JPH0511292B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、光走査装置における半導体レーザ
ーの温度制御方法に関する。

（従来技術） レーザービームにより走査を行つて、画像を記
録したり、画像を読み取つたりする光走査装置が
知られている。このような光走査装置の１種とし
て、光源として半導体レーザーを用い、この半導
体レーザーからの光を、ホロスキヤナーで偏向さ
せる方式の装置が提案されいてる。（例えば、特
願昭59−28066号）。

以下、第２図を参照して、上記方式の光走査装
置のあらましにつき簡単に説明し、あわせて、本
発明により解決しようとする問題点につきのべ
る。

第２図は、半導体レーザーからの光をホロスキ
ヤナーで偏向させる方式の光走査装置を用いた画
像記録装置を示している。

第２図において、符号１０は半導体レーザー、
符号１２はコリメートレンズ、符号１４はシリン
ドリカルレンズ、符号１６，１８，２２は平面
鏡、符号２０はホロスキヤナー、符号２４はθレ
ンズ、符号２６，２８は平面鏡、符号３０はシリ
ンドリカルレンズ、符号３２は光導電性の感光
体、符号３４は、ビーム位置検出素子符号３６は
受光素子を、それぞれ示している。

ホロスキヤナー２０は、ホロデイスク２０Ａと
モーター２０Ｂとにより構成されている。ホロデ
イスク２０Ａは、円板状であつて、モーター２０
Ｂの軸に固装されて、矢印方向へ、モーター２０
Ｂによつて回転駆動されるようになつている。

ホロデイスク２０Ａの透明な円形基板の片面に
は、同一形状の複数の回折格子２００が、円環状
に配列形成されている。

回折格子２００は、直線状回折格子であつて、
相互に光学的に等価であり、ホログラムとして形
成されている。ホロデイスク、ホロスキヤナーと
しう名称は、回折格子２００がホログラムとして
形成されていることに由来する。

さて、半導体レーザー１０から放射されるレー
ザー光は、コリメートレンズ１２により平行光束
化され、トリンドリカルレンズ１４、平面鏡１
６，１８を介して、ホロデイスク２０Ａの回折格
子２００に入射する。これによつて、回折ビーム
が発生する。ホロデイスク２０Ａが回転すると、
回折ビームは偏向する。入射レーザー光に対する
回折格子２００の、格子方向が変化するためであ
る。このように偏向される回折ビームを、偏向レ
ーザービームと称する。

回折ビームは、平面鏡２２、θレンズ２４、平
面鏡２６，２８、シリンドリカルレンズ３０を介
して、ベルト状の感光体３２上に到り、θレンズ
２４、シリンドリカルレンズ１４，３０の結像作
用により、感光体３２上にスポツト状に集束す
る。ホロデイスク２０Ａの回転に伴い偏向レーザ
ービームによる感光体上のスポツトは、感光体３
２上を直線的に変位し、レーザー光の入射する回
折格子が切換るたびに、同一の変位、すなわち光
走査が繰返される。第２図において、直線３８
は、光走査における上記スポツトの軌跡を示し、
この直線３８を、主走査線という。また、感光体
３２上で、主走査線３８と直交する方向を副走査
方向と称する。

感光体３２は回動する。感光体３２の周面は均
一に帯電されたのちに、光走査部に到り、偏向レ
ーザービームにより光走査される。このとき、記
録すべき画像に対応する画像信号で、半導体レー
ザー１０の発光強度を変調すれば、感光体３２に
は、上記画像に応ずる静電潜像が形成される。従
つて、この静電潜像を現像し、得られる可視像を
紙等の記録シートに転写・定着すれば、所望の記
録画像を得ることができる。

以上が、光走査のあらましである。なお、ビー
ム位置検出素子３４と受光素子３６とは、本発明
の特徴の一端をなすものであるので、これについ
ては後ほど詳述する。

さて、周知の如く、半導体レーザーから放射さ
れるレーザー光は、半導体レーザーの温度が変化
すると、それに伴つて変化する。

半導体レーザーからの光をホロスキヤナーで偏
向する方式の光走査装置においては、半導体レー
ザーからのレーザー光の波長が変化すると、回折
格子による回折ビームの回折角が変化し、それに
伴つて、光走査部すなわち主走査線の位置が副走
査方向へ変動し、適正な光走査ができなくなる。

半導体レーザーの温度は、光走査装置の、半導
体レーザー近傍の雰囲気温度や、半導体レーザー
に通ぜられる電流によるジユール熱等によつて変
化するので、レーザー光の波長を安定させるため
には、半導体レーザーの温度を制御する必要があ
るが、半導体レーザー自体は極めて微小であるの
で、これを直接に温度制御することが困難である
ところから、半導体レーザーを保持とする保持体
を温度制御することにより半導体レーザーの温度
を間接的に制御することが行なわれている。

さて、半導体レーザーは一般に20〜50℃くらい
の温度範囲で使用されるが、この程度の温度範囲
内では、温度とレーザー光の波長との関係は、第
３図に示す如く、一般に階段状の線であらわされ
る。このような階段状の線３−１を、温度と波長
の関係をあらわす特性線と呼ぶことにする。特性
線の形状自体は、個々の半導体レーザーに応じて
定まり、半導体レーザーごとに異なるが、特性線
における階段状の形状は一般的である。第３図に
おいて、かかる特性線における、領域Ａ，Ｂ，Ｃ
等、温度変化に応じて波長がゆるやかに変化する
領域を、棚状部、棚状部間の、波長がジヤンプす
る部分を段差部と呼ぶことにする。現実には、棚
状部にも、多少の凹凸はあるが、それらは、実際
上光走査に支障をきたすような問題とならないの
で、第３図では無視されている。棚状部の幅すな
わち、ひとつの段差部と、これにとなる段差部と
の間は、通常数度の温度幅である。そこで、仮
に、棚状部Ｂの温度幅、すなわち、温度差（T_U
−T_L）が５度あつたとすると、その中間の温度
T₀を設定温度とし、半導体レーザーを保持とす
る保持体の温度を、設定温度T₀の近傍、例えば
T₀±１℃の範囲に制御すれば、実際上、半導体
レーザーからのレーザーの光の波長は一定に制御
される。

なお、半導体レーザーの温度がT_LからT_Uまで
変化したとしても、レーザー光の波長の変化は
λ_U−λ_Lであつて、この変化は小さく、換言すれ
ば、半導体レーザーの温度が同じ棚状部上で変動
している限りは、前述の主走査線の変動は実用上
時題とならない。

しかし、半導体レーザーの温度がT_UまたはT_L
を越えると、レーザー光の波長は、（λ₂−λ_U）あ
るいは（λ_L−λ₁）だけ不連続に大きく変化し、こ
のような大きな波長変化が生ずると、適正な光走
査は困難となる。

さて、本発明により解決しようとする問題点と
は、以下の如きものである。

上述しの例でいえば、半導体レーザーを保持す
る保持体の温度を、設定温度T₀の近傍に制御し
ていれば、実際上、半導体レーザーの温度変化に
よる光走査上の不都合は生じない。しかしなが
ら、これは、特性線が時間的に不変であることを
前提としている。

ところで、特性線は、実際には、時間的に不変
ではなく、半導体レーザーの疲労とともに経時的
に変化する。この経時的な変化には２つのパター
ンがある。すなわち、その第１は、第４図に示
すように、棚状部上をすべるようにして、特性線
全体が、破線で示すように低温度側へずれる場合
であり、第２は、第４図に示すように、棚状部
上をすべるようにして、特性線全体が、破線で示
すように、高温度側へずれる場合である。

特性線の経時的変化は個々の半導体レーザーご
とになる。すなわち、特性線が一方的に高温度側
または低温度側へずれるものもあるし、特性線の
ずれる方向が時間的に変化するものもある。

すると、例えば、第４図において、温度制御
上の設定温度がT₀である場合、半導体レーザー
に疲労がなく、特性線が実線３−１であるときは
問題ないが、特性線が経時的に変化して、破線４
−１の如きものとなると、半導体レーザーの温度
はT₀であつても、放射されるレーザー光の波長
は大きく変化してしまう。第４図において、特
性線の経時的変化にともない、特性線が破線４−
２の如きものとなつた場合も同様である。

このような特性線の経時的変化が生ずると、従
来行なわれている温度制御は、もはや役に立たな
くなつてしまう。

（目的） 本発明は、上述の如き問題に着目してなされた
ものであつて、半導体レーザーの温度と、放射レ
ーザー光との間の特性線の経時変化をも考慮した
新規な、温度制御の提供を目的としている。

（構成） 以下、本発明を説明する。

本発明においても、半導体レーザーは、これを
保持する保持体を介して間接的に温度制御され
る。

すなわち、保持体の温度は感温素子により検出
され、この感温素子の出力に応じて、ペルチエ素
子が、保持体を加熱あるいは冷却して、保持体の
温度を所定の設定温度にもとづいて、設定温度近
傍に制御する。

一方、偏向レーザービームによる走査領域外
に、ビーム位置検出素子と受光素子とが配備され
る。ここに走査領域外とは、偏向レーザービーム
を受光できて、なおかつ、光走査の妨げとならな
いような位置をいう。

上記ビーム位置検出素子により、偏向レーザー
ビームの位置、すなわち、ビーム位置検出素子の
受光面を通過する位置が検出される。

またビーム位置検出素子と受光素子とは、偏向
レーザービームを順次受光しうるように配備され
る。

非本走査時、すなわち、半導体レーザーが発光
し、ホロスキヤナーが作動し、なおかつ、画像記
録用の、または画像読取用の光走査（本走査とい
う）が行なわれていないとき、具体的には、本走
査と本走査との間、あるいは、本走査開始前の待
期時等に、ビーム位置検出素子により偏向レーザ
ービームのビーム位置と、ビーム位置検出素子、
受光素子両者の出力の時間差とが検出される。

これらビーム位置と時間差については、それぞ
れに対して、予め適正領域が定められている。

そして、上記の如く検出されたビーム位置、時
間差のうちの、少くとも一方が、適正領域の限界
値を越えたとき、温度制御のための、設定温度
を、それまでの温度から所定温度ずらして再設定
し、このように再設定された設定温度に応じて、
上記適正領域の限界値が再設定される。具体的に
は、上記のように検出されたビーム位置および時
間差の一方が、これらビーム位置および時間差の
それぞれに対して予め設定された適正領域の一方
の限界値を超えたとき、上記保持体の設定温度Ｔ
を Ｔ＝T₀＋ΔT ここに、 ΔT＝（T_U−T_L）／２ T_U：半導体レーザーの発光波長が温度により
変化する様子を表す特性線において、T₀よ
りも高い段差部の温度のうちでT₀に最も近
い温度 T_L：上記特性線において、T₀よりも低い段差
部の温度のうちでT₀に最も近い温度 に再設定し、 上記ビーム位置が上記適正領域の他方の限界値
を超えたとき上記保持体の設定温度Ｔを Ｔ＝T₀−ΔT に再設定し、 このように再設定された設定温度に応じて、上
記適正領域の限界値を再設定するのである。

次に、本発明の作用を説明する。

ビーム位置検出素子であるが、このビーム位置
検出素子としては、従来、半導体位置検出素子と
して知られているものを用いることができる。半
導体位置検出素子は種々のものが知られ、例えば
第５図に示す如く、単一の受光面５−１を有す
るものや、第５図に示す如く、２つの受光面５
−２，５−３を有するものや、第５図に示す如
く、４つの受光面５−４，５−５，５−６，５−
７を有するもの等がある。本発明の実施上、ビー
ム位置検出素子としては、上記種々の半導体位置
検出素子の適宜もちいることができる。以下で
は、第５図に示す、単一の受光面５−１を有す
るものを例として用いる。

さて、第６図において、受光面５−１が受光す
る偏向レーザービームのスポツトを、スポツト
SPとすると、このスポツトSPの強度は、第６
図左方の図の如く、つり鐘型の分布を有し、この
スポツトSPがＸ方向へ、受光面５−１を横切る
と、ビーム位置検出素子の出力は、スポツトSP
の中心部がＹ軸を横切る位置に応じて異なる。従
つて、ビーム位置検出素子の出力により、スポツ
トが横切るＹ軸上の位置を知ることができる。

前述したように、半導体レーザーの発光波長が
変化すると、回折ビームの回折角が変化する。こ
の回折角の変化により、偏向レーザービームは、
副走査方向に対応する方向へビーム位置が変化す
る。

そこで、ビーム位置検出素子の受光面５−１の
Ｙ方向を、上記副走査方向に対応させれば、ビー
ム位置検出素子の出力により、半導体レーザーの
発光波長の変動を知ることができる。

説明を具体的にするため、半導体レーザーの特
性線が、疲労のない状態で特性線３−１（第３
図、第４図）の如くであり、当初、温度制御のた
めの設定温度をT₀であるとする（このときの発
光波長をλ₀とする）。すると、保持体の温度制御
を通じて、半導体レーザーの温度も、温度T₀の
近傍に制御される。

そこで今、このように温度制御を行つている状
態において、特性線が経時的に変化してきて、第
４図の特性線４−１の如くなつたとき、ビーム位
置が、第６図でY₁より上になり、特性線が、第
４図の特性線４−２の如くなつたときに、ビー
ム位置が、第６図でY₂より下になるものとする。

すると、このY₁とY₂の間を、適正領域とし、
Y₁，Y₂を、適正領域の限界値とすれば、ビーム
位置が、限界値Y₁を越えたか、Y₂を越えたかに
よつて、そのときの特性線を、特性線４−１又は
４−２として特定できる。このように特性線が４
−１、又は４−２の如くなつた場合、半導体レー
ザーの温度をT₀に制御しても、発光波長は、当
初のλ₀から、（λ₂−λ_U）または（λ_L−λ₁）だけ、
大きくずれて、適正な光走査はできなくなる。そ
のときは、特性線が、特性線４−１の如くになつ
ているか、特性線４−２のごとくになつているか
に応じて、温度制御のための設定温度を、T₀か
ら、低温側又は高温側へ、所定温度ΔT＝１／２ （T_U−T_L）だけずらしたT₁₀またはT₂₀に設定し
なおせば、半導体レーザーの波光波長は、再び当
初のλ₀に近いλ₁₀またはλ₂₀に安定し、再び良好な
光走査が可能となる。ひきつづき、同様の制御の
繰返しを行うために新たに設定される設定温度に
応じて、適正領域の限界値を再設定し、新たな設
定温度T₁₀又はT₂₀で、特性線の使用棚状部の段
差部を検知しうるようにする。

ところで、半導体レーザーの発光波長が変化す
ると、回折ビームの回折角が変化し、これに伴
い、偏向レーザービームの偏向速度が変化する。
従つて、ビーム位置検出素子と受光素子とで偏向
レーザービームを順次受光し、両者の出力の時間
差τを検出すると、この時間差τもまた、発光波
長の変動に応じて変動する。そこで、時間差τに
ついても、適正領域を設定できることになる。す
なわち、発光波長がλ₀のときの時間差がτ₀である
とし、温度T₀で、特性線が、特性線４−１の如
くなるとき、時間差τが、適正領域の限界値τ₁を
越えて小さくなり、特性線４−２の如くなるとき
は、時間差τが限界値τ₂を越えて大きくなるもの
とすれば、τが、τ₁，τ₂のいずれを越えたかによ
つて、特性線の特定ができるので、やはり、前述
の如くして、温度制御のための設定温度を、T₆
からT₀＋ΔTまたはT₀−ΔTへと再設定できる。
このようにしたら、時間差τに関する適正領域の
限界値τ₁，τ₂も、新しい値に再設定することによ
り、同様の制御の繰返しが可能となる。

本発明では、特性線の経時的変化を、ビーム位
置と、時間差という２つのパラメーターで同時に
検出し、少くとも一方のパラメーターが、適正領
域の限界値を越えるときは、設定温度の再設定
と、各パラメーターの適正領域の限界値を再設定
とを行う。

以下、実施例として、本発明を第２図の装置例
に適用した場合の例を説明する。

最前来の説明との関連性をもたせるため、半導
体レーザー１０の特性線は、疲労のない状態にお
いて、特性線３−１（第３図、第４図）であり、
温度制御のための設定温度は当初T₀で、そのと
きの発光波長をλ₀であるとする。

また、ビーム位置検出素子３４の受光面は、単
一であつて第６図の如きものとし、ビーム位置を
Ｙであらわすこととする。さらに、ビーム位置検
出素子３４と受光素子３６の出力の時間差をτと
する。ビーム位置Ｙ、時間差τに対する当初の適
正領域の限界値を、Y₁，Y₂，τ₁，τ₂とする。限
界値Y₁，τ₁は、波長λ₀＋（λ₂−λ_U）で走査すると
きの値とし、限界値Y₂，τ₂はλ₀−（λ_L−λ₁）の波
長で走査するときの値であるとする。また、従前
どおり、ΔT＝１／２（T_U−T_L）とする。

さて、第１図において、符号４０は半導体レ
ーザー１０を保持する保持体、符号４２は感温素
子としてのサーミスタ、符号４４はペルチエ素子
を、それぞれ示している。

まず、本走査時における温度制御について説明
すると、比較器４８には、マイクロコンピユータ
ー４６から設定温度が電気的に設定されている。
保持体４０の温度はサーミスタ４２で検知され、
比較器４８に送られて設定温度と比較される。比
較器４８からは、保持体４０の温度と設定温度と
の差にと応じた信号が出力される。この出力は制
御回路５０とマイクロコンピユーター４６とにお
くられる。

制御回路５０は、上記出力を印加されると、ペ
ルチエ素子４４への通電を制御し、保持体４０の
温度が設定温度に近づくように、保持体４０を加
熱し、又は冷却する。

次に、本発明の温度制御を、第１図を参照し
て説明する。

非本走査時に、温度制御方法をスタートさせる
と、ビーム位置検出素子３４、受光素子３６から
の出力が、マイクロコンピユーター４６に送られ
る。マイクロコンピユーター４６は、入力される
これら信号を処理して、ビーム位置Ｙ、時間差τ
を検出する。このとき、比較器４８へは設定温度
T_Aが設定されている。設定温度T_Aは当初におい
てT₀である。ここでも、まずT_A＝T₀の場合から
説明を開始する。

検出されたＹ，τは、適正領域の限界値Y₁，
Y₂，τ₁，τ₂と比較される。その結果、Y₁＞Ｙ＞
Y₂，τ₂＞τ＞τ₁であるときは、発光波長は、λ₀の
近傍にあり、設定温度は変更の必要がない。そこ
で、設定温度T_A、限界値τ₁，τ₂，Y₁，Y₂は、従
前通りの値として、制御は終了する。

しかるに、τ＜τ₁，Ｙ＞Y₁の一方もしくは双
方が検出されたときは、特性線は、第４図（）
の特性線４−１となつている。そこで、このとき
は、まず、設定温度T_Aを、それ以前の値から低
温側へΔTだけずらして、再設定し、それに応じ
て、τ₁，τ₂，Y₁，Y₂の値を、それぞれτ₁₀，τ₂₀，
Y₁₀，Y₂₀へ変更する。この結果、設定温度Ｔは
第４図（）のT₁₀となる。この場合、τ₁₀，Y₁₀
は、波長λ₁₀＋（λ₂−λ_U）で走査を行う場合の値と
し、τ₂₀，Y₂₀は波長λ₁₀−（λ_L−λ₁）で走査を行う
場合の値に設定する。

これにより、保持体４０の温度は、新たな設定
温度T₁₀で制御されることになり、マイクロコン
ピユーター４６は、この制御が実行されて保持体
４０の温度が、設定温度T₁₀に十分近づいたか否
かを、比較器４８の出力により検知し、その結果
が肯定的であるときは、今一度、ビーム位置Ｙ、
時間差τを検出する。制御が正しければ、今度検
出される、Y₁，τは、新たに設定されたτ₁，τ₂，
Y₁，Y₂に対して、Y₁＞Ｙ＞Y₂，τ₂＞τ＞τ₁とな
るので、そのときは、そのまま、制御が終了し、
次の制御時まで、設定温度T_A、限界値τ₁，τ₂，
Y₁，Y₂が固定される。

逆に、τ＞τ₂，Ｙ＜Y₂の少なくとも一方が検
出されたときは、特性線は、第４図の特性線４
−２となつているので、このときは、設定温度
T_Aとして、そのまでのT₀から温度側へΔTだけ
ずらしたT₂₀を設定し、限界値τ₁，τ₂，Y₁，Y₂の
値を、それぞれτ₃₀，τ₄₀Y₃₀，Y₄₀へと変更する。
τ₃₀，Y₃₀は、波長λ₂₀＋（λ₂−λ_U）で走査するとき
の値、τ₄₀，Y₄₀は波長λ₂₀−（λ_L−λ₁）で走査する
ときの値に設定する。以下のプロセスは、直上で
のべた場合と同様である。

（効果） 以上、本発明によれば、光走査装置における半
導体レーザーの、新規な温度制御方法を提供でき
る。この方法では、半導体レーザーの特性線の経
時的変化が考慮されているので、長期間にわたつ
て、発光波長の安定を図ることができ、長時間、
良好な光走査が可能となる。

また、特性線の経時的変化を、ビーム位置と時
間差という２つのパラメーターを通じて検出する
ので、誤動作が少い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を説明するための
図、第２図は光走査装置を説明するための図、第
３図および第４図は、特性線とその経時的変化を
説明するための図、第５図および第６図は、ビー
ム位置検出素子を説明するための図である。 １０……半導体レーザー、２０……ホロスキヤ
ナー、３４……ビーム位置検出素子、３６……受
光素子、４０……保持体、４２……感温素子とし
てのサーミスタ、４４……ペルチエ素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体レーザーからの光をホロスキヤナーで
   偏向させる方式の光走査装置において、 半導体レーザーを保持する保持体の温度を感温
   素子で検知し、感温素子出力に応じて上記保持体
   をペルチエ素子により加熱・冷却して、保持体の
   設定温度Ｔを所定の初期設定温度T₀の近傍に制
   御することにより半導体レーザーの温度を間接的
   に制御するようにし、 偏向レーザービームによる走査領域外に、ビー
   ム位置検出素子と受光素子とを配備して偏向レー
   ザービームを順次受光するようにし、 非本走査時に、上記ビーム位置検出素子により
   偏向レーザービームの位置を検出するとともに、
   上記ビーム位置検出素子の出力と上記受光素子の
   出力の時間差を検出し、 このように検出されたビーム位置および時間差
   の一方が、これらビーム位置および時間差のそれ
   ぞれに対して予め設定された適正領域の一方の限
   界値を超えたとき、上記保持体の設定温度Ｔを Ｔ＝T₀＋ΔT ここに、 ΔT＝（T_U−T_L）／２ T_U：半導体レーザーの発光波長が温度により
   変化する様子を表す特性線において、T₀よ
   りも高い段差部の温度のうちでT₀に最も近
   い温度 T_L：上記特性線において、T₀よりも低い段差
   部の温度のうちでT₀に最も近い温度 に再設定し、 上記ビーム位置が上記適正領域の他方の限界値
   を超えたとき上記保持体の設定温度Ｔを Ｔ＝T₀−ΔT に再設定し、 このように再設定された設定温度に応じて、上
   記適正領域の限界値を再設定することを特徴とす
   る、光走査装置における半導体レーザーの温度制
   御方法。