DE3143571C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Regelung der von mehreren Halbleiterlasern ab­ gegebenen Lichtleistungen gemäß den Oberbegriffen der Pa­ tentansprüche 1 und 4.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-OS 31 02 185 bekannt. Zur Steuerung der von einer Halbleiterlaseranordnung abgegebenen Strahlungsmenge werden dort die von der Halbleiterlaseranordnung nach hin­ ten abgegebenen Lichtstrahlen mittels einer zur Halbleiter­ laseranordnung benachbart angeordneten Lichtdetektorein­ richtung erfaßt und als Ist-Wert einer Schalteinrichtung zugeführt, die die von der Halbleiterlaseranordnung abgege­ bene Strahlungsmenge dann auf einen entsprechenden Strah­ lungsmengen-Sollwert einstellt.

Die einzelnen Halbleiterlaser werden dabei sequentiell auf ihren Sollwert eingestellt, d. h., daß der oben beschriebene Einstellvorgang bei einer Halbleiterlaseranordnung mit N Elementen N-mal durchgeführt werden muß. Eine gleichzeitige Einstellung aller Halbleiterlaser einer Halbleiterlaseran­ ordnung auf einen überstimmenden Spitzenwert ist mit dem aus der DE-OS 31 02 185 bekannten Verfahren bzw. der dort gezeigten Vorrichtung daher nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. eine Vor­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 derart weiterzubilden, daß eine rasche und genaue Regelung der Halbleiterlaser erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den im Patentanspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den im Patentanspruch 4 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung werden somit nicht die Gesamtin­ tensitäten, d. h. die über den gesamten Querschnitt inte­ grierten Intensitäten, der einzelnen Laserstrahlen erfaßt und geregelt, sondern es werden vielmehr die Spitzenwerte ermittelt und die Halbleiterlaser so geregelt, daß die Spitzenwerte aller Halbleiterlaser die gleiche Größe annehmen. Soll die erfindungsgemäße Halbleiterlaseranordnung z. B. als Bildaufzeichnungs-Lichtquelle in einem Laserstrahldrucker oder dgl. verwendet werden, so können mit diesem Laser­ strahldrucker gleichzeitig mehrere Abtastzeilen aufgezeich­ net werden bzw. die Aufzeichnungsgeschwindigkeit des Laser­ strahldruckers erhöht werden.

Aus der US-PS 38 78 556 ist eine Laserdiodenanordnung be­ kannt, bei der an einer oder mehreren Seiten eines dreieck­ förmigen Trägers mehrere Laserdioden parallel angeordnet sind. Über die Regelung der Lichtintensität der Laserdioden sind dieser Druckschrift keine Angaben entnehmbar.

Des weiteren ist aus der DE-OS 27 37 345 ein Halbleiterla­ sermodul bekannt, das mit einer einzigen Halbleiterlaserdi­ ode arbeitet. Der von der Halbleiterlaserdiode ausgesandte Rückstrahl wird mittels eines Lichtdetektors erfaßt, dessen Temperatur konstant gehalten wird, um gleichmäßige Empfind­ lichtkeit zu erreichen. Abhängig vom Ausgangssignal des Lichtdetektors wird die Laserdiode so geregelt, daß ihre Lichtstärke gleichförmig bleibt. Dabei wird der gesamte Querschnitt des Rückstrahls empfangen.

Die DE-OS 23 57 721 beschäftigt sich demgegenüber mit dem Problem, aus einer punktförmigen Lichtquelle einen linien­ förmigen Lichtstrahl im wesentlichen gleicher Intensität zu bilden, wozu eine Vielzahl von Lichtleitfasern eingesetzt wird. Eine Lichtintensitätsregelung ist dort nicht disku­ tiert.

In der DE-OS 28 42 104 wird angestrebt, einen linienförmi­ gen Lichtstrahl im wesentlichen gleicher Intensität zu bil­ den. Hierzu wird eine Lichtquelle, die aus mehreren linear angeordneten Punktlichtquellen besteht, auf eine diffus re­ flektierende Reflexionsfläche, die das Licht zu einem band­ förmigen Strahlenbündel reflektiert, gerichtet. Eine Licht­ intensitätsregelung ist auch hier nicht vorgesehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend sollen anhand der Fig. 1 die Probleme ver­ anschaulicht werden, die z. B. bei dem aus der DE-OS 31 02 185 bekannten Verfahren auftreten.

Bei diesem Verfahren werden nach hinten gerichtete Rückstrahlen 1a, 1b und 1c einer Halbleiterlaser-Anordnung 1 von einem Detektor 2 empfangen, um damit die Lichtmenge der jeweiligen Strahlen zu erfassen. Bei diesem Verfahren ist ein die Ausbreitung der jeweils abgegebenen Strahlen umfassender großer Detek­ tor notwendig, um damit den integrierten Wert der Licht­ menge eines jeden Halbleiterlasers zu ermitteln, und die Laser müssen zeitlich seriell einzeln eingeschaltet wer­ den, um die zu ermittelnde Lichtmenge zu erfassen. Demgemäß ergibt bei einer gesteigerten Anzahl der Halbleiterlaser der Reihen­ anordnung das aufeinanderfolgende Ein- und Ausschalten der Laser Schwierigkeiten, während darüber hinaus der De­ tektor groß zu bemessen ist und ein schneller Regeln bzw. Steuern der Lichtmenge schwierig ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Vorrichtung zur Lichtmengenerfassung,

Fig. 2, 3 und 4 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lichtmengen­ regelung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Signalverarbei­ tungssystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 6A und 6B ein Lichtmengen-Regel­ verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Regelvorrichtung, bei der die Rückstrahlen von Halbleiterlasern mit Hilfe eines La­ dungskopplung-Detektors 3 erfaßt werden und eine Gegenkopplung der Lichtmenge herbeigeführt wird.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausgangssignal P des Detektors 3, das in Übereinstimmung mit der Lichtausgangsleistung eines jeweiligen Lasers gewonnen wird. Die Horizontalachse t stellt die Lage in der Richtung einer Detektor- Reihenanordnung dar. Falls die Lichtausgangsleistungen der jeweiligen Laser die gleichen sind, sind die Spitzenwerte P1, P2 bzw. P3 der Ausgangssignale konstant.

Die Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, bei der die Lichtausgangsleistung bzw. die Spitzenwerte P der jeweiligen Laser von­ einander verschieden sind. Werden diese Spitzenwerte durch Gegenkopplung so gesteuert, daß sie einen einem bestimmten Bezugswert gleichen Spitzenwert annehmen, können die Leistungen der jeweiligen Laser einander angeglichen werden.

Als Vorbedingung für ein derartiges Verfahren müssen die Verteilungen der Leuchtmuster bzw. die Fernfeld-Charakteristika der jeweiligen Laser die gleichen sein. Demge­ mäß können die Integrationswerte der Lichtausgangsleistun­ gen der jeweiligen Laser (Gesamt-Lichtausgangsleistungen) auf beständige Weise dadurch gleichförmig gestaltet wer­ den, daß die Spitzenwerte der Ausgangssignale einander angeglichen werden. Dies ist deshalb der Fall, weil be­ kanntermaßen bei Rei­ henanordnungs-Laser, die in der Form identischer Halblei­ ter-Plättchen aufgebaut sind, die Form der Fernfeld-Charakteristik nahezu identisch ist, wobei diese Charakteristik hinsichtlich Verschlechterungen oder Alterungen der Elemente nahezu unveränderlich ist. Ferner kann es in Abhängigkeit vom Anwendungsfall erwünscht sein, statt der Lichtmenge bezüglich des Integra­ tionswerts der Lichtausgangsleistung eines jeden Lasers die Lichtmenge der Laser bezüglich des Spitzenwerts konstant zu hal­ ten. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die für eine Aufzeichnung oder dergleichen verwendete Lichtenergie nur an dem mittleren Teil der Fernfeld-Charakteristik ge­ nutzt wird und die übrige Lichtmenge nicht zur Aufzeich­ nung herangezogen wird. In einem derartigen Fall ist es notwendig, den Aufbau so zu treffen, daß die Lichtmenge hinsichtlich des Spitzenwerts konstant wird, was ein di­ rekteres und günstigeres Verfahren als das in Fig. 1 ge­ zeigte darstellt, bei welchem die Erfassung über den Inte­ grationswert erfolgt. Ein derartiger Ladungskopplungs-De­ tektor sollte möglichst nahe an der Leuchtfläche des La­ sers angeordnet werden. Falls nämlich der Detektor weiter entfernt angeordnet wird, ergibt sich eine gegenseitige Überlappung von Licht aus benachbarten Lasern, was zu Feh­ lern bei der Erfassung der Spitzenwerte führt. Falls bei­ spielsweise der Teilungsabstand zwischen den Lasern der Reihenanordnung 100 µm ist, der Halbwert-Gesamtwinkel der Fernfeld-Charakteristik der abgegebenen Strahlen aus einem jeden Laser in der Reihenanordnungs-Richtung gleich 10° ist und der Abstand des Detektors 1,1 mm ist, tritt ein Fehler von 50% auf. Demgemäß muß der Abstand des Detek­ tors geringer als dieser Abstand sein, um eine Einstellung bzw. Regelung mit hoher Genauigkeit ausführen zu können. Falls es jedoch schwierig ist, den Detektor nahe genug an der Leuchtfläche des Lasers anzubringen, ist es möglich, je­ weils nur einige Laser einzuschalten, um dadurch den Fehler zu verringern.

Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein Signalverarbeitungs­ system einer Regelvorrichtung. Das Ausgangssignal eines Ladungskopplungs-Detektors 11 wird mittels einem Analog/Digital-Umsetzer 12 in ein digitales Sig­ nal umgesetzt, das einem Zeilenspeicher 13 zugeführt wird. In dem Zeilenspeicher 13 wird die dabei erhaltene Information einer geeig­ neten Verarbeitung unterzogen, wonach in einer Spitzen­ wert-Erfassungsschaltung 14 der Spitzenwert der Informa­ tion gewonnen wird. Falls die Reihenanordnung eine Anord­ nung aus drei Elementen ist und drei Spitzen vorliegen, werden drei Werte erzielt. Danach werden diese Spitzenwer­ te mittels einer Vergleichsschaltung 15 mit einem Bezugs- Spitzenwert verglichen, wonach der Unterschied zwischen den Spitzenwerten mittels einer Differenz-Erfassungsschaltung 16 gewonnen wird. Dieser Unterschied entspricht dem mit­ tels einer Umsetzschaltung 17 zu korrigierenden Lichtmen­ gen-Wert und wird mittels eines geeigneten Faktors multi­ pliziert sowie in einen elektrischen Stromwert umgesetzt. Die vorangehend beschriebene Verarbeitung erfolgt in digi­ taler Weise. Der elektrische Stromwert wird mittels eines Multiplexers 18 zu einer dem jeweiligen Laser entsprechen­ den Treiberschaltung geführt. Jede Laser-Treiber­ schaltung hat eine digital gesteuerte Stromquelle 19a, 19b bzw. 19c, aus der bei Eingabe eines digitalen Werts ein entsprechender elektrischer Stromwert für die Ansteu­ erung des Halbleiterlasers abgegeben wird. Das Ausgangs­ signal des Multiplexers 18 vergrößert oder verringert den digitalen Eingabewert der digital gesteuerten Stromquelle 19a, 19b bzw. 19c für den jeweiligen Halbleiterlaser und damit die Lichtausgangsleistung des jeweiligen Halbleiter­ lasers. Wenn die Spitzenwerte völlig mit dem Bezugs-Spit­ zenwert übereinstimmen, wird der vorstehend beschriebene Betriebsablauf beendet.

Auf die vorstehend beschriebene Weise ist es möglich, die Lichtmengen der in der Form einer Reihe angeordneten Halb­ leiterlaser auf einen konstanten Wert anzuglei­ chen; falls jedoch die Halbleiterlaser einen engen Reihen­ anordnungs-Teilungsabstand haben und der Ladungskopplungs- Detektor im Abstand von den Leuchtstellen angeordnet ist, entsteht gemäß der vorangehenden Beschreibung eine gegen­ seitige Überlappung der Lichtmengen, so daß eine genaue Erfassung der Spitzenwerte verhindert ist.

Fig. 6A und 6B veranschaulichen eine Lösung für einen derartigen Fall. Es ist angenommen, daß sechs Leuchtstel­ len 1a bis 1f der Halbleiterlaser vorliegen. Die Leucht­ stellen, die zuerst Licht abgeben, sind die Leuchtstellen 1a, 1c und 1e, wobei die Art der Erfassung mittels des Detektors zu diesem Zeitpunkt der Darstellung in Fig. 6A entspricht. Die Leuchtstellen 1b, 1d und 1f geben darauf­ folgend Licht ab. Die Art der Erfassung mittels des Detek­ tors zu diesem Zeitpunkt ist in der Fig. 6B gezeigt. Auf diese Weise erfolgt die Lichtabgabe zweimalig, wodurch die Überlappung der Lichtmengen herabgesetzt wird. Bei diesem Verfahren ist zwar die Geschwindigkeit mehr oder weniger herabgesetzt, jedoch wird die Anordnung des Detek­ tors einfacher. Auf gleichartige Weise ist es auch mög­ lich, die Leuchtstellen derart zu gestalten, daß jede dritte oder vierte Leuchtstelle Licht abgibt.

Die für das Verfahren bzw. die Vorrichtung verwendete Detektor-Reihenanordnung bzw. der verwendete Ladungskopplungs-De­ tektor kann ein eindimensionaler Zeilensensor oder ein zweidimensionaler Bildsensor sein. Bei der Verwendung von eindimensionalen Zeilensensoren ist es jedoch notwendig, sie im voraus so einzustellen, daß die Anordnungsrichtung der Sensoren ge­ rade mit der Maximalspitze eines jeweiligen Lasers über­ einstimmt. Ferner kann die Genauigkeit dadurch gesteigert werden, daß bei der Ermittlung eines jeweiligen Spitzenwerts die Werte einiger Bits vor und nach dem Spitzenwert gleich­ zeitig gelesen und ihr Mittelwert gebildet wird. Dies führt zu einem Ergebnis, das mehr oder weniger eine Integration darstellt. Wenn der Abstand zwischen dem La­ dungskopplungs-Detektor und den Lasern gering gewählt ist, fällt die Lichtmenge konzentrisch auf den engen Bereich, was dazu führen kann, daß das Ladungskopplungs-Detektor- Ausgangssignal in die Sättigung gelangt. In einem derarti­ gen Fall kann ein Neutralfilter bzw. ND-Filter (d. h. ein Filter, das die Dichte verringert, ohne die Farbe zu verändern) oder eine Po­ laritationsscheibe eingefügt werden, um damit die auf den Ladungskopplungs-Detektor gerichtete Licht­ menge zu verringern. Da mit den Halbleiterlasern eine lineare Po­ larisation herbeigeführt wird, kann insbesondere eine Po­ larisationsscheibe als Filter eingesetzt werden, die durch Regelung ihres Drehwinkels veränderbar ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der von mehreren in einer Reihe parallel und benachbart angeordneten Halbleiterlasern (1) abgegebenen Lichtleistungen, bei dem eine auf der Rück­ seite der Halbleiterlaseranordnung angebrachte Lichtdetek­ toreinrichtung (3; 11 bis 14) die von den Halbleiterlasern (1) nach hinten abgegebenen Lichtstrahlen erfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtdetektoreinrichtung (3; 11 bis 14) durch eine Reihenanordnung einer Vielzahl von parallel und benachbart angeordneten Detektorelementen gebildet wird,
daß die räumliche Fernfeld-Intensitätsverteilung (P_i(t)) der optischen Ausgangsleistung jedes der Halbleiterlaser (1) mit mehreren Detektorelementen gleichzeitig erfaßt und aus den Meßwerten der Spitzenwert (P_i) der räumlichen Fern­ feld-Intensitätsverteilung jedes Halbleiterlasers (1) be­ stimmt wird und
daß auf der Grundlage der bestimmten Spitzenwerte (P_i) der Intensitätsverteilungen der Halbleiterlaser (1) die jeweili­ gen Spitzenwerte so geregelt werden, daß sie übereinstim­ men.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwerte (P_i) der Halbleiterlaser (1) gleichzeitig erfaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung (3; 11 bis 14) die von al­ len N Halbleiterlasern (1) nach hinten abgegebenen Strahlen durch m-faches Einschalten von N/m der N Halbleiterlaser erfaßt, wobei die jeweils eingeschalteten N/m Halbleiterla­ ser in einem Zählabstand von (m + 1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine auf der Rückseite einer Halbleiterlaseranordnung angebrachte Lichtdetektor­ einrichtung (3; 11 bis 14) die von den Halbleiterlasern (V1) nach hinten abgegebenen Lichtstrahlen erfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtdetektoreinrichtung (3; 11 bis 14) aus einer Reihenanordnung einer Vielzahl von parallel und benachbart angeordneten Detektorelementen besteht, so daß die räumliche Fernfeld-Intensitätsverteilung (P_i(t)) der optischen Ausgangsleistung jedes der Halbleiterlaser (1) mit mehreren Detektorelementen gleichzeitig erfaßt und aus den Meßwerten der Spitzenwert (P_i) der räumlichen Fern­ feld-Intensitätsverteilung jedes Halbleiterlasers (1) be­ stimmt werden kann und
daß mittels einer Regeleinrichtung (15 bis 19) auf der Grundlage der bestimmten Spitzenwerte (P_i) der Intensitäts­ verteilungen der Halbleiterlaser (1) die jeweiligen Spitzen­ werte so geregelt werden können, daß sie übereinstimmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Halbleiterlaseranordnung und der Lichtdetektoreinrichtung (3; 11 bis 14) eine Lichtdämp­ fungsvorrichtung zum Verhindern einer Sättigung des foto­ elektrischen Ausgangssignals der Detektorelemente angeordnet ist.