JPH02173769A - レーザ光学系 - 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） 本発明はレーザスキャナやレーザプリンタのレーザ光学
系におけるレーザビーム強度およびレーザ発光素子駆動
電流制御の改良に関する。

（発明の背景） 第３図は従来装置におけるレーザ光学系を示す図である
。

１はレーザダイオード（ＬＤ）素子でＬＤチップ２と発
光強度を検知するフォトセンサ３とからなっている。Ｌ
Ｄチップ２で発光されたレーザ光は拡散光であるのでコ
リメート光学系４によって平行光にされる０次いでビー
ム整形用のアパーチャ５によって所定径のビームにされ
る。

フォトセンサ３はＬＤチップ２の発光の一部を受けてそ
の強度を検知し、検知信号を駆動電流制御回路８′へ送
る。該制御回路８′は検知信号に基づいてＬＤチップ２
の発光強度が一定の強度を維持するようにＬＤチップ２
の駆動電流を制御している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、コリメート光学系４によって平行光にさ
れたレーザビームも、そのビーム断面の各部位について
の強度は一様ではなく中心部分が最も強く周辺に行くに
つれて弱くなる。これを、横軸にビーム中心からの距離
をとり、縦軸に強度をとった座標に表せば第４図（ａ）
の曲線１２の如きガウシアン分布となる。

このような強度分布を有するレーザビームの周辺部分を
アパーチャ５によってカットすると図（ａ）に斜線を施
した部分の強度を有するビームがアパーチャ５から出て
行くことになる。

ここで、ビームとアパーチャ５の相対位置が変化しなけ
ればビーム強度の時間的変化はない。

ところが実際には機械的な振動や、温度上昇による熱膨
張等でビームとアパーチャ５との相対位置はわずかに動
いてしまう、この場合第４図（ｂ）に示すごとくアパー
チャ５を通るビームの有効パワーが減ることになってし
まう。

このような光パワー変動は、スキャナ等の場合は読取信
号の誤差になり、プリンタの場合は記録画像の濃度むら
となって表れるので好ましくない。

このようにビームの一部が光学要素によってさえぎられ
ることは、ＬＤの場合放射角が大きいのでコリメータレ
ンズでも起こる。

本発明の目的は、上記従来技術の間組点に鑑みて、アパ
ーチャ通過後のビーム強度を検知し、この検知信号に基
づいてＬＤチップの駆動電流を制御することにより、成
る程度ビームとアパーチャの相対位置が変化してもアパ
ーチャを通過したビームの強度が一定の値を維持するこ
とができるとともに相対位置が大幅に変化した場合に過
大な駆動電流が流れることを防止することのできるレー
ザ光学系を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために次の手段構成を有
する。

即ち、本発明のレーザ光学系は、レーザ発光素子と、該
発光素子の発光強度を検知する発光検知用フォトセンサ
と、レーザ発光素子からのレーザ光を平行ビームにする
コリメート光学系と、コリメート光学系からのレーザビ
ームのビーム断面形状を整形するアパーチャとを有する
レーザ光学系において、アパーチャを通過したレーザ光
を主光軸から一部とり出すためのビームスプリッタと、
ビームスプリッタからのビームの強度を検知するビーム
フォトセンサと、ビームフォトセンサからの信号を受け
て該信号がビーム強度が強くなることを示すときはレー
ザ発光素子駆動電流を少なくし、ビーム強度が弱くなる
ことを示すときは前記駆動電流を多くするように制御す
る駆動電流制御回路と、駆動電流が規定値を越えると駆
動電流を遮断する第１の遮断回路と、発光検知用フォト
センサからの信号を受けて発光強度が規定値を越えると
駆動電流を遮断する第２の遮断回路とを具備することを
特徴とするレーザ光学系である。

また、上記の構成に、第１の遮断回路が遮断状態にある
ときそれを示す第１の表示手段と、第２の遮断回路が遮
断状態にあるときそれを示す第２の表示手段を付加した
構成とすることにより次に述べるように保守性の向上を
図ることができる。

（作　用） 以下、上記手段構成を有する本発明のレーザ光学系の作
用を説明する。

本発明においては、ビームフォトセンサは、アパーチャ
を通過したビームをスプリットして取り出したビームを
検知し、その検知信号は駆動電流制御回路へ加えられ、
該制御回路はビーム強度が強い方へ変化するとレーザ発
光素子の駆動電流を少なくして発光強度を弱める方向に
働き、逆にビーム強度が弱い方へ変化すると前記駆動電
流を多くして発光強度を強めるように働くので結局アバ
−チャを通過した後のビームの強度は一定に保たれるよ
うになる。

制御回路は以上のような動作をするので、ビームとアパ
ーチャの相対位置が大幅にずれてアパーチャを通過した
ビームの強度が大幅に弱くなってしまうような場合にに
れを弱めまいとして駆動電流を増加させる方向に働くが
この駆動電流が規定値を越えた場合には第１の遮断回路
が駆動電流を遮断して過駆動を防止しレーザ発光素子を
保護する。これと併行して発光検知用フォトセンサがレ
ーザ発光素子の発光強度を直接検知しておりこの検知信
号を受けている第２の遮断回路が発光強度が規定値を越
えた場合にはやはり駆動電流を遮断して過度の発光を防
止しレーザ発光素子を保護する。従って、レーザ発光素
子が正常に動作している場合で、ビームとアパーチャの
相対位置が大幅にずれた場合には駆動電流が規定値を越
えることにより素子の発光強度も規定値を越えることに
なるので第１の遮断回路と第２の遮断回路の両方が遮断
状態になる。これに対して、レーザ発光素子が劣化して
発光効率が低下している場合には、駆動電流が規定値を
越えていても発光強度が規定値に達しないということに
なる。その結果、第１の遮断回路は遮断状態となり、第
２の遮断回路は非遮断状態となる。

従って、遮断回路が両方とも非遮断状態のときは正常動
作をしていることを示し、両方とも遮断状態のときはビ
ームとアパーチャの相対位置が大幅にずれていることを
示し、第１の遮断回路が遮断状態で、第２の遮断回路が
非遮断状態である場合にはレーザ発光素子の劣化を示す
ということになる。

第１の遮断回路の状態を示す第１の表示手段および第２
の遮断回路の状態を示す第２の表示手段が設けられてい
る構成においては前述の各状況が容易に認識できる利点
がある。

（実　　施　　例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明のレーザ光学系の実施例の構成を示す図
である。

第３図の構成と同一のものには同一符号同一名称を付し
である。異なる点は、アパーチャ５の後方にビームスプ
リッタであるハーフミラ−６が設けられ反射ビームをフ
ォトセンサ７で検知している点、および第３図の駆動電
流制御回路８′に代えて、フォトセンサ７の検知信号を
入力とする駆動電流制御回路８、駆動電流検知手段９′
、該検知手段９′の検知信号を入力とする第１の遮断回
路９、フォトセンサ３の検知信号を入力とする第２の遮
断回路等が設けられている。

駆動電流制御回路８はフォトセンサ７からの検知信号を
受けて、アパーチャらを通過後のビーム強度が一定にな
るようにレーザ発光素子であるＬＤチップ２の駆動電流
を制御する。これによってアパーチャ５への入射ビーム
とアパーチャ５の相対位置が機械的振動や温度変化によ
って多少ずれてもアパーチャ５を通過するビームの強度
は一定に保たれる。

相対位置が大きくずれてアパーチャ５通過後のビームが
大幅に弱くなった場合、駆動電流制御回路は更に駆動電
流を増大する方向に働くが、規定値を越えると第１の遮
断回路９の働きにより駆動電流は遮断される。またＬＤ
チップ２の発光強度が規定を越えてもフォトセンサ３お
よび第２の遮断回路１１の働きにより駆動電流が遮断さ
れる。

従ってＬＤチップ２が正常である場合にはビームとアパ
ーチャ５の相対位置が大きくずれると第１の遮断回路９
も第２の遮断回路１１もともに遮断状態になる。ＬＤチ
ップ２の発光効率が低下している場合には、駆動電流が
規定値に達しても発光強度は規定値に達しないため第２
の遮断回路１１は遮断状態にはならない。

本実施例では、第１の遮断回路９には第１の表示手段が
、また、第２の遮断回路１１には第２の表示手段が設け
られている０表示手段としては例えばＬＥＤのような発
光素子を用いる。

従って、−目で、正常動作状態か、アパーチャがずれて
いるか、レーザ発光素子が劣化しているか否かが分かる
。

第２図は、フォトセンサ７、駆動電流制御回路８、駆動
電流検知手段９′、第１の遮断回路９、第２の遮断回路
１１、フォトセンサ３、ＬＤチツプ２、第１の表示手段
１０、第２の表示手段１２を含む接続図の一例である。

今、フォトセンサ７へのビームが強くなるとフォトセン
サ７の電流が増加して電位■Ｐが上昇する。を位ＶＰが
上昇すると増幅器Ｑｌ、Ｑ２．Ｑ３の各出力電位が下降
してトランジスタＱ８のベース電位が下降する。その結
果、駆動電流■が減少してＬＤチツプ２の発光強度を下
げる０以上とは逆に、フォトセンサ７へのビームが弱く
なるとフォトセンサ７の電流が減少して電位ｖＰが下降
する。

電位ＶＰが下降すると増幅器Ｑ　Ｉ、　Ｑ　ｘ　、　Ｑ
　ｓの各出力電位が上昇してトランジスタＱ８のベース
電位が上昇する。その結果、駆動電流Ｉが増大してＬＤ
チツプ２の発光強度を上げるようにする。

以上のような動作の結果アパーチャ通過後のビームの強
さが一定に維持される。

駆動電流検知手段９′は抵抗器Ｒｓの両端Ｃ電位差を検
知することにより駆動電流を検知している。増幅器Ｑ４
の出力には前記電位差に比例する電位が現れこれは第１
の遮断回路９中のコンパレータＱ５の子端子に加えられ
ている。この電位が、コンパレータＱ５の一端子に印加
されている電位Ｖ　ｒａｔを越えるとコンパレータＱ５
の出力は正側へ反転する。この電位はインバータＱ９で
反転されてＤ−Ｆ／Ｆの■端子に加えられているのでて
端子が正側に反転する。この出力はインバータＱ＋ｏと
駆動電流制御回路８中のＯＲゲートＱ＋３に加えられて
いる。従ってトランジスタＱ７のベース電位が上がりそ
の結果大きなコレクタ電流が流れてコレクタ電位が大き
く下がり、それにつれて増幅器Ｑ３の出力点すなわちト
ランジスタＱ８のベース電位が大きく下がって駆動電流
工を遮断する。

一方、第１の遮断回路中のインバータＱ１ｏで反転され
た電圧は第１の表示手段であるＬＥＤ　１０に印加され
ているのでＬＥＤＩＯが点灯する。

以上のように、コンパレータＱ５の子端子の電位が一端
子の電位Ｖ、。ｒを越えるような駆動電流■が流れると
駆動電流は遮断されＬＥＤ　１０が点灯する。従って、
ビームとアパーチャ５の相対位置が大幅にずれたことに
よるフォトセンサ７へのビーム強度の低下を補おうとし
て駆動電流が増加しても電位Ｖ　ｒ　ｅ　ｒによって定
まる基準値を越えたときには駆動電流は遮断され、ＬＥ
Ｄ　１０が点灯する。

また、ＬＤチップが正常であれば駆動電流が規定値を越
えるときは発光強度も規定値を越える゛ことになるので
、このときには第２の遮断回路１１が第１の遮断回路と
同様に動作するようにコンパレータＱ６の一端子の電位
■、。ｒが定められている。

従って、ＬＥＤｌ　０、ＬＥＤ　１２が共に点灯すると
きはビームとアパーチャ５の相対位置が大きくずれてい
るためにアパーチャ５を通過するビームが弱くなってい
ることを示し、ＬＥＤＩＯのみが点灯しているときは、
駆動電流は規定値を越える程多いにもかかわらずＬＤチ
ツプ２の発光強度が規定値績で達しないことを示してお
りこれはＬＤチツプ２の発光効率が低下したことを意味
することになる。いずれも点灯していないときは正常な
動作状態にあることを示す。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のレーザ光学系は、アパー
チャ通過後のビームの強度を検出し、その検出信号に基
づいてレーザ発光素子の駆動電流を制御しているので、
機械的振動や温度変化により、コリメータを出た後のビ
ームとアパーチャの相対位置が多少ずれてもアパーチャ
通過後のビームの強度を一定に維持することができると
いう利点がある。

また、第１の電流遮断回路が設けられているので、前記
相対位置が大きくずれたことによってレーザ発光素子が
過駆動されるということが防止されるとともに、レーザ
発光素子の発光強度を直接検知する発光検知用フォトセ
ンサと第２の遮断回路が設けられているので発光素子の
過度の発光が防止され、また、両道断回路の状態によっ
てレーザ光学系の動作状態を判断することができ、再遮
断回路に表示手段が設けられている場合には、目で動作
状態を知ることができ保守性の向上に寄与するという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ光学系の実施例の構成図、第２
図は駆動電流制御系の接続図、第３図は従来のレーザ光
学系の構成図、第４図はビームとアパーチャの相対位置
関係図である。 １・・・・・・ＬＤ素子、　２・・・・・・ＬＤチップ
、　３・・・・・・フォトセンサ、　４・・・・・・コ
リメート光学系、５・・・・・・アパーチャ、　６・・
・・・・ハーフミラ−７・・・・・・フォトセンサ、　
８，８′・・・・・・駆動電流制御回路、　９・・・・
・・第１の遮断回路、　９′・・・・・・駆動電流検知
手段、　１０・・・・・・第１の表示手段（ＬＥＤ）、
　１１・・・・・・第２の遮断回路、　１２・・・・・
・第２の表示手段（ＬＥＤ）、　Ｑ　ｌ　、　Ｑ　２　
、　Ｑ　３．　Ｑ　４・・・・・・増幅器、　Ｑ　５　
、　Ｑ　６・・・・・・コンパレータ、Ｑ７．Ｑｓ　−
−トランジスタ、　Ｑ９．ＱＩＯ，Ｑｌｌ。 Ｑ１２・・・・・・インバータ、　　ＱＣｓ・・・・・
・ＯＲゲート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発光素子と、該発光素子の発光強度を検知
   する発光検知用フォトセンサと、レーザ発光素子からの
   レーザ光を平行ビームにするコリメート光学系と、コリ
   メート光学系からのレーザビームのビーム断面形状を整
   形するアパーチャとを有するレーザ光学系において、ア
   パーチャを通過したレーザ光を主光軸から一部とり出す
   ためのビームスプリッタと、ビームスプリッタからのビ
   ームの強度を検知するビームフォトセンサと、ビームフ
   ォトセンサからの信号を受けて該信号がビーム強度が強
   くなることを示すときはレーザ発光素子駆動電流を少な
   くし、ビーム強度が弱くなることを示すときは前記駆動
   電流を多くするように制御する駆動電流制御回路と、駆
   動電流が規定値を越えると駆動電流を遮断する第１の遮
   断回路と、発光検知用フォトセンサからの信号を受けて
   発光強度が規定値を越えると駆動電流を遮断する第２の
   遮断回路とを具備することを特徴とするレーザ光学系。
2. （２）第１の遮断回路が遮断状態にあるときそれを示す
   第１の表示手段と、第２の遮断回路が遮断状態にあると
   きそれを示す第２の表示手段とを具備することを特徴と
   する請求項（１）記載のレーザ光学系。