JPS6317583A - レ−ザ発振装置 - 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、レーザビームプリンタやレーザ００Ｍシステ
ム等のレーザビームを用いた記録装置、或いは、レーザ
ビームを用いた計測装置等において、レーザダイオード
を光源として用いるレーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

上述したレーザ発振装置に用いられるレーザダイオード
は、個体間において、［±２０ｎｍ］程度の発振波長の
バラツキがある。一方、上述した記録装置においてレー
ザビームが照射されることで潜像が形成される感光体や
銀塩フィルム、或いは、上述した計測装置においてレー
ザビームを受光する受光素子等は、波長毎に感度が変わ
る分光感度特性を有しているものである。

そのため、レーザダイオードが変われば、前記の記録装
置における感光体や銀塩フィルムにより受は取られるエ
ネルギー量が変化し、記録装置毎に、或いは、同一の記
録装置においてもレーザダイオードを取り替える毎に、
得られる記録画像が異なった濃度となってしまう虞れが
ある。

また、前記の計測装置においても、レーザダイオードが
変わることにより受光素子により受は取られるエネルギ
ー量が変化し、その結果、この受光素子による受光量に
基づいて計測結果を求めるものにおいては、その計測結
果が、計測装置毎、或いは、レーザダイオードを取り替
える毎に変化する。

一方、レーザダイオードからのレーザビームは拡がりな
がら伝搬するので、通常、このレーザビームを成形して
平行光にすべく、レーザダイオードの直後に、コリメー
タレンズが介装されるが、レーザダイオードから発振さ
れるレーザビームは、特にレーザダイオードの接合面に
直交する方向について個体間でその拡がり角が［２０ｄ
ｅｇ］ないしＣＣ５５ｄｅ］の範囲でバラつくので、レ
ーザダイオードが変われば、コリメータレンズに入射す
るレーザビームのエネルギー量が変化する。

従って、前述の発振波長にバラツキがある場合と同様に
、装置毎に、或いは、レーザダイオードを取り替える毎
に、感光体や受光素子の受は取るエネルギー量が変化す
る虞れがある。

そこで、従来は、この種のレーザ発振装置に用いるレー
ザダイオードとして、発振波長や拡がり角のバラツキの
少ないものを厳選することで、上述したレーザダイオー
ド個体間での特性の変動に起因した不都合の回避を計っ
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような場合、レーザダイオードの歩留りが
低くなってレーザダイオードのコストが上昇し、記録装
置や計測装置のイニシャルコストの高騰や、レーザダイ
オードの交換のためのランニングコストの高騰を招来す
るものであったつ また、レーザダイオードを厳選し〆も、個体間の発振特
性のバラツキが全てなくなる訳ではないので、そのバラ
ツキに起因した悪影響も全てなくなるものではなかった
。

本発明の目的は、上記実情に濫み、レーザダイオードの
個体間における発振波長や拡がり角といった発振特性の
バラツキに起因した悪影響の回避、および、コストダウ
ンを計ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるレーザ発振装置の特徴構成は、レーザダイ
オードの発振特性情報を記憶するための記憶手段と、こ
の記憶手段に記憶された発振特性情報に基づいて、前記
レーザダイオードの発振強度を設定発振特性における発
振強度に変更する補正手段とを設けたことにある。

〔作　用〕

つまり、例えば、このレーザダイオードから発振される
レーザビームを受は取る感光体や受光素子においては、
ある設定感度を示す波長以外の波長における感度をその
設定感度に対する感度比として表すことで、その分光感
度特性を得ることができる。

従って、上述のような形で予め感光体や受光素子の分光
感度特性を求めておき、この分光感度特性に基づいて、
記憶手段に記憶された発振特性の一例であるレーザダイ
オードの発振波長におけるそれら感光体や受光素子の感
度比の逆数を乗するように、補正手段によってレーザビ
ームの強度を変更することにより、感光体や受光素子が
受は取るエネルギー量を、レーザダイオードの発振波長
に拘らず、常に、その感光体や受光素子が設定感度を示
す設定波長のレーザビームに照射されたときと同じにで
きるのである。

また、このレーザダイオードから発振されるレーザビー
ムが、例えば、コリメータレンズ等へ全くケラレること
な（入射する場合の入射光量を設定光量とし、その入射
光量となる拡がり角取外の拡がり角の場合の入射光量を
その設定光量に対する光量比として表すことズ、レーザ
ビームに拡がり角に応じた感光体や受光素子による受光
量特性を得ることができる。

従って、上述のような形で感光体や受光素子による受光
量特性が予め分かっていれば、記憶手段に記憶されたレ
ーザダイオードからのレーザビームの拡がり角が情報と
して与えられることで、この拡がり角における光量比の
逆数を乗するように補正手段によってレーザビームの強
度を変更することにより、感光体や受光素子が受は取る
エネルギー量を、レーザダイオードからのレーザビーム
に拡がり角に拘らず、常に、その感光体や受光素子がコ
リメータレンズ等にケラレることなく入射する設定拡が
り角を持つレーザビームに照射されたときと同じにでき
るのである。

要約すると、記憶手段に記憶された上述した発振波長や
拡がり角等の発振特性の情報を用い、補正手段によりレ
ーザビームの強度を変更することで、感光体や受光素子
が受は取るエネルギー量を、前述した設定波長、或いは
、設定拡がり角といった設定発振特性を持つレーザダイ
オードが用いられた場合と同じもの、即ち、レーザダイ
オード個体間でのそれら発振特性のバラツキによる影響
のないものにできるのである。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明によるレーザ発振装置を備えたレーザ
ビームプリンタの照射光学系の概略構成を示している。

（１）はレーザダイオードで、画像情報に応じた駆動電
流により直接変調されたレーザビーム（Ｂ）が、このレ
ーザダイオード（１）から発振される。このレーザビー
ム（Ｂ）は、コリメータレンズ（２）によって平行光に
された後、ミラー（３）により折り返され、高速回転す
るポリゴンミラー（４）のある反射面（４ａ）で反射さ
れる。

このポリゴンミラー（４）の回転で、レーザビーム（Ｂ
）に対するその反射面（４ａ）の傾きが変化し、それに
伴って、反射後のレーザビーム（Ｂ）は、偏向されて感
光体の一例である感光体ドラム（８）の長手方向に向か
って走査される（この方向が主走査方向である）。

ポリゴンミラー（４）により反射された後のレーザビー
ムは、ｆθレンズ（５）によって収束され、ミラー（６
）により反射された後、ウィンドウガラス（７）を透過
し、感光体ドラム（８）上に結像する。

感光体ドラム（８）はその表面が一様に帯電されており
、画像情報に基づいて変調されたレーザビーム（Ｂ）が
その表面に結像されて走査されることにより、その強度
に応じて表面の帯電電位が減衰される。そして感光体ド
ラム（８）の一定速度の回転（この回転方向が副走査方
向である）に伴うこの走査に繰り返しによって、感光体
ドラム（８）上に、画素単位の静電潜像が形成されるよ
うになっている。

なお、図中（９ａ）は感光体ドラム（８）上での静電潜
像形成開始位置を副走査方向に揃えるためのレーザビー
ム検知用光センサであり、（９ｂ）はミラーである。

その後、図示は省略するが、着色顔料であるトナーをこ
の静電潜像部分に選択付着させて現像し、出力用紙をト
ナー像面に接着させて押面上にトナー像を転写し、この
紙を加熱することによってトナーを融解して紙に定着さ
せ、出力画像を得るのである。

このレーザビームプリンタに光源として用いられている
レーザダイオード（１）から発振されるレーザビーム（
Ｂ）は、拡がりながら伝搬するものであり、この拡がる
レーザビーム（Ｂ）を成形して平行光とするために、コ
リメータレンズ（２）が設けられている。第３図はコリ
メータレンズ（２）とレーザビーム（Ｂ）との関係を示
している。

レーザダイオード（１）からのレーザビーム（Ｂ）は、
第４図に示すように、接合面（１ａ）に平行な方向（以
下、水平方向と称する）と、接合面（１ａ）に直交する
方向（以下、垂直方向と称する）とについて、夫々、異
なる拡がり角（４）、（＾）を有している。なお、これ
ら両方向についての拡がり角（４，）、（Ｂｖ）は、第
５図に示す水平方向と垂直方向とについての放射角と相
対光出力との関係において、出力が最大出力の半分の値
になる点の放射角によって定義されるものである。

これら両方向についての拡がり角１）、（＾）は、レー
ザダイオード（１）の個体間においてバラツキがある。

垂直方向の拡がり角（へ）は、［２０ｄｅｇｌないし［
３５ｄｅｇ］の゛範囲でバラツキがある。また、水平方
向の拡がり角（へ）は、概ね［２０ｄｅｇ］以下の範囲
に納まっている。

そして、特に垂直方向の拡がり角（へ）の個体間でのバ
ラツキが大きいために、レーザビーム（Ｂ）がコリメー
タレンズ（２）に入射する際にケラれて生じる光ｆｔｔ
Ｎ失（ＱＬ）が、レーザダイオード（１）の個体間で異
なることになる。この光量損失（ＯＬ）は、次式によっ
て求められる。

ＱＬ＝ｅｘｐ［２・（ａ／Ｄ）”］ｘｌＯＯ（％）□■
ここで、＜ａ）はコリメータレンズ（２）の口径、＜Ｄ
＞はコリメータレンズ輯）に入射する際、中心値に対し
て［８−”］倍に強度が低下する点で定義されるレーザ
ビーム（Ｂ）の径で、コリメータレンズ（２）の焦点距
離を＜ｆ＞とし、。

レーザビーム（Ｂ）の垂直方向の拡がり角（＾）を＜　
ｅ　（ｄｅｇ）　＞　として、次式によって求められる
ものである。

Ｄ　＝２・ｆ−ｊａｎ（ｅ　Ｘ　１．７／２）　　　　
□■前掲の０式により求められる光量損失（ＱＬ）は、
レーザビーム（８）の径がコリメータレンズ（２）の口
径の約１．７倍以上のときには、殆ど無視できるほど小
さくなるが、それよりも小さいときには、小さくなるほ
ど大きくなる。従って、拡がり角（ｅＶ）が変動してレ
ーザビーム（Ｂ）の径が変わると、コリメータレンズ（
２）に入射する光量が変動し、感光体ドラム（８）が受
は取る：【ネルギー量にもバラツキが生じることとなる
。

そこで、レーザダイオード（１）を有するレーザ発振装
置（ＬＯ）に、レーザダイオード（１）から発振される
レーザビーム（Ｂ）の拡がり角１）に対応する補正デー
タを記憶するためのＲＯＭ（１９）を設けてある。そし
て、このＲＯＭ　（１９）内の補正データに基づいて、
レーザダイオード（１）の発振強度を変更する補正手段
（叶）を設けてある。

次に、それらＲＯＭ　（１９）と補正手段（ＣＭ）とを
有するレーザ発振装置（ＬＯ）を備えた、レーザビーム
プリンタの記録制御装置（ＰＣ）を説明する。

第１図に示すように、この記録制御装置（ＰＣ）は、記
録画像の一頁分の画像情報をストアする画像メモリ（１
０）を存している。この画像メモリ（１０）の容量は、
例えば、１ドツトにつき８ビツト、１頁あたり４０９６
ドツトＸ　４０９６ドツトとして、１６ＭＢｙｔｅであ
る。また、そのアドレスは、上位の１２ビツトが垂直方
向のアドレスに、下位の１２ビツトが水平方向のアドレ
スに設定されているものである。

図中（ＰＣＬＫ）は、ピクセルクロック（１１）から出
力される、ひとつづつの画素に対応するクロック信号で
あり、（ＳＯ５）は第２図中のレーザビーム検出用光セ
ンサ（９ａ）から出力される露光開始信号である。

プリントサイクルに入ると、水平読出カウンタ（１２）
と垂直読出カウンタ（１３）とはともにクリアされ、露
光開始信号（ＳＯ５）の入力を持つ。最初の露光開始信
号（ＳＯ３）が入力されると、水平読出カウンタ（１２
）がリセットされてクロック信号（ＰＣＬＫ）の計数を
開始し、クロック信号（ＰＣＩＪ）が入力される毎にカ
ウントアツプされる。また、垂直読出カウンタ（１３）
は、露光開始信号（ＳＯ５）が入力される毎にカウント
アツプされるように構成されている。

水平読出カウンタ（１２）と垂直読出カウンタ（１３）
とのカウンタ値は、何れも、アドレス設定信号として画
像メモリ（１０）に入力され、画像メモリ（１０）の水
平方向のアドレスと垂直方向のアドレスとが設定される
。クロック信号（ＰＣＬＫ）は、画像メモリ（１０）に
ストローブ信号として入力されており、クロ７り信号（
ＰＣＬＫ）が入力される毎に画像メモリ（１０）上の対
応するアドレスのデータがＤＡコンバータ（１４）に送
られる。

こＯＤＡコンバータ（１４）には、同じクロック信号（
ＰＣＬＫ）がストローブ信号として入力されていて、ク
ロック信号（ＰＣＬＫ）が入力される毎に、上記データ
がアナログ信号に変換されるように構成されている。変
換後のアナログ信号は、割算器（１５）の破除信号入力
端子（Ｘ）に入力されている。

この割算器（１５）の除信号入力端子（Ｙ）には、スト
ローブ信号として入力されるクロック信号（ＰＣＬＫ）
に応じて補正用ＲＯＭ　（＋９）から読み出され、同じ
クロック信号（ＰＣＩＪ）がストローブ信号として入力
されるＤＡコンバータ（１６）でアナログ信号に変換さ
れた補正信号が入力されている。

ＲＯＭ　（１９）内には、先程説明したレーザダイオー
ド（１）から発振されるレーザビーム（Ｂ）の拡がり角
（＾）に対応する補正データとして、コリメータレンズ
（２）にケラれずに入射するレーザビームの入射率を種
々の拡がり角（０ｖ）について１０ビツトで表したもの
が書き込まれている。

例えば、コリメータレンズ（２）の焦点距離が［１０，
６ｍｍ］　、その口径［１０ｍｍ１とすると、垂直方向
の拡がり角（８ｖ）の各値について、前掲の■。

■の両式を用いて、次の第１表のような光量損失と残存
する入射光量を表す入射率とが求められる。

第１表 なお、０式で求められる光量損失（ＱＬ）は、拡がり角
（＾）が［１６ｄｅｇｌのときに、小数点以下第２位を
四捨五入して［０％］となる。従って、第１表の例の場
合には、拡がり角（へ）が［１６ｄｅｇ］のレーザダイ
オード（１）が設定光量を与える設定拡がり角特性を持
つものということになり、入射率は設定光量に対する拡
がり月毎の入射光量の光量比を表すものとなっている。

第１表の入射率の数値を整数化し、アドレスを付してＲ
ＯＭ　（１９）内に書き込まれた状態は、次の第２表の
ようＧとなっている。

第２表 第１図に示すように、このＲＯＭ　（１９）のアドレス
線は、１０進のロークリディツブスイッチ（１７）に接
続されている。このロークリディップスイッチ（１７）
は、工場からの出荷時に、最終チェックを行って個体別
にレーザダイオード（１）からのレーザビーム（Ｂ）の
垂直方向の拡がり角（＾）を測定し、その測定結果に基
づいて、拡がり角（８ｖ）に対応するＲ　ＯＭ　（１９
）のアドレスを選択するためのものである。即ち、この
ロータリディツプスインチ（１７）が、レーザダイオー
ド（１）の発振波長情報を記憶するための記憶手段（Ｍ
）となっている。

例えば、測定された拡がり角（＾）が［２３ｄｅｇ］で
あれば、ロータリディップスイッチ（１７）をその下一
桁に対応する［３］にセットすることで、ＲＯＭ　（１
９）の［２３］のアドレスが選択される。

そして、このアドレスにストアされた［９７１１のデー
タが、クロック信号（ＰＣＬＫ）に応じてＲＯＭ　（１
９）から読み出され、アナログ信号に変換されて割算器
（１５）に入力されるのである。

この割算器（１５）においては、破除信号入力端子（Ｘ
）から入力される信号を、除信号入力端子（Ｙ）から入
力される信号で除する演算が行われる。即ち、コリメー
タレンズ（２）への入射率の逆数が乗じられることにな
るわけで、その結果、この割算器（工５）の出力端子（
Ｚ）から出力される信号には、予め、コリメータレンズ
（２）に入射するときの光量損失（ＱＬ）となる分が上
乗せされていることとなっている。

この割算器（１５）からの出力信号は、レーザダイオー
ド駆動回路（２０）に入力され、それに応じてレーザダ
イオード（１）の出力変調が行われるようになっている
。

従って、この割算器（１５）からの出力信号による変調
を受けてレーザダイオード（１）から発振された変調レ
ーザビーム（Ｂ）は、コリメータレンズ（２）に入射す
る際に、上乗せされた分の光量がケラれて損失すること
となり、感光体ドラム（８）に達したときには、レーザ
ダイオード（１）の各個体が持つ拡がり角（へ）のバラ
ツキの影響が除去されたものになっているのである。

その結果、装置が変わっても、レーザダイオード（１）
を含むレーザ発振装置（ＬＯ）を取り替えた場合であっ
ても、常に同じ濃度の記録画像が得られるのである。即
ち、ＤＡコンバータ（１６）、及び、割算器（１５）等
から、補正手段（ＣＭ）が構成されている。

１ラインの画像情報に基づく変調信号の出力が完了し、
次の露光開始信号（ＳＯ５）が入力されると、垂直読出
カウンタ（１３）がカウントアツプされ、画像メモリ（
１０）において、次のラインに相当する垂直方向のアド
レスが設定される。そして、クロック信号（ＰＣＬＫ）
に応じて、次のラインの画像データが読み出されるよう
に構成されている。

先の実施例では、画像メモリ（１０）内にストアされた
画像データをアナログ信号に変換した後、ＲＯＭ　（１
９）内にストアされたレーザダイオード（１）の発振特
性に基づいた補正データをアナログ変換したもので除し
、この除算後の信号を用いて、レーザダイオード（１）
からのレーザビーム（Ｂ）を直接変調ものを説明した。

これに変えて、補正手段（ＣＭ）として、レーザダイオ
ード（１）とコリメータレンズ（２）との間に、印加電
圧に応じて透過率の変化するＰＬＺＴ素子等の光変調器
を介装し、ロータリディップスイッチ（１７）のセット
により選択されたＲ　ＯＭ　（１９）内のデータに基づ
いてこの光変調器に対する印加電圧を変化させることで
、レーザビーム（Ｂ）の強度ヲ変更できるように構成し
てもよい。

また、先の実施例では、レーザダイオード（１）の発振
特性情報として拡がり角１）毎の入射率のデータを、Ｒ
ＯＭ　（１９）内にストアしておき、ロータリディップ
スイッチ（１７）をセットすることで個体毎のレーザダ
イオード（１）の発振特性情報が記憶されるものを説明
した。これに替えて、個体別の拡がり角（＾）のデータ
そのものを記憶するためのメモリを、別に設けてもよい
。

この場合、このメモリが記憶手段（Ｍ）となる。

このように構成する時には、このメモリ内にストアされ
たデータがＲＯＭ　（１９）のアドレスを示すものとな
るようにすればよい。

また、上述のように、個体別の拡がり角（八）のデータ
そのものをストアするメモリを設ける構成とした場合、
ＲＯＭ　（１９）を省略し、補正手段（ＣＭ）中に、０
式及び０式の演算、及び、光量損失から入射率を求める
演算器を設けるように構成してもよい。

さらに、先の実施例では、レーザダイオード（１）から
発振されるレーザビーム（Ｂ）の拡がり角（８ｖ）につ
いてのみ、その特性の個体間でのバラツキの補正が行わ
れるように構成していたが、それに替えて、或いは、そ
れに加えて、レーザダイオード（１）の発振波長のデー
タを別のメモリ内にストアしておき、一方、補正手段（
ＣＭ）内に、感光体ドラム（８）の分光感度特性をスト
アするメモリをさらに別に設け、このメモリ内の分光感
度特性情報に応じて、レーザダイオード（１）の発振波
長のバラツキに起因した感光体ドラム（８）の感度を補
償して感光体ドラム（８）が受け取るエネルギー量が常
に一定になるように、レーザダイオード（１）からのレ
ーザビーム（Ｂ）の発振強度を変更する構成にしてもよ
い。

本発明によるレーザ発振装置（ＬＯ）は、先の実施例で
説明した、記録紙上に可視像を記憶するレーザビームプ
リンタの他、マイクロフィルム上にマイクロイメージを
写し込むレーザＣ０Ｍシステム等のレーザビームを用い
た記録装置に適用することができる。さらに、本発明に
よるレーザ発振装置は、レーザビームを用いた計測装置
等にも通用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によるレーザ発振装置は
、レーザダイオードが有する発振波長や拡がり角等の発
振特性情報に基づいて、レーザダイオードの発振強度を
変更することにより、レーザダイオードの個体間での発
振特性のバラツキに拘らず、このレーザダイオードから
発振されるレーザビームが最終的に到達する怒光体や受
光素子等の目標物において、受は取られるエネルギー量
を変動のないものにできるから、レーザダイオードが変
わることにより例えばレーザビームプリンタにおいて生
じる、記録画像の濃度差を少なくしながら、レーザダイ
オードの発振特性のバラツキを許容できるようになった
。

その結果、記録装置においては諧調再現性を高く維持し
ながら、また、計測装置においては信頼性を高く維持し
ながら、レーザダイオードの歩留りを高くでき、装置の
コストダウンを計ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るレーザ発振装置の実施例を示し、第
１図はレーザビームプリンタの記録制御装置のブロック
図、第２図はレーザビームプリンタの照射光学系の概略
図、第３図はレーザダイオードとコリメータレンズの関
係を示す側面図、第４図はレーザダイオードから発振さ
れるレーザビームを示す斜視図、第５図はレーザダイオ
ードから発振されるレーザビームの放射角と相対光出力
との関係を示すグラフである。 （１）・・・・・・レーザダイオード、（Ｍ）・・・・
・・記憶手段、（ＣＭ）・・・・・・補正手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザダイオードの発振特性情報を記憶するための記憶
   手段と、この記憶手段に記憶された発振特性情報に基づ
   いて、前記レーザダイオードの発振強度を設定発振特性
   における発振強度に変更する補正手段とを設けてあるレ
   ーザ発振装置。