DE69118251T2

DE69118251T2 - Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle und mit derselben arbeitendes Bilderzeugungssystem

Info

Publication number: DE69118251T2
Application number: DE69118251T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Yamazaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2011-06-25
Also published as: EP0464556A3; DE69118251D1; JPH04355986A; EP0464556A2; US5282217A; EP0464556B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle zum Überwachen eines Teils des von einer Lichtquelle wie beispielsweise einem Halbleiterlaser emittierten Lichts und zum Steuern des Halbleiterlasers auf der Grundlage des Ergebnisses der Überwachung, wodurch eine APC-Steuerung erreicht wird, um eine konstante Lichtmenge oder eine Modulations-Steuerung beizubehalten, wobei eine erwünschte Belichtung erhalten wird, und auf ein System wie beispielsweise eine Vorrichtung zum Aufzeichnen eines Bildes unter Ausnutzung der Vorrichtung zum Betreiben der Lichtquelle.
Es besteht die Neigung, daß eine Halbleiterlaser- Lichtquelle ein instabiles Licht-Ausgangssignal zeigt, beispielsweise aufgrund einer Temperaturveränderung. Insbesondere, wenn solch ein Halbleiterlaser als Lichtquelle für ein optisches Abtastsystem bzw. Scanning- System verwendet wird, bei dem eine vorbestimmte Ausgangs- Intensität erforderlich ist, wie beispielsweise in einem Laserstrahldrucker, ist es notwendig, eine sogenannte APC (automatische Leistungs-Steuerung, "automatic power control") zu bewirken, indem man einen Teil des emittierten Lichts teilt und überwacht und Rückkoppelungsregelung des Antriebsstroms bewirkt, um ein vorbestimmtes Licht- Ausgangssignal beizubehalten.
Das von einem Halbleiterlaser emittierte Licht ist im allgemeinen eine Mischung aus oszilliertem Laserlicht, das in einer Oszillationsrichtung parallel zu der aktiven Schicht linear polarisiert ist, und dem oszillierten LED- Licht, das in allen Richtungen zufällig polarisiert ist, und, da das Verhältnis des oszillierten Laserlichts schnell ansteigt, wenn der Antriebsstrom den Schwellenwert der Laseroszillation überschreitet, wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Verhältnis der zueinander senkrecht polarisierten Komponenten variabel in Abhängigkeit von der Größe des Antriebsstroms.
Aus diesem Grund ist, wenn die herkömmliche APC durchgeführt wird, indem man einen Teil des von dem Halbleiterlaser emittierten Lichts teilt, der Überwachungslichtstrahl in solch einer Weise erhalten worden, wie in der US-Patentschrift Nr. US-A-4 844 584 beschrieben, daß der sogenannte nichtpolarisierende Strahlteiler S, der die Eigenschaft hat, zueinander senkrecht polarisierte Komponenten in denselben Verhältnissen zu teilen, verwendet wird, wie in Fig. 9 gezeigt, und ein Photodetektor D befindet sich auf einem geteilten optischen Weg LR. Ein alternatives Verfahren ist erhalten worden, indem nur eine spezielle polarisierte Lichtkomponente dem emittierten Licht entnommen wird, beispielsweise durch einen Polarisationsstrahlteiler, und wobei dann ein Überwachtungslichtstrahl von der polarisierten Komponente durch einen gewöhnlichen Strahlteiler erhalten wird, wodurch man ein konstantes Verhältnis zwischen dem Überwachungslichtstrahl und dem Licht-Ausgangssignal beibehält.
Andererseits wurde in EP-A-0 418 819, veröffentlicht am 27. März 1991, ein Verfahren zum Modulieren des Halbleiterlasers vorgeschlagen, in dem der Laser die Eigenschaft hat, eine erwünschte Belichtung unabhängig von einer Temperaturschwankung bereitzustellen, ohne von dem vorstehend erwähnten APC abzuhängen. In groben Zügen wird bei einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens der Halbleiterlaser mit einer Wellenform betrieben, deren Licht-Ausgangssignal allmählich ansteigt, ein Teil des Licht-Ausgangssignals wird von einem Photodetektor überwacht, und man läßt das Ausgangssignal des Lasers ansteigen, bis es einen vorbestimmten Wert erreicht, der einer erwünschten Belichtung entspricht.
Für den nichtpolarisierenden Strahlteiler und den polarisierenden Strahlteiler, wie vorstehend erwähnt, sind jedoch extrem komplexe Herstellungsschritte erforderlich, damit man spezielle Eigenschaften erhält, im Vergleich mit denen für den gewöhnlichen Strahlteiler (der zwei polarisierte Komponenten mit unterschiedlichen Anteilen teilt). Beispielsweise ist die teilende Fläche dieser Strahlteiler im allgemeinen aus optischen Vielschicht- Dünnfilmen zusammengesetzt, bei denen mindestens sieben bis acht Schichten erforderlich sind, die nicht leicht gleichförmige Eigenschaften bereitstellen können und hohe Produktionskosten beinhalten.
Bei dem nichtpolarisierenden Strahleiler können zufriedenstellende Eigenschaften mit einem dünnen Einschicht-Metallfilm erhalten werden, aber die Filmdicke muß in einem solchen Film genau gesteuert werden, beispielsweise in einem Bereich von mehreren nm bis zu über 10 nm, und die Bildung von solch einem Dünnfilm in einer gleichförmigen Weise ist extrem schwierig.
Außerdem wird bei dem vorstehend erklärten Aufbau, bei dem der polarisierende Strahlteiler verwendet wird, ein weiterer Strahlteiler erforderlich, so daß dies nicht nur die Herstellungskosten des gesamten Geräts erhöht, sondern auch die Gebrauchseffizienz des emittierten Lichts beeinträchtigt.
Darüber hinaus wird, selbst, wenn das Intensitätsverhältnis des emittierten Lichts und des Überwachungslichts immer konstant gehalten werden kann, das Überwachungslicht proportional schwächer, wenn schwaches emittiertes Licht erwünscht ist, so daß das S/N-Verhältnis des Nachweissignals von dem Photodetektor niedrig wird, wodurch eine angemessene Rückkoppelungsregelung behindert wird.
Aus EP-A-0 179 554 ist ein Aufzeichnungssystem mit kontinuierlicher Stärke bekannt, mit Einrichtungen, umfassend eine Festkörper-Laserdiode zum Erzeugen eines durch ein Analogsignal gesteuerten, intensitätsmodulierten Lichtstrahls, einer Rückkoppelungsschaltung, die mit der instantanen Intensität des Lichtstrahls wechselwirkt, zum kontinuierlichen Bereitstellen eines Rückkoppelungsregelungssignals, das mit der Erzeugungseinrichtung gekoppelt ist, um die Laserdiode einzustellen, wobei ihr Licht-Ausgangssignal stabilisiert wird, wobei eine gegenseitig instantane Veränderung der Ausgangsintensität in Wechselwirkung mit einem Eingangssignal zugelassen wird, während das Ausgangssignal konstant gehalten wird, unabhängig von Veränderungen der Eigenschaften der Laserdiode, Einrichtungen zum Kollimieren, Fokussieren und/oder Steuern des Wegs der Lichtstrahlen, Einrichtungen zum Abtasten desjenigen Lichtstrahls über die Breite einer Bildebene, bei der ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit einer Empfindlichkeit und einem Belichtungsbereich, der an den intensitätsmodulierten Lichtstrahl angepaßt ist, sich befinden kann, und Einrichtungen zum Positionieren der abgetasteten Linien aufeinanderfolgend und genau entlang der Länge der Bildebene.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle bereitzustellen, die die Eigenschaft hat, sowohl Verringerung der Kosten als auch Verbesserung des Leistungsvermögens gleichzeitig zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung wird durch die in den Unteransprüchen erwähnten Maßnahmen weiterentwickelt.
Die Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß der Erfindung hat die Eigenschaft, eine Verringerung der Kosten durch die Verwendung eines preiswerten Lichtteilers wie beispielsweise eines gewöhnlichen Strahlteilers oder eines gewöhnlichen Prismas, eine Verbesserung des S/N- Verhältnisses des Überwachungslichtes bei einer niedrigen Lichtemissions-Intensität, eine Verbesserung des Ausbreitungsverhältnisses des emittierten Lichts und die Steuerung der Menge des Licht-Ausgangssignals von der Lichtquelle mit Genauigkeit und mit einer hohen Auflösungskraft zu erzielen.
Es ist weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System wie beispielsweise ein Bilderzeugungssystem bereitzustellen, das die vorstehend erwähnte Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle ausnutzt.
Diese Aufgabe wird durch das Bilderzeugungssystem nach Anspruch 13 gelöst.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Eigenschaften des Strahlteilers zeigt.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Eigenschaften des Strahlteilers zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische teilweise Ansicht einer modifizierten Ausführungsform.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Lichtausgangssignal-Strom-Charakteristik eines Halbleiterlasers zeigt.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung zum Erklären des Betriebsverfahrens des Halbleiterlasers in einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die einen Systemaufbau einer Ausführungsform zeigt.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die das Polarisationsverhältnis eines Halbleiterlasers in Abhängigkeit von dem Licht-Ausgangssignal zeigt; und
Fig. 9 ist eine Ansicht einer herkömmlichen Struktur.
Die vorliegende Erfindung wird im Detail durch die in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen erklärt.

Erste Ausführungsform

In Fig. 1 ist vor einer Halbleiterlaser-Lichtquelle 1 eine Kollimator-Linse 2 bereitgestellt, wodurch ein von der Halbleiterlaser-Lichtquelle 1 emittierter divergenter Lichtstrahl in einen parallelen Lichtstrahl verwandelt wird. Es wird angenommen, daß die Lichtquelle 1 so positioniert ist, daß die Ebene des Übergangs ihrer aktiven Schicht senkrecht zu der Zeichnungsebene ist. Der somit umgewandelte Laserstrahl wird durch einen Strahlteiler 3 mit später zu erklärenden Eigenschaften in einen austretenden Lichtstrahl, der linear transmittiert wird, und in einen Überwachungslichtstrahl, der rechtwinklig reflektiert wird, geteilt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein prismenförmiger Strahlteiler verwendet, aber es kann auch ein plattenförmiger Strahlteiler verwendet werden. Der durch Reflexion geteilte Überwachungslichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 4 auf einen Photodetektor 5 gebündelt. Nachdem das Strom- Ausgangssignal von dem Photodetektor 5 durch einen Strom- Spannungswandler 6 in eine geeignete Spannung umgewandelt worden ist, wird die Spannung einer Spannungs- Vergleichsvorrichtung 7 zugeführt, in der die Spannung mit einer eingegebenen Referenzspannung, die aus einem Lichtquellen-Antriebssignal wie beispielsweise Pixeldaten, die einer Pixeldichte entsprechen, zusammengesetzt ist, verglichen wird. Die Spannungs-Vergleichsvorrichtung 7 ist von einem Typ, der die Fähigkeit hat, die eingegebene Referenzspannung durch Vergleich der zwei eingegebenen Spannungen zu erhöhen / zu erniedrigen, die dann ausgegeben wird, und er bewirkt den Stromantrieb der Halbleiterlaser- Lichtquelle 1 durch einen Spannungs-Stromwandler 8.
Bei der vorstehend erklärten Anordnung wird die sogenannte APC durchgeführt, bei der die Intensität des Überwachungslichtstrahls, die durch den Photodetektor 5 bestimmt wird, mit einer vorbestimmten Intensität, die der Spannung des Antriebssignals entspricht, durch die Spannungs-Vergleichsvorrichtung 7 verglichen wird, und das Licht-Ausgangssignal wird durch Rückkoppelung, bei der der Antriebsstrom erhöht wird, wenn die nachgewiesene Intensität zu gering ist oder umgekehrt der Antriebsstrom verringert wird, wenn die nachgewiesene Intensität zu stark ist, bei einer vorbestimmten Intensität beibehalten.
Da das Polarisationsverhältnis der Halbleiterlaser- Lichtquelle 1 in Abhängigkeit von der emittierten Lichtintensität wie vorstehend erklärt variabel ist, ist das Intensitätsverhältnis des austretenden Lichts zu dem Überwachungslicht in dem gewöhnlichen Strahlteiler, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, nicht konstant, bei dem das Reflexionsvermögen und Transmissionsvermögen von dem Polarisationszustand abhängt. Bei der folgenden Beschreibung wird das parallel zu der Zeichnungsebene polarisierte Licht p-polarisiertes Licht genannt, während das zu der Ebene senkrecht polarisierte Licht s-polarisiertes Licht genannt werden wird, womit beide Lichtstrahlen unterschieden werden. Wenn die Ebene des Übergangs der aktiven Schicht des Halbleiterlasers 1 senkrecht zu der Zeichnungsebene ist, ist das oszillierte Laserlicht hauptsächlich aus s-polarisiertem Licht zusammengesetzt, während das oszillierte LED-Licht zufällig bzw. ungeordnet polarisiertes Licht ist, das heißt ein ungeordnet polarisiertes Licht, das p- und s-polarisierte Lichtstrahlen in ungefähr gleichen Anteilen enthält.
Das Lichtmengenverhältnis R der Menge Pa des Überwachungslichts, das an dem Strahlteiler 3 reflektiert wird, zu der Menge Po des Licht-Ausgangssignals, das linear durch den Strahlteiler 3 transmittiert wird, kann wie folgt dargestellt werden:
worin P die gesamte austretende Menge des von dem Halbleiterlaser 1 emittierten Lichts ist; P die Menge der p-polarisierten Komponente in der gesamten austretenden emittierten Lichtmenge ist; und R und R das Reflexionsvermögen des Strahlteilers 3 für jeweils p- und s-polarisierte Komponenten ist.
Um die Veränderung des Lichtmengenverhältnisses R als eine Funktion der gesamten austretenden (emittierten) Lichtmenge P zu untersuchen, wird R nach P differenziert, wobei man die folgende Gleichung erhält. Es wird angenommen, daß ∂P /∂P 0, da die Menge P des p- polarisierten Lichts sich kaum mit der Veränderung der gesamten emittierten Lichtmenge P verändert: Da der Nenner dieser Gleichung immer positiv ist, steigt in Wechselwirkung mit einem Anstieg der gesamten emittierten Lichtmenge P das Lichtmengenverhältnis R (1) monoton an, wenn R > R oder (2) nimmt monoton ab, wenn R < R . Somit nimmt im Fall (1) das Verhältnis der Überwachungslichtmenge Pa ab, wenn die gesamte emittierte Lichtmenge P klein ist, aber die Situation wird im Fall (2) umgekehrt. Das Lichtmengenverhältnis R wird konstant, wenn R = R und dieser Zustand entspricht dem vorstehend erwähnten nicht polarisierenden Strahlteiler.
Diese Situationen sind graphisch in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt das Lichtmengenverhältnis R in der Ordinate als eine Funktion der gesamten austretenden (emittierten) Lichtmenge P in der Abszisse, während Fig. 3 die Überwachungslichtmenge Pa in der Ordinate als eine Funktion der gesamten emittierten Lichtmenge P in der Abszisse zeigt. Wie aus diesen graphischen Darstellungen deutlich wird, läßt ein Strahlteiler mit der Eigenschaft R < R einen relativen Anstieg der Überwachungslichtmenge Pa zu, wenn die gesamte emittierte Lichtmenge P und die austretende Lichtmenge Po niedriger als die in dem nichtpolarisierenden Strahlteiler sind, wodurch das S/N- Verhältnis des Photodetektors 5 verbessert wird. Das liegt daran, daß, wenn die Lichtmenge von der Laserlichtquelle 1 schwach ist und der Oszillationszustand von dem oszillierenden Laserzustand zu dem oszillierenden LED- Zustand verschoben ist, p-polarisiertes Licht, welches leichter reflektiert wird, relativ ansteigt, wodurch ein relativer Anstieg der Überwachungslichtmenge gezeigt wird. In diesem Zustand zeigt die Ausgangs-Lichtmenge Po eine relative Abnahme, was zu einem erhöhten Auslöschungsverhältnis führt. Somit kann im Fall der Bildaufzeichnung ein Bild mit höherem Kontrast wiedergegeben werden, und es kann ein Halbtonbild mit einer großen Abstufungszahl (beispielsweise Abstufung 4096) erhalten werden. Darüber hinaus kann der Strahlteiler oder das Prisma mit der vorstehend erwähnten Eigenschaft relativ leicht hergestellt werden, bei niedrigen Produktionskosten.
Fig. 4 ist eine teilweise schematische Ansicht einer Modifikation der vorstehenden Ausführungsform, bei der ein Strahlteiler 3' einen transmittierten Lichtstrahl als Überwachungslichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl als Licht-Ausgangssignal bereitstellt. Der Übergang der aktiven Schicht des Halbleiterlasers 1 ist senkrecht zu der Licht-Teilungsebene des Strahlteilers 3' angeordnet. In diesem Fall kann, wenn der Strahlteiler 3' die Eigenschaft R > R hat, die Überwachungslichtmenge Pa erhöht werden, wenn die gesamte emittierte Lichtmenge P und die ausgegebene Lichtmenge Po klein sind, wodurch die Vorteile, wie in der vorstehenden Ausführungsform erwähnt, erhalten werden. Da die gewöhnlichen Glasmaterialien die Eigenschaft R > R haben, ist die Herstellung des Strahlteilers sogar einfacher, bei sogar niedrigeren Kosten, als bei dem Strahlteiler 3 mit der Eigenschaft R < R .
In beiden Ausführungsformen werden Korrektureinrichtungen bereitgestellt, um die nichtlinearen Eigenschaften des Strahlteilers in lineare zu korrigieren. Die Nichtlinearität leitet sich nicht nur von der Charakteristik des Strahlteilers, sondern auch von der Empfindlichkeitscharakteristik des Aufzeichnungsmaterials, der Charakteristik der Lichtquelle, der Charakteristik des Photodetektors usw. Die zusammengesetzten Charakteristiken mit den Faktoren werden vorzugsweise linear durch die Korrektureinrichtungen korrigiert. Die Korrektur kann beispielsweise durch (1) Korrigieren der Referenzspannung, die der Spannungs-Vergleichsvorrichtung 7 zugeführt wird, durch eine Tabelle mit einer Umwandlungscharakteristik, die die Eigenschaft hat, die zusammengesetzten Charakteristiken linear zu korrigieren, (2) Erteilen einer vorbestimmten nichtlinearen Umwandlungscharakteristik dem Strom- Spannungswandler 6 oder dem Spannungs-Stromwandler 8 zum linearen Korrigieren, oder (3) Bereitstellen eines nichtlinearen Verstärkers zwischen dem Strom- Spannungswandler 6 und der Vergleichsvorrichtung 7 zum linearen Korrigieren erzielt werden. Kombinationen dieser Verfahren können natürlich verwendet werden.
Vorstehend ist ein Fall erklärt worden, in dem der Übergang der aktiven Schicht des Halbleiterlasers 1 senkrecht zu der Einfallsebene des Halbleiterlasers 1 (senkrecht zur Zeichnungsebene) gerichtet ist, aber die vorstehend erklärten Beziehungen können variiert werden, indem man die Ebene des Übergangs der aktiven Schicht des Halbleiterlasers 1 dreht. Beispielsweise sind, wenn der Übergang der aktiven Schicht des Halbleiterlasers 1 in der Einfallsebene von Fig. 1 vorliegt (um 90º von der Richtung relativ zur vorstehenden Ausführungsform gedreht), die Charakteristiken des Strahlteilers, der in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, umgekehrt. Somit können die vorstehend erwähnten Effekte erhalten werden, indem man einen Strahlteiler verwendet, dessen Charakteristiken denen der vorstehenden Ausführungsform entgegengesetzt sind. Insbesondere wird, falls der Überwachungslichtstrahl in dem reflektierten Weg wie in Fig. 1 gezeigt erhalten wird, ein Strahlteiler mit der Eigenschaft R > R verwendet, und, falls man den Überwachungslichtstrahl in dem linear transmittierten Strahl wie in Fig. 4 gezeigt erhält, wird ein Strahlteiler mit einer Eigenschaft R < R verwendet.
Auch kann bei der vorliegenden Erfindung nicht nur der Halbleiterlaser wie in der vorstehenden Ausführungsform gezeigt verwendet werden, sondern auch eine Lichtquelle, die Licht mit zueinander senkrecht polarisierten Komponenten mit einem Verhältnis der Komponenten emittiert, wobei das Verhältnis der Komponenten, welches unterschiedlich ist, von der gesamten emittierten Lichtmenge abhängt. Beispiele für solch eine Lichtquelle umfassen einen Ar&spplus;-Laser und einen Festkörperlaser mit angeregtem Halbleiter. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsformen

Zweite Ausführungsform

Die erste Ausführungsform erzielt Verbesserungen des Leistungsvermögens wie beispielsweise einen Anstieg des S/N-Verhältnisses beim Nachweis des Überwachungslichtstrahls bei einer kleinen Lichtmenge, die von der Quelle emittiert wird, und einen Anstieg des Auslöschungsverhältnisses des emitterten Lichts, indem ein Photodetektor in einen Lichtweg positioniert wird, bei dem eine polarisierte Komponente, senkrecht zu der Übergangsebene der aktiven Schicht des Halbleiterlasers, in einem größeren Anteil geteilt ist. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Strahlteiler mit der Eigenschaft R < R wie in Fig. 1 gezeigt angeordnet. Andererseits wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Strahlteiler mit der Eigenschaft R > R in derselben Anordnung wie in Fig. 1 gezeigt verwendet, oder der Eigenschaft R < R in derselben Anordnung wie in Fig. 4 gezeigt. Auch werden in dieser Ausführungsform Korrektureinrichtungen zum Korrigieren des nachgewiesenen Werts der Überwachungslichtmenge Pa bereitgestellt, um eine lineare Beziehung zwischen dem nachgewiesenen Wert und der ausgegebenen Lichtmenge Pa zu errichten.
Die Vorrichtung zum Betreiben des Halbleiterlasers der vorliegenden Ausführungsform läßt zu, daß die Schwankung der gesamten emittierten Lichtmenge P mit einer hohen Empfindlichkeit, nämlich mit einer hohen Auflösungsleistung nachgewiesen wird. Das liegt daran, daß in Fig. 3 die charakteristische Kurve des Strahlteilers mit der Eigenschaft R > R eine steilere Steigung (insbesondere, wenn die gesamte emittierte Lichtmenge P klein ist) als bei den anderen Strahlteilern zeigt, womit eine größere Veränderung der Überwachungslichtmenge Pa für eine gegebene Veränderung der gesamten emittierten Lichtmenge P gezeigt wird. Folglich ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Lichtmenge von dem Halbleiter insbesondere zu steuern, wenn die gesamte emittierte Lichtmenge P klein ist.
Ein Beispiel wird gegeben, in dem die Aufzeichnung mit Halbton auf einem Silberhalogenidfilm mit einem Laserstrahl durchgeführt wird, der analog gemäß Aufzeichnungsdaten moduliert wird, unter Verwendung einer Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlasers des vorstehend erklärten Aufbaus, der mit einem Halbleiterlaser der Wellenlänge (λ) von 780 nm und einer maximalen Lichtausgangs-Nennleistung von 10 mW kombiniert ist. Wenn der vorstehend erwähnte Halbleiterlaser Laseroszillation bei einem Licht- Ausgangssignal von nicht weniger als oberhalb 1 mW bewirkt, ist die Steuerung der Lichtmenge zu einem gewissen Ausmaß mit der herkömmlichen Steuervorrichtung in einem Licht- Ausgangsleistungsbereich von 1 mW bis 10 mW (Maximum) möglich. Da jedoch die Analog-Modulation in diesem Bereich nur ein Auslöschungsverhältnis (dynamischer Bereich) von 1:10 bereitstellen kann, ist es sehr schwierig, ein Halbtonbild mit hoher Auflösung auf einem Aufzeichnungsmaterial, für das ein hohes Auflösungsverhältnis erforderlich ist, wie beispielsweise einen Silberhalidfilm, aufzuzeichnen. Im Gegensatz stellt die Vorrichtung zum Betreiben eines Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Auflösungskraft für die Überwachungs-Lichtmenge bereit, und somit kann eine genauere Steuerung der ausgegebenen Lichtmenge des Halbleiterlasers, insbesondere im sogenannten LED-Lichtemissionsbereich mit einem Licht- Ausgangssignal von 1 mW oder weniger gesteuert werden, wobei das Polarisationsverhältnis eine große Veränderung zeigt. Somit kann ein Auslöschungsverhältnis von 1:20 oder höher erhalten werden, so daß eine Halbtonaufzeichnung mit hoher Auflösung mit einer großen Abstufungszahl (zum Beispiel Abstufung 4096) möglich gemacht wird, selbst auf einem Aufzeichnungsmaterial, bei dem ein hohes Auslöschungsverhältnis erforderlich ist, wie beispielsweise dem Silberhalidfilm. Wie vorstehend erwähnt, ist die vorliegende Ausführungsform vorteilhaft für gewöhnliche Analog-Modulation.
Wenn ein Strahlteiler mit der Eigenschaft R > R als Lichtteilungseinrichtung verwendet wird, kann eine weitere Kostenverringerung der Vorrichtung erzielt werden, da es am einfachsten ist, solch einen Strahlteiler herzustellen, der durch Auftragen von nur einer Schicht hergestellt werden kann, wobei man die erwünschte Leistungsfähigkeit erhält.

Dritte Ausführungsform

Die erste und zweite Ausführungsform zeigen Beispiele der APC, um ein konstantes Ausgangssignal des Lasers durch Rückkoppelung des Ausgangssignals des Photodetektors 5 beizubehalten, aber die Vorrichtung zum Betreiben der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung ist auch in einer Vorrichtung ohne APC, die in EP-A-0 418 819 vorgeschlagen wird, wirkungsvoll. Eine Ausführungsform, die sich auf solch eine Vorrichtung ohne APC bezieht, wird im folgenden erklärt werden. Detailliertere Strukturen sind in dieser Patentanmeldung beschrieben.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist die Struktur dieselbe wie in Fig. 1 oder 4, und die Eigenschaft des Strahlteilers ist in derselben Weise wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform ausgewählt. Der Halbleiterlaser wird in der folgenden Weise moduliert.
Fig. 5 zeigt die Lichtausgangssignal-Strom- Charakteristik eines Halbleiterlasers. Wie aus Fig. 5 deutlich wird, verändert sich die Effizienzsteigerung η [mW/mA] kaum mit der Temperatur. Das heißt, die Linien in Fig. 5 werden durch eine Veränderung der Temperatur parallel verschoben. Obwohl bestimmte Halbleiterlaser eine gewisse Veränderung der Effizienzsteigerung zeigen, kann jeder Halbleiterlaser, dessen Effizienzsteigerung zumindest innerhalb des verwendeten Temperaturbereichs als konstant angesehen werden kann, in dieser Ausführungsform verwendet werden.
Fig. 6 zeigt das Antriebsverfahren für den Halbleiterlaser der vorliegenden Ausführungsform, bei dem P&sub0; das minimale Licht-Ausgangssignal des Halbleiterlasers ist und i&sub0; ein Antriebsstrom ist, der erforderlich ist, um das minimale Licht-Ausgangssignal P&sub0; von dem Halbleiterlaser bei einer Temperatur T&sub1; zu erhalten. Der Antriebsstrom für den Halbleiterlaser wird linear und allmählich von i&sub0; erhöht, und das tatsächliche Licht- Ausgangssignal zu diesem Zeitpunkt wird mit einem Photodetektor überwacht. Der Strom i steigt proportional zur Zeit t (sec) an, wie durch die folgende Gleichung dargestellt:
i = i&sub0; + kt (k: konstant) (1)
Der Antriebsstrom wird unterbrochen, wenn das Lichtausgangssignal von P&sub0; um P ansteigt. Der Antriebsstrom muß nicht vollständig auf Null unterbrochen werden, sondern kann mindestens auf einen Wert niedriger als i&sub0; verringert werden, wodurch das Licht-Ausgangssignal im wesentlichen unterbrochen wird. In Fig. 6 zeigt eine Linie 91 den linear ansteigenden Antriebsstrom an, und eine Linie 92 gibt das Licht-Ausgangssignal bei Temperatur T&sub1; an. Die Belichtung E wird durch die sägezahnförmige Fläche (zeitintegrierter Wert) der Linie 92 erhalten, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
Nun wird ein Beispiel gegeben, in dem die Temperatur des Halbleiterlaser-Chips von T&sub1; (niedrigere Temperatur) bis T&sub2; (höhere Temperatur) ansteigt. Wie vorstehend erklärt, verändert ein Temperaturanstieg nicht die Effizienzsteigerung des Halbleiterlasers, sondern verursacht nur eine Parallelverschiebung der Linien, die die Lichtausgangssignal-Strom-Charakteristik angeben. In solch einem Fall variiert nicht das minimale Licht- Ausgangssignal P&sub0; sondern der Antriebsstrom i&sub0;, damit man das minimale Licht-Ausgangssignal P&sub0; erhält, variiert. Dies ist ungefähr der Strom, der ein Licht-Ausgangssignal P&sub0; in der Lichtausgangssignal-Strom-Charakteristik bereitstellt, die parallel zu der Temperatur T&sub2; verschoben ist. Der Betriebsstrom i&sub0;' (> i&sub0;) stellt einen Wert dar, der erforderlich ist, um das Licht-Ausgangssignal P&sub0; bei der Chip-Temperatur T&sub2; (> T&sub1;) zu erhalten. In Fig. 6 gibt eine unterbrochene Linie 93 die Veränderung des Licht- Ausgangssignals an, wenn der Antriebsstrom linear und allmählich gesteigert wird, wie in Gleichung (1). Die Laser-Oszillation startet von i&sub0;', und der Antriebsstrom wird unterbrochen, wenn das Licht-Ausgangssignal um P ansteigt. Da die Effizienzsteigerung konstant ist, wie in Fig. 6 gezeigt, ist das sägezahnförmige Licht- Ausgangssignal, das durch die unterbrochene Linie 93 dargestellt wird, identisch mit der bei Temperaturen T&sub1;, so daß die Belichtung dieselbe ist, wie die, die durch die Gleichung (2) dargestellt ist.
Wenn man annimmt, daß die vorliegende Vorrichtung auf einen Laserstrahldrucker angewendet wird, wird eine Belichtung, die durch die Gleichung (2) gezeigt wird, als Belichtung für einen Pixel bzw. ein Bildelement angesehen. Dann ist selbstverständlich, daß eine Temperaturveränderung des Halbleiterlasers keine Veränderung der Belichtung von jedem Pixel bzw. Bildelement verursacht, sondern sich die Position und Zeit der Belichtung geringfügig verschiebt. Insbesondere verursacht ein Temperaturanstieg eine Verzögerung der Belichtungszeit, wobei die Belichtungsposition nach hinten verschoben wird. Eine Abnahme der Temperatur verursacht die entgegengesetzten Ergebnisse. Somit kann die Veränderung der Belichtung, die sich aus der Temperaturveränderung ergibt, im wesentlichen korrigiert werden, wenn die Verschiebung der Position und Zeit innerhalb des Bereichs eines Pixels bzw. Bildelements ausgewählt ist und niedriger als die Auflösungskraft von menschlichen Augen ist.
Die Belichtung E kann durch eine Veränderung von P in Gleichung (2) geregelt werden. Sie kann auch durch eine Veränderung der Neigung k mit einem konstanten P erzielt werden, oder durch Veränderungen von k und P . Auch kann als ein alternatives Verfahren ein Licht-Ausgangssignal erhalten werden, das äquivalent zu dem in Fig. 6 ist, indem man das minimale Licht-Ausgangssignal P&sub0; mit dem Photodetektor nachweist, wobei die Belichtung E variiert wird, indem man die Modulationszeit t auf der Grundlage des zeitlichen Ablaufs des Nachweises steuert.
Gemäß dem Modulationsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird Lichtmodulation so durchgeführt, daß das Licht-Ausgangssignal des Halbleiters eine nichtrechtwinklige Form hat, welches solch ein Ausgangssignal beinhaltet, daß das Licht-Ausgangssignal mit der Zeit allmählich ansteigt. Die Modulation wird durchgeführt, bis die erwünschte Belichtung erreicht ist, wodurch eine erwünschte konstante Belichtung, unabhängig von der Veränderung der Temperatur erhalten wird, ohne eine Verwendung von APC. Ferner wird ein hohes Auslöschungsverhältnis erhalten, so daß ein Halbtonbild mit einer großen Abstufungszahl (zum Beispiel Abstufung 4096) erhalten werden kann. Wenn in der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Struktur wie in der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist das Auslöschungsverhältnis groß, wodurch ein Bild mit hohem Kontrast erhalten wird, da die minimale Lichtmenge (P&sub0; in Fig. 6) bei dem allmählichen Anstieg der Lichtmenge klein ist. Auch kann, wenn dieselbe Struktur wie in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, eine hohe Abstufungszahl erhalten werden, da die Auflösungskraft der Überwachungslichtmenge hoch ist.

Vierte Ausführungsform

Die Vorrichtung zum Betreiben des Halbleiterlasers der vorstehenden Ausführungsformen ist auf einen großen Bereich von Systemen unter Verwendung eines Halbleiterlasers anwendbar, wie beispielsweise eine Vorrichtung zum Aufzeichnen eines Bildes, eine Vorrichtung zum Lesen eines Bildes, eine Anzeigevorrichtung, eine optische Kommunikationsvorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung, zahlreiche Meßvorrichtungen oder dergleichen.
Fig. 7 veranschaulicht als eine Ausführungsform einen Laserstrahldrucker zum Aufzeichnen eines Halbtonbildes mit vielfacher Abstufung durch Abtasten eines Laserstrahls auf einem Aufzeichnungsfilm. Solch ein Drucker wird hauptsächlich in medizinischen Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe Bildqualität erforderlich ist. In Fig. 7 werden dieselben Komponenten wie diejenigen in Fig. 1 durch dieselben Zahlen dargestellt. Der Strahlteiler 3 wird in derselben Weise wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform ausgewählt. Eine Halbleiterlaser-Steuerung 9 enthält einen Strom-Spannungswandler 6, eine Spannungs- Vergleichseinrichtung 7, einen Spannungs-Stromwandler 8, eine Tabelle, die die Korrektureinrichtung usw., die in Fig. 1 gezeigt ist, darstellt, und bewirkt die APC- Steuerung wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform oder die Steuerung wie in der dritten Ausführungsform. In einem Lichtweg des von dem Halbleiterlaser 1 emittierten Strahls sind eine Kollimator-Linse 2, ein Strahlteiler 3, eine zylindrische Linse 10 und ein Polygonspiegel 11 bereitgestellt. In der Reflexionsrichtung des Polygonspiegels 11 sind eine fΘ-Linse 12, ein Spiegel 13 und ein Aufzeichnungsfilm F bereitgestellt. In der Reflexionsrichtung des Strahlteiler 3 sind eine Kondensorlinse 4 und ein Photodetektor 5 bereitgestellt. Der Aufzeichnungsfilm F wird von einem Zuführungsmagazin 14 zugeführt, durch eine Rollvorrichtung 16, die durch einen Neben-Abtastmotor 15 betrieben wird, befördert und in einem Aufnahmemagazin 17 aufgenommen. Ein Photodetektor 18 ist fur ein horizontales Synchronisationssignal bereitgestellt.
Die Halbleiterlaser-Steuerung 9 bewirkt Modulation durch Steuern der Oszillationsintensität des Halbleiterlasers 1 gemäß den eingegebenen Bild- Aufzeichnungssignalen. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Modulation mit einer hohen Grauskala mit einer so hohen Abstufung wie 4092 möglich. Korrektureinrichtungen (Tabelle) in der Steuereinrichtung 9 bewirken eine Korrektur, so daß eine lineare Beziehung zwischen den aufzuzeichnenden Buddichtesignalen und der auf dem Aufzeichnungsfilm aufgezeichneten Bilddichte bereitgestellt wird. Die Nichtlinearität kann beispielsweise von den Charakteristiken des Strahlteilers, denen der Filmempfindlichkeit, denen der Lichtquelle und denen des Photodetektors abgeleitet werden, aber die gesamten, zusammengesetzten Charakteristiken werden linear von der Korrektureinrichtung korrigiert.
Ein Laserstrahl L mit einer stabilen Intensität, die durch APC erhalten wird, wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform erklärt, oder mit einer allmählich ansteigenden Intensität, wie in der dritten Ausführungsform erklärt, wird durch die zylindrische Linse 10 auf den Polygonspiegel 11 als eine Linie fokussiert und durch die Drehung des Polygonspiegels 11 in eine Abtastbewegung gesetzt, und er wird dann auf der lichtempfindlichen Oberfläche des Aufzeichnungsfilms F durch die fΘ-Linse 12 und den Spiegel 13 in der Hauptrichtung abgetastet. Die Abtastung in der Nebenrichtung wird durch Befördern des Aufzeichnungsfilms F, der aus dem Zuführmagazin 14 entnommen wird, in eine im wesentlichen senkrechte Richtung zu der Haupt-Abtastrichtung durch den Neben-Abtastmotor 15 und die Roll-Vorrichtung 16 erzielt. Auf diese Weise wird ein zweidimensionales latentes Bild auf dem Aufzeichnungsfilm F aufgezeichnet, der darauffolgend in dem Aufnahmemagazin 17 gelagert wird.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die vorstehend erklärte Struktur zum direkten Aufzeichnen eines Bildes auf dem Aufzeichnungsfilm F beschränkt, sondern ist auch auf den sogenannten elektrophotographischen Drucker oder die elektrophotographische Kopiermaschine anwendbar. In solch einer Vorrichtung wird ein Laserstrahl in einer Hauptrichtung durch ein optisches Abtastsystem ähnlich dem vorstehend erklärten abgetastet, wobei mit Belichtung auf einer photoempfindlichen Trommel, die sich in der Neben- Abtastrichtung dreht, aufgezeichnet wird, wodurch der Inhalt der Trommel auf ein Aufzeichnungsblatt oder dergleichen übertragen wird, wobei man eine Papierkopie erhält.
Es wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle beschrieben, die mit einer Lichterzeugungseinheit ausgestattet ist, die eine Lichtquelle enthält und eine in einer vorbestimmten Richtung polarisierte Lichtkomponente und eine weitere in der senkrechten Richtung polarisierte Lichtkomponente in variierendem Verhältnis in Abhängigkeit von dem gesamten emittierten Licht-Ausgangssignal emittiert; eine Licht- Teilungseinrichtung zum Teilen der zwei polarisierten Komponenten in verschiedenen Teilungsverhältnissen in erste und zweite Lichtwege; einem Photodetektor zum Nachweisen der Lichtintensität in dem ersten Lichtweg; und einer Steuereinheit zum Steuern der Lichterzeugungseinheit, so daß die Lichtintensität in dem zweiten Lichtweg bei einem vorbestimmten Zustand erhalten wird, auf der Grundlage des Nachweis-Ausgangssignals des Photodetektors.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle mit:

Lichterzeugungseinrichtungen, umfassend eine Lichtquelle (1), die eine in einer vorbestimmten Richtung polarisierte Lichtkomponente und eine weitere in einer zu der vorbestimmten Richtung senkrechten Richtung polarisierte Lichtkomponente emittiert, wobei ein Schwankungsverhältnis der Komponenten von einer emittierten Licht-Gesamtmenge abhängt,

Teilungseinrichtungen (3) zum Teilen der zwei polarisierten Lichtkomponenten in erste und zweite Lichtwege mit jeweils unterschiedlichen Teilungsverhältnissen, so daß jede der zwei polarisierten Lichtkomponenten in dem ersten und zweiten Lichtweg vorhanden ist,

Nachweiseinrichtungen (5) zum Bestimmen einer Lichtintensität in dem ersten Lichtweg, und

Steuereinrichtungen (9; 6, 7, 8) zum Steuern der Lichterzeugungseinrichtung, so daß eine Lichtintensität in dem zweiten Lichtweg in einem vorbestimmten Zustand gehalten wird, auf der Grundlage des Nachweis-Ausgangssignals der Nachweiseinrichtung (5).

2. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 1, worin die Nachweiseinrichtung (5) in dem Lichtweg positioniert ist, bei dem die polarisierte Lichtkomponente bei einem größeren Verhältnis aufgeteilt ist, wobei die polarisierte Lichtkomponente in Wechselwirkung mit einer Veränderung der emittierten Licht-Gesamtmenge weniger variiert.

3. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 1, worin die Nachweiseinrichtung (5) in dem Lichtweg positioniert ist, bei dem die polarisierte Lichtkomponente bei einem größeren Verhältnis aufgeteilt ist, wobei die polarisierte Lichtkomponente in Wechselwirkung mit einer Veränderung der emittierten Licht-Gesamtmenge mehr variiert.

4. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 1, worin die Lichtquelle (1) einen Halbleiterlaser umfaßt.

5. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 4, worin die Nachweiseinrichtung (5) in dem Lichtweg positioniert ist, bei dem die polarisierte Lichtkomponente bei einem größeren Verhältnis aufgeteilt ist, wobei die polarisierte Lichtkomponente senkrecht zu einer Ebene des Übergangs der aktiven Schicht der Halbleiterlaser-Lichtquelle (1) ist.

6. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 4, worin die Nachweiseinrichtung (5) in dem Lichtweg positioniert ist, bei dem die polarisierte Lichtkomponente bei einem größeren Verhältnis aufgeteilt ist, wobei die polarisierte Lichtkomponente parallel zu einer Ebene des Übergangs der aktiven Schicht der Halbleiterlaser-Lichtquelle (1) ist.

7. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Steuereinrichtung (9; 6, 7, 8) dazu geeignet ist, Rückkopplungsregelung der Lichtquelle (1) durchzuführen, so daß ein konstantes Nachweis-Ausgangssignal von der Nachweiseinrichtung (5) erhalten wird, um ein Lichtausgangssignal der Lichtquelle (1) konstant zu halten.

8. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Steuereinrichtung (9; 6, 7, 8) dazu geeignet ist, die Lichtquelle (1) anzutreiben, indem sie das Nachweis-Ausgangssignal der Nachweiseinrichtung (5) ausnutzt, so daß das Licht-Ausgangssignal der Lichtquelle (1) so gesteuert wird, daß eine allmählich ansteigende Wellenform gebildet wird, bis eine erwünschte Bestrahlung erreicht ist.

9. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 8, worin die Steuereinrichtung (9; 6, 7, 8) ein allmählich ansteigendes Nachweis-Ausgangssignal der Nachweiseinrichtung (5) überwacht und betrieben wird, bis das Nachweis- Ausgangssignal einen Wert erreicht, der der erwünschten Bestrahlung entspricht.

10. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 8, worin die Steuereinrichtung (9; 6, 7, 8) eine zeitliche Einstellung durch die Nachweiseinrichtung (5) bestimmt und für eine Zeitdauer betrieben wird, die der erwünschten Bestrahlung entspricht, wobei die Zeitdauer von der zeitlichen Einstellung aus startet.

11. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 1, ferner umfassend Korrektureinrichtungen zum Korrigieren der nichtlinearen Charakteristik der Teilungseinrichtung (3).

12. Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach Anspruch 11, worin die Korrektureinrichtung eine Tabelle umfaßt.

13. Bilderzeugungssystem, umfassend:

eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erzeugen eines gemäß einem Bildsignal modulierten Lichtstrahls, und

ein optisches System (10, 11, 12, 13) zum Einstrahlen des Lichts auf ein Material (F), wobei dadurch ein Bild erzeugt wird.

14. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 13, worin das Material (F) ein Aufzeichungsmaterial ist, auf dem das Bild erzeugt wird.

15. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 14, worin das Aufzeichnungsmaterial einen Silberhalogenidfilm umfaßt.

16. Bilderzeugungssystem nach Anspruch 13, worin das optische System (10, 11, 12, 13) ein optisches Abtastsystem (11) umfaßt.

17. Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend Korrektureinrichtungen zum Korrigieren der Dichte des auf dem Material (F) erzeugten Bildes, so daß sie linear ist.