JPH0453012Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

イ 考案の目的 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えばレーザビームプリンタ・レー
ザデイスク装置等におけるレーザビーム発振源と
して使用されるレーザ装置に関する。 〔従来の技術〕 例えば、半導体レーザは、温度変化によつてレ
ーザの波長の変動が発生する特性を有している。
一般に温度によつてレーザ波長はおおよそ0.2〜
0.3nm／℃の割合で変化する。従つてレーザチツ
プの温度が標準室温（25℃）から35℃に変化する
と、おおよそ２〜3nmだけ波長が長い方へシフト
する。逆にレーザチツプの温度が標準室温から５
℃に低下すると、レーザの波長は短い方に４〜
6nmシフトする。 このようなレーザの温度依存性は半導体レーザ
に限らず、例えば色素レーザ、ガスレーザ等に於
いても見られる現象である。以下便宜上レーザを
半導体レーザとして説明する。 そこでレーザ装置に於いてはレーザ及びその周
辺温度を所定の略一定温度に管理する処置がとら
れる。 その１つとしてペルチエ素子を利用したものが
ある。これはレーザチツプ及び周囲温度をペルチ
エ素子により常に20〜25℃程度の温度に維持管理
するものである。しかし20〜25℃にレーザチツプ
を維持するためには、ペルチエ素子に大電流が必
要であり、従つて大型でかつ大容量の電源が必要
であつた。また、ペルチエ素子自体が大型であ
り、かつペルチエ素子自体も必ずしも安定したも
のではない。 又、ニクロム線等の発熱ヒータを利用して該ヒ
ータに対する通電を制御してレーザチツプ及びそ
の周囲温度を管理するものでもある。第１図は発
熱ヒータを利用して温度管理するようにした半導
体レーザユニツト２０の一例の構成略図である。 即ち、ユニツト２０は基板２１と、この基板２
１に固定された支持体２２と、この支持体２２に
固定された半導体レーザ１（チツプ）と、支持体
２２、及びレーザ１を覆つて密閉するキヤツプ２
３とを有している。キヤツプ２３はレーザビーム
２の通過するガラス窓２４を有している。２１，
２２，２３（窓２４を除く）の部材はアルミニウ
ム、真鍮、ステンレススチール等、金属の熱伝導
性のよい材質で形成してもよい。 ２５はニクロム等の発熱ヒータであり、支持体
２２等、良熱導体を介してレーザ１と熱的に結合
されている。２６はレーザ１の近傍に配置された
サーミスタ、熱伝対等の温度検知素子である。素
子２６の信号は周知の温度調節回路２７に伝達さ
れ、電源２８からヒータ２５に印加する電力を回
路２７にて上記信号に応じて断続し、レーザ１の
温度を所定の温度に保つ。この所定温度Ｔは装置
の使用環境の上限温度、例えば35℃よりも５〜10
℃高い温度、例えば40〜45℃の間であればよい。
レーザを余り高い温度、おおよそ50℃以上で、駆
動することはレーザの劣化を速めるため好ましく
ない。 〔考案が解決すべき問題点〕 この温度管理方式は精度的にはラフで、管理温
度変動幅（リツプル）が比較的大きく、理想的な
管理変動量±0.2℃以内での温度調整管理は難し
い。即ち、レーザの温度調整の中心温度を40〜45
℃の間に取つても、サーミスタ等の温度検知手段
の熱伝導時間による検知遅れ、発熱ヒータの立ち
上り時間による遅れが温度変動を大きくする。こ
の変動量が±0.2℃以上になると、例えばレーザ
ビームプリンタに於てはレーザの波長変動に起因
する画像の変動が生じてくる。例えば、ラインの
太さがばらつくとか濃度にムラが表われる問題が
生じてくる。また、１℃以上の温度変動を周期的
に与え続けることは半導体レーザの結晶の安定性
にも悪い影響を与えレーザの寿命を短くする欠点
がある。 本考案は発熱ヒータを利用して該ヒータへの通
電を制御してレーザの温度調整管理を行うもので
あるが、その管理温度変動量を±0.2℃以内にお
さえることを可能にし、これにより常に安定した
レーザ発振がなされるようにしたレーザ装置を提
供することを目的とする。 ロ 考案の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本願考案は、レーザ光源と、該レーザ光源を加
熱するヒータと、該ヒータに電力を供給する電源
と、前記レーザ光源の温度を検知する手段と、該
検知手段で検知された温度が所定温度未満の時は
前記電源よりヒータに通電し、前記検知手段で検
知された温度が所定温度以上に達した時は電源か
らヒータへの通電を停止する動作を繰り返すこと
によつて、前記レーザ光源の温度調整を行う温度
調整回路とから成るレーザ装置において、前記ヒ
ータに通電する期間には、電源からヒータにパル
ス通電が行われ、且つ、前記温度調整回路が、前
記検知手段で検知された温度が所定温度以上で電
源からヒータへの通電が停止された期間に前記電
源の出力電圧を測定する手段と、前記ヒータへの
通電が停止された期間に引き続くヒータに通電す
る期間において、前記電圧測定手段で測定された
電圧に応じて、前記ヒータへのパルス通電におけ
るオン時間とオフ時間との比を変化させる手段と
を備えたことを特徴とするレーザ装置、である。 〔作用〕 パルス通電を行なうことで、単位時間当りのヒ
ータの発熱量を小さくおさえることが可能であ
り、温度検知手段に検知遅れが生じにくくなるた
めヒータの温度リツプルが小さくなり温度精度が
向上すると共に、通電の停止期間に測定された電
源の出力電圧に応じて、ヒータへのパルス通電に
おけるオン時間とオフ時間とのヒータを変化させ
ることで、電源の電圧が変化した場合には高精度
に温度を調整することを可能とし、しかも比の負
荷抵抗による電圧降下やパルス通電による電圧を
変動に影響されずに正確に電源電圧を測定するこ
とができ、レーザの管理温度変動を±0.2度以内
におさえての高精度の温調が可能となつた。 〔実施例〕 第２図は本考案に従つて温調管理するようにし
た半導体レーザユニツトの一実施例を示すもので
あり、第１図例のユニツトと共通する構成部材に
は共通の符号を付して再度の説明を省く。 ２９はヒータ２５への電力供給電源２８の電圧
検知回路である。温度検知素子２６の信号は温度
調整回路２７に伝達される。一方で電源２８の出
力電圧は電圧検知回路２９で測定され温度調整回
路２７に伝達される。温度調整回路２７は、上述
の２つの信号をもとに電源２８がヒータ２５に印
加する電力を断続する。その場合、ヒータ２５へ
の電力供給時にはパルス通電を行い、電力供給を
行わない時にはパルス通電を完全に遮断するもの
とする。即ち、温度検知手段２６が温調温度To
以上に達したことを検知すると、温度調整回路２
７は電源２８からヒータ２５に入力されていたパ
ルス通電を遮断する。温度検知手段２６が温調温
度To未満になつたことを検知すると、温度調整
回路はヒータ２５とパルス電源２８を接続して電
力の供給を再開する。このようにパルス通電を行
うことで、単位時間当りのヒータの発熱量を小さ
くおさえることが可能であり、温度検知手段２６
に検知遅れが生じにくくなるためヒータ２５の温
度リツプルが小さくなる。従つて高精度の温調が
可能となる。 さらにこのパルス通電時のパルスオン時間とパ
ルスオフ時間の比率をヒータへの電力供給を行う
電源電圧をもとにして切り換える温度調整回路を
取り付けることでレーザの管理温度変動を±0.2
℃以内におさえて高精度の温調が可能となつた。 以下その断続の手順について説明する。 温度検知手段２６が温調温度To以上に達した
ことを検知すると、温度調整回路２７は電源２８
からヒータ２５に入力されていた電力を遮断す
る。この状態で電圧検知手段２９は電源２８の電
圧Ｖを検知し、温度調整回路２７へ入力する。 温度検知手段２６が温調温度To未満になつた
ことを検知すると、温度調整回路２７はヒータ２
５と電源２８を接続して電力の供給を再開する。
この時電力の供給はパルス入力で行い、このパル
スのオン時間とオフ時間の比は、前述の電源電圧
Ｖをもとにして温度調整回路２７内で演算されて
決定される。 この通電は温度検知手段２６が再び温度がTo
以上になつたことを検知すると停止される。この
温度調整の模様を第３図に示す。即ち、ヒータ２
５のオフ時に電源電圧がVbであることを検知し
た場合、温度調整回路２７は電圧が高いと判断し
その次のヒータ２５への通電時のパルス間隙を符
号Ｂの様に広くする。逆に電源電圧がVcである
ことを検知した場合は、温度調整回路２７は電圧
が低いと判断し、その次のヒータ２５への通電時
のパルス間隔を符号Ｃの様に狭いものとする（図
ではフル通電である）。この様に、ヒータ２５へ
の通電を遮断した状態の時に電源電圧の測定を行
う理由は、電源にアンレギユレート電源を使用し
ておりヒータ２５への通電中はヒータの負荷抵抗
による電圧降下、及びパルス通電による電圧の変
動が激しく正確な電圧検知ができないためであ
る。 実験では、レーザユニツト２０の熱容量
26.5J／degのものに対して、ヒータ２５として出
力12wattのものを用いた。この時、電源２８の
出力電圧とパルス通電中のオンレベル時間とオフ
レベル時間の比は下表に示したものを用いた。

【表】 第４図にこの温度調整のフローチヤートを示
す。チヤートはレーザプリンタの電源がオンされ
た後、レーザユニツト２０が加熱され始め、最初
に設定温度Toを越えた時点をスタートする。以
下フローに従つて説明する。 スタート時には、レーザユニツト温度ＴがTo
をこえているのでヒータ２５をOFF状態にする
（ステツプ１）。その後、徐々にレーザユニツト２
０は冷えてやがてTo以下の温度になる（ステツ
プ２）。すると電源電圧Ｖの測定がなされ（ステ
ツプ３）、又温度調整回路２７に電源電圧が入力
される。上記の測定電圧Ｖをもとにマイクロコン
ピユータでヒータ通電のパルス間隔を決定し（ス
テツプ４）、ヒータ２５にパルス通電を開始する
（ステツプ５）。 温度検知手段２６がユニツト２０の温度Ｔが
To以上になつたことを検知するまで、この通電
が続く。Ｔ＞Toとなると（ステツプ６）、再びフ
ローチヤートのスタート直後のステツプ１へもど
る。 以上のような制御フローによりレーザユニツト
の温度変動は微小なものとすることができる。上
記のフローは装置の電源が切られるまで続き、切
られる時又は電源投入時時にリセツトされるもの
である。 なお、定電圧電源をヒータ用電源として使用す
る場合は上述のようなパルス通電を行う必要はな
い。しかし、電源を定電圧することによつて回路
のコストが高くなり電源も大きくなるため、低価
格で小型のプリンタを製造するには好ましくな
い。また定電圧電源からの発熱量が大きく装置の
昇温も問題となる。また、電力的にもムダが多い
ので省エネに向かない。 ハ 発明の効果 以上のように、本発明に依ればレーザの温度を
±0.2℃以内の小さい変動幅で高精度に温度管理
できるので、従来問題であつた温度変化によるレ
ーザ波長の変化をおさえることができ、例えばレ
ーザビームプリンタについていえばレーザの温度
変化による画像の濃度ムラやライン幅のバラツキ
などをなくすことが可能となつた。 また、小型で安価な半導体レーザをレーザビー
ムプリンタ等の光源として使用することを可能と
し、大幅なコストダウンと装置の小型化・軽量化
が可能である。 さらに電源も定電圧電源を必要としないこと
で、小型の安価な電源で良く、部品や電源に要す
るスペースも小さくてすみ、装置の小型化と低価
格化ができる利点が有ると共に、電力を少なくて
すみ省エネルギに適しているうえ不必要な放熱に
よる装置の昇温を防止できる。 以上半導体レーザ装置を例にして説明したが、
レーザの発振波長が温度依存する現象は色素レー
ザ・ガスレーザ等他のレーザ装置についても認め
られる。従つてこの様なレーザ装置についても本
考案は有効に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザユニツトの縦断面図、第２図は
本発明によるレーザユニツトの縦断面図、第３図
は本発明によるレーザユニツトの温度調整をする
タイミングチヤート、第４図は本発明による温度
調整を示すフローチヤート。 １はレーザ、２５はヒータ、２６は温度検知手
段、２７は温度調整回路、２８は電源、２９は電
圧検知手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 レーザ光源と、該レーザ光源を加熱するヒータ
   と、該ヒータに電力を供給する電源と、前記レー
   ザ光源の温度を検知する手段と、該検知手段で検
   知された温度が所定温度未満の時は前記電源より
   ヒータに通電し、前記検知手段で検知された温度
   が所定温度以上に達した時は電源からヒータへの
   通電を停止する動作を繰り返すことによつて、前
   記レーザ光源の温度調整を行う温度調整回路とか
   ら成るレーザ装置において、 前記ヒータに通電する期間には、電源からヒー
   タにパルス通電が行われ、且つ、前記温度調整回
   路が、 前記検知手段で検知された温度が所定温度以上
   で電源からヒータヘの通電が停止された期間に前
   記電源の出力電圧を測定する手段と、 前記ヒータへの通電が停止された期間に引き続
   くヒータに通電する期間において、前記電圧測定
   手段で測定された電圧に応じて、前記ヒータへの
   パルス通電におけるオン時間とオフ時間との比を
   変化させる手段とを備えた ことを特徴とするレーザ装置。