JPS6123114A - 光走査装置における半導体レ−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、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って１画像を記録した９
１画像を読み取ったシ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
スキャナーで偏向させる方式の装置が提案されている（
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１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ャナーで
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．　　ｉｓ、　　２２は平面鏡−符号２０は
ホロスキャナー、符号２４はｆθレンズ−符号２６゜２
８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。ホロディスク２ＯＡは
１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２０Ｂによっ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１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層る。

ホロティスク、ホロスキャナーという名称は１回折格子
２００がホログラムとして形成されて因ることに由来す
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、シリン
ドリカルレンズ１４．平面鏡１６．１８ヲ介して、ホロ
ディスク２ＯＡの回折格子２００　Ｋ入射する。とれに
よって１回折ビームが発生する。ボロディスク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．ｆθレンズ２４．平面鏡
２６．２Ｂ、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、ｆθ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上にスポット状に集束する。ホロディスク２
０Ａ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３２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図におりて一直線３８は、光走査における上記スポ
ットの軌跡を示し、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１象に対応
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、＃光体３２には。

上記画像に応する静電潜像が形成される。従って。

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、これについては後はど詳述する。

さて１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
伴って変化する。

半導体レーザーからの光をホロスキャナーで偏向する方
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。

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（、一般に階段状の線であられされる。

このような階段状の線３−１を、温度と波長の関係をあ
られす特性線と呼ぶことにする。特性線の形状自体は１
個々の半導体レーザーに応じて定まシ、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、波長がジャンプする部分を段
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１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（ＴＵ−Ｔｔ、　）が５度あったとすると、そ
の中間の温度Ｔ。

を設定温度とし、半導体レーザーを保持する保持体の温
度を、設定温度’ｒｏの近傍１例えばＴｏ±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
光の波長（ま一定に制御される。

なお、半導体レーザーの温度がＴＬからＴＵまで変化し
たとしても、レーザー光の波長の変化はλＵ−λしてあ
って、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問題とならない。

しかし、半導体レーザーの温度がＴＵまたはＴＬを越え
ると、レーザー光の波長は、（λ２−λＵ）あるいは（
λＬ−λｌ）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１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ＴＯ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。しかじな力；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１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つのノくターンがある。すなわち
、その第１は、第４図（Ｉｌ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４−１で示すよ
うに低温度側へずれる場合であシ、第２は、第４図（Ｉ
ｔ）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４−
２で示すように、高温度側へずれる場合であるＯ 特性線の経時的変化は個々の半導体レーザーごとにこと
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１例えば、第４図（Ｉ）において、温度制御上の
設定温度がＴＯである場合、半導体レーザーに疲労がな
ぐ、特性線が実線３−１であるとき＆！問題ないが１％
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１１Ｔｏであっても、放射さ
れるレーザー光の波長（１大きく変化してしまう。第４
図（ｍｌにおいて一特性線の経時的変化にともない、特
性線が破線４−２の如きものとなっ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、従来性なわ
れている温度制御は、も（まや役に立たなくなってしま
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
って、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１本発明を説明する。

本発明に唇いても、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ょシ検出され、こ
の感温素子の出方に応じて、ペルチェ素子が、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、なおかっ、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ょシ、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、半導体し〜ザーが発光し、ホロ
スキャナーが動作し、なおかっ１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、半導体レーザーを保持する保持体の温度が変化
させられ、それとともに、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が検出され、同時に、ビ
ーム位置検出素子と受光素子の出力の時間差が検出され
る。

これらビーム位置、時間差については、それぞれに対し
、予め限界値が定められてｂる。そして検出されたビー
ム位置１時間差のうちの、少くとも一方が、限界値を越
えるときの保持体導度が検出され、このときの保持体導
度から所定温度ずらした温度が一温度制御用の設定温度
として設定される。

次に１本発明の詳細な説明する。

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、半導体装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。半導体装置検出素子は種
々のものが知られ１例えば第５図（Ｉｌに示す如く、単
一の受光面５−１を有するものや、第５図（］Ｉ）に示
す如（，２つの受光面５−２．５−．３を有するものや
、第５図冊に示す如く、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
導体装置検出素子を適宜もちいることができる。以下で
は。

第５図ｆｌ）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ットを、スポ、）ｓｐとすると、こ
のスポラ）ＳＰの強度Ｉは、第６図左方の図の如く、つ
り鏡型の分布を有し、このスポ、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、
スポラ）ＳＰの中心部がＹ軸を横切る位置に応じて異な
る。従って、ビーム位置検出素子の出力により、スポッ
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１回折ビームの回折角が変化する。との回折角の変化
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）。まだ、特性線３−１において、温度Ｔ。

における半導体レーザーの発光波長をλ０とする。

そこで１例えば、λｏ＋（λ２−λＵ）なる波長を考え
てみる。まず、波長λ０で光走査を行うときの。

ビーム位置を、第６図のＹ軸の０点にあわせる。

つぎに、波長λｏ　＋（λ２−λＵ）で光走査を行うと
きの、ビーム位置を第６図のＹ】とし、波長がさらに大
きくなると−ビーム位置は、第６図で上方へずれ、その
Ｙ座標は、Ｙ＞Ｙ＋となるものとする。

そこで、今、非本走査時−例えば１本走査と本走査の間
、あるいは本走査開始前の待期時等に。

保持体の温度を、初期温度’ｒｃ　（＜　ＴＬ　）から
始めて一次第に上昇させてみる。この温度上昇は、保特
休の温度上昇に半導体レーザーの温度上昇が確実に追従
できる程度の速さで行なう。温度上昇は。

連続的に行ってもよいし、微小温度５例えば０．１度き
ざみで一階段状に行ってもよい。

すると、温度上昇に従って、半導体レーザーの発光波長
は１次第に長波長側へずれる。そして。

ビーム位置Ｙは次第に太き（なシ、ついには、限界値Ｙ
１を越える。このときの保持体温度、すなわち、半導体
レーザーの温度を見ると、特性線が。

特性線３−１．　４−１．　４−２であるときに応じ。

上記ビーム位置Ｙが限界値Ｙｌを越える温度は、それぞ
れＴＵ　（特性線３−１のとき）−Ｔｏ（特性線４−１
のとき）、Ｔ２（特性線４−２のとき）となる。これ９
ま、いずれの特性線の場合も、棚状部Ｂの高温側の段差
部の温度に対応する。なお、第３図において特性線３−
１について定められた棚状部Ａ、Ｂ、Ｃ等は、特性線が
経時的に変化しても。

特性線に付随して考えるものとする。

このように、上記ビーム位置Ｙｌ＆ｉ、棚状部Ｂの高温
側の段差部を検出するための指標となっている。乙のよ
うに所定の棚状部の所望の段差部を検出するための指標
を、限界値と呼ぶ。すると上記Ｙ１はビーム位置に対す
る限界値の１例となっている。

さて、上記の如く、ビーム位置Ｙが限界値ｙ、を越える
ときの温度をＴＡとすると、とのＴＡは、その時々にお
ける。棚状部Ｂの高温側の段差部の温度を与えるから、
との温度ＴＡから低温部位へ△Ｔ−工（ＴＵ−ＴＬ）だ
けずらしたＴＡ−△Ｔを、温度制御の設定温度として設
定すれば、特性線の経時変化に拘らず、常に棚状部Ｂの
中央部を基準として、半導体レーザーの温度を制御でき
１発光波長をλ０の近傍に安定させることができる。す
なわち。

温度制御の設定温度は１例えば特性線３−１で（まＴＯ
ｓ特性線４−１では’ｒ１ｏ−特性線４−２でばＴ２Ｏ
となシーそのときの波長は、それぞれλ。、λｌＯ＋λ
２ｏとなる。特性線の形状自体は１時間的には、実質的
に不変であると考えてよい。

ところで、半導体レーザーの発光波長が変化すると１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。従って、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１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１発光波長の変動に応じて変動する。

とのことは１時間差τについても、限界値を設定しうろ
ことを意味する、波長λｏ　＋　（λ２−λＵ）で走査
を行うときの時間差τをＹｌとすると、このτ１は、限
界値Ｙｌと同じく、棚状部Ｂの高温側の段差部を検出す
る指標として機能する。すなわち。

Ｙｌは限界値の１例である。なお１発光波長が長くなる
と、回折ビームの回折角は増大し、偏向レーザービーム
の偏向速度は大きくなる。従って。

波長がλｏ　十（λ２−λＵ）を越えて大きくなると。

時間差τは、τ１を越えて小さくなる。従って、τ〈τ
１となるときの温度は、前記ＴＡであって、τくＹｌを
検出したら、温度制御の設定温度をＴＡ−ΔＴＫ設定す
ることができる。

以下、実施例として１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。上述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、特性線３−１
であるとし、ビーム位置検出素子３４により検出される
ビーム位置Ｙに対する限界値をＹｌ（波長λ。＋（λ２
−λＵ）での光走査時のビーム位置に対応）、ビーム位
置検出素子３４と受光素子３６の出力の時間差τに対す
る限界値τ１（波長λｏ　＋　（λ２−λＵ）での光走
査時の時間差に対応）とする。また、従来通り△Ｔ−（
ＴＵ−ＴＬ）とする。

さて、第１図（ＩＪにおいて、符号４ｏ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はベルチェ素子を、それぞれ示し
ている。

まず１本走査時における湛度制伍について説明すると一
比較器４８には、マイクロコンピー−ター４６から設定
温度が電気的に設定されて−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、設定温度との差に応じた信号が出力される。この出
力は制御回路５ｏにおくられる。

制御回路５０は、上記出力を印加されると、ベルチェ素
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１本発明の温度制御を、第１図ＦＩ［ｌを参照しつ
つ説明する。

非本走査時に、温度制御をスタートさせると。

まず、マイクロコンピュータ−４６は、比較器４８の設
定温度を所定の初期温度Ｔｃに設定する。保持体４０の
温度、従って半導体レーザー１０の温度がＴ。

に制御されると、マイクロコンピー−ター４６は。

ビーム位置検出素子３４．受光素子３６から印加される
信号を処理して、ビーム位置７１時間差τを検出する。

ビーム位置７１時間差τは、それぞれ、限界値Ｙｌ　ｌ
　　τｌと比較される。Ｙ＜Ｙｌかつ、τ〉τｌである
トキは、マイクロコンピユークー４６は、設定温度を、
微小温度ｄＴ、例えば０．１度だけ上昇させる。これに
従って、保持体の温度が、上記微小温度分上昇すると、
再び、ビーム位置Ｙ、時間差τを検出し−ｙｌ、　　τ
ｌと比較し−Ｙ＜Ｙ、、τ〉τ１であるときは、さらに
設定温度をｄＴだげ上昇させる。このプロセスを繰返シ
て、　Ｙ　＞　Ｙｌ＋τくτ１の少くとも一方が実現し
だら、そのときの設定温度Ｔから△Ｔだけ低い温度を、
比較器４８に設定して、温度制御を終了する。

（効　　果） 以上、本発明によれば１元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
は一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、長期間にわたって１発光波長の安定を図るこ
とができ、長期間。

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１本発明の１実施例を説明するだめの図、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だめの図、第
５図および第６図は、ビーム位置検出素子を説明するだ
めの図である。 １０・・・半導体レーザー−２０・・・ホロスキャナー
。 ３４・・ビーム位置検出素子、３６・・・受光素子、４
０・・・保持体、４２・・・感温素子としてのサーミス
タ、４４…ベルチエ素子。 島　４　図 （Ｉ） 処３　父 不４　図 尤　５　父 （１）　　　　　　　　　（ｌ［）　　　　　　　　　
（ｌ［）ρ−ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体レーザーからの光をホロスキャナーで偏向させ
   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、保持体の温度を所定の設定温度
   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、上記保持体の温度を変化させつつ、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
   記受光素子の出力との時間差を検出し、 このように検出されたビーム位置および時間差の少くと
   も一方が、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限界値を越えるときの保持体温度
   を検出し、 このように検出された保持体温度から所定温度ずらした
   温度を、温度制御のための設定温度として設定すること
   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。