DE3012178A1 - Optisches abbildungssystem mit einem halbleiterlaser - Google Patents

Description

Optisches Abbildungssystem mit einem Halbleiterlaser

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System in einer Vorrichtung oder einem Meßgerät, das einen Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet.

Das von einem Halbleiterlaser ausgesandte Licht hat im allgemeinen unterschiedliche Divergenzwinkel für orthogonale Richtungen. Damit sind auch die Divergenzursprungspunkte für orthogonale Richtungen unterschiedlich. Dies ist eine Folge des inneren Aufbaus des Halbleiterlasers selbst und insbesondere der Tatsache, daß die Fläche des lichtaussendenden Abschnittes nicht wie bei einem Gaslaser kreisförmig, sondern rechteckig ist.

Fig. 1 zeigt einen Halbleiterlaser 1, der einen divergierenden Strahl 3 aussendet. Fig. IA zeigt den Halbleiterlaser 1 von oben und Fig. IB den Halbleiterlaser 1 von der Seite. Der Halbleiterlaser 1 hat eine Übergangsfläche 2. Der Divergenzursprungspunkt des

Mü/rs

Deutsch· Bank (München) Kto. 51/81070

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' Strahles 3 für eine Richtung parallel zu der Übergangsfläche (im folgenden Querrichtung genannt) ist mit 4 und der Divergenzursprungspunkt für eine Richtung senkrecht zu der Übergangsfläche (im folgenden Längsrichtung genannt) ist mit 5 bezeichnet. Der Divergenzursprungspunkt 4 in Querrichtung ist von der Austrittsfläche . entfernt, - während der Divergenzursprungspunkt 5 in Längsrichtung nahe der Austrittsfläche gelegen ist.
10

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 24542/1977 ist ein Verfahren zur Behebung der Lageunterschiede der Strahleinschnürungen in Längs- und Querrichtung beschrieben, bei dem die Divergenzur-•5 sprungspunkte für orthogonale Richtungen mit Zylinderlinsen zur Deckung gebracht werden, wobei die Kurvenradien der Zylinderlinsen unterschiedlich sind und ihre Längsachsen aufeinander senkrecht stehen.

^χυ Das Verfahren zur Behebung der unterschiedlichen Divergenzursprungspunkte mit einem optischen System (im folgenden als Korrektur von A bezeichnet) ermöglicht es, die Lagen der Strahleinschnürungen zu vereinheitlichen und einen kleinen Abbildungsfleck zu erreichen. Die Vereinheitlichung der Divergenzursprungspunkte ist zwar nicht direkt darauf gerichtet einen kleinen Abbildungsfleck zu erzielen, sie ist jedoch eine notwendige Bedingung, wenn der Strahl zur Verwendung in einem Interferenzversuch auf einfache Weise kolli-

miert werden soll.

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Die Korrektur von A ist ein wesentlicher Bestandteil des Justierens eines optischen Systems. Um unterschiedliche Divergenzursprungspunkte für zwei orthogonale Richtungen in einem einzigen Punkt zur Deckung zu bringen, muß derselbe Einstellvorgang zweimal in bezug auf die zwei orthogonalen Richtungen durchgeführt werden. Dies ist ein sehr mühseliger Vorgang; vor allem aber können die Einstellungen nicht unabhängig voneinander durchgeführt werden: Durch die Justierung für die eine Richtung kann das System für die andere Richtung wieder dejustiert werden, so daß die Einstellung eine große Sachkunde erfordert.

Zudem ist die Größe von A nicht konstant, son-

dern von Halbleiterlaser zu Halbleiterlaser unterschiedlich. Dabei ist die Größe von A nicht nur bei

Lasern mit unterschiedlichem Aufbau unterschiedlich, sondern auch bei Lasern desselben Aufbaus hängt sie von den einzelnen Fertigungschargen ab. Somit setzt die Korrektur von A durch ein optisches System die

Änderung des optischen Systems für die einzelnen Halbleiterlaser oder eine Einstellmöglichkeit des optischen Systems voraus. Dies erhöht die Anforderungen an das optische System, die Kosten und den Platzbedarf. Zudem kann sogar bei ein und demselben Laser die Größe von A durch den Strom geändert werden.

Andererseits besteht in den Fällen, in denen der

Halbleiterlaser für die Bildaufzeichnung oder eine on

Anzeigeeinheit benutzt wird, anders als in dem Fall,

in dem er für einen Interferenzversuch benutzt wird, keine Notwendigkeit, die unterschiedlichen Divergenzursprungspunkte zur Deckung zu bringen. Hierbei interessiert nur die Form des Abbildungslichtfleckes und die 35

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Maximalleistung. Die Korrektur von A ist nicht erfor-

derlich, wenn die für eine effektive Bildaufzeichnung oder Anzeige notwendige Bedingung erfüllt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches Abbildungssystem zu schaffen, das als Lichtquelle einen Halbleiterlaser mit unterschiedlichen Divergenzursprungspunkten (A ) verwendet, und bei dem die Maximalleistung im Abbildungslichtfleck ohne Korrektur von A maximal ist.

Hierbei soll ein optisches System geschaffen werden, bei dem als optisches Abbildungssystem ein symmetrisches optisches Kugelflächensystem benutzt wird, um hierdurch die Lage der Maximalleistung für orthogonale Richtungen des Abbildungslichtfleckes zur Übereinstimmung zu bringen. Weiter soll ein als optisches Abbildungssystem geeignetes optisches System geschaffen werden, das eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken des von einem Halbleiterlasers erzeugten Lichtstrahles in eine bestimmte Richtung aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein optisches Halbleiterlaser-System geschaffen, bei dem es möglich ist, wenn man den Divergenzwinkel (Orientierungscharakteristik) des vom Halbleiterlaser emittierten Strahles sowie die Größe von A kennt, ein optimales und einfaches optisches System zu erhalten. Hiermit ist gemeint, daß die verschiedenen Größen des optischen Systems (beispielsweise Brennweite, Blendenzahl, etc.) entsprechend den Eigenschaften des Lasers bestimmt und so gewählt werden, daß die Maximalleistung im Abbildungslichtfleck maximal wird.

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Wird ein Halbleiterlaser als Lichtquelle genutzt und der Abbildurigslichtfleck auf einer bestimmten Oberfläche durch die Abbildungslinse entworfen, so werden die Blendenzahl, die Brennweite, etc. der Abbildungslinse sowie die Vergrößerung des optischen Systems entsprechend den Eigenschaften des Halbleiterlasers gewählt, so daß die Maximalleistung im Abbildungslichtfleck maximiert wird.

Erfindungsgemäß wird das optische Halbleiterlasersystem so ausgelegt, daß die Lage der Strahleinschnürung der Lichtstrahlkomponente in einer Richtung mit einem großen Divergenzwinkel (Längsrichtung) im wesentlichen mit der Lage der Abtastfläche zusammenfällt, und daß, sogar wenn die Lage der Strahleinschnürung der Lichtstrahlkomponente in einer Richtung mit einem kleinen Divergenzwinkel (Querrichtung) mehr oder weniger von der Lage der Abtastfläche abweicht, die verschiedenen Größen des optischen Systems zweckmäßig eingestellt sind, so daß ein optimales optisches System entsteht.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Halbleiterlasersystem ist das optisches Kugelflächen-Abbildungssystem, das den Halbleiterlaser-Lichtstrahl auf die Abtastfläche abbildet, in ein vom Halbleiterlaser her gesehen erstes optisches Kugelflächen-Abbildungssystem und ein zweites optisches Kugelflächen-Abbildungssystem geteilt. Eines der optischen Abbildungssysteme, vorteilhafterweise das erste optische Kugelflächen-Abbildungssystem hat eine bestimmte Brennweite, so daß ein optimales optisches System entsteht.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Halbleiterlasersystem hat das erste Kugelflächen-Abbildungssystem eine so bemessene Brennweite, daß der Halbleiterlaser-

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Lichtstrahl in einem im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl überführt wird. Dementsprechend wird, wenn ein
Ablenksystem mit dem optischen Halbleiterlasersystem
kombiniert wird, die Ablenkvorrichtung zweckmäßigerweise hinter dem ersten Kugelflächen-Abbildungssystem angeordnet. Durch die Tatsache, daß es eine Stelle gibt, in der der von der Lichtquelle kommende Lichtstrahl im
wesentlichen parallel gemacht wird, wird das optische
System für eine Verwendung als Abtastsystem mit einer
Ablenkvorrichtung geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigt:
15

Fig. 1 die Lichtemmissionscharakteristik eines
Halbleiterlasers

Fig. 2 und 3 die Grundprinzipien des erfindungsgemäßen optischen Abbildungssystems mit einem

Halbleiterlaser

Fig. 4 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen optischen Halbleiterlasersystems
25

Fig. 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel eines Abtast-Aufzeichnungsgerätes, in dem das erfindungsgemäße optische Halbleiterlasersystem angewendet wird.
30

Bei dem in Fig. 2 gezeigten optischen System ist
der Abstand zwischen dem Lichtemmissionspunkt eines
Halbleiterlasers und dem vorderen Hauptpunkt H einer
Linse 6 Z₀₁ und der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt der Linse und der bildseitigen Strahleinschnürung

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¹ Hr

Ist U_n (χ,-,? y₀) die Amplitudenverteilung des Laserlichts im Lichtemmissionspunkt (da dies ein Strahleinschriürungspunkt ist, trifft keine Phasendifferenz auf), so ist die Ampiitudenverteilung in der Ebene der Eintrittpupille der Linse gegeben durch

^ül(Xl'^yi) -

Üo(xo/Yo)e ^z°^l

¹⁵ 2,-

hierbei ist k = —, χ und Y₁ sind die Koordinaten auf der Fläche der Eintrittspupille. Die Integration wird über die gesamte Lichtquellenfläche ausgeführt. Zur Vereinfachung der Diskussion soll die obige Formel auf eine Dimension reduziert werden. Sie schreibt sich dann als

_eikzoi

^2Z

^O1

25 ik ^XlXo

U₀(XJe ^Zoj

dx ο (1)

Diese Reduzierung ist möglich, da der lichte.mmittierende Abschnitt des Halbleiterlasers ein Rechteck bildet. Sind die beiden orthogonalen Richtungen die x- und die y-Richtung und wird eine Variablentrennung durchgeführt, so können die beiden Variablen unabhängig in bezug'auf diese beiden Richtungen behandelt werden.

Nimmt man an, daß unter Verwendung der so erhalte-

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nen Amplitudenverteilung U₁ Cx₁ ) durch die Linse 6 ein Lichtfleck auf der Abbildungsfläche (diese Fläche hat einen Abstand Ζ._?) entworfen wird, so ist die Amplitudenverteilung Up (χ«) auf dieser Fläche gegeben durch

Γ~ϊ~ϊ ΑΛϊ» /_ AJV-, r- J.JS.

/ τ Ιλ *?·λ J τ * ■* I OO ^ τ" J 7 '

/IKZ₁₂ ZZ 1 2 I ^-L '*,

U₂(X₂) =^τχ^ "^e I R(Xi)U₁(X₁Je e dxi

ν? ν? ι ι ι

ile—^X-i— οο, ί k· ^ι f + - —

.ikz₁₂ ^ikzoi ^1Κ2ζΐ2 // 2¹Z₀I Zi₂ f

flirr * fxi77-^e " κ(^χ^^ϋο(^χο)β

__ikx_ixo. __ikx_ixa.
Z₀1 Z₁₂

χ e χ e dxodxi (2)

hierbei ist f die Brennweite der Linsen 6 und R (x. ) «Q die Blendenfunktion der Linse 6. Nimmt man an, daß R Cx₁ ) durch

R(xi) = 0 for Ixi I > a
{

1 |xii < a

gegeben ist, so gilt, wenn man

_L_ + Λ L_ = r

Z₀₁ Z₁₂ f ~ ""

einführt, die folgende Beziehung zwischen T und A

E = ^^s
ς ' Zdi² (3)

Unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) erhält man mit einer numerischen Rechnung ein optisches System, durch das die zentrale Intensität im Abbildungslichtfleck maximal wird. Im folgenden soll angenommen werden, daß das optische System aus zwei opti-

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- 13 - DE 0319

sehen Teilsystemen, einem vom Halbleiterlaser her gesehen ersten optischen Kugelflächen-Abbildungssystem und einem zweiten Kugelflächen-Abbildungssystem besteht, und daß das erste optische Kugelflächen-Abbildungssystern die Funktion eines kollimierenden optischen Systems hat, durch das der divergierende Lichtstrahl aus der Lichtquelle in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl umgewandelt wird, so ist es verständlich, daß ein optimales optisches System erhalten wird, bei dem die zentrale Intensität im Abbildungslichtfleck maximal ist.

Um ein solches optimales optisches System zu erhalten, können bei einer nummerischen Berechnung der Gleichung (2) die das optische System bestimmenden Größen (Brennweite, Blendenzahl, usw.) als Parameter variiert und eine Änderung in der zentralen Intensität gefunden werden. Aufgrund unserer Untersuchungen können wir die Gleichung (2) durch eine angenäherte Gleichung ersetzen, bei deren Lösung in der Praxis keine Probleme auftreten, so daß ein optimales optisches System analytisch errechnet werden kann.

denverteilung U„(x_) am Lichtemmissionspunkt vorgenommene

Zu diesem Zweck wird die zunächst mit der Amplitu- ;rteilung U„(x_) am Lichtemmissionspunkt vo Beschreibung in ein Fernfeldmuster umgewandelt.

Hierzu wird eingeführt
30

_m iI;

Jikzoi / Z₀ ι

BSUi)=J^ / Uo(xo)e dxo (4)

•0 1

BS (X₁) stellt die Amplitudenverteilung auf der Ebene

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der Linsen-Eintrittspupille dar.

Diese Umwandlung beruht auf der Tatsache, daß die Messung der Amplitudenverteilung U_n(x_n) am Lichtemmissionspunkt im allgemeinen sehr schwierig und ungenau ist, da dieser gewöhnlich in der Größenordnung von wenigen um ist. Weiter ist es sehr schwierig einen wahren Wert zu erhalten, da das Meßergebnis durch die Beugung im Meßsystem beeinflußt wird. Wird deshalb statt der Amplitudenverteilung am Lichtemmissionspunkt das Fernfeldmuster genommen, so kann die Messung leicht und genau ohne ein zwischengeschaltetes optisches System und mit einem verringerten Fehler durchgeführt werden.

Aus diesem Grunde wird die Gleichung (2) umgeschrieben in

., χ I
li

/_oikz j 2 *^Λ2ζΐ2 ,

U₂(X₂)=^- e y R(X₁)BS(X₁Je

χλζΐ2

.X₁X₂

~^iK Z₁₂
e dxi

Ist die Mode der Lichtquelle die Grundmode TEM_nn, so ergibt die Gleichung (4) eine Gaussverteilung,*

•an - ^χι

OU M2

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1 In dieser Gleichung ist BS die Abkürzung für Strahl-Verbreiterunp; und W _r die Strecke, nach der die Intensi'tät auf 1/e abgefallen ist.

5 Setzt man die Gleichung (4¹) in die Gleichung (5) ein, so kann man die Gleichung (2) wie folgt durch Größen ausdrücken, die leicht zu messen sind.

M __ik5i.

Mv ^{2 Zl2}

"?. (x₂)=crnst I R(xi)e «e

R(x) kann man nach Gauss-Hermitschen Funktionen ent-15 wickeln

R(X₁) = ΣΒηΦη (χι) (7)

η ₂

Xi

hierbei ist φη(_Χι) = ^ Hn ( V2^i) e

ι ^1/2

7E
2 η

25 Die hermitesche Funktion η-Grades ist beispielsweise gegeben durch .'

Η_ο(ξ) = 1

30 ^Η1^{(ξ) = 2ξ}

Η₂(ξ) = 4ζ² - 2

H, (ξ) = 8ξ³ - 12ξ

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- 16 - DE 0319 -

Führt man die Entwicklung nach orthogonalen Funktionen ^_n(X₁) durch, so kann der Eritwicklungskoeffizient Bn folgendermaßen berechnet werden:

Bn = J R(xi)iin(xi)dxi

J—aa

■ a

Φη(χι)dxi

'-a

Aufgrund unserer Rechnungen ist Bn gegeben durch

B₀ = 0.9428

Bi=O

B₂ =-2.51 x 10""

B₃ = 0

es hat sich gezeigt, daß Bn so gewählt werden kann, daß praktisch nur B relevant ist.

Damit ist gemeint, daß, wenn R(x.) nach orthogonalen Funktionen Φ Cx₁) entsprechend (7) entwickelt

η ι

wird, eine ausrechende Genauigkeit erhalten wird, wenn nur das Entwicklungsglied η = 0 berücksichtigt wird.

Damit erhält man aus Gleichung (6)

-ik'

²¹² CbC₁

Diese Gleichung kann analytisch integriert werden und man erhält:

U2(x2)Hconstj BoN_oe

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17 -	isxf	DE 0319	.. (8)
-*l -	(1+K)W2X	+ ikxi
W2 e	2Zi2

⁵ u _lx hierbei K = -|f = 0.9702 -^*- (8¹)

S = w ² = —

^3 _n ist der Winkel (Fig. 3)₇bei dem die Intensitätsverteilung des Laserlichts auf 1/e des Maximalwertes abgefallen ist, wenn das Laserlicht auf eine Ebene proji-'5 ziert wird:

w = ^λΖΐ2

(1 + K

1 Jv

Die Maximalleistung l(x„=0) = I_n ist gegeben durch

I₀ - const .... (9)

Geht man wieder zu einer zweidimensionalen Be-

^iJ Schreibung über, so erhält man für die Maximallleistung ¹O

I₀ = const V_xZd₊K J₂₊ s² V(l+K_v)² + 30

hierbei ist

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_ 18 - DE 0319

- ^fc^sin9ox

^w _iy - ^fc^sin6oy

sin²8 _{Κχ =} 0.970 - f_c ² Ξ α_χ - f_c·

sin² θ _Ky = 0.970 ' f_c = a_y - f_c»

a_x, a : Vignettierungskoeffizient in x- bzw. y-Richtung

f_c ^: Brennweite des ersten als Kollimatorlinse wirkenden optischen Abb11dungssysterns

*_s

^sy

a J Radius der Austrittspupille des ersten optischen Abbildungssystems

Damit kann die Maximalleistung I_Q folgendermaßen allein mit f als Variablen geschrieben werden:

(f_c) = const Die Brennweite f , für die I maximal wird, erhält man aus

C xj

^3fo

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^> (α t+1) (1-α ·α -t²) + S ² =

it Jt jf Ji

hierbei

ist t = f_c ²

_ Bei Verwendung der Lösung ·*- ⁼ '

erhält man, wenn S=O oder S klein ist:

^S-² t = f ² = (1 +

ίο _t f2 _{k (1} +*

15 ist / = 1 und wird der Einfluß der höheren Ordnungen der Entwicklung in Rechnung gestellt, so kann man einen Wert zwischen 0,8 und 1,2 annehmen. In der Praxis ist es sinnvoll Y' im Bereich von 0,7 bis 1,4 anzunehmen.

20 Beispiel 1

⁹OX ^{= 8}·⁵"' ⁶oy ^{Ä 22}-⁵°und A_g = 0, a = 2 . 2 nun

25 ^sin29ox -3

^/0 α = 0.970 =-=£ = 4.38 χ 10

X G. ^

α = 0.970 — = 0.037

30 =?» ^fc^{2 = t =} J= ^{= 78}·⁴

^0.037x4.38x10"

f_c = 8.85 mm ^ F_nQ =2.01

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1 Wird der Strahl eines Halbleiterlasers mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften mit einer Abbildungslinse abgebildet, die eine Kollimatorlinse mit einem Austrittspupillenradius von 2,2 mm verwendet,

5 so wird die Maximalleistung des Abbildungslichtfleckes maximiert.

Beispiel (2)

θ = 8.5° θ = 22.5° A_s = 10 ym λ = 0.8 ym a = 2 . 2 mm

α = 4.38 χ ΙΟ"³ α = 0.037 15 S_x =0.858

---~ f ² = 99.9 —^y> f = 10 mm

. - c c

Beispiel(3)

θ = 8.5° θ = 22.5° A=O λ = 0.8 μη οχ oy s

a = 3 mm

	α -	αχ =	2.35 χ	10'	■ 3
	ay =	ay =	0.0158
	Sx -	Sx -	0
	= 164.		11
	fc =	-■ >	12.8 mn
Beispiel(4)
6OX =	8.5°	0Oy =	22.	5° i
a = 3	mm
	2.35 χ	10"	• 3
	0.0158
	0.858 ·
	= 164.11	(1	+ 0.2
	£ =	14.	4 mm
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Fig. 4 zeigt den Aufbau eines optischen Systems gemäß den Beispielen 1 bis 5. Mit 1 ist ein Halbleiterlaser, mit 7 ein erstes optisches Abbildungssystem, das eine kollimierende Wirkung hat, mit 8 ein zweites optisches Abbildungssystem, mit 9 eine Abbildungsoberfläche (beispielsweise eine Aufzeichnungsoberfläche oder eine Anzeigeeinheit) und mit 10 ein Abbildungslichtfleck bezeichnet.

Durch die Verwendung eines ersten optischen Abbildungssystems mit einer Brennweite, wie sie in den Beispielen erhalten wurde, ist es möglich, ein sogenanntes optimales optisches System zu schaffen, das die Maximalleistung in dem Abbildungslichtfleck maximiert.

Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das optische System bei einem Laserstrahl-Drucker angewendet wird. Das von einem Halbleiterlaser 1 ausgesandte Licht wird durch eine Kollimatorlinse 7 kollimiert, von einem Polygonspiegel 12 abgelenkt und durch eine Abbildungslinse 8 mit einer s-θ -Abbildungscharakteristik auf einer photoempfindlichen Trommel 11 abgebildet. Der Teil des vom Polygonspiegel 12 abgelenkten Strahles, der eine andere Fläche der photoempfindlichen Trommel als die eigentliche Abtastfläche abtastet, wird über einen Spiegel 13 mit einem Photodetektor 14 gemessen. Das von dem Detektor 14 gemessene Signal wird dazu benutzt, die Modulationssignale für den Halbleiterlaser 1 zu überprüfen und die Intensität des Abtast-Strahles zu messen. Die photoempfindliche Trommel weist prinzipiell ein elektrisch leitfähiges Unterteil, eine photoleitfähige Schicht und eine Isolierschicht auf. In Fig. 6 ist mit 21 eine ein elektrophotographisches Verfahren verwendende Aufzeichnungseinheit und mit 22 eine optische Vorrichtung bezeichnet, die,

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' wie in Fig. 5 gezeigt, den mit den aufzuzeichnenden Informationen modulierten Laserstrahl für die Aufzeichnungseinheit 21 liefert. Die Isolierschicht der photoempfindlichen Trommel 11 wird gleichförmig mit positiver oder negativer Polarität durch eine erste Sprühentladungsvorrichtung 23 aufgeladen, um hierdurch Ladungen der zu der Aufladungspolarität entgegengesetzten Polarität an der Grenzfläche zwischen der photoleitenden Schicht und der Isolierschicht oder im

Inneren der photoleitenden Schicht zu binden. Anschließend trifft ein Laserstrahl 24 auf die aufgeladene Isolierschicht auf; gleichzeitig wird eine Wechselstromsprühentladung mittels einer Wechselstromsprühentladungsvorrichtung an die Isolierschicht angelegt, so daß

■5 hierdurch auf der Isolierschicht ein Muster entsprechend der Oberflächenpotentlaldifferenz gebildet wird, die sich entsprechend dem hell/dunkel-Muster des Laserstrahls 24 bildet. Anschließend wird die Isolierschicht gleichförmig mit Licht aus einer Lampe 26 beleuchtet,

um ein elektrostatisches Bild hohen Kontrastes auf der Isolierschicht zu bilden. Das elektrostatische Bild wird in ein sichtbares Bild durch eine Entwicklungsvorrichtung 27 mittels eines Entwicklers umgewandelt, der hauptsächlich aus aufgeladenen Tonerteilchen besteht.

^^J Anschließend passiert das sichtbare Bild eine Vorentladung 28 und wird auf ein Übertragungsmedium 29, beispielsweise Papier, mittels einer Übertragungseinrichtung 30 übertragen. Das Papier 29 wird von

der photoempfindlichen Trommel 11 durch eine Trennvor-

richtung 36 abgelöst, das übertragene Bild wird durch eine Fixiervorrichtung 31 fixiert, die eine Infrarotlampe oder eine Wärmeplatte verwendet, so daß ein elektrophotographisch gedrucktes Bild entsteht. Nach der Bildübertragung wird die Isolierschicht mit einer Reini-

gungsvorrichtung 32 gereinigt, um noch auf ihr verblie-

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bene geladene Teilchen zu entfernen. Damit kann die photoempfindliche Trommel 11 erneut verwendet werden.

Mit 33 ist eine Papierführungsrolle bezeichnet. Das durch die Papierführungsrolle 33 geführte Papier wird zwischen Rollen 34 und 35 geklemmt und zu der BiIdübertragungsstation durch die Rollen 34 und 35 aufgrund einer Führungsanweisung transportiert.

Das vorstehend beschriebene optische Gerät ist besonders vorteilhaft in Geräten mit einer hohen Tönungssteilheit.

Wie vorstehend beschrieben besteht bei dem optisehen System mit einem Halbleiterlaser das Abbildungssystem aus zwei Teilsystemen. Das näher bei der Lichtquelle gelegene Teilsystem mit einer Brennweite f kollimiert den aus der Lichtquelle austretenden Lichtstrahl. Die Maximalleistung im Abbildungslichtfleck wird durch Optimierung des Wertes von f erreicht. Dadurch, daß das optische System in zwei Teilsysteme geteilt wird und der Lichtstrahl zwischen den beiden Teilsystemen im wesentlichen afokal ist, ist man bei der Wahl des Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Aufzeichnungsoberfläche frei. Diese Freiheit bei der Abstandswahl ermöglicht es, das optische Lasersystem ohne Schwierigkeiten in optischen Systemen zu den verschiedensten Zwecken einzusetzen.

Bei dem vorliegenden optischen System wird die Optimierung der Maximalleistung durch Anpassen der Brennweite des ersten optischen Abbildungssystems erreicht. Theoretisch kann die Optimierung zur Maximalleistung natürlich auch durch Anpassen der optischen

Konstanten des zweiten optischen Abbildungssystems er-

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- 24 - DE 0319

Konstanten des zweiten optischen Abbildungssystems erzielt werden, wird jedoch das optische Lasersystem in optischen Systemen mit anderen Aufgaben eingesetzt, beispielsweise, wenn es mit einem Ablenksystem kombiniert wird, wie es in optischen Abtastsystemen benutzt wird - so sind die Wahlmöglichkeiten für die optischen Konstanten des zweiten optischen Abbildungssystems oft beschränkt. Dementsprechend ist es oft der Fall, daß die optischen Konstanten, die die Maximalleistung optimieren, nicht in das zweite optische Abbildungssystem passen. Deshalb ist es wünschenswert, daß zum Erzielen der Maximalleistung das erste optische Abbildungssystem benutzt wird.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Optisches Abbildungssytem, das einen Halbleiterlaser verwendet, dadurch gekennzeichnet,

daß der Halbleiterlaser (1) einen Strahl (3) mit für orthogonale Richtungen unterschiedlichen Divergenzursprungspunkten (4, 5) und Divergenzwinkeln hat,

daß der Halbleiterlaser-Strahl (3) auf eine Abtastfläche (9; 11) kondensiert ist, und

daß ein zwischen dem Halbleiter (1) und der Abtastfläche (9; 11) zum Kondensieren des Halbleiterlaser-Strahles (3) auf die Abtastfläche (9; 11) angeordnetes optisches Kugelflächensystem vom Halbleiterlaser her gesehen aus einem ersten optischen Kugelflächen-Abbildungssystem (7) und aus einem zweiten optischen Kugelflächen-Abbildungssystem (8) besteht, wobei die Brennweite f des ersten optischen Kugelflächen-Abbildungssystems (7) durch

Mü/rs „.

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mit 0.7 < γ < 1.4

S = -S- sin^z9 -A

X λ OX S

a : Vignettierungskoeffizient in x-Richtung a : Vignettierungskoeffizient in y-Richtung

gegeben ist, hierbei ist Υ' eine Konstante, Λ die Wellenlänge des Halbleiterlasers, A der Abstand zwischen den Divergenzursprungspunkten in Längs- und Querrichtung des Halbleiterlasers, und θ die Winkellage der

^ox »y

Punkte, bei denen die Strahlenergie in x- bzw. y-Rich-

2
tung auf 1/e abgefallen ist.

2. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkvorrichtung (12) zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Kugelflächen-Abbildungssystem (7, 8) angeordnet ist.

„_n

3. Optisches Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung (12) ein Polygonspiegel ist und das zweite optische Kugelflächen-Abbildungssystem (8) eine f-6-Abbildungscharakteristik hat.

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'

4. Abtast-Aufzeichnungsgerät, das einen Halbleiterlaser verwendet, dadurch gekennzeichnet,

daß der Halbleiterlaser (1) einen Strahl (3) mit in seiner Längs- und Querrichtung unterschiedlichen Divergenzursprungspunkten und Divergenzwinkeln hat,

daß der Halbleiterlaser-Strahl eine Oberfläche (11) aus photoempfindlichem Material abtastet, 10

daß zwischen dem Halbleiterlaser (1) und der photoempfindlichen Oberfläche (11) ein Kugelflächen-Abtastsystem angeordnet ist, damit die Lage der Strahleinschnürung der Halbleiter-Strahlkomponente, die den '5 größeren Divergenzwinkel hat, mit der lichtempfindlichen Fläche übereinstimmt, und

daß eine Ablenkvorrichtung (12) zwischen dem Halbleiterlaser (1) und der photoempfindlichen Oberfläche *" (11) angeordnet ist, die den Halbleiterlaser-Strahl in einer vorgegebenen Richtung ablenkt.

5. Abtast-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
25

daß das optische Kugelflächen-Abbildungssystem vom Halbleiterlaser her gesehen aus einem Kollimator-Linsensystem und aus einem Abtastlinsensystem mit f-0-Abbildungscharakteristik besteht, und

daß die Leuchtfleckintensität des Strahles auf der lichtempfindlichen Fläche durch Einstellen der Brennweite des Kollimator-Linsensystems gesteuert ist.

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^DEO3l9301217§

6. Abtast-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite f der KoI-

limatorlinse durch

f² =

mit 0.7 < γ <

a : Vignettierungskoeffizient in x-Richtung a : Vignettierungskoeffizient in y-Richtung

gegeben ist, hierbei ist \^r eine Konstante, Λ die Wellenlänge des Halbleiterlasers, A der Abstand zwischen den Divergenzursprungspunkten in Längs- und Querrichtung des Halbleiterlasers, und θ die Winkellage der

οχ»y

Punkte, bei denen die Strahlenenergie in x- und y-Richtung auf 1/e abgefallen ist.

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