DE3017509A1

DE3017509A1 - Halbleiterlaservorrichtung und bildaufzeichnungsgeraet

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Publication number: DE3017509A1
Application number: DE19803017509
Authority: DE
Inventors: Takashi Kitamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1980-11-20
Anticipated expiration: 2000-05-08
Also published as: US4375067A; DE3017509C2; GB2122022A; GB2122022B; GB2052841B; GB2052841A

Description

Τ,___,,_ _ Ρ«,., .,._ _ If₁,..,,- Patentanwälte und

IEDTKE - DUHLING - IVlWNc Vertreter beim EPA

RUPE - rELLMANN . ■ ₈ Dipl.-Chem. G. Bühling

Vertreter beim EPA

Dipf.-Ing. H.Tiedtke _ ₈ _

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe 301 7509 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403

8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

6. Mai 1980 DE 0413

CANON KABUSHIKI KAISHA

Tokyo, Japan

Halbleiterlaservorrichtung und Bildaufzeichnungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, deren Ausgangsstrahl stabilisiert wird, sowie auf eine Halbleiterlaservorrichtung, deren Strahlintensität gemessen werden kann; ferner auf eine Halbleiterlaservorrichtung, die zur Verwendung in einem ein photoempfindliches Material verwendenden elektrophotographischen Bildaufzeichnungsgerät geeignet ist, sowie auf ein Bildaufzeichnungsgerät, das den Ausgangsstrahl der Halbleiterlaservorrichtung verwendet .

Es ist bereits eine Halbleiterlaservorrichtung vorgeschlagen worden, die eine sog. selbsttätige Leistungsregelung (im folgenden APC genannt) verwendet, bei der der Ausgangsstrahl des Halbleiterlaserelementes gemessen und zur Regelung rückgekoppelt wird, um hierdurch die Lichtausgangsintensität des Halbleiterlaserelementes konstant zu halten. (APC = Automatic Power Control).

^Mü/rs 030047/0789

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München! Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-604

Als ein Beispiel für eine Vorrichtung mit APC-Funktion ist eine Halbleiterlaservorrichtung vorge- ' schlagen worden, bei der der Hauptstrahl (im folgenden Frontstrahl genannt) des Halbleiterlaserelementes, der als Ausgangsstrahl der Lichtquelle vorgesehen ist, und der Nebenstrahl des Elementes (im folgenden Rückstrahl genannt) in bezug auf die Leistung und die Emissionsverteilung identisch gemacht werden; der Rückstrahl wird zur Rückkoppelung an eine Laserversorgungsschaltung angelegt, um hierdurch den Frontstrahl zu regeln

Beispielsweise ist in der US-PS 4 125 777 die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung beschrieben, bei der ein Lichtempfänger 3 einen Rückstrahl 2 eines Halbleiterlaserelementes 1 empfängt, um eine selbsttätige Leistungsregelung zu ermöglichen. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers 3 wird an eine getrennte Laser'treiberschaltung bzw. Laserversorgungsschaltung gelegt, um die Ausgangsleistung eines Frontstrahles 4 zu regeln, der als das eigentliche Ausgangssignal der Lichtquelle vorgesehen ist.

Bei diesen Vorrichtungen liegt jedoch eine den Rückstrahl aussendende Oberfläche 5 des Halbleiterlaserelementes 1 gegenüber einer Lichtempfänger-Oberfläche 6 des Lichtempfängers 3. Dies führt zu dem folgenden Problern:

Ist '-χ der Austrittswinkel des Rückstrahles 2 in bezug auf eine Normale 7 der den Rückstrahl aussendenden Oberfläche 5 des Halbleiterlaserelementes 1 und Ι(λ )(W/sr) die Intensität des Rückstrahles 2, so ergibt sich eine zu einer Gauss-Verteilung ähnliche Verteilung von I(c< ), wie sie durch die durchgehende Linie A in Fig. 2 dargestellt ist. Dasselbe gilt auch

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ORIGINAL [NSPECTED

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für den Frontstrahl.

Ist ferner l(in) der Abstand zwischen der den Rückstrahl aussendenden Oberfläche 5 und der Lichtempfänger-Oberfläche 6 und L(cX. ) die Beleuchtungsstärke pro Flächeneinheit ^^er Lichtempfänger-Oberfläche 6, die den Rückstrahl mit einem Austrittswinkel <x empfängt, so gilt:

LCa) - ^p- cos³ a .CD

A²

Die Gleichung (1) ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie B dargestellt. Hieraus erkennt man, daß die Beleuchtungsstärke L(O) im Zentralbereich der Lichtempfänger-Oberfläche, die den Strahl mit (X =0 empfängt, maximal ist. L(O) ist gegeben durch:

Im Randbereich verringert sich die Beleuchtungsstärke zusätzlich zu der Abnahme von I(o< ) mit cos u · Dementsprechend ergibt sich bei der bekannten Vorrichtung ein großer Unterschied der Beleuchtungsstärken des

Zentralbereiches und des Randbereiches der Lichtempfän- - ger-Oberflache 6. Dies führt zu dem folgenden Problem:

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ORIGINAL INSPECTED

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Ist L(W/m ) die Beleuchtungsstärke der Lichtempfänger-Oberfläche und E(V) die Klemmenspannung (Ausgangsspannung), so ist die Ausgangscharakteristik des Lichtempfängers im allgemeinen nicht immer linear, sondern ist in einen linear Bereich G und nicht lineare Bereiche F und H unterteilt. Dies ist in der Fig. 3 gezeigt.

In dem linearen Bereich G wächst die Klemmenspannung E proportional zu dem Anwachsen der Beleuchtungsstärke L an. In den nichtlinearen Bereichen F und H ist die Klemmenspannung E nicht proportional zu dem Anwachsen der Beleuchtungsstärke L. Insbesondere in dem Bereich F ist das Signal/Rausch-Verhältnis des Licht-'

empfangers verringert.

Ist, wie bei der bekannten Vorrichtung, der Unterschied der Beleuchtungsstärken des Zentralbereiches und des Randbereiches der Lichtempfänger-Oberfläche 6

groß, so liegt die Beleuchtungsstärke in dem Zentralbereich in dem Bereich H der Fig. 3 und entsprechend die Beleuchtungsstärke des Randbereiches in dem Bereich F. Das Ergebnis ist, daß die Ausgangsspannung des Lichtempfängers 3 nicht proportional zu der Beleuchtungsstärke ist. Hierdurch wird es unmöglich, die Lichtmenge mit einer hohen Genauigkeit zu messen.

Zusätzlich zu diesem Problem tritt bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung das Problem auf, daß der Rückstrahl 2 von der Lichtempfänger-Oberfläche 6 des Lichtempfängers 3 reflektiert wird. Der reflektierte Rückstrahl 2 mischt sich und interferiert mit dem Frontstrahl 4. Wenn der Frontstrahl abgebildet wird, so erscheint überdies ein Geisterbild des von der Lichtempfänger-Oberflache reflektierten Rückstrahles.

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■ 1 ■

Bisher haben bei Lichtkommunikationssysternen usw. Halbleiterlaserelemente eine weite Verbreitung als Lichtquelle gefunden. In solchen Fällen wird die vorstehend beschriebene APC-Regelung oft verwendet.

Fig. 4 zeigt ein solches Verfahren. Das Ausgangslicht eines Halbleiterlaserelementes 11 wird mittels eines Photodetektors 12 empfangen,- dessen Signal durch einen IQ Verstärker 13 verstärkt und anschließend zur Rückkoppelung an eine Laserversorgungsschal· tung 14 angelegt wird. Hierdurch wird das Ausgangslicht so geregelt, daß das Ausgangssignal des Photodetektors 12 immer konstant bleibt. Wird jedoch das Ausgangslicht des Halbleiterlaserelementes für die Bildaufzeichnung usw. verwendet, so ergibt sich durch die Wellenlängenabhängigkeit der Empfindlichkeit des mit dem Laserlicht bestrahlten photoempfindlichen Materials ein großes Problem. Bei einer Vorrichtung, die einen Laser wie einen gewöhnlichen Helium-Neon-Laser mit einer kurzen Wellenlänge verwendet, ist die spektrale Empfindlichkeit des photoempfindlichen Materials nahe der Laser-Wellenlänge meist flach, so daß der Einsatz eines gewöhnlichen APC-Systems möglich ist. Dagegen hat das von einem Halbleiterlaserelement ausgesandte Laserlicht eine Wellenlänge von ungefähr 800 nm und liegt damit verglichen mit dem Licht eines Helium-Neon-Lasers im nahen Infrarotbereich. Das üblicherweise verwandte photoempfindliche Material hat in diesem Bereich eine geringe Empfindlichkeit. Wenn ein Halbleiterlaser in einem Bildaufzeichnungsgerät benützt wird, ist es deshalb oft der Fall, daß das photoempfindliche Material bei der Verwendung sensibilisiert wird. Jedoch kann die spektrale Empfindlichkeit des Materials, sogar wenn das Material sensibilisiert worden ist, gerade in dem

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Wellenlängenbereich des Halbleiterlasers nicht flach gemacht werden, wenn man die Stabilität der Bildqualität und die Lebensdauer des photoempfindlichen Materials betrachtet. Das photoernpfindliche Material hat noch die in Fig. 5 gezeigte Wellenlängenabhängigkeit.

Es ist deshalb notwendig, die Lichtmenge in Abhängigkeit von der benutzten Wellenlänge des Halbleiterlaserelementes zu regeln. Tritt während des Betriebs des Halbleiterlasers eine Wellenlängenverschiebung auf, so kann mit einem herkömmlichen APC-System keine gute Bildqualität erhalten v/erden.

Beispielsweise hat ein Halbleiterlaser einen Temperaturkoeffizienten der Wellenlänge von 0,25 bis 0,3 mn. Bei einer Temperaturänderung von 30 C tritt deshalb eine Wellenlängenverschiebung von 9 mn des Maximums auf. Ist die Wellenlängen abhängigkeit der Empfindlichkeit des photoempfindlichen Materials größer, so wird das erhaltene Bild schlecht in der Qualität.

Andererseits gibt es ein Verfahren, bei der ein Halbleiterlaserelernent bei einer bestimmten Temperatur durch den Einsatz einer Kühleinrichtung, wie eines Peltier-Elementes verwendet wird. Jedoch werden durch dieses Verfahren sowohl die Zahl der Bauteile ais auch die Kosten erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

^ου Halbleiterlaservorrichtung, die die vorstehend angeführten Nachteile beim Stand der Technik beseitigt und ein Bildaufzeichnungsgerät zu schaffen, bei dem ein photoempfindliches Material durch den Ausgangsstrahl dieser Laservorrichtung abgetastet wird. Bei dem HaIbleiterlasersystem soll der Rückstrahl nicht mit dem

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Frontstrahl gemischt werden und eine sehr genaue Regelung des Ausgangsstrahls möglich sein. Ferner soll bei der Halbleiterlaservorrichtung ein Temperaturaufnehmer, beispielsweise ein Thermistor, der eine Wider-Standsänderung infolge einer Temperaturänderung zeigt, an einer Stelle eingebaut sein, die eine genaue Messung der Temperatur des Halbleiterlaserelementes gestattet. Der Temperaturaufnehmer soll so mit einer Schaltung verbunden sein, an der das Ausgangssignal des Photodetektors anliegt, der das Licht des Laserelementes empfängt, daß wenn eine Wellenlängenverschiebung aufgrund einer Temperaturänderung auftritt, die Information so rückgekoppelt wird, daß die erforderliche Menge von Licht, das dieser Wellenlänge entspricht, erhalten wird, wodurch immer eine optimale Menge von Licht erhalten wird. Ferner soll ein Bildaufzeichnungsgerät geschaffen werden, das diese Halbleiterlaservorrichtung verwendet.

Erfindungsgemäß soll ein Bildaufzeichnungsgerät geschaffen werden, bei'dem die Aufzeichnung auf einem lichtempfindlichen Material mittels des Ausgangsstrahls eines Halbleiterlaser erfolgt, und bei dem ein optischer Filter mit einer Durchlassigkeitsverteilung, die der für das verwendete photoempfindilche Material charakteristischen spektralen Empfindlichkeit entspricht, vor einem Detektor angeordnet ist, der die Lichtnienge des Laserelementes mißt, so daß eine Veränderung der Empfindlichkeit des photoempfindlichen Mate- rials kompensiert wird, die durch eine Verschiebung der Oszillationswellenlänge aufgrund von Umgebungstemperatur^:änderung des Laserelementes hervorgerufen wird.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht der Anordnung einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm des Ausgangslichtes des Lasers und der Verteilung der Beleuchtungs

stärke auf der Lichtempfänger-Oberfläche der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung ,

Fig. 3 ein Diagramm der Ausgangscharakteristik

des Lichternpfängers der Halbleiterlaservorrichtung ,

Fig. .4 eine Schaltung zur Regelung der Lichtmenge des Halbleiterlaserelementes,

Fig. 5 ein Diagramm der Wellenlängenabhängigkeits-

Charakteristikeines photoempfindlichen Materials,
25

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht

eines ersten Ausführungsbeispiels der Halbleiterlaservorrichtung ,

Fig. 7 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile

der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,

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Fig. 9 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile des in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile

eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 11 eine Seitenansicht der wesentlichen Teile

eines vierten Ausführungsbeispiels, 10

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer mit

einem Temperaturaufnehmer versehenen Halbleiterlaservorrichtung,

Fig. 13 die Lichtmengen-Regelschaltung der in

Fig. 12 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,

Fig. 14 ein Diagramm des Laserausgangssignals oder der Temperatur aufgetragen gegen die Wellen

länge,

Fig. 15 und 16 eine perspektivische Ansicht und

eine Seitenansicht einer mit einem optisehen Filter versehenen Halbleiterlaser-

vorrichtung,

Fig. 17 ein Diagramm der gegen die Wellenlänge aufgetragenen erforderlichen Lichtmenge für das photoempfindliche Material, zum

Erzielen einer bestimmten Empfindlichkeit zu erhalten,

Fig. 18 eine Seitenansicht eines weiteren Ausfüh-^OJ rungsbeispiels

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Fig. iy eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels, das mit einem optischen Filter versehen ist,

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines

Ausführungsbeispiels, mit einem optischen Filter

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines das Halbleiterlaserelement verwendenden Bild

aufzeichnungsgerätes, und

Fig. 22 ein Blockschaltbild des in Fig. 21 gezeigten Gerätes.
15

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine elektrisch leitende Halterung 111 auf einer scheibenförmigen Grundplatte 110 befestigt, die im allgemeinen aus einem Metall wie beispielsweise Stahl oder Kupfer mit guten Wärineabstrahlungseigenschaften hergestellt ist. Ein Halbleiterlaserelement 113 ist an einer senkrechten Fläche 112 der Halterung 111 nahe deren oberen Ende in herkönirnl.icher Weise angebracht. Das Halbleiterlaserelenient 113 wird über eine Treiber- oder Versorgungseinheit 114 betrieben, wobei das Halbleiterlaserelement einen Frontstrahl 115 nach oben und einen Rückstsrahl

^ou 116 nach unten aogibt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

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Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weist die Versorgungseinheit 114 eine positive Elektrode 117, die an der senkrechten Fläche 112 der Halterung 111. angebracht ist, eine negative Elektrode 119, die an der senkrechten Oberfläche mit einer dazwischengeschobenen isolierenden Platte 118 angebracht ist, Leitungen 120 und 121, die mit den entsprechenden Elektroden verbunden sind und sich mit einem zwischen die Leitungen und die Grundplatte geschobenen isolierenden Material durch die Grundplatte 110 erstrecken, und eine Lasertreiberoder Versorgungsschaltung 122 auf, die mit diesen Leitungen verbunden ist. Das Halbleiterlaserelement 113 wird mit der Laserversorgungsschaltung 114 auf herkömmliche Weise betrieben, wie es beispielsweise in der US-Patentanmeldung 822 340 beschrieben ist.

Die Halterung 111 ist in ihrem unteren Abschnitt mit einer geneigten Fläche 123 versehen. Ein Lichtempfänger 124 ist auf der geneigten Fläche angebracht.

Der Lichternpfanger 124 ist somit in bezug auf die strahlaussendende Fläche des Halbleiterelementes 113 geneigt und empfängt in diesem geneigten Zustand den von dem Halbleiterlaserelement ausgesandten Rückstrahl. Der Lichtempfänger 124 ist mit einem Verstärker 129 über Klemmen 125, 126 und Leitungen 127, 128 verbunden. Der Verstärker 129 ist mit der vorstehend beschriebenen Laserversorgungsschaltung 122 verbunden. Der Lichtempfänger 124 legt somit die Ausgangsleistung des Rückstrahles 116 zur Rückkoppelung an die Laserversorgungs-

^ou schaltung 122 an und regelt den Frontstrahl 115 und den Rückstrahl 116 so, daß ihre Ausgangsleistungen einen bestimmten Wert annehmen.

Wird nun das Halbleiterlaserelement 113 betrieben, so trifft, wie in Fig. 7 gezeigt, bei diesem Aus-

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führurigsbeispiel der Rückstrahl 116 , der dieselbe Ausgangsleistung wie der Frontstrahl 115 hat, auf den Lichtempfänger 124 auf. Ein Teil des Rückstrahles wird durch die geneigte Lichtempfänger-Oberfläche in einer Richtung reflektiert, die unterschiedlich von der Richtung des Frontstrahles 115 ist.

Ist V^ der V/inkel zwischen den Normalen der strahlaussendenden Fläche des Halbleiterlaserelementes 113 und des Lichtempfangers 124, I die Maximalintensität des Rückstrahles 116 und 1 der Abstand zwischen dem Teil der Lichtempfänger-Oberfläche, der die Intensität I„ empfängt, und der Oberfläche, die den Rückstrahl aussendet, so ist die Beleuchtungsstärke L_n des Teils der Lichternpfänger-Oberflache, der die Maximalintensität empfängt, gegeben durch:

I
L = — sin γ (3)

° Jl²

Vergleicht man Gleichung (3) mit Gleichung (2), so sieht man, daß die Beleuchtungsstärke aufgrund der Neigung des Lichteinpfängers 124 um den Faktor siny niedriger ist. Folglich kann verhindert werden, daß das Ausgangssignal des Lichternpfängers 124 im nichtlinearen Bereich H der in Fig. 3 gezeigten Empfindlichkeitskurve liegt, so daß eine genaue Lichtmengen-Messung durchgeführt v/erden kann. Da der Lichtenipfanger 124 auf der geneigten Fläche 123 befestigt ist, hat der reflektierte Strahl des Rückstrahls eine andere Richtung als der Frontstrahl. Das Auftreten von Geisterbildern kann somit verhindert werden.

BAD ORIGINAL

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel· erstreckt sich eine Strahlreflexionsfläche 130 nach unten von der vertikalen Fläche 112 der Halterung 111 weg, an der das Halbleiterlaserelement 113 angebracht ist. An der Halterung 111 ist eine horizontale Fläche 131 ausgebildet, die die Strahlreflexionsfläche schneidet. Der Lichtempfanger 124 ist auf einer geneigten unterlage 132 angebracht, die auf der horizontalen Fläche 131 befestigt ist.

Die Richtung der Neigung des Lichtempfängers ist entgegengesetzt zu der bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Lichtempfanger 124 ist so geneigt, daß der Teil der Lichtempfänger-Oberfläche, der die Maximalleistung des Rückstrahls 116 empfängt_r weiter von der strahlaussendenden Oberfläche des Halbleiterlaserelementes 113 entfernt ist, als der andere Teil der Lichtempfänger-Oberflache.

Bei diesem Ausführungsbeispiel· wird die eine Häifte des Rückstrahis des Hal·bl·eiterl·aserel·ementes 113 durch die Strahlrefl·exionsfiäche 130 reflektiert und trifft 2*·» auf dem Lichtempfänger 124 auf, während die verbieibende andere Hälfte des Rückstrahls direkt den Lichtempfänger 124 erreicht. Deshalb ist es ausreichend, wenn die Flächendes Lichtempfängers 124 so groß ist, daß sie die

eine Hälfte der Strahlemissions-Breite bedeckt. 30

Dieses Ausführungsbeispiel· ist in den anderen Punkten identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel·.

Im fol·genden soll der Betrieb dieses Ausführungs-

beispieis eriäutert werden.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist θ der (konstante) Winkel zwischen der Normalen der strahlaussendenden Oberfläche des Halbleiterlaserelementes 113 und des Lichtempfänger 124 und ex der (variable) Austrittswinkel des Halbleiterlaserelementes 113. Dann können die Distanz l(.-x ), die der Rückstrahl zurücklegen muß, bevor er den Lichtempfänger 124 erreicht, die Intensität I ( (N ) des Rückstrahls mit dem Austrittswinkel ex. , und die Beleuchtungsstärke der Lichtempfänger-Oberfläche des Lichtempfängers 124, der den Rückstrahl empfängt, als Funktionen des Austrittswinkels ex. ausgedrückt werden. Die Beleuchtungsstärke L(ex ) der Lichtempfänger-Oberfläche des Lichtempfängers 124, der den Strahl mit der Intensität I (ex ) empfängt ist dann gegeben durch:

_LCa) = si

In dieser Gleichung wird sin (Θ+ ex.) auf der rechten Seite vergrößert, wenn d größer wird, da θ konstant ist (Θ + ex < 90°). Aus Fig. 9 sieht man, daß l(<x ) kleiner wird, wenn c< größer wird. Folglich wird

sin(0+g)
[Ha)]²

größer, wenn <^ größer wird.

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Das folgende erklärt sich hieraus. Die Intensität I(o< ) des Rückstrahles nimmt mit der Zunahme von ex. ab, wie dies die Kurve A in Fig. 2 zeigt. Da jedoch

sinCQ+cQ

zunimmt, wird die Änderung der Beleuchtungsstärke L (ex. ) auf dem Lichtempfänger 124 sehr viel kleiner als die Änderung von I ( ex ) . Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Unterschied in den Beleuchtungsstärken zwischen den Abschnitten der Lichtempfänger-Oberfläche des Lichtempfängers 124 kleiner wird, so daß es möglich wird, den Lichtempfänger im linearen Bereich der Ausgangscharakteristik zu verwenden, der in Fig. 3 gezeigt ist.

l(c< ) kann mathematisch ausgedrückt werden durch: 20

sin + cos tan

Setzt man diesen Ausdruck in Gleichung (4) ein, so erhält man

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Bestimmt man in dieser Gleichung die Intensität I( f- ) des Rückstrahls des Halbleiterlaserelementes und den maximalen Einfallswinkel Cx des notwendigen Strahles, so ist es möglich, einen geeigneten Wert für θ und den maximalen Abstand 1(0) zwischen dem Lichtempfänger 1 2-4 und der den Rückstrahl aussendenden Oberfläche zu bestimmen, damit die Beleuchtungsstärke L((Λ ) des Lichtempfängers in den in Fig. 3 gezeigten linearen Bereich G der Ausgangscharakteristik des Lichtempfängers TO fällt.

Fig. 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel modifiziert ist.

Obwohl es für die Herstellung der Halterung vorteilhaft ist, wenn die senkrechte Fläche 112 der Halterung 111 und die Strahlreflexionsfläche 130 wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel· eine durchgehende Fläche sind, ist in Fig. 10 eine Stufe t zwischen beiden vorgesehen, wenn der zwischen der den Rückstrahl aussendenden Fläche des HalMeiterlaserelementes 113 und der Strahlreflexionsfläche 130 gebildete Winkel ß ungefähr ein rechter Winkel ist.

Experimentell erhält man, wenn 1(0) = 10 mm und θ = 45° ist, ein Ergebnis, das die gestellte Aufgabe löst, sogar wenn t = 3 mm und ß = 70 bis 110°.

Fig. 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.

Dieses Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem in den Fig. 8 und 9 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel· dadurch modifiziert, daß anstelle der Strahlreflexionsfiäche 130 ein zweiter Lichtempfänger 133 angebracht ist.

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Hierbei werden eine Vielzahl von Lichtempfängern verwendet. Jeder dieser Lichtempfänger ist so um den Winkel Θ' geneigt, daß sie symmetrisch in bezug auf die Normale der strahlaussendenden Fläche des Halbleiterlaserelementes 113 sind. Der Neigungswinkel Θ¹, der Austrittswinkel (X ' und der Abstand IV zwischen der den Rückstrahl aussendenden Fläche und den Lichtempfängern 124, 133 sind ähnlich wie Θ, (X. und 1 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel·

Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist der

Lichtempfänger geneigt. Deshalb kann der Lichtempfänger im linearen Bereich der in Fig. 3 gezeigten Ausgangscharakteristik verwendet werden. Dies führt sowohl zu einer genaueren Messung des Laserstrahls durch den Lichtempfänger als auch zu einer hochgenauen Ausgangsregelung. Ferner mischt sich der von der Lichtempfänger-Oberfläche des Lichtempfängers reflektierte Rückstrahl nicht mit dem Frontstrahl. Dies ermöglicht das Auftreten von Geisterbildern zu verhindern und die gesteckten Ziele zu erreichen.

Wie bereits ausgeführt worden ist, verschiebt sich die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlaserelements aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur. Die Wellenlängenverschiebung ist unerwünscht, da sie große Nachteile für das entstehende Bild eines Bildaufzeichnungsgerätes hat, bei dem ein photoempfindliches Material verwendet, wird dessen Empfindlichkeit sich ändert.

Im folgenden werden zur Kompensation dieses Effektes verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert. Die Fig. 12 und 13 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel·. In Fig. 12 ist mit 201 ein Halbleiterlaserelement bezeichnet, das einen .Frontstrahl· L.. und einen Rückstrahl· L„ aus-

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sendet. Eine Laserhalterung (Halterungsteil) 202 aus Metall trägt das Halbleiterlaserelement. Mit 203 ist ein Temperaturaufnehmer, beispielsweise ein Thermistor bezeichnet, der eine Widerstandsänderung entsprechend einer Temperaturänderung des Halbleiterlaserelements zeigt. Der Temperaturaufnehmer 203 ist mittels eines wärmeleitenden Klebstoffes 204 in einem Loch in der Laserhalterung 202 befestigt. Alternativ kann der Temperaturaufnehmer auch an dem Halbleiterlaserelement 201 angebracht sein. Mit 205 ist ein Photodetektor bezeichnet, der den Laserstrahl des Halbleiterlasers empfängt, der nicht zur Aufzeichnung benutzt wird, also den Rückstrahl L₂. Der Photodetektor 205 ist fest auf der Laserhalterung 202 angebracht. Seine Lichtempfänger-Oberfläche ist so geneigt, daß sie nicht senkrecht zu dem Rückstrahl L₂ ist.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist ein Widerstand mit dem Widerstandswert R in Serie mit dem Photo-

detektor 205 geschaltet. Der Temperaturaufnehmer 203 mit dem Widerstandswert R_ ist parallel zu dem Photodetektor 205 und dem Widerstand 206 geschaltet. Der Eingang IN₁ eines Fehlerverstärkers ist mit der Klemme T₁ des Photodetektors 205 verbunden. Eine Referenzspannungsquelle 208 ist zwischen den Eingang IISL· des Fehlerverstärkers und eine Klemme T₂ geschaltet.

Trifft der Rückstrahl L₂ des Halbleiterlaserelementes 201 auf den Photodetektor 205 auf, so fließt ein Strom I₁. Hierdurch wird die Klemmenspannung V₁ des Thermistors 203 1..'Rn₁^. Diese Spannung wird mit der Referenzspannung V verglichen, und ein Signal zur Rückkoppelung an eine Laserversorgungsschaltung 209 angelegt, die das Halbleiterlaserelement 201 so versorgt, daß V₁ gleich V_Q wird, so daß der Speisestrom des HalbleiterlaserelementrjZOI geregelt wird.

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Bei der vorliegenden Halbleiterlaservorrichtung wird der Ausgang des Lasers immer auf einen optimalen Wert durch die Größe der Temperaturänderung des Temperaturaufnehmers 203 korrigiert, sogar wenn die Wellenlänge durch einen Temperaturanstieg des Halbleiteriaserelementes 201 sich verschiebt, um die erforderliche Lichtmenge zu erhalten.

Dies soll nun im einzelnen beschrieben werden.

Die Empfindlichkeit des später beschriebenen photoempfindlichen Materials, das mit dem Frontstrahl beleuchtet wird, wird zunächst gemessen und die Laserwellenlänge λ auf der Abszisse gegen die Lichtmenge P aufgetragen, die für das photoempfindliche Material erforderlich ist, um die erforderliche Sensibilität zu erhalten. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 14 gezeigt. Die Abszisse in Fig. 14 kann auch die Temperatur des Laserelementes darstellen.

Als nächstes wird der Temperaturkoeffizient All Δ T der Wellenlänge des Halbleiterlasers bestimmt. Aus diesen Ergebnissen kann die Größe der Verschiebung der Wellenlänge in dem benutzten Temperaturbereich sowie die Größe der Verschiebung der erforderlichen Lichtmenge bestimmt werden. Deshalb sollte die erforderliche Lichtmenge nur durch die Größe der Verschiebung der Wellenlänge korrigiert werden.

Diese Korrektur erfolgt folgendermaßen: 30

Da die Schaltung so arbeitet, daß die Beziehung ¹I^TH ^{= V}0 ^{iltimer auf}recht erhalten wird, sollte der Widerstandswert IL₁J, des Thermistors durch die Temperatur' nur so geändert werden, daß die in Eig. 14 gezeigte Sensibilitätskurve des photoempfindlichen Materials korrigiert wird. Dementsprechend sollte der Temperaturkoeffizient (B konstant)

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des Widerstandes des Thermistors in dem benutzten Temperaturbereich, beispielsweise von 10 bis 40 ⁰C (283 ⁰K bis 313 ⁰K) ausgesucht werden.

Gilt

R_TH 10°-C
¹¹¹ = 2.0,

r_TI[ «fire

so ist bekannt, daß B 2000 K ist, da

^RT1I ¹⁰°^C

^TO-C = ^E» t » ,V- IT»·

T 283°K 313⁰K

Hierbei bedeutet EXP die Exponentialfunktion, d. h. 20

¹T₁ T7^J.

Wird also ein Thermistor mit einer Konstante B von2000 K in der Vorrichtung eingebaut, so kann man eine geeignete Lichtmenge erhalten.

Ein willkürlicher numerischer Wert kann nicht für die Konstante B des Thermistors erhalten werden, jedoch ist es möglich, verschiedene Konstanten B zu erhalten, wenn der Thermistor und ein fester Widerstand kombiniert werden. Deshalb kann die Beziehung zufriedenstellend erfüllt werden, sogar wenn das Halbleiterlaserelement Temperaturkoeffizienten für die Wellenlänge von 0,25 bis 0,3 nm/°C hat und wenn die Sensibilität der Trommel

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differiert. Auch wenn die Widerstandsänderung des Thermistors mit der Temperatur nicht linear ist, so ergeben sich bei Temperaturverschiebungen von ungefähr 30 ⁰C keine wesentlichen Probleme.

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann bei diesem

Ausführungsbeispiel, sogar wenn die erforderliche Lichtmenge mit einer Wellenlängenänderung des Halbleiter- « laserelementes schwankt, die Laserausgangsleistung immer

IQ zu einem geeigneten Wert mittels des Photodetektors und des Temperaturaufnehmers verschoben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Lichtmenge des Rückstrahles gemessen. Natürlich kann auch die Lichtmenge des Frontstrahles zu einer bestimmten Zeit gemessen

ic werden.

Im folgenden soll ein zweites Ausführungsbeispiel· beschrieben werden, bei dem die Empfindiichkeitsänderung des photoempfindiichen Materiais kompensiert wird, die durch die Veränderung der Schwingungswellenlänge des Halbleiterlaserelementes hervorgerufen wird, die auf einer Änderung der umgebungstemperatur basiert.

Fig. 15 zeigt den Grundaufbau des Halbleiterlaserelementes dieses Ausführungsbeispiels. Fig. 16 zeigt einen Querschnitt hiervon. Ein Halbleiteriaserelement 311 ist an einem Kühlkörper 312 aus Kupfer angebracht. Die Elektroden des Halbleiterlaserelements sind mit Metallelektroden 313 und'314 verbunden, die von dem Kühlkörper 312 isoliert sind. Der Rückstrahl· 311b des Hal·bleiterlaserel·ements 311 passiert einen Fiiter 316 und trifft auf einen Photodetektor 315 auf. Der spektraie Transmissionsfaktor des Filters ist entsprechend der spektralen Empfindlichkeit des später beschriebenen photoempfindlichen Materiais ausgewählt, das zu Aufζeichnungszwecken mit dem Frontstrahl· 311a

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des Halbleiterlaserelements 311 bestrahlt wird. Dies ist durch eine Kurve 318 in Fig. 17 gezeigt. Die Kurve 318 stellt ferner die Empfindlichkeitskurve des photoempfindlichen Materials dar. Andererseits hängt die spektrale ^ Empfindlichkeit des Photodetektors 315, falls dies einer vom PIN-Aufbau ist, kaum von der Wellenlänge im • nahen Infrarotbereich ab. Dies zeigt eine gestrichelte Linie 317 in Fig. 17. Folglich muß die erforderliche Lichtmenge, die von dem Halbleiterlaserelement 311 ausgesandt werden sollte, eine Charakteristik haben, wie sie in Fig. 17 durch eine strichpunktierte Linie 319 dargestellt ist. (Der Abschnitt a bis b der strichpunktierten Linie 319 stellt dieselbe Charakteristik wie die gerade Linie in Fig. 5 dar.) Ist I_n(^.) die vom Laser ausgesandte Licht-

menge und T(^ ) der Transmissionsfaktor des Filters, dann ist die auf den Photodetektor 315 auftreffende Lichtmenge I gegeben durch:

Ι(λ) = T(X)

Ferner ist, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert und sich die Laserwellenlänge zu /, - verschiebt,

Wenn die Rückkoppelung so betätigt wird, daß die auf den Photodetektor 315 auftreffende Lichtmenge 1(^ ) unabhängig von konstant bleibt, (dies geschieht in ähnlicher Weise wie bei herkömmlichen APC-Systemen) so ergibt sich

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Ι(λ) = TCA)-I₀CX) = ICA₁) =

Somit wird die auf das photoempfindliche Material auftreffende Lichtenergie genau so in ihrer Größe korrigiert, wie wenn die Empfindlichkextsabhängigkeit des photoempfindlichen Materials korrigiert würde.

Die spektrale Transmissionsfaktor-Charakteristik eines solchen Filters ist zur Korrektur geeignet, wie bereits beschrieben worden ist, wenn sie dieselbe Charakteristik wie die Empfindlichkeitskurve des verwendeten photoempfindlichen Materials hat. Wenn der tatsächlich benutzte Wellenlängenbereich jedoch nur ein enger Bereich ist, beispielsweise der Bereich von a bis b in Fig. 17, dann kann der Transmissionsfaktor im Punkt a in Fig. 17 so ausgelegt werden, daß er 100 % ist. Durch eine solche Auslegung wird die Korrektur in geeigneter Weise möglich, ohne daß dem Halbleiterlaserelement mehr Last als nötig aufgebürdet wird.

Ein solcher Filter kann als optischer Absorptionsfilter aufgebaut werden. Im Handel erhältliche Filter sind jedoch in ihrer Vielfalt beschränkt. Deshalb kann die gewünschte Transmissionsfaktor-Verteilung in manchen OQ Fällen nicht erhalten werden.

In diesen Fällen kann der Filter durch die Verwendung eines dielektrischen Vielschicht-Films frei gewählt werden. Beispielsweise kann ein Filter, der 2^ die erforderliche Empfindlichkeitskurve des photoempfindlichen Materials zeigt, durch ein Material aufgebaut werden, das Magnesiumfluorid (MgF„) und Zirkondioxid

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₂) aufweist, die alternierend zu einer optischen Filmdicke nd (n: Brechungsindex, d: Filmdicke) 235,8 nm in einer Vielfachschicht mit BK₇ als Grundlage aufgedampft sind. Um ein Beispiel zu geben, ein Filter, der zu der iriFig. 17 gezeigten Empfindlichkeitskurve 318 des photoempfindlichen Materials paßt, könnte durch abwechselndes Aufbringen von sieben Schichten aus ZrO^ (n = 2,07) und MgF₂ (n = 1,38) auf einem Glassubstrat BK₇ und abschließendes Aufbringen einer weiteren Schicht aus ZrOp durch Aufdampfen hergestellt werden.

Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Filter 316-1 und ein Photodetektor 315-1 geneigt so angeordnet sind, daß sie nicht senkrecht zu dem Rückstrahl· 311b sind, um zu verhindern, daß Licht zu dem Laser zurückrefiektiert wird. Diese Maßnahme wird getroffen, da in Rechnung gestellt wird, daß, wenn Licht zu dem Laserelement zurückreflektiert wird, dessen Charakteristik aufgrund des wohlbekannten Selbstkoppelungs-Phänomens instabil wird.

In Fig. 18 sind Teile, die denen in Fig. 15 und 16 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei zur Unterscheidung "-1" hinzugefügt wurde.

Wenn die photoempfindliche Charakteristik des photoempfindlichen Materials irregulär wird oder wenn es gewünscht ist, einen genauen Korrektureffekt zu erzielen, ist es zunächst notwendig, den Filter 316 auszuwechseln. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel jedoch wird diese Korrektur dadurch mögiich, daß der Filter mit einem Justiermechanismus versehen wird.

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^ 32 - DEL O4r3

Fig. 19 zeigt dieses Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein Filter 316-2 und ein Photodetektor 315-2 auf einem drehbaren Haltete!! 322 angeordnet. Der Einfallswinkel des Rückstrahls auf den Photodetektor 315-2 kann durch eine Justierschraube 320 geändert werden.

In Fig. 19 sind Teile, die denen in Fig. 15 und 16 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

]0 Im- allgemeinen ändert sich die Transmissionsfaktorkurve eines optischen Filters und eines dielektrischen Filters mehr oder weniger,· wenn der Einfallswinkel des auf diesen Filter einfallenden Lichtstrahls geändert wird. Dies rührt daher, daß die Länge des optischen Weges auf dem Weg durch den Filter durch den Einfallswinkel geändert wird. Wenn der Filter entsprechend der Unregelmäßigkeit des photoempfindlichen Materials gewählt wird, ist es dementsprechend nur erforderlich, den Winkel des Filters in bezug auf den Rückstrahl· zu ändern. Es ist somit nicht notwendig, eine Vielzahl von Filtern herzustellen; trotzdem ist eine hochgenaue Lichtmengenregelung mit nur einer Filterart möglich.

Fig. 20 zeigt die Lichtquelle, die in ein TO-Gehäuse 321 eingeschmolzen und eingeschlossen ist. Ein Justiermechanismus, der die zuvor beschriebene Justierschraube 320 aufweist, ist von außen zu bedienen.

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Lichtmengenregelung aufgrund der Wellenlängenverschiebung des Halbleiterlaser mit sehr hoher Genauigkeit durch Anordnen des Filters vor dem Photodetektor durchgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Lichtmenge des Rückstrahles gemessen. Natürlich ist es auch, wie schon früher beschrieben, möglich, den optischen Filter in dem von dem Frontstrahl beleuchteten Abschnitt anzuordnen. Dies rührt daher, daß die Beziehung zwischen

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der Lichtmenge des Frontstrahles und der des Rückstrahles linear ist. Jedoch hat die Anordnung im Bereich des Rückstrahles den Vorzug, daß dieser ständig gemessen werden kann.

Wie vorstehend in Verbindung mit einigen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist es erfindungsgemäß immer möglich, ein gutes Bild sogar dann zu erhalten, wenn sich die Temperatur des Halbleiterlaser-

IQ elementes aufgrund von Umwelteinflüssen oder aufgrund von Selbstaufheizung des Halbleiterlaserelementes ändert. Natürlich kann der Lichtmengendetektor auch eine Veränderung in der Lichtmenge eines gewöhnlichen Halbleiterlaserelementes messen, die nicht von einer Temperaturänderung begleitet ist. Deshalb erreicht immer eine notwendige und hinreichende Lichtmenge das photoempfindliche Material.

Im folgenden soll ein Beispiel für ein Bildaufzeichnungsgerät beschrieben werden, bei dem der vorstehend beschriebene Halbleiterlaser geeignet verwendet wird. Das Laser-Aufzeichnungsgerät wird in Verbindung mit Fig. 21 beschrieben. Eine das elektrophotographisehe. Verfahren verwendende Aufzeichnungseinheit 401 weist eine photoempfindliche Trommel 402, eine Entwicklungseinrichtung 403, eine Wärme-Fixiereinrichtung 404, einen Lader 405, einen Papierführungsmechanismus 406 υμά Aufzeichnungspapier 406a auf. Ein elektrisches latentes Bild, das auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 402 durch das herkömmliche elektrophotographische Verfahren aufgrund des Abbildungslichtes gebildet wird, wird in ein sichtbares Bild durch den Lader 405 und die Entwicklungseinrichtung 403 entwickelt. Ferner wird das auf dem latenten Bild basierende Bild auf das Aufzeichnungspapier 406a gedruckt, das durch den Papierführungs-

. 3017503

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] mechanismus 406 zugeführt wird. Die photoempfindliche

Trommel 402 besteht aus dreischichtigem photoempfindlichen Material, wie es in den US-PSen 4 071 361 und 3 666 beschrieben ist, und zeigt die in den Fig. 3, "5 oder c 17 gezeigte Charakteristik. Ihre photoempfindliche Schicht ist dadurch sensibilisiert, daß CdS mit einer Verunreinigung wie beispielsweise Kupfer, Chlor oder etwas ähnlichem dotiert worden ist, damit sie über einen weiten Wellenlängenbereich verwendet werden kann. Statt •jQ dessen· kann auch mit Te dotiertes Se verwendet werden. Verschiedene optische Elemente und eine ■Optikmontierplatte 407, auf der diese optischen Elemente angebracht sind, sind in der Aufzeichnungseinheit enthalten. Auf der Optikmontierplatte 407 ist eine Laserversorgungseinheit 409 angeordnet., die eine Halbleiterlagereinrichtung versorgt, die ein Halbleiterlaserelement enthält, das die Lichtquelle ist* die den Bildinformationsstrahl für die photo empfindliche. Trommel 4Ό2 liefert. Ferner sind auf .der Optikmontierplatte 407 eine Kollimatorlinse 410, die den sich nach dem Austritt aus dem Laserelement expandierenden Strahl kollimiert, ein Spiegel 411, der den Lichtstrahl nach dem Durchtritt durch die Kollimatorlinse 410 umlenkt, eine'stfahlaufweitungslinse "412, die den Durchmesser des" von dem Spiegel 41V reflektierten . Strahl aufweitet, ein Oälvänometer-Abtastspiegel 413, durch den die photoempfindliche Trommel 402 durch den". Strahl abgetastet wird, eine Äbbildungslinse 414, die · den Abtastlichtstrahl nach dem Abtastspiegel'413 auf die

. . Oberfläche der photqempfindlichen Trommel· abbildet, ein Strahlpiositionsbes.timmungsspiegel 415/'der den aus der Ab'blldungsiinse: 4T4austretenden''Abtaststrahl reflektiert, und.eine Strahipdsxtionsbestimmungseinridhtüng 416 angeordnet, die. den von' dem Spiegel 415 reflektierten Lichtstrahl mißt und ein Zeilenänfangssignal erzeugt^ In einem darunterliegenden Gehäuse 417 ist eine . SpannungsvQrsörgungseinheit 4t8,. eine 'Fblgesteuerschai-

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tung 419 und eine Bildsignalsteuerschaltung 420 enthalten. Auf der Oberfläche der Optikmontierplatte 407 ist eine Platte 421 mit einer Montieröffnung für die Strahlaufweitungslinse 4T2, eine Platte 422 mit einer Montieröffnung für die Abbildungslinse und eine Platte 423 angebracht, die eine in der optischen Achse liegende Öffnung hat und mit einem Photodetektor 423a auf der Rückseite der öffnung versehen ist, die mechanisch so ausgerichtet und angebracht sind, daß die Mittelpunkte der öffnungen optisch auf einer geraden Linie liegen.

Eine Scheibe 42 4 mit einer in der optischen Achse liegenden öffnung ist abnehmbar ; an dem vorderen Ende der Strahlaufweitungslxnse 412 so angebracht, daß der Mittelpunkt dieser Öffnung koinzident mit der optischen Achse der Strahlaufweitungslxnse 412 Ist. Ein fluoreszierendes Material, das durch Licht im Wellenlängenbereich von 800 bis 900 nm angeregt wird, sichtbares Licht emittieren, ist an den gesamten Umfangsflächen der Öffnungen in der Platte 423 und der Scheibe 424 angebracht.

Durch Entfernen des Galvanometer-Abtastspiegels 413 und durch Projizieren des aus der Strahlaufweitungslinse 412 austretenden Bildes des Laserstrahls auf die Oberfläche des an der Platte 423 angebrachten fluoreszierenden Materials kann die Position des Laeerstrahlbildes beobachtet werden. Die Richtung des Laserstrahls

kann parallel zu der optischen Achse der Strahlaufor) ^ov weitungslinse 412 dadurch gemacht werden, daß die

reflektierende Fläche des Spiegels 411 geschwenkt wird. Geht der gesamte Laserstrahl durch die Öffnungen in der Platte 423 und der Scheibe 424 aufgrund der vorstehend beschriebenen Justiermaßnahmen des optischen Weges _r ^OvJ so wird als Ergebnis hiervon das Ausgangssignal des. auf der Platte 423 angeordneten Photödetektors 423a maximal. Kennt man das Ausgangssignal des Photodetektors

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321a, so kann, überprüft werden, ob der optische Weg richtig eingestellt ist. Auf der Oberfläche der Optikmontierplatte 407 ist zwischen der Abbildungslinse 414 und der photoempfindlichen Trommel 402 eine Platte 425 mit einem Schlitz, durch den der Abtaststrahl durchgeht, derart mechanisch angeordnet und befestigt, daß der Mittelpunkt der kürzeren Seite des Schlitzes mit dem Mittelpunkt der Abtastebene der AbbiLdungslinse 414 zusammenfällt. Das zuvor erwähnte fluoreszierende· TO Material ist um diesen Schlitz herum angeordnet. Durch die Lichtemission des fluoreszierenden Materials auf der Platte 425 kann die Position des Abtaststrahles auf der Platte 425 bestimmt werden.

Im folgenden soll in Verbindung mit Fig. 22 beschrieben werden, wie das vorliegende Gerät eine Figuren- oder Zeicheninformation von einem Computer empfängt und die gewünschte Hartkopie herstellt. Die von einem Computer 501 kommende Information wird in einem bestimmten Format direkt oder nach Aufzeichnung auf einem Magnetband oder einer Magnetplatte an eine Schnittstelle 502 des Gerätes gelegt. Die verschiedenen Befehle des Computers werden von einer Befehls-Ausführungseinheit 504 decodiert und ausgeführt. Die Daten werden in einem Datenspeicher 503 in einer bestimmten Menge gespeichert. Im. Fall von Zeichen-Aufzeichnung liegen die Daten in binärcod-ierter Form vor. Tm Fall von Figuren-Aufzeichnung haben die Daten die Form einer Einheit, die das- Bild der Figur aufbaut oder die Daten

30^ liegen in Form von Zeilen vor, die die Figur bilden (sog. "Vektor-Daten"Ϊ. Diese Betriebsweisen werden vor den Daten ausgewählt. Die Befehls-Ausführungseinheit 504" steuert den Datenspeicher 503 und einen Zeilen-Datengenerator 506 so, daß sie die Daten entsprechend

35- der ausgewählten Betriebsweise verarbeiten. Der Zeilen-Datengenerator 506 erzeugt Enddaten entsprechend einer Abtastzeile.

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] Liegen die Daten im Zeichencode vor, so werden Zeichenmuster aus einem Zeichengenerator 505 ausgelesen; einer Zeile entsprechende Zeichenmuster werden hintereinander gesetzt und zwischengespeichert oder ein einer Zeile c entsprechender Zeichencode zwischengespeichert und Zeichenmustern nacheinander aus dem Zeichengenerator 505 ausgelesen, um hierdurch die Enddaten herzustellen, mit denen das Laserlicht entsprechend einer Abtastzeile moduliert wird. Liegen die Daten als Abbildungsinformation vor,

•in werden die Daten in Abtastzeilen-Daten umgesetzt, um nacheinander die Enddaten herzustellen, mit denen das Laserlicht entsprechend einer Abtastzeile moduliert wird. Die einer Abtastzeile entsprechenden Daten werden entweder an einen ersten Zeilenzwischenspeicher 507 oder an einen ,zweiten Zeilenzwischenspeicher 508 unter Steuerung durch einen Zwischenspeichersteuerschaltkreis 509 gelegt. Jeder der Zeilenzwischenspeicher weist ein Schieberegister oder etwas ähnliches auf, das eine Stellenzahl gleich der Zahl der Bildelemente in einer Abtastzeile hat.

Die Daten des ersten Zeilenzwischenspeichers 507 oder des zweiten Zeilenzwischenspeichers 508 werden nacheinander durch ein einer Abtastzeile entsprechendes Ein-Bitsignal mit dem Strahlnaahweissignal der in Fig. 20 gezeigten St.rahlpositionsbestimmungseinrichtung 416 als Triggersignal ausgelesen und an eine Lasermodulationssteuerschaltung 511 angelegt. Während der Zeit, in der die reflektierende Oberfläche des Abtastspiegels 413 die photoempfindliche Trommel entlang einer Zeile senkrecht zu der Drehrichtung der Trommel abtastet, wird ein Signal 511a' der Lasermodulations-Steuerschaltung 511 an ein Laserelement 500 über eine Laserversorgungs- und Steuerschaltung 516 angelegt, die den Laserspeisestrom · steuert, und ein Helldunkelmuster einer Abtastzeile wird auf die photoempfindliche Trommel 402 aufgebracht. Die Daten werden abwechselnd,

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gesteuert von dem Zwischenspeichersteuerschaltkreis 509, aus dem ersten und dem zweiten Zeilenzwischenspeicher 507 und5O8 ausgelesen. Wenn die Daten aus dem einen Zeilenzwischenspeicher ausgelesen werden, werden währenddessen andere Dasten in den anderen Zeilenzwischenspeicher eingeschrieben. Aufgrund dieses Systems können alle Daten an den Modulator angelegt werden, wenn das Intervall zwischen dem ersten Abtasten und dein folgenden Abtasten für den Abtastspiegel 412 sehr kurz ist, um über'die photo empfindliche Trommel 402 abzutasten.

Während der Zeit, in der eine Zeile abgetastet wird, fährt die photoempfindliche Trommel 402 fort sich mit einer konstanten'Geschwindigkeit zu drehen und bewegt sich um einen bestimmten Abtastzeilenabstand.

Nachdem der Startbefehl· von der Befehls-Ausführungseinheit 504 empfangen worden ist, bewirkt ein Drucker^ steuerschaltkreis 512 zur Steuerung des Druckers 401 , daß der Drucker seinen.Betrieb aufnimmt. Ein Drucker-Fertigsignal· 512a und ein Abtast-Fertigsignal· 513a, das von einem Abtaststeuerschaitkreis 513 zur Steuerung ■ des Abtastspiegels 413 erzeugt worden ist, wird zu der Befehis-Ausführungseinheit 504 zurückgegeben. Wird das Signal· an das Laserel·ement 500 angelegt und die ersten Daten der ersten Seite auf die photoempfindliehe Trommel· 402 geschrieben, so wird einfaches Aufzeichnungspäpier 406a durch den Papierführungsmechanismus 406 zu einer Zeit zugeführt, daß die aufgeschriebenen Daten/auf den Kopfteil der Seite bei der' Biidubertragungsstation übertragen werden. Somit werden die Zeichenoder Figureninformationen des Computers 501 ais Hartkopie auf gewöhniichem Papier ausgegeben.

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Der Rückstrahl RB des Laserelements 500 wird von einer bereits beschriebenen Lichtmengenmeßschaltung an die Laserversorgungs- und -Steuerschaltung 516 angelegt, wodurch die sog. APC-Regelung durchgeführt wird. Im Falle der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem in den Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispiel sind ein Temperaturaufnehmer 521_/beispielsweise ein Thermistor vorgesehen. Im Falle der Hälbleiterlaservorrichtung entsprechend der in den Fig. 15- bis 20 g-e-]Q zeigten Ausführungsbeispiele ist ein optisches Filter 5 22, das die bereits beschriebene spektrale Empfindlichkeitscharakteristik des photoempfindlichen Materials aufweist, zwischen dem Laserelement 500 und der Lichtmengenmeßschaltung 5 20 angeordnet.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß eine Halbleiterlaservorrichtung geschaffen worden, bei der der Rückstrahl nicht mit dem Frontstrahl gemischt wird, und bei der zudem eine hochgenaue Regelung des Ausgangsstrahls möglich ist. Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung möglich, eine Veränderung der Empfindlichkeit des photoempfindlichen Materials zu kompensieren, die von einer Verschiebung der Wellenlänge aufgrund einer Temperaturänderung herrührt. Erfindungsgemäß wurde ferner ein Bildaufzeichnungsgerät geschaffen, das diese Halbleiterlaservorrichtung verwendet. Dieses Gerät kann mit geringen Kosten bei einem einfachen Aufbau realisiert werden., so daß die vorliegende Erfindung in der Praxis einen hohen Nutzen hat.

Claims

10 Patentansprüche

Halbleiterlaservorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleiterlaserelement (113; 201; 311; 500) und durch einen Lichtempfänger (124; 133;' 205; 315; 520) zum Messen der Strahlintensität des Halbleiterlaserelementes, wobei der Lichtempfänger geneigt zu der den Strahl aussendenden Fläche des Halbleiterlasereletnentes eingebaut ist.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (124; 133; 205; 520) die Strahlintensität des Rückstrahles (116; L2; 311b; RB) des Halbleiterlaserelementes mißt.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Lichternpfängers, der die maximale Strahlintensität empfängt, weiter entfernt von der strahlaussendenden Fläche als die anderen Abschnitte des Lichtempfängers eingebaut

30 ist.

4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regeleinrichtung aufweist, die die Intensität des Ausgangsstrahles des Laserelementes auf der Grundlage des Meß-Ausgangssi-

Mü/rs

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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gnals des Lichtempfängers mißt.

5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Lichtempfängern (124, 133), von denen jeder symmetrisch in bezug auf die Normale der strahlaussendenden Fläche angeordnet ist. · .

6. Halbleiterlaservorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleiterlaserelement (201), einen Lichtempfänger (205) zum Messen der Intensität des Ausgangsstrahls des Halbleiterlaserelements, einen Temperaturaufnehmer zum Messen der Temperatur nahe dem Halbleiterlaserelement, und durch eine Regeleinrichtung (203, bis 209) zum Regeln der Intensität des Ausgangsstrahles des Halbleiterlaserelements mittels des Ausgangssignals des Temperaturaufnehmers und des Ausgangssignales des Lichtempfängers.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach,,Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger die Strahlintensität des Rückstrahles des Halbleiterlaserelements mißt.

8. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Träger (202) aufweist, der das Halbleiterlaserelement trägt, und an dem der Temperaturaufnehrner angebracht ist.

9. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturaufnehmer (203) an dem Träger (202) mittels einer wärmeleitenden Substanz (204) angebracht ist.

10. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturaufnehmer (203) ein Thermistor ist, dessen Widerstandswert sich entsprechend der Temperaturänderung ändert.

11. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festwiderstand (206) in Serie mit dem Thermistor (203) geschaltet ist und eine willkürliche Konstante B des Thermistors durch Auswahl des Widerstandswertes des Festwiderstandes erhältlich ist.

12. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß-Ausgangsspannung des Lichtempfängers (205) an den verbundenen Festwiderstand und den Thermistor angelegt ist.

13. Bildaufzeichnungsgerät, gekennzeichnet durch ein Halbleiterlaserelement (408; 500), ein photoempfindliches Material (402), das das Ausgangslicht des HaIbleiterlaserelements empfängt, eine Einrichtung, die entsprechend dem Ausgangslicht ein elektrostatisches latentes Bild auf dem photoempfindlichen Material bildet, und ' eine Kompensiereinrichtung, die eine Änderung der Empfindlichkeit des photoempfindlichen Materials kompensiert, die durch eine Verschiebung der Ausgangswellenlänge aufgrund einer Temperaturänderung des Halbleiterlaserelements entsteht.

14. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 13, da- ^ou durch gekennzeichnet, daß die Kompensiereinrichtung

einen Lichtempfänger, der die Intensität des Ausgangsstrahls des Halbleiterlaserelements mißt, und ein optisches Filter aufweist das vor dem Lichtempfänger angeordnet ist.
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15 . Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter eine Transmissionsfaktor-Verteilung hat, die der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des photoempfindlichen Materials entspricht.

16. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger die Intensität des Rückstrahles des Halbleiterlaserelementes mißt, und daß der Frontstrahl des Halbleiterlaserelementes auf das photoempfindliche Material projizierbar ist.

17. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 16, da— durch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger geneigt in bezug, auf die strahlaussendende Oberfläche des Halbleiterlaserelements angeordnet ist.

18. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter einen dielektrischen Vielschicht-Film auf einem Substrat aufweist.

19. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 18, da-

durch gekennzeichnet, daß der dielektrische Vielschicht-Film abwechselnd Zirkondioxid- und Magnesiumfluoridschichten aufweist.

20. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 14 oder

15, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Justiermechanismus aufweist, durch den ein willkürlicher Winkel des optischen Filters in bezug auf die Austrittsrichtung des Lichtstrahles einstellbar ist.

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21. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensiereinrichtung einen Ternperaturaufnehmer und einen Regelschaltkreis zur Regelung des durch das Halbleiterlaserelement fließenden Stromes entsprechend der Ternperaturänderung aufweist.

22. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Meßeinrichtung zum Messen der Intensität des Lichtes des Halbleiterlaserelementes aufweist, wobei der Regelschaltkreis den durch das Halbleiterlaserelernent fließenden Strom aufgrund der Ausgangssignale sowohl der Meßeinrichtung als auch des Temperaturaufnehmers regelt.

23. Bildaufzeichnungsgerät, gekennzeichnet durch ein photoempfindliches Material (402), eine Ladeeinrichtung (405) zürn gleichförmigen Laden des photoempfindlichen Materials, ein Halbleiterlaserelement (408), eine Moduliereinrichtung, die die Leistung des Ausgangsstrahls des Halbleiterlaserelementes moduliert, eine Ablenkeinrichtung, die den Ausgangsstrahl ablenkt, um ein latentes Bild auf dem photoempfindlichen Material mittels des durch die Moduliereinrichtung modulierten

■^5 Strahles zu entwerfen, eine Meßeinrichtung zum Messen der Intensität des Ausgangsstrahles, eine Regeleinrichtung, die den Strom durch das Halbleiterlaserelement entsprechend dem Meß-Ausgangssignal der Meßeinrichtung

regelt, und durch eine Kompensiereinrichtung, die eine on
^ou Änderung der Empfindlichkeit des photoempfindlichen Materials aufgrund einer Verschiebung der Ausgangswellenlänge des Halbleiterlaserelenientes aufgrund einer Ternperaturänderung kompensiert.

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24. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 23, dadurch- gekennzeichnet , daß es eine Entwicklungseinrichtung (403) zum Entwickeln des latenten Bildes in ein
sichtbares Bild aufweist.

25. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das photoempfindliche Material aus CdS gebildet ist.

26. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das photoempfindliche Material durch Mischen von Verunreinigungen mit CdS sensibilisiert ist.

27. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das photoempfindliche Material ein photoempfindliches Dreischicht-Material ist, das von der Oberfläche gesehen eine isolierende
Schicht, eine photoleitende Schicht und eine elektrisch leitende Schicht aufweist.

28. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht aus Cadmiumsulfid und Verunreinigungen gebildet ist.

29. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellenlänge des Laserstrahls im nahen Infrarotbereich liegt.

30. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensiereinrichtung ein optisches Filter ist, das zwischen der Meßeinrichtung und dem Halbleiterlaserlement angebracht ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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31. I-Ialbleiterlaserelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmissionsfaktor-Verteilung des optischen Filters im nahen Infrarotbereich der Enipfindlichkeitsverteilung des photoempfindlichen Materials in diesem Bereich entspricht.

32. Bildaufzeichnungsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensiereinrichtung einen Temperaturaufnehmer zum Messen der Temperatur des Halbleiterlaserelements und einen Regelschaltkreis zum Verändern des durch das Halbleiterlaserelernent fließenden Stromes entsprechend dem Meß-Ausgangssignal des Temperaturaufnehmers aufweist.

ORIGINAL INSPECTED