JPS61161782A - 半導体レ−ザ−の温度制御方法 - 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】 （技術分野） この発明は、半導体レーザーの温度制御方法に関する。

（従来技術） 半導体レーザーは、小型でハンディかつ安価なレーザー
光源として知られ、近時、光走査装置や、グイデオディ
スクシステム、光通信装置等の光源としてひろく利用さ
れつつある。

ところで、良く知られているように、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、波長が変化する。このような波長変化は、種
々の問題をひきおこす。１例として、矛２図に示す如き
光プリンターの場合ケとりあげて、この問題のひとつを
具体的に説明して見る。

矛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１（５，１８，２２は平面鏡、符号２０はホロス
キャナー１．符号２４はｆθ　レンズ、符号２６．２８
は平面鏡、符号５０はシリンドリカルレンズ、符号６２
は光導電性の感光体、符号６４は、ビーム位置検出素子
を、それぞｈ示している。

ホロスキャナー２０は、ホロディスク２０Ａとモーター
２０Ｂとにより構成されている。ホａディスク２０Ａは
、円板状であって、モーター２０Ｂの軸に固装されて、
矢印方向へ、モーター２０８に↓りて回転駆動されるよ
うになっている。

ホロディスク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って、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。

さて、半導体レーザー１０かも放射されるレーザー光は
、コリメートレンズ１２Ｖｃより平行光束化され、７リ
ンドリカルレンズ１４、平面＊１６．１８を介して、ホ
ロディスク２０Ａ　ｔｖ回折格子２０ＤＫ入射する。こ
れにＸりで、回折ビームが発生する。ホロディスク２０
Ａ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、ｆθ　レンズ２４、平面勇
２６，２Ｂ、シリンドリカルレンズ６０ケ介して、ベル
ト状の感光体６２上に到り、ｆθ　レンズ２４、シリン
ドリカルレンズ１ａ、３０の結嗜作用により、感光体５
２上にスポット状に集束する。ホロディスク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ット
は、感光体５２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。

矛２図において、直線５６は、光走査における上記スポ
ットの軌跡を示し、この直線５６ケ、主走査線という。

また、感光体６２上で、主走査線６６と直交する方向？
副走査方向と称する。

感光体３２は回動する。感光体３２の局面は均一に帯電
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＠に対応す
る画像信号で、半導体レーザー１００発光強度を変調す
れば、感光体３２には、上記画像に応する静電潜虜が形
成される。従って。

この靜′Ｉ１ｍ＠を税源し、得られる可視１を紙等の記
録シートに転写・定着すれば、所望の記録画（象を得る
ことができる。

このような光プリンターにおいて、半導体レーザーから
のレーザー光の波長が変化すると、ホロディスクのホロ
グラム格子による回折ビームの回折角が変化し、それに
伴って、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。

グイデオディスクシステム等では、レーザー光の波長が
変化すると、レンズ等の分散性（波長にヨリμ折率が変
化するとと）により、レーザー光がヴイデオディスク上
に正しく集束しなくなったりする問題があり、また光通
信装置では、やはりレンズ等の分散性により信号波面が
変化する等の問題がある。

半導体レーザーの温度は、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ュー
ル熱等によって変化するので、レーザー光の波長を安定
させ、上記の如き間１題の発生を防止するためには、半
導体レーザーの温度を一定に制御する必要がある。しか
し、半導体レーザーはその寸法が小さいため、これを直
接に温度制御することは困難であり、従来、１６図に示
す如き、間接的な温度制御方法が提案されている。

矛５図において、符号１００は半導体レーザー、符号１
１Ｇは、感温素子としてのサーミスタ、符号１２０はペ
ルチェ素子を、また符号１６０は、これら半導体レーザ
ー１１０、サーミスタ１１０、ペルチェ素子１２０　？
！ｌ−保持する保持体ケ示す。

保持体１３０の温度は、サーミスタ１１０により検知さ
れ、その検知結果たるサーミスタ出力は増幅器１４０に
より増幅されて、比較器１４２に電圧信号として印加さ
れ、基準電圧Ｖｒｅｆ　　と比較される。

比較器１４２　Ｋ増幅器１４０から印加される電圧信号
は、保持体１６０の温度に対応する。保持体の高度ＹＴ
とする。一方、基準電圧”ｒｅｆ　　は、温度制御上の
設定温度Ｔ０　　に対応する。

比較器１４２では、上記電圧信号と基準電圧■ｒｅｆが
比較されるが、これは上記温度ＴとＴ。とが電気的に比
較されることに他ならない。

比較器１４２は、電圧信号と基準電圧Ｖｒｅｆ　の差に
応じた信号、換言すれば、温度差ΔＴ　＝　Ｔ　−Ｔｏ
に応じた信号（誤差信号という）４発する。この誤差信
号は、ロウパスフィルター１４４で高域成分を除かれて
、ペルチエ素子駆動回路１４６に印加される。ペルチエ
素子駆動回路１４６は印加される誤差信号に従っ℃ペル
チェ累、子１２０を駆動して保持体１５０を加熱もしく
は冷却する。

かくして、保持体１３０の温度は、設定温度Ｔ０に制御
され、半導体レーザーの温度も間接的に、上記設定温度
に制御される。

ところで、保持体１６０上で、サーミスタ１１０と、半
導体レーザー１００の位置を完全に一致させることがで
きない。このために、保持体１６０を介しての、ペルチ
エ素子１２０と、半導体レーザー１叩の位置関係と、ペ
ルチエ素子１２０とサーミスタ１１０との位置関係とが
、必らずしも、等価とはならない。換言すれば、ペルチ
エ素子１２０による加熱・冷却の効果が、半導体レーザ
ー１００とチーミスタ１１０とで完全には等しくならな
いのである。

従って、第３図に示すような温度制御を行なうと、雰囲
気温度が変化するとき、矛４図に示すように、サーミス
タの検知温度は破線４−２の如くに一定に制御されるが
、半導体レーザーの温度は。

例えば実線４−１の如くに、雰囲気温度とともに変化し
てしまうのである。

（目　　的） 本発明は、上述の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、周囲温度の変動に拘らず
、半導体レーザーの温度を安定に制御しうる、新規な、
半導体レーザ一温度制御方法の提供にある。

（構　　成） 以下、本発明を説明する。

半導体レーザーが、保持体４通じて間接的ニ温度制御さ
れているにも拘らず、半導体レーザーの温度が、なお雰
囲気温度の変化に伴って変動する　　　゛のは、上述の
如べ、ペルチエ素子、半導体レーザー、サーミスタの６
者の位置関係に原因があり、従って才４図における実線
４−１の傾きも、上記位置関係の変化に応じて変化する
。

本発明の温度制御誤差では、ダイオードの、電流・温度
特性を利用して、温度制御のための基準電圧を、雰囲気
温度に応じて変動せしめ、これによって、上記位置関係
にもとづく温度制御誤差を補償するのである。

今、才４図を参照して、サーミスタの温度（破線４−２
）をＴａ、半導体レーザーの温度（実線４−１）をＴＬ
　　とし、Ｔ８≠ＴＬの場合を考えてみると、矛４図の
如＜　Ｔｓ　＞　Ｔ＋、のときは、半導体レーザーの冷
却が過剰であり、また、Ｔｔ、＞Ｔｓのときは、半導体
レーザーの冷却が不足している訳である。

ペルチエ素子を駆動するための信号である誤差信号は、
前述の如くΔＴ＝Ｔ−ＴＯＫ比例するのであるから、上
記Ｔｓ　＞　Ｔｔのときは、半導体レーザーの適正な冷
却のためにはΔＴを小さくして冷却をおさえ気味にする
必要があり、逆にＴＬ、　＞　Ｔｓのときは、半導体レ
ーザーの適正な温度制御のために、ΔＴを大きくして十
分な冷却をしなければならない。換言すれば、Ｔａ　＞
　ＴＬのときはＴｏ　　を大きく、ＴＬ　＞　Ｔａのと
きはＴｏ　　を小さくすれば良い。Ｔｏ　　なる温度は
、基準電圧Ｖｒｅｆ　　Ｋ対応するのであるから、この
ことは、温度制御のための基準電圧を、雰囲気温度の増
大に応じて増大せしめれば良いことを意味する。

以下、具体的な実癩例に即して説明する。

矛１図は、本発明の１実抱例を示すプ０７り回路図であ
る、繁雑を避けるべく、混同の虞れのないものについて
は、第５図におけると同一の符号を用いた。不発明の特
徴とするところは、この夷捲例においては、破線で囲っ
た部分にある。

即ち、符号Ｒ１は抵抗、符号ＤＩ、Ｄ２はダイオード、
符号Ｒ２は抵抗、符号０１　　ｋＺコンデンサーを示し
ている。

定電圧Ｖ。を、抵抗Ｒ１の両端に印加したとき。

抵抗Ｒ１の接点における電圧をＶｒｅｆｌとする。また
、比較器１４２　＃ｌｃ印加される基準電圧’＆”ｒｅ
ｆ２とする。

さて、ダイオードの順方向電圧と順方向電流との関係は
、温度とともに変化する。例えば、この状態を矛５図で
説明すると１才５図において、横軸は順方向電圧（■）
、縦軸は順方向電流（ｍＡ　）を表し、両者の関係は、
雰囲気温度？パラメーターとして矛５図のように変化す
る。してみれば、順方向電圧を一定に保った場合に、順
方向電流工は、温度上昇とともに増大する傾向を一般に
示す。

この順方向電流■と温度との関係を、ダイオードの電流
・温度特性と称する。

すると、今、才１図においてダイオードＤ１゜Ｄ２　の
順方向電流を、雰囲気温度Ｔ＾　の関数としてＩ（ＴＡ
）とし、電圧Ｖｒｅｆ　　を、矛６図の実線６−１のよ
うに一定値とすると、比較器１４２　Ｋ印加される、温
度制御のための基準電圧”ｒｅｆ２は。

Ｉ　（ＴＡ　）・Ｒ２であって、雰囲気温度ＴＡ　　の
増加とともに１６図の鎖＠６−２のように増大すること
になる。これによって、サーミスタの温度は矛６図の破
線６−６のように雰囲気温度の上昇とともに低くなるよ
うに制御される。

そこで、基準電圧を一定としたとき（，１７３図の場合
）の半導体レーザーの温度係数（才４図り実線４−１の
傾き）の絶対値と、基準電圧■ｒｅｆ２の温度係数（矛
６図の鎖線６−２の傾き）の絶対値とを等しくするよう
に、矛１図の制＠１回路を調整することにより、半導体
レーザー１００の温度？、雰囲気温度の変動にも拘らず
、常に安定した温度に制御することができる。

上記制御回路の調整は、矛１図の実権例では、抵抗Ｒ１
の接点をかえて■ｒｅｆ２を変えることによって行なえ
ばよい。あるいは、抵抗Ｒ２を可変抵抗とし、その抵抗
値を調整することによって調整を行ってもよい。

（効　果） 以上、本発明によれば、半導体レーザアの（規な温度制
御方法を提供できる。この方法は上記の如く構成される
ので、半導体レーザー、感温素子、ペルチェ素子６者の
位置関係にもとづく温度制御誤差を有効に補、正し、半
導体レーザーの発撮波長を高精度に安定さ□せることが
できる。

【図面の簡単な説明】

、！ｉ−１図は、本発明の１実権例を示すブロック回路
図、矛２図は、半導体レーザーを光源として用いる光プ
リンターの１例を示す斜視図、矛６図ないし矛４図は、
従来技術とその問題点を説明するための図、矛５図およ
び１６図は本発明を説明するための図である。 １００・・・半導体レーザー、１１０・・・感温素子と
してのサーミスタ、１２０・・・ペルチェ素子、１３０
・・・保持体、　ＤＩ　、　Ｄ２　・・・ダイオード、
１４２．・・比較器、Ｖｒｅｆ２・・・基準電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザーを保持する保持体に、感温素子とペルチ
   エ素子とを装備し、上記感温素子により上記保持体の温
   度を検知し、検知された保持体温度にもとづき上記ペル
   チエ素子を駆動して上記保持体の温度を制御することに
   よって、上記半導体レーザーの温度を制御する温度制御
   方式において、ダイオードの電流・温度特性を利用して
   、温度制御のための基準電圧を周囲温度とともに変動せ
   しめることにより、上記半導体レーザー、感温素子、ペ
   ルチエ素子３者の位置関係にもとづく温度制御誤差を補
   償し、周囲温度の変動に拘らず、上記半導体レーザーの
   温度を安定に制御することを特徴とする、半導体レーザ
   ーの温度制御方法。