JPH02190814A - レーザ出力制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ光源を用いるレーザプリンタ、レーザ
製版機等におけるレーザ出力制御装置に関する。

従来の技術 従来、この種のレーザプリンタ等においては、例えば感
光体感度のバラツキ等に対処するため、作像面上でのレ
ーザビームの強度を可変制御し得ることが要求される。

このようなことから、種々のレーザ出力制御方式が提案
されている。

第１の方法として、特開昭６３−１０１８１３号公報に
示される方法がある。これは、レーザ光源のビーム光路
上に位置させた偏光ビームスプリッタを光軸周りに回転
させ、偏光ビームスプリッタからの反射ビームを、この
偏光ビームスプリッタと一体となって回転する光センサ
でモニタし、このモニタ出力を偏光ビームスプリタの回
転駆動部にフィードバックすることにより、偏光ビーム
スプリッタの回転角を制御して設定した光量のレーザ出
力を得るようにしたものである。

第２の方法として、特開昭６３−７４８１５号公報に示
される方法がある。これは、電気的に光減衰全可変な可
変減衰器（例えば、連続的に濃度の変化するＮ　Ｄフィ
ルタ）とビームスプリッタとを用い、ビームスプリッタ
からの光を受光素子で受光し、その光電変換出力を比較
器において基準電圧と比較し、ＮＤフィルタを回転制御
し、光出力の制御を行うようにしたものである。

第３の方法は、特開昭６３−９７０６０号公報に示され
る方法である。これは、レーザダイオードの出力を受光
素子で受光して光電変換し、基準電圧と比較し、この比
較出力に応じてアップダウンカウンタ、Ｄ／Ａコンバー
タによりレーザダイオードに流れる電流を可変制御し、
レーザダイオードからのレーザビームの出ツノを制御す
るようにしたものである。

発明が解決しようとする課題 ところが、第１の方法による場合、回転部分が偏光ビー
ムスプリッタと受光素子とからなるため、大型化し、回
転用の駆動モータも大型となる。また、受光素子も回転
変位するため、受光素子への配線にフレキシブルなケー
ブルが必要となる。さらに、偏光ビームスプリッタ１が
第７図に示すように偏心している場合には、その回転に
よって光軸のずれΔが発生してしまい、偏光ビームスプ
リッタの取付けに細心の注意を要する。また、この方式
の場合、出射ビーム強度を最大〜最小間で変化させるた
めには偏光ビームスプリッタを光軸角りに９０’回転さ
せなければならない。

次に、第２の方法による場合、大面積のＮＤフィルタを
必要とし、装置が大型化してしまう。また、同公報記載
のように、受光素子に光を入射させるためにビームスプ
リッタを用いたものでは、光量損失が大きく、効率の悪
いものとなってしまう。

さらに、第３の方法の場合、Ｄ／Ａコンバータの出ツノ
によりレーザダイオードへの電流を変化させてレーザダ
イオードの出力を制御しているため（デジタル制御）、
レーザダイオードの出力を広範囲にわたって高精度に制
御するためには、ビット数の多いＤ／Ａコンバータが必
要となる。また、レーザダイオードを低出力に制御する
場合、レーザダイオードのＬＥＤ発光成分によってＳ／
Ｎが劣化してしまう。例えば、第８図は半導体レーザの
入力電流と光出力との関係を示す特性図であり、入力ｔ
１流が閾値電流Ｉｔｈに達するまではレーザ発光せずＬ
ＥＤ発光する。よって、半導体レーザを例えば低出力Ｌ
１　で使用する場合にはＳ／Ｎ、即ちＬＢ／Ｌ、（ＬＢ
はＬＥＤ発光成分）が大きくなってしまう。ここに、Ｌ
ＥＤＩ光成分はコヒーレント光ではなく、小さなスポッ
トに集光させることができないため、レーザプリンタの
ようにレーザ光を小さなスポットに絞り込んで使用する
場合には、ＬＥＩ）ｉ光成分はフレア（ノイズ）成分と
なり、画質劣化をもたらすことになる。

課題を解決するための手段 レーザ光源からのレーザビーム光軸上に配置させた１／
２波長板を、この１／２波長板を光軸角りに回動変位さ
せる回動駆動手段とともに設け、前記１／２波長板から
の透過レーザビーム光軸」二に配置させた偏光ビームス
プリッタを設け、この偏光ビームスプリッタからの反射
レーザビーム又は透過レーザビームの何れか一方のビー
ムを受光する光電変換素子を設け、この光電変換素子の
光電変換出力を基準値と比較する比較手段と、この比較
手段からの比較出力に応じて前記回動駆動手段を駆動制
御する制御手段とを設けた。

作用 レーザ光源からのレーザビームは直線偏光であリ、この
偏光面が角度θをもってｌ／２波長板に入射すると、そ
の透過レーザビームは２０だけ回転した偏光面を持つ直
線偏光となる。よって、このｌ／２波長板を回動駆動手
段によって光軸周りに回動変位させることにより、透過
レーザビームの偏光面を連続的に変化させることが可能
となる。

このような透過レーザビームを偏光ビームスプリッタに
入射させると、その偏光面の回転に従いＰ偏光成分とＳ
偏光成分とが変化するので、これに対応して偏光ビーム
スプリッタがらの反射レーザビームと透過レーザビーム
との比が変化する。よって、偏光ビームスプリッタから
出射される一方のビームについてその強度を光電変換素
子により受光検知し、比較手段で基準値と比較し、差が
０となるように制御手段によって回動駆動手段をフィー
ドバック制御して、１／２波長板の回動角を制御するこ
とにより、基準値に対応したレーザビーム強度に調整す
ることが可能となる。

実施例 本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明
する。まず、レーザビームを射出するレーザ光源２が設
けられている。このレーザ光源２からのレーザビーム光
軸３ａ上に配置させてｌ／２波長板４が設けられている
。このｌ／２波長板４は光軸３ａ周りに回転自在に支持
されており、回動駆動手段５に連結されている。この回
動駆動手段５としては適宜構成し得るが、本実施例では
、駆動モータ６と、この駆動モータ６軸上に設けられて
１／２波長板４外周のギヤ７に噛合させた駆動ギヤ８と
からなる。また、１／２波長板４からの透過レーザビー
ム光軸３ｂ上に配置させて偏光ビームスプリッタ９が設
けられている。さらに、この偏光ビームスプリッタ９か
らの反射レーザビームを受光する光電変換素子１０が設
けられている。この光電変換素子１０からの光電変換出
力は所定の基準値としての基４訂電圧と比較する比較手
段としての比較回路１１に入力されている。この比較回
路１１からの比較出力は、制御手段としての回転角制御
回路１２を介して前記駆動モータ６にフィードバックさ
れている。

このような構成において、レーザ光源２がら射出された
レーザビームは波的には直線偏光となっっている。この
ような直線偏光のレーザビームが、１／２波長板４の結
晶軸（結晶の光軸方向）に対して、その偏光面が角度Ｏ
を持って入射すると、偏光面が結晶軸を含む而（主断面
）内で屈折されることにより、透過レーザビームの偏光
面は、第２図に示すように角度２０回転した偏光面を持
つ直線偏光となる。即ち、１／２波長板４を用いること
により、レーザ光源２自体を回転させることなくレーザ
ビームの偏光面を回転させ得るものであり、透過レーザ
ビームの偏光面は入射ビームと主断面とがなす角度θの
２倍の角度だけ回転させ得る。従って、このような１／
２波長板４を固定的とせずに、光軸周りに回転させて入
射レーザビームに対する結晶軸方向を可変させることに
より、透過レーザビームの偏光面を連続的に変化させる
ことが可能である。

また、１／２波長板４の後段に配置させた偏光ビームス
プリッタ９は、周知のように、一対の直角プリズムの斜
面を接着したキューブ形状の偏光素子であり、接着面（
斜面）には誘電体がコーティングされている。よって、
第３図に示すように、入射レーザビーム中、斜面に対し
て平行な偏光面を持つ光成分（これを、Ｐ偏光成分とい
う）を透過し、斜面に対して垂直な偏光面を持つ光成分
（これを、Ｓ偏光成分という）を反射させて、両成分を
分離することになる。

そこで、このような偏光ビームスプリッタ９と１／２波
長板４とを組合せた場合の作用を、第４図により説明す
る。これは、１／２波長板４を角速度ωで光軸周りに回
転させる場合を想定したものであり、同図（ａ）は回転
角ω＝Ｏの場合を示し、同図（ｂ）は回転角ω＝４５°
の場合を示す。まず、同図（ａ）は直線偏光（殆どＳ偏
光）の入射レーザビーム（強度Ｉ０とする）の偏光面が
１７２波長板４の結晶軸に一致する状態を示し、透過レ
ーザビームは偏光面が回転しない状態で偏光ビームスプ
リッタ９に入射する。すると、殆どのビームはＳ偏光成
分であることにより斜面で反射されて反射レーザビーム
■、として射出され、残りの一部はＰ偏光成分であるこ
とにより透過して透過レーザビーム■。とじて射出され
る。入射するレーザビームの偏光特性、１／２波長板４
、偏光ビームスプリッタ９の特性にもよるが、反射レー
ザビーム■８はＩｇ　＞０．９７　Ｉｏなる強度を持ち
、透過レーザビームＩＤはＩ。＜０，０２Ｉｏなる強度
を持つ。一方、同じ偏光特性を持つ入射レーザビームの
場合であっても、第４図（ｂ）に示すように回転角ａｔ
＝４５°により１／２波長板４の結晶軸が４５°回転す
ると、透過レーザビームの偏光面が９０°回転し、殆ど
Ｐ偏光成分光となって、偏光ビームスプリッタ９に入射
する。よって、この偏光ビームスプリッタ９から射出さ
れるレーザビームの強度は反射側と透過側とで逆の関係
となる。即ち１反射レーザビーム■５はＩｓ≧０．０２
Ｔｏなる強度を持ち、透過レーザビーム■。はＩｏ　＜
０．９７　Ｉｏなる強度を持つことになる。

このようなことから、１７２波長板４の回転によって偏
光ビームスプリッタ９に入射するレーザビームの偏光面
を回転させると、その回転に従い、直線偏光におけるＰ
偏光成分とＳ偏光成分との割合いも変化するので、偏光
ビームスプリッタ９から射出される反射レーザビームと
透過レーザビームとの比を連続的に変化させることがで
きる。今、１／２波長板４を光軸周りに連続的に回転（
回転角Ｏ°〜２π）させたとすると、偏光ビームスプリ
ッタ９から射出されるＰ、Ｓ偏光成分の光強度は、第５
図に示すように規格化される。この特性によれば、−力
の成分の光強度がわかれば、相対的に他方の成分の光強
度もわかることになる。

このようなことから、例えば偏光ビームスプリッタ９か
らの透過レーザビームを光書込み等に使用する場合、偏
光ビームスプリッタ９からの反射レーザビームを光電変
換素子１０により受光モニタし、その光電変換出力を比
較回路１１において所望の基準電圧と比較する。この比
較回路１１からの比較出力（充電変換出力電圧と基準電
圧との差）を回転角制御回路１２にフィードバックし、
この電圧差がＯとなるように駆動モータ６を駆動してｌ
／２波長板４の回転角を制御することにより、所望の基
準電圧に対応した透過レーザビーム強度となるように光
出力を調整することが可能となる。第６図は、本実施例
の場合の偏光ビームスプリッタ９からの透過レーザビー
ムの光強度と反射レーザビームについての光電変換素子
１０出力との、１／２波長板４の回転角に対する特性を
示す。

なお、偏光ビームスプリッタ９からの反射レーザビーム
を出射ビームとして用いる場合であれば、透過レーザビ
ームについてその強度をモニタ検出してフィードバック
すればよい。

このように本実施例によれば、比較回路１１に対する基
準電圧に応じて１／２波長板４の光軸回り回転角を制御
することにより、入射レーザビームの光強度に対して２
％〜９８％（前述したように、レーザビームの偏光特性
等にもよるが）程度の光強度を持つ広範囲の出射レーザ
ビームを得ることができる。よって、例えばレーザプリ
ンタ、レーザ製版機等において、感度の非常に異なる記
録材料（感光材料）を使用する場合であっても、容易に
対応可能となる。特に、本実施例によれば、１／２波長
板４を回動させるようにしているので、出射レーザビー
ムの強度を最大〜最小間で可変させる場合でも、この１
／２波長板４を４５°回転させればよく、従来の偏光ビ
ームスプリッタ回転方式のように９０°回転させる必要
のないものである。また、回転部材としては１／２波長
板４だけであり、その駆動系を含めても特に大型化する
ことはない。また、第５図や第６図に示した特性の如く
、出射レーザビームの強度は光電変換素子１０で常時モ
ニタしながら無段階に制御できるので、高精度な出力制
御が可能となる。また、本実施例によれば、１／２波長
板４の後段に偏光ビームスプリッタ９を用いているので
、偏光方向がランダムな無偏光なるＬＥＤ発光成分の内
、Ｐ偏光成分（偏光ビームスプリッタ９の反射光を射出
レーザビームとして用いる場合はＳ偏光成分）のみを透
過（偏光ビームスプリッタ９の反射光を射出レーザビー
ムとして用いる場合は反射）するので、レーザ光源２を
低出力で使用する場合であっても、ノイズ成分を半減さ
せることができ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

発明の効果 本発明は、上述したようにレーザ光源からのレーザビー
ム光軸上に配置させたｌ／２波長板を、この１／２波長
板を光輔周りに回動変位させる回動駆動手段とともに設
け、前記１／２波長板からの透過レーザビーム光軸上に
配置させた偏光ビームスプリッタを設け、この偏光ビー
ムスプリッタからの反射レーザビーム又は透過レーザビ
ームの何れか一方のビームを受光する光電変換素子を設
け、この光ｔ■変換素子の充電変換出力を基仕、値と比
較する比較手段と、この比較手段からの比較出力に応じ
て前記回動駆動手段を駆動制御する制御手段とを設けた
ので、比較手段に対する基準電圧に応じて１／２波長板
の光軸回り回転角を制御することにより、入射レーザビ
ームの光強度に対して広範囲の光強度を持つ出射レーザ
ビームを任意に得ることができ、よって、例えばレーザ
プリンタ、レーザ製版機等において、感度の非常に異な
る記録材料を使用する場合であっても、容易に対応可能
となり、この際、ｌ／２波長板の回動変位によるため、
出射レーザビームの強度を最大〜最小間で可変させる場
合でも、この１／２波長板を４５°回転させるだけでよ
く、かつ、回動するのがこの１／２波長板だけであり、
その駆動系を含めても特に大型化することがなく、さら
に、出射レーザビームの強度を光電変換素子で常時モニ
タしながら無段階に制御できるので、高精度な出力制御
が可能ともなり、また、１／２波長板の後段に偏光ビー
ムスプリッタを用いているので、レーザ光源を低出力で
使用する場合であっても、ノイズ成分を半減させること
ができ、Ｓ／Ｎを向上させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は概略斜視図、第２図は１／２波長板の０１６光
面回転機能を示す斜視図、第３図は偏光ビームスプリッ
タの偏光分離機能を示す斜視図、第４図は１／２波長板
と偏光ビームスプリッタとの組合せによる機能を示す斜
視図、第５図は１／２波長板を連続的に回転させた時の
規格化された光強度特性図、第６図は１／２波長板の回
転角に対する出射ビーム強度及び光電変換素子出力特性
図、第７図は従来方式を示す概略側面図、第８図は半導
体レーザの電流−出力特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源からのレーザビーム光軸上に配置させた１／
   ２波長板と、この１／２波長板を光軸周りに回動変位さ
   せる回動駆動手段と、前記１／２波長板からの透過レー
   ザビーム光軸上に配置させた偏光ビームスプリッタと、
   この偏光ビームスプリッタからの反射レーザビーム又は
   透過レーザビームの何れか一方のビームを受光する光電
   変換素子と、この光電変換素子の光電変換出力を基準値
   と比較する比較手段と、この比較手段からの比較出力に
   応じて前記回動駆動手段を駆動制御する制御手段とから
   なることを特徴とするレーザ出力制御装置。