JPS6123115A - 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、画像を記録したシ
、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５９−２−８０６６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１６，１８．２２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２６．２８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３４３６け、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２ＯＡ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、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、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
学的に等価であシ、ホログラムとして形成されている。

ホロディスク、ホロスキャナーという名称は、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、シリン
ドリカルレンズ１４、平面鏡１６゜１８を介して、ホロ
ディスク２ＯＡの回折格子２００に入射する。これによ
って、回折ビームが発生する。ホロディスク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２
６，２８、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、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
いて、直線３，８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、受光素子３４
．．３６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、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図に示す如く、
一般に階段状の線であられされる。このよう々階段状の
線１−３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、個、々の半導体レー
ザーに応じて定ｉｐ、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」二元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、これに隣接する段
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、す々わち、温度差（ＴＵ−ＴＬ）
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
視度Ｔ。の近傍、例えばＴ。±１℃の虻囲に制御すれば
、実際上、半導体レーザーからのレーザー光の波長は一
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−λＬであ
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９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Ｔｏ’ｌ：たはＴＬを
越えると、レーザー光の波長は、（）、−λＵ）あるい
は（λＬ−λ、）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。しかし々から、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（１）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（ＩＩ
）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。

特性線の経時的変化は個々の半導体レーザーごとに異な
り、特性線が一方的に高温度側、又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、第４図（１）において、温度制御上の設定温度
がＴ。である場合、半導体レーザーに疲労がなく、特性
線が、特性線３−１の如き状態では問題ないが、半導体
レーザーの疲労に伴い、特性線が、特性線４−１の如き
ものとなると、半導体レーザーの温度はＴ。であっても
、発光波長は、大きく変化してしまう。第４図（ＩＩ）
において、特性線が、経時変化により特性線４−２の如
きものとなった場合も同様である。

このような、特性線の変化が生ずると、従来性なわれて
いる温度制御は、もはや、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、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、２個の
受光素子が配備される。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、々おかつ、光走査の妨げと
ならないような位置をいう。

２個の受光素子は、各偏向のたびに、偏向レーザービー
ムを順次受光する。２個の受光素子からの出力信号の時
間差が検出され、この時間差が所定の設定領域外となる
とき、温度制御のだめの設定温度を所定温度だけずらし
て再設定する。

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、回折ビームにおける回折角が変化する。回折ビーム
の回折角が変化すると、偏向レーザービームの走査速度
が変化し、従って、偏向レーザービームを２個の受光素
子で順次受光すると、各受光素子からの出力信号の時間
差が変化する。

従って、上記時間差は、半導体レーザーの発光波長の変
化に対応する。そこで、２個の受光素子の出力の時間差
によって、半導体レーザーにおける発光波長の変化を検
知し、半導体レーザーの温度制御に供するのである。

以下、具体的な例に即して説明する。

半導体レーザーにおける、特性線は、予め知ることがで
きる。特性線は、経時的にずれるように変化するが、特
性線の形状自体は、実質的に変化しないものと考えてよ
い。

そこでまず、第２図に示す半導体レーザー１゜の特性線
が、疲労のない状態で、第３図、第４図に示す特性線３
−１の如きものであるとする。そこで、半導体レーザー
１０に疲労のない状態においては、温度制御のだめの設
定温度をＴ。とじ、このときの発光波長をλ。とする。

また、偏向レーザービームを、２つの受光素子３４．３
６　（第２図）で受けるようにする。各偏向のたびに、
偏向レーザービームは、まず受光素子３４で受光され、
感光体３２を光走査し、次いで受光素子３６で受光され
る。そこで、波長λ。のとき、受光素子３４の出力と、
受光素子３６の出力との時間差をて。とする。

また、波長λ。＋（λ２−λＵ）−λＡ、λ。（λ１−
λ１）＝λＢを設定し、これら波長λＡ、λＢのときの
上記時間差をてＡおよびてＢとする。λＡ〉λ。〉λＢ
であり、回折角は、波長が大きくなるにつれて大きくな
り、回折角が大きいほど、上記時間差は短くなるので、
てＡ〈て。〈てＢである。

そこで、受光素子３４．３６の出力の時間差を検知する
のであるが、今、温度制御のための設定温度がＴｏであ
ることを考えると、時間差でＡが検知されるときは、半
導体レーザー１０の特性線は、第４図（１）の特性線４
−１のごときものとなっている。

従って、この場合、温度制御のだめの設定温度をＴ、か
ら、定温度側へ所定温度（−（Ｔｕ　−ＴＬ　）程度）
ずらしたＴ、に設定して温度制御すれば、設定温度は疲
労した特性線４−１における棚状部Ｂの中央近傍の温度
と々す、発光波長は、当初のλ。に近いλ、。

の近傍に安定する。同様に、時間差てＢが検知されたと
きは、特性線は第４図（Ｉｔ）の特性線４−２の如きも
のと々っているので、この場合は、設定温度をＴｏから
高温側へ所定温度ずらしたＴ２に再設定して舛度制御す
ると、発光波長は、当初のλ。に近いλ２゜の近傍に安
定する。

第１図は、本発明を実施する際の回路構成を、ブｏツク
図により示している。図中、符号４０は、半導体レーザ
ー１０を保持する保持体を示す。この保持体４０の温度
は感温素子たるサーミスタ４２で検知され、またペルチ
ェ素子４４により、保持体４０を加熱・冷却できるよう
になっている。

半導体レーザー１０に疲労のない当初、比較器６−６に
は温度Ｔ。に対応する値が設定されている。

サーミスタ４２の出力は比較器６６に送られて設定値と
比較され、両者の差に応じた出力が比較器６６から、制
御回路６８へ送られる。制御回路６８は印加される信号
に応じて、ペルチェ素子４４の通電を制御し、保持体４
０を加熱し又は冷却する。

この制御は、常に、サーミスタ４２の出力を、比較器６
６における設定値に合致せしめるように行なわれる。従
って、当初は、保持体４０の温度は設定値Ｔ。の近傍に
制御され、それに応じて、半導体レーザー１０の温度も
間接的にＴ。の近傍に制御される。

さて、受光素子３４．３６の出力は、電圧信号に変換さ
れ、増幅される等、必要な処理を施されて、フリップフ
ロップ４６に印加される。すると、フリップフロップ４
６の出力は、受光素子３４．３６の出力の時間差に対応
する。フリップ７０ノブ４６の出力、すなわち受光素子
３４．３６の出力の時間差は、カウンター５０に印加さ
れ、発振器４８からのクロックパルスで計量され、その
結果は、ＶＡ変換器５２でアナログ量に変換され、増幅
器５４で増幅されて、比較器５６．５８に印加される。

比較器５６は、受光素子３４．３６の出力の時間差でか
、設定値でＢよシ大きいとき、論理値を出力し、てがて
Ｂよシ小さいときは、論理値１を出力するように調製さ
れている。一方、比較器５８は、時間差でか℃Ａよシ小
さいとき、論理値Ｏ１てＡよシ大きいとき論理値１を出
力するように調製されている。

比較器５６の出力は、アンド回路６０、ナンド回路６２
に、印加され、比較器５８の出力は、アンド回路６０へ
印加されるとともに、ナンド回路６２へは、インバータ
ー６１を介して印加される。

すると、時間差てが、てＡくてくてＢであるときは、ア
ンド回路６０、ナンド回路６２の出力はともに論理値１
でちる。時間差でか、て＞ＶＢとなると、アンド回路６
０の出力は論理値０、ナンド回路６２の出力は論理値１
と々シ、時間差でか、でくでＡのときは、アンド回路６
０．アンド回路６２は、ともに論理値Ｏを出力する。

かくして、てＡ〈てくＣ１ｌツ　て〉でＢ・　℃くてＡ
（７）各場合に応じて、温度設定回路６４には、異なる
信号が印加されることになる。

てＡ＜て＜”ＣＢであるとき、温度設定回路６４は、そ
のときの、比較器６６の設定値を、その値に保つ。また
、て〉てＢのときは、温度設定回路６４は、設定温度を
、低温度側へ所定温度、例えば−（Ｔ。

一’ｒｒ、）だけずらした温度に対応する値を、比較器
６６に再設定する。また、τ〈てＡのときは、温度設定
回路は、設定温度を高温度側へ所定温度だけずらした温
度に対応する値を、比較器６６に再設定する。

（効　果） 以上、本発明によれば新規な温度制御方法を提供できる
。この温度制御方法は、半導体レーザーの特性線の経時
的変化を考慮しているので、常にレーザー光の波長を安
定させることができ、安定した光走査を行うことができ
る。

受光素子３４．３６により、出力の時間差を検出し、そ
の結果にもとづいて、設定温度をずらすのは、非本走査
時、すなわち、半導体レーザーが発光し、ポロスキャナ
ーが作動し、なおかつ画像記録用又は画像読取用の光走
査が行なわれていないときに行なえばよい。

なお、第２図の例において、受光素子３４は、光走査の
同期をとるだめの、同期検知素子を兼ねている。２個の
受光素子は、偏向レーザービームを順次受光しうる限り
、走査領域外の任意の位置に設けてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施のだめの回路構成の１例を示す
ブロック図、第２図は、本発明を実施した光走査装置を
用いる画像記録装置を要部のみ示す説明図的な斜視図、
第３図および第４図は、半導体レーザーの特性線と、そ
の経時的変化を説明するための図である。

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、２個の受光素
   子を配備して、偏向レーザービームが、各偏向のたびに
   、これら２個の受光素子により順次受光されるようにし
   、 これら２個の受光素子からの出力信号の時間差を検出し
   、上記時間差が所定の設定領域外となるとき、温度制御
   のための設定温度を所定温度だけずらして、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。