DE3590327C2

DE3590327C2 - Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers in einer optischen Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE3590327C2
Application number: DE19853590327
Authority: DE
Inventors: Satoru Tomita; Susumu Imakawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-07-05
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2005-07-05
Also published as: US4834477A; WO1986000719A1; DE3590327T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers in einer optischen Abtasteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es gibt optische Abtasteinrichtungen, in welchen ein Bild durch Abtastung mit einem Laserstrahl aufgezeichnet oder gelesen werden kann. Als eine solcher optischen Abtasteinrichtungen ist eine Einrichtung vorgeschlagen worden, die einen Halbleiterlaser als Lichtquelle und einen holographischen Abtaster für die Ablenkung eines von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls verwendet, siehe beispielsweise die US-PS 43 48 080.

Die optische Abtasteinrichtung der o. g. Art und die von der vorliegenden Erfindung gelösten Probleme sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Bildaufzeichnungseinrichtung, die eine optische Abtasteinrichtung verwendet, in der ein von einem Halbleiterlaser abgegebener Laserstrahl von einem holographischen Abtaster abgelenkt wird.

Die Bildaufzeichnungseinrichtung enthält einen Halbleiterlaser 10, eine Kollimatorlinse 12, eine zylindrische Linse 14, ebene Spiegel 16, 18, 22, einen holographischen Abtaster 20, eine fR-Linse 24, ebene Spiegel 26, 28, eine zylindrische Linse 30, einen photoleitfähigen, photoempfindlichen Träger 32 und Lichtdetektoren 34, 36.

Die vorliegende Erfindung ist in einer Bildaufzeichnungseinrichtung nach Fig. 1 verkörpert. Eine Einrichtung, die ähnlich der nach Fig. 1 ist, bei der jedoch der Lichtdetektor 36 nicht vorhanden ist, weist jene Probleme auf, die von der vorliegenden Erfindung gelöst werden sollen. Soweit diese Probleme daher angesprochen sind, wird die Anwesenheit des Lichtdetektors 36 in Fig. 1 vernachlässigt.

Der holographische Abtaster 20 enthält eine Hologrammscheibe 20A und einen Motor 20B. Die Hologrammscheibe 20A ist an der Welle des Motors 20B befestigt und von diesem in Richtung des Pfeiles in Drehung versetzt.

Eine Mehrzahl identisch gestalteter Streugitter sind in einem ringförmigen Muster auf der Oberfläche einer kreisförmigen, transparenten Grundplatte der Hologrammscheibe 20A angeordnet.

Die Streugitter sind lineare Streugitter und einander optisch äquivalent, wobei die Streugitterelemente 200 als Hologramme ausgebildet sind. Die Ausdrücke "Hologrammscheibe" und "holographischer Abtaster" sind von der Tatsache abgeleitet, daß die Streugitterelemente 200 als Hologramme ausgebildet sind.

Ein von dem Halbleiterlaser 10 ausgehender Laserstrahl wird durch die Kollimatorlinse 12 in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt, das durch die zylindrische Linse 14 fällt und durch die ebenen Spiegel 16, 18 reflektiert wird, um auf die Streugitterelemente 200 der Hologrammscheibe 20A zu fallen und dadurch einen Streustrahl zu erzeugen. Da die Hologrammscheibe 20A rotiert, wird der Streustrahl abgelenkt, da die Richtung eines jeden Streugitterelements 200 sich in bezug auf den einfallenden Laserstrahl ändert. Der abgelenkte Streustrahl wird als "abgelenkter Laserstrahl" bezeichnet.

Der Streustrahl wird dann durch den ebenen Spiegel 22, die fR-Linse 24, die ebenen Spiegel 26, 28 und die zylindrische Linse 30 auf den photoempfindlichen Träger 32 geleitet, der als Band ausgebildet ist. Der Streustrahl wird auf den photoempfindlichen Träger 32 durch die Fokussierungswirkung der fR-Linse 24 und die zylindrischen Linsen 14, 30 zu einem Punkt fokussiert. Bei Drehung der Hologrammscheibe 20A wird der auf dem photoempfindlichen Träger 32 von dem abgelenkten Laserstrahl ausgebildete Punkt linear verschoben. Dieser Punkt wird zyklisch verschoben, so daß er einen optischen Abstastvorgang jedesmal dann wiederholt, wenn der Laserstrahl auf ein anderes Streugitterelement fällt. Bei seinem Lauf über den photoempfindlichen Träger folgt der Lichtpunkt einem geradlinigen Weg 38, der nachfolgend als Hauptabtastzeile bezeichnet wird. Eine Richtung senkrecht zur Hauptabtastzeile auf dem photoempfindlichen Träger 32 wird nachfolgend als Hilfsabtastrichtung bezeichnet.

Der photoempfindliche Träger 32 wird kontinuierlich bewegt. Nachdem die Umfangsfläche des photoempfindlichen Trägers 32 gleichförmig aufgeladen worden ist, gelangt sie in eine optische Abtastzone, in welcher sie von dem abgelenkten Laserstrahl abgetastet wird. Wenn die Intensität des von dem Halbleiterlaser 10 abgegebenen Laserstrahls durch ein Bildsignal, das ein aufzuzeichnendes Bild darstellt, verändert wird, dann wird ein elektrostatisches Latenzbild entsprechend dem aufzuzeichnenden Bild auf dem photoempfindlichen Träger 32 ausgebildet. Durch Entwickeln wird das elektrostatische Latenzbild in ein sichtbares Bild umgewandelt, das anschließend auf einen Aufzeichnungsträger, beispielsweise Papier, übertragen und auf diesem fixiert wird, so daß man das gewünschte aufgezeichnete Bild erhält.

Vorangehend ist in groben Umrissen der optische Abtastvorgang beschrieben worden.

Der Lichtdetektor 34 wird dazu verwendet, den Laserstrahl, unmittelbar bevor er den photoempfindlichen Träger 32 abtastet, zu detektieren, um die Startpunkte von nachfolgenden Abtastzyklen auszurichten.

Es ist bekannt, daß der von einem Halbleiterlaser abgegebene Laserstrahl sich ändert, wenn die Temperatur des Halbleiterlasers sich ändert.

In der optischen Abtasteinrichtung jener Art, bei der der von dem Halbleiterlaser abgegebene Laserstrahl von dem holographischen Abtaster abgelenkt wird, zeigt eine Veränderung des Streuwinkels des von den Streugittern abgegebenen Streustrahls, wenn die Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls sich ändert. Daher wird die optische Abtastzone, d. h. die Lage der Hauptabtastzeile in die Hilfsabtastrichtung versetzt, so daß eine ordnungsgemäße optische Abtastung nicht ausgeführt werden kann.

Die Temperatur des Halbleiterlasers ändert sich mit der Temperatur der umgebenden Atmosphäre, der von dem durch den Halbleiterlaser fließenden Strom hervorgerufenen Jouleschen Wärme usw. Um die Wellenlänge des Laserstrahls zu stabilisieren, muß die Temperatur des Halbleiterlasers geregelt werden. Es ist jedoch schwierig, die Temperatur des Halbleiterlasers direkt zu regeln, da der Halbleiterlaser selbst sehr klein ist. Es ist daher üblich geworden, die Temperatur des Halbleiterlasers indirekt zu regeln, indem man die Temperatur eines Halters regelt, der den Halbleiterlaser trägt (vgl. US-PS 43 38 577).

Der Halbleiterlaser wird gewöhnlich in einem Temperaturbereich zwischen 20° und 50°C betrieben. In einem solchen Temperaturbereich hängt die Wellenlänge des Laserstrahls von der Temperatur im allgemeinen entsprechend der in Fig. 2 dargestellten stufenförmigen Kurve 3-1 ab. Die stufenförmige Kurve 3-1 wird als eine charakteristische Kurve bezeichnet, die das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Wellenlänge angibt. Die Gestalt der charakteristischen Kurve hängt vom jeweiligen Halbleiterlaser ab und ändert sich von Halbleiterlaser zu Halbleiterlaser. Sie hat jedoch im allgemeinen einen stufenförmigen Verlauf. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, enthält die charakteristische Kurve Bereiche A, B und C, in denen sich die Wellenlänge stetig mit der Temperatur ändert. Diese Bereiche werden als Sockelbereiche bezeichnet, und die zwischen den Sockelbereichen liegenden Bereiche werden als Stufenbereiche bezeichnet, in denen die Wellenlängenwerte springen. In Wirklichkeit enthält jeder der Sockelbereiche mehr oder weniger Unregelmäßigkeiten, solche Unregelmäßigkeiten sind jedoch vernachlässigbar, da sie den optischen Abtastbetrieb nicht stören. Die Breite eines jeden Sockelbereiches, d. h. das Integral zwischen einem Stufenbereich und einem benachbarten Stufenbereich, ist normalerweise äquivalent wenigen Temperaturgraden. Wenn angenommen die Temperaturbreite des Sockelbereiches B, d. h. die Temperaturdifferenz (T_U-T_L) gleich 5°C ist und eine vorgegebene Temperatur T₀ in der Mitte zwischen diesen Temperaturen T_U und T_L gewählt ist, dann kann die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls tatsächlich auf einen konstanten Wert geregelt werden, indem die Temperatur des Halbleiterlaserhalters in die Nähe der vorgegebenen Temperatur T₀, d. h. in den Bereich von T₀±1°C regelt.

Selbst wenn die Temperatur des Halbleiterlasers zwischen T_L und T_U schwankt, ändert sich die Wellenlänge des Laserstrahls nur in einem kleinen Intervall von λ_U- λ_L. Anders gesagt, solange die Temperatur des Halbleiterlasers sich innerhalb eines Sockelabschnitts ändert, bereitet die Veränderung der Hauptabtastzeile kein wirkliches Problem.

Wenn die Temperatur des Halbleiterlasers sich jedoch über T_L und T_U hinaus ändert, dann ändert sich die Wellenlänge des Laserstrahls abrupt um ein großes Ausmaß von (λ₂-λ_U) oder (λ_L-λ₁). Wenn eine solche Wellenlängenänderung auftritt, läßt sich keine geeignete optische Abtastung mehr ausführen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf den folgenden Problemen:

Solange die Temperatur des Halbleiterlaserhalters so geregelt wird, daß sie dicht an der vorgegebenen Temperatur T₀ ist, macht der optische Abtastbetrieb keine Schwierigkeiten, die aus Temperaturänderungen des Halbleiterlasers resultieren könnten. Dies basiert jedoch auf der Voraussetzung, daß die charakteristische Kurve zeitlich unverändert bleibt.

In der Praxis bleibt jedoch die charakteristische Kurve mit der Zeit nicht unverändert, sondern sie ändert sich aufgrund von Ermüdung des Halbleiterlasers. Diese zeitabhängige Veränderung verläuft in zwei Mustern. Beim ersten Muster wird die charakteristische Kurve als Ganzes gegen die Seite niedrigerer Temperatur längs der Sockelabschnitte verschoben, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 (I) eingezeichnet ist. Im zweiten Muster wird die charakteristische Kurve als Ganzes gegen die Seite höherer Temperatur längs der Sockelbereiche verschoben, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 (II) dargestellt ist.

Die zeitabhängige Änderung der charakteristischen Kurve ist von Halbleiterlaser zu Halbleiterlaser verschieden. Bei manchen Halbleiterlasern verschiebt sich deren charakteristische Kurve zur Seite höherer oder niedrigerer Temperatur. Bei anderen Halbleiterlasern ändert sich die Richtung, in der die charakteristische Kurve verschoben wird, mit der Zeit.

Wo die vorgegebene Temperatur für die Temperaturregelung gleich T₀ ist, wie in Fig. 3 (I), gibt es kein Problem, solange der Halbleiterlaser keiner Alterung unterworfen ist, und die charakteristische Kurve verläuft so, wie durch die ausgezogene Linie 3-1 angegeben. Wenn jedoch die charakterstische Kurve sich mit der Zeit gegen die gestrichelte Linie 4-1 ändert, dann wird dadurch bewirkt, daß die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls sich um ein großes Ausmaß ändert, selbst wenn die Temperatur des Halbleiterlasers gleich T₀ ist. Dies gilt auch, wenn sich die charakteristische Kurve mit der Zeit gegen die gestrichelte Linie 4-2 in Fig. 3 (II) ändert.

Sobald sich die charakteristische Kurve mit der Zeit, wie beschrieben, geändert hat, ist die Temperaturregelung, die üblicherweise stattgefunden hat, nicht länger wirksam.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers in einer optischen Abtasteinrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, welches in der Lage ist, zeitabhängigen Änderungen der charakteristischen Kurve des Halbleiterlasers Rechnung zu tragen. Es soll dabei insbesondere möglich sein, das Temperaturregelverfahren über eine verlängerte Zeitdauer auszuführen, wobei die Temperaturregelung zuverlässig bleiben soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Weitere Lösungsvorschläge nach der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer optischen Abtasteinrichtung in zwei Ausführungsarten, wobei die optische Abtasteinrichtung Bestandteil eines Bildaufzeichnungsgerätes ist,

Fig. 2 und 3 die Diagramme zur Erläuterung der charakteristischen Kurve eines Halbleiterlasers, die die Veränderung der Wellenlänge mit der Zeit zeigen,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltkreisanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Schaltkreisanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 und 7 Darstellungen zur Erläuterung eines Strahlpositionsdetektors, der in der Schaltung verwendet wird, und

Fig. 8 und 9 Blockschaltbilder zur Erläuterung der Temperaturregelungseinrichtung.

Die Erfindung ist in einer Einrichtung gemäß Fig. 1 realisiert.

Der Lichtdetektor 36, der in der vorangegangenen Beschreibung der bei den bekannten Einrichtungen vorhandenen Probleme unterdrückt worden ist, wird nun als eine Komponente, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, hervorgehoben.

Es sind zwei Lichtdetektoren 34, 36 außerhalb des Bereiches angeordnet, der von dem abgelenkten Laserstrahl abgetastet wird. Die beiden Lichtdetektoren sind derart außerhalb dieses Bereiches angeordnet, daß sie zwar vom abgelenkten Laserstrahl noch erfaßt werden, jedoch den optischen Abtastvorgang nicht stören.

Die beiden Lichtdetektoren ermitteln nacheinander den abgelenkten Laserstrahl jedesmal dann, wenn er über sie abgelenkt wird. Die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtdetektoren wird ermittelt und wenn diese ermittelte Zeitdifferenz außerhalb eines vorgegebenen Bereiches fällt, wird die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung um ein gewisses Maß verschoben und neu eingestellt.

Wenn, wie oben beschrieben, sich die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls verändert, dann ändert sich auch der Streuwinkel des Streustrahles. Wenn sich der Streuwinkel ändert, dann wird auch die Geschwindigkeit, mit der der abgelenkte Laserstrahl die Abtastung ausführt, verändert. Wenn daher der abgelenkte Laserstrahl nacheinander von den beiden Lichtdetektoren detektiert wird, dann zeigt sich eine Veränderung der Zeitdifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der Lichtdetektoren. Die Zeitdifferenz hängt daher von der Änderung der Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls ab. Die Änderung in der Wellenform des Laserstrahls vom Halbleiterlaser wird aus der Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtdetektoren für die Temperaturregelung des Halbleiterlasers ermittelt.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein spezielleres Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die charakteristische Kurve eines Halbleiterlasers kann im voraus ermittelt werden. Obgleich die charakteristische Kurve sich mit der Zeit ändert, darf man doch davon ausgehen, daß ihre Gestalt im wesentlichen unverändert bleibt.

Es sei angenommen, daß die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers 10 den durch die Linie 3-1 in den Fig. 2 und 3 dargestellten Verlauf hat, wenn der Halbleiterlaser 10 noch nicht ermüdet ist. Es sei auch angenommen, daß, wenn der Halbleiterlaser noch nicht ermüdet ist, die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung gleich T₀ ist und die Wellenlänge des Laserstrahls bei dieser Temperatur gleich λ₀ ist. Der abgelenkte Laserstrahl wird durch die beiden Lichtdetektoren 34, 36 detektiert. Jedesmal, wenn der Laserstrahl abgelenkt wird, fällt der abgelenkte Strahl zunächst auf den Lichtdetektor 34, tastet dann den photoempfindlichen Träger 32 ab und fällt dann auf den Lichtdetektor 36. Bei der Wellenlänge λ₀ wird die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtdetektoren 34, 36 durch τ₀ angegeben.

Es ergeben sich Wellenlänge von λ₀+(λ₂-λ_U) = λ_A und λ₀-(λ_L-λ₁) = λ_B, bei welchen die Zeitdifferenzen zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 34 und 36 mit τ_A und τ_B bezeichnet sind. Da λ_A<λ₀<λ_B und da weiterhin der Streuwinkel größer wird, wenn die Wellenlänge größer wird, und die Zeitdifferenz kleiner wird, wenn der Streuwinkel größer wird, ergibt sich τ_A<τ₀<τ_B.

Die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 34 und 36 wird nun ermittelt. Wenn man in Betracht zieht, daß die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung gleich T₀ ist, wenn die Zeitdifferenz τ_A ermittelt wird, dann ist die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers 10 jene, die durch die Linie 4-1 in Fig. 3 (I) dargestellt ist. Durch Einstellung der Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung auf T₁₀, die von T₀ um eine Temperatur von etwa 1/2 (T_U-T_L) gegen die Seite niedrigerer Temperatur abweicht und durch nachfolgende Temperaturregelung wird die Vorgabetemperatur nun nahe der Mitte des Sockelabschnitts B der charakteristischen Kurve 4-1 des ermüdeten Halbleiterlasers eingestellt, und die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls wird dicht bei λ₁₀ stabilisiert, die nahe der ursprünglichen Wellenlänge λ₀ liegt. In gleicher Weise wird, wenn die Zeitdifferenz τ_B ermittelt wird, die charakteristische Kurve jene, die durch die Linie 4-2 in Fig. 3 (II) dargestellt ist. Die Vorgabetemperatur wird von T₀ um eine gewisse Temperatur gegen die Seite höherer Temperatur verschoben und bei T₂₀ neu eingestellt. Die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls wird nun nahe bei λ₂₀ nahe der ursprünglichen Wellenlänge λ₀ durch die Temperaturregelung stabilisiert.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltkreisanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Halbleiterlaser 10 wird von einem Halter 40 getragen. Die Temperatur des Halters 40 wird durch einen Thermistor 42 ermittelt, der als Temperatursensor dient. Der Halter 40 kann durch ein Peltier-Element 44 erwärmt oder gekühlt werden.

Während der Anfangszeit, in welcher der Halbleiterlaser 10 noch nicht ermüdet ist, wird in einem Komparator 65 ein Wert entsprechend der Temperatur T₀ voreingestellt. Das Ausgangssignal des Thermistors 42 wird dem Komparator 66 zugeführt und von diesem mit dem Vorgabewert verglichen. Ein Ausgangssignal, das ein Maß für die Differenz zwischen den verglichenen Werten ist, wird vom Komparator 66 einem Steuerkreis 68 zugeführt. Der Steuerkreis 68 spricht auf das zugeführte Signal an und regelt den Betrieb des Peltier- Elements 44, um den Halter 40 zu erwärmen oder zu kühlen, so daß das Ausgangssignal vom Thermistor 42 in Übereinstimmung mit dem Vorgabewert im Komparator 66 gebracht wird. Während der Anfangszeit wird daher die Temperatur des Halters 40 so geregelt, daß sie dicht bei der Vorgabetemperatur T₀ liegt, und die Temperatur des Halbleiterlasers 10 wird auf diese Weise indirekt dicht an den Wert T₀ geregelt.

Die Ausgangssignale der Lichtdetektoren 34 und 36 werden in Spannungssignale umgewandelt und verstärkt und dann einem Flip-flop 46 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Flip-flops 46 hängt daher von der Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 34 und 36 ab. Das Ausgangssignal des Flip-flops 46 wird dann einem Zähler 50 zugeführt und durch Taktimpulse von einem Oszillator 48 gemessen. Das Meßergebnis wird durch einen D/A-Wandler 52 in einen Analogwert umgewandelt. Das Analogsignal wird dann durch einen Verstärker 54 verstärkt und Komparatoren 56 und 58 zugeleitet.

Der Komparator 56 gibt eine logische 0 ab, wenn die Zeitdifferenz τ zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 34 und 36 größer als der Vorgabewert τ_B ist, und gibt eine logische 1 ab, wenn die Zeitdifferenz τ kleiner als der Vorgabewert τ_B ist. Der Komparator 58 liefert eine logische 0, wenn die Zeitdifferenz τ kleiner als τ_A ist, und liefert eine logische 1, wenn die Zeitdifferenz τ größer als τ_A ist.

Das Ausgangssignal des Komparators 56 wird einer UND-Schaltung 60 und einer NAND-Schaltung 62 zugeführt, und das Ausgangssignal des Komparators 58 wird der UND-Schaltung 60 und über einen Inverter 61 außerdem der NAND-Schaltung 62 zugeführt.

Wenn τ_A<τ<τ_B, haben die Ausgangssignale der UND- Schaltung 60 und der NAND-Schaltung 62 jeweils die logische Größe 1. Wenn τ<τ_B, dann ist das Ausgangssignal der UND- Schaltung 60 eine logische 0 und das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 62 eine logische 1. Wenn τ<τ_A, dann sind die Ausgangssignale der UND-Schaltung 60 und der NAND- Schaltung 62 jeweils von der logischen Größe 0.

Es werden daher unterschiedliche Signale einem Temperatureinstellkreis 64 zugeführt, wenn τ_A<τ<τ_B bzw. τ<τ_B bzw. τ<τ_A ist.

Wenn τ_A<τ<τ_B, dann hält der Temperatureinstellkreis 64 die Vorgabetemperatur auf dem Vorgabewert im Komparator 66. Wenn τ<τ_B, dann stellt der Temperatureinstellkreis 64 die Vorgabetemperatur im Komparator 66 auf einen Wert entsprechend einer Temperatur ein, die gegen die Seite niedrigerer Temperatur um ein gewisses Maß abweicht, beispielsweise um 1/2 (T_U-T_L). Wenn τ<τ_A, dann stellt der Temperatureinstellkreis 64 die Vorgabetemperatur auf einen Wert entsprechend einer Temperatur ein, die gegen die Seite höherer Temperatur um ein gewisses Maß abweicht.

Die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 35 und 36 wird ermittelt und die Vorgabetemperatur wird entsprechend der ermittelten Zeitdifferenz verändert, wenn kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird, d. h., wenn der Halbleiterlaser erregt wird, der holographische Abtaster im Betrieb ist und die optische Abtastung für die Aufzeichnung oder Auslesung eines Bildes nicht ausgeführt wird.

Der Lichtdetektor 34 in Fig. 1 wirkt doppelt, und zwar außerdem als Synchrondetektor für die Synchronisierung der optischen Abtastzyklen. Die zwei Lichtdetektoren können irgendwo außerhalb der Abtastzone angeordnet sein, solange sie aufeinanderfolgend den abgelenkten Laserstrahl erfassen.

Das Verfahren nach Anspruch 1 kann durch die Einrichtung nach Fig. 1 durchgeführt werden.

Wenn bei dieser Ausführungsform ein Hauptabtastzyklus nicht ausgeführt wird, dann wird die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der zwei Lichtdetektoren ermittelt, während die Temperatur des Halters verändert wird. Die Haltertemperatur wird ermittelt, wenn die ermittelte Zeitdifferenz einen vorgegebenen Wert überschreitet. Eine Temperatur, die von der festgestellten Temperatur um ein gewisses Maß abweicht, wird als Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung eingestellt. Wenn ein Hauptabtastzyklus nicht ausgeführt wird, wird der Halbleiterlaser erregt, der holographische Abtaster wird betätigt und eine optische Abtastung (Hauptabtastzyklus) für die Aufzeichnung oder das Auslesen eines Bildes wird nicht ausgeführt. Genauer gesagt, ein Zeitpunkt, in welchem kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird, liegt zwischen Hauptabtastzyklen oder in einer Bereitschaftsperiode vor einem Hauptabtastzyklus.

Die zwei Lichtdetektoren in der Anordnung nach Fig. 1 sind die Lichtdetektoren 34 bzw. 36. Der abgelenkte Laserstrahl wird durch den Lichtdetektor 34 detektiert, unmittelbar bevor er die Abtastzone überstreicht, und wird dann von dem Lichtdetektor 36 detektiert, nachdem er die Abtastzone überstrichen hat. Das Ausgangssignal vom Lichtdetektor 34 wird dazu verwendet, die optischen Abtastzyklen zu synchronisieren. Der Lichtdetektor 34 in Fig. 1 dient bei dieser Ausführungsform daher dazu, die Temperatur zu regeln und weiterhin die Synchronisierung der optischen Abtastzyklen auszuführen.

Wenn, wie oben beschrieben, die Temperatur des Halbleiterlasers sich ändert und damit die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls verändert, dann wird auch der Streuwinkel des von den Streugitterelementen der Hologrammscheibe gestreuten Strahls verändert. Die Änderung im Streuwinkel führt zu einer Änderung der Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl abgelenkt wird. Eine Änderung der Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren, die an den entsprechenden zwei Positionen in einer Zone angeordnet sind, in der der Laserstrahl abgelenkt wird, entspricht daher einer Änderung der Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Tatsache.

Eine Ausführungsform wird nachfolgend im Detail näher erläutert. Es sei angenommen, daß die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers 10 von Fig. 1 zu dem Zeitpunkt, in welchem der Halbleiterlaser nicht ermüdet ist, der Linie 3-1 in Fig. 2 entspricht. Die charakteristische Kurve ändert sich mit der Zeit. Genau genommen ändert sich die Gestalt der charakteristischen Kurve ebenfalls mit der Zeit. Eine solche Gestaltsänderung der charakteristischen Kurve ist jedoch sehr gering, weshalb die charakteristische Kurve bezüglich ihrer Gestalt bei der Ausführung der Erfindung als unverändert betrachtet werden kann.

Eine Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung wird nun in der Mitte des Sockelbereiches B der charakteristischen Kurve 3-1 eingestellt. Da die Gestalt der charakteristischen Kurve 3-1 über der Zeit im wesentlichen unverändert bleibt, ändert sich auch die Temperaturdifferenz (T_U-T_L) zwischen den Temperaturen T_L und T_U an den Stufenbereichen an den Enden des Sockelabschnitts B nicht, obgleich die Temperaturen T_L und T_U sich selbst mit der Zeit verändern. Die Größe 1/2 (T_U-T_L) wird nachfolgend als ΔT bezeichnet.

Die Temperaturregelung des Halbleiterlasers 10 während eines Hauptabtastzyklus wird wie folgt ausgeführt:

In Fig. 5 wird ein Vergleichswert entsprechend der Vorgabetemperatur, wie beispielsweise einer Temperatur T₀ in einem Komparator 460 eingestellt. Diese Temperatureinstellung wird als Einstellung der Temperatur T₀ für die Temperaturregelung bezeichnet.

Die Temperatur des Halters 40 wird durch den Thermistor 42 ermittelt. Das Ausgangssignal des Thermistors 42 wird dem Komparator 460 zugeführt, in welchem es mit dem Vergleichswert verglichen wird. Der Komparator 460 liefert dann ein Signal, das der Differenz zwischen den verglichenen Signalen entspricht, an einen Steuerkreis 480, der einen Strom beeinflußt, der durch das Peltier-Element 44 fließt. Das Peltier-Element 44 erzeugt oder absorbert Wärme, je nach Größe und Richtung des hindurchfließenden Stromes, um den Halter 40 zu erwärmen oder abzukühlen. Das Peltier-Element 44 wird so geregelt, daß das Ausgangssignal des Thermistors 42 an den Vergleichswert im Komparator 46 angeglichen wird.

Die Temperatur des Halters 40 wird daher so geregelt, daß sie dicht an der Vorgabetemperatur liegt, und daher wird auch die Temperatur des Halbleiterlasers 10 auf diese Größe gebracht.

Wenn die Temperaturregelung durchgeführt wird, während kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird, dann erregt eine CPU 560 einen Zähler 580. Der Zähler 580 zählt Taktimpulse, die von einem Oszillator 600 abgegeben werden, und erhöht sein Ausgangssignal allmählich und langsam von einem gegebenen Anfangswert stufenweise jedesmal dann, wenn eine vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt werden. Das Ausgangssignal des Zählers 580 wird von einem D/A-Wandler 620 in ein Analogsignal umgewandelt, das dem Komparator 460 zugeführt wird, um den Vergleichswert darin zu verändern. Daher wird der Vergleichswert im Komparator 460 stufenweise von einem gegebenen Anfangswert ausgehend, der beispielsweise T₀ in Fig. 3 (II) entspricht, verändert. Eine Stufe des Stufenmusters des Vergleichswerts entspricht einer Temperaturdifferenz von beispielsweise 0,1°C. Als Folge davon wird die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung von T₀ ausgehend stufenweise um jeweils 0,1°C geändert. Die Temperatur des Halbleiterlasers 10 wird daher vermittels des Halters 40 von T₀ ausgehend durch den Komparator 460 langsam verändert, damit die Temperaturen des Halters 40 und des Halbleiterlasers 10 ohne Fehler der Vorgabetemperatur folgen können, wenn diese sich ändert. Die Vorgabetemperatur sollte daher langsam, aber so schnell geändert werden, wie die Temperaturen des Halters 40 und des Halbleiterlasers 10 der Vorgabetemperatur folgen können.

Die Ausgangssignale der Lichtdetektoren 34 und 36 werden einem Flip-flop 500 zugeführt, das ein Ausgangssignal liefert, das ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren ist. Dieses Ausgangssignal des Flip-flops 500 wird durch einen Zähler 520 unter Verwendung von Taktimpulsen vom Oszillator 600 gezählt. Der Zählwert des Zählers 520 wird von einem D/A-Wandler 530 in ein Analogsignal umgewandelt, das einem Komparator 540 zugeführt wird.

Es sei in bezug auf die charakteristische Kurve 3-1 angenommen, daß die Wellenlänge des Laserstrahls entsprechend der Temperatur T₀ gleich λ₀ ist, die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 34 und 36 bei der Wellenlänge

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

gleich t_M ist und dieser Wert als ein Vorgabewert ausgewählt wird, und ein diesem entsprechender Wert in den Komparator 540 eingegeben wird.

Der Streuwinkel des Streustrahles ist größer, wenn die Wellenlänge größer ist, und die Geschwindigkeit, mit der der Laserstrahl abgelenkt wird, ist größer, wenn der Streuwinkel größer ist. Je größer die Wellenlänge ist, um so kleiner ist daher die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren.

Der Komparator 540 ist so eingerichtet, daß er ein Ausgangssignal liefert, wenn ein ihm zugeführter Eingangspegel unter den Vergleichswert fällt, d. h., wenn die Zeitdifferenz t zwischen den Lichtdetektorausgängen kleiner als t_M ist.

Der Komparator 540 gibt dann ein Ausgangssignal ab, wenn die Temperatur T des Halbleiterlasers gleich T_U ist (Fig. 2), solange die charakteristische Kurve durch die Linie 3-1 angegeben ist. Wenn die charakteristische Kurve durch 4-1 angegeben ist, dann gibt der Komparator 540 ein Ausgangssignal ab, wenn die Temperatur T gleich T₀ ist, siehe Fig. 3 (I). Sofern die charakteristische Kurve durch 4-2 bestimmt ist, gibt der Komparator 540 ein Ausgangssignal ab, wenn die Temperatur T gleich T₂ ist, siehe Fig. 3 (II). In jedem Falle ist die Temperatur des Halbleiterlasers 10, wenn der Komparator 540 ein Ausgangssignal erzeugt, eine Temperatur im Stufenabschnitt auf der Seite höherer Temperatur des Sockelbereiches B. Durch Einstellen der Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung, die um

ΔT = 1/2 (T_U - T_L)

gegen die Seite niedrigerer Temperatur von der Temperatur in dem Zeitpunkt abweicht, in welchem der Komparator 540 ein Ausgangssignal abgibt, kann die Temperatur des Halbleiterlasers 10 stets auf eine Temperatur dicht bei der Mitte des Sockelbereiches B geregelt werden.

Es sei nun angenommen, daß die Temperatur zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Komparator 540 ein Ausgangssignal abgibt, gleich T_U ist. Wenn der Komparator 540 ein Ausgangssignal abgibt, dann spricht die CPU 560 darauf an und erregt den Zähler 580, damit dieser Taktsignale um einen Zählwert abwärts zählt, der der Temperatur ΔT entspricht. Danach setzt die DPU 560 den Zähler 580 still.

Der Vergleichspegel, der dem Komparator 460 zugeführt wird, wird dann auf einen Wert entsprechend T_U-ΔT = T₀ eingestellt. Die Temperatur des Halbleiterlasers 10 wird anschließend so geregelt, daß die Vorgabetemperatur T₀ erreicht wird.

Wenn die Temperatur des Halbleiterlasers 10 zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Komparator 540 ein Ausgangssignal abgibt, gleich T₀ oder T₂ ist, wird die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung auf T₀-ΔT (Fig. 3 (I)) oder T₂-ΔT (Fig. 3 (II)) eingestellt.

Die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung ändert sich daher, wenn sich die charakteristische Kurve mit der Zeit ändert, und die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahl ändert sich ebenfalls mit der Vorgabetemperatur. Da die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls sich wenig ändert, können optische Abtastzyklen jederzeit stabil ausgeführt werden.

Eine weitere Ausführungsform zur Durchführung des Verfaherns nach Anspruch 3 wird nachfolgend erläutert.

Diese Ausführungsform ist ebenfalls durch die Einrichtung nach Fig. 1 verwirklicht.

Wenn bei dieser Ausführungsform ein Hauptabtastzyklus nicht ausgeführt wird, d. h., wenn der Halbleiterlaser erregt ist, der holographische Abtaster in Betrieb ist und ein optischer Abtastzyklus (Hauptabtastzyklus) zur Aufzeichnung oder Auslesung eines Bildes nicht ausgeführt wird, speziell zwischen benachbarten Hauptabtastzyklen oder während einer Bereitschaftsperiode vor dem Einleiten eines Hauptabtastzyklus, wird die Strahlposition des abgelenkten Laserstrahls durch einen Strahlpositionsdetektor detektiert, und die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen vom Strahlpositionsdetektor und einem Lichtdetektor wird ermittelt.

Es sind geeignete Bereiche für die Strahlposition und für die Zeitdifferenz vorgesehen.

Wenn wenigstens die Strahlposition oder die ermittelte Zeitdifferenz einen Grenzwert des entsprechenden geeigneten Bereiches überschreitet, dann wird die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung um ein gewisses Maß gegenüber der vorangehenden Temperatur verschoben und neu eingestellt, und die Grenzwerte für die Strahlpositions- und Zeitdifferenzbereiche werden entsprechend der so geänderten Vorgabetemperatur neu vorgegeben.

Diese Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung wird nun im einzelnen näher erläutert.

Der Strahlpositionsdetektor kann einen Halbleiterpositionsdetektor üblicher Gestalt enthalten. Verschiedene solche Halbleiterpositionsdetektoren sind bekannt. Beispielsweise hat ein solcher Halbleiterpositionsdetektor eine einzige Lichtaufnahmefläche 5-1, wie in Fig. 6 (I) dargestellt. Ein weiterer Halbleiterpositionsdetektor hat zwei Lichtaufnahmeflächen 5-2 und 5-3, wie in Fig. 6 (II) dargestellt. Ein wiederum anderer Halbleiterpositionsdetektor hat vier Lichtaufnahmeflächen 5-4, 5-5, 5-6 und 5-7, wie in Fig. 6 (III) gezeigt. Die obigen verschiedenen Halbleiterpositionsdetektoren können in geeigneter Weise als Strahlpositionsdetektor nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. In der nachfolgenden Beschreibung mit der einzigen Lichtaufnahmefläche 5-1 nach Fig. 6 (I) verwendet.

Wie aus Fig. 7 erkennbar, bildet der abgelenkte Laserstrahl, der von der Lichtempfangsfläche 5-1 ermittelt wird, einen Laserstrahlpunkt SP. Der Punkt SP hat eine Intensität I mit einer glockenförmigen Verteilung, wie auf der linken Seite von Fig. 7 dargestellt. Wenn der Lichtpunkt SP die Lichtaufnahmefläche 5-1 in Richtung des Pfeiles X überquert, dann erzeugt der Strahlpositionsdetektor ein Ausgangssignal, das sich in Abhängigkeit von der Position ändert, in welcher die Mitte des Lichtpunktes SP die Y-Achse überquert. Die Position auf der Y-Achse, in welcher der Lichtpunkt SP die Y-Achse überquert, kann aus dem Ausgangssignal des Strahlpositionsdetektors ermittelt werden.

Es sei zum Zwecke der detaillierten Beschreibung dieser Ausführungsform angenommen, daß die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers im unermüdeten Zustand desselben den Verlauf 3-1 (Fig. 2 und 3) hat und daß die anfängliche Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung gleich T₀ ist (zu diesem Zeitpunkt ist die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls gleich λ₀). Die Temperatur des Halbleiterlasers wird über die Temperaturregelung des Halters so geregelt, daß sie dicht bei der Temperatur T₀ ist.

Es sei weiterhin angenommen, daß, wenn sich die charakteristische Kurve mit der Zeit auf den Verlauf 4-1 in Fig. 3 (I) während der Temperaturregelung ändert, die Strahlposition über eine Position Y₁ in Fig. 7 verschoben wird, und wenn die charakteristische Kurve sich mit der Zeit auf den Verlauf 4-2 in Fig. 3 (II) während der Temperaturregelung ändert, die Strahlposition unter eine Position Y₂ in Fig. 7 verschoben wird.

Das Intervall zwischen den Positionen Y₁ und Y₂ ist als ein geeigneter Bereich mit Y₁ und Y₂ als Grenzwerten definiert. Die charakteristische Kurve kann als der Verlauf 4-1 oder 4-2 identifiziert werden, indem man ermittelt, ob die Strahlposition den Grenzwert Y₁ oder Y₂ überschritten hat. Wenn die charakteristische Kurve auf den Verlauf 4-1 oder 4-2 verschoben worden ist, dann ist die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls sehr stark vom Anfangswert λ₀ auf (λ₂-λ_U) oder (λ_L-λ₁) verschoben, selbst wenn die Temperatur des Halbleiterlasers auf T₀ geregelt ist. Es kann dann keine korrekte optische Abtastung ausgeführt werden. Wenn dies geschieht, wird die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung von T₀ gegen einen niedrigeren oder höheren Temperaturwert um eine gegebene Temperatur ΔT = 1/2 (T_U-T_L) verschoben, je nachdem, ob die charakteristische Kurve 4-1 oder 4-2 ist. Durch diese Neueinstellung der Vorgabetemperatur auf T₁₀ oder T₂₀ wird die Wellenlänge des Laserstrahls auf λ₁₀ oder λ₂₀ dicht beim Anfangswert λ₀ stabilisiert, und eine vorschriftsmäßige optische Abtastung ist wieder möglich. Um eine solche Temperaturregelung zu wiederholen, werden die Grenzwerte des geeigneten Bereiches gemäß der neuen Vorgabetemperatur neu eingestellt, so daß die Stufenbereiche an den Enden des verwendeten Sockelbereiches auf der charakteristischen Kurve mit der neuen Vorgabetemperatur T₁₀ oder T₂₀ ermittelt werden können.

Wenn sich die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls ändert, dann ändert sich auch der Streuwinkel des Laserstrahls und daher auch die Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls. Wenn der abgelenkte Laserstrahl nacheinander von dem Strahlpositionsdetektor und dem Lichtdetektor detektiert wird und die Zeitdifferenz τ zwischen den Ausgangssignalen des Strahlpositionsdetektors und des Lichtdetektors ermittelt wird, dann ändert sich auch diese Zeitdifferenz τ mit der Wellenlänge des Laserstrahls. Es kann daher für die Differenz τ ein geeigneter Bereich ebenfalls eingerichtet werden. Genauer gesagt, unter der Annahme, daß die Zeitdifferenz bei der Wellenlänge λ₀ gleich τ₀ ist und die charakteristische Kurve bei der Temperatur T₀ durch den Verlauf 4-1 angegeben wird, dann wird die Zeitdifferenz τ auf eine Größe unter den Grenzwert τ₁ des geeigneten Bereiches vermindert, und wenn die charakteristische Kurve durch den Verlauf 4-2 bei der Temperatur T₀ angegeben wird, dann steigt die Zeitdifferenz τ über den Grenzwert τ₂ des geeigneten Bereiches an. Die charakteristische Kurve kann dann in der Weise identifiziert werden, indem man ermittelt, ob die Zeitdifferenz τ den unteren oder oberen Grenzwert τ₁ bzw. τ₂ überschritten hat. Die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung kann daher von T₀ auf T₀+ΔT oder T₀-ΔT eingestellt werden. Mit einer solchen Anordnung kann die obige Regelung wiederholt werden, indem die Grenzwerte τ₁ und τ₂ des geeigneten Bereiches der Zeitdifferenz τ auf neue Werte eingestellt werden.

Gemäß dieser Ausführungsform wird die zeitabhängige Änderung der charakteristischen Kurve gleichzeitig durch zwei Parameter ermittelt, nämlich durch die Strahlposition und die Zeitdifferenz, und die Vorgabetemperatur und die Grenzwerte für die geeigneten Bereiche der Parameter werden neu eingestellt, wenn wenigstens einer der Parameter einen Grenzwert seines geeigneten Bereiches überschreitet.

Die Ausführungsform wird nachfolgend noch genauer erläutert.

In Übereinstimmung mit der Beschreibung der vorangehenden Ausführungsform sei angenommen, daß die charakteristische Kurve des nicht ermüdeten Halbleiterlasers durch den Verlauf 3-1 (Fig. 2 und 3) angegeben ist und daß die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung zu Anfang gleich T₀ und die Wellenlänge des Laserstrahles zu diesem Zeitpunkt gleich λ₀ ist.

Der Strahlpositionsdetektor 34 hat eine einzige Lichtaufnahmefläche, wobei die Strahlposition mit Y angegeben ist. Die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen des Strahlpositionsdetektors 34 und Lichtdetektors 36 ist mit T angegeben. Die Grenzwerte der Anfangsbereiche für die Strahlposition Y und die Zeitdifferenz τ sind mit Y₁, Y₂ bzw. τ₁, τ₂ angegeben. Die Grenzwerte Y₁ und τ₁ sind jene, die gelten, wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge von

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

hat, während die Grenzwerte Y₂ und τ₂ jene sind, die gelten, wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge von

λ₀ + (λ_L - λ₁)

hat. Es sei auch angenommen, daß ΔT = 1/2 (T_U-T_L) ist.

Die Temperaturregelung in einem Hauptabtastzyklus wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 8 (I) erläutert. Die Vorgabetemperatur wird elektrisch in einen Komparator 4800 durch einen Mikrocomputer 4600 eingegeben. Die Temperatur des Halters 40 wird durch den Thermistor 42 ermittelt und mittels des Komparators 4800 mit der Vorgabetemperatur verglichen. Der Komparator 4800 erzeugt ein Ausgangssignal, das ein Maß für die Differenz zwischen der Temperatur des Halters 40 und der Vorgabetemperatur ist. Das Ausgangssignal vom Komparator 4800 wird einem Steuerkreis 5000 und dem Mikrocomputer 4600 zugeführt.

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 4800 steuert der Steuerkreis 5000 das Peltier-Element 44, um den Halter 40 so zu erwärmen oder abzukühlen, daß dessen Temperatur sich der Vorgabetemperatur annähert.

Die Temperaturregelung nach der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 (II) erläutert.

Wenn der Temperaturregelvorgang zum Zeitpunkt aufgenommen wird, zu welchem kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird, werden die Ausgangssignale vom Strahlpositionsdetektor 34 und vom Lichtdetektor 36 dem Mikrocomputer 4600 zugeführt. Der Mikrocomputer 4600 verarbeitet dann die zugeführten Signale, um die Strahlposition Y und Zeitdifferenz τ zu ermitteln. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Vorgabetemperatur T_A in den Komparator 4800 eingegeben, die identisch der Temperatur T₀ ist. Zunächst wird der Betrieb beschrieben, bei welchem T_A = T₀ ist.

Die ermittelten Werte Y und τ werden mit den Grenzwerten Y₁, Y₂ bzw. τ₁, τ₂ der geeigneten Bereiche verglichen. Wenn Y₁<Y<Y₂ und τ₂<τ<τ₁ sind, dann ist die Wellenlänge des Laserstrahles nahe τ₀ und die Vorgabetemperatur braucht nicht geändert zu werden. Die Vorgabetemperatur T_A und die Grenzwerte τ₁, τ₂, Y₁, Y₂ bleiben unverändert, und der Regelvorgang wird abgeschlossen.

Wenn jedoch τ<τ₁ und/oder Y<Y₁, dann ist die charakteristische Kurve auf den Verlauf 4-1 in Fig. 3 (I) verschoben. Die Vorgabetemperatur T_A wird dann um ΔT gegen die niedrigere Temperatur verschoben und neu eingestellt, und die Grenzwerte τ₁, τ₂, Y₁, Y₂ werden dementsprechend auf τ₁₀, τ₂₀, Y₁₀, Y₂₀ verändert. Als Folge davon wird die Vorgabetemperatur T_A gleich T₁₀, wie in Fig. 3 (I) gezeigt. Die Grenzwerte τ₁₀, Y₁₀ werden auf Werte gesetzt, die gelten, wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge von

λ₁₀ + (λ₂ - λ_U)

hat, und die Grenzwerte τ₂₀, Y₂₀ werden auf Werte gesetzt, die gelten, wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge von

λ₁₀ - (λ_L - λ₁)

hat.

Die Temperatur des Halters 40 wird nun mit der neuen Vorgabetemperatur T₁₀ geregelt. Der Mikrocomputer 4600 ermittelt mit Hilfe des Ausgangssignals vom Komparator 4800, ob die Temperatur des Halters 40 sich der Vorgabetemperatur T₁₀ ausreichend angenähert hat. Wenn die Haltertemperatur nahe genug an der Vorgabetemperatur T₁₀ ist, dann werden die Strahlposition Y und die Zeitdifferenz τ erneut ermittelt. Wenn die Temperaturregelung richtig ausgeführt wird, dann liegen die ermittelten Werte Y und τ in den Bereichen: Y₁<Y<Y₂ und τ₂<τ<τ₁ in bezug auf die neu vorgegebenen Grenzwerte τ₁, τ₂, Y₁, Y₂. Der Regelvorgang wird dann zu Ende gebracht und die Vorgabetemperatur T_A und die Grenzwerte τ₁, τ₂ sowie Y₁, Y₂ bleiben fest, bis ein nächster Regelvorgang ausgeführt wird.

Wenn τ<τ₂ oder Y<Y₂, dann ist die charakteristische Kurve auf den Verlauf 4-2 verschoben, wie in Fig. 3 (II) gezeigt. Die Vorgabetemperatur T_A wird dann um ΔT gegen eine höhere Temperatur verschoben und auf T₂₀ neu eingestellt, und die Grenzwerte τ₁, τ₂ und Y₁, Y₂ werden auf τ₃₀, τ₄₀ bzw. Y₃₀, Y₄₀ geändert. Die Grenzwerte τ₃₀ und Y₃₀ sind auf solche Werte gesetzt, die gelten, wenn ein Laserstrahl die Wellenlänge λ₂₀+(λ₂-λ_U) hat, und die Grenzwerte τ₄₀, Y₄₀ werden auf Werte gesetzt, die gelten, wenn ein Laserstrahl eine Wellenlänge von λ₂₀-(λ_L-λ₁) hat. Der nachfolgende Vorgang ist der gleiche, wie oben beschrieben. Da eine Änderung in der charakteristischen Kurve durch die zwei Parameter in der oben beschriebenen Weise ermittelt werden kann, ist ein fehlerhafter Betrieb vermeidbar.

Eine vierte Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 wird nun erläutert.

Wenn bei dieser Ausführungsform ein Hauptabtastzyklus nicht ausgeführt wird, d. h., wenn der Halbleiterlaser erregt ist, der holographische Abtaster in Betrieb ist und ein optischer Abtastzyklus (Hauptabtastzyklus) zur Aufzeichnung oder Auslesung eines Bildes nicht ausgeführt wird, dann wird die Temperatur des Halbleiterlasers nicht verändert und gleichzeitig wird die Strahlposition des abgelenkten Laserstrahls mittels des Strahlpositionsdetektors ermittelt und zugleich wird die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen vom Strahlpositionsdetektor und vom Lichtdetektor festgestellt.

Es sind entsprechende Grenzwerte für die Strahlposition und die Zeitdifferenz eingestellt. Die Haltertemperatur wird, wenn wenigstens einer der ermittelten Werte für die Strahlposition und die Zeitdifferenz einen der zugehörigen Grenzwerte übersteigt, ermittelt, und eine Temperatur, die um eine gewisse Temperatur von der Haltertemperatur abweicht, wird als Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung eingestellt.

Der Strahlpositionsdetektor kann einen Halbleiterpositionsdetektor üblicher Bauart enthalten. Verschiedene solcher Halbleiterpositionsdetektoren sind bekannt.

Beispielsweise hat ein solcher Halbleiterpositionsdetektor eine einzige Lichtaufnahmefläche 5-1, wie in Fig. 6 (I) gezeigt. Ein anderer Halbleiterpositionsdetektor hat zwei Lichtaufnahmeflächen 5-2 und 5-3, wie in Fig. 6 (II) gezeigt. Ein noch weiterer Halbleiterpositionsdetektor hat vier Lichtaufnahmeflächen 5-4, 5-5, 5-6 und 5-7, wie in Fig. 6 (III) gezeigt. Die obigen verschiedenen Halbleiterpositionsdetektoren können in geeigneter Weise als Strahlpositionsdetektor verwendet werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, daß der Halbleiterpositionsdetektor eine einzige Lichtaufnahmefläche 5-1 hat, wie in Fig. 6 (I) gezeigt ist.

Wie Fig. 7 zeigt, bildet der abgelenkte Laserstrahl, der von der Lichtaufnahmefläche 5-1 ermittelt wird, einen Laserstrahlpunkt SP. Der Punkt SP hat eine Intensität I, die eine glockenförmige Verteilung hat, wie auf der linken Seite von Fig. 7 gezeigt. Wenn der Lichtpunkt SP die Lichtaufnahmefläche 5-1 in Richtung des Pfeiles X überquert, dann erzeugt der Strahlpositionsdetektor ein Ausgangssignal, das sich in Abhängigkeit von der Position ändert, in welcher die Mitte des Lichtpunkts SP die Y-Achse überquert. Die Position auf der Y-Achse, in welcher der Lichtpunkt SP die Y-Achse überquert, kann aus dem Ausgangssignal vom Strahlpositionsdetektor ermittelt werden.

Wenn, wie oben beschrieben, die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahles sich ändert, dann ändert sich auch der Streuwinkel des Laserstrahles. Wenn sich dieser Winkel ändert, dann ändert sich die Position des abgelenkten Laserstrahls in einer Richtung, die der Hilfsabtastrichtung entspricht.

Durch Ausrichten der Y-Richtung der Lichtaufnahmefläche 5-1 des Strahlpositionsdetektors in die Hilfsabtastrichtung, kann eine Änderung der Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebene Laserstrahls aus dem Ausgangssignal des Strahlpositionsdetektors ermittelt werden.

Es sei zum Zwecke der nachfolgenden Beschreibung dieser Ausführungsform angenommen, daß die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers im nicht ermüdeten Zustand desselben durch den Verlauf 3-1 (Fig. 2 und 3) dargestellt wird, und daß die Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls bei der Temperatur T₀ gleich λ₀ auf der charakteristischen Kurve 3-1 ist.

Eine Wellenlänge von

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

wird nun als Beispiel betrachtet. Die Strahlposition zum Zeitpunkt der optischen Abtastung des Laserstrahls mit der Wellenlänge λ₀ ist auf den Punkt 0 auf der Y-Achse in Fig. 7 ausgerichtet. Es sei angenommen, daß die Strahlposition zum Zeitpunkt der optischen Abtastung des Laserstrahls der Wellenlänge

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

durch Y₁ in Fig. 7 angegeben wird, und wenn die Wellenlänge größer wird, die Strahlposition in Fig. 7 nach oben verschoben wird, bis ihre Y-Koordinate größer als Y₁ wird.

Wenn ein Hauptabtastzyklus nicht ausgeführt wird, z. B. zwischen aufeinanderfolgenden Hauptabtastzyklen oder während einer Bereitschaftsperiode vor dem Beginn eines Hauptabtastzyklus, wird die Temperatur des Halters allmählich von der Anfangstemperatur T₀ (<T_L] mit einer solchen Geschwindigkeit erhöht, daß die ansteigende Temperatur des Halbleiterlasers dem Temperaturanstieg des Halters zuverlässig folgen kann. Die Temperatur kann kontinuierlich oder in kleinen Schritten von beispielsweise 0,1°C in einem stufenförmigen Muster erhöht werden.

Wenn die Temperatur ansteigt, dann wird die Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls zunehmend länger. Die Strahlposition Y wird ebenfalls zunehmend angehoben, bis sie den Grenzwert Y₁ übersteigt. Wenn die Strahlposition Y den Grenzwert Y₁ übersteigt, dann ist die Temperatur des Halbleiterlasers T_U für die charakteristische Kurve 3-1, T₀ für die charakteristische Kurve 4-1 und T₂ für die charakteristische Kurve 4-2. Auf jeder charakteristischen Kurve entspricht die Temperatur des Halbleiterlasers einer Temperatur im Stufenbereich auf der Seite höherer Temperatur des Sockelbereiches B. Es sei bezüglich Fig. 2 angenommen, daß die Sockelbereiche A, B, C auf der charakteristischen Kurve 3-1 so bleiben, wenn sich die charakteristische Kurve mit der Zeit verändert.

Die Strahlposition Y₁ dient als ein Kennzeichen für die Ermittlung des Stufenbereiches auf der Seite höherer Temperatur des Sockelbereiches B. Das Kennzeichen zur Ermittlung eines gewünschten Stufenbereiches eines gewissen Sockelbereiches wird ein Grenzwert genannt. Das Kennzeichen Y₁ ist ein Beispiel eines solchen Grenzwertes für eine Strahlposition.

Die Temperatur beim Überschreiten des Grenzwertes Y₁ der Strahlposition Y ist mit T_B angegeben. Die Temperatur T_B entspricht einer Temperatur am Stufenbereich auf der Seite höherer Temperatur des Sockelbereiches B. Durch Einstellen von T_B-ΔT als Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung, die von der Temperatur T_B gegen die Seite niedrigerer Temperatur um ΔT = 1/2 (T_U-T_L) abweicht, kann die Temperatur des Halbleiterlasers gegenüber der Mitte des Sockelbereiches B geregelt werden, ohne Rücksicht darauf, wie sich die charakteristische Kurve mit der Zeit verändert, so daß die Wellenlänge des Laserstrahls in der Nähe von λ₀ stabilisiert werden kann. Die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung ist T₀ für die charakteristische Kurve 3-1, T₁₀ für die charakteristische Kurve 4-1 und T₂₀ für die charakteristische Kurve 4-2, und die Wellenlängen an diesen Vorgabetemperaturen sind λ₀, λ₁₀ bzw. λ₂₀. Die Gestalt der charakteristischen Kurve kann über der Zeit gesehen als im wesentlichen unverändert gelten.

Wenn die Wellenlänge des vom Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls sich ändert, dann ändert sich auch der Streuwinkel des Laserstrahls. Als Folge davon wird die Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls ebenfalls verändert. Der abgelenkte Laserstrahl wird aufeinanderfolgend durch den Strahlpositionsdetektor und den Lichtdetektor detektiert, und die Zeitdifferenz zwischen den Ausgangssignalen dieser beiden Detektoren ändert sich ebenfalls, wenn sich die Wellenlänge des abgegebenen Laserstrahls ändert.

Dies bedeutet, daß die Grenzwerte für die Zeitdifferenz τ eingerichtet werden können. Wenn die Zeitdifferenz τ bei einer Wellenlänge des Laserstrahls von

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

mit τ₁ bezeichnet wird, dann dient diese Zeitdifferenz τ₁, wie der Grenzwert Y₁, als Kennzeichen für die Ermittlung des Stufenbereiches auf der Hochtemperaturseite des Sockelabschnitts B. Das Kennzeichen τ₁ ist ein Beispiel für einen Grenzwert. Wenn die Laserstrahlenwellenlänge größer wird, dann wird der Streuwinkel des Laserstrahls größer und mit ihm die Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls. Wenn daher die Wellenlänge größer als

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

ist, dann ist die Zeitdifferenz τ kleiner als τ₁. Die Temperatur, bei der τ<τ₁ ist, wird daher durch T_B angegeben, und es ist notwendig, die Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung auf T_B-ΔT einzustellen, wenn die Bedingung τ<τ₁ ermittelt wird.

Das Ausführungsbeispiel wird weiter unten im Detail erläutert. In Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung sei angenommen, daß die charakteristische Kurve des Halbleiterlasers der Verlauf 3-1 ist, der Grenzwert für die Strahlposition Y, die von dem Strahlpositionsdetektor 34 ermittelt wird, gleich Y₁ ist (entsprechend der Strahlposition, wenn der Laserstrahl die Wellenlänge

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

hat), und der Grenzwert für die Zeitdifferenz τ zwischen den Ausgangssignalen von Strahlpositionsdetektor 34 und Lichtdetektor 36 gleich τ₁ ist (entsprechend der Zeitdifferenz, wenn der Laserstrahl die Wellenlänge

λ₀ + (λ₂ - λ_U)

hat). Es sei weiterhin angenommen, daß

ΔT = 1/2 (λ_U - λ_L).

Die vorliegende Erfindung wird durch die Schaltkreisanordnung und die Ablauffolge ausgeführt, die in den Fig. 8 (I) und 9 dargestellt sind.

Wenn ein Temperaturregelvorgang zum Zeitpunkt eingeleitet wird, zu welchem kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird, stellt der Mikrocomputer 4600 die Vorgabetemperatur im Komparator 4800 auf die Anfangstemperatur T₀ ein. Wenn die Temperatur des Halters 40 und daher die Temperatur des Halbleiterlasers 40 auf T₀ geregelt werden, dann verarbeitet der Mikrocomputer 4600 die ihm durch den Strahlpositionsdetektor 34 und den Lichtdetektor 36 geführten Signale, um die Strahlposition Y und die Zeitdifferenz τ zu bestimmen.

Die Strahlposition Y und die Zeitdifferenz τ werden mit den Grenzwerten Y₁ bzw. τ₁ verglichen. Wenn Y<Y₁ und τ<τ₁, dann erhöht der Mikrocomputer 4600 die Vorgabetemperatur um einen kleinen Temperaturwert dT von beispielsweise 0,1°C. Wenn die Temperatur des Halters um den erwähnten kleinen Temperaturwert gesteigert ist, dann werden die Strahlposition Y und die Zeitdifferenz τ erneut ermittelt und mit den Grenzwerten Y₁ bzw. τ₁ verglichen. Wenn Y<Y₁ und τ<τ₁, dann wird die Vorgabetemperatur erneut um dT erhöht. Der obige Vorgang wird so lange wiederholt, bis eine der Bedingungen Y<Y₁ und τ<τ₁ erreicht ist, woraufhin eine Temperatur, die um ΔT niedriger als die Vorgabetemperatur T zu diesem Zeitpunkt ist, in den Komparator 4800 eingegeben wird. Die Temperaturregelung wird dann beendet. Da die zeitabhängige Änderung der charakteristischen Kurve durch die zwei Parameter, d. h. durch die Strahlposition und die Zeitdifferenz ermittelt werden, kann auch bei dieser Ausführungsform ein fehlerhafter Betrieb verhindert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein neues Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers in einer optischen Abtasteinrichtung angegeben. Da die zeitabhängige Änderung der charakteristischen Kurve des Halbleiterlasers in Betracht gezogen wird, kann das erläuterte Verfahren die Wellenlänge des Laserstrahls für eine lange Zeitdauer stabilisieren und kann einen guten optischen Abtastbetrieb für eine verlängerte Zeitdauer sicherstellen.

Das erläuterte Temperaturregelungsverfahren ist im hohen Maße für die Temperaturregelung eines Halbleiterlasers nützlich, der als Lichtquelle für einen holographischen Abtaster verwendet wird. Eine optische Abtasteinrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann als bedeutsames Element in einem Bildaufzeichnungsgerät oder einem Dokumentenleser dienen.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers (10) in einer optischen Abtasteinrichtung, in welcher ein Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser (10) abgegeben wird, von einem holographischen Abtaster abgelenkt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), der den Halbleiterlaser (10) trägt, mittels eines Temperatursensors (42),
Erwärmen oder Kühlen des Halters (40) mittels eines Peltier- Elements (44) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Temperatursensors (42), um die Temperatur des Halters (40) in die Nähe einer Vorgabetemperatur zu regeln und dadurch indirekt die Temperatur des Halbleiterlasers (10) zu regeln,
Detektieren des abgelenkten Laserstrahles nacheinander mit Hilfe von zwei Lichtdetektoren (34, 36), die außerhalb eines Abtastbereiches des abgelenkten Laserstrahls angeordnet sind, jedesmal, wenn der Laserstrahl abgelenkt wird,
Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen Ausgangssignalen der beiden Lichtdetektoren (34, 36) und
Verschieben der Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung um ein vorgegebenes Temperaturintervall und Neueinstellen der Vorgabetemperatur, wenn die ermittelte Zeitdifferenz außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.

2. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers (10) in einer optischen Abtasteinrichtung, in welcher ein Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser (10) abgegeben wird, von einem holographischen Abtaster abgelenkt wird, gekennzeichnet, durch folgende Schritte:
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), der den Halbleiterlaser (10) trägt, mittels eines Temperatursensors (42),
Erwärmen oder Kühlen des Halters (40) mittels eines Peltier-Elements (44) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Temperatursensors (42), um die Temperatur des Halters (40) in die Nähe einer Vorgabetemperatur zu regeln und dadurch indirekt die Temperatur des Halbleiterlasers (10) zu regeln,
Detektieren des abgelenkten Laserstrahles nacheinander mittels zweier Lichtdetektoren (34, 36), die außerhalb eines Abtastbereiches des abgelenkten Laserstrahls angeordnet sind, wenn der Laserstrahl abgelenkt wird,
Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen Ausgangssignalen der beiden Lichtdetektoren (34, 36), während die Temperatur des Halters (40) verändert und kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird,
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), wenn die ermittelte Zeitdifferenz einen vorgegebenen Wert überschreitet, und
Einstellen der Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung auf eine Temperatur, die um ein vorgegebenes Temperaturintervall von der ermittelten Temperatur des Halters (40) abweicht.

3. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers (10) in einer optischen Abtasteinrichtung, in welcher ein Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser (10) abgegeben wird, von einem holographischen Abtaster abgelenkt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), der den Halbleiterlaser (10) trägt, mittels eines Temperatursensors (42),
Erwärmen oder Kühlen des Halters (40) mittels eines Peltier- Elements (44) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Temperatursensors (42), um die Temperatur des Halters (40) in die Nähe einer Vorgabetemperatur zu regeln und dadurch indirekt die Temperatur des Halbleiterlasers (10) zu regeln,
Detektieren des abgelenkten Laserstrahls nacheinander mittels eines Strahlpositionsdetektors (34) und eines Lichtdetektors (36), die außerhalb eines Abtastbereiches des abgelenkten Laserstrahls angeordnet sind,
Ermitteln der Position des abgelenkten Laserstrahls mit Hilfe des genannten Strahlpositionsdetektores (34) und Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen Ausgangssignalen vom Strahlpositionsdetektor (34) und vom Lichtdetektor (36), wenn kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird,
Verschieben der Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung, um ein vorgegebenes Temperaturintervall und Neueinstellen der Vorgabetemperatur, wenn wenigstens einer der ermittelten Werte für die Strahlposition und die Zeitdifferenz einen Grenzwert eines geeigneten Bereiches überschreitet, der für die Strahlposition bzw. die Zeitdifferenz vorgegeben ist, und
Neueinstellen der Grenzwerte der geeigneten Bereiche entsprechend der Vorgabetemperatur, die neu eingestellt worden ist.

4. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Halbleiterlasers (10) in einer optischen Abtasteinrichtung, in welcher ein Lichtstrahl, der von dem Halbleiterlaser (10) abgegeben wird, von einem holographischen Abtaster abgelenkt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), der den Halbleiterlaser (10) trägt, mittels eines Temperatursensors (42),
Erwärmen oder Kühlen des Halters (40) mittels eines Peltier- Elements (44) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Temperatursensors (42), um die Temperatur des Halters (40) in die Nähe einer Vorgabetemperatur zu regeln und dadurch indirekt die Temperatur des Halbleiterlasers (10) zu regeln,
Detektieren des abgelenkten Laserstrahls nacheinander mittels eines Strahlpositionsdetektors (34) und eines Lichtdetektors (36), die außerhalb eines Abtastbereiches des abgelenkten Laserstrahls angeordnet sind,
Ermitteln der Position des abgelenkten Laserstrahls mittels des Strahlpositionsdetektors (34) und Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen Ausgangssignalen vom Strahlpositionsdetektor (34) und vom Lichtdetektor (36), während die Temperatur des Halters (40) verändert und kein Hauptabtastzyklus ausgeführt wird,
Ermitteln der Temperatur des Halters (40), wenn wenigstens einer der ermittelten Werte für die Strahlposition und die Zeitdifferenz einen Grenzwert eines geeigneten Bereiches überschreitet, der für die Strahlposition bzw. die Zeitdifferenz vorgegeben ist, und
Einstellen der Temperatur als Vorgabetemperatur für die Temperaturregelung, die um ein vorgegebenes Temperaturintervall von der ermittelten Temperatur des Halters (40) abweicht.