Laseraufzeichnungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Laseraufzeichnungsvorrichtung
für die schnelle Reproduktion einer Bildinformation, wie beispielsweise von Zeichen oder
graphischen Darstellungen aus einem Rechner oder einem f Faksimile-Übertrager/ und insbesondere auf eine Laseraufzeichnungseinrichtung
zur schnellen Aufzeichnung mit hoher Qualität durch Ablenken und Modulieren eines
Laserstrahls entsprechend einer solchen Bildinformation. ) 25 ■
Laserstrahldrucker zur schnellen Aufzeichnung
unter Modulieren eines Laserstrahls mit einem Aufzeichnungssignal und Überstreichen eines Aufzeichnungsmaterials mit
dem auf diese Weise modulierten Laserstrahl sind beispielsweise aus der US-PS 4 059 833 bekannt.
35
Bei herkömmlichen Laseraufzeichnungseinrichtungen waren eine Fein-Einstellvorrichtung oder ein optischer
Spiegel zum Einführen des Lichtstrahls aus einem Laser in eine vorbestimmte Stelle eines Modulators sowie eine
VI/rs
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Mehrzahl von Spiegeln zur Ausrichtung des modulierten Strahls aus dem Modulator auf eine erforderliche Lage
notwendig. Aus diesem Grund hat die Strahlen-Kollimierung ein kompliziertes zeitraubendes Verfahren notwendig gemacht,
während die unvermeidbar lange optische Weglänge einen kompakteren Aufbau der Einrichtung verhindert
hat und die optischen Verluste im Modulator oder an den Spiegeln die Verwendung eines Kochleistungs-Lasers
erforderlich gemacht haben.
Ferner ergibt die Verwendung der optischen Spiegel eine Vibration der Lichtstrahlen durch eine eventuelle
mechanische Vibration, was zu einer Verschlechterung der Gleichmäßigkeit des aufgezeichneten Bilds an einem
'~* photoempfindlichen Material und eine verringerte Bildqualität
ergibt. Weiterhin hat im allgemeinen der Ersatz, oder die Einregulierung des Lasers oder der
Strahlablenkvorrichtung eine Neueinstellung des Lichtwegs in der ganzen Aufzeichnunqseinrichtung erforderlich
gemacht, was den Ersatz oder die Einstellung der Komponenten außerordentlich schwierig gemacht hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Laseraufzeichnungseinrichtung zu schaffen, die ein
Aufzeichnen ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile unter gleichmäßiger Leistung über eine lange Zeit
ermöglicht.
Ferner soll mit der Erfindung eine Laserauf-
Zeichnungseinrichtung geschaffen werden, bei der die Bestrahlung einer bestimmten Stelle mit dem Laserstrahl
auf beträchtlich vereinfachte Weise erzielt werden kann.
Weiterhin soll bei der erfindungsgemäßen Laserauf-
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Zeichnungseinrichtung der Ersatz oder die Einstellung
von Komponenten auf einfache Weise ausführbar sein.
Ferner soll bei der erfindungsgemäßen Laserauf-Zeichnungseinrichtung
die Anzahl der Spiegel verringert] sein, die dafür notwendig sind, den Laserstrahl in eine
gewünschte Lage zu bringen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus- ^O führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert.
Fig. 1 bis 4 sind Ansichten einer Laserauf zexchnungseinrichtung, wobei die
'5 Fig. 1 eine Seitenschnittansicht ist,
die Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die Fig. 3 eine Draufsicht ist,
die Fig. 4(A) eine Teilseitenansicht ; ist und die Fig. 4(B) eine Teilrückan-
sieht ist.
Fig. 5 ist eine auseinandergezogen dargestellte perspektivische Ansicht eines
Teils der Aufzeichnungseinrichtung.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiter-Laserelements.
Fig. 7 bis 9 sind Ansichten einer Lasereinheit,
wobei die rig. 7 eine Schnitt-Draufsicht ist, die Fig. 8 eine Schnitt-Seitenansicht
ist und die Fig. 9 eine Rückansicht ist.
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Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer
Halbleiter-Laservorrichtung.
Fig. 11 ist eine Schnitt-Seitenansicht der Lasereinheit.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungseinrichtung in Seitenschnittansicht
und perspektivischer Ansicht; die Figuren zeigen:
einen elektrophotographischen Aufzeichnungsabschnitt 1,
wie er beispielsweise in den US-PS 3 666 363 und 4 071 361 beschrieben ist, einen optischen Abschnitt 2,
der dem Aufzeichnungsabschnitt 1 einen entsprechend einer
Bildinformation modulierten Laserstrahl zuführt, und eine photoempfindliche Trommel 3 mit einem trommeiförmigen
photoempfindlichen Material, das im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Substrat, einer photoleitfähigen
Schicht und einer Isolierschicht gebildet ist und das an seiner isolierten Oberfläche mittels eines
ζυ ersten Koronaladers 5 gleichförmig positiv oder negativ
geladen wird, um eine Ladung mit zur Ladepolarität entgegengesetzter Polarität an der Grenzfläche zwischen
der photoleitfähigen Schicht und der Isolierschicht oder innerhalb der photoleitfähigen Schicht einzufangen;
danach wird das Material gleichzeitig mit einer Wechselstrom-Koronaentladung
aus einem Wechselstrom-Koronaentlader 6 der Bestrahlung mittels des Laserstrahls 7
ausgesetzt, wodurch ein der Lichtintensität des Laserstrahls 7 entsprechendes Oberflächenpotential-Muster
an der isolierten Oberfläche ausgebildet wird; dann wird das Material mittels einer Totalbelichtungslampe
8 gleichförmig belichtet, wodurch an der Isolationsoberfläche ein elektrostatisches Ladungsbild mit gesteigertem
Kontrast ausgebildet wird; dieses Ladungsbild wird in einer Entwicklungsstation mit einem im
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' wesentlichen aus geladenen Parbteilchen zusammengesetzten Entwickler entwickelt, um ein sichtbares Bild zu erhalten,
das nach Behandlung mittels eines Positiv-Laders 10 mit Hilfe eines Übertragungs-Laders 13 in Verbindung mit
einer Belichtung mittels einer Nach-Belichtungslampe 12
zur Absenkung des Widerstands der photoleitfähigen Schicht
auf ein Bildempfangsmaterial 11 wie Papier übertragen
wird. Das Bildempfangsmaterial bzw. Bildempfangsblatt wird in einer Ablösestation 18 mit Hilfe eines Trenn-'0
bands 19 von der photoempfindlichen Trommel 3 abgelöst
und in eine mit einer Infrarotlampe oder einer Heizplatte versehene Fixierstation 20 geleitet, in der das übertragene
Bild fixiert wird, um ein elektrophotographisch reproduziertes Bild zu erzielen. Andererseits wird die
Isolationsoberfläche in einer Reinigungsstation 22 gereinigt, um eventuell zurückgebliebene geladene Teilchen
zu entfernen, und mittels einer Vor-Belichtungslampe 4
belichtet, um den Widerstand der photoleitfähigen Schicht zu verringern, wodurch die photoempfindliche Trommel 3
j für die nachfolgende Verwendung vorbereitet ist.
Ferner ist eine Papierzufuhrwalze 15 gezeigt, die in ständiger Drehung gehalten wird und die zum Absenken
auf die aufgestapelten Bildempfangs-Blätter aus-
gebildet ist, um damit ein Blatt 11 entlang seines Transportwegs vorzuschieben, wobei das Blatt unter geeigneter
Zeitsteuerung durch Zeitsteuerungs- bzw. Registrierwalzen 16 und 17 zu dem Abschnitt für die Bildübertragung vorgeschoben
wird. Das Blatt mit dem darauf sitzenden über-30
tragenen Tonerbild wird in der Fixierstation 20 der Bildfixierung unterzogen und dann mit Hilfe von Transportwalzen
21 auf eine Ablage 14 ausgestoßen.
Nach Fig. 2, die den Zusammenhang zwischen dem 35
Aufzeichnungsabschnitt 1 und dem optischen Abschnitt 2 zeigt, ist eine später erläuterte Lasereinheit 23
an der Außenseite eines Gehäuses 24 des optischen Ab-
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' Schnitts 2 befestigt und gibt einen Laserstrahl ab,
der über ein Strahlaufweitungssystem 25 in eine Einlaßöffnung 27 einer Ablenkvorrichtung 26 geleitet wird.
Die Ablenkvorrichtung 26 ist so ausgebildet, daß sie den eingeleiteten Laserstrahl unter Drehung eines
Polygonalspiegels wie beispielsweise eines Oktagonalspiegels mittels eines Motors ablenkt, wobei sich der
auf diese Weise abgelenkte Strahl mit Hilfe einer an der Außlaßöffnung der Ablenkvorrichtung 26 angebrachten
f-9-Linse 28 mit konstanter Geschwindigkeit über die Aufzeichnungsfläche an der photoempfindlichen
Trommel 3 bewegt.
Das Gehäuse 24 ist mit einem Schlitz 29 versehen, der der Bahn des die photoempfindliche Trommel 3 bestrahlenden
abgelenkten Strahls entspricht; dabei durchläuft der auf einen sputer erläuterten Spiegel
55 treffende Strahl nicht diesen Schlitz 29.
ζυ In einem Teil eines die Aufzeichnungseinrichtung
umgebenden Gehäuses 30 ist eine nicht gezeigte öffnung gegenüber einem Filter 31 ausgebildet, durch das mittels
eines Lüfters 32 reine Luft eingesaugt und mittels Führungsplatten 33 in zwei Ströme aufgeteilt wird, von
denen der eine zur Kühlung der Lasereinheit dient, während der andere zur Kühlung von Steuerschaltungseinheiten
34 und 35 der Aufzeichnungseinrichtung dient. Unterhalb des Aufzeichnungsabschnitts 1 und des optischen
Abschnitts 2 ist durch eine Trennwand 36 abgeteilt
ein Stromversorgungsabschnitt 37 mit einer Niederspannungs-Stromversorgung
39 und einer Hochspannungs-Stromversorgung 40 angebracht, die an einer Auflage 38 befestigt sind und durch Schieben der Auflage 38
in Richtung des Pfeils 41-1 aus dem Gehäuse 30 herausgezogen werden können.
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' Der optische Abschnitt 2 wird nun näher anhand
der Fig. 3, 4(A) und 4(B) erläutert, die den optischen
Abschnitt 2 in der Aufzeichnungseinrichtung in Draufsicht, Seitenansicht bzw. Rückansicht zeigen.
An der rechten Seite der mittels einer Achse 41 an dem Gehäuse 30 drehbar gelagerten photoempfindlichen
Trommel 3 ist das Gehäuse 24 (optischer Kasten) für den optischen Absahnitt angebracht, das alle für
die Ausbildung des Laserstrahls zur Bestrahlung der photoempfindlichen Trommel 3 notwendigen Komponenten
enthält. Die den optischen Abschnitt bildenden unterschiedlichen Einheiten sind jeweils abgeglichen und mit
Hilfe von Paßvorrichtungen an dem Gehäuse 24 befestigt, '5 so daß sie ihre Funktion erfüllen; dadurch wird eine
Einstellung nach der Befestigung unnötig. Folglich sind die Komponenten bei dem Wiederzusammenbau nach der Abnahme
beispielsweise zur Reinigung hervorragend genau wiedereinsetzbar und als Einheiten hervorragend aus-
90
• wechselbar. Das Gehäuse 24 ist zu seiner drehbaren
f Lagerung mit zwei Gewindebohrungen 42-1 und 42-2 versehen,
deren Achsen im wesentlichen zusammenfallen und annähernd parallel zu der Achse 41 liegen. Andererseits
j sind an dem Gehäuse 30 Ständer 30-1 angebracht, die
- zur Befestigung des Gehäuses 24 dienen und mit öffnungen
43-1 und 43-2 versehen sind, die jeweils den Gewindebohrungen 42-1 bzw. 42-2 entsprechen. Die der Gewindebohrung
42-1 entsprechende Öffnung 43-1 hat einen Durchmesser, der demjenigen einer Schraube 44-1 ent-
spricht, so daß deren Lage festgelegt ist, während die
der Gewindebohrung 42-2 entsprechende Öffnung 43-2 ein Langloch ist, deren kürzerer Durchmesser einer Schraube
44-2 entspricht, so daß dann, wenn die Schrauben 44-1
und 44-2 durch die Ständer 30-1 hindurch in die Gewinde-35
bohrungen 42-1 bzw. 42-2 eingesetzt werden, das Gehäuse 24 an der Seite der Schraube 44-2 in Richtung der in
Fig. 4(B) gezeigten Pfeile Λ und X1 verstellbar ist.
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Ferner ist das Gehäuse 24 um die Achsen der Schrauben 44 in der in Fig. 4(A) gezeigten Richtung Y-Y1
schwenkbar, so daß daher das Gehäuse 24 in einer beliebigen Stellung in bezug auf die photoempfindliche Trommel
festgelegt werden kann.
Auf diese Weise kann das Gehäuse 24 in den Richtungen X-X' und Y-Y1 in eine Stellung bewegt werden,
bei der der Laserstrahl an eine vorbestimmte Stelle an der phötoempfindlichen Trommel 3 gebracht werden kann,
wenn die Lasereinheit 23 an einer Lasereinheit-Befestigungsfläche 45 des Gehäuse 27 befestigt wird und eine Ablenkeinheit
46 an eine Ablenkeinheit-Befestigungsfläche 47 an dem Gehäuse befestigt wird; danach wird das
Gehäuse in diese Stellung mittels der Schrauben 44-1 und 44-2 an den Ständern 30-1 festgelegt.
Die Lasereinheit 23 weist eine Halbleiter-Laservorrichtung 48 auf, die als eine Einheit mit einer
Kollimatorlinse 49 aufgebaut ist und zur Abgabe eines im Ansprechen auf ein äußeres Eingabesignal in seiner
Intensität nodulierten Laserstrahls ausgebildet ist, der in die Kollimatorlinse 49 eingeleitet wird. Die
Halbleiter-Laservorrichtung 48 und die Kollimatorlinse
49 sind untereinander mittels einer Einspann··· Vorrichtung
in der Weise in Stellung gebracht, daß der Laserstrahl mit der optischen Achse der Kollimatorlinse 49
zusammenfällt und die Lichtabgabefläche mit dem Brennpunkt
der Kollimatorlinse 4 9 zusammenfällt, wie es nach-
ow stehend in größeren Einzelheiten erläutert wird. Aufgrund
dieser Anordnung wird der von der Laservorrichtung 48 abgegebene Laserstrahl nach Durchlaufen durch
die Kollimatorlinse 49 in ein Parallelstrahlenbündel bzw. einen Parallelstrahl umgewandelt, dessen Richtung
mit der optischen Achse der Kollimatorlinse 4 9 zusammenfällt. Die Lasereinheit 23 ist in die Öffnung eines Be-
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.2522 k
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: ' festigungsrings 50 des Strahlenaufweitungssystems 25
ι
eingesetzt, das an der Lasereinheit-Befestigungsfläche
45 des Gehäuses 24 befestigt ist, wobei die Einheit in bezug auf das Gehäuse 24 mittels eines mit der Kollimatorlinse
49 koaxialen Außenumfangs 51 ausgerichtet ist. Der aus der Kollimatorlinse 49 austretende Parallelstrahl
wird in die Einlaßöffnung des Strahlenaufv?eitungssystems
25 geleitet, das zu dem Zweck eingefügt ist, die durch 52 dargestellte Querschnittsform des Parallelstrahls in
■ 'Q eine durch 53 dargestellte, zur Ausbildung eines Punkts
an der photoempfindlichen Trommel 3 geeignete Strahlenquerschnittsform
umzuwandeln; gegebenenfalls kann das Strahlenaufweitungssystem weggelassen werden. Das
Strahlenaufweitungssystem 25 ist in die öffnung des System-Befestigungsrings 50 eingesetzt, der einen
mit der optischen Achse des Systems koaxialen Flansch 54 hat, welcher mit dem Außenumfang 51 zusammenpaßt,
um damit die Lasereinheit 23 in einer vorbestimmten Lage in bezug auf das Strahlaufweitungssystem 25 zu
halten. Folglich wird der aus der Kollimatorlinse 49 austretende Laserstrahl automatisch auf die optische
Achse des Strahlaufweitungssystems 25 geführt, so daß
daher eine Achsausrichtung zwischen diesen beiden Einheiten völlig entfällt. Darüber hinaus wird das {
'
Strahlaufweitungssystem 25 bei seinem Zusammenbau schon in axialer Richtung ausgerichtet, um die Notwendigkeit
einer Ausrichtung bei der Befestigung an dem Gehäuse 24 zu vermeiden.
Der austretende und mittels des Polygonalspiegels
in eine im wesentlichen horizontale Abtast-bzw. Überstreichungs-Bewegung
versetzte Laserstrahl wird mittels der f-0-Linse 28 mit der f-9-Charakteristik als ein
Punkt auf der photoempfindlichen Trommel 3 fokussiert,
wobei der Polygonalspiegel und die Linse eine zusammen-
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gefaßte Ablenkeinheit 46 bilden, die mittels einer Einspann- bzw. Paßvorrichtung an der Ablenkeinheit-Befestigungsfläche
47 so befestigt wird, daß die Abtastlage des Laserstrahls an der photoempfindlichen
Trommel 3 in einer vorbestimmten Höhe in bezug auf die Befestigungsflache 47 und parallel zu dieser
gehalten wird, wobei die Ablenkeinheit 26 an dem Gehäuse 24 mit Hilfe von Flanschen und Paßstiften ausgerichtet
und befestigt wird, welche in entsprechende öffnungen ^O greifen, die an der Befestigungsfläche 47 ausgebildet
sind.
Ferner ist eine Strahldetektoreinheit 58 vorgesehen, die gemäß der späteren ausführlichen Erläuterung
einen Spiegel 55, eine Schlitzplatte 56 mit einem engen Eintrittsschlitz und ein schnell ansprechendes
photoelektrisches Wandlerelement 57 wie beispielsweise eine PIN-Diode aufweist, die dazu dient, die Lage des
Laserstrahls bei der Abtastbewegung zu erfassen und
ζυ durch das auf diese Weise erzielte Erfassungssignal
den Startzeitpunkt für die Signaleingabe an die Halbleiter-Laservorrichtung zur Abgabe der gewünschten
Information an die photoempfindliche Trommel 3 festzulegen. Auf diese Weise ist es möglich, Abweichungen
bzw. Fehler bei der Horizontal-Signalsynchronisierung beträchtlich zu verringern, die sich aus eventuellen
Ungleichmäßigkeiten bei der Drehung des Polygonalspigels ergeben; dadurch wird die Bildqualität verbessert
und eine größere Toleranz bei dem Spiegel
ermöglicht, die eine billigere Herstellung desselben zuläßt. Die Strahldetektoreinheit 58 wird an dem
Gehäuse 24 unter geeigneter Ausrichtung befestigt, die durch zwei Paßstifte erzielt wird.
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Auf diese Weise bestrahlt der modulierte Laserstrahl die photoempfindliche Trommel 3, wird dann mittels
des vorstehend beschriebenen elektrophotographischen Verfahrens in ein sichtbares Bild umgesetzt und schließlieh
zur Erzielung einer Hartkopie auf das Bildempfangsblatt 11 übertragen, das ein gewöhnliches Papierblatt
ist.
Gemäß den vorstehenden Erläuterungen werden die den optischen Abschnitt 2 der Aufzeichnungseinrichtung
bildenden verschiedenen Einheiten jeweils mit Hilfe geeigneter Paßvorrichtungen an dem Gehäuse 24 ausgerichtet
und befestigt, so daß die jeweiligen Erfordernisse erfüllt sind; dadurch ist jegliche Notwendigkeit
einer Ausrichtung nach der Montage ausgeschaltet.
Aus diesem Grund haben die Einheiten im Falle einer eventuellen Abnahme und Wiederzusammensetzung eine
hervorragende Reproduzierbarkeit und im Falle ihres Ersatzes eine hervorragende Austauschbarkeit. Darüber
hinaus erlaubt der einfache Aufbau, bei dem in dem optischen Weg zur Formung des zur photoempfindlichen
Trommel 3 hin zu richtenden Laserstrahls außer dem Polygonalspiegel keine weiteren Spiegel vorhanden sind,
, j einfachen Zusammenbau und eine einfache Ausrichtung,
^ wobei der Aufbau wenig Möglichkeiten für eine sich beispielsweise
aus mechanischen Vibrationen ergebende Verschiebung der optischen Bahn ergibt, so daß eine
hohe Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der mittels
des Polygonalspiegels in die Abtastbewegung versetzte Laserstrahl in die Strahldetektoreinheit 58 mit dem
Spiegel 55 geleitet, in welcher der photoelektrische Wandler 57 die Lage des abtastenden bzw. überstreichenden
Laserstrahls erfaßt, um damit den Startzeitpunkt für die Signaleingabe in die Halbleiter-Laservorrichtung zum
Aufbringen der gewünschten optischen Information auf die photoempfindliche Trommel 3 zu steuern. Ein derartiger
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photoelektrischer Wandler ist jedoch dahingehend unvollkommen, daß er zum Verursachen von Fehlfunktionen durch
elektrische Umgebungs-Störungen neigt. Bei dem Ausführungsbeispiel werden diese Fehlfunktionen daher
durch eine elektrische Abschirmung vermieden, die um den photoelektrischen Wandler 57 herum angebracht ist.
Darüber hinaus werden der photoelektrische Wandler 57 und die Strahldetektoreinheit 58 in bezug auf das Gehäuse
24 ausgerichtet, um eine zufriedenstellende Befestigungs-Reproduzierbarkeit
und Austauschbarkeit zu gewährleisten.
Nunmehr wird die Strahldetektoreinheit 58 in Einzelheiten anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben. Der Spiegel
55, der an einem Spiegelhalter 59 befestigt ist, reflektiert den mittels des Polygonalspiegels in die Abtastbewegung
versetzten Laserstrahl. Der Spiegelhalter 59 ist an einem umgebogenen Abschnitt 60 desselben verformbar ausgebildet
und ermöglicht daher das Ausrichten und Festlegen des Spiegels 55 in einer gewünschten Lage mittels einer
Stellschraube 61 und einer Feder 62, wodurch der mittels des Spiegels 55 reflektierte Laserstrahl auf die gleiche
Höhe wie die Lichtempfangsfläche des photoelektrischen Wandlers 57 gebracht wird. An einer Befestigungsfläche
63 für die Strahldetektoreinheit ist das Gehäuse 24 mit
zwei Paßstiften 64 und 65 versehen, während eine Grundplatte 67 für die Befestigung einer Druckschaltungsplatte
66 einschließlich des photoelektrischen Wandlers 57 an den Paßstiften 64 und 65 entsprechenden Stellen
mit einem Loch 68 für die bündige Aufnahme des Paß-
stifts 64 bzw. mit einem Langloch 69 versehen ist, dessen
kürzerer Durchmesser gleich demjenigen des Paßstifts 65 ist, während der längere Durchmesser zu der Mitte
des Lochs 68 hin gerichtet ist; dadurch wird die Grundplatte 67 mit Hilfe der Paßstifte 64 und 65 sowie der
Löcher 68 und 6 9 in bezug auf das Gehäuse 24 ausgerichtet und an diesem festgelegt. Die Grundplatte 67
ist ferner mit zwei vertikal hochstehenden Elementen 70
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j 1 und 71 in Lagen versehen, die in bezug auf die Löcher
[ 68 und 69 genau festgelegt sind, wobei das Element 70
' zur Halterung der Schlitzplatte 56 mit einem schmalen
! Eintrittsschlitz zur Verbesserung der Ausgangskurvenform
', 5 des Signals aus dem photoelektrischen Wandler 57 dient,
ι während das zweite Element 71 zur Halterung des Wandlers
! 57 dient.
ι Im folgenden wird die Lasereinheit ausführlicher
. 10 beschrieben, die ein Halbleiter-Laserelement mit langer
Lebensdauer und stabiler Laser-Ausgangsleistung, ein Temperatursteuerelement zur Stabilisierung des Ausgangs-Laserstrahls
aus dem Laserelement, eine Kollimatorlinseneinheit zur Formung des Laserstrahls in einen
Parallelstrahl und einen Einstellmechanismus aufweist.
Die Lasereinheit hat folgende Vorteile:
(1) Die Lasereinheit ist auswechselbar, da der
j Laserausgangsstrahl senkrecht zu der Bezugsbefestigungsfläche
steht und zu dem Paßabschnitt zur Festlegung der Befestigungslage koaxial ist,
; (2) es ist eine einfache Einstellung dreier
unerläßlicher Faktoren für den Halbleiter-Laser und die Kollimatorlinse möglich, nämlich die Einstellung
der Richtung des Halbleiter-Lasers, die Ausfluchtung der optischen Achsen des Halbleiter-Lasers und der
Kollimatorlinse und die Fokussierung der Kollimator-
linse, die durch einen kompakten, leichten und billirren Mechanismus erzielbar sind, und
(3) eine sich aus einer Wärmeausdehnung ergebende Brennpunktverschiebung der Kollimatorlinse entfällt.
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Da die Kollimatorlinse eine außerordentlich geringe Schärfentiefe (+ 3,6 μπι) hat, könnte eine eventuelle
Wärmeausdehnung der Halbleiter-Lasereinheit eine Verschiebung der Brennpunktlage ergeben, was zu einer
mangelhaften Kollimierung führen würde; diese Unzulänglichkeit
kann jedoch mittels der Lasereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel vermieden werden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Lasereinheit beschrieben, das in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist,
von welchen 7 eine Draufsicht auf einen Horizontalschnitt der Lasereinheit entlang der optischen Achse
ist, die Fig. 8 eine Seitenansicht eines Vertikalschnitts entlang der optischen Achse ist und die Fig. 9 eine
Rückansicht ist.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen: eine Halbleiter-Laservorrichtung 74, die ein Halbleiter-Laserelement 73 in
Verbindung mit einem Peltier-Element 75 zur Kühlung des Laserelements und einem später erläuterten, nicht
dargestellten Temperaturfühlerelement, einen Kühlkörper 76, der die von der Laservorrichtung erzeugte
Wärme an einstückig ausgebildeten Rippen ableitet und die Laservorrichtung 74 mit Hilfe von Schrauben 77
festhält, sowie Kugelsitze 78 und 79, die fest in den Kühlkörper 76 eingesetzt sind und mit konischen Ausnehmungen
82 und 83 für die Aufnahme von Kugeln 80 und 81 zur Einstellung der Richtung der Halbleiter-Laservorrichtung
versehen sind, wobei die die Mittelpunkte der beiden Kugeln 80 und 81 verbindende Linie so gelegt
ist, daß sie mit der Lichtabstrahlungsflache des Laserelements
73 zusammenfällt. Gemäß der Darstellung in Fig. sendet das Halbleiter-Laserelement 73 ein Strahlenbündel
mit konischem Querschnitt aus, das einen Austrittswinkel
CX in Richtung der Übergangszone des Lasers und einen
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kleineren Austrittswinkel ß in der dazu senkrechten, gestrichelt dargestellten Richtung hat. Die Kugeln
80 und 81 sind so angeordnet, daß die ihre Mitten verbindende Linie parallel zu einer Ebene yy1 in Richtung
der Übergangszone liegt, so daß daher das Laserelement 73 in der gestrichelt dargestellten Richtung schwenkbar
ist.
84 und 85 sind weitere Kugelsitze, die zur Aufnähme der Kugeln 80 und 81 den Kugelsitzen 78 und 79
gegenübergesetzt sind, wobei der "Kugelsitz 84 mit einer V-förmigen Nut 86 versehen ist, die sich in Richtung
parallel zur Zeichnungsebene erstreckt, während der Kugelsitz 85 mit einer konischen Ausnehmung 87 versehen ist,
so daß die Kugeln 80 und 81 in die Nut 86 und die Ausnehmung 87 greifen.
88 ist eine Grundplatte mit Löchern 89, in die die Kugelsitze 84 und 85 fest eingesetzt sind.
20
90 ist ein Kollimator-Tragring, der den vorangehend genannten Außenumfang 51 bildet und der einen zylindrischen
Teil 90a hat, in welchem ein Außenrohr 91a einer Kollij
matoreinheit 91 axial verschiebbar eingesetzt ist, wobei diese mittels einer Feder 92 gegen einen Fokussierring
93 hin federnd vorgespannt ist. Der äußere zylindrische Abschnitt 90a ist in eine in der Grundplatte 88
ausgebildete Öffnung 94 eingesetzt und ragt aus dieser
heraus zu der Halbleiter-Laservorrichtung 74 hin. 30
Zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt 90a und der Laservorrichtung 74 ist ein zylindrisches
Gummirohr 94 angebracht, um ein Eindringen von Luft zu
verhindern.
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Der Fokussierring 93 ist mit einem Gewindeabschnitt
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93a versehen, der in einen entsprechenden Gewindeabschnitt des Kollimator-Tragrings 90 greift, wodurch die Drehung
des Fokussierrings eine axiale Verschiebung der Kollimatoreinheit
91 bewirkt.
Das Außenrohr 91a der Kollimatoreinheit 91 ist mit einem Führungsstift 96 versehen, der in eine an dem
zylindrischen Abschnitt 90a des Kollimator-Tragrings
90 ausgebildete Führungsnut 97 greift, wodurch bei Drehung des Fokussierrings 93 die Kollimatoreinheit
91 zur Scharfeinstellung ohne Drehung um die optische Achse in axialer Richtung verschoben wird.
98 ist eine zylindrische Strahlaufweitungseinheit, die mit Hilfe eines Befestigungsrohrs 99 an der Lasereinheit-Befestigungsfläche
45 an dem Gehäuse 24 befestigt ist.
Der Kollimator-Tragring 90 ist mit einem Befestigungs· abschnitt 90b und einer Anschlag- bzw. Bezugsfläche
90c versehen, wobei die Befestigung der Lasereinheit an dem Gehäuse 24 dadurch erfolgt, daß die Bezugsfläche
90c an die Lasereinheit-Befestigungsfläche 45 des Gehäuses 24 angesetzt wird und der Befestigungsabschnitt 90b in
eine Innenfläche 99a des Befestigungsrohrs 99 eingepaßt
wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 die Verbindung zwischen der Grundplatte 88 und dem
ou Kühlkörper 76 erläutert.
Wie schon in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wurde, sind die Grundplatte 88 und die Kühlkörper 76
mit Hilfe der Kugeln 80 und 81 um eine Achse verschwenk-
bar, die durch die Lichtabgabeflache des Halbleiter-Laserelements
73 läuft.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 8 ist die Grundplatte 88 mit drei Stellspindeln 100, 101 und 102 versehen,
die zu dem Kühlkörper 76 hin und durch in diesem ausgebildete Langlöcher 103a, 103b bzw. 103c hindurchragen.
Die Stellspindeln 100 und 102 sind jeweils mit Kühlkörper-Andruckplatten 104a bzw. 104b, die an einer
Seite sphärisch geformt sind, und Muttern 105a bzw. 105b versehen, um den Kühlkörper 76 zu der Grundplatte
88 hin vorzuspannen, während die Stellspindel 101 mit Federhalteplatten 106a und 106b, einer Druckschraubenfeder 107 und einer Mutter 108 versehen ist, um den
Kühlkörper 76 federnd zu der Grundplatte 88 hin vorzuspannen, wodurch die Lage des Kühlkörpers 76 in bezug
: auf die Grundplatte 88 bzw. die Lage der Halbleiter-Laservorrichtung
in bezug auf die Kollimatoreinheit 91 festgelegt wird.
Im einzelnen kann dabei durch Drehen der Mutter 105b bei loser Mutter 105a die Laservorrichtung um
eine Achse geschwenkt werden, die senkrecht zur Ebene . der Fig. 8 steht und durch die Lichtaustrittsfläche
des Halbleiter-Laserelements läuft; während dessen ist der Kühlkörper 76 an seinem dem Langloch 103b
entsprechenden Teilbereich mittels der Feder 107 ständig zu der Grundplatte 88 hin vorgespannt.
Folglich ist es möglich, eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Kollimatoreinheit 91 und der
Laservorrichtung dadurch zu erzielen, daß die Mutter
105b so gedreht wird, daß die optische Achse des austretenden Laserstrahls mit der optischen Achse der
Kollimatoreinheit 91 in Übereinstimmung gebracht wird, und dann die Mutter 105a festgezogen wird.
Eine Fläche 88a der Grundplatte 88 ist mittels
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einer exzentrischen Beilagscheibe 109 an einer Fläche 90d des Kollimator-Tragrings 90 verschiebbar.
Eine Befestigungsschraube 110 läuft durch eine
Bohrung 111 der Grundplatte 88 und durch die exzentrische Beilagscheibe 109 und wird in eine Gewindebohrung 112
des Tragrings 90 eingeschraubt, wobei die Bohrung 111 ein Ausmaß hat, das eine ausreichende Verschiebung der
Grundplatte 88 in bezug auf den Tragring 90 erlaubt.
Ferner sind zwei weitere gleichartige Sätze aus Gewindebohrung
112, Bohrung 111, Schraube 110 und Beilagscheibe
109 vorgesehen, die - obgleich es in der Zeichnung nicht gezeigt ist - unter gleichen Abständen auf einem Kreis
angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der optischen Achse der Kollimatoreinhe.it 91 und dem Mittelpunkt der
Öffnung 94 liegt.
113 ist eine Beilagscheibe zum Abstützen des Kopfes der Befestigungsschraube 110 oberhalb der Bohrung
111 in der Grundplatte 88. Auf diese Weise ist die
Halbleiter-Laservorrichtung 74 innerhalb des Spiels in dem Loch 111 in bezug auf die Kollimatoreinheit 91 verschiebbar,
was eine Lageeinstellung der Laservorrichtung in der Weise ermöglicht, daß der abgegebene Laserstrahl
auf die Mitte der Kollimatoreinheit gebracht wird.
Der Kollimator-Tragring 90 ist ferner mit drei Löchern 115 versehen, von denen nur eines in der Zeichnuna
gezeigt ist und die unter gleichen Abständen auf einem JV Kreis ausgebildet sind, dessen Mittelpunkt auf der optischen
Achse des Kollimators liegt; die drei Löcher nehmen Schrauben 114 auf, um damit den Tragring 90 an
dem Gehäuse 24 zu befestigen, wodurch die Lasereinheit
an dem Gehäuse 24 angebracht wird.
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Jede Schraube 114 ist mit einer Kappe 116 ausgestattet,
die an die Grundplatte 88 angeklebt ist und die Schraube 114 hält, wenn diese vom Gehäuse 24 gelöst
wird; daher kann zur Befestigung an dem Gehäuse 24 die [ 5 Schraube 114 leicht unter Hinführen eines Schraubenziehers
über ein Loch 117 in den Kühlkörper 76 und ein Loch 118 in der Kappe 116 angeschraubt werden.
119 ist eine Druckschaltungsplatte mit einer
Ansteuerungsschaltung für die Halbleiter-Laservorrich- ! tung, mit der sie über ein flexibles Kabel 120 elektrisch
verbunden ist.
121 ist eine Stützplatte für die Druckschaltungsplatte 119; die Stützplatte ist an. einem Ende an der
Grundplatte 88 befestigt.
, Da die Kollimatoreinheit und die Halbleiter- ,
' Laservorrichtung zu einer einzigen Lasereinheit kombiniert 2Q sind, in der eine unabhängige Justierung der optischen
Achsen möglich ist, kann die Befestigung an dem Gehäuse 24 leicht ohne irgendeine besondere Ausrichtung erfolgen.
Die Fig. 10 zeigt eine Ouerschnittsansicht der bei der Aufzeichnungseinrichtung verwendbaren Halbleiter-Laservorrichtung
74, in der. das Peltier-Element. 75 an einer Grundplatte 122 aus einem Metall hoher
Wärmeleitfähigkeit angebracht ist, während an der Oberseite
des Peltier-Elements ein Tragkörper 123 aus einem
Metall hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer befestigt ist,
der aus einem in enger Berührung mit dem Peltier-Element 75 gehaltenem Grundteil· 123-1 und einem von diesem
nach oben zu ragenden Befestigungsteil 123-2 gebildet ist, der an seinem oberen Ende das Halbleiter-Laserelement
73 trägt.
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In dem Tragkörper 123 ist zwischen dem Grundteil 123-1 und dem Befestigungsteil 123-2 eine öffnung 124
ausgebildet, die ganz oder teilweise ein nicht gezeigtes Temperaturfühlerelement wie einen Thermistor zur Messung
der Temperatur des Halbleiter-Laserelements 73 aufnimmt.
Nachstehend wird der Mechanismus zum Verhindern einer unerwünschten Auswirkung der von der anhand der
Fig. 7 bis 9 erläuterten Lasereinheit erzeugten Wärme anhand der Fig. 11 weiter verdeutlicht, in v/elcher die
den Komponenten in den anderen Figuren entsprechenden Komponenten die gleichen Bezugszeichen tragen.
Wie schon im vorstehenden erläutert wurde, hat die Kollimatorlinse eine sehr geringe Schärfentiefe,
so daß selbst eine sehr geringe Änderung des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser und der KolliPiatorlinse
eine fehlerhafte Funktion derselben ergeben kann.
Bei der Aufzeichnungseinrichtung wird die vorstehend
genannte Unzulänglichkeit daher dadurch verhindert, daß die Wärmeverformungen der tragenden Elemente gegenseitig
kompensiert bzw. ausgeglichen werden.
Gemäß der vorstehenden Ausführungen ist das Außenrohr 91a mit Hilfe der Feder 92 ständig auf den
Fokussierring 93 zu vorgespannt, der in den Kollimator-Tragring 90 geschraubt ist. An dem Tragring 90 ist die
Grundplatte 88 mit den Kugelsitzen 84 und 85 befestigt,
^ die jeweils die Kugeln 80 und 81 halten, welche ihrerseits
die Kugelsitze 78 und 79 stützen, die an dem Kühlkörper 79 befestigt sind, an welchem die Halbleiter-Laservorrichtung
74 angebracht ist. Wie schon erläutert wurde, ist die Laservorrichtung 74 mit dem
Peltier-Element 75 versehen, an dem der Tragkörper 123 befestigt ist, welcher wiederum das Halbleiter-Laser-
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' element 73 trägt.
Der Kollimator ist aus Linsen 131-1 bis 131-3,
die in dem Außenrohr 91a befestigt sind, und einer Linse 131-4 zusammengesetzt, die in einem Innenrohr 132 angebracht
ist, das mit einem nicht gezeigten, an der Innenseite des Außenrohrs 91a ausgebildeten Gewinde in Eingriff
steht, wodurch der Abstand der Linse 131-4 zu den anderen Linsen 131-1 bis 131-3 durch Drehen eines Rings
133 einstellbar ist.
Bei diesem Aufbau sind das Halbleiter-Laserelement 73 und die Linse 131-1 unter einem gegenseitigen
Abstand L4 mittels des folgenden Halterungsmechanismus gehalten:
Die Linse 131-1 ist von dem Außenrohr 91a
(zweites Halterungselement) so gehalten, daß sie von einer ersten, durch eine Linie A-A1 gezeigten Bezugs-
lage um den Abstand L2 entfernt ist, während das Halbleiter-Laserelement
73 mittels des Peltier-Elements ' 75 und des Tragkörpers 123 (die nachstehend gemeinsam
als drittes Halterungselement bezeichnet werden) so gehalten ist, daß es von einer zweiten, durch eine
Linie B-B' dargestellten Bezugslage um eine Strecke L3
entfernt ist, wobei das zweite und das dritte Halterungselement mittels des Fokussierrings 93, des
Kollimator-Tragrings 90, der Grundplatte 88, der Kugelsitze
84 und 85, der Kugeln 80 und 81, der Kugelsitze
78 und 79 sowie des Kühlkörpers 76 (die nachstehend gemeinsam als erstes Halterungselement bezeichnet
werden) auf einem gegenseitigen Abstand L1 gehalten werden.
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' Zum Sicherstellen der erwarteten Leistung im Falle eines Temperaturanstiegs des zweiten und des
dritten Halterungselements um t° von einer optimalen Umgebungstemperatur weg, für die die Einrichtung ausgelegt
ist, nüssen die Materialien für diese Elemente
so gewählt werden, daß die Summe aus der Wärmeausdehnung
des zweiten und des dritten Halterungselements in der axialen Richtung und der Wärmeausdehnunq des ersten
Halterungselements in der' axialen Richtung innerhalb '0 der Schärfentiefe des Kollimators bleibt, wobei die
Schärfentiefe folgendermaßen gegeben ist:
2,44 χ Laserlichtwellenlänge χ (Brennweite
der Kollimators/wirksame Blendenöffnung des '~* Kollimators) .
Im einzelnen müssen für einen Temperaturanstieg von t°C die Temperaturausdehnungskoeffizienten Or1,
0(2 und '.V3 des ersten, zweiten bzw. dritten Halterungselements und der Wärmeausdehnungskoeffizient k für die
Brennweite der Kollimatorlinseneinheit (der die Verlänge rung der Brennweite in mm für einen Temperaturanstieg
von 10C darstellt) so gewählt werden, daß die folgende
Beziehung erfüllt ist:
25
t-x L(L2. u2 - L>
j. 3 -t k) - Ll ·α. Ij
< Schärfentiefe
der Kollimatoreinheit. 30
. Auf diese Weise kann die Abweichung des vorstehend genannten Abstands l4 ständig innerhalb der Schärfentiefe
der Kollimatorlinseneinheit gehalten werden.
Der Tragkörper 123 wird auf einer konstanten
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Temperatur gehalten, so daß dessen Temperaturänderung praktisch vernachlässigt v/erden kann.
: Gemäß der vorstehenden Ausführungen wird es bei
der Aufzeichnungseinrichtung möglich, selbst bei einem
Temperaturwechsel einen konstanten Abstand zwischen der
Kollimatorlinsenoinheit und der Laservorrichtung ohne Auswirkung der Wärmeausdehnung der Halterungselemente
beizubehalten.
10
Mit der Erfindung ist eine Laseraufzeichnungseinrichtung
geschaffen, die eine optische Lasereinheit
mit einer Verbindung aus einem Laser zur Abgabe eines Laserstrahls und einem optischen System zur Umsetzung
des Laserstrahls in einen aufgeweiteten und kollimierten
Strahl als eine Einheit, eine Ablenkeinheit, die den
von der optischen Lasereinheit ausgehenden Laserstrahl direkt aufnimmt und ihn auf ein Aufzeichnungsmaterial
zu richtet, eine Photoempfangseinheit mit einer Ver-
bindung aus einem Reflektionselement zum Reflektieren
des von der Ablenkeinheit abgelenkten Laserstrahls
und einem Photoempfänger zum Empfang des mittels des
Reflektionselements reflektierten Laserstrahls als
eine Einheit sowie ein Trag- bzw. Stützelement mit Bezugs-
^ oder Paßbereichen für die jeweilige Befestigung der
optischen Lasereinheit, der Ablenkeinheit und der
Photoempfangseinheit aufweist.
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