DE69232124T2

DE69232124T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69232124T2
Application number: DE69232124T
Authority: DE
Inventors: Nozomu Inoue; Yoshiro Koga; Hajime Kurihara; Kyu Takada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2012-05-15
Also published as: US6326992B1; WO1992021069A1; EP1134966A3; EP1134966A2; US5870132A; DE69232124D1; DE69233409T2; US5610647A; DE69212285D1; DE69230566D1; EP0544002A4; EP0697782A2; EP0697782B1; JP3170798B2; EP0544002B1; EP1134966B1; DE69212285T2; DE69233409D1; EP0544002A1; EP0903929B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bilderzeugungsvorrichtung zum Ablenken von Laserstrahlen und zum Erzeugen eines Latenzbildes auf einem bildtragenden Element dadurch.

Stand der Technik

Bislang sind eine große Anzahl von Bilderzeugungsvorrichtungen zum Erzeugen eines statischen Latenzbildes auf einem bildtragenden Element mittels eines Laserstrahls und zum Abdrucken des Bildes auf Papier mit hoher Geschwindigkeit durch einen elektrofotografischen Prozeß als Ausgabeeinheiten von Rechnern, Faximilegeräten, multifunktionalen Kopiergeräten und dgl. verwendet worden. In den letzten Jahren bestand die dringende Forderung nach einer Verbesserung der Ausgabegeschwindigkeiten solcher Vorrichtungen. Dementsprechend sind die Vorrichtungen aktiv verbessert worden.
Beispielsweise lenkt eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Ablenkeinheit mit einem rotierenden Polygonspiegel verwendet, einen Laserstrahl mit jeder Facette ab und erzeugt eine Ablenk- oder Abtastlinie. Um die Anzahl der Ablenklinien in einer gegebenen Zeiteinheit bei konstanter Anzahl der kleinen Spiegelflächen an dem rotierenden Polygonspiegel zu steigern, muß somit die Anzahl der Umdrehungen erhöht werden. Läßt man hingegen die Anzahl der Umdrehungen konstant, muß die Anzahl der Spiegelflächen an dem rotierenden Polygonspiegel gesteigert werden. Um die Anzahl der Umdrehungen des rotierenden Polygonspiegels zu steigern, ist eine dynamische oder statische Lagerung unter Verwendung von pneumatischer oder hydraulischer Energie erforderlich. Solche Lagerungen sind teuer und schwer zu handhaben. Sie sind somit bei konventionellen Laserdruckern schwierig zu verwenden. Wird hingegen die Anzahl der Spiegelflächen am Polygonspiegel vergrößert, wird die Länge des optischen Weges im Anschluß an die Ablenkeinheit groß, weil der Ablenkwinkel klein wird. Außerdem wird der Durchmesser der parallelgerichteten Laserstrahlen, die in ein bilderzeugendes optisches System eintreten, im Verhältnis zur Länge des optischen Weges groß. Die Größen der Linse und des rotierenden Polygonspiegels werden somit groß. Insbesondere, wenn eine hohe Auflösung erforderlich ist, sollten die Anzahl der Umdrehungen des Polygonspiegels und die Länge des optischen Weges weiter gesteigert werden, weil die Anzahl der Abtastlinien größer ist. Diese Situation gilt auch im Falle, daß die Ablenkeinheit kein rotierender Polygonspiegel ist. In diesem Falle nehmen die Abtastfrequenz und die Länge des optischen Weges im Anschluß an die Ablenkeinheit zu. Um diese Probleme zu lösen, ist eine Belichtungstechnik zum Schreiben mehrerer Abtastlinien mit mehreren Laserstrahlen je Abtastfolge entwickelt worden. Diese Technik wird als Mehrstrahlbelichtungstechnik bezeichnet.
Um mehrere Laserstrahlen zu erhalten, werden mehrere Gaslaser- (beispielsweise He-Ne-) Oszillatoren als Lichtquelle verwendet. Weiterhin ist eine Technik entwickelt worden, bei der ein von einem Oszillator erzeugter Laserstrahl durch einen akusto-optischen Modulator (AOM) oder dgl. in mehrere Abschnitte zeitgeteilt wird. Als Technik zur Vereinfachung des Aufbaus der Einheit und zur Verringerung deren Größe wird beispielsweise, wie in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. SHO 54-7328 beschrieben ist, eine Halbleiterlasergruppe, in der mehrere Lichtabgabeabschnitte zum Abstrahlen von Laserstrahlen integral auf einer Vorrichtung angeordnet sind, als Lichtquelle verwendet.
Nachfolgend wird eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Halbleiterlaseranordnung verwendet, beschrieben. Eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet als Lichtquelle eine Laseranordnung, die integral auf einem Substrat angeordnet ist. Ein Strahlabgabepunkt eines jeden Lichtabgabeabschnitts ist an einem Rand eines Halbleitervorrichtungssubstrats angeordnet. Mehrere Laserstrahlen werden durch eine gemeinsame Kollimatorlinse parallelgerichtet, so daß sie einen speziellen Durchmesser haben. Anschließend werden die parallelgerichteten Laserstrahlen auf eine Facette des rotierenden Polygonspiegels (Ablenkeinheit) gerichtet. Wenn die Facette rotiert, werden die Laserstrahlen abgelenkt. Als nächstes werden die Laserstrahlen durch eine Bilderzeugungslinse zu Bildpunkten geformt. Die Bildpunkte belichten das bildtragende Element, und dadurch wird ein statisches Latenzbild erzeugt. Anschließend wird entsprechend dem elektrofotografischen Prozeß das Latenzbild entwickelt, auf Papier übertragen und dann fixiert. Weiterhin sind, wie in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. SHO 54- 158251 beschrieben ist, zur Verringerung der Distanz benachbarter Abtastlinien, die gleichzeitig über das bildtragende Element gelenkt werden, die Lichtabgabeabschnitte der Lasergruppe unter speziellen Winkeln unter Bezug auf die Abtastebene angeordnet.
Andererseits besteht noch der weitere Wunsch nach einer Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Halbleiterlaseranordnung verwendet und die Laserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung abtasten kann. Die konventionelle Bilderzeugungsvorrichtung hat eine Hochgeschwindigkeitslaserstrahlabtasttechnik hoher Auflösung jedoch noch nicht zufriedenstellend erreicht.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben beschriebenen Punkte gemacht worden. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Bilderzeugungsvorrichtung zum Ablenken (Abtasten) von Laserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung anzugeben.
Ein erstes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung entsprechend einer Bilderzeugungsvorrichtung, enthalten:
ein bildtragendes Element zum Ausbilden eines statischen Latenzbildes darauf;
eine Ladeeinheit zum Aufladen der Oberfläche des bildtragenden Elements;
eine Laserstrahl-Abtasteinheit zum Abtasten einer aufgeladenen Oberfläche des bildtragenden Elements mit mehreren Laserstrahlen; und
eine Entwicklungseinheit, die bewirkt, daß ein Entwicklungsmittel auf der Oberfläche des mit den Laserstrahlen abgetasteten bildtragenden Elements haftet;
wobei die Laserstrahlabtasteinheit umfaßt:
eine monolithische Halbleiterlaseranordnung mit mehreren lichtemittierenden Abschnitten zum Abgeben von Laserstrahlen, wobei die lichtemittierenden Abschnitte auf einem Einzelvorrichtungssubstrat ausgebildet sind;
eine Kollimatorlinse mit einer Brennweite fc zum Parallelrichten der von den mehreren Lichtabgabeabschnitten abgegebenen Laserstrahlen; und
eine Ablenkeinheit zum Ablenken der von der Kollimatorlinse abgegebenen Laserstrahlen auf die Oberfläche des bildtragenden Elements;
ein optisches Abtastsystem zum zweidimensionalen Ausbilden von Punkten auf einer Oberfläche des bildtragenden Elements mit den von der Ablenkeinheit abgelenkten Laserstrahlen, wobei das bildtragende Element in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung der Laserstrahlen bewegt wird, so daß die Punkte zweidimensional ausgebildet werden;
wobei das Aufleuchten und die Lichtmenge eines jeden der lichtemittierenden Abschnitte diskret gesteuert werden;
wobei die lichtemittierenden Abschnitte zweidimensional derart auf dem Einzelvorrichtungssubstrat angeordnet sind, daß die zweidimensional ausgebildeten Punkte auf der Oberfläche des bildtragenden Elements ihre eigenen, getrennten Abtastlinien bilden, und
wenn ein Abstand zwischen zwei am weitesten beabstandeten der mehreren Lichtabgabeabschnitte auf der Halbleiterlaseranordnung gleich δmax ist, beträgt fc/δmax gleich 25 oder mehr.
Ein zweites Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Laserstrahlabtasteinheit gemäß einer Laserstrahlabtasteinheit enthaltend:
eine monolithische Halbleiterlaseranordnung mit mehreren Lichtabgabeabschnitten zum Abgeben von Laserstrahlen, wobei die Lichtabgabeabschnitte auf einem Einzelvorrichtungssubstrat ausgebildet sind;
eine Ablenkeinheit zum Ablenken der von der Kollimatorlinse abgegebenen Laserstrahlen;
eine Kollimatorlinse mit einer Brennweite fc zum Parallelrichten der von den mehreren Lichtabgabeabschnitten abgegebenen Laserstrahlen; und
ein optisches Abtastsystem zum zweidimensionalen Ausbilden von Punkten auf einer Oberfläche eines mit den von der Ablenkeinheit abgelenkten Laserstrahlen abgetasteten Elements, wobei das abzutastende Element in einer im wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung der Laserstrahlen verlaufenden Richtung bewegt wird, so daß die Punkte zweidimensional ausgebildet werden;
wobei das Aufleuchten und die Lichtmenge eines jeden der lichtemittierenden Abschnitte diskret gesteuert werden; und
die Lichtabgabeabschnitte zweidimensional auf dem Einzelvorrichtungssubstrat derart angeordnet sind, daß zweidimensional gebildete Punkte auf der Oberfläche des abzutastenden Elements ihre eigenen, getrennten Abtastlinien bilden, und
wenn eine Distanz zwischen am meisten beabstandeten zwei der Lichtabgabeabschnitte an der Halbleiterlaseranordnung gleich δmax ist, fc/δmax gleich 25 oder mehr ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines optischen Laserabtastsystems einer Ausführungsform der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Bilderzeugungsvorrichtung;
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die einen optischen Resonator eines von der Oberfläche lichtemittierenden Halbleiterlasers zeigt;
Fig. 4 sind Schemazeichnungen, die die Beziehungen von Abtastlinien und Punktpositionen zeigen;
Fig. 5 ist eine optische Seitenansicht, die einen optischen Weg eines konventionellen optischen Laserstrahlabtastsystems zeigt;
Fig. 6 ist eine optische Seitenansicht, die einen optischen Weg eines konventionellen Mehrstrahl-Abtastsystems zeigt;
Fig. 7 ist eine Schemazeichnung, die einen am Rand abstrahlenden Halbleiterlaser zeigt;
Fig. 8 ist eine optische Seitenansicht eines optischen Weges einschließlich einer konventionellen Neigungswinkel-Kompensationslinse.

Ausführungsform einer Bilderzeugungsvorrichtung 1-1 Vergleich mit dem Stand der Technik

Vor der Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Vereinfachung des Verständnisses von deren Konzept der einschlägige Stand der Technik erläutert.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines optischen Weges einer konventionellen Bilderzeugungsvorrichtung. In der Figur wird ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser 301 abgegeben wird, mit einem Streuwinkel θ abgestrahlt. Dieser Strahl wird durch eine Kollimatorlinse 302 einer Brennweite fc zu einem nahezu parallelen Strahl umgeformt. Jeder Strahl wird auf der reflektierenden Oberfläche 308 des rotierenden Polygonspiegels durch eine Neigungswinkel- Kompensationslinse 307 gesammelt. Der Strahl, der von dem rotierenden Polygonspiegel 308 reflektiert wird, wird nach dem Durchlaufen durch eine zweite Neigungswinkel-Kompensationslinse 307' zu einem parallelen Strahl. Der Strahl wird anschließend als ein Punkt auf einem bildtragenden Element mittels einer Abtastlinse 304 einer Brennweite fi abgebildet. Da die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' in einer Ebene parallel zur Abtastebene keine optische Brechkraft haben, wird der Strahl parallel gehalten. Mit anderen Worten, der Strahl wird als ein Linienbild auf der reflektierenden Oberfläche 308 des rotieren Polygonspiegels abgebildet.
Nachfolgend wird die Wirkung der Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' erläutert. Die Neigung einer jeden reflektierenden Oberfläche 308 des rotierenden Polygonspiegels hat einen Fehler in der Größenordnung von einigen zehn Winkelsekunden zur Rotationsachse. Die Bildposition des reflektierten Strahls zu dieser Oberfläche hat somit eine Abweichung der Unterabtastrichtung auf der Oberfläche des bildtragenden Elements aufgrund des Einflusses des "optischen Hebels". Diese Abweichung ist im Vergleich zu dem Teilungsabstand der Abtastlinien zu groß, um ignoriert zu werden. Um diese Abweichung zu verhindern, ist, wie in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. SHO 48-49415 offenbart, eine Neigungswinkel-Kompensationslinse vorgesehen, die es ermöglicht, jede reflektierende Oberfläche des Polygonspiegels und die Oberfläche des bildtragenden Elements (die Oberfläche, auf der ein Bild ausgebildet wird) an optisch einander zugeordneten Stellen anzuordnen. Diese Neigungswinkel-Kompensationslinse 307' ist normalerweise eine zylindrische oder torische Linse, die eine optische Brechkraft nur in einer Unterabtastebene hat. Selbst wenn die reflektierende Oberfläche geneigt ist, wie mit 308' in Fig. 5 gezeigt, wird der Strahl stets an derselben Stelle auf der Bilderzeugungsoberfläche abgebildet.
In den letzten Jahren haben jedoch mit den verbesserten Kenntnissen des Einsatzes von Rechnern die Forderungen nach hohen Ausgabegeschwindigkeiten von Bilderzeugungsvorrichtungen stark zugenommen. Dementsprechend wird die Veränderung der Vorrichtungen aktiv betrieben. Eine Ablenkeinheit, die einen rotierenden Polygonspiegel verwendet, lenkt jedoch einen Laserstrahl pro Facette ab und zieht eine Abtastlinie. Wenn somit die Anzahl der Abtastlinien in einer vorbestimmten Zeiteinheit erhöht wird, nimmt die Anzahl der Umdrehungen zu, sofern die Anzahl der Oberflächen auf dem rotierenden Polygonspiegel nicht verändert wird. Bleibt andererseits die Anzahl der Umdrehungen unverändert, nimmt die Anzahl der Oberflächen des rotierenden Polygonspiegels zu. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des rotierenden Polygonspiegels gesteigert wird, sollten Lagerungen verwendet werden, die dynamischen oder statischen Druck von Gasen oder Flüssigkeiten verwenden. Solche Lagerungen sind jedoch teuer und schwierig zu handhaben. Insoweit konnte diese Lagerungen bei Laserstrahldruckern nicht eingesetzt werden. Andererseits wird der Ablenkwinkel klein, wenn die Anzahl der Oberflächen des rotierenden Polygonspiegels gesteigert wird. Die Länge des optischen Wegs im Anschluß an die Ablenkeinheit wird daher lang, und der Kollimationsdurchmesser des Laserstrahls, der in das optische Bilderzeugungssystem eintritt, wird proportional groß. Die Größen der Linse und des rotierenden Polygonspiegels werden somit beachtlich. Insbesondere wenn eine hohe Auflösung der Bilderzeugungsvorrichtung zusammen mit hoher Ausgabegeschwindigkeit gefordert wird, sind wegen der gesteigerten Anzahl der Abtastlinien außerdem eine höhere Umdrehungszahl und ein längerer optischer Weg erforderlich. Dieses gilt auch für eine Ablenkeinheit, die anders als der rotierende Polygonspiegel aufgebaut ist. Dabei wird die Abtastfrequenz hoch und die Länge des sich dran anschließenden Weges wird lang. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine neue Belichtungstechnik entwickelt, bei der mehrere Abtastlinien mit mehreren Laserstrahlen in einer Abtastsequenz geschrieben werden. Diese Belichtungstechnik wird als Mehrstrahl-Belichtungstechnik bezeichnet.
Um mehrere Laserstrahlen zu erhalten, werden als Lichtquellen mehrere Gaslaser- (beispielsweise He-Ne) Oszillatoren verwendet. Alternativ wurde eine Technik entwickelt, bei der ein von einem Oszillator erzeugter Laserstrahl durch einen akusto-optischen Modulator (AOM) oder dgl. in mehrere Abschnitte zeitgeteilt wurde. Als Technik zur Vereinfachung der Vorrichtung und zur Verminderung von deren Größe ist jedoch, wie in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. SHO 54-7328 beschrieben, eine Technik vorgeschlagen worden, bei der eine Halbleiterlaseranordnung, die integral mehrere Lichtabgabeabschnitte auf einer Vorrichtung vereinigt, als Lichtquelle vorgeschlagen worden. Diese Technik wird hier als Mehrstrahl-Laserabtasttechnik bezeichnet.
Wenn mehrere Laserstrahlen mit parallelen optischen Achsen einer Kollimatorlinse zugeführt werden, dann neigen die optischen Achsen jedoch, sich unter großen Winkeln auseinander zu spreizen. Die Größe der reflektierenden Oberfläche der Ablenkeinheit und die Größe der Linse, die das optische System bildet, werden daher im Vergleich zu der Technik, bei der nur ein Laserstrahl verwendet wird, sehr groß.
Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung, die einen optischen Weg von einer Halbleiterlasergruppe zu einem bildtragenden Element gemäß der Mehrstrahl-Laserabtasttechnik zeigt. Zur Vereinfachung sei nun ein optisches Mehrstrahl-Laserabtastsystem angenommen; das zwei Laserstrahlen verwendet, eine konvexe Kollimatorlinse und eine konvexe Bilderzeugungslinse. Die zwei Laserstrahlen; die unter einem gegenseitigen Abstand δ von einer Halbleiterlaseranordnung 321 abgegeben werden, werden von einer Kollimatorlinse 302 einer Brennweite fc parallelgerichtet. Da die Halbleiterlasergruppe 321 in einem objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 302 angeordnet ist, schneiden sich die beiden Laserstrahlen in einem bildseitigen Brennpunkt F derselben. Wenn ein Punkt 306 eines Durchmessers d&sub0; = 100 um auf einer Bildebene 311 erzeugt wird, dann ist, wenn fi = 200 mm ist, der Durchmesser WC des der Abtastlinse zugeführten Strahls, d. h. der Kollimationsdurchmesser, durch die Formel (1) gegeben. Der Punktdurchmesser oder der Strahldurchmesser ist ein Durchmesser, bei dem die Intensität des Strahlquerschnitts das Produkt aus der Stärke der Spitzenintensität und (1/e²) ist. Die Verteilung dieser Intensität entspricht der Gauss'schen Verteilung.
WC = d&sub0;(1 + (4λfi/πd&sub0;)²)0,5 (1)
λ ist jedoch die Wellenlänge des Laserstrahls, die 780 nm ist. Bei diesem Beispiel ist der Kollimationsdurchmesser WC daher etwa 2 mm.
Bei einer sogenannten Rand-emittierenden Laserdiode, die üblicherweise verwendet worden ist und als Konzeptschema in Fig. 7 dargestellt ist, weicht der Strahlspreizwinkel in einer Ebene, die die optische Achse einschließt und parallel zur Kontaktfläche verläuft, von jenem in einer Ebene stark ab, die die optische Achse einschließt und senkrecht zur Kontaktfläche verläuft. Im Falle des konventionellen Halbleiterlasers beträgt der Spreizwinkel θp in einer Ebene parallel zur Kontaktfläche etwa 10º in voller Breite bei der Hälfte des Maximums. In einer Ebene senkrecht zur Kontaktfläche wird der Spreizwinkel θt wegen eines Defraktionseinflusses jedoch etwa 30º in voller Breite bei der Hälfte des Maximums. Außerdem ist es schwierig, die Spreizwinkel θt und θp und deren Verhältnis (nämlich das Verhältnis des längeren Durchmessers zum kürzeren Durchmesser der Ellipse des Strahls) frei einzustellen. Um den Großteil des abgestrahlten Strahls wirksam zu verwenden, ist es notwendig, den Kopplungswirkungsgrad der Halbleiterlaseranordnung und der Kollimatorlinse anzuheben. Um einen Kollimationsdurchmesser von 2 mm zu erhalten, sollte die Brennweite fc der Kollimatorlinse 2 etwa 3 mm sein. Bei der konventionellen Halbleiterlaseranordnung kann andererseits die Distanz δ der einander benachbarten Lichtabgabeabschnitte wegen der gegenseitigen Interferenz nicht auf 100 um eingestellt werden.
Die Distanz vom bildseitigen Brennpunkt F der Kollimatorlinse 302 zur reflektierenden Oberfläche 308 der Ablenkeinheit sollte wegen der Anwesenheit eines jeden Elements der Abtasteinheit gleich h sein. Wenn andererseits die Distanz zwischen meistbeabstandeten der Lichtabgabeabschnitte der Halbleiterlaseranordnung 321 gleich δmax ist, dann kann die Distanz q dieser zwei Strahlen auf der reflektierenden Oberfläche 308 der Ablenkeinheit durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
q = δmax · h/fc (2)
Wenn beispielsweise die Anzahl der Strahlen vier ist und die gegenseitige Distanz benachbarter Lichtabgabeabschnitte, die in einer Linie in der Halbleiterlasergruppe angeordnet sind, gleich 0,1 mm ist, dann wird δmax gleich 3 · δ = 0,33 mm. Wenn die Distanz h des bildseitigen Brennpunktes F der Kollimatorlinse 302 zur reflektierenden Oberfläche 308 gleich 50 mm ist, dann wird q gleich 5 mm. Die Größe der reflektierenden Oberfläche sollte daher wenigstens der Wert sein, der sich durch Addition der Distanz q und des Laserstrahlkollimatordurchmessers ergibt. Mit anderen Worten, die Größe des rotierenden Abschnitts der Ablenkeinheit wird groß, und daher ist die Lagerung einer starken Belastung ausgesetzt. Außerdem rotiert die Ablenkeinheit im unausgewuchteten Zustand. Entsprechend der Formel (2) nimmt der Wert von q zu, wenn der Wert von fc/δmax abnimmt.
Als nächstes wird der Fall betrachtet, bei dem die o. g. Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' dem optischen Abtastsystem hinzugefügt sind. Da die Neigungswinkel-Kompensastionslinsen anamorphe optische Elemente sind, weichen die optischen Eigenschaften in der Abtastebene von jenen in der Unterabtastebene ab. Da, wie oben beschrieben, die Neigungswinkel-Kompensationslinsen keine optische Brechkraft in der Abtastebene haben, kann man durch Anwendung der oben erwähnten Formel (2) die Distanz q der meistbeabstandeten zwei Strahlen auf der reflektierenden Oberfläche in der Abtastebene erhalten. Es ist daher ausreichend, nur die Unterabtastebene zu betrachten. Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung, die einen optischen Weg in der Unterabtastebene einschließlich der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 zeigt. Die Figur zeigt Elemente, die von der Halbleiterlasergruppe 302 ausgehend bis zur reflektierenden Oberfläche 308 der Ablenkeinheit vorhanden sind.
Wie oben beschrieben, wird in der Unterabtastebene jeder Strahl als ein Linienbild auf der reflektierenden Oberfläche 308 der Ablenkeinheit abgebildet. Jedes Linienbild ist mit einer Distanz q zur Rechten der reflektierenden Oberfläche in Unterabtastrichtung ausgebildet. Wenn die Brennweite der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 zur Linken der Strahlablenkeinheit gleich ft ist, dann ist die Distanz zwischen dem bildseitigen Brennppunkt F der Kollimatorlinse 302 und der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 gleich t1, und die Distanz zwischen der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 und der reflektierenden Oberfläche 302 der Ablenkeinheit ist t2, wenn die Symbole in Fig. 6 verwendet werden, und der gegenseitige Abstand q' der meistbeabstandeten zwei Laserstrahlen, die in die Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 eintreten, und der gegenseitige Abstand q dieser Strahlen, die auf die reflektierende Oberfläche 308 auftreffen, sind durch die folgenden Formeln (3) bzw. (4) gegeben:
q' = δmax · t1/fc (3)
q = -q' · (-ft·t1 + t2·t1 - fc·t2)/ft · t2 (4)
Allgemein gesagt, um einen parallelgerichteten Laserstrahl zu erlauben, einen Strahlbauch in der Abtastebene zu haben, sollte die Beziehung ft = t2 befriedigt werden.
Wenn t1 < ft, treffen sich zwei Strahlen nicht auf der Bildseite. Somit gilt die Beziehung q > q'. Wenn der Wert von t1 abnimmt, nimmt der Wert von q zu. Wenn beispielsweise t1 = 20 mm, ft = 30 mm und t2 = 30 mm, dann wird q' = 2 mm und wird q = 3 mm. Die Formel (4) enthält q'. Durch Einfügen der Formel (3) wird der Wert von q' klein, wenn der Wert von fc/δmax groß wird. Da an diesem Punkt die Beziehung t1 und t2 = h befriedigt ist, können die obigen Berechnungen auf die Abtastebene angewendet werden. Mit anderen Worten, bei diesem Beispiel ist die Distanz zweier meist beabstandeter Strahlen in der Unterabtastrichtung klein.
Diese Situation kann auch für die gegenseitige Distanz jeder der vielen Laserstrahlen gelten, die der Abtastlinse 4 zugeführt werden. Mit anderen Worten, wenn die Auftreffstelle auf die oben beschriebene Neigungswinkel-Kompensationslinse die Auftreffstelle der Abtastlinse ist, kann die Formel (3) angewendet werden. Die Distanz von der Kollimatorlinse zur Abtastlinse ist größer als jene des oben genannten Beispiels. Die Größe der Abtastlinse sollte daher weiter gesteigert werden.
Im allgemeinen hat die Kollimatorlinse die höchste optische Brechkraft der optischen Elemente, die das optische Laserstrahlabtastsystem bilden. Mit anderen Worten, die Brennweite der Kollimatorlinse ist unter allen Bauteilen des optischen Laserstrahlabtastsystems die kürzeste. Somit wird auf dem Weg, wo mehrere Laserstrahlen, die von einer Halbleiterlaseranordnung abgestrahlt werden, ein bildtragendes Element über ein optisches System erreichen, der Winkel in jedem Laserstrahlverlauf am meisten verändert, wenn die Laserstrahlen durch die Kollimatorlinse laufen.
Um dieses Problem zu verhindern, ist eine Technik vorgeschlagen worden, bei der zahlreiche optische Elemente hinzugefügt werden, die bewirken, daß die Positionen mehrerer reflektierter Laserstrahlen zusammengerückt werden. Beispielsweise wird in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. SHO 56-69611 ein afokales optisches System hinter einer Kollimatorlinse vorgeschlagen, um jeden Strahl auf einer reflektierenden Oberfläche zu sammeln. Die Hinzufügung eines solchen optischen Systems führt jedoch zu einer Komplizierung der Konstruktion des optischen Abtastsystems. Unter dem Gesichtspunkt von Kosten, Einstellung und Zuverlässigkeit ist dieses daher ungeeignet.
Wenn mehrere Laserstrahlen auf unterschiedlichen optischen Wegen laufen, dann sollte, wie oben beschrieben, das optische System außerdem so gestaltet sein, daß die Aberration und Größe eines jeden Bildpunktes für jeden Laserstrahl vorbestimmte Werte befriedigen. Die Zahl der Entwurfsschritte nimmt daher zu, und die Entwicklungszeit für die Bilderzeugungsvorrichtung wird lang. Außerdem ist es schwierig, solche Lösungen zu erhalten, bei denen alle Laserstrahlen an beliebigen Stellen des Abtastbereichs die vorgesehenen Spezifikationen befriedigen. Mit anderen Worten, solche Forderungen führen zu einem kritischen Problem einer Bilderzeugungsvorrichtung mit hoher Auflösung oder kleinem Bildpunktdurchmesser, was fortgeschrittene Entwurfstechniken verlangt.
Darüber hinaus sollte des optische Laserabtastsystem, das solche schwierigen Forderungen erfüllt, größere Reflexionsflächen der Abtasteinheit und größere wirksame Durchmesser der Linsen enthalten, als jene des konventionellen optischen Laserabstrahlsystems, das nur einen Laserstrahl verwendet. Außerdem ist der Aufbau des Erstgenannten komplizierter als der des Letztgenannten. Mit anderen Worten, die erstgenannte Vorrichtung erfordert eine größere Anzahl Linsen und genaue Einstellungen der Linsenpositionen. Die üblichen Produktionseinrichtungen können daher gewöhnlich nicht benutzt werden.

1-2 Aufbau der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 ist eine Schemazeichnung, die den Gesamtaufbau einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Vorgang zum Erstellen eines gedruckten Ergebnisses auf einem Bildübertragungsmaterial 351 entspricht dem sogenannten elektrofotografischen Prozeß. Als ein bildtragendes Element 305 eines elektrofotografischen Druckers, der einen Laserstrahl als Lichtquelle verwendet, ist ein organischer Fotoleiter (OPC) mit vergrößerter Empfindlichkeit im Bereich größerer Wellenlängen in breitem Umfang eingesetzt worden. Dieses bildtragende Element 305 wird durch einen Lader 352 auf ein vorbestimmtes Oberflächenpotential aufgeladen. Anschließend führt eine Laserstrahlabtasteinheit 353 einen Lichtschreibvorgang aus, d. h. einen Belichtungsvorgang. Entsprechend der Bildinformation von der Laserstrahlabtasteinheit 353 werden mehrere Laserstrahlemn 354, deren Lichtintensitäten individuell moduliert sind, über das bildtragende Element 305 in dessen Axialrichtung abgetastet (abgelenkt), um dadurch elektrische Ladungen zu erzeugen, die das Oberflächenpotential nur an den belichteten Bereichen neutralisieren. Der Absolutwert des Oberflächenpotentials an diesen Abschnitten wird daher niedrig. Als Folge davon ergibt sich auf dem bildtragenden Element 305 eine Verteilung von Oberflächenpotentialen in Übereinstimmung mit dem Bild, d. h. es wird ein statisches Latenzbild erstellt. Eine Entwicklungseinheit 355 hängt selektiv ein Entwicklungsmittel in Übereinstimmung mit den Oberflächenpotentialen an das bildtragende Element 305 an. D. h., das statische Latenzbild wird entwickelt. Dieses Entwicklungsmittel wird auf ein Transfermaterial 351 (normalerweise Papier) durch eine Transfereinheit 356 übertragen. Das Entwicklungsmittel auf dem Transfermaterial 351 wird durch thermischen Druck in einer Fixiereinheit 357 fixiert. Anschließend wird das Transfermaterial 351 aus dem Gerät abgegeben.
Fig. 1 ist eine Schemazeichnung, die den Aufbau eines optischen Laserstrahlabtastsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Laserstrahlabtasteinheit 353 nach Fig. 2 werden die Laserstrahlen 354 umgelenkt und nach unten abgegeben. Bei diesem Beispiel ist die Darstellung der Laserstrahlen jedoch vereinfacht. In der Zeichnung werden die Laserstrahlen, die von mehreren lichtemittierenden Abschnitten 341a einer monolithischen Halbleiterlaseranordnung 351 abgegeben werden, zu Laserstrahlen mit einem vorbestimmten Strahldurchmesser durch eine Kollimatorlinse 392 parallelgerichtet. Die Laserstrahlen werden einem rotierenden Polygonspiegel 303 zugeführt. Wenn der Polygonspiegel 303 rotiert, werden diese Laserstrahlen abgelenkt. Die Laserstrahlen, die durch eine bildformende Linse 304 verlaufen, werden an Punkten 306 auf dem bildtragenden Element 305 abgebildet. Das Aufleuchten und die Lichtmenge eines jeden der lichtemittierenden Abschnitte 341a werden durch eine Steuereinheit 360 einzeln gesteuert.
Als Halbleiterlaseranordnung, die solche Eigenschaften aufweist, wird eine sogenannte Oberflächenlichtabgabe-Halbleiterlaseranordnung verwendet. Der Einsatz einer solcher Oberflächenlichtabgabe-Halbleiterlaseranordnung mit lichtemittierenden Abschnitten, in der ein Halbleiter mit einer Verbindung der Gruppen II-IV eingebettet ist, ist vorzuziehen.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die einen der lichtemittierenden Abschnitte 341a zeigt, die zweidimensional auf einem Vorrichtungssubstrat 341 der Oberflächenlichtabgabe-Halbleiterlaseranordnung angeordnet sind. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist auf einem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 322 eine Halbleiterlaminatreflexionsschicht 322 ausgebildet. Die Reflexionsschicht 322 besteht aus einigen zehn Lagen zweiter Typen von Al-Ga-As-Verbindungen. Auf der reflektierenden Schicht 322 sind eine Hüllschicht 324, eine aktive Schicht 325, eine Hüllschicht 326 und eine Kontaktschicht 327 angeordnet, die jeweils aus Al-Ga-As-Verbindungen bestehen. Auf der Kontaktschicht 327 ist eine reflektierende Laminatschicht 328 aus einem SiO&sub2;-Dielektrikum ausgebildet. Auf der gesamten Rückseite des Ga-As-Substrats ist eine fensterförmige Elektrode 329 ausgebildet. Außerdem ist an der Peripherie der reflektieren dielektrischen Laminatschicht 328 eine fensterförmige Elektrode 330 ausgebildet. Somit bilden alle Teile, die aus dem Ga-As-Substrat ausgebildet sind, einen optischen Resonator. Ein Lichtstrahl, der auf der aktiven Schicht 325 erzeugt wird, läuft zwischen der oberen reflektierenden Schicht 327 und der unteren reflektierenden Schicht 323 in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Vorrichtungssubstrats hin und her. Der Lichtstrahl oszilliert somit. Als Folge davon ist die optische Achse des Laserstrahls 331 nahezu senkrecht zur Oberfläche des Vorrichtungssubstrats. Am Umfang des optischen Resonators ist eine Halbleiterverbindung der Gruppe II bis VI als Einbettungsschicht 332 eingebettet. Als Halbleiterverbindung der Gruppe II bis VI ist bevorzugt, eine Verbindung der Gruppe II bis VI zu verwenden, die zwei, drei oder vier Elemente enthält, die aus den Gruppe-II-Elementen Zn, Cd und Hg ausgewählt sind und Gruppe-VI-Elemente, O, S, Se und Te. Es ist außerdem vorteilhaft, die Gitterkonstante der Verbindung an jene der Halbleiterschichten anzupassen, die aus der Hüllschicht 327, der aktiven Schicht 325 und der Hüllschicht 326 gebildet werden. Da der elektrische Widerstand der Gruppe-II-VI-Halbleiterverbindung sehr groß ist, wird der Strom wirksam im optischen Resonator eingeschlossen. Da der Brechungsindex der eingebetteten Schicht 332 von dem der Al-Ga-As-Halbleiterschicht verschieden ist, wird außerdem der Strahl, der in dem optischen Resonator in der Richtung exakt oder nahezu senkrecht zur Oberfläche des Vorrichtungsubstrats wandert, an der Grenzfläche zur eingebetteten Schicht 332 totalreflektiert. Der Strahl wird somit wirksam im optischen Resonator eingeschlossen.
Wenn eine solche Halbleiterlaseranordnung verwendet wird, beginnt die Laserschwingung daher mit einem sehr kleinen Strom im Verhältnis zum konventionellen Laser. Mit anderen Worten, der Schwellenwert der Halbleiterlaseranordnung ist niedriger als jener des konventionellen Halbleiterlasers. Die Verlustwärme ist daher klein. In Fig. 3 ist eine Diode auf dem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 322 ausgebildet. Das in der aktiven Schicht 325 erzeugte Licht läuft zwischen den reflektierenden Schichten 323 und 328 hin und her. Es findet daher eine Laserschwingung statt. Ein Laserstrahl 331 wird von der Reflexionsschicht 328 abgegeben, deren Reflexionsvermögen kleiner als das der Reflexionsschicht 328 ist, senkrecht zur Richtung der Oberfläche des Vorrichtungssubstrats.
Da außerdem die Querschnittsgröße (Nahfeldmuster) der Laserstrahl-abstrahlenden Abschnitte der Oberflächenlichtabgabe-Halbleiterlaseranordnung größer als jene des konventionellen, Rand abstrahlenden Halbleiterlasers ist, sind die Streuwinkel der Laserstrahlen klein. Obgleich die Größe des Streuwinkels von der Fläche des Lichtaustrittsfensters abhängt, kann die Fläche durch einen Ätzvorgang oder dgl. präzise beeinflußt werden. Somit kann der Streuwinkel konstant gehalten werden. Ein Laserstrahl mit einem Streuwinkel von etwa 8º in voller Breite beim halben Maximum kann somit zufriedenstellend erreicht werden. Da bei dem an der Oberfläche Lichtemittierenden Halbleiterlaser Strom und Licht in einem optischen Resonator des Lasers wirksam eingeschlossen werden können, kann außerdem die Wärmemenge, die durch jeden lichtemittierenden Abschnitt erzeugt wird, vermindert werden. Wenn mehrere lichtemittierende Abschnitte benachbart angeordnet sind, können auch die gegenseitige optische, elektrische und thermische Beeinflussung im Vergleich zum konventionellen, am Rand abstrahlenden Halbleiterlaser beachtlich vermindert werden. Die Distanz benachbarter Lichtabgabeabschnitte kann daher im Vergleich zum konventionellen Halbleiterlaser vermindert werden. Mit anderen Worten, die Größenordnung von 50 um kann erreicht werden.
Wie in dem Absatz über den Stand der Technik erläutert wurde, sollte die Brennweite fc der Kollimatorlinse etwa 8 mm sein, um parallelgerichtete Strahlen mit einem Durchmesser von 2 mm unter Verwendung des oben erwähnten, an der Oberfläche lichtemittierenden Halbleiterlasers zu erhalten. Da außerdem die Distanz δ benachbarter lichtemittierender Abschnitte an der Halbleiterlaseranordnung 341 auf so eng wie 50 um eingestellt werden kann, wird für den Fall von vier Strahlen, die nebeneinander verlaufen, δmax gleich 150 um. Wenn die reflektierende Oberfläche der Ablenkeinheit an der gleichen Stelle (gegen die Kollimatorlinse) wie in der Ausführung nach dem Stand der Technik angeordnet ist, wird die Distanz q benachbarter Strahlreflexionsstellen auf der reflektierenden Oberfläche 1/5 des Wertes bei der Ausführungsform nach dem Stand der Technik. Der Wert von fc/δmax der Ausführungsform nach dem Stand der Technik ist etwa zehn. Bei der vorliegenden Erfindung wird andererseits der Wert von fc/δmax etwa 53. Wenn die Distanz h zwischen der Kollimatorlinse und der reflektierenden Oberfläche 50 mm ist, dann wird wie beim Stand der Technik die Distanz q benachbarter Strahlablenkstellen etwa 0,049 mm - Dieser Wert ist nicht groß im Vergleich zum Kollimationsdurchmesser WC der Strahlen.
Es sei insbesondere der Fall betrachtet, bei dem ein Punktdurchmesser auf der bildtragenden Oberfläche auf 50 um vorgegeben ist, um ein Bild mit einer viel höheren Auflösung zu bilden. Durch Anwendung der o. g. Formel ist der Kollimationsdurchmesser WC verdoppelt (nämlich etwa 4 mm). Die Brennweite fc der Kollimatorlinse ist daher ebenfalls verdoppelt. Die Distanz q benachbarter Reflexionspositionen auf der reflektierenden Oberfläche ist halbiert.
Wenn jeder Strahl verfolgt wird, ist die Distanz benachbarter Strahlen an jeder Position in der optischen Achse sehr viel kleiner als der Kollimationsdurchmesser. Selbst wenn ein optisches System mit mehreren Laserstrahlen arbeitet, ist es daher möglich, das optische System zu entwerfen, indem nur ein typischer Strahl betrachtet wird. Die Entwurfsarbeit des optischen Laserabtastsystems ist daher sehr vereinfacht. Wenn die Genauigkeit der Bildpunkte nicht wichtig ist, kann das konventionelle optische Laserabtastsystem mit einem Strahl verwendet werden, wie es ist.
Da bei dem an der Oberfläche lichtemittierenden Halbleiterlaser die Lichtabgabeabschnitte an Positionen angeordnet werden können, wo sie einander nicht stören, können sie auf der Vorrichtung außerdem zweidimensional angeordnet werden. Die von Lichtabgabeabschnitten auf dem Vorrichtungssubstrat abgestrahlten Laserstrahlen werden durch die optische Vergrößerung M des optischen Abtastsystems vergrößert, wobei die Distanz jeweils benachbarter lichtemittierender Abschnitte gleich δ ist. Anschließend werden die resultierenden Strahlen an Punkten auf dem bildtragenden Element abgebildet, wobei die Distanz benachbarter Punkte gleich δ' ist. Der Wert von M ist nahezu gleich dem Verhältnis der Brennweite der Kollimatorlinse zu der der Abtastlinse.
Es sei nun in einem Belichtungssystem, das das bildtragende Element mit vier Laserstrahlen abtastet, die Beziehung zwischen den Abtastlinien und den Bildpunkten betrachtet. Außerdem sei der Fall angenommen, daß vier benachbarte Abtastlinien in einer einzigen Abtastfolge gezogen werden. Die Distanz zweier meist beabstandeter Bildpunkte ist hiermit δ'max. bezeichnet. Wenn die Bildpunkte wie in Fig. 4(a) angeordnet sind, dann der Wert von δ'max im Vergleich zu dem Fall herabgesetzt werden, bei dem sie in einer Linie angeordnet sind, wie in Fig. 4(b) gezeigt. Die Positionen der Bildpunkte auf dem bildtragenden Element sind ähnlich jene der lichtemittierenden Abschnitte auf der Halbleiteranordnung. Wenn alternativ das optische Neigungswinkel-Kompensationssystem verwendet wird, findet eine Funktionsbeziehung statt, bei der die Unterabtastrichtung mit einer speziellen Vergrößerung multipliziert wird. Im selben optischen System ist somit der Wert von δmax ebenfalls klein, wenn der Wert von δ'max klein ist. In der Anordnung nach Fig. 4(b) wird somit der Wert von q in der Formel (2), (3) oder (4) klein. Die Größe der reflektierenden Oberfläche der Ablenkeinheit kann dementsprechend vermindert werden. Als Folge davon kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden.
Im obigen Beispiel wurde der Fall betrachtet, bei dem vier Laserstrahlen verwendet wurden. Wenn die Anzahl der Laserstrahlen weiter gesteigert wird, können die lichtemittierenden Abschnitte auf der Halberleiterlaseranordnung frei angeordnet werden, so daß die Punkte an den engsten Stellen auf dem bildtragenden Element angeordnet werden. Als Folge davon können noch signifikantere Effekte erzielt werden, als mit der oben beschriebenen Konstruktion. In Fig. 4(c) ist ein Beispiel einer Anordnung von Bildpunkten entsprechend einer Abtastlinie in dem Falle gezeigt, bei dem acht Laserstrahlen verwendet werden. Mit anderen Worten, durch Anwendung der Formel (2) wird, wenn die lichtemittierenden Abschnitte in einer Linie angeordnet sind, δmax = 7 · δ. Bei der in Fig. 4 (c) gezeigten Anordnung kann jedoch der Wert von q im wesentlichen als δmax = 3 · δ beim Entwurf des optischen Systems berechnet werden. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung können somit weiter verbessert werden. Da außerdem die Abtastrichtung des Bildpunktes 306a die gleiche wie jene des Bildpunktes 306e ist, können die entsprechenden Lichtabgabeabschnitte mit gleicher Zeitlage betrieben werden.
Die Brennweite der Kollimatorlinse im Falle, daß eine an der Oberfläche abstrahlende Halbleiterlaseranordnung verwendet wird, ist größer als jene im Falle, daß ein konventioneller, am Rand abstrahlender Halbleiterlaser verwendet wird. Somit wird die Toleranz der Distanz zwischen der Halbleiterlaseranordnung und der Kollimatorlinse in Richtung der optischen Achse groß. Daher läßt sich die Einstellarbeit im Produktionsvorgang vereinfachen. Außerdem kann die Kollimatorlinse einen Widerstand gegen Positionsverschiebungen aufgrund Temperaturschwankungen und Alterungseinflüssen haben.
Wie oben beschrieben, werden gemäß der Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mehrere von einer Halbleiterlaseranordnung abgegebene Laserstrahlen durch eine Kollimatorlinse parallelgerichtet. Die sich ergebenden Laserstrahlen werden durch eine Strahlablenkeinheit abgelenkt. Die sich ergebenden Laserstrahlen werden durch eine Abtastlinse als Punkte auf einem bildtragenden Element abgebildet. Somit wird ein optischer Schreibvorgang ausgeführt. Die Brennweite fc der Kollimatorlinse der vorliegenden Erfindung ist größer als jene der Ausführungsform des Standes der Technik. Außerdem ist die Distanz δ benachbarter Lichtabgabeabschnitte der Halbleiterlaseranordnung klein. Insbesondere wenn eine Halberleiterlaseranordnung, die an der Oberfläche Licht abgibt, verwendet wird, wird wegen der kleinen Streuwinkel der abgegebenen Laserstrahlen die Brennweite fc der Kollimatorlinse groß. Da die in jedem lichtemittierenden Abschnitt erzeugte Wärmemenge klein ist und die elektrischen und optischen Interferenzen derselben klein sind, kann außerdem ihre gegenseitige Distanz weiter vermindert werden.
Im Falle, daß eine Neigungswinkel-Kompensationslinse nicht verwendet wird, ist die Distanz der meist beabstandeten Laserstrahlen, die in einer Linie auf der reflektierenden Oberfläche der Ablenkeinheit angeordnet sind, durch die oben erwähnte Formel (2) gegeben.
Im Falle, daß die Neigungswinkel-Kompensastionslinse verwendet wird, sind die Distanz q' der meist beabstandeten Strahlen auf der Neigungswinkel-Kompensationslinse und die Distanz q jener auf der reflektierenden Oberfläche der Ablenkeinheit durch die Formeln (3) bzw. (4) gegeben. Durch Einsetzen der Formeln (2) und (3) findet man, daß q und q' umgekehrt proportional zu fc/δmax sind. Durch Einsetzen der Formel (4) sind sie, da q proportional zu q' ist, auch umgekehrt proportional zu fc/δmax. In diesem Falle kann auf die Abtastebene die Formel (2) angewendet werden.
Mit anderen Worten, wenn der Kehrwert von fc/δmax mit dem Wert äquivalent zur Größe in Richtung der optischen Achse multipliziert wird, erhält man die Distanz jedes Strahls in der Richtung senkrecht zur optischen Achse. Allgemein, in einer kleiner Bilderzeugungsvorrichtung, die Daten auf Papier der Größe A4 oder ähnlich drucken kann, sind die Distanzen benachbarter optischer Elemente in Richtung der optischen Achse und deren Brennweite etwa 50 mm. Dieser Wert durch Z dargestellt. Wenn andererseits aus der Auflösung umgewandelt, ist der Kollimationsdurchmesser der Laserstrahlen etwa 2 mm. Wenn die Maximaldistanz zweier meist beabstandeter Strahlen auf jeder Linsenoberfläche und die reflektierende Oberfläche auf den Kollimationsdurchmesser begrenzt sind, dann ist der Wert von δmax/fc · Z vorzugsweise 2 mm oder kleiner. Der Wert von fc/δ max ist daher vorzugsweise 25 oder mehr.
Weiterhin, wenn mehrere Laserstrahlen einer Abtastlinse zugeführt werden und die Distanz der am weitesten voneinander entfernten beiden Strahlen 2 mm ist, dann sollte der Wert von Z etwa 100 mm sein. Gemäß der obigen Berechnung ist daher der Wert fc/δ max vorzugsweise 50 oder mehr.
Wenn, wie oben beschrieben, der Maximalwert der Distanz benachbarter Strahlen an jeder Linse und die Reflexionsfläche und nahezu genauso groß sind, wie der Wert des Kollimationsdurchmessers der Laserstrahlen, dann sind die Größen der Linse und der reflektierenden Oberfläche nicht merklich größer als die Größe eines optischen Systems, das einen Laserstrahl ablenkt. Wenn außerdem die Distanz benachbarter Laserstrahlen kleiner ist, als der Kollimationsdurchmesser, können bei der Entwicklung des optischen Systems mehrere Laserstrahlen im wesentlichen genau so behandelt werden, wie ein einzelner Laserstrahl.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist nur eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn der Streuwinkel jedes Strahls klein ist und der Abstand benachbarter Lichtabgabeabschnitte klein ist, lassen sich dieselben Wirkungen erzielen. Es sei außerdem angemerkt, daß selbst wenn der rotierende Spiegel anders aufgebaut und/oder nach anderen Verfahren hergestellt ist, wie beispielsweise durch Plastikspritzformen, ähnliche Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden können. Außer mit rotierendem Polygonspiegel als Ablenkeinheit können darüber hinaus auch mit einem Galvanospiegel oder dgl. die gleichen Wirkungen in ähnlicher Weise erreicht werden.
Weiterhin ist der Aufbau des an der Oberfläche lichtemittierenden Laser in der oben beschriebenen Ausführungsform nur ein Beispiel, das eingerichtet werden kann. Wenn die oben genannte Beziehung der Brennweite der Kollimatorlinse zur gegenseitigen Distanz benachbarter Lichtabgabeabschnitte befriedigt wird, können die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindung ohne Rücksicht auf deren Konstruktion erzielt werden.
Es ist augenscheinlich, daß der Umfang der Anwendungen der Bilderstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung Faximilegeräte und Anzeigeeinheiten sowie Druckgeräte, wie z. B. Drucker und Kopiergeräte umfaßt. Bei diesen Geräten und Einheiten können die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindung erreicht werden.

1-3 Wirkungen

Wie oben beschrieben, können mit der Bilderstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einer Belichtungstechnik unter Verwendung mehrerer Laserstrahlen mit einer Halbleiterlaseranordnung, die die vorgenannten Bedingungen bezüglich der Brennweite einer Kollimatorlinse und der gegenseitigen Distanz benachbarter Lichtabgabeabschnitte die Größe der Reflexionsfläche einer Abtasteinheit und der wirksame Durchmesser jeder Linse vermindert werden, ohne daß es notwendig ist, optische Hilfselemente hinzuzufügen. Die Größe des optischen Abtastsystems oder der Bilderstellungsvorrichtung können reduziert und dadurch deren Kosten vermindert werden.
Da mehrere Laserstrahlen auf fast demselben optischen Weg wandern, kann außerdem ein optisches Abtastsystem in der gleichen Weise gestaltet werden, wie für einen einzelnen Laserstrahl. Die Anzahl der Entwicklungsschritte für das System kann daher merklich verringert und die Entwicklungsdauer abgekürzt werden. Außerdem kann das optische Abtastsystem mit nur einem Laserstrahl verwendet werden. Die Produktivität ist somit merklich verbessert,
Wenn mehrere Laserstrahlen in jedes optische System eintreten, das das optische System bildet, kann das übliche optische Abtastsystem für nur einen Laserstrahl so wie es ist, verwendet werden, sofern die Distanz der beiden am weitesten voneinander entfernten Strahlen geringer ist als der Kollimationsdurchmesser der Laserstrahlen. Mit anderen Worten, ohne jegliche Modifikation des optischen Abtastsystems der Bilderzeugungsvorrichtung, die nur einen Laserstrahl verwendet, kann durch Erhöhung der Anzahl der Laserstrahlen eine Hochgeschwindigkeits-Bilderstellungsvorrichtung erzeugt werden. Bei der Herstellung der Erzeugnisse kann man somit unerwartete Vorteile erzielen.
Da die Streuwinkel der Laserstrahlen klein sind, können somit die Distanz zwischen der Kollimatorlinse und der Halbleiterlaseranordnung vergrößert werden. Die Einstelltoleranz in der Richtung der optischen Achse der Kollimatorlinse ist vergrößert. Zusätzlich zur Steigerung der Produktivität lassen sich somit Bilder mit vorbestimmten Punktdurchmesser belichten, ohne daß Verschlechterungen durch Alter oder Temperaturänderungen einen Einfluß haben. Als Folge davon ist die Bildqualität verbessert.

Gewerbliche Anwendung

Die Bilderstellungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann Daten auf Papier mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung eines elektrofotografischen Prozesses drucken. Die Bilderstellungsvorrichtung kann als eine Ausgabeeinheit eines Rechners, eines Faximilegerätes, eines Multifunktionskopiergerätes und dgl. verwendet werden.

Claims

1. Bilderzeugungsvorrichtung, die umfasst:

ein bildtragendes Element (311), auf dem ein statisches latentes Bild erzeugt wird;

eine Ladeeinheit, die die Oberfläche des bildtragenden Elementes (311) lädt;

eine Laserstrahl-Abtasteinheit (304), die mit einer Vielzahl von Laserstrahlen eine Oberfläche des bildtragenden Elementes (311) abtastet, die geladen ist; und

eine Entwicklungseinheit, die bewirkt, dass ein Entwicklungsmittel an der mit den Laserstrahlen abgetasteten Oberfläche des bildtragenden Elementes (311) haftet;

wobei die Laserstrahl-Abtasteinheit (304) umfasst:

eine monolithische Halbleiterlaseranordnung (321) mit einer Vielzahl lichtemittierender Abschnitte (341a), die Laserstrahlen emittieren, wobei die lichtemittierenden Abschnitte (341a) auf einem Einzelvorrichtungssubstrat (341) ausgebildet sind;

eine Kollimatorlinse (302) mit einer Brennweite fc, die die von der Vielzahl lichtemittierender Abschnitte emittierten Laserstrahlen kollimiert; und

eine Ablenkeinheit (308), die von der Kollimatorlinse (302) emittierte Laserstrahlen auf die Oberfläche des bildtragenden Elementes (311) ablenkt;

ein optisches Abtastsystem, das mit den von der Ablenkeinheit (308) abgelenkten Laserstrahlen zweidimensional Punkte auf einer Oberfläche des bildtragenden Elementes erzeugt, wobei das bildtragende Element in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Abtastrichtung der Laserstrahlen bewegt wird, so dass die Punkte zweidimensional erzeugt werden;

wobei das Leuchten und die Lichtmenge jedes der lichtemittierenden Abschnitte (341a) einzeln gesteuert werden;

die lichtemittierenden Abschnitte (341a) zweidimensional so auf dem Einzelvorrichtungssubstrat angeordnet sind, dass die zweidimensional erzeugten Punkte auf der Oberfläche des bildtragenden Elementes ihre eigenen separaten Abtastzeilen bilden, und

wenn ein Abstand zwischen zwei am weitesten beabstandeten der Vielzahl lichtemittierender Abschnitte auf der Halbleiterlaseranordnung (321) δmax beträgt, fc/δmax 25 oder mehr beträgt.

2. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der von den lichtemittierenden Abschnitten emittierten Laserstrahlen eine Strahlbreite von 20 Grad oder weniger bei Halbwertbreite hat.

3. Laserstrahl-Abtasteinheit, die umfasst:

eine monolithische Halbleiterlaseranordnung (321) mit einer Vielzahl lichtemittierender Abschnitte (341a), die Laserstrahlen emittieren, wobei die lichtemittierenden Abschnitte (341a) auf einem Einzelvorrichtungssubstrat ausgebildet sind;

eine Ablenkeinheit (308), die die von der Kollimatorlinse (302) emittierten Laserstrahlen ablenkt;

ein optisches Abtastsystem, das mit den von der Ablenkeinheit (308) abgelenkten Laserstrahlen zweidimensional Punkte auf einer Oberfläche eines abzutastenden Elementes erzeugt, wobei das abzutastende Element in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Abtastrichtung der Laserstrahlen bewegt wird, so dass die Strahlen zweidimensional erzeugt werden;

wobei das Leuchten und die Lichtmenge jedes der lichtemittierenden Abschnitte (341a) einzeln gesteuert werden; und

die lichtemittierenden Abschnitte (341a) zweidimensional so auf dem Einzelvorrichtungssubstrat angeordnet sind, dass die zweidimensional erzeugten Punkte auf der Oberfläche des abzutastenden Elementes ihre eigenen separaten Abtastzeilen bilden, und

4. Laserstrahl-Abtasteinheit nach Anspruch 3, wobei jeder der von den lichtemittierenden Abschnitten emittierten Laserstrahlen eine Strahlbreite von 20 Grad oder weniger bei Halbwertbreite hat.