DE4235549C2 - Gerät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit zum Ge­ brauch in einem Laserprinter, einem Kopiergerät, einem Fak­ similegerät, einem Fotosatzgerät, einem Strichcode-Lesege­ rät oder einem Sensor, ein entsprechendes Herstellungsver­ fahren, ein Justierverfahren und ein Justiergerät.

Lichtquelleneinheiten aus Laserdioden werden als laseremittierende Geräte verwendet, um Bilder, beispielsweise Briefe auf einer Fotoaufnahme­ trommel, mit hoher Geschwindigkeit in bilderzeugenden Gerä­ ten wie Laserprintern, Kopiergeräten und Faksimiliegeräten herzustellen. Bei Fotosatzgeräten werden Lichtquellenein­ heiten als Laserstrahlgeräte zum Hochgeschwindigkeitsdruc­ ken auf Film verwendet. Bei Strichcode-Lesegeräten und ver­ schiedenen Sensoren werden Lichtquelleneinheiten als Laser­ strahlgeräte verwendet, um Informationen aus dem Strichcode und von durch ein Objekt reflektierte Lichtstrahlen zu er­ halten.

Bei bekannten typischen Geräten, die die obengenannte Lichtquelleneinheit verwenden, wird ein Laserstrahl durch ein Paar gebildet, das aus einem Halbleiterlaser und einer Linse besteht, die als Kollimator dient, und der Laser­ strahl wird durch eine Polygon-Abtasteinrichtung reflek­ tiert, um ein Bild auf einer vorgegebenen Fläche auszubil­ den.

Bei einer solchen Anordnung unter Verwendung eines Halblei­ terlasers ist es nicht möglich, die Verarbeitungsgeschwin­ digkeit über eine Grenze hinaus zu erhöhen, da die Verar­ beitungsgeschwindigkeit von der Abtastgeschwindigkeit ab­ hängt.

Um ein derartiges Problem zu lösen, wurde ein Gerät vorge­ schlagen, in dem zwei oder drei monolithische Laserstreifen ausgebildet sind und zwei oder drei Lichtemissionspunkte als Baugruppe vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung ist es möglich, zwei oder drei Laserstrahlen für die Abtastung zu erzeugen. Als Ergebnis kann die Verarbeitungsgeschwindig­ keit realisiert werden, die zwei- oder dreimal die Verarbei­ tungsgeschwindigkeit des Gerätes ist, in der nur ein Halb­ leiterlaser verwendet wird.

Bei der obenbeschriebenen Anordnung, bei der eine Anzahl monolithischer Laserstreifen erzeugt wird, ist es jedoch schwierig, alle Laserstreifen dazu zu veranlassen, Laser­ strahlen mit gleicher Intensität zu emittieren. Falls zur Lösung dieses Problems die Laseremission durch Überwachung eines Laserstrahls durchgeführt wird, der von einer Rück­ fläche jedes Halbleiterlasers emittiert wird, unter Verwen­ dung einer entsprechenden Fotodiode, würden die überwachten Laserstrahlen miteinander überlappen, und es wäre schwierig, die Überwachungen in jeden überwachten Laserstrahl zu un­ terteilen.

Des weiteren ist es bei einer Anordnung, in der eine Anzahl monolithischer Laserstreifen wie oben beschrieben ausgebil­ det ist, erforderlich, die Anzahl der Zuleitungen entspre­ chend zu erhöhen. Da die Anzahl der lichtemittierenden Punkte in einem Verbund begrenzt ist, kann die Verarbei­ tungsgeschwindigkeit nur einige Male erhöht werden.

Des weiteren werden bei der oben beschriebenen typischen Lichtquelleneinheit der Halbleiterlaser und die Kollimator­ linse normalerweise auf einem Befestigungselement durch La­ serschweißen befestigt.

Fig. 1 zeigt eine Weise, in der ein Halbleiterlaser 220 auf einem Körper 230 durch YAG-Laserschweißen auf einem Körper 230 befestigt wird, der als Befestigungselement dient. Das YAG-Laserschweißen wird durch Strahlen eines YAG-Laserstrahls LB auf eine Grenze (Schweißpunkt P) des Körpers 230 und des Halbleiterlasers 220 von eine YAG- Laserstrahleinheit 210 bewirkt.

Der Schweißpunkt P (mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm), der aktuell aufgeschmolzen wird, schrumpft, während er er­ neut gekühlt und gehärtet wird. Der Halbleiterlaser 220 wird durch die resultierende Kraft gezogen und verschiebt sich in Richtung auf die Seite des Schweißpunktes P. Sein Bewegungsbetrag geht von etwa 1 µm bis einigen 10 µm.

Als Ergebnis, selbst wenn eine feine Positionierung in der Größenordnung von 1 µm hinsichtlich des Halbleiterlasers 220 durchgeführt wird, wird folglich der Laser 220 in einem Zustand fixiert, in dem eine Positionsverschiebung aufgrund aufeinanderfolgenden Laserschweißens erfolgt. Wenn des wei­ teren eine Linse am Körper 230 befestigt wird, tritt ein entsprechendes Problem bei Fixierung eines Linsenkörpers, der fixiert wird, am Körper 230 auf.

Eine Lichtquelleneinheit mit einer Mehrzahl lichtemittierender Einrichtungen, von denen jede eine Baugruppe mit einem licht­ emittierenden Chip aufweist, der einen Strahl emittiert, und ein optisches System zur Umwandlung des von der Baugruppe emittierten Strahls in einen Parallelstrahl, und mit einem Be­ festigungselement zum integralen Befestigen der Mehrzahl der lichtemittierenden Einrichtungen in einer vorgegebenen Anord­ nung ist aus der US 3 835 414 bekannt. Die US 4 562 350 beschreibt ein Verfahren, das es ermöglicht, eine optische Vor­ richtung mit einem Halbleiterlaser zu erzeugen, der einen Par­ allelstrahl aussendet, der in bezug auf eine mechanische Achse in der Position ausgerichtet werden kann. Hierbei wird die Po­ sitionierung des Lasers in bezug auf ein Objektiv bezüglich der drei orthogonalen Richtungen durchgeführt, und anschließend werden der Laser und das Objektiv miteinander verbunden.

Aus der DE 40 21 434 A1 ein optisches Halbleitermodul be­ kannt, bei dem ein lichtemittierendes Halbleiterelement in bezug auf eine optische Faser justiert und fixiert wird, um Licht von einem lichtemittierenden Halbleiterelement in den opti­ schen Leiter einzuführen.

Die DE 33 00 902 A1 und die DE 31 28 190 A1 offenbaren Geräte zum Justieren einer Linse in bezug auf einen Halbleiterlaser.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und vorteilhaftes Ge­ rät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit mit einer Mehrzahl Baugruppen mit jeweils einer Laserdiode und einem optischen System zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Gerät mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die abhängigen Unteran­ sprüche weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung be­ treffen.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung eines Justiergeräts für eine Lichtquelleneinheit, mit dem die optische Positionsjustierung leicht durchgeführt werden kann und Beschädigungsverluste minimiert werden können, wenn eine Fehljustierung erfolgt.

Mit einer solchen Anordnung kann ein Justiergerät geschaf­ fen werden, mit dem die Position des optischen Systems in einfacher Weise und automatisch eingestellt werden kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des YAG-Laser­ schweißens in bekannter Weise,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Aufgabe der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung der Weise, in der eine Positionsjustierung an einem optischen System gemäß der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Laserdiode und ihres Befestigungsbereichs

Fig. 6 eine Perspektivansicht, die schematisch eine Weise erläutert, in der ein Bild in einem Laserprinter erzeugt wird, und

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung einer Weise, gemäß der YAG-Laserschweißen durchgeführt wird.

Um die Arbeitsweise und die Vorteile der Erfindung klarzustellen, wird zunächst ein Beispiel einer Grundanordnung einer Lichtquelleneinheit mit Bezug auf Fig. 2 erläutert, bei der durch Ausstrahlen ei­ ner Anzahl von Strahlen die Geschwindigkeit der Bilderzeu­ gungsverarbeitung beispielsweise in einem Laserprinter er­ höht werden kann. Eine in Fig. 2 dargestellte Mehrstrahl- Lichtquelleneinheit 110 umfaßt einen Leistenkörper 102, der als Befestigungselement dient, ein optisches System 108 und eine Laserdiode 101, die in Form eines Verbundes bzw. einer Baugruppe vorgesehen sind. Im Leistenkörper 102 sind eine Anzahl von Öffnungen 117 mit vorgegebenen Abständen ausge­ bildet. Die Laserdiode ist mit einem Laserdiodenchip verse­ hen, der einen Strahl emittiert. Das optische System 108 umfaßt eine Linse 103 zur Umwandlung eines von der Laserdi­ ode 101 emittierten Strahls in einen Parallelstrahl und eine Linsenfassung oder Objektivtubus 104. In die Öffnung 117 ist ein Teil der Laserdiode 101 von einer Seite einge­ fügt, und ein Teil der Linsenfassung 104, die die Linse 103 enthält, ist von der anderen Seite eingefügt.

Obwohl nur ein Teil des inneren Aufbaus in Fig. 2 darge­ stellt ist und einige Teile in Fig. 2 nicht dargestellt sind, weist das optische System 108 und jede Laserdiode 101, die in dem Leistenkörper 102 vorgesehen sind, den gleichen Befestigungsaufbau auf.

Um die Fokusposition des von der Laserdiode 101 emittierten Laserstrahls zu justieren, ist es bei der Lichtquellenein­ heit 110 erforderlich, das optische System 108 entlang ei­ ner optischen Achse AX (d. h. entlang der Z-Achse) zu bewe­ gen. Für diese Bewegung ist es erforderlich, die Justierung durch Unterstützen der Linsenfassung 104 derart durchzufüh­ ren, daß der optische Weg nicht geschnitten wird. Ein in diesem Fall typischerweise verwendetes Verfahren besteht darin, die Linsenfassung 104 aus dem Loch 117 herauszuzie­ hen und hineinzuschieben durch Spannen der Linsenfassung 104 in Richtung der Pfeile m1 und m2 mit einem Optiksystem- Spannelement 130, das in Fig. 2 dargestellt ist.

Falls die Fokusposition des optischen Systems 108 durch ein solches Verfahren justiert wird, wird die optische Achse des optischen Systems 108 dezentriert, wenn das optische System 108 durch das Spannelement 130 gespannt wird. Dies erfolgt deshalb, weil eine Spannkraft für das optische Sy­ stem 108 aufgrund des Optiksystem-Spannelementes 130 das optische System 108 entlang der X- und Y-Achse bewegt.

Falls die optische Achse dezentriert wird, ist es erforder­ lich, eine Justierung hinsichtlich der Richtungen der X- und Y-Achse zur Korrektur der Dezentrierung durchzuführen. Im Ergebnis ist der Vorgang kompliziert und erhöht die für die Einstellung erforderliche Zeit.

Eine Lichtguelleneinheit 10 umfaßt, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine An­ zahl lichtemittierender Vorrichtungen einschließlich einer Laserdiode 1 und eines Optiksystems 8 zur Wandlung eines Laserstrahls B, der von der Laserdiode 1 emittiert wurde, in einen Parallelstrahl, und einen Leistenkörper 2, der als Befestigungselement zum integrierenden Fixieren der Anzahl der lichtemittierenden Vorrichtungen in einer vorgegebenen Anordnung dient. In Fig. 3 ist die Anordnung einer der Vielzahl der lichtemittierenden Vorrichtungen mit der Laserdiode 1 und dem optischen System 8 dargestellt, und die Aufbauten der anderen lichtemittierenden Vorrichtungen, die in der Reihe angeordnet sind, sind nicht dargestellt.

Die Laserdiode ist ein Verbund bzw. eine Baugruppe aus ei­ nem Laserdiodenchip (im folgenden als LD-Chip bezeichnet), der einen Laserstrahl B emittiert und einer Überwachungs- Fotodiode. Die Intensität der Laseremission der Laserdiode 1 wird durch Überwachen des Laserstrahls B mit der Fotodi­ ode gesteuert. Das optische System 8 umfaßt eine Linsenfas­ sung oder Objektivtubus 4 und eine Linse 3, die als Kolli­ mator dient, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist eine Nut (Lücke) 9 in der Mitte des Leistenkörpers 2 ausgebildet. Die Nut 9 ist vorgesehen zur Durchführung einer Justierung der Linse 3 entlang der Z-Achse durch Schieben und Ziehen des Objektiv­ tubus 4 des optischen Systems 8 von der Seite der Nut 9 bzw. von der Seite des Befestigungsteils 20 in einem Zu­ stand, in dem das optische System 8 in einem später zu be­ schreibenden Loch 18 eingefügt ist. Da es mit anderen Wor­ ten möglich ist, dem optischen System eine Kraft von der Nut 9 zuzuführen, kann die Position des optischen Systems 8 in einfacher Weise justiert werden. Als Ergebnis kann die Justierung in einer kurzen Zeitspanne ohne Stockung durch­ geführt werden.

Ein Befestigungsbereich 19, der auf einer Seite der Nut 9 vorgesehen ist, ist mit einer Anzahl von Löchern 17 verse­ hen, die in Reihenform angeordnet sind, zum Einfügen der Laserdiode 1, wobei der Befestigungsbereich 20 auf der an­ deren Seite der Nut 9 mit einer Vielzahl von Löchern 18 zum Einbringen des optischen Systems versehen ist, die in Rei­ henform angeordnet sind. Die Löcher 17 und 18 sind einander gegenüberliegend angeordnet derart, daß die optische Achse AX (vgl. Fig. 4 und 5) eingestellt werden kann, wenn die Laserdiode 1 und das optische System 8 wiederholt in sie eingefügt werden. Die Löcher 17 und 18 sind in einer Reihe in einer Form angeordnet, die einer erforderlichen Anord­ nung des Laserstrahls B entspricht. Nuten können anstatt der Löcher 17 und 18 vorgesehen sein. Des weiteren können die Löcher in einer Vielzahl von Reihen angordnet sein, so daß sie in Ebenenform strahlen.

Es ist erforderlich, eine Justierung zum Ausrichten der Richtungen und der Fokuspositionen der Laserstrahlen B und der dazwischenliegenden Intervalle (d. h. die Laserstrahlpo­ sitionen) durchzuführen sowie die Emissionsintensität jedes Laserstrahls B, der von der Lichtquelleneinheit 10 emit­ tiert wird, zu steuern. Im folgenden wird die Positionsju­ stierung für jeden Teil der lichtemittierenden Vorrichtung zum Ausrichten erläutert.

Zunächst wird die Linse 3 in der Mitte eines fächerförmigen Laserstrahls, der aus der Laserdiode 1 austritt, angeord­ net. Dann wird durch Anordnen des LD-Chips in einer Fokus­ position der Linse 3 ein Mittenteil des Strahls in einen Parallelstrahl umgewandelt. Dann, wie in Fig. 3 darge­ stellt ist, wird der von jeder lichtemittierenden Vorrich­ tung, die die Lichtqelleneinheit 10 bildet, emittierte La­ serstrahl in zwei Laserstrahlen B1 und B2 durch einen Strahlteiler 7 getrennt. Die Strahlfokusposition des Laser­ strahls B1 wird durch einen Strahlfokus-Positionsdetektor 6 erfaßt. Insbesondere wird erfaßt, ob der Strahl B1 konver­ giert oder divergiert. Die Strahlrichtung des Laserstrahls B2 wird durch einen Strahlrichtungsdetektor 5 erfaßt. Ins­ besondere werden ein Grad der Parallelität und eine Neigung des Strahls B2 erfaßt.

Zwischenräume zwischen den Laserstrahlen B sind aufgrund der Positionen der Löcher 17 und 18, die im Leistenkörper 2 vorgesehen sind, bestimmt. Die Richtung des Laserstrahls B wird durch eine Justierung der Laserdiode 1 bezüglich der Richtungen der X- und Y-Achse bestimmt. Die Fokusposition des Laserstrahls B wird durch eine Justierung der Linse 3 bezüglich der Richtung der Z-Achse bestimmt (Fig. 3 und 4).

Basierend auf dem Detektorresultat durch den Strahlfokus- Positionsdetektor 6 wird aufgrunddessen die Linsenfassung 4, (in der die Linse 3 fixiert ist), wie in Fig. 4 darge­ stellt, entlang der optischen Achse AX (entlang der Z- Achse) im Loch 18 bewegt. Des weiteren wird aufgrund des Detek­ torresultats des Strahlrichtungsdetektors 5 die Laser­ diode, wie in Fig. 5 dargestellt ist, entlang einer Fläche senkrecht zur optischen Achse AX bewegt. Das bedeutet, daß die Laserdiode 1 gegen die Fläche S anstößt, die senkrecht zur optischen Achse AX liegt, in einem Zustand, in dem ein Teil der Laserdiode 1 in das Loch 17 eingebracht ist und nachdem die Justierung und Positionierung bezüglich der Richtungen der X- und Y-Achsen durchgeführt wurden (siehe Fig. 3). Es ist selbstverständlich, daß der Strahlrichtungsdetektor 5 und der Strahlfokus-Positionsdetektor 6, wie in Fig. 6 darge­ stellt ist, nicht für den Bilderzeugungsvorgang verwendet werden, da sie Geräte sind, die lediglich für die oben be­ schriebenen Justierungen erforderlich sind.

Die Positionsjustierung der Laserdiode 1 aufgrund des De­ tektorresultats des Strahlrichtungsdetektors 5 und die Po­ sitionsjustierung des Objektivtubus 4 aufgrund des Detektorresultats des Strahlfokus-Positionsdetektors 6 kann manuell durchgeführt werden, während die Detektorresultate des Strahlrichtungsdetektors 5 und des Strahlfokus- Positionsdetektors 6 überwacht werden, oder sie können au­ tomatisch durchgeführt werden, durch Verwendung eines Span­ nelementes, das aufgrund der Ausgangssignale des Strahlrichtungsdetektors 5 und des Strahlfokus-Positionsde­ tektors 6 betrieben wird.

In dieser Ausführungsform, wie in den Fig. 3 und 4 dar­ gestellt ist, ist ein Optiksystem-Spannelement (Spannein­ richtung) 30 vorgesehen, das in Kontakt mit dem Objektivtu­ bus 4 von Seiten der Nut 9 oder der Rückseite des optischen Systems 8 steht, und durch Bewegen des Spannelements 30 entlang der optischen Achse AX (in Richtung eines Pfeiles mZ der Fig. 3) des optischen Systems wird die Positionsjustierung des Objektivtubus 4 durchgeführt. Zum automatischen Durchführen dieser Positionsjustierung sind ein Optiksystemtreiber 36 und eine Steuerung 33 ent­ sprechend für die Bewegung des Optiksystem-Spannelementes 30 entlang der optischen Achse des optischen Systems 8 und zur Steuerung des Antriebs des Optiksystemtreibers 36 auf­ grund des Ausgangssignals des Strahlfokus-Positionsdetek­ tors 6 vorgesehen.

Des weiteren sind ein Laserdioden-Spannelement (im folgenden als LD-Spannelement bezeichnet) und ein Laserdiodentreiber (im folgenden als LD-Treiber bezeichnet) 35 entsprechend für das Einspannen der Laserdiode 1 und zum Bewegen des LD- Spannelementes 31 entlang einer Fläche (die Fläche S [vgl. Fig. 5] des Befestigungsbereichs 19, gegen die die Laser­ diode 1 anstößt), rechtwinkelig zur optischen Achse der La­ serdiode 1 (in Richtungen der Pfeile mX und mY der Fig. 3), vorgesehen. Die Steuerung 33 steuert den Antrieb durch den LD-Treiber 35 aufgrund eines Ausgangssignals des Strahlrichtungsdetektors 5. Bei dieser Anordnung wird die Positionsjustierung der gesamten lichtemittierenden Vor­ richtung einschließlich der Positionsjustierung der Laser­ diode 1 ermöglicht.

Die Bewegungsbeträge der Laserdiode 1 und des Objektivtubus 4 werden aufgrund der Vergleichsresultate zwischen einem Ausgangssignal des Strahlfokus-Positionsdetektors 6 und ei­ nem voreingestellten Bezugswert ermittelt.

Da eine Öffnung 32 im Optiksystem-Spannelement 30 in einer Position vorgesehen ist, die mit dem optischen Weg des op­ tischen Systems 8 übereinstimmt, werden keine Laserstrahlen durch das Optiksystem-Spannelement 30 geschnitten. Als Er­ gebnis ist es möglich, die Positionsjustierung der Laserdi­ ode 1 fortzusetzen, bis die Positionsfixierung bezüglich einer der lichtemittierenden Vorrichtungen beendet ist, während Strahlinformationen wie Fokusposition, Strahlnei­ gung und Parallelisierunggrad, die durch den Strahlfokus- Positionsdetektor 6 und den Strahlrichtungsdetektor 5 er­ mittelt werden, erhalten werden.

Bei solch einem Verfahren ist es möglich, eine Genauigkeit in der Größenordnung von plus oder minus einigen 10 µm beim Zusammenbau eines Laserchips in einem Ein-Chip-Verbund (entsprechend der Laserdiode 1 in dieser Ausführungsform) zu erreichen. In dem Fall, in dem eine Anzahl Laserstrahlen durch einen Chip ausgestrahlt werden, liegt die Montage­ genauigkeit des Chips in der Größenordnung von plus oder minus einigen Mikrometern. Das bedeutet für das oben be­ schriebene bekannte Verfahren, bei dem Laserstreifen ausge­ bildet sowie IC-Muster gezeichnet werden, daß die Anzahl der Laserstrahlen auf etwa 3 begrenzt ist und eine hohe Montagegenauigkeit erforderlich ist. Im Gegensatz dazu kann die Montagegenauigkeit gemäß dieser Ausführungsform gerin­ ger sein als bei dem Verfahren, bei dem eine An­ zahl von Laserstrahlen durch einen LD-Chip gebildet werden.

Die Laserdiode 1 und das optische System 8 können durch das im folgenden beschriebene YAG-Laserschweißen am Leistenkör­ per 2 befestigt werden. Dabei werden sie durch Schweißen mit einem YAG-Laser (1,06 µm) an zwei Teilen auf der Oberfläche der Laserdiode 1 (mit einem Durchmesser von 5,6 mm) fixiert, wobei die Fläche gegen den Leistenkörper 2 anstößt.

Beim Schweißen mittels des YAG-Lasers ist es wünschenswert, den Leistenkörper 2, den Objektivtubus 4 und die Laserdiode 1 aus demselben Material (beispielsweise Eisen) zu ferti­ gen. Dies ist aufgrund der Tatsache, daß Schweißen in ein­ facher Weise und stabil durchgeführt werden kann.

Bei der Lichtguelleneinheit 10, die durch Fixieren der La­ serdiode 1, der Linse 3 und des Objektivtubus 4 am Leisten­ körper 2 montiert wurde, nachdem ihre Positionen justiert wurden, werden die Laserstrahlen B, die aus einer Anzahl von Lichtquellen emittierenden Vorrichtungen, die in Rei­ henform angeordnet sind, parallel zueinander mit vorgegebe­ nen Abständen ausgestrahlt.

Fig. 6 zeigt einen Hauptteil eines Laserprinters, wobei fünf parallele Laserstrahlen B von der Lichtquelleneinheit 10 ausgesandt werden. Die La­ serstrahlen B werden von einem Polygon-Abtaster 11 reflek­ tiert, der um eine Achse 16 dreht, und nach dem Passieren einer Linse 13 bilden sie ein Latentbild auf einem ge­ ladenen Bereich einer Fotoaufnahmetrommel 14, die gleich­ zeitig um eine Achse 15 dreht. Aufgrund der Drehung des Po­ lygonabtasters 11 überstreichen die fünf Laserstrahlen B die Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel 14 entlang der Achse 15. Als Ergebnis wird eine Abtastgeschwindigkeit re­ alisiert, die das fünffache der Abtastgeschwindigkeit beim bekannten Verfahren beträgt, bei dem die Abtastung mit ei­ nem Laserstrahl erfolgt.

Wie oben beschrieben wurde, kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund der Mehr­ strahlabtastung unter Verwendung einer Anzahl Laserstrahlen B erhöht werden, da eine Anzahl lichtemittierender Vorrich­ tungen einschließlich der Laserdiode 1 mit einem LD-Chip und dem optischen System 8 in Reihenform angeordnet sind.

Des weiteren kann eine erforderliche Geschwindigkeitserhö­ hungsrate dadurch realisiert werden, daß die Größe der Lichtquelleneinheit 10 bei Bedarf erhöht wird.

Das Ein- und Ausschalten jeder der Laserdioden 1, die puls­ getrieben sind, wird jeweils unabhängig wiederholt. Auf­ grunddessen ist es möglich, die Auflösung zu erhöhen durch Änderung der Emissionsintensität der Laserdiode, die einge­ schaltet ist, bei Bedarf. Da die Eigenschaften der Laser­ strahlen B durch die obenbeschriebenen Justierungen in Übereinstimmung gebracht wurden, ist es möglich, ein opti­ sches System gemeinsam für die Anzahl der lichtemittieren­ den Vorrichtungen zu verwenden und der Lichtquelleneinheit eine Kompatibilität bezüglich des optischen Systems zu ge­ ben. Beispielsweise kann die Linse 13 (vgl. Fig. 6), die auf der strahlabgewandten Seite der Lichtguelleneinheit 10 angeordnet ist, gemeinsam für fünf Strahlen verwendet wer­ den. Als Ergebnis nehmen die Kosten ab und die Positionsju­ stierungen und Wartungen sind erleichtert.

Da des weiteren die Lichtquel­ leneinheit 10 durch das oben beschriebene Verfahren ju­ stiert wird, wobei das Optiksystem-Spannelement 30, das in Kontakt mit dem optischen System 8 von der Seite der Nut 9 oder der Rückseite des optischen Systems 8 steht, entlang der optischen Achse des optischen Systems 8 bewegt wird, wird die optische Achse nicht dezentriert. Als Ergebnis kann die Positionsjustierung des Optiksystems 8 leicht durchgeführt werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Justiergerät für die Lichtquelleneinheit versehen mit dem Strahlfokus-Positions­ detektor 6 zur Erfassung der Fokusposition eines vom opti­ schen Systems 8 emittierten Strahls, dem Optiksystem-Spann­ element 30, das mit dem optischen System 8 der Seite der Nut 9 oder der rückwärtigen Seite des optischen Systems 8 in Kontakt steht, dem Optiksystem-Treiber 36 zur Bewegung des Optiksystem-Spannelements 30 entlang der optischen Achse des Optiksystems 8 und der Steuerung 33 zum Steuern des Antriebs des Optiksystemtreibers 36 aufgrund eines Aus­ gangssignals des Fokuspositionsdetektors 6. Bei dieser An­ ordnung kann die Positionsjustierung des optischen Systems 8 in einfacher Weise und automatisch durchgeführt werden.

Da ferner die Öffnung 32 im Optiksystem-Spannelement 30 in einer Position vorgesehen ist, die mit dem optischen Weg des optischen Systems 8 übereinstimmt, kann die Positions­ justierung des optischen Systems 8 in einfacher Weise ohne Einfluß auf die Strahlen durchgeführt werden.

Des weiteren ist des erfindungsgemäße Justierge­ rät für die Lichtquelleneinheit ferner versehen mit dem Strahlrichtungsdetektor 5 zur Erfassung der Richtung eines vom optischen System 8 emittierten Strahls, dem LD-Spann­ element 31 zum Spannen der Laserdiode 1, dem Laserdioden­ treiber 35 zum Bewegen des LD-Spannelementes 31 entlang ei­ ner Fläche rechtwinkelig zur optischen Achse der Laserdiode 1 und der Steuerung 33 zum Steuern des Antriebs des Laser­ diodentreibers 35 aufgrund eines Ausgangssignals des Strahlrichtungsdetektors 5. Bei dieser Anordnung kann die Positionsjustierung der Laserdiode 1 in einfacher Weise und automatisch durchgeführt werden.

Da ein Teil des Laserdioden-Befestigungsbereichs 19 als rechtwinkelige Fläche verwendet wird, kann die Justierung ohne eine Dezentrierung durchgeführt werden durch Anlage der Laserdiode 1 gegen die rechtwinkelige Fläche. Im fol­ genden wird ein Verfahren zur Fixierung der Laserdiode 1 und des optischen Systems 8 am Leistenkörper 2 bei der Her­ stellung der Lichtquelleneinheit 10 gemäß der obenbeschrie­ benen Anordnung beschrieben.

Fig. 7 zeigt eine Weise, in der die Laserdiode 1 durch einen YAG-Laser am Leistenkörper 2 angeschweißt wird.

Zunächst wird die Laserdiode 1, die ein Halbleiterlaser ist, (eine Baugruppe aus Eisen mit einem Durchmesser von 5,6 mm, plattiert mit Nickel und Gold) in eine Öffnung (Loch 17 zum Einbringen der Laserdiode 1), das zur Durchdringung des Leistenkörpers 2 entlang der Z-Achse, von einer Seite des Lochs eingefügt, und anschließend wird die Laserdiode mit einem lichtemittierenden Punkt (der auf der optischen Achse AX angeordnet ist) der Laserdiode als Bezugsposition posi­ tioniert. Während der Positionierzustand beibehalten wird, werden YAG-Laserstrahlen LB derselben Intensität gleichzei­ tig von den YAG-Laserbestrahlungseinheiten 52a und 52b (dargestellt durch durchgezogene Linien), die einander ge­ genüberliegend angeordnet sind, wobei die optische Achse AX in der Mitte liegt, aufgestrahlt. Die Schweißpunkte sind ein Schweißpunkt P1 eines YAG-Laserstrahls von der YAG-La­ seröffnung 52a und ein Schweißpunkt P2 eines YAG-Laser­ strahls der YAG-Laseröffnung 52b.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind die zwei Schweißpunkte P1 und P2 wie folgt bestimmt:

Zwei parallele flache Flächen H1 und H2 in Kontakt mit mit Grenzen des Umfangs der Laserdiode und einer Fläche des Leistenkörpers 2 werden bestimmt, und eine gerade Linie, die so gezeichnet ist, daß sie durch die optische Achse AX der Laserdiode 1 verläuft, wird bestimmt, und dann werden zwei Schnittpunkte der Flächen H1 und H2 und der geraden Linie bestimmt. Die zwei Schnittpunkte sind die Schweiß­ punkte P1 und P2. Die zwei flachen Flächen H1 und H2, die in Kontakt mit dem Umfang der Laserdiode in den zwei Schnittpunkten stehen, sind natürlicherweise parallel zueinander in dieser Ausführungsform, da die Laserdiode 1 zylindrisch ist; in einem Fall, in dem der Umfang der La­ serdiode eine gekrümmte Fläche ist, deren Form in den bei­ den Positionen unterschiedlich ist, werden die zwei Schweißpunkte P1 und P2 derart bestimmt, daß die beiden flachen Flächen, die in Kontakt mit der gekrümmten Fläche an den Schweißpunkten stehen, parallel zueinander sind. In einem Fall, in dem der Umfang des Verbundes der Laserdiode 1 eine flache Fläche ist, werden die beiden Schweißpunkte P1 und P2 derart bestimmt, daß die beiden flachen Flächen, auf denen sich die Schnittpunkte befinden, parallel zuein­ ander sind, da die obengenannte Grenze und die flachen Flä­ chen übereinstimmen.

Die Schweißpunkte P1 und P2 (mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm), die momentan durch die Wärme des YAG-Laserstrahls LB geschmolzen werden, schrumpfen, wenn sie zum Härten aus­ kühlen. Eine resultierende Spannungskraft (Schrumpfkraft) F zieht jedoch die Laserdiode 1 von beiden Seiten gleichzei­ tig mit der gleichen Stärke. Als Ergebnis liegen die Kräfte im Gleichgewicht und wirken gegeneinander. Aufgrund dessen verschiebt sich die Laserdiode 1 beim Schweißen nie aus der Position, die durch die Positionsjustierung bestimmt ist.

Hierbei befinden sich zwei YAG-Laser­ strahlen LB auf einer geraden Linie rechtwinkelig zur opti­ schen Achse AX. Falls die Schweißpunkte P1 und P2 auf der geraden Linie liegen, wird das Gleichgewicht der Schrumpf­ kräfte aufrechterhalten, selbst wenn zwei YAG-Laserstrahlen LB nicht auf der gleichen geraden Linie liegen. Als Ergeb­ nis verschiebt sich die Laserdiode 1 nie aus der Position, die durch die Positionsjustierung festgelegt ist.

Nach dem Schweißen an den Schweißpunkten P1 und P2 werden die YAG-Laserstrahlöffnungen 52a und 52b um einen vorgege­ benen Winkel um die optische Achse AX gedreht (in Richtun­ gen der Pfeile Ra und Rb). Dabei können die Laserstrahlöff­ nungen 52a und 52b separat gedreht werden, oder die Drehung kann mittels eines Gerätes erfolgen, bei dem die YAG-Laser­ strahlöffnungen 52a und 52b einstückig ausgebildet sind. Nach der Drehung wird das Laserschweißen hinsichtlich der Schweißpunkte P3 und P4 mit dem Laserstrahl LB, der von den Laserstrahlöffnungen 52a und 52b abgegeben wird, durchge­ führt (durch strichpunktierte Linien dargestellt). Bei die­ sem Schweißen wird ein Gleichgewicht der Schrumpfkräfte entsprechend dem beim Laserschweißen der Schweißpunkte P1 und P2 aufrechterhalten.

Obwohl eine ausreichende Festigkeit (5 kg oder mehr entlang der optischen Achse AX) für den praktischen Gebrauch durch das Zweipunkt-Schweißen erreicht werden kann (mit Schweiß­ punkten mit Durchmessern von 0,2 bis 0,3 mm), kann die Stärke (insbesondere die Druckstärke) deutlich durch Durch­ führung von Vierpunkt-Schweißen, wie in diesem Ausführungs­ beispiel, erhöht werden. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Schweißpunkte in Ebenenform, nicht in Linienform, verteilt sind. Obwohl in dieser Ausführungsform das Zwei­ punktschweißen wiederholt durchgeführt wird, kann zur Durchführung des Schweißens an vier oder mehr Punkten das Schweißen der vier oder mehr Punkte gleichzeitig durchge­ führt werden, sofern das Schweißen an zwei gegenüberliegen­ den Punkten gleichzeitig durchgeführt wird.

In das Optiksystem-Aufnahmeloch 18 des Leistenkörpers 2 wird ein nickelplattierter Objektivtubus 4, in dem eine Linse (mit einer Fokuslänge von 5 mm) fixiert ist, einge­ bracht. Die Position des Objektivtubus 4 wird derart ju­ stiert, daß seine optische Achse mit der optischen Achse AX übereinstimmt. Dann wird entsprechend wie bei der Laserdi­ ode 1 der Linsenfassung 4 am Leistenkörper 2 durch YAG-La­ serschweißen an zwei Punkten fixiert. Zur genauen Positio­ nierung der Laserdiode 1 und des Objektivtubus 4 ist es wünschenswert, das Schweißen des Objektivtubus 4 durch­ zuführen bevor das Schweißen der Laserdiode 1 erfolgt. Be­ züglich des Objektivtubus 4 wird eine Verschiebung des Ob­ jektivtubus 4 aufgrund des Schrumpfens der Schweißpunkte verhindert, da das Laserschweißen in entsprechender Weise wie bei der Diode 1 durchgeführt wird.

Bei bekannten Verfahren, bei denen das Laserschweißen sepa­ rat bezüglich jedes Schweißpunktes durchgeführt wird, ver­ schieben sich die Laserdiode 1 und der Objektivtubus 4 um 10 bis 20 µm aufgrund des Schrumpfens der Schweißpunkte. Demgegenüber wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem das Schweißen gleichzeitig an gegenüberliegenden Punkten durchgeführt wird, der Verschiebebetrag der Laser­ diode und des Objektivtubus 4 auf bis zu 2 µm oder weniger reduziert.

Hier wird eine Anzahl von Laserdioden 1 und eine Anzahl von optischen Systemen 8 am einzigen Leistenkörper 2 vorgesehen, und jede Laserdiode 1 wird mit dem obenbeschriebenen Verfahren verschweißt. Dieses Verfahren erzeugt entsprechende Vorteile, wenn es in einem Fall verwendet wird, bei dem eine lichtemittie­ rende Vorrichtung und ein optisches System an einem Körper befestigt werden.

Wie oben beschrieben ist es möglich, die Laserdiode 1, an der eine Feinpositionierung in der Größenordnung von Mikrometern durchgeführt wurde, ohne Positionsverschiebung zu schweißen. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen die Laserdiode aufgrund von Positions­ verschiebungen der Schweißpunkte und einer Zeitsteuerungs­ differenz beim Zweipunktschweißen gering verschoben wird.

Claims (3)

1. Gerät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit (110), wobei die Lichtquelleneinheit (110) enthält:

• 1. eine Mehrzahl von Baugruppen, die jeweils eine Laserdiode (1) und ein der Laserdiode (1) zugeordnetes optisches System (8) umfassen, welches zur Umwandlung des von der Laserdiode (1) emittierten Laserstrahls in einen Parallel­ strahl dient, und
• 2. ein Befestigungselement (2) mit einem Befestigungsteil (19) für die Laserdioden (1) und mit einem von diesem durch eine Lücke (9) getrennten Befestigungsteil (20) für die zugeord­ neten optischen Systeme (8), wobei die Befestigungsteile (19, 20) eine integrale Befestigung der Laserdioden (1) und der optischen Systeme (8) in einer vorgegebenen Anordnung ermöglichen,

wobei das Gerät zur sukzessiven Justierung jeder Baugruppe ausgelegt ist und dazu enthält:

• 1. eine Strahlfokus-Detektoreinrichtung (6) zum Bestimmen, ob sich der lichtemittierende Chip der Laserdiode (1) in der Fokusposition des optischen Systems (8) befindet,
• 2. eine erste Spanneinrichtung (30) zum Einspannen der opti­ schen Systeme (8),
• 3. eine Optiksystem-Antriebseinrichtung (36) zum Bewegen der ersten Spanneinrichtung (30) entlang der jeweiligen opti­ schen Achse (AX) der optischen Systeme (8),
• 4. eine erste Steuereinrichtung (33) zum gesteuerten Betreiben der Optiksystem-Antriebseinrichtung (36) aufgrund eines Ausgangssignals der Strahlfokus-Detektoreinrichtung (6),
• 5. eine Strahlrichtungs-Detektoreinrichtung (5) zum Erfassen der Richtung der die optischen Systeme (8) passierenden La­ serstrahlen,
• 6. eine zweite Spanneinrichtung (31) zum Einspannen der Laser­ dioden (1),
• 7. eine Antriebseinrichtung (35) zum Bewegen der zweiten Span­ neinrichtung (31) entlang einer Fläche senkrecht zur opti­ schen Achse der jeweiligen Laserdiode (1) und
• 8. eine zweite Steuereinrichtung (33) zum gesteuerten Betrei­ ben der zweiten Antriebseinrichtung (35) aufgrund eines Ausgangssignals der Strahlrichtungs-Detektoreinrichtung (5).

2. Gerät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit nach An­ spruch 1, bei dem die erste Spanneinrichtung (30) eine Öff­ nung in einem Bereich aufweist, der mit der optischen Achse des jeweiligen optischen Systems (8) übereinstimmt.

3. Gerät zum Justieren einer Lichtquelleneinheit nach An­ spruch 2, bei dem die zur optischen Achse der jeweiligen Laserdiode (1) senkrechte Fläche eine Fläche des Befesti­ gungsteils (19) ist.