JPH04123015A - レーザビーム走査装置 - 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〕 レーザビーム走査装置に関し、 温度制御の対象容積を小さくすることにより、低消費電
力化及び立上り時間の短縮が達成され、更に、小型化を
達成することができるレーザビーム走査装置を提供する
ことを目的とし、光源部と、該光源部からのレーザビー
ムを走査する走査部と、を含むホログラムを用いたレー
ザビーム走査装置において、前記光源部は、レーザ光源
と、該レーザ光源からのレーザビームを集束するレンズ
と、を備え、前記レーザ光源、レンズは、それぞれ、別
個の第１ホルダ、第２ホルダにより保持され、前記第１
ホルダは、レーザ光源の温度を検出する第１温度検出手
段と、レーザ光源の温度を制御する温度制御手段と、を
備え、前記走査装置は、レーザ光源の温度を設定する温
度設定手段を備えており、前記温度制御手段は、第１温
度検出手段からの検出温度が温度設定手段からの設定温
度に等しくなるように、レーザ光源の温度を制御するよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レーザビーム走査装置に関する。

レーザビーム走査装置において、レーザダイオードから
のレーザビームは、レンズを介して走査部に供給され、
該走査部で走査されたレーザビームは、感光体に導かれ
る。感光体上で所定のビーム径を得るために、レーザダ
イオードとレンズとの距離（焦点距離）は、一定に維持
される必要があり、このため、レーザダイオード及びレ
ンズは、単一のホルダにより保持されている。更に、周
囲温度の変化によりホルダが熱膨張してレーザダイオー
ドとレンズ間の距離が変化するのを防止するために、ホ
ルダは、ペルチェ素子等の電子冷却素子により、その温
度が制御される。以上の構成により、感光体上で所定の
ビーム径が得られるようになっている。

しかしながら、レーザダイオード及びレンズが単一のホ
ルダにより保持されているので、ペルチェ素子による温
度制御の対象容積が大きく、このため、ペルチェ素子の
消費電力が大きく、また、ペルチェ素子による立上り時
間が長くなるという問題がある。そこで、このような問
題を解決したレーザビーム走査装置が望まれている。

〔従来の技術〕

レーザプリンタ装置においては、レーザビーム走査装置
が使用されており、該レーザビーム走査装置において、
光源部からのレーザビームは、走査部によりライン走査
され、感光体に導かれる。

そして、ホログラム光学系においては、レーザダイオー
ドを光源に用い、ホログラムを形成したホロクラムレン
ズ及びモータにより回転されるホログラムディスクの２
つの光学部品により、ライン走査がなされる。なお、ホ
ログラム光学系の例としては、本出願人による特開昭６
２−２８７０８号公報を参照されたい。

第６．７図には、それぞれホログラム光学系による従来
のレーザビーム走査装置の構成、外観が示されている。

第６．７図において、ベース１０には、ホルダ１２が設
けられ、該ホルダ１２は、レーザダイオード（ＬＤ）１
４及びレンズ１６を保持している。

また、ベース１０には、モータ１８が設けられ、該モー
タ１８には、ディスク２０が取り付けられている。そし
て、レーザダイオード１４から発振されるレーザビーム
１５は、レンズ１６で回折された後、ディスク２０に入
射され、ディスク２０の回転により走査され、感光体２
２に導かれる。

感光体２２上に所定のビーム径を得るために、レーザダ
イオード１４の点光源位置２４とレンズ１６との距離（
焦点距離ｆ）には、高い精度が要求される。そして、従
来、常温（周囲温度２０℃前後）で、装置の組立及び光
学系の調整がなされる。しかしながら、完成された装置
の使用される環境は、組立調整時と異なり、例えば、周
囲温度は、５℃〜３５℃の範囲になり、湿度は、１０％
〜８０％の範囲になる。ここで、レーザダイオード１４
及びレンズ１６を保持するホルダ１２は、主に金属で構
成されているので、周囲温度の影響を受け、熱膨張する
。このため、レーザダイオード１４とレンズ１６との距
離が変化し、この距離の変化により、感光体２２上のビ
ーム径が変化する（後述する第３図参照）。

そこで、従来のレーザビーム走査装置においては、ビー
ム径の変化を防止するために、ホルダ１２には、電子冷
却素子としてのペルチェ素子２６が取り付けられ、更に
、ペルチェ素子２６には、放熱フィン２８が取り付けら
れている。このペルチェ素子２６及び放熱フィン２８に
より、ホルダ１２の熱膨張によるレーザダイオード１４
とレンズ１６間の距離の変化が防止され、所定のビーム
径が維持される。また、レーザダイオード１４のケース
温度の上昇によるモードホップ現象（後述する第４図参
照）により、レーザダイオード１４の発振波長λが変化
して焦点距離ｆが変化するが、前述したペルチェ素子２
６及び放熱フィン２８により、レーザダイオード１４の
ケース温度の上昇による焦点距離ｆの変化が防止され、
所定のビーム径が維持される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来のレーザビーム走査装置において
は、ペルチェ素子２６及び放熱フィン２８により、熱変
動によるレーザダイオード１４とレンズ１６間の距離の
変化が防止され、所定のビーム径が維持される。しかし
ながら、次のような問題がある。

■　レーザダイオード１４及びレンズ１６は、単一のホ
ルダ１２により保持され、ペルチェ素子２６により一定
の温度に制御されるようになっているので、ペルチェ素
子２６の消費電力が大きく、このため、低消費電力化を
達成するのが困難である。

■　レーザダイオード１４及びレンズ１６は、単一のホ
ルダト２により保持されているので、ペルチェ素子２６
による温度制御の対象容積が大きく、このため、温度安
定化までに長時間を要し、レーザプリンタ装置において
、立上り時間が長くなる。

■　高効率の熱変換を行うために、大きな放熱フィン２
８が必要になり、このため、装置の小型化を達成するの
が困難である。

本発明の目的は、温度制御の対象容積を小さくすること
により、低消費電力化及び立上り時間の短縮が達成され
、更に、小型化を達成することができるレーザビーム走
査装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、光源部と、該光源部からのレーザビームを走
査する走査部と、を含むレーザビーム走査装置において
、前記光源部は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレ
ーザビームを集束するレンズと、を備え、前記レーザ光
源、レンズは、それぞれ、別個の第１ホルダ、第２ホル
ダにより保持され、前記第１ホルダは、レーザ光源の温
度を検出する第１温度検出手段と、レーザ光源の温度を
制御する温度制御手段と、を備え、前記走査装置は、レ
ーザ光源の温度を設定する温度設定手段を備えており、
前記温度制御手段は、第１温度検出手段からの検出温度
が温度設定手段からの設定温度に等しくなるように、レ
ーザ光源の温度を制御することを特徴とする。

〔作用〕

本発明において、レーザ光源（１４）　レンズ（１６）
は、それぞれ、別個の第１ホルダ（３０）、第２ホルダ
（３２）により保持され、第１ホルダ（３０）には、温
度制御手段（２６）が取り付けられている。それゆえ、
温度制御手段（２６）は、第１ホルダ（３０）を介して
レーザ光源（１４）を温度制御すればよく、温度制御の
対象容積が小さい。従って、温度制御手段（２６）の低
消費電力化及び立上り時間の短縮が達成される。また、
温度制御の対象容積が小さいので、大きな放熱フィンが
不要になり、装置の小型化が達成される。

なお、本発明においては、前記走査装置は、周囲温度を
検出する第２温度検出手段（５０）と、走査部（２０）
からのレーザビームのビーム径を測定する測定手段（５
２）と、を備え、前記温度設定手段（２６）の設定温度
は、第２温度検８手段（５０）からの検出温度と、及び
、測定手段（５２）からのビーム径と、に基づいて、調
整され得るように構成してもよい。以下、このように温
度設定手段（３６）の設定温度を調整することについて
説明する。

周囲温度Ｔを検出しビーム径ｄを測定することにより、
レーザダイオード１４とレンズ１６間のの距離ｆ、ｆ２
が求められ（第３図参照）、更に、距離ｆ　　Ｘｆ　　
に対応するレーザ光源（１４〕の発振波長λ　、λ　が
求められ（第５図参照）、更に、発振波長λ　、λ　に
対応するレーザ光源（１４）の設定温度１　．１　　が
求められる（第４図参照）。そこで、レーザ光源、（１
４）において、現在の設定温度１０を前記求められた設
定温度ｔ　１　ｔ２に変更すると、発振波長λ　が対応
する発振波長λ　、λ２に変更され、これにより、ル −ザダイオード１４とレンズ１６間の距離ｆ１、ｆ　で
のビーム径ｄは、所定のビーム径ｄｏになる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明の実施例によるレーザビーム走査装
置が示されている。

第１図において、ベース１０には、モータ１８が設けら
れ、該モータ１８には、ディスク２０が取り付けられて
いる。また、ベース１０には、別個のホルダ３０．３２
が設けられており、ホルダ３０は、レーザタイオード・
（ＬＤ）１４を保持し、ホルダ３２は、レンズ１６を保
持している。そして、レーザダイオード１４から発振さ
れるレーザビーム１５は、レンズ１６で回折された後、
ディスク２０に入射され、ディスク２０の回転により走
査され、感光体２２（第７図参照）に導かれる。

なお、レーザダイオード１４の点光源位置２４とレンズ
１６との距離は、焦点距離ｆになる。また、ホルダ３０
には、電子冷却素子としてのペルチェ素子２６が取り付
けられている。

上記構成において、ペルチェ素子２６は、ホルダ３０を
介してレーザダイオード１４を温度制御すればよく、温
度制御の対象容積が小さい。従って、熱伝達系の熱抵抗
が小さいので、ペルチェ素子２６の低消費電力化及び立
上り時間の短縮を達成することができる。

また、温度制御の対象容積が小さいので、ホルダ３１を
放熱フィンとして使用することが可能であり、大きな放
熱フィンが不要になり、装置の小型化が達成される。

次に、第２図には、本発明の実施例によるレーザビーム
走査装置の温度制御系のブロック回路が示されている。

第２図において、符号３４は、第１温度検出素子（サー
ミスタ）を示し、該温度検出素子３４は、ホルダ３０に
取り付けられ、レーザダイオード１４の温度ｔを検出す
る。また、符号３６は、レーザダイオード１４に対する
温度を設定する温度設定部を示し、該温度設定部３６の
設定温度ｔ。

は、ｔｏ　（＝２５℃）である。前記温度検出素子３４
からのＬＤ湿温度及び温度設定部３６からの設定温度ｔ
　１差分器３７に供給され、両者の温度差Δ１（＝１−
１）は、演算部３８に供給される。

演算部３８には、ペルチェ素子２６への現在出力が供給
されており、該演算部３８は、差分器３７からの温度差
Δｔに基づいて、ペルチェ素子２６への現在出力を制御
出力に変更する。この制御出力は、増幅部４０、電流切
換増幅部（＋側）４２を通り、＋側出力としてペルチェ
素子２６に供給される。また、電流切換増幅部（＋（［
）４２からの＋側出力は、増幅器４４、電流切換増幅部
（−側）４６を通り、−側出力としてペルチェ素子２６
に供給される。また、電流切換増幅部（＋側）４２から
の＋側出力及び電流切換増幅部（−側）４６からの一側
出力は、演算部４８に供給され、該演算Ｎ４８からは、
前述したペルチェ素子２６への現在出力か出力される。

以上の構成によってペルチェ素子２６を制御することに
より、レーザダイオード１４の温度ｔは、設定温度ｔ　
に維持されることとなる。

次に、レーザビーム走査装置の電源投入から時間が経過
すると、装置の使用状態にかかわらず、経時的に装置内
部の温度が上昇する。また、周囲環境の変化により、装
置内部の温度は、上昇あるいは下降する。このように装
置内部の温度か変化すると、ホルダ３０．３２が熱膨張
し、レーザダイオード１４とレンズ１６間の距離ｆが変
化する。

この距離ｆの変化により、感光体２２上のビーム径は、
所定のビーム径から変化する。

そこで、周囲温度を検出する第２温度検出素子（サーミ
スタ）５０１及び、周囲温度におけるビーム径を測定す
るビーム径測定素子（エリアセンサ）５２が設けられて
いる。なお、ビーム径測定素子としてのエリアセンサ５
２は、感光体２２の近傍に配置され、受光面積の比率の
変化（出力電圧の変化）等により、ビーム径を測定する
。そして、温度検出素子５０からの周囲温度Ｔ及びビー
ム径測定素子５２からのビーム径ｄは、演算部５４に供
給され、該演算部５４は、周囲温度Ｔ及びビーム径ｄに
基づいて、変化量Δｔを温度設定部３６に供給する。温
度設定部３６は、この変化量Δｔだけ設定温度ｔ　を変
更し、これにより、レーザダイオード１４とレンズ１６
間の距離ｆか変化した場合であっても、感光体２２上の
ビーム径は、所定のビーム径に維持される。

以下、この理由を第３．４．５図を参照しながら説明す
る。なお、第３図は、焦点距離とビーム径の関係を示し
、竿４図は、レーザダイオード（Ｌ　Ｄ）のケース温度
と発振波長の関係を示し、第５図は、発振波長と焦点距
離の関係を示す。

まず、第３図において、周囲温度Ｔが１０　（＝２５℃
）の場合には、レーザダイオード１４とレンズ１６間の
距離ｆは、ｆｏであり、このとき、ビーム径ｄは、所定
のビーム径ｄｔ＋である。従って、このときには、レー
ザダイオード１４の温度ｔは、ｔｏ　　（＝２５℃）で
よい（第３図の線Ｌｏ）。

このようにレーザダイオード１４の温度ｔがｔｏ　（＝
２５℃）の状態（レーザビームの焦点距離ｆｏの状態）
で、周囲温度Ｔが上昇あるいは下降すると、ホルダ３０
．３２の熱変形により、レーザダイオード１４とレンズ
１６間の距離ｆが子方向あるいは一方向に変化し、ｆＩ
あるいはｆ２になる。このため、ビーム径ｄは、所定の
ビーム径ｄｏから大きくなってしまう。以下、周囲温度
Ｔが上昇した場合を例として説明するが、周囲温度Ｔが
下降した場合も同様である。

レーザダイオード１４の温度ｔがｔｏ　（＝２５℃）の
状態で、周囲温度Ｔが上昇すると、レーザビームのビー
ム径ｄが所定のビーム径ｄｏから大きくなる。この大き
くなったビーム径ｄをビーム径測定素子５２で測定する
ことにより、このときのレーザダイオード１４とレンズ
１６間の距離ｆｌが求められる。

次に、第５図を用いて、上記距離ｆ１に対応するレーザ
ダイオード１４の発振波長λ１が求められ、更に、第４
図を用いて、この発振波長λｌに対応するレーザダイオ
ード１４の設定温度ｔｌが求められる。なお、設定温度
ｔ　はｔｏからΔｔだけ変化した温度である。そこで、
レーザダイオード１４の設定温度ｔを、このようにして
求められた設定温度ｔｌに変更すると、発振波長λは、
スＩに変更される。なお、発振波投信は、λ０からΔλ
だけ変化した波長である。そして、発振波長λがλ１で
あると、レーザビームの焦点距離ｆは、ｆ、になり、ビ
ーム径ｄは、所定のビーム径ｄｏになる（第３図の線Ｌ
１）。

以上のように、第２図において、演算部５４が変化量Δ
ｔを温度設定部３６に供給し、該温度設定部３６からの
設定温度ｔ　を変更することによす、ビーム径ｄが所定
のビーム径ｄｏに維持されることか理解される。

なお、上記実施例において、ビーム径測定素子５２は、
エリアセンサ等の受光素子により構成されているが、通
常、ライン走査光学系には、ビ−ムエッジを検出するＢ
Ｄ検出用素子が設けられているので、このＢＤ検出用素
子をビーム径測定素子として使用することも可能である
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、レーザ光源、レ
ンズは、それぞれ、別個の第１ホルダ、第２ホルダによ
り保持されているので、温度制御手段による温度制御の
対象容積が小さい。従って、温度制御手段の低消費電力
化及び立上り時間の短縮が達成され、また、大きな放熱
フィンが不要になることにより、装置の小型化が達成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例によるレーザビーム走査装置
の構成説明図、 第２図は、本発明の実施例によるレーザビーム走査装置
の温度制御系のブロック回路図、第３図は、本発明の実
施例による焦点距離とビーム径の関係を示すグラフ図、 第４図は、ＬＤのケース温度と発振波長の関係を示すグ
ラフ図、 第５図は、発振波長と焦点距離の関係を示すグラフ図、 第６図は、従来のレーザビーム走査装置の構成説明図、 第７図は、従来のレーザビーム走査装置の外観斜視図で
ある。 １０・・・ベース １４・・・レーザダイオード １５・・・レーザビーム １６・・・レンズ １８・・・モータ ２０・・ディスク ２２・・・感光体 ２４・・・点光源位置 ２６・・・ペルチェ素子 ３０．３２・・・ホルダ ３４・・・第１温度検出素子 ３６・・・温度設定部 ０・・・第２温度検出素子 ２・・・ビーム径測定素子 焦点距離

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源部（１４、１６）と、該光源部（１４、１６）
   からのレーザビームを走査する走査部（２０）と、を含
   むホログラムを用いたレーザビーム走査装置において、 前記光源部（１４、１６）は、レーザ光源（１４）と、
   該レーザ光源（１４）からのレーザビームを集束するレ
   ンズ（１６）と、を備え、前記レーザ光源（１４）、レ
   ンズ（１６）は、それぞれ、別個の第１ホルダ（３０）
   、第２ホルダ（３２）により保持され、 前記第１ホルダ（３０）は、レーザ光源（１４）の温度
   を検出する第１温度検出手段（３４）と、レーザ光源（
   １４）の温度を制御する温度制御手段（２６）と、を備
   え、 前記走査装置は、レーザ光源（１４）の温度を設定する
   温度設定手段（３６）を備えており、前記温度制御手段
   （２６）は、第１温度検出手段（３４）からの検出温度
   が温度設定手段（３６）からの設定温度に等しくなるよ
   うに、レーザ光源（１４）の温度を制御することを特徴
   とするレーザビーム走査装置。 ２、請求項１記載の装置において、 前記走査装置は、周囲温度を検出する第２温度検出手段
   （５０）と、走査部（２０）からのレーザビームのビー
   ム径を測定する測定手段（５２）と、を備え、 前記温度設定手段（２６）の設定温度は、第２温度検出
   手段（５０）からの検出温度と、及び、測定手段（５２
   ）からのビーム径と、に基づいて、調整され得ることを
   特徴とするレーザビーム走査装置。