JPH03202809A - 光ビーム走査装置 - 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】 〔概要〕 レーザダイオードからの発振光をホログラム素子を用い
て走査する光ビーム走査装置に関し、結露の恐れがある
場合の目標温度を最適化することにより、発振波長の安
定化を図りつつ結露発生を回避して光ビームの乱反射防
止や光量低下防止を図ることを目的とし、 レーザダイオードからの発振光をホログラム素子を用い
て走査する光ビーム走査装置において、前記レーザダイ
オードの発振波長を安定化させるいくつかの温度を目標
温度として設定する目標温度設定手段ａと、前記レーザ
ダイオードの温度およびレーザダイオード周囲の雰囲気
温度を検出する温度検出手段すと、前記レーザダイオー
ドの雰囲気中に含まれる水蒸気の含有度合を表す物理量
を検出する物理量検出手段Ｃと、該物理量検出手段Ｃの
検出結果に基づいて前記レーザダイオードに対する結露
発生を予測する予測手段ｄと、前記いくつかの目標温度
のひとつを選択すると共に、結露発生が予測されたとき
には、レーザダイオード周囲の雰囲気温度との温度差が
所定の温度差内に収まるひとつの目標温度を選択する選
択手段ｅと、該選択手段ｅで選択されたひとつの目標温
度となるように前記レーザダイオードを加熱あるいは冷
却する加熱・冷却手段ｆと、を備えたことを特徴として
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光ビーム走査装置に関し、特に、レーザダイ
オードからの発振光をホログラム素子を用いて走査する
光ビーム走査装置に係り、レーザーダイオードを適温に
保持して発振波長の安定化を図ると共に、結露発生を回
避した光ビーム走査装置に関する。

近時、オプトエレクトロニクス技術を利用した電子機器
の進展が目ざましい。たとえば、レーザダイオード（以
下、ＬＤと略すこともある）からの発振光（光ビームと
もいう）を走査して感光ドラム表面に潜像を形成し、こ
の潜像を用紙に転写して印刷物を得るレーザプリンタは
、機械的な印字ヘッドを要しないので、静粛性に優れ、
印字スピードが早く、しかも、高品位な印刷物を得るこ
とができる。

このようなレーザプリンタ等では、光ビームを走査する
ための光ビーム走査装置を必須とし、たとえば、特開昭
５９−１４６０６９号公報に記載されているように、Ｌ
Ｄからの光ビームを回転多面鏡（いわゆるポリゴンミラ
ー）で走査し、この走査光をｆ・θレンズで集束して感
光ドラムに潜像を形成する光ビーム走査装置が広く一般
に使用されていた。

しかし、かかる従来装置は、ポリゴンミラーやｆ・θレ
ンズ等の光学部品を使用しているため、機構が複雑で調
整に手間がかかり、しかも部品点数が多くなる等の数々
の欠点を有するものであった。

こうした欠点に鑑み、たとえば、特開昭６２２８７０８
号公報に記載されているように、ポリゴンミラーやｆ・
θレンズなどの光学部品の代わりにホログラム素子を用
いるようにした光ビーム走査装置が知られている。

ホログラム素子は、プラスチックやガラス板の表面に、
光ビームの波長に対応した回折角を有する回折格子を形
成し、この回折格子による光の回折現象を利用して光ビ
ームを偏向走査するものである。

ところで、ホログラム素子を用いた偏向走査では、光ビ
ームの波長安定性が重要になる。ホログラム素子は、そ
の回折角が波長の変動によって大きく変わる特性（いわ
ゆる色収差〉を持つからで、回折角が変化すると正しい
走査が行われなくなるからである。

〔従来の技術〕

こうしたことから、本出願人は先に、ＬＤの温度を制御
することにより、発振波長の安定化を図るようにした「
光ビーム走査装置」特願平０１−２４０１４３号（出願
日子ｔｃ１年９月１８日）を提案している（以下、先願
装置という）。

すなわち、一般にＬＤは、自身の温度が上昇するにつれ
て発振波長が極緩やかに長波長側に変化（実用的にはほ
とんど変化しないと見なせる）すると共に、所定の温度
になると発振波長が急激に変化（モードホップ）すると
いった温度特性がある。したがって、ＬＤを安定して動
作させるには、モードホップを生しさせない適当な温度
に維持することが肝要となる。

しかし、上記従来の光ビーム走査装置（特開昭６２−２
８７０８号公報に記載の装置）では、雰囲気温度や自身
の発熱によってＬＤの温度が付随的に決ってしまい、場
合によってはモードホップを生じることもあり、発振波
長を安定化させるといった面で十分ではなかった。

先願装置では、ＬＤの温度を検出すると共に、モードホ
ップを生じさせない適当な温度をいくつかの目標温度の
なかから選択し、これらの温度差をつめるようにＬＤの
温度を制御する。

目標温度は、たとえばモードホップが所定の２つの温度
（ａ’ｃ、ｂ”ｃ）で発生するＬＤであれば、これらの
温度を避けた適当な温度、すなわちａ　”ｃ以下の低温
側の目標温度、ａ　”ｃよりも高（ｂ”ｃよりも低い中
温側の目標温度、ｂ　”ｃを越える高温側の目標温度を
設定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、かかる先願装置にあっては、ＬＤの温度を制
御して発振波長を安定化するといった点では相当の効果
が認められるものの、目標温度が雰囲気温度よりも大き
く離れている（たとえば温度差１０℃以上）場合に、Ｌ
Ｄに結露が生じることがあり、光ビームの乱反射防止や
光量低下防止といった面で解決すべき課題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
結露の恐れがある場合の目標温度を最適化することによ
り、発振波長の安定化を図りつつ結露発生を回避して光
ビームの乱反射防止や光量低下防止を図ることを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するためその原理構成図を第
１図に示すように、レーザダイオードからの発振光をホ
ログラム素子を用いて走査する光ビーム走査装置におい
て、前記レーザダイオードの発振波長を安定化させるい
くつかの温度を目標温度として設定する目標温度設定手
段ａと、前記レーザダイオードの温度およびレーザダイ
オード周囲の雰囲気温度を検出する温度検出手段すと、
前記レーザダイオードの雰囲気中に含まれる水蒸気の含
有度合を表す物理量を検出する物理量検出手段Ｃと、該
物理量検出手段Ｃの検出結果に基づいて前記レーザダイ
オードに対する結露発生を予測する予測手段ｄと、前記
いくつかの目標温度のひとつを選択すると共に、結露発
生が予測されたときには、レーザダイオード周囲の雰囲
気温度との温度差が所定の温度差内に収まるひとつの目
標温度を選択する選択手段ｅと、該選択手段ｅで選択さ
れたひとつの目標温度となるように前記レーザダイオー
ドを加熱あるいは冷却する加熱・冷却手段ｆと、を備え
たことを特徴として構成する。

〔作用； 本発明では、レーザダイオードの雰囲気中に含まれる水
蒸気の量あるいは水蒸気分圧に相当する物理量に基づい
て、レーザダイオードに対する結４発往が予測され、こ
の予測時に、雰囲気温度との温度差が所定の温度差内に
収まるひとつの目標温度が選択されて、当該目標温度と
なるようにレーザダイオードが加熱あるいは冷却される
。

ここで、一般に結露は、任意物体周囲の雰囲気中に含ま
れる水蒸気量が多量で（あるいは水蒸気分圧が高＜）、
且つ、雰囲気温度と物体表面温度との温度差がたとえば
ｌＯ℃程度以上離れている場合にその発生する確率が高
い。

したがって、結露発生を予測した場合に、雰囲気温度と
目標温度との温度差がたとえば１０℃程度以内となる目
標温度を選択すれば、発振波長の安定化と共に、結露発
生の回避が図られる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明に係る光ビーム走査装置の一実施例
を示す図である。

まず、ＩＩ戒を説明する。第２図において、１０はたと
えぽレーザプリンタに備えられる光ヒ゛−ム走査装置で
あ２り、光ビーム走査装置１０は、発振光（以下、レー
ザ光Ｐという）を出射するレーザダイオードｉｌと、表
面に回折格子（ホログラムともいう）を形成する透過型
のホログラムレンズ１２と、ディスク表面を多分割し各
分割部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・・・・にそれぞれ
回折格子を形成するホログラムディスク（ホログラムス
キャナともいう）１３と、ホログラムディスク１３を回
転駆動するモータ１４と、感光ドラム（フォトコンドラ
ムともいう）１５と、レーザダイオード１１の温度（こ
こでいう温度とは、レーザダイオードの温度およびハウ
ジングの温度も含めて意味する）を制御する温度制御部
２０とを備え、レーザダイオード１１から出射したレー
ザ光Ｐをホログラムレンズ１２により収差補正した後、
モータ１４によって回転するホログラムディスク１３に
より感光ドラム１５の表面にライン走査する。なお、上
記のホログラムレンズ１２およびホログラムディスク１
３は各々ホログラム素子を構成する。

第３図は、温度制御部２０のブロック図である。

温度制御部２０は、温度検出センサ２１．湿度検出セン
サ２２、温度設定回路２３、第１′＄ｉ算回路２４、第
２減算回路２５、第１増幅回路２６、第１電流切換回路
２７、第２増幅回路２Ｂ、第２電流切換回路２９、加熱
／冷却素子（加熱・冷却手段）　３０および第３減算回
路３１を備え、温度検出センサ２１で検出したレーザダ
イオード１１の温度と、温度設定回路２３で選択した目
標温度とを比較演算し、その演算結果に応して所定の制
御電流を加熱／冷却素子３０に供給することにより、レ
ーザダイオード１１の温度を温度設定回路２３で選択し
た目標温度に一致するように調節する。

以下、ポイントとなる回路について説明すると、■「温
度検出手段」として機能する温度検出センサ２１（たと
えばサーミスタ）は、レーザダイオード１１　（または
、レーザダイオード１１を含むハウジング）の温度およ
びレーザダイオード１１周囲の雰囲気温度を検出してこ
れらの温度を表す電気信号を出力し、 ■「物理量検出手段」として機能する湿度検出センサ２
２（たとえば電気抵抗式湿度計や冷却式露点計あるいは
マイクロ波湿度計）は、レーザダイオード１１の雰囲中
に含まれる水蒸気の含有度合を表す物理量、すなわち雰
囲気中の水蒸気分圧あるいは水蒸気の量を検出してこの
検出値を表す電気信号を出力し、 ■「予測手段」　「目標温度設定手段」および「選択手
段」として機能する温度設定回路２３は、レーザダイオ
ード１１の温度特性を考慮して予め設定したいくつかの
目標温度を内部に保持し、温度検出センサ２１からの電
気信号に基づいてレーザダイオード１１（またはレーザ
ダイオード１１を含むハウジング）の温度に最も近い目
標温度を選択すると共に、湿度検出センサ２２からの電
気信号に基づいてレーザダイオード１１の結露発生を予
測し、この予測時Ｓこは、雰囲気温度との温度差が少な
い（たとえ二ヨ、温度差１０℃以内が望ましい〉ひとつ
の目標温度を選択する。

ここで、第４図；よレーザダイオード１１の温度特性の
一例を示す図である。ここで；よ、レーザダイオード１
１の温度が上昇するにつれて、その発振波長が長波長側
に移動し、また、ある温度（たとえば、ａ’ｃ、ｂ’ｃ
）において発振波長に急激な変化（いわゆるモードホッ
プ）がみられるような温度特性のレーザダイオード１１
を想定する。

予め設定するいくつかの目標温度は、波長の変動が小さ
い領域（以下、波長安定領域）の略中央の温度とするの
が好ましく、具体的には、（１）ａ’ｃ以下の波長安定
領域ＲＬにおける略中央の温度（以下、低温側の目標温
度ＴＬ）、 （２）ａ’ｃよりも高くｂ℃よりも低い波長安定領域Ｒ
Ｍにおける略中央の温度（以下、中温側の目標温度Ｔ　
Ｍ　）、 （３）ｂｔを越える波長安定領域ＲＨにおける略中央の
温度（以下、高温側の目標温度ＴＨ）、 の３つの目標温度を予め設定する。

次に、作用を説明する。

−Ｓに、レーザダイオード１１は温度の変化に対して複
数の波長安定領域（たとえば、ＲＬ、ＲＭ、ＲＨ）を有
して怠り、発振波長を安定化するには、ひとつの波長安
定化領域内で動作するようにレーザダイオード１１の温
度を１１８すればよい。すなわち、予め各波長安定化領
域の略中夫の温度を目標温度として設定し、温度検出セ
ンサ２１で検出したレーザダイオード１１の温度と目標
温度との温度差を解消するように温度制御すればよい。

この場合、目標温度は、制御応答性の面でレーザダイオ
ード１１の温度に近いものを選択することが望ましい。

加熱あるいは冷却時間を短縮してシステムの立ち上げを
高速化できるからである。すなわち、第５図において、
レーザダイオード１１が高温時には高温側の目標温度Ｔ
Ｈを選択し、また、レーザダイオード１１が中温時には
中温側の目標温度ＴＭを選択し、あるいは、レーザダイ
オード１１が低温時には低温側の目標温度ＴＬを選択す
る。

これｔこより、加熱・冷却曲線の立ち上がり　（あるい
は立ち下がり）時点からレーザダイオード１１の温度が
安定する時点までの時間を短縮でき、システム立ち上げ
を高速化できる。

しかし、単にレーザダイオード１１の温度だけを考慮し
て目標温度を選択すると、以下の理由から、レーザダイ
オード１１に結露が発生する恐れがある。

結露は、空気中に置かれた物体表面に空気中の水蒸気が
水滴となって付着する現象で、レーザダイオード１１の
発光窓に結露が発生すると、光ビームが乱反射したり、
発光量が低下したりして不都合を招く。こうした結露の
発生確率は、物体が置かれた雰囲気中に含まれる水蒸気
の量が多い（あるいは水蒸気分圧が高い〉はど高く、且
つ、雰囲気温度と物体の表面温度との温度差が大きいほ
どく通常、ｌＯ℃程度以上）高くなる。

したがって、レーザプリンタを、たとえば、気温５℃の
室外から気温２５℃の室内に持込んだ場合などに、目標
温度をレーザダイオード１１の温度（この場合はぼ５℃
）に近い、たとえば、１０℃に設定すると、雰囲気中の
水蒸気含有度合にもよるが、かなり高い確率で結露が発
生し、種々の不具合を招くことになる。

すなわち、第６図において、制御前のレーザダイオード
１１の温度を、たとえ：よ′、ＴＬに近いＬ”Ｃ１雰囲
気温度をＴＭに近いＭｔとすると、目標温度としてＴＬ
を選択した場合には、制御後のレーザダイオード１１の
温度と雰囲気温度との温度差が大きく開くから、上述し
たように結露の恐れがあり、また、目標温度をＴＨとし
ても同様にして結露の恐れがある。この場合、最適な目
標温度としては、雰囲気温度に近いＴＭを選択すべきで
ある。

本実施例では、温度検出センサ２１と湿度検出センサ２
２とによって、レーザダイオード１１周囲の雰囲気温度
および水蒸気分圧（あるいは水蒸気量）を検知し、結露
の発生を予測すると共に、結露発生予測時には、そのと
きの雰囲気温度との温度差が、たとえば、１０℃以下と
なるひとつの目標温度を選択するようにしている。

これにより、目標温度を最適化して、制御後のレーザダ
イオード１１の温度と雰囲気温度との温度差を上記温度
差内に抑えることができ、発振波長の安定化を図りつつ
結露発生を確実に回避できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結露の恐れがある場合の目標温度を最
適化したので、発振波長の安定化を図りつつ結露発生を
回避して光ビームの乱反射防止、光量低下防止を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２〜６図は本発明に係る光ビーム走査装置の一実施例
を示す図であり、 第２図はその全体の構成図、 第３図はその温度制御部のブロック図、第４図はそのレ
ーザダイオードの温度特性を示す図 第５図はその温度制御部の制御特性を示す図第６図はそ
の結露発生を予測した場合の最適な目標温度の選択を示
す図である。 １１・・・・・・レーザダイオード、 １２・・・・・・ホログラムレンズ （ホログラム素子）、 １３・・・・・・ホログラムディスク （ホログラム素子）、 ２１・・・・・・温度検出センサ（温度検出手段〉、２
２・・・・・・湿度検出センサ（物理量検出手段）、２
３・・・・・・温度設定回路（目標温度設定手段、予測
手段、選択手段）、 ３０・・・・・・加熱／冷却素子（加熱・冷却手段）。 第 図 （長波長側） 一実施例の全体の構成国 第２図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザダイオードからの発振光をホログラム素子を用い
   て走査する光ビーム走査装置において、 ａ）前記レーザダイオードの発振波長を安定化させるい
   くつかの温度を目標温度として設定する目標温度設定手
   段と、 ｂ）前記レーザダイオードの温度およびレーザダイオー
   ド周囲の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、 ｃ）前記レーザダイオードの雰囲気中に含まれる水蒸気
   の含有度合を表す物理量を検出する物理量検出手段と、 ｄ）該物理量検出手段の検出結果に基づいて前記レーザ
   ダイオードに対する結露発生を予測する予測手段と、 ｅ）前記いくつかの目標温度のひとつを選択すると共に
   、結露発生が予測されたときには、レーザダイオード周
   囲の雰囲気温度との温度差が所定の温度差内に収まるひ
   とつの目標温度を選択する選択手段と、 ｆ）該選択手段で選択されたひとつの目標温度となるよ
   うに前記レーザダイオードを加熱あるいは冷却する加熱
   ・冷却手段と、 を備えたことを特徴とする光ビーム走査装置。