JPS6250810A - 光走査方法 - Google Patents

光走査方法

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JPS6250810A
JPS6250810A JP60191491A JP19149185A JPS6250810A JP S6250810 A JPS6250810 A JP S6250810A JP 60191491 A JP60191491 A JP 60191491A JP 19149185 A JP19149185 A JP 19149185A JP S6250810 A JPS6250810 A JP S6250810A
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JP
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temperature
semiconductor laser
beam position
set temperature
comparator
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JP60191491A
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English (en)
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Satoru Tomita
冨田 悟
Isamu Shibata
柴田 勇
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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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) 本発明は、光走査方法に関する。
(従来技術) レーザービームにより走査を行って、画像を記録したり
、画像を読み取っ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59−28(!66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34は、ビーム位置検出素子を、
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
、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
学的に等価であり、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lO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fi16.18を介してホロ
ディスク20Aの回折格子200に入射する。
これによって1回折ビームが発生する。ホロディスク2
0Aが回転すると1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1122. fθレンズ24、平面
!26.28、シリンドリカルレンズ3o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36は、光走査
における上記スポットの軌跡を示し、この直線36を、
主走査線という。
また、感光体32上で、主走査線36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、上記記録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、えられる可
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11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
行なえなくなる。
また、上記回折角の変化は、主走査における走査速度に
も変化を生じる。
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℃<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。特性腺の形状自体は1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頭側
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、これに隣接
する段差部との間は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−T
L)が5度あったとすると、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する保持体の温度を、
設定温度T0の近傍、域えばTI。
±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はほぼ一定に制御される。
なお、半導体レーザーの温度がTLがらTuまで変化し
たとしても、レーザー光の波長の層化は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TuまたはT1を越える
と、レーザー光の波長は、(λ2−λU)あるいは(λ
、−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、適正な光走査は困廻となる。
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T。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(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(II)に示
すように、I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、特性線のずれの方向が時間的に変化するも
のもある。
このように、特性線が時間的に変化するところからの以
下の如き問題が生ずる。
すなわち、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、半導体の疲労がない場合(特性線
が実線の如き場合)は問題ないが、特性線が経時的に変
化して破線4−1に示す如きものとなると、半導体レー
ザーの温度がToであっても、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、
特性線が経時的変化により破線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、役に立たなくなってしまい
、適正な光走査は行なわれなくなる。
(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、光走査方法の
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。
ビーム位置検出素子が配備される。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、なおかっ、光走
査の妨げとならないような位置をいう。
この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。このようにして、検出されるビーム
位置が、所定の設定領域外となるとき、上述の温度制御
のための設定温度を。
所定の温度だけずらして、新たに設定しなおすのである
。なお、ビーム位置の検出は、非本走査時に行なわれ。
。非本走査時とは、半導体レーザーが発光し、ホロディ
スクが回転しており、なおかつ光走査が行なわれていな
い時をいう。
また、情報記録のための画素周波数が可変設定可能とさ
れる。画素周波数は、1画素の書込みもしくは読取りに
関する時間を、τとするとき、−τ で与えられる周波数であり、この画素周波数を変化させ
て、設定しうるようにするのである。
そして、上記の如くして、温度制御のための設定温度が
再設定されたら、新たに設定された設定温度に応じて、
画素周波数の方も、新たな値に設定しなおすのである。
このように1画素周波数を、設定温度の切換に応じて再
設定するのは、後述する倍率誤差を除去するためである
半導体レーザーの発光波長と温度との関係を示す特性線
は、予め、個々の半導体レーザーごとに知ることができ
る。従って、例えば、この特性線が、第3図の如きもの
であって、初期、すなわち、疲労のない状態における温
度制御の設定値を、棚状部Bの中央に対応する温度T。
に定めるとすれば、特性線3−1に関して、TLも、T
uも知ることができるし、λ2−λU=ΔλU、λ、−
λ、=ΔλLも予め知ることができる。
しかし、先にも述べたように、特性線3−1の経時的変
化が、第4図(I)に示す如く生ずるか、あるいは第4
図(n)に示す如く生ずるか、あるいは特性線のずれの
方向が時間的に変化するか、換言すれば、特性線3−1
が、時間とともに、低温度側へずれるか、高温度側へず
れるかさらには、高温度側、低温度側へふらふらとずれ
るのかは、予め知ることは困難である。従って、温度制
御に、特性線の経時的変化を考慮するにあたっては、特
性線が高温度側へずれる場合と、低温度側へずれる場合
とを、いずれも考慮する必要がある。
光走査に乱れが生ずるのは、特性線の段差部における、
波長の不連続で大きな変化が生ずる場合であるから、特
性線の経時的変化を考慮して、温度制御を行う場合には
、第4図(1)にあっては、段差部4−3を検知する必
要があり、第4図(n)では、段差部4−4を検知する
必要がある。
ところで、特性線3−1において、温度T0に対応する
波長がλ。であるとすれば、第4図(1)において、特
性線が、破線4−1のごときものとなると、発光波長は
え。+ΔλUとなるから、この波長変化によって段差部
4−3を検知できるし、第4図(■)において、特性線
が波長4−2の如きものとなると、波長は、λ。+Δλ
、となるから、この波長変化によって1段差部4−4を
検知することができる。
ここで、再び、第2図にもどると、ビーム位置検出素子
34は、走査領域外に配備され、偏向レーザービームを
受光しうるようになっている。
ビーム位置検出素子としては、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
検出素子は種々の型のものが知られ、例えば、第5図(
r)に示す如く、単一の受光面を有するものや、第5図
(n)に示す如く、2個の受光面5−2.5−3を有す
るものや、第5図゛(■)に示す如く、4個の受光面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用いることができる。
以下では、第5図(1)に示す、単一の受光面5−1を
有するものを例にとって説明する。すなわち、第2図に
示すビーム位置検出素子34は、第5図(1)に示す如
き、単一の受光面を有する。
さて、第6図において、ビーム位置検出素子34の受光
面の受光する偏向レーザービームのスポットを、スポッ
トSPとすると、このスポットSPの光強度工は、第6
図左方の図の如く、つり鎧型の分布を有する。今、スポ
ットspが、X方向へ、受光面5−1を横切るものとす
ると、ビーム位置検出素子34の出力は、ビームのスポ
ットSPの中心部がY軸を横切る位置に応じてことなり
、従って、ビーム位置検出素子の出力によ漬て、スポッ
トSPが横切るY軸方向の位置を検出できる。
さて、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、ホロディスクにおける回折ビームの回折角が
変動し、偏向レーザービームは主走査方向に直交する方
向、すなわち副走査方向に対応する方向に変動する。
そそこで、ビーム位置検出素子34の受光面5−1(第
6図)のX方向を、偏向レーザービームによる主走査方
向に対応するようにすると、受光面5−1のY方向は、
副走査方向に対応することになる。このようにすると、
偏向レーザービームのスポットが受光面5−1を横切る
Y軸方向の位置は、レーザー光の波長に応じて変動する
ここで、再び第3図、第4図を参照し、今、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の如
きものであったとする。そして、温度制御における、初
期の設定温度をToとし、このとき、偏向レーザービー
ムのスポットSPが、受光面5−1(第6図参照)の、
Y軸の0点を横切るようにする。このようにすると、レ
ーザー光の波長が大きくなるにつれて、ビーム位置検出
素子34が検出するビーム位置は、第6図において、Y
軸方向の例えば上方へずれ、逆に波長が小さくなると、
Y軸方向の下方へずれる。すると、波長がλ。+ΔλU
となるときの、偏向レーザービームの位置が、例えば、
第6図のY□として、又、波長がλ。−ΔλLとなると
きの位置がY2として、それぞれ定まる。
このとき、位置Y1とY2との間の位置領域を、設定領
域と称する。
さて、半導体レーザーの温度(±、保持体の温度を設定
温度T。の近傍、例えばT。+0.5℃の範囲に制御す
ることによって1間接的に制御される。
このとき、半導体レーザーからのレーザー光の波長は、
λ。の近傍にあって、偏向レーザービームの受光面5−
1(第6図)上の位置は、Y軸上の0点近傍にある。
しかるに、特性線が経時的に変化して、第4図(r)の
特性LA4−1の如くなると、あるいは、第4図の(I
I)の特性線4−2の如くなると、ビーム位置検出素子
34により検出される、ビーム位置は。
上述の設定領域からずれ、設定領域外となる。こうなる
と、設定温度T。は、もはや、温度制御上適正な値でな
くなってしまう。そこで、このようになったときには、
設定温度をToから所定の温度でけずらした温度に再設
定するのである。
すなわち、ビーム位置によって、第4図CI)の特性線
4−1の段差部4−3が検出されたとき、換言すれば、
ビーム位置が、第6図でYユを上方へ越えたときは、設
定温度T。から、低温度側へ所定温度ずれたT Z (
第4図(■))に再設定する。
このような新たな設定温度にもとづいて温度制御を行な
えば、再び、半導体レーザーの発光波長は、初期の設定
値λ。の近傍の値に安定する。棚状部の有する傾きのた
め、新たな設定温度T□あるいはT2での、発光波長は
λ。と正確に等しくはならないが、それでもλ。に近い
値となり、主走査線の位置は、初期位置と実質的に同一
位置となる。
なお、T、、Tよ、T2等は1個々の半導体レーザーご
とに、特性線に応じて予め定めうるがら、上記の如き、
設定温度の再設定を含む温度制御はマイクロコンピュー
タ−を用いて簡単に行なうことができる。
ここで、前述の倍率誤差につき説明する。
すでにのべたように、半導体レーザーがらの光の波長の
変化は、ホロスキャナーの回折格子における回折角の変
化をもたらし、この回折角の変化は、主走査における走
査速度の変化をもたらす。
例えば、設定温度T。において、正常な状態において、
走査速度がV。であったとする。そこで、次に、仮に、
新たな設定温度として温度T2を設定したとすると、こ
のときの波長は、当初のλ。
から若干ずれるから、走査速度自体も若干ずれる。
このようにずれた速度をV。+ΔVとする。
さて1画素周波素子を、当初f0であってとすると、1
画素の書込みもしくは読み取りに関する時間で。は、τ
。=−である。主走査の1ラインあたりにねりあてられ
た画素数をNとすると、半導体レーザーの特性線に疲労
のない状態では、主走査の1ラインの長さLは、 L=Nτ。v0=N・−・v。
fI。
である。しかるに、設定温度をToからT2に切換える
ことにより、走査速度が、voからv0+ΔVに変化す
ると、上記長さは、Lから、L+ΔLに変化する。L+
ΔLは。
L+ΔL=−・(V、+ΔV) である。
従って、設定温度の切換えにより、主走査の1ラインの
長さが、ΔLだけ変化することになり、例えば情報の書
込みを行った場合、主走査方向の画像幅が、設定温度切
換前に比してΔLだけ変化することになる。これを、倍
率誤差と称する。このような倍率誤差は、ΔL自体、さ
ほど大きなものでないから、実用的見地からすれば、放
置しておいても、さほど問題はないが、ぞれでも、倍率
誤差を除去できるならば、それにこしたことはない。
そこで、本発明では、設定温度の切換に応じて画素周波
数を変化させて、上記倍率誤差を除去するのである。例
えば、前述の設定温度をToからT2に切換る場合には
、それに応じて1画素周波数をfoから。
たけずらして再設定すればよい。もちろん、実際には、
この関係は、ある程度の精度をもって満足されればよい
画素周波数を可変設定可能にするには1例えば、。
発振器から得られる基準クロックを分周して1画素周波
数とするようにし、上記分周の分周率を可変にし、例え
ばアップダウンカウンター等により分周必を切換るよう
にすればよい。設定温度の切歯 換に応じて、温素周波数をどの程度変化させるべきかは
、あらかじめ、実験的に、定数として定めうる。従って
、画素周波数の可変設定制御も、前述の温度制御ととも
に、マイクロコンピュータ−で容易に実現できる。
第1図に1本発明を実施する際の回路構成の1例をブロ
ック図により示す、第1図において、符号lOは半導体
レーザー、符号50は、半導体レーザー10を保持する
保持体、符号52は感温素子たるサーミスタ、符号54
はベルチェ素子を、それぞれ示す。第2図ないし第6図
で説明した場合を例にと”ると、ビーム位置検出素子3
4の出力は比較器56に送られる。この比較器56にお
いて、検出されたビーム位置が、設定領域の上・下限値
YL、 Y、と比較される。ビーム位[Yが、Yよ>y
<y2であるときは、温度設定器58は、設定温度TI
、を維持し、この設定温度T。を、比較器60のレファ
レンス温度とする。この状態で、サーミスタ52からの
出力は、比較器60に送られ、この比較器において、保
持体50の温度T)lが、上記設定温度T0と比較され
る。比較器60の出力は制御回路62へ送られ、制御回
路62は、T、−TH=ΔTHの大きさ、および正負に
応じて、ベルチェ素子54に、加熱用、あるいは冷却用
の電流を通じこれによって、保持体50が加熱もしくは
冷却され、保持体50の温度は、設定温度T0の近傍に
保持される。
ビーム位[YがY4より大きいときは、比較器56の出
力により、温度設定器58は、設定温度T□を設定して
、これを比較器60のレファレンス値とする。これによ
って、保持体50の温度は、T□の近傍に制御される。
また、ビーム位置YがY2より小さいときは、設定温度
T2が、温度設定器58により設定され、保持体50の
温度は、T2の近傍に制御される。
一方、温度設定器58により設定された温度は。
画素周波数設定器80へ印加され、同設定器80により
、新設定温度T1またはT2に応じた画素周波数f′が
設定される。
この説明に対応するフロー図を、第7図に示す。
なお、非本走査時については、先に、半導体レーザーが
発光し、ホロディスクが回転しており。
かつ光走査が行なわれていない時であると定理したが、
具体的には例えば、画像記録と画像記録の間、あるいは
、画像読取と画像読取の間、あるいは、光走査装置の始
動後の待期時等である。
(効  果) 以上、本発明によれば、新規な光走査方法を提供できる
。この光走査方法は、上記の如く構成されているので、
半導体レーザーにおける特性線の経時的変化にかかわら
ず1倍率誤差のない安定した光走査が可能である。
なお、前述したように、特性線の棚状部の傾きのため、
再設定された新たな設定温度に対応する発光波長λは、
それ以前の設定波長λ。かられずかながらずれ、そのた
め、新たな発光波長に対する、ビーム位置は、それ以前
のビーム位置設定領域(第6図のY、、Y、)に対し、
一方の側へずれる。そこで、よりきめこまかい制御を行
うため、上記設定領域の上限値、下限値を、新たな設定
温度に応じて設定しなおすようにしてもよく、これには
、第1図に、符号70で示す、位置設定器°を用い、比
較器56の出力を利用して、この新たな位置設定を行う
ようにすればない。また、ビーム位置検出素子の配備位
置を光走査の同期検出用の位置に定め、ビーム位置検出
素子を、同期検出用に兼用してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施のための回路構成の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、第5図はビーム位置
検出素子を説明するための図、第6図は、本発明を説明
するための図、第7図は、本発明の詳細な説明するフロ
ー図である。 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、5o・・・保持体、5
2・・・感温素子としてのサーミスタ、54・・・ペル
チェ素子、5−1・・・ビーム位置検出素子の受光面、
SP・・・ビーム位置検出素子に受光される偏向レーザ
ービームのスポット、Yl、Y、・・・ビーム位置の設
定領域の限界値。 ’i4 尺 (I)              (1)最D 口

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て
    光走査に供する光走査方式において、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
    ようにするとともに、情報記録のための画素周波数を可
    変設定可能とし、 偏向レーザービームによる走査領域に、ビーム位置検出
    素子を配備し、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し、ビーム位
    置が、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し、 かつ、上記画像周波数を、上記の如く再設定された設定
    温度に応じた周波数に再設定することを特徴とする、光
    走査方式。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0762568A1 (en) * 1995-09-08 1997-03-12 Xerox Corporation Microprocessor controlled thermoelectric cooler and laser power controller

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0762568A1 (en) * 1995-09-08 1997-03-12 Xerox Corporation Microprocessor controlled thermoelectric cooler and laser power controller

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