用いずに、高精度に半導体レーザの
温度および発信波長を安定化し、発信波長の変動による
記録むらを防止することができるという効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による画像記録装置の概略構
成図、第２図は画像データの例を示す図、第３図は半導
体レーザの駆動電流波形の一例を示す波形図、第４図お
よび第５図はそれぞれペルチェ素子の駆動電流波形の例
を示す波形図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の
他の実施例による画像記録装置の概略構成図、第７図は
同画像記録装置の動作説明のためのタイミング図である
。 １・・・半導体レーザ、２・・・偏向系、３・・・感光
ドラム、４・・・電流スイッチ回路、５・・・半導体レ
ーザ駆動回路、６・・・画データ蓄積回路、７・・・ペ
ルチェ素子、８・・・恒温装置、９・・・吸熱量制御回
路、工０・・・ペルチェ素子駆動回路、１２・・・吸熱
量設定回路、１３・・・補正駆動データ生成回路、１４
・・・データ入力切替回路、１５・・・駆動入力切替回
路、１６・・・フリーラン駆動電流設定回路、１７・・
・ブランキング指定回路。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１基床１図 第２図 第３図 フイ）５　　２フ　　ォン 第４図 １２．５４５６７６９ＩＯ うイ″Ｊ５　　　　ス〕　　　オフ　　　　　　　　　
　　　　　　　−一一−四　　巨　さｇ　９芭 珪

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動データに従った半導体レーザの駆動中に、前
   記半導体レーザに熱的に結合されたペルチェ素子の駆動
   を前記駆動データに応じて制御することにより、前記ペ
   ルチェ素子の吸熱量と前記半導体レーザの発熱量とを平
   衡させることを特徴とする半導体レーザの発信波長の安
   定化方法。
2. （２）一定周期で駆動データに従って駆動される半導体
   レーザと熱的に結合されたペルチェ素子の吸熱量を一定
   に保ち、前記一定周期内で前記半導体レーザが前記駆動
   データに従って駆動されない期間に前記駆動データに応
   じて前記半導体レーザの補正駆動を行うことにより、前
   記一定周期当りの前記半導体レーザの発熱量と前記ペル
   チェ素子の吸熱量とを平衡させることを特徴とする半導
   体レーザの発信波長の安定化方法。
3. （３）半導体レーザと、この半導体レーザを記録光源と
   して感光媒体を走査し画像を形成する手段と、画データ
   に従って前記半導体レーザを駆動する手段と、前記半導
   体レーザと熱的に結合したペルチェ素子と、このペルチ
   ェ素子を駆動する手段と、前記半導体レーザの前記画デ
   ータに従った駆動中に前記画データに応じて前記ペルチ
   ェ素子の駆動を制御することにより前記ペルチェ素子の
   吸熱量を前記半導体レーザの発熱量と平衡させる手段と
   を有することを特徴とする画像記録装置。
4. （４）半導体レーザと、この半導体レーザを記録光源と
   して感光媒体を走査し画像を形成する手段と、前記半導
   体レーザと熱的に結合されたペルチェ素子と、このペル
   チェ素子を吸熱量を一定に保つように駆動する手段と、
   前記画像形成の手段の各走査ライン当りの前記半導体レ
   ーザの発熱量を前記吸熱量と平衡させるための補正駆動
   データを画像データに応じて生成する手段と、前記走査
   ラインの画記録区間に前記画データに従って前記半導体
   レーザを駆動し、かつ前記走査ラインのプランキング区
   間に前記補正駆動データに従って前記半導体レーザを駆
   動する手段とを有することを特徴とする画像記録装置。