-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bilderzeugungsgerät, das Laserstrahlen
zeilenweise bewegt und dadurch ein Latenzbild auf einem Bildträgerelement
zu erzeugen.
-
Stand der
Technik
-
Bislang
wurden zahlreiche Bilderzeugungsgeräte zum Erzeugen eines statischen
Latenzbildes auf einem Bildträgerelement
mit einem Laserstrahl und zum Ausdrucken des Bildes auf einem Papier
mit hoher Geschwindigkeit durch einen elektrofotografischen Vorgang
als Ausgabeeinheiten von Computern, Faxgeräten, Multifunktions-Kopiergeräten und
dergleichen verwendet. In den letzten Jahren besteht ein dringender
Bedarf an der Verbesserung der Ausgabegeschwindigkeiten dieser Geräte. Demzufolge
wurden die Geräte
aktiv verbessert.
-
Ein
Bilderzeugungsgerät,
bei dem eine sich drehende Polygonspiegel-Deflektoreinheit zur Verwendung
kommt, lenkt beispielsweise einen Lasterstrahl mit jeder Facette
ab und zeichnet eine Abtastzeile. Um die Zahl der Abtastzeilen in
einer bestimmten Zeitperiode zu erhöhen, muß somit unter der Voraussetzung, daß die Zahl
der kleinen Spiegelflächen
des sich drehenden Polygonspiegels konstant ist, die Drehzahl erhöht werden.
Andererseits muß unter
der Voraussetzung, daß die
Drehzahl konstant ist, die Zahl der Spiegelflächen des sich drehenden Polygonspiegels
erhöht
werden. Um die Drehzahl des sich drehenden Polygonspiegels zu erhöhen, ist
ein dynamisches oder statisches Lager unter Verwendung pneumatischer
oder hydraulischer Leistung erforderlich. Diese Lager sind teuer und
schwierig zu handhaben. Somit ist es schwierig, diese in herkömmlichen
Laserdruckern zu verwenden. Vorausgesetzt, daß die Zahl der Spiegelflächen des
Polygonspiegels erhöht
wird, verlängert
sich im Gegensatz dazu, da sich der Ablenkungswinkel verringert,
die Länge
des optischen Weges, der der Deflektoreinheit folgt. Darüber hinaus
vergrößert sich
der Durchmesser parallelgerichteter Laserstrahlen, die in ein optisches
Bilderzeugungssystem eintreten, proportional zur Länge des
optischen Weges. Somit vergrößern sich
die Linse und der Drehpolygonspiegel. Insbesondere wenn eine hohe Auflösung erforderlich
ist, sollte, da die Zahl der Abtastzeilen größer wird, die Drehzahl des
Polygonspiegels und die Länge
des optischen Weges weiter erhöht
werden. Diese Situation trifft auch auf den Fall zu, bei dem die
Deflektoreinheit kein Drehpolygonspiegel ist. In diesem Fall nehmen
die Abtastfrequenz und die Länge
des optischen Weges, der der Deflektoreinheit folgt, zu. Um diese
Probleme zu lösen,
wurde eine Belichtungstechnik zum Schreiben mehrerer Abtastzeilen
mit mehreren Laserstrahlen in einer Abtastsequenz entwickelt. Diese Technik
wird als Mehrstrahl-Belichtungstechnik bezeichnet.
-
Um
mehrere Laserstrahlen zu erhalten, werden mehrere Gaslaser- (wie
etwa He-Ne-) Oszillatoren
als Lichtquelle verwendet. Darüber
hinaus wurde eine Technik entwickelt, bei der ein Laserstrahl, der
durch einen Oszillator erzeugt wird, zeitlich in mehrere Abschnitte
durch einen akustooptischen Modulator (AOM) oder dergleichen unterteilt
wird. Als Technik zu Vereinfachung der Konstruktion der Einheit
und der Verringerung ihrer Größe wird
beispielsweise, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
No. SHO 54-7328 beschrieben ist, eine Halbleiterlaseranordnung als
Lichtquelle verwendet, bei der mehrere lichtabstrahlende Abschnitte
zum Abstrahlen von Laserstrahlen integral auf einer Vorrichtung
angeordnet sind.
-
Nun
wird ein Bilderzeugungsgerät
beschrieben, bei dem eine Halbleiterlaseranordnung Verwendung findet.
Bei einem Bilderzeugungsgerät
wird eine Laseranordnung verwendet, die integral auf einem Substrat als
Lichtquelle angeordnet ist. Ein Strahlabstrahlpunkt jedes lichtaussendenden
Abschnittes befindet sich an einem Rand eines Substrates der Halbleitervorrichtung.
Mehrere Laserstrahlen werden durch eine gemeinsame Kollimatorlinse
derart parallelgerichtet, daß sie einen
bestimmten Durchmesser haben. Anschließend werden die parallelgerichteten
Laserstrahlen in eine Facette des Drehpolygonspiegels (Deflektoreinheit)
geleitet. Bei Drehung der Facette werden die Laserstrahlen abgelenkt.
Als nächstes
werden die Laserstrahlen durch eine Bilderzeugungslinse als Abbildung
punktartig weitergeleitet. Anschließend belichtet der Bildpunkt
das Bildträgerelement,
wodurch ein statisches Latenzbild erzeugt wird. Gemäß dem elektrofotografischen
Verfahren wird das Latenzbild entwickelt, auf ein Papier übertragen
und anschließend
fixiert. Um darüber
hinaus, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO
54-158251 beschrieben, den Abstand der benachbarten Abtastzeilen,
die jeweils über
das Bildträgerelement
geführt
werden, zu verringern, sind die lichtabstrahlenden Abschnitte der
Laseranordnung in bestimmten Winkeln zur Abtastebene angeordnet.
-
Andererseits
gibt es weiterhin Bedarf an einem Bilderzeugungsgerät, bei dem
eine derartige Halbleiterlaseranordnung verwendet wird, die Laserstrahlen
mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung bewegen kann. Das herkömmliche
Bilderzeugungsgerät
hat die Laserstrahl-Abtasttechnik mit hoher Geschwindigkeit und
hoher Auflösung
nicht zufriedenstellend umgesetzt.
-
Beschreibung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen
Punkte gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein kompaktes Bilderzeugungsgerät
für die
Laserstrahlabtastung bei hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung anzugeben.
-
Dieses
Ziel wird mit dem Gerät
gemäß der unabhängigen Ansprüche 1 und
11 erreicht. Weiterer vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische
Darstellung eines optischen Laserabtastsystems einer ersten Ausführungsform
eines Bilderzeugungsgerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist eine Seitenansicht
des Bilderzeugungsgerätes;
-
3 ist eine Schnittansicht
eines optischen Resonators einer Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung;
-
4 ist eine Perspektivansicht
eines Lichtabstrahlabschnittes einer phasenverriegelten Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung;
-
5 enthält schematische Diagramme der
Beziehung von Abtastzeilen und Punktpositionen;
-
6 enthält schematische Diagramme,
die einen optischen Resonator eines Lichtabstrahlabschnittes der
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
darstellen;
-
7 ist eine schematische
Darstellung des Konzeptes einer herkömmlichen Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung;
-
8 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Weges eines herkömmlichen
optischen Laserabtastsystems;
-
9 ist eine schematische
Darstellung der Beziehung der Abtastzeilen und der Punktpositionen;
-
10 ist ein Graph, der die
Reflexionsgrade der P- und S-Polarisation eines herkömmlichen
metallischen Spiegels darstellt;
-
11 ist eine schematische
Darstellung eines Verfahrens zum Einstellen des Parallelrichtdurchmessers
eines Laserstrahls;
-
12 ist eine schematische
Darstellung eines optischen Laserabtastsystems einer zweiten Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes;
-
13 ist eine Seitenansicht,
die das Bilderzeugungsgerät
darstellt;
-
14 ist eine Schnittansicht
eines optischen Resonators eines Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers;
-
15 ist eine Perspektivansicht
eines Lichtabstrahlabschnittes einer phasenverriegelten Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung;
-
16 enthält schematische Diagramme eines
optischen Resonators des Lichtabstrahlabschnittes der phasenverriegelten
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung;
-
17 ist eine optische Seitenansicht
einer Abtastzeile eines herkömmlichen
optischen Laserabtastsystems und einer optischen Achse, die senkrecht
zur Abtastzeile verläuft;
-
18 ist eine schematische
Darstellung eines herkömmlichen
Halbleiterlasers;
-
19 ist ein Graph, der die
Reflexionsgrade der P- und S-Polarisation eines herkömmlichen
metallischen Spiegels zeigt;
-
20 ist eine schematische
Darstellung eines optischen Laserabtastsystems einer dritten Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
21 ist eine Seitensicht
des Bilderzeugungsgerätes;
-
22 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Weges auf einer Abtastebene;
-
23 ist eine Schnittansicht
eines optischen Resonators eines Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers;
-
24 enthält schematische Diagramme der
Beziehung von Abtastzeilen und Punktpositionen;
-
25 ist eine Aufsicht einer
Strahlablenkeinheit;
-
26 ist eine schematische
Darstellung des Betriebs einer Strahlablenkeinheit unter Verwendung
eines herkömmlichen
Drehpolygonspiegels;
-
27 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Weges eines herkömmlichen
optischen Laserstrahlabtastsystems;
-
28 ist eine schematische
Darstellung eines herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlasers;
-
29 ist ein schematisches
Diagramm, das ein optisches Laserabtastsystem einer vierten Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
30 ist eine Seitenansicht
des Bilderzeugungsgerätes;
-
31 ist eine Schnittansicht
eines optischen Resonators eines Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers;
-
32 enthält schematische Diagramme,
die die Beziehung der Abtastzeilen und der Punktpositionen darstellen;
-
33 ist eine optische Seitenansicht,
die einen optischen Weg eines herkömmlichen optischen Laserstrahlabtastsystems
darstellt;
-
34 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Weges eines herkömmlichen
Mehrstrahlabtastsystems;
-
35 ist eine schematische
Darstellung eines herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlasers;
-
36 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Weges einschließlich
einer herkömmlichen Neigungswinkel-Kompensationslinse;
-
37 ist eine schematische
Darstellung eines optischen Laserabtastsystems einer fünften Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
38 ist eine Seitenansicht,
die das Bilderzeugungsgerät
darstellt;
-
39 enthält eine optische Seitenansicht
und Diagramme, die die Konstruktion von Abschnitten benachbart der
Lichtquelle des optischen Abtastsystems zeigen;
-
40 ist eine optische Seitenansicht
der Konstruktion von Abschnitten benachbart der Lichtquelle eines
optischen Abtastsystems einer weiteren Ausführungsform;
-
41 ist eine optische Seitenansicht
der Konstruktion von Abschnitten benachbart einer Lichtquelle eines
herkömmlichen
optischen Abtastsystems;
-
42 ist eine optische Seitenansicht
eines optischen Laserabtastsystems einer sechstens Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform;
-
43 ist eine optische Seitenansicht
der Konstruktion von Abschnitten benachbart einer Lichtquelle eines
herkömmlichen
optischen Systems;
-
44 ist eine optische Seitenansicht,
die darstellt, daß ein
Strahl durch eine Kollimatorlinse vignettiert ist;
-
45 ist eine optische Seitenansicht
eines Strahls, der eine Öffnungsblende
durchläuft,
die an einem Brennpunkt einer Kollimatorlinse angeordnet ist;
-
46 ist eine optische Seitenansicht,
die einen Strahl darstellt, der eine Öffnungsblende durchläuft, die
an einer anderen Stelle als dem Brennpunkt der Kollimatorlinse angeordnet
ist;
-
47 enthält Diagramme, die die Verteilung
einer Strahlabschnittintensität
in dem Fall darstellen, in dem ein Strahl vignettiert ist;
-
48 ist eine Seitenansicht,
die das Bilderzeugungsgerät
darstellt; und
-
49 ist eine optische Seitenansicht
des Aufbaus von Abschnitten benachbart einer Lichtquelle eines optischen
Abtastsystems.
-
Beste Arten
zur Ausführung
der Erfindung
-
Abschnitt 1: Erste Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
1-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
Bevor
die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zunächst deren Stand
der Technik zum besseren Verständnis
ihrer Konzeption erläutert.
-
7 zeigt eine herkömmliche
Halbleiterlaseranordnung für
die Verwendung in einem Bilderzeugungsgerät. Wie in der Zeichnung dargestellt,
unterscheidet sich bei einer Halbleiterlaseranordnung 1,
die einen Laserstrahl abstrahlt, der Streuwinkel eines Laserstrahls
auf einer Ebene, die die optische Achse desselben enthält und die
parallel zur Kontaktfläche
verläuft,
deutlich von jenem auf einer Ebene, die die optische Achse enthält und senkrecht
zur Kontaktfläche
verläuft.
In der Zeichnung beträgt
der Streuwinkel θp
einer herkömmlichen
Laserdiode auf der Ebene, die parallel zur Kontaktfläche verläuft, etwa
10 Grad in voller Breite bei der Hälfte des Maximums. Andererseits
ist der Streuwinkel θt
auf der Ebene senkrecht zur Kontaktfläche etwa 30 Grad in voller
Breite bei der Hälfte
des Maximums infolge des Einflusses der Beugung. Darüber hinaus
bereitet es Schwierigkeiten, die Werte der Streuwinkel θt und θp und deren
Verhältnis
(mit anderen Worten des Verhältnis
des längeren
Durchmessers und des kürzeren
Durchmessers der Ellipse) frei einzustellen. Infolge dessen unterscheidet
sich die Position der Strahlentaille auf der parallelen Ebene von
jener der vertikalen Ebene um δ.
Der Wert δ wird
allgemein als astigmatische Differenz bezeichnet.
-
Infolge
dieser astigmatischen Differenz ist der Strahl, der eine Kollimatorlinse
verläßt, weder
parallel zur Abtastebene noch zur senkrecht dazu verlaufenden Richtung
oder zu beiden. Somit kann der Strahl nicht präzise auf das Bildträgerelement
gerichtet werden, sondern hat eine Aberration. Da die Brennweite
einer Bilderzeugungslinse für
die Verwendung in einem herkömmlichen
Laserdrucker lang und der Punktdurchmesser derselben groß ist, führt diese
Aberration zu keinem bedeutenden Problem. Nachdem jedoch die Nachfrage nach
hochauflösenden
Druckern in den vergangenen Jahren gestiegen ist, wird die Aberration
zu einem kritischen Problem, das es zu lösen gilt. Als eine der Techniken
zum Lösen
dieses Problems wird ein optisches Strahlenformsystem, das einen
sogenannten anamorphen Linsensatz enthält, bei dem sich die Brechkraft
in der vertikalen Ebene von jener in der horizontalen Ebene unterscheidet,
verwendet, um die astigmatische Differenz zu kompensieren. Ein derartiges
optische Strahlenformsystem erhöht
jedoch die Kosten des fertigen Produktes und vergrößert dessen
Abmessungen. Darüber
hinaus kann dieses System nicht ohne weiters dort eingesetzt werden,
wo die Abtastung durch mehrere Laserstrahlen erfolgt.
-
Da
darüber
hinaus der Laserstrahl von einer Stirnfläche der Halbleiterlaseranordnung
1 abgestrahlt wird, sollte der lichtabstrahlende Abschnitt des Laserstrahls
notwendigerweise eindimensional nebeneinander angeordnet sein. Um
eine große
Zahl von Laserstrahlen zu erhalten, vergrößert sich der tatsächliche
Durchmesser des optischen Systems, da die Laserstrahlen nebeneinander
angeordnet sind.
-
Da
weiterhin der Streuwinkel groß ist,
wird die Brennweite der Kollimatorlinse, die die Strahlen parallelrichtet,
einige Millimeter klein. Selbst wenn der Abstand zwischen der Halbleiterlaseranordnung
und der Kollimatorlinse geringfügig
beispielsweise im Bereich von einigen 10 μm variiert, sind die resultierenden
Strahlen (parallele Strahlen) keine parallelgerichteten Strahlen.
Somit weicht der Durchmesser des Strahls ab, der in ein optisches
Bilderzeugungssystem eingeleitet wird, und ändert sich die Größe des Bildpunktes
auf dem Bildträgerelement.
Somit werden die zulässigen
Bereiche des Halbleiterlasers und der Kollimatorlinse sehr klein. Infolge
dessen ist die Produzierbarkeit niedrig. Darüber hinaus wird die Position
der Kollimatorlinse, die präzise justiert
wurde, infolge der Temperaturänderung
der benachbarten Abschnitte des optischen Systems und der altersbedingten
Verformung der Bauteile bewegt. Somit ändert sich der Durchmesser
des Bildpunktes, wodurch die Bildqualität beeinträchtigt wird.
-
Wenn
weiterhin mehrere Laserstrahlen mit parallelen optischen Achsen
in die Kollimatorlinse eintreten, werden die optischen Achsen mit
großen
Winkeln gestreut. Nun wird aus Gründen der Einfachheit ein optisches
Laserabtastsystem beschrieben, bei dem zwei Laserstrahlen, eine
konvexe Kollimatorlinse und eine konvexe Bilderzeugungslinse verwendet
werden. 8 ist eine optische
Seitenansicht, die den optischen Weg dieses optischen Systems darstellt.
Die beiden Laserstrahlen im Abstand d, die von der Halbleiterlaseranordnung 1 abgestrahlt
werden, werden durch die Kollimatorlinse 2 einer Brennweite
fc parallelgerichtet. Da die Halbleiterlaseranordnung 1 an
einem objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 2 angeordnet
ist, schneiden sich die beiden Laserstrahlen an einem abbildungsseitigen
Brennpunkt F. Um Abbildungen der beiden Laserstrahlen, die beinahe
parallel sind, auf der Abbildungsebene 11 auszubilden,
ist die Bilderzeugungslinse 4 der Brennweite fi derart
angeordnet, das der objektseitige Brennpunkt derselben mit dem abbildungsseitigen Brennpunkt
F der Kollimatorlinse 2 übereinstimmt. Da die Spiegelfläche der
Deflektoreinheit keinen optischen Einfluß hat, wird auf sie in der
Zeichnung verzichtet. Wenn ein Punkt 6 mit 100 μm auf der
Abbildungsebene 11 abgebildet wird, beträgt, wenn
fi 200 mm ist, der Durchmesser Wc des Strahls, der in die Bilderzeugungslinse
eintritt, d.h. der Parallelrichtdurchmesser, etwa 2 mm. Der Punktdurchmesser
oder der Strahldurchmesser ist ein Durchmesser, bei dem die Intensität der Querschnitts
eines Strahls die Leistung der Spitzenintensität x (1/e2)
ist. Die Verteilung dieser Intensität stimmt mit der Gauß'schen Verteilung überein.
Um den oben erwähnten
Strahldurchmesser von 2 mm zu erhalten, sollte die Brennweite fc
der Kollimatorlinse 2 etwa 3 mm betragen. Wie in 8 gezeigt, erhält man den
Abstand d' zwischen
diesen Punkten, indem der Quotient von fc und fi mit d multipliziert
wird. Bei den herkömmlichen
Halbleiterlaseranordnungen bereitet es Schwierigkeiten, den Abstand
zwischen jedem lichtabstrahlenden Abschnitt infolge wechselseitiger
Störungen
derselben auf 100 μm
oder weniger einzustellen. Daher kann bei diesem Beispiel der Punktabstand
d' auf der Abbildungsebene
wie folgt ausgedrückt
werden.
-
-
Wenn
darüber
hinaus ein sogenanntes optisches Neigungswinkel-Kompensationssystem
verwendet wird, das den Unterschied des Neigungswinkels jeder Facette
eines Drehpolygonspiegels kompensiert, vergrößert sich der Winkel, der aus
der optischen Achse jedes Laserstrahls erzeugt wird, bisweilen in
Abhängigkeit
des relativen Abstandes zwischen jeder Linse und der Kollimatorlinse.
Um dieses Problem zu lösen,
werden unterschiedliche Gegenmaßnahmen,
wie etwa das Hinzufügen
einer weiteren Linse in Erwägung
gezogen. Beispielsweise wurde es, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
No. SHO 58-211735
beschrieben ist, eine Konstruktion zum Kompensieren des wechselseitigen
Winkels der optischen Achse jedes Laserstrahls durch den Einsatz
eines Prismas vorgeschlagen. Diese Konstruktion führt jedoch
zu einer komplizierteren Gestalt des optischen Systems. Auf dieses
Weise steigen die Kosten des fertigen Produktes an und wird die
Einstellung des optischen Systems schwierig. In 8 ist aus Gründen der Einfachheit auf die Neigungswinkel-Kompensationslinse
verzichtet.
-
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 9 die
Beziehung von Punktpositionen und Abtastzeilen auf einem herkömmlichen
Bildträgerelement
dargestellt. Bei diesem Beispiel sind es vier Punkte. Mit anderen Worten
werden Abbildung mit vier Laserstrahlen ausgebildet. Da, wie oben
beschrieben, das optische Laserabtastsystem ein optisches Vergrößerungssystem
ist, wird der Abstand jedes benachbarten Punktes der Halbleiterlaseranordnung
auf dem Bildträgerelement
zu d' vergrößert, wie
es in der Zeichnung dargestellt ist. Normalerweise ist der Abstand
jedes benachbarten Punktes auf dem Bildträgerelement weitaus größer als
der Abstand P jeder benachbarten Abtastzeile 9. Wenn beispielsweise
die Auflösung 300 dpi
(d.h. die Zahl der Punkte pro Zoll (= 2.54 cm) beträgt, vergrößert sich
trotz P = 25,4 / 300 = 84,7 μm
der Abstand jedes benachbarten Punktes auf 6,7 mm. Somit wird der
Winkel α,
der durch eine Linie 12 erzeugt wird, die die Mitte des
Punktes 6 und jede Abtastzeile 9 verbindet, wie
folgt sehr klein.
-
-
Darüber hinaus
sollte die Linie, die die lichtabstrahlenden Abschnitte auf der
Halbleiterlaseranordnung 1 (d.h. der Rand der Kontaktfläche) verbindet,
einen Winkel α zur
Abtastebene haben. Wenn sich der Wert von α verringert, ist eine Feineinstellung
erforderlich.
-
Im
allgemeinen ist ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser abgestrahlt
wird, linear polarisiert. Die Richtung der Polarisierungsebene des
Laserstrahls ist durch die Neigung der Kontaktfläche der Halbleiterlaseranordnung
bestimmt. Der Reflexionsgrad auf einer Reflexionsfläche hängt jedoch
vom Einfallswinkel auf die Spiegeloberfläche ab. Darüber hinaus unterschiedet sich
der Reflexionsgrad von P-polarisiertem Licht von jenem von S-polarisiertem
Licht. 10 zeigt die
entsprechenden Reflexionsgrade Rp und Rs von P-polarisiertem Licht
und S-polarisiertem Licht auf einem Metallspiegel. Wenn sich der
Polygonspiegel dreht, ändert sich
der Einfallswinkel des Strahls relativ zur Spiegelfläche. Somit ändert sich,
wie es in der Zeichnung gezeigt ist, ebenfalls die Lichtmenge des
Laserstrahls, dargestellt als eine Zusammensetzung aus P-polarisiertem Licht
und S-Polarisiertem
Licht. Insbesondere wenn der Ablenkwinkel des Polygonspiegels groß ist, ändert sich
die Lichtmenge des Laserstrahls erheblich. Um dieses Problem zu
lösen wurde,
wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 58-42025
beschrieben ist, eine Technik zum Neigen der Polarisationsebene
um die Drehachse des Drehpolygonspiegels um 45 Grad vorgeschlagen.
Wie es oben beschrieben wurde, ist jedoch bei einer Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 1 infolge
der Beschränkung
des Abstandes der benachbarten Abtastzeilen der Neigungswinkel ebenfalls
eingeschränkt.
Daher kann diese Technik nicht angewandt werden. In diesem Fall
sollte die Polarisationsebene mit einer 1/4λ-Platte oder dergleichen gedreht werden.
-
Darüber tritt
jeder Laserstrahl, der von der Halbleiterlaseranordnung 1 abgestrahlt
wird, in dieselbe Kollimatorlinse 2 ein. An diesem Punkt
ist, wie in 8 gezeigt,
der Parallelrichtdurchmesser Wc jedes Laserstrahls durch den Streuwinkel θ desselben
und den Abstand fc zwischen der Halbleiterlaseranordnung 1 und der Kollimatorlinse 2 bestimmt.
Da jedoch dieser Abstand fc der benachbarten Laserstrahlen derselbe
ist, ist der Parallelrichtdurchmesser Wc lediglich durch den Streuwinkel θ des Laserstrahls
bestimmt. Trotzdem variiert bei der herkömmlichen Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 1 der
Streuwinkel in Abhängigkeit
jedes lichtabstrahlenden Abschnittes, wie dies auch der Parallelrichtdurchmesser
Wc jedes Laserstrahls tut. Infolge dessen variiert auch die Größe jedes
Punktes, zu dem jeder parallelgerichtete Laserstrahl abgebildet
wird. Bei einem herkömmlichen
optischen Laserabtastsystem, bei dem nur ein (einziger) Laserstrahl
verwendet wird, wie es in 11 gezeigt
ist, und eine Öffnungsblende 13 entweder
vor oder hinter der Kollimatorlinse 2 angeordnet ist, wird
der Strahl derart geformt, daß der
Parallelrichtdurchmesser Wc eingestellt wird. Wenn jedoch, wie in 8 gezeigt, mehrere Laserstrahlen
in einem Bündel
verwendet werden, kann die Öffnungsblende
nur am Brennpunkt der Kollimatorlinse angeordnet sein.
-
Solange
im allgemeinen bei einer herkömmlichen
Halbleiterlaseranordnung der Strom, der in einem optischen Resonator
fließt,
einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet,
tritt keine Laseroszillation auf. Dieser Stromwert wird als Schwellenstromwert
bezeichnet. Bei der herkömmlichen
Halbleiterlaseranordnung liegt der Schwellenstromwert in der Größenordnung
von einigen 10 mA. Die Wärme,
die durch den Strom erzeugt wird, beeinflußt nachteilig die Eigenschaften
der Laserstrahlen, wie etwa die Verschiebung der Oszillationswellenlänge. Somit
stellt die Wärme,
die durch die Halbleiterlaseranordnung erzeugt wird, ein Problem
dar, das gelöst
werden muß.
Insbesondere hat eine Halbleiterlaseranordnung, die mehrere Laserstrahlen
abstrahlt, eine Anzahl von Wärmequellen,
die der Zahl der lichtabstrahlenden Teile gleicht. Diese Wärme war
ein Hindernis beim integralen Aufbau einer großen Zahl von lichtabstrahlenden
Teilen.
-
1-2 Aufbau der vorliegenden
Erfindung
-
Im
folgenden wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist eine schematische Darstellung,
die den Gesamtaufbau eines Bilderzeugungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Verfahren zum Erhalt eines Druckergebnisses auf einem Bildtransfermaterial 51 stimmt
mit dem soge nannten elektrofotografischen Verfahren überein.
Im allgemeinen wird als Bildträgerelement 5 eines
elektrofotografischen Druckers, bei dem ein Halbleiterlaser als
Lichtquelle verwendet wird, ein organischer Fotoleiter (OPC) mit
einer erhöhten
Empfindlichkeit im Bereich der längeren
Wellenlängen
verwendet. Dieses Bildträgerelement 5 wird
auf ein vorbestimmtes Oberflächenpotential
durch eine Ladungseinrichtung 52 aufgeladen. Anschließend führt eine
Laserstrahlabtasteinheit 53 einen Lichtschreibvorgang,
d.h. einen Licht-Belichtungsvorgang aus. Gemäß den Bildinformationen von
der Laserstrahlabtasteinheit 53 werden mehrere Laserstrahlen 54,
deren Lichtstärken
individuell moduliert werden, über
das Bildträgerelement 5 in
dessen Längsrichtung geführt, wodurch
elektrische Ladungen erzeugt werden, die das Oberflächenpotential
lediglich im belichteten Teil neutralisieren. Auf diese Weise wird
der Absolutwert des Oberflächenpotentials
dieses Abschnittes gering. Infolge dessen wird auf dem Bildträgerelement 5 eine
Verteilung eines Oberflächenpotentials
gemäß dem Bild, d.h.
ein statisches Latenzbild ausgebildet. Eine Entwicklereinheit 55 läßt ein Entwicklermittel
gemäß der Oberflächenpotentiale
am Bildträgerelement 5 haften.
Auf diese Weise wird das statische Latenzbild entwickelt. Das Entwicklermittel
wird auf ein Transfermaterial 51 (normalerweise Papier)
durch eine Transfereinheit 56 übertragen. Das Entwicklermittel
auf dem Transfermaterial 51 wird mit thermischem Druck
durch die Fixiereinheit 57 fixiert. Danach wird das Transfermaterial 51 aus
der Vorrichtung entnommen.
-
1 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau einer Laserstrahlabtasteinheit 53 für die Verwendung
in einem Bilderzeugungsgerät
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Laserstrahlabtasteinheit 53, die
in 2 gezeigt ist, werden
die Laserstrahlen 54 reflektiert und nach unten abgestrahlt.
In der Zeichnung ist die Darstellung der Laserstrahlen jedoch vereinfacht.
-
In 1 enthält eine Halbleiterlaseranordnung 21 mehrere
lichtabstrahlende Abschnitte 21a, die zweidimensional auf
einem Vorrichtungssubstrat (siehe 3)
angeordnet sind. Laserstrahlen, die von den lichtabstrahlenden Abschnitten 21 abgestrahlt
werden, werden zu Laserstrahlen mit einem vorbestimmten Strahlendurchmesser
durch eine Kollimatorlinse 2 parallelgerichtet. Die Beleuchtung
und die Menge des Lichtes jedes lichtabstrahlenden Abschnittes 21a wird
durch eine Steuereinheit 60 getrennt gesteuert. Die Laserstrahlen werden
in eine Facette eines Drehpolygonspiegels 3 geleitet. Wenn
sich der Polygonspiegel dreht, werden diese Laserstrahlen abgelenkt.
Die Laserstrahlen, die eine Bilderzeugungslinse 4 durchlaufen,
werden als Punkte 6 auf dem Bildträgerelement 5 abgebildet.
In 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
auf eine Neigungswinkel-Kompensationslinse verzichtet.
-
Als
Halbleiterlaseranordnung 21 mit diesen Eigenschaften ist
es zu bevorzugen, eine sogenannte Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
zu verwenden. Besser ist eine Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung,
in der ein Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter eingebettet ist. 3 ist eine Schnittansicht,
die einen der lichtabstrahlenden Abschnitte 21a der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 darstellt.
In der Zeichnung ist jeder der lichtabstrahlenden Abschnitte, die
zweidimensional auf dem Vorrichtungssubstrat 22 angeordnet
sind, mit einem optischen Resonator versehen.
-
Wie
es in der Zeichnung dargestellt ist, ist auf dem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 22 eine
Halbleiterlaminat-Reflexionsschicht 23 ausgebildet. Die
Reflexionsschicht 23 besteht aus einigen zehn Schichten
zweier Arten von Al-Ga-As-Verbindungen. Auf der Reflexionsschicht 23 befinden
sich eine Plattierschicht 24, eine aktive Schicht 24,
eine Plattierschicht 26 und eine Kontaktschicht 27,
die jeweils aus Al-Ga-As-Verbindungen
bestehen. Auf der Kontaktschicht 27 ist eine dielektrische
SiO2-Reflexionslaminatschicht 28 ausgebildet.
Auf der gesamten Hinterseite des Ga-As-Substrates ist eine fensterförmige Elektrode 29 ausgebildet.
Darüber
hinaus ist am Rand der dielektrischen Reflexionslaminatschicht 28 eine
fensterförmige
Elektrode 30 ausgebildet. Somit bilden sämtliche
Teile, die auf dem Ga-As-Substrat
ausgebildet sind, einen optischen Resonator.
-
Ein
Lichtstrahl, der auf der aktiven Schicht 25 erzeugt wird,
bewegt sich zwischen der oberen Reflexionsschicht 27 und
der unteren Reflexionsschicht 23 in der Richtung senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 22 hin und her. Auf diese Weise
oszilliert der Lichtlichtstrahl. Infolge dessen verläuft die
optische Achse des Laserstrahls 31 im wesentlichen senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 22. Am Rand des optischen Resonators
ist ein Gruppe-II-VI- Verbindungshalbleiter
als eingebettete Schicht 32 eingebettet. Als Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter
ist es vorzuziehen, eine Verbindung der Gruppe II–VI zu verwenden,
die zwei, drei oder vier Elemente enthält, die sowohl aus den Gruppe-II-Elementen Zn, Cd
und Hg als auch den Gruppe-VI-Elementen O, S, Se und Te gewählt sind.
Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, daß die
Gitterkonstante der Verbindung mit jener der Halbleiterschichten übereinstimmt,
die aus der Plattierschicht 24, der aktiven Schicht 25 und
der Plattierschicht 26 bestehen. Da der elektrische Widerstand
des Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiters sehr hoch ist, wird der
Strom wirkungsvoll im optischen Resonator eingeschlossen. Da sich
darüber
hinaus der Brechungsindex der eingebetteten Schicht 32 von
jenem der Al-Ga-As-Halbleiterschicht unterscheidet, wird der Strahl,
der sich im optischen Resonator exakt oder im wesentlichen senkrecht zur
Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 22 bewegt, an der Berührungsstelle
mit der eingebetteten Schicht 32 vollständig reflektiert. Somit wird
der Strahl wirkungsvoll im optischen Resonator eingeschlossen.
-
Wenn
eine derartige Halbleiterlaseranordnung 21 verwendet wird,
beginnt die Laseroszillation mit einer sehr geringen Stromstärke im Vergleich
zur herkömmlichen
Laseranordnung. Mit anderen Worten ist der Schwellenwert der Halbleiterlaseranordnung 21 geringer
als jener der herkömmlichen
Anordnung. Selbst wenn sich mehrere lichtabstrahlende Abschnitte 21a auf
einem einzigen Vorrichtungssubstrat 22 befinden, ist die Menge
der verlorenen Wärme
gering, wodurch man eine hohe optische Leistung oder eine große Zahl
von lichtabstrahlenden Abschnitten 21a erzielen kann.
-
Da
darüber
hinaus die Querschnittsfläche
(Nahfeldmuster) der laserstrahlabstrahlenden Abschnitte (lichtabstrahlende
Abschnitte) 21a der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 größer ist
als jene der herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung, sind die Streuwinkel der
Laserstrahlen klein. Wenngleich der Streuwinkel durch die Fläche des
Lichtabstrahlfensters bestimmt wird, kann die Fläche durch einen Ätzvorgang
oder dergleichen präzise
gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Streuwinkel konstantgehalten
werden. Darüber
hinaus kann das Verhältnis
von Länge
und Breite des Streuwinkels des Laserstrahls, d.h. das Verhältnis des
längeren
Durchmessers zum kürzeren Durchmesser
des Strahls, dessen Querschnittsfläche elliptisch ist, mit der
Form des Lichtabstrahlfensters frei eingestellt werden. Wenn die
Form des Fensters beispielsweise ein perfekter Kreis ist, kann man
einen Laserstrahl mit einem runden Querschnitt oder einen isotropischen
Streuwinkel erzeugen. Somit ist die astigmatische Differenz beim
Querschnitt in Richtung der optischen Achse eines Strahls gering.
-
Bei
einem herkömmlichen
Laserstrahldrucker ist der Bildpunkt eines Laserstrahls auf dem
Bildträgerelement
bisweilen elliptisch, wenn die Abtastrichtung des Laserstrahls mit
dessen kleinerer Achse übereinstimmt.
Da sich der Punkt in der Abtastrichtung bei der Belichtung durch
den Laserstrahl bewegt und dadurch das Bild gedehnt wird, sollte
das Bild korrigiert werden. Somit ist die Querschnittsform des Laserstrahls,
der in das optische Bilderzeugungssystem eintritt, vorzugsweise
elliptisch. Da, wie es oben beschrieben wurde, bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 das
elliptische Verhältnis
jedes abgestrahlten Laserstrahls frei gesteuert werden kann, kann
der Laserstrahl mit einem Querschnitt, dessen Hauptachse mit der Abtastebene übereinstimmt,
und dessen Verhältnis
von Hauptachse zu Nebenachse passend ist, in das optische Bilderzeugungssystem
eingeleitet werden.
-
Darüber hinaus
kann bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21,
wie es oben beschrieben wurde, der Streuwinkel der Laserstrahlen
von entsprechenden lichtabstrahlenden Abschnitten 21 einheitlich
gestaltet werden. Somit kann der Durchmesser jedes Laserstrahls,
der in die Kollimatorlinse oder das optische Bilderzeugungssystem
geleitet wird, nahezu konstantgehalten werden. Infolge dessen kann
die Größe jedes
Bildpunktes auf dem Bildträgerelement
konstantgehalten werden.
-
Wenn
sich die Querschnittsfläche
des optischen Resonators auf der Oberfläche des Vorrichtungssubstrates 22 der
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 vergrößert, beginnen
Laseroszillationen mit Moden höherer
Ordnung zusammen mit dem 0-ten Mode. Die Verteilung der Lichtmenge
des Bildpunktes hat unterschiedliche Spitzenwerte. Somit eignet
sich dieser Zustand nicht für
die Ausbildung eines statischen Latenzbildes auf dem Bildträgerelement 5.
Um die sen Zustand zu vermeiden, sind mehrere kleine optische Resonatoren
dicht nebeneinander angeordnet, wobei die Phasen der oszillierten
Laserstrahlen synchronisiert sind. Auf diese Weise kann man die
lichtabstrahlenden Abschnitte 21a erhalten, die groß sind und
im 0-ten Mode oszillieren.
-
4 zeigt eine Teilschnittansicht
eines Lichtabstrahlabschnittes 21a der phasenverriegelten
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21.
Bei dieser Halbleiterlaseranordnung 21 sind mehrere optische Resonatoren
in sehr kurzen Intervallen angeordnet. Die Unterseite der eingebetteten
Schicht 32 erreicht die aktive Schicht 25 nicht.
Somit beeinflussen sich die Strahlen, die aus den benachbarten optischen
Resonatoren überstrahlen,
gegenseitig durch die Plattierschicht 26 unter der eingebetteten
Schicht 32. Auf dieses Weise oszillieren die Laserstrahlen
mit derselben Phase. Infolge dessen arbeiten die zahlreichen benachbarten
optischen Resonatoren als einziger optischer Resonator. Da die Wellenphasen
der Strahlen, die von den optischen Resonatoren ausgesendet werden, übereinstimmen,
arbeiten diese optischen Resonatoren als Oberflächenlaser-Abstrahlquelle. Somit
vergrößert sich
die sichtbare Fläche
der Lichtabstrahlabschnitte. Die Streuwinkel der Laserstrahlen haben
eine Größe von höchstens
zwei Grad in voller Breite bei halbem Maximum.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, sind bei der phasenverriegelten Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 die
Streuwinkel der Laserstrahlen klein im Vergleich zum herkömmlichen
Halbleiterlaser. Unter Bezugnahme auf diese Eigenschaft wird die
Beziehung zwischen der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und der Ausführungsform des Standes der
Technik beschrieben. Wenn der Streuwinkel des Laserstrahls 2 Grad
in voller Breite bei halbem Maximum beträgt und der Laserstrahl in ein
optisches Bilderzeugungssystem mit einem Strahlendurchmesser von
2 mm eingeleitet wird, wird die Brennweite fc der Kollimatorlinse
etwa 35 mm. Da die Brennweite fc der Kollimatorlinse 2 größer werden
kann, wird die Einstellmöglichkeit
des Abstandes zwischen Kollimatorlinse 2 und Halbleiterlaseranordnung 21 vergrößert. Wenn
darüber
hinaus der Abstand jedes benachbarten Laserstrahls, der von der
Halbleiterlaseranordnung 21 abgestrahlt wird, d ist, kann
der Abstand d' jedes
benachbarten Bildpunktes durch folgende Gleichung angegeben werden.
-
-
Wenn
der Abstand der aneinandergrenzenden Abtastzeilen 84,7 μm beträgt, was
dieselbe Größe wie beim
Stand der Technik ist, ist der Winkel α, der zwischen jedem Punkt und
der Abtastebene eingeschlossen wird, durch die folgende Gleichung
gegeben.
-
-
Somit
ist der Winkel α der
Halbleiterlaseranordnung 21 weitaus größer als jener der herkömmlichen Halbleiterlaseranordnung
(siehe Gleichung (3)). Damit kann die Einstellung bei der Anbringung
in Richtung der optischen Achse der Halbleiterlaseranordnung 21 auf
einfache Art und Weise ausgeführt
werden. Darüber
hinaus kann in Abhängigkeit
der Fertigungstoleranzen jedes Teils, das Teil angebracht werden,
ohne daß die Einstellung
des Winkels α erforderlich
ist. Da weiterhin die Bildpunkte und die Laserstrahlen dicht nebeneinander
angeordnet sind, wird der effektive Durchmesser des optischen Systems
klein, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
-
Durch
starkes Verringern des Streuwinkels jedes Laserstrahls, wird der
Laserstrahl, nachdem sich der Laserstrahl von der Halbleiterlaseranordnung 21 zum
Drehpolygonspiegel 3 zur Bilderzeugungslinse 4 ausgebreitet
hat, nicht stark gestreut. Somit kann selbst auf der Einfallsebene
der Bilderzeugungslinse 4 die Größe des Laserstrahls ausreichend
verringert werden, um einen vorbestimmten Durchmesser eines Bildpunktes
zu erhalten. Mit anderen Worten ist eine Kollimatorlinse, die einen
Laserstrahl mit einem vorbestimmten Parallelrichtdurchmesser parallelrichtet,
im Gegensatz zum herkömmlichen
optischen Laserabtastsystem nicht erforderlich. Gemäß dem Ablenkungswinkel
des Drehpolygonspiegels 3, variiert jedoch die Länge des
optischen Wegs, wie dies auch die Größe des Laserstrahls tut, der
in die Bilderzeugungslinse eintritt. Somit sollte ein optisches
System angegeben werden, das die Größe des Laserstrahls korrigiert.
-
Trotzdem
kann die Bilderzeugungslinse 4 auf einfache Art mit einer
derartigen optischen Funktion versehen sein. Auf diese Weise kann
die Zahl der Bauteile des optischen Gesamtsystems verringert werden.
-
Bei
der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 können unter
der Voraussetzung, daß sich
die Strahlen der Lichtabstrahlabschnitte 21a nicht gegenseitig
stören,
diese Lichtabstrahlabschnitte 21a an jeder Stelle auf dem
Vorrichtungssubstrat 22 angeordnet sein. Somit können die
Lichtabstrahlabschnitte 21a zweidimensional auf dem Vorrichtungssubstrat 22 angeordnet
sein. Nun wird ein Belichtungssystem, das ein Bildträgerelement 5 mit
vier Laserstrahlen abtastet, wie etwa das optische System der Ausführungsform des
Standes der Technik, das in 8 dargestellt
ist, betrachtet. Wen vier Laserstrahlen angeordnet sind, wie es
in 5(a) dargestellt
ist, können
die wechselseitigen Winkel und Abstände der aneinandergrenzenden
Laserstrahlen im Vergleich zu dem Fall verringert werden, bei dem
vier Laserstrahlen in einer Reihe angeordnet sind, wie es in 5(b) gezeigt ist. Infolge
dessen kann die Größe des optischen
Systems dementsprechend verringert werden.
-
Beim
obigen Beispiel wurde der Fall betrachtet, bei dem vier Laserstrahlen
verwendet wurden. Wenn die Zahl der Laserstrahlen weiter erhöht wird,
können
die Lichtabstrahlabschnitte 21a frei auf der Halbleiterlaseranordnung 21 angeordnet
werden, so daß sich
die Punkte 6 in engsten Positionen auf dem Bildträgerelement 5 befinden.
Als Ergebnis kann man deutlichere Effekte erzielen als bei den oben
beschriebenen Anordnungen. In 5(c) ist
ein Beispiel der Anordnung von Bildpunkten 6 zu Abtastzeilen 9 im
Fall von acht Laserstrahlen dargestellt.
-
Die
Relativpositionen der Bildpunkte gleichen nicht immer den Positionen
der Lichtabstrahlabschnitte 21a auf der Halbleiterlaseranordnung 21.
Wenn beispielsweise wie beim oben erwähnten optischen System zum
Kompensieren des Neigungswinkels des Drehpolygonspiegels 3 ein
optisches Element, bei dem sich die optischen Eigenschaften in der
Abtastrichtung von jenen in der Richtung senkrecht dazu unterscheiden,
in der Mitte des optischen Weges der Laserstrahlen angeordnet ist,
unterscheiden sich der Winkel und der Abstand der aneinandergrenzenden
Laserstrahlen in der Abtastrichtung bisweilen von jenen in der Richtung
senkrecht dazu. Bei einer derartigen Situation gestatten es gemäß der herkömmlichen
Kantenabstrahl-Laseranordnung die Lichtabstrahlabschnitte, die in
einer Linie angeordnet sind, daß die
Punkte in einer Linie auf dem Bildträgerelement angeordnet werden.
Im Gegensatz dazu kann gemäß der vorliegenden
Erfindung der oben erwähnte
Effekt, daß die
Lichtabstrahlabschnitte 21a zweidimensional auf dem Vorrichtungssubstrat 22 angeordnet
sind, in ähnlicher
Weise erzielt werden.
-
Bei
der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 sind
die abgestrahlten Laserstrahlen im allgemeinen linear polarisiert.
Die Polarisierungsrichtung hängt
von der Form der Ebene der optischen Resonatoren auf dem Vorrichtungssubstrat 22 ab.
Die Polarisierungsebene stimmt im wesentlichen mit der Längsrichtung
der Form der Ebene jedes optischen Resonators überein. Wenn der optische Resonator
beispielsweise eine elliptische Form hat, wird die Richtung ihrer
Hauptachse die Polarisierungsebene. Wie es oben beschrieben wurde,
besteht bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 21 ein
Lichtabstrahlabschnitt aus mehreren optischen phasensynchronisierenden
Resonatoren. Die Zahl der Resonatoren beträgt beispielsweise vier. Somit
ist die Form des Querschnitts der abgestrahlten Laserstrahlen eine
zusammengesetzte Form von Laserstrahlen, die von allen optischen
Resonatoren abgestrahlt werden. Somit kann gemäß der Anordnung der optischen
Resonatoren die Querschnittsform der abgestrahlten Laserstrahlen
frei eingestellt werden. In diesem Fall hängt die Ausrichtung der Polarisierungsebene
von der Form der Ebene jedes optischen Resonators ab. Für den Fall,
bei dem man Laserstrahlen in einer zusammengesetzten Ellipsenform erhält, können somit
die Hauptachse und die Richtung der Polarisierungsebene unabhängig eingestellt
werden.
-
6(a) zeigt schematisch diese
Situation. Diese Zeichnung ist eine Aufsicht eines Lichtabstrahlabschnittes 42 auf
einer Halbleiterlaseranordnung, wobei der Lichtabstrahlabschnitt 42 von
der Strahlabstrahlseite betrachtet ist. Wie in 6(a) dargestellt, besteht ein Lichtabstrahlabschnitt 42 aus
vier optischen Resonatoren 41, die phasensynchron oszillieren.
Die Polarisierungsebene 43 eines Laserstrahls, der von
jedem optischen Resonator 41 abgestrahlt wird, ist um 45° geneigt,
wie es in 6(a) gezeigt
ist. Die Hauptachse des elliptischen Kompo sitlaserstrahls stimmt
mit der vertikalen Richtung des Lichtabstrahlabschnittes überein. Wenn
darüber
hinaus, wie in 6(b) gezeigt,
die Polarisierungsebenen 43 der Laserstrahlen, die von
den optischen Resonatoren 41 ausgesandt werden, in unterschiedlichen
Winkeln ausgerichtet sind, wird der Kompositlaserstrahl beinahe
zu zirkular polarisiertem Licht.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, hat beim herkömmlichen Laserstrahldrucker
ein Bildpunkt 6 auf dem Bildträgerelement oft eine elliptische
Form, bei der die Nebenachse derselben mit der Abtastrichtung übereinstimmt.
Wenn die Halbleiterlaseranordnung 21 derart angeordnet
ist, daß die
Ausrichtung der Polarisierungsebene eines Laserstrahls von jedem
optischen Resonator zur Richtung der Hauptachse des elliptischen
Querschnittes des Kompositlaserstrahls um 45° geneigt ist und die Hauptachse
des Kompositstrahls mit der Abtastrichtung übereinstimmt, ist die Polarisierungsebene
des Laserstrahls von jedem optischen Resonator zur Strahlabtastebene
um 45° geneigt.
Infolge dessen ist die Polarisierungsebene zur Drehachse des Drehpolygonspiegels
3 um 45° geneigt.
Somit wird, wie in 10 gezeigt,
die Differenz des Reflexionsgrades von Laserstrahlen gemäß ihrer
Einfallswinkel auf den Drehpolygonspiegel gering. Dieser Umstand
trifft ebenfalls auf einen Laserstrahl mit einem elliptischen Querschnitt
zu, wobei der Strahl beinahe zirkular polarisiertes Licht ist. Bei
manchen optischen Systemen stimmt die Nebenachse eines Laserstrahls,
der von der Halbleiterlaseranordnung 21 abgestrahlt wird,
mit der Abtastrichtung überein.
In dieser Situation kann man dieselben Effekte erzielen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, daß die
oben beschriebene Ausführungsform
ein Beispiel der vorliegenden Erfindung ist. Beispielsweise kann
man durch die Verwendung eines Galvanospiegels oder einer Hologrammscheibe
anstelle des Drehpolygonspiegels 3 dieselben Effekte erzielen.
Darüber
hinaus kann man unabhängig
davon, ob die Kollimatorlinse, die Neigungswinkel-Kompensationslinse
und/oder die Bilderzeugungslinse verwendet werden oder nicht, dieselben
Effekte erreichen. Selbst wenn die Konstruktion und/oder die Relativpositionen
dieser Linsen verändert
werden, können
darüber
hinaus dieselben Wirkungen der vorliegenden Erfindung in ähnlicher
Weise erzielt werden.
-
Weiterhin
kann das Bilderzeugungsgerät
der vorliegenden Erfindung für
Faxgeräte,
Anzeigeeinheiten und dergleichen, wie auch für Druckeinheiten, wie etwa
Drucker und Kopiergeräte
verwendet werden.
-
1-3 Wirkungen
-
Da
beim Bilderzeugungsgerät
der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die Belichtungstechnik
unter Verwendung der Halbleiterlaseranordnung angewandt wird, die
das Bildträgerelement
mit mehreren Laserstrahlen abtastet, kann eine hochauflösende Hochgeschwindigkeits-Abtasteinheit
mit einer niedrigen Abtastfrequenz und einem kurzen optischen Weg
realisiert werden. Somit können
Größe und Kosten
des Gerätes reduziert
werden.
-
Darüber hinaus
können
mit einer Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
für die
oben erwähnte
Halbleiterlaseranordnung folgende Ergebnisse erzielt werden.
-
- (1) Da der Streuwinkel jedes Laserstrahls klein
und der Abstand zwischen der Kollimatorlinse und der Halbleiterlaseranordnung
groß ist,
werden die Einstellmöglichkeiten
in Richtung der optischen Achse der Kollimatorlinse vergrößert, wodurch
die Herstellbarkeit des Gerätes
verbessert wird. Darüber
hinaus kann ohne die Einflüsse
der altersbedingten Verschlechterung und Temperaturschwankungen
während
des Betriebs ein Bild mit einem vorbestimmten Punktdurchmesser belichtet
werden. Infolge dessen verbessert sich die Bildqualität.
- (2) Wenn die Lichtabstrahlabschnitte in Gestalt eine Anordnung
angeordnet sind, unterscheiden sich die Streuwinkel der Strahlen
von jedem Lichtabstrahlabschnitt in geringerem Maße, wie
dies auch der Durchmesser jedes Bildpunktes tut. Darüber hinaus
können
die Winkel zwischen den aneinandergrenzenden Strahlen und die Abstände zwischen
den aneinandergrenzenden Bildpunkten verringert werden. Dadurch kann
die Konstruktion des optischen Systems vereinfacht und die wirksamen
Flächen
jeder Linse und der Ablenkeinheit verringert werden. Daher trägt dieses
Merkmal zur Verringerung der Kosten des Gerätes bei.
- (3) Da die Lichtabstrahlabschnitte der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
zweidimensional angeordnet werden können, können die effektiven Flächen jeder
Linse und Deflektoreinheit weiter verringert werden.
- (4) Da der Abstand der aneinandergrenzenden Bildpunkte nicht
größer ist
als jener der aneinandergrenzenden Abtastzeilen, vergrößert sich
das Winkelmaß des
Anbringungswinkels der optischen Achse der Halbleiterlaseranordnung.
Somit kann dieser Anbringungswinkel auf einfache Art eingestellt
werden. Die Abweichung der aneinandergrenzenden Abtastzeilen verringert
sich. Infolge dessen kann die Bildqualität verbessert werden.
- (5) Da die astigmatische Differenz der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
als deren Eigenschaft gering ist, kann die elliptische Form des
Strahlenquerschnitts (Verhältnis
von Haupt- zu Nebenachse) frei eingestellt werden. Somit kann ohne
das Erfordernis eines optischen Systems, das die astigmatische Differenz
kompensiert, jeder Strahl präzise
ausgebildet werden.
- (6) Da der Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter für die Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung als
eingebettete Schicht verwendet wird, kann die Laseroszillation mit
einem Stromwert eines niedrigen Schwellenwertes erreicht werden.
Auf diese Weise kann der negative Einfluß von Wärme auf die Lasereigenschaften,
die durch die Vorrichtung erzeugt wird, verringert werden. Infolge
dessen kann eine große Zahl
von Lichtabstrahlabschnitten integral angeordnet werden.
- (7) Wenn eine phasenverriegelte Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
mit mehreren optischen Resonatoren, die phasenverriegelte Laserstrahlen
abstrahlen, als Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
verwendet wird, kann der Streuwinkel jedes Laserstrahls weiter verringert
werden. In manchen Fällen
kann auf die Kollimatorlinse verzichtet werden. Auf diese Weise
kann die Konstruktion des optischen Systems weiter vereinfacht werden.
- (8) Da ein Lichtabstrahlabschnitt aus mehreren optischen Resonatoren
bestehen kann, deren Polarisierungsebene frei eingestellt werden
kann, kann, wenn ein Kompositlaserstrahl mit einem elliptischen
Querschnitt verwendet wird, die Richtung der Polarisierungsebene
jedes Laserstrahls frei und unabhängig von der Richtung der Hauptachse
des Querschnitts des Kompositlaserstrahls eingestellt werden. Dadurch
kann die Fluktuation der Lichtmenge gemäß der Position in der Abtastrichtung
des Laserstrahls infolge der Differenz des Einfallswinkels des Laserstrahls
auf den Polygonspiegel minimiert werden.
-
Abschnitt 2: Zweite Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
2-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
17 ist eine Schnittansicht,
die einen optischen Weg eines herkömmlichen Bilderzeugungsgerätes darstellt.
Die Zeichnung zeigt einen horizontalen Schnitt des optischen Wegs,
der senkrecht zu einer Abtastebene eines Bildträgerelementes des Bilderzeugungsgerätes verläuft und
der eine optische Achse eines Laserstrahls enthält. In der Zeichnung wird die
optische Achse an der Facette 108 eines Drehpolygonspiegels 8 des Bilderzeugungsgerätes zurückgespiegelt.
In der Zeichnung wird ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser 101 abgestrahlt
wird, mit einem Streuwinkel θ ausgesendet.
Dieser Strahl wird durch eine Kollimatorlinse 102 mit einer
Brennweite fc zu einem beinahe parallelgerichteten Strahl umgeformt.
Jeder Strahl wird an der Facette 108 des Drehpolygonspiegels
durch eine Neigungswinkel-Kompensationslinse 107 gesammelt.
Der Strahl, der durch den Drehpolygonspiegel abgelenkt wird, wird
durch eine zweite Neigungswinkel-Kompensationslinse 107' parallelgerichtet.
Anschließend
wird der Strahl als Punkt 106 auf dem Bildträgerelement
durch eine Bilderzeugungslinse 104 einer Brennweite fi
abgebildet. Auf einer Ebene parallel zur Abtastebene, da die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 107 und 107' keine optische
Brechkraft haben. Somit bleibt auf der Ebene jeder Strahl parallel.
Mit anderen Worten wird auf der Facette 108 des Drehpolygonspiegels
jeder Strahl als Linienbild abgebildet.
-
Wie
es jedoch mit einer schematischen Konzeptionszeichnung von 18 dargestellt ist, weicht
bei jedem Laserstrahl vom Halbleiterlaser 101 der Streuwinkel des
Laserstrahls auf einer Ebene, die dessen optische Achse enthält und parallel
zur Kontaktfläche
verläuft,
in großem
Maße von
jenem auf einer Ebene ab, die die optische Achse enthält und senkrecht
zur Kontaktfläche
verläuft.
In der Zeichnung beträgt
der Streuwinkel θt
einer herkömmlichen
Laserdiode auf der Ebene parallel zur Kontaktfläche etwa 10 Grad in voller
Breite bei halbem Maximum. Andererseits ist der Streuwinkel θp auf der
Ebene senkrecht zur Kontaktfläche 30 Grad
in voller Breite bei halbem Maximum infolge eines Einflusses der
Brechung. Darüber
hinaus bereitet es Schwierigkeiten, die Werte der Streuwinkel θt und θp und deren
Verhältnis
(mit anderen Worten das Verhältnis
des längeren
Durchmessers und des kürzeren
Durchmessers der Ellipse) frei einzustellen. Deshalb unterscheidet sich
die Position der Strahlentaille auf der parallelen Ebene von jener
auf der vertikalen Ebene um d. Der Wert d wird im allgemeinen als
astigmatische Differenz bezeichnet.
-
Wegen
dieser astigmatischen Differenz ist der Strahl, der die Kollimatorlinse
verläßt, weder
parallel zur Abtastebene noch zur Richtung senkrecht dazu oder zu
beiden. Daher kann der Strahl nicht präzise auf einem Bildträgerelement
abgebildet werden, sondern hat eine Aberration.
-
Da
die Brennweite einer Bilderzeugungslinse für die Verwendung in einem herkömmlichen
Bilderzeugungsgerät
lang ist und der Punktdurchmesser derselben groß ist, führt diese Aberration zu keinem
bedeutenden Problem. Nachdem jedoch die Nachfrage nach hochauflösenden Druckern
in den vergangenen Jahren gestiegen ist, wird die Aberration zu
einem kritischen Problem, das es zu lösen gilt. Als eine der Techniken
zum Lösen
dieses Problems wird ein optisches Strahlenformsystem, das einen
sogenannten anamorphen Linsensatz enthält, bei dem sich die Brechkraft
in der vertikalen Ebene von jener in der horizontalen Ebene unterscheidet,
verwendet, um die astigmatische Differenz zu kompensieren. Ein derartiges
optische Strahlenformsystem erhöht
jedoch die Kosten des fertigen Produktes und vergrößert dessen
Abmessungen.
-
Als
nächstes
wird ein Problem, das infolge eines großen Streuwinkels jedes Strahls
entsteht, unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
Wenn ein Punkt 106 von 100 um auf der Bildebene 111 abgebildet
wird, beträgt,
sofern fi 200 mm ist, der Durchmesser Wc des Strahls, der in die
Bilderzeugungslinse eintritt, etwa 2 mm. Der Punktdurchmesser oder
der Strahldurchmesser ist ein Durchmesser, bei dem die Intensität des Querschnitts
eines Strahls die Leistung der Spitzenintensität x (l/e2).
Die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 107 und 107' sind im Bezug
auf die Facette 108 des Drehpolygonspiegels 108 symmetrisch.
Der Durchmesser eines Strahls, der aus der Linse 107' tritt, ist
derselbe wie der Durchmesser eines Strahls, der in die Linse 107 eintritt.
Um diesen Strahlendurchmesser zu erhalten, sollte die Brennweite
fc der Kollimatorlinse 102 etwa 3 mm betragen.
-
Da
die Brennweite der Kollimatorlinse 102 kurz ist, sollte,
damit man einen Strahl erhält,
der vollständig parallelgerichtet
ist, der Positionsfehler in Richtung der optischen Achse der Kollimatorlinse
so gering wie möglich
sein. Darüber
hinaus weichen die Streuwinkel 8t und θp des Strahls infolge von Problemen
bei der Halbleiterherstellung bisweilen voneinander ab. Daher weichen
die Durchmesser der parallelgerichteten Strahlen voneinander ab.
Somit ist es erforderlich, eine Schlitz- oder Öffnungsblende hinter der Kollimatorlinse 102 anzuordnen.
Selbst wenn darüber
hinaus die Kollimatorlinse zu Beginn präzise eingestellt wurde, verändert sich die
Position der Kollimatorlinse 102 infolge des Temperaturanstiegs
der Randbereiche des optischen Systems während des Betriebs und infolge
der altersbedingten Verschlechterung der Bauteile. Daher weichen
die Durchmesser der Bildpunkte voneinander ab, wodurch die Bildqualität beeinträchtigt wird.
-
Im
allgemeinen ist ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser abgestrahlt
wird, linear polarisiert. Die Richtung der Polarisierungsebene des
Laserstrahls hängt
von der Neigung der Kontaktfläche
des Halbleiterlasers ab. Der Reflexionsgrad auf einer Reflexionsfläche hängt jedoch
vom Einfallswinkel auf die Spiegelfläche ab. Darüber hinaus unterscheidet sich
der Reflexionsgrad von P-polarisiertem Licht von jenem von S-polarisiertem
Licht. 19 zeigt entsprechende
Reflexionsgrade Rp und Rs von P-polarisiertem Licht und S-polarisiertem
Licht auf einem Metallspiegel.
-
Wenn
sich der Polygonspiegel dreht, ändert
sich der Einfallswinkel des Strahls auf die Spiegeloberfläche. Somit ändert sich
ebenfalls, wie in der Zeichnung dargestellt, die Lichtmenge des
Laserstrahls, der als eine Zusammensetzung von Ppolarisiertem Licht
und S-polarisiertem Licht dargestellt ist. Insbesondere wenn der
Ablenkwinkel des Drehpolygonspiegels groß ist, ändert sich die Lichtmenge des
Laserstrahls deutlich. Um dieses Problem zu vermeiden, wurde, wie
es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 58-42025 beschrieben
ist, eine Technik zum Neigen der Polarisationsebene um die Drehachse
des Drehpolygonspiegels um 45 Grad vorgeschlagen. Bei dieser Technik
ist jedoch die Richtung der Hauptachse des elliptischen Querschnitts
jedes Strahls unveränderlich.
Somit kann diese Technik nicht angewendet werden. Alternativ dazu sollte
die Polarisationsebene mit einer 1/4λ-Platte oder dergleichen gedreht
werden.
-
Solange
im allgemeinen bei einem herkömmlichen
Halbleiterlaser der Strom, der in einem optischen Resonator fließt, einen
vorbestimmten Wert nicht überschreitet,
tritt keine Laseroszillation auf. Dieser Stromwert wird als Schwellenstromwert
bezeichnet. Bei der herkömmlichen
Halbleiterlaseranordnung liegt der Schwellenstromwert in der Größenordnung
von einigen 10 mA. Die Wärme,
die durch den Strom erzeugt wird, beeinflußt nachteilig die Eigenschaften
der Laserstrahlen, wie etwa die Verschiebung der Oszillationswellenlänge. Somit
stellt die Wärme,
die durch die Halbleiterlaseranordnung erzeugt wird, ein Problem
dar, das gelöst werden
muß.
-
2-2 Aufbau der zweiten Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
13 ist eine schematische
Darstellung, die den Gesamtaufbau einer zweiten Ausführungsform
eines Bilderzeugungsgerätes
zeigt. Das Verfahren zum Erhalt eines Druckergebnisses auf einem
Bildtransfermaterial 151 stimmt mit einem sogenannten elektrofotografischen
Material überein.
Im allgemeinen wird als fotoleitfähig beschichtete Trommel 105 eines
elektrofotografischen Druckers, bei dem ein Halbleiterlaser als Lichtquelle
verwendet wird, ein organischer Fotoleiter (OPC) mit einer erhöhten Empfindlichkeit
im Bereich der längeren
Wellenlängen
verwendet. Dieses Bildträgerelement 105 wird
auf ein vorbestimmtes Oberflä chenpotential
durch eine Ladungseinrichtung 152 aufgeladen. Anschließend führt eine
Laserstrahlabtasteinheit 153 einen Lichtschreibvorgang,
d.h. einen Licht-Belichtungsvorgang
aus. Gemäß den Bildinformationen
von der Laserstrahlabtasteinheit 153 werden mehrere Laserstrahlen 154,
deren Lichtstärken
individuell moduliert werden, über
das Bildträgerelement 105 in
dessen Längsrichtung
geführt,
wodurch elektrische Ladungen erzeugt werden, die das Oberflächenpotential
lediglich im belichteten Teil neutralisieren. Auf diese Weise wird
der Absolutwert des Oberflächenpotentials
dieses Abschnittes gering. Infolge dessen wird auf dem Bildträgerelement 105 eine
Verteilung eines Oberflächenpotentials
gemäß dem Bild,
d.h. ein statisches Latenzbild ausgebildet. Eine Entwicklereinheit 155 läßt ein Entwicklermittel
gemäß der Oberflächenpotentiale
am Bildträgerelement 105 wahlweise
haften. Auf diese Weise wird das statische Latenzbild entwickelt.
Das Entwicklermittel wird auf ein Transfermaterial 151 (normalerweise
Papier) durch eine Transfereinheit 156 übertragen. Das Entwicklermittel
auf dem Transfermaterial 151 wird mit thermischem Druck
durch die Fixiereinheit 157 fixiert. Danach wird das Transfermaterial 151 aus
der Vorrichtung entnommen.
-
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 12 eine
Laserstrahlabtasteinheit beschrieben. Bei der Laserstrahlabtasteinheit 153,
die in 13 dargestellt
ist, wird der Laserstrahl 154 zurückreflektiert und nach unten
abgestrahlt. In 12 ist
der optische Weg eines Laserstrahls vereinfacht. In der Zeichnung
wird bei einem Halbleiterlaser 121 ein Laserstrahl von
einem Lichtabstrahlabschnitt 121a senkrecht zu einer Kontaktfläche abgestrahlt.
Das Licht und die Lichtmenge des Lichtabstrahlabschnittes 121a werden
durch eine Steuereinheit 160 gesteuert. Der Strahl wird
zu einem Laserstrahl eines vorbestimmten Durchmessers durch eine Kollimatorlinse 102 parallelgerichtet.
Der Laserstrahl tritt in die Facette eines Drehpolygonspiegels 103 ein. Wenn
sich der Drehpolygonspiegel 103 dreht, wird der Strahl,
der eine Bilderzeugungslinse 104 durchläuft, als Punkt auf einem Bildträgerelement
abgebildet.
-
Als
Halbleiterlaser mit diesen Eigenschaften ist es zu bevorzugen, einen
sogenannte Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
zu verwenden. Besser ist ein Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
mit einem Lichtabstrahlabschnitt 121a, in den ein Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter
eingebettet ist. 14 ist
eine Schnitt ansicht, die den Lichtabstrahlabschnitt 121a des
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers
darstellt. In der Zeichnung bildet ein optischer Resonator einen
Lichtabstrahlabschnitt. Wie es in 14 dargestellt
ist, ist auf dem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 122 eine Plattierschicht 124,
eine aktive Schicht 125, eine Plattierschicht 126 und
eine Kontaktschicht 127 angeordnet, die jeweils aus mehreren
zehn Schichten aus Al-Ga-As-Verbindungen bestehen. Auf der Kontaktschicht 127 ist
eine dielektrische SiO2-Reflexionslaminatschicht 128 ausgebildet.
Auf der gesamten Hinterseite des Ga-As-Substrates 122 ist
eine fensterförmige
Elektrode 129 ausgebildet. Darüber hinaus ist am Rand der
dielektrischen Reflexionslaminatschicht 128 eine fensterförmige Elektrode 130 ausgebildet.
Somit bilden sämtliche
Teile, die auf dem Ga-As-Substrat ausgebildet sind, einen optischen
Resonator. Ein Lichtstrahl, der auf der aktiven Schicht 125 erzeugt
wird, bewegt sich zwischen der oberen Reflexionsschicht 127 und
der unteren Reflexionsschicht 123 in der Richtung senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 122 hin und her. Infolge dessen
verläuft
die optische Achse des Laserstrahls 31 beinahe senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 122. Am Rand des optischen Resonators
ist ein Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter als eingebettete Schicht 132 eingebettet.
Als Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter ist es vorzuziehen, eine
Verbindung der Gruppe II–VI
zu verwenden, die zwei, drei oder vier Elemente enthält, die
sowohl aus den Gruppe-II-Elementen Zn, Cd und Hg als auch den Gruppe-VI-Elementen
O, S, Se und Te gewählt
sind. Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, daß die
Gitterkonstante der Verbindung mit jener der Halbleiterschichten übereinstimmt,
die aus der Plattierschicht 124, der aktiven Schicht 125 und
der Plattierschicht 126 bestehen. Da der elektrische Widerstand
des Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiters sehr hoch ist, wird der Strom
wirkungsvoll im optischen Resonator eingeschlossen. Da sich darüber hinaus
der Brechungsindex der eingebetteten Schicht 132 von jenem
der Al-Ga-As-Halbleiterschicht unterscheidet, wird der Strahl, der
sich im optischen Resonator exakt oder im wesentlichen senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 122 bewegt, an der Berührungsstelle
mit der eingebetteten Schicht 132 vollständig reflektiert.
Wenn ein derartiger Halbleiterlaser verwendet wird, beginnt die
Laseroszillation mit einer sehr geringen Strommenge im Vergleich zu
einem herkömmlichen
Laser. Mit anderen Worten ist der Schwellenwert des Hableiterlasers
niedriger als jener eines her kömmlichen
Halbleiterlasers. Darüber
hinaus ist die Größe des Wärmeverlustes
gering.
-
Da
darüber
hinaus die Querschnittsfläche
(Nahfeldmuster) des laserstrahlabstrahlenden Abschnittes des Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers
größer ist
als jene des herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlasers, ist der Streuwinkel des Laserstrahls
klein. Wenngleich der Streuwinkel durch die Fläche des Lichtabstrahlfensters
bestimmt ist, kann die Fläche
durch einen Ätzvorgang
oder dergleichen präzise
gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Streuwinkel konstantgehalten
werden. Darüber
hinaus kann das Verhältnis
von Länge
und Breite des Streuwinkels des Laserstrahls, d.h. das Verhältnis des
längeren
Durchmessers zum kürzeren
Durchmesser des Strahls, dessen Querschnittsfläche elliptisch ist, mit der
Form des Lichtabstrahlfensters frei eingestellt werden. Wenn die
Form des Fensters beispielsweise ein perfekter Kreis ist, kann man
einen Laserstrahl mit einem runden Querschnitt oder einen isotropischen
Streuwinkel erzeugen. Somit ist die astigmatische Differenz beim
Querschnitt in Richtung der optischen Achse eines Strahls gering.
-
Bei
einem herkömmlichen
Laserstrahldrucker ist der Bildpunkt eines Laserstrahls auf dem
Bildträgerelement
jedoch bisweilen elliptisch, wenn die Abtastrichtung des Laserstrahls
mit dessen kleineren Achse übereinstimmt.
Da sich der Punkt in der Abtastrichtung bei der Belichtung durch
den Laserstrahl bewegt und dadurch das Bild gedehnt wird, sollte
das Bild korrigiert werden. Somit ist die Querschnittsform des Laserstrahls,
der in das optische Bilderzeugungssystem eintritt, vorzugsweise
elliptisch. Da beim Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
das elliptische Verhältnis
jedes abgestrahlten Laserstrahls frei gesteuert werden kann, kann
der Laserstrahl mit einem Querschnitt, dessen Hauptachse mit der
Abtastebene übereinstimmt
und dessen Verhältnis
von Hauptachse zu Nebenachse passend ist, in das optische Bilderzeugungssystem
eingeleitet werden.
-
Wenn
sich die Querschnittsfläche
des optischen Resonators auf der Oberfläche des Vorrichtungssubstrates 122 des
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers 121 vergrößert, beginnen
Laseroszillationen mit Moden höherer
Ordnung zusammen mit dem 0-ten Mode. Die Verteilung der Lichtmenge
des Bildpunktes hat mehrere Spitzenwerte. Somit eignet sich dieser
Zustand nicht für
die Ausbildung eines statischen Latenzbildes auf dem Bildträgerelement 105.
Um diesen Zustand zu vermeiden, sind mehrere kleine optische Resonatoren dicht
nebeneinander angeordnet, wobei die Phasen der oszillierten Laserstrahlen
synchronisiert sind. Auf diese Weise kann man die lichtabstrahlenden
Abschnitte 121a erhalten, die groß sind und im 0-ten Mode oszillieren.
-
15 zeigt eine Teilschnittansicht
eines Lichtabstrahlabschnittes 121a des phasenverriegelten Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers 121.
Bei diesem Halbleiterlaser 121 sind mehrere optische Resonatoren
in sehr kurzen Intervallen angeordnet. Die Unterseite der eingebetteten
Schicht 132 erreicht die aktive Schicht 125 nicht.
Somit beeinflussen sich die Strahlen, die aus den benachbarten optischen
Resonatoren überstrahlen,
gegenseitig durch die Plattierschicht 126 unter der eingebetteten
Schicht 132. Auf dieses Weise oszillieren die Laserstrahlen
mit derselben Phase. Infolge dessen arbeiten die zahlreichen benachbarten
optischen Resonatoren als einziger optischer Resonator. Da die Wellenphasen
der Strahlen, die von den optischen Resonatoren ausgesendet werden, übereinstimmen,
arbeiten diese optischen Resonatoren als Oberflächenlaser-Abstrahlquelle. Somit vergrößert sich
die sichtbare Fläche
des Lichtabstrahlabschnitts 121a. Die Streuwinkel der Laserstrahlen
haben eine Größe von höchstens
zwei Grad in voller Breite bei halbem Maximum.
-
Beim
phasenverriegelten Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
sind die Streuwinkel der Laserstrahlen klein im Vergleich zum herkömmlichen
Halbleiterlaser. Wenn der Streuwinkel des Laserstrahls 2 Grad
in voller Breite bei halbem Maximum beträgt und der Laserstrahl in ein
optisches Bilderzeugungssystem mit einem Strahlendurchmesser von
2 mm eintritt, wird die Brennweite fc der Kollimatorlinse 102 etwa
35 mm. Da die Brennweite fc der Kollimatorlinse 102 größer werden
kann, wird die Einstellmöglichkeit
des Abstandes zwischen Kollimatorlinse 102 und Halbleiterlaseranordnung 121 vergrößert.
-
Durch
starkes Verringern des Streuwinkels jedes Laserstrahls, wird der
Laserstrahl, nachdem sich der Laserstrahl vom Halbleiterlaser zum
Drehpolygonspiegel 103 zur Bilderzeugungslinse 4 ausgebreitet
hat, nicht stark gestreut. Somit kann selbst auf der Einfallsebene
der Bilderzeugungslinse 104 die Größe des Laserstrahls ausreichend
verringert werden, um einen vorbestimmten Durchmesser eines Bildpunktes
zu erhalten. Mit anderen Worten ist die Kollimatorlinse, die einen
Laserstrahl mit einem vorbestimmten Parallelrichtdurchmesser parallelrichtet,
im Gegensatz zum herkömmlichen
optischen Laserabtastsystem nicht erforderlich. Gemäß dem Ablenkungswinkel
des Drehpolygonspiegels 103 variiert jedoch die Länge des
optischen Wegs, wie dies auch die Größe des Laserstrahls tut, der
in die Bilderzeugungslinse 104 eintritt. Somit sollte ein
optisches System angegeben werden, das die Größe des Laserstrahls korrigiert.
Trotzdem kann die Bilderzeugungslinse 104 auf einfache
Art mit einer derartigen optischen Funktion versehen sein. Auf diese
Weise kann die Zahl der Bauteile des optischen Gesamtsystems verringert
werden.
-
Beim
Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser 21 ist
der abgestrahlte Laserstrahl im allgemeinen linear polarisiert.
Die Polarisierungsrichtung hängt
von der Form der Ebene der optischen Resonatoren auf dem Vorrichtungssubstrat
ab. Die Polarisierungsebene stimmt beinahe mit der Längsrichtung
der Form der Ebene des optischen Resonators überein. Wenn der optische Resonator
beispielsweise eine elliptische Form hat, wird die Richtung ihrer
Hauptachse die Polarisierungsebene. Wie es oben beschrieben wurde,
besteht beim phasenverriegelten Halbleiterlaser der Lichtabstrahlabschnitt
aus mehreren optischen phasenverriegelten Resonatoren. Die Zahl
der Resonatoren beträgt
beispielsweise vier. Somit ist die Form des Querschnitts der abgestrahlten
Laserstrahlen eine zusammengesetzte Form von Laserstrahlen. Somit
kann gemäß der Anordnung
der optischen Resonatoren die Querschnittsform der abgestrahlten
Laserstrahlen frei eingestellt werden. In diesem Fall hängt die
Ausrichtung der Polarisierungsebene von der Form der Ebene jedes
optischen Resonators ab. Für
den Fall, bei dem man einen Laserstrahl in einer zusammengesetzten
Ellipsenform erhält,
können
somit die Hauptachse und die Richtung der Polarisierungsebene unabhängig eingestellt
werden.
-
16(a) zeigt schematisch
diese Situation. Diese Zeichnung ist eine Aufsicht eines Lichtabstrahlabschnittes 142 eines
Halbleiterlasers, wobei der Lichtabstrahlabschnitt 142 von
der Strahlabstrahlseite betrachtet ist. Der Lichtabstrahlab schnitt 142 besteht
aus vier optischen Resonatoren 41, die phasensynchron oszillieren.
Die Polarisierungsebene 143 eines Laserstrahls, der von
jedem optischen Resonator 41 abgestrahlt wird, ist um 45° geneigt,
wie es in 16(a) gezeigt
ist. Die Hauptachse des elliptischen Kompositlaserstrahls stimmt
mit der vertikalen Richtung des Lichtabstrahlabschnittes überein.
Wenn darüber
hinaus, wie in 16(b) gezeigt,
die Polarisierungsebenen 43 der Laserstrahlen, die von
den optischen Resonatoren 41 ausgesandt werden, in unterschiedlichen
Winkeln ausgerichtet sind, wird der Kompositlaserstrahl beinahe
zu zirkular polarisiertem Licht.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, hat beim herkömmlichen Laserstrahldrucker
ein Bildpunkt auf dem Bildträgerelement
oft eine elliptische Form, bei der die Nebenachse derselben mit
der Abtastrichtung übereinstimmt.
Wenn die Halbleiterlaseranordnung derart angeordnet ist, daß die Ausrichtung
der Polarisierungsebene eines Laserstrahls von jedem optischen Resonator
zur Richtung der Hauptachse des elliptischen Querschnittes des Kompositlaserstrahls
um 45° geneigt
ist und die Hauptachse des Kompositstrahls mit der Abtastrichtung übereinstimmt,
ist die Polarisierungsebene des Laserstrahls von jedem optischen
Resonator zur Strahlabtastebene um 45° geneigt. Infolge dessen ist
die Polarisierungsebene zur Drehachse des Drehpolygonspiegels 103 um
45° geneigt.
Somit wird, wie in 19 gezeigt,
die Differenz des Reflexionsgrades von Laserstrahlen gemäß ihrer
Einfallswinkel auf den Drehpolygonspiegel gering. Dieser Umstand
trifft ebenfalls auf einen Laserstrahl mit einem elliptischen Querschnitt
zu, wobei der Strahl zirkular polarisiertes Licht ist. Bei manchen
optischen Systemen stimmt die Nebenachse eines Laserstrahls, der
vom Halbleiterlaser abgestrahlt wird, mit der Abtastrichtung überein.
In dieser Situation kann man dieselben Effekte erzielen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, daß die
oben beschriebene Ausführungsform
als ein Beispiel beschrieben ist. Beispielsweise kann man durch
die Verwendung eines Galvanospiegels oder einer Hologrammscheibe anstelle
des Drehpolygonspiegels dieselben Effekte erzielen. Darüber hinaus
kann man unabhängig
davon, ob die Kollimatorlinse, die Neigungswinkel-Kompensationslinse
und/oder die Bilderzeugungslinse verwendet werden oder nicht, dieselben
Effekte erreichen. Selbst wenn die Konstruktion und/oder die Relativpositionen
dieser Linsen verändert werden,
können
darüber
hinaus dieselben Wirkungen der vorliegenden Erfindung in ähnlicher
Weise erzielt werden.
-
Weiterhin
kann das zweite Bilderzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung
für Faxgeräte, Anzeigeeinheiten
und dergleichen, wie auch für
Druckeinheiten, wie etwa Drucker und Kopiergeräte verwendet werden.
-
2-3 Wirkungen
-
Da
beim zweiten Bilderzeugungsgerät
der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ein Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
verwendet wird, kann man die folgenden Ergebnisse erzielen.
-
- (1) Da der Streuwinkel jedes Laserstrahls klein
und der Abstand zwischen der Kollimatorlinse und der Halbleiterlaseranordnung
groß ist,
werden die Einstellmöglichkeiten
in Richtung der optischen Achse der Kollimatorlinse vergrößert, wodurch
die Herstellbarkeit des Gerätes
verbessert wird. Darüber
hinaus kann ohne die Einflüsse
der altersbedingten Verschlechterung und Temperaturschwankungen
während
des Betriebs ein Bild mit einem vorbestimmten Punktdurchmesser belichtet
werden. Infolge dessen verbessert sich die Bildqualität.
- (2) Da die astigmatische Differenz des Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlasers
als dessen Eigenschaft gering ist, kann die elliptische Form des
Strahlenquerschnitts (Verhältnis
von Haupt- zu Nebenachse) frei eingestellt werden. Somit kann ohne
das Erfordernis eines optischen Systems, das die astigmatische Differenz
kompensiert, jeder Strahl präzise
ausgebildet werden.
- (3) Da der Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter für den Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser als
eingebettete Schicht verwendet wird, kann die Laseroszillation mit
einem niedrigen Stromschwellenwert erreicht werden. Auf diese Weise
kann der negative Einfluß von
Wärme auf
die Lasereigenschaften, die durch die Vorrichtung erzeugt wird,
verringert werden.
- (4) Wenn ein phasenverriegelter Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
mit mehreren optischen Resonatoren, die phasenverriegelte Laserstrahlen
abstrahlen, als Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
verwendet wird, kann der Streuwinkel jedes Laserstrahls weiter verringert
werden. In manchen Fällen
kann auf die Kollimatorlinse verzichtet werden. Auf diese Weise
kann die Konstruktion des optischen Systems weiter vereinfacht werden.
- (5) Da ein Lichtabstrahlabschnitt aus mehreren optischen Resonatoren
bestehen kann, deren Polarisierungsebene frei eingestellt werden
kann, kann, wenn ein Kompositlaserstrahl mit einem elliptischen
Querschnitt verwendet wird, die Richtung der Polarisierungsebene
jedes Laserstrahls frei und unabhängig von der Richtung der Hauptachse
des Querschnitts des Kompositlaserstrahls eingestellt werden. Dadurch
kann die Fluktuation der Lichtmenge gemäß der Position in der Abtastrichtung
des Laserstrahls infolge der Differenz des Einfallswinkels des Laserstrahls
auf den Polygonspiegel minimiert werden.
-
Abschnitt 3: Dritte Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
3-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
Bevor
die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zum besseren Verständnis ihres
Konzeptes der Stand der Technik erläutert.
-
27 ist eine Schnittansicht,
die einen optischen Weg eines herkömmlichen Bilderzeugungsgerätes darstellt.
Die Zeichnung zeigt eine Ebene, die senkrecht zu einer Abtastebene
eines Bildträgerelementes
eines Bilderzeugungsgerätes
verläuft
und eine optische Achse enthält.
Das heißt,
die Zeichnung zeigt einen Schnitt des optischen Wegs auf einer Teilabtastebene.
In der Zeichnung wird die optische Achse an einer Reflexionsfläche 208 eines
Drehpolygonspiegels 8 zurückgespiegelt. In der Zeichnung
wird ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser 201 abgestrahlt
wird, mit einem Streuwinkel θ ausgesendet.
Dieser Strahl wird durch eine Kollimatorlinse 202 mit einer
Brennweite fc zu einem beinahe parallelgerichteten Strahl umgeformt.
Jeder Strahl wird an der Reflexionsfläche 208 des Drehpolygonspiegels
durch eine Neigungswinkel-Kompensationslinse 207 gebündelt. Der
Strahl, der durch den Drehpolygonspiegel 208 abgelenkt
wird, wird durch eine zweite Neigungswinkel-Kompensationslinse 207' parallelgerichtet.
Anschließend
wird der Strahl als Punkt 206 auf dem Bildträgerelement 211 durch
eine Abtastlinse 204 einer Brennweite fi abgebildet. Auf
einer Ebene parallel zur Abtastebene wird, da die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 207 und 207' keine optische
Brechkraft haben, der Strahl parallelgehalten. Mit anderen Worten
wird der Strahl als Zeilenbild auf der Reflexionsfläche 208 des
Drehpolygonspiegels 208 abgebildet.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb der Neigungswinkel-Kompensationslinsen 207 und 207' beschrieben. Die
Neigung jeder Reflexionsfläche 208 des
Drehpolygonspiegels hat einen Fehler im Bereich einiger zehn Sekunden
in den Winkeln der Drehachse. Somit hat die Bildposition des Strahls,
der auf diese Fläche
reflektiert wird, eine Abweichung in der Teilabtastrichtung auf
der Oberfläche
des Bildträgerelementes
infolge der Wirkung des "Optischen
Pegels". Diese Abweichung
ist im Vergleich mit den Teilungsabständen der Abtastzeilen zu groß, um sie
zu ignorieren. Um diese Abweichung zu verhindern, wird, wie in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 48-49315 beschrieben,
eine Neigungswinkel-Kompensationslinse 207' verwendet, die es gestattet, daß jede Reflexionsfläche des
Polygonspiegels und die Oberfläche
des Bildträgerelementes 211 (die
Fläche,
auf der das Bild ausgebildet wird) an optisch konjugierten Positionen
angeordnet werden können. Diese
Neigungswinkel-Kompensationslinse 207' ist normalerweise eine zylindrische
Linse oder eine torische Linse, die lediglich auf einer Teilabtastebene
eine optische Brechkraft hat. Selbst wenn die Reflexionsfläche geneigt
ist, wird der Strahl immer in derselben Position auf der Bilderzeugungsfläche abgebildet.
-
28 ist eine schematische
Darstellung, die das Konzept eines sogenannten Kantenabstrahl-Halbleiterlasers
darstellt, der weit verbreitet Verwendung findet. Wie es in der
Zeichnung gezeigt ist, weicht der Streuwinkel eines Strahls auf
der Ebene, die eine optische Achse hat und parallel zur Kontaktfläche ist,
in großem
Maße von
jenem auf der Ebene ab, die eine optische Achse hat und senkrecht
zur Kontaktfläche
verläuft. Der
Streuwinkel θp
auf der Ebene parallel zur Kontaktfläche einer herkömmlichen
Laserdiode beträgt
etwa 10 Grad in voller Breite bei halbem Maximum. Andererseits ist
der Streuwinkel θt
auf der Ebene senkrecht zur Kontaktfläche etwa 30 Grad in voller
Breite bei Halbem Maximum infolge des Einflusses durch Brechung.
-
Wenn
es jedoch einen Unterschied zwischen dem Streuwinkel eines Strahls
auf der Kontaktfläche
und jenem auf der Ebene senkrecht dazu gibt, wie es oben beschrieben
wurde, wird, sofern der Strahl durch die Kollimatorlinse 202 parallelgerichtet
wird, der Querschnitt des resultierenden Laserstrahls zu einer stark
komprimierten elliptischen Form. Wenn der parallelgerichtete Strahl,
bei dem das Verhältnis
von langem Durchmesser zu kurzem Durchmesser groß ist, auf dem Bildträgerelement 211 durch
die Abtastlinse 204 abgebildet wird, kehrt sich die Beziehung
des Verhältnisses
des langen Durchmessers zum kurzen Durchmesser des parallelgerichteten
Strahls um.
-
Andererseits
ist, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 52-119331 beschrieben, auf
der Bildebene, das heißt
auf dem Bildträgerelement,
der Bildpunkt vorzugsweise eine Ellipse mit einer vergleichsweise
kürzeren
Nebenachse in der Abtastrichtung. Da der Laser mit vorbestimmten
Impulsintervallen gezündet
wird, sollte der Punktdurchmesser in der Abtastrichtung kleiner
sein als in der Teilabtastrichtung, um die Distanz zu kompensieren,
die der Laserstrahl zurücklegt.
-
Um
einen Strahl mit einem großen
Verhältnis
von Streuwinkeln als einen Punkt mit einem vorbestimmten Verhältnis von
großem
Durchmesser zu kleinem Durchmesser abzubilden, sollte ein anamorphes
optisches System, bei dem sich die optischen Eigenschaften in der
Abtastrichtung von jenen in der Richtung senkrecht dazu unterscheiden,
auf dem optischen Weg vom Halbleiterlaser 201 zum Bildträgerelement 211 angeordnet
sein.
-
Die
Technik zum Bereitstellen dieser Eigenschaft für das oben erwähnte optische
Neigungswinkel-Kompensationssystem wurde weit verbreitet verwendet.
Da in 27 die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 207 und 207' in der Teilabtastrichtung
ohne Brennpunkt sind, kann, wenn sich der Abstand zwischen der Refle xionsfläche und
einer Linse von dem zwischen der Reflexionsfläche und einer weiteren Linse
unterscheidet, ein Strahlausweiter ausgebildet werden, der lediglich
in der Teilabtastrichtung arbeitet.
-
Ein
derartiges optisches Neigungswinkel-Kompensationssystem ist jedoch
immer eine länglich
zylindrische Linse oder eine torische Linse, was zu einer Schwierigkeit
bei der Produktion oder einem Anstieg der Produktionskosten führt.
-
Darüber hinaus
sollte die optische Achse der Neigungswinkel-Kompensationslinse 207 vor
dem Drehpolygonspiegel präzise
eingestellt sein. Diese Nachteile verhindern eine Verbesserung der
Produzierbarkeit des Bilderzeugungsgerätes und dessen Zuverlässigkeit.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, besteht ein Hauptfaktor, der einen Winkelfehler
eines Laserstrahls auf der Teilabtastebene verursacht, in der Fertigungsgenauigkeit
des Winkels jeder Reflexionsfläche
des Drehpolygonspiegels. Mit anderen Worten ist die dynamische Vibration
der Drehachse des Drehpolygonspiegels kein kritischer Gegenstand.
Somit kann durch Drehung einer einzelnen Spiegelfläche anstelle
des Drehpolygonspiegels der Hauptfaktor dieses Gegenstandes gelöst werden.
Daher sind beim herkömmlichen
Bilderzeugungsgerät
die Neigungswinkelkompensationslinsen nicht erforderlich.
-
Da
darüber
hinaus ein derartiger Drehspiegel lediglich eine Reflexionsfläche hat,
ist dessen Herstellung einfach und sein Trägheitsmoment gering. Somit
kann der Drehspiegel seine Vibration eindämmen.
-
Das
Konzept dieses sich drehenden einflächigen Spiegels ist nicht neu.
Jedoch gestattet eine Drehung dieses Spiegels die Abtastung lediglich
einer Zeile. Mit anderen Worten eignet sich dieser Spiegel nicht für die Verwendung
in einem sogenannten Laserdrucker.
-
Nun
ziehe man folgende Situation in Erwägung. Der Teilungsabstand der
Abtastzeilen beträgt
300 dpi (300 Punkte pro Zoll (= 25,4 mm), d.h. die Zahl der Abtastzeilen
ist 300). Die Papiergröße ist A4.
Papiere dieser Größe werden
in Längsrichtung
in den Laserdrucke eingeführt.
Pro Minute werden zehn Seiten gedruckt.
-
Wenn
in dieser Situation ein Drehpolygonspiegel mit sechs Oberflächen verwendet
wird, beträgt
die Umdrehungszahl etwa 7.000 U/min (Umdrehungen pro Minute). Man
geht davon aus, daß die
Obergrenze der Umdrehungszahl eines Drehpolygonspiegels, bei dem
ein Kugellager verwendet wird, im Bereich von 12.000 bis 14.000
U/min liegt. Wenn ein Reflexionsspiegel verwendet wird, der mit
12.000 U/min gedreht wird, ist die Zahl der Blätter, die gedruckt werden können, maximal
drei.
-
Wenn
andererseits die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 207 und 207' entfernt werden,
wie es oben beschrieben ist, geht die Funktion als anamorpher Strahlausweiter,
der einen Laserstrahl mit einem großen Verhältnis von Streuwinkeln als
einen Punkt mit einem speziellen elliptischen Verhältnis auf
dem Bildträgerelement
abbildet, verloren.
-
3-2 Aufbau der vorliegenden
Erfindung
-
21 ist eine schematische
Darstellung, die ein Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
-
Bei
Verfahren zum Erzeugen eines Ausdrucks auf einem Bildtransfermaterial 251,
d.h. beim elektrofotografischen Verfahren, wird weit verbreitet
ein organischer Fotoleiter (OPC) mit einer erhöhten Empfindlichkeit in einem
längeren
Wellenlängenbereich
verwendet. Dieses Bildträgerelement 205 wird
auf ein vorbestimmten Oberflächenpotential
durch eine Ladungseinrichtung 252 aufgeladen. Anschließend führt eine
Laserstrahlabtasteinheit 253 einen Lichtschreibvorgang,
d.h. einen Licht-Belichtungsvorgang aus. Gemäß den Bildinformationen von
der Laserstrahlabtasteinheit 253 werden mehrere Laserstrahlen 254,
deren Lichtstärken
individuell moduliert werden, über
das Bildträgerelement 205 in
dessen Achsrichtung geführt,
wodurch elektrische Ladungen erzeugt werden, die das Oberflächenpotential
lediglich im belichteten Teil neutralisieren. Auf diese Weise wird
der Absolutwert des Oberflächenpotentials
dieses Abschnittes gering. Infolge dessen wird auf dem Bildträgerelement 205 eine
Verteilung eines Oberflächenpotentials
gemäß dem Bild,
d.h. ein statisches Latenzbild ausgebildet. Eine Ent wicklereinheit 255 läßt ein Entwicklermittel
gemäß der Oberflächenpotentiale
am Bildträgerelement 205 wahlweise
haften. Auf diese Weise wird das statische Latenzbild entwickelt.
Das Entwicklermittel wird auf ein Transfermaterial 251 (normalerweise
Papier) durch eine Transfereinheit 256 übertragen. Das Entwicklermittel
auf dem Transfermaterial 251 wird mit thermischem Druck
durch die Fixiereinheit 257 fixiert. Danach wird das Transfermaterial 251 aus
der Vorrichtung entnommen.
-
20 ist eine schematische
Darstellung eines Aufbaus einer Laserstrahlabtasteinheit der vorliegenden
Erfindung. Bei der Laserstrahlabtasteinheit 253, die in 21 dargestellt ist, werden
die Laserstrahlen 254 zurückreflektiert und nach unten
abgestrahlt. Bei diesem Beispiel ist die Darstellung der Laserstrahlen
vereinfacht. Die Technik des Abtastens eines Bildträgerelementes
mit mehreren Laserstrahlen wird als Mehrstrahl-Laserabtasttechnik
bezeichnet. Mehrere Laserstrahlen, die von mehreren Lichtabstrahlabschnitten 221a einer
Halbleiterlaseranordnung 221 abgestrahlt werden, werden
zu Laserstrahlen mit vorbestimmten Durchmessern durch eine Kollimatorlinse 2 parallelgerichtet.
Die Laserstrahlen treten in einen Drehspiegel 218 mit einer
Reflexionsfläche
ein. Wenn sich der Drehspiegel 218 dreht, werden diese
Laserstrahlen abgelenkt. Die Laserstrahlen, die die Abtastlinse 204 durchlaufen,
werden als Punkte 6 auf dem Bildträgerelement 205 abgebildet.
Die Beleuchtung und die Lichtstärke
jedes der Lichtabstrahlabschnitte 221a werden durch eine Steuereinheit 260 getrennt
gesteuert.
-
Die
Abtastlinse 204 hat zwei Hauptfunktionen. Die erste Funktion
der Abtastlinse 204 ist eine sogenannte "fθ"-Funktion, die die Abtastbewegung der
Iso-Winkelgeschwindigkeit des Drehspiegels 218 in die Abtastbewegung
der Iso-Lineargeschwindigkeit auf dem Bildträgerelement 205 umwandelt.
Die zweite Funktion der Abtastlinse 204 besteht in der
Kompensation der Bildkrümmung.
Durch diese Funktion bewegt sich der Bildpunkt in Abhängigkeit
des Abtastwinkels vorwärts
oder rückwärts in Richtung
der optischen Achse, so daß die
Bildebene flach wird.
-
Sowohl
die Kolliomatorlinse 202 als auch die Abtastlinse 204 hat
eine isotrope optische Eigenschaft auf der gesamten Ebene, einschließlich ihrer
optischen Achse. Mit anderen Worten sind auf der gesamten Ebene,
einschließlich
der opti schen Achse, die Brennweite und die Krümmung der Kollimatorlinse 202 dieselben
wie jene der Abtastlinse 204. Somit sind diese Linsen 202 und 204 zueinander
nicht anamorphe Linsen.
-
Da
bei dieser Ausführungsform
die Zahl der Laserstrahlen vier ist, kann, sofern die Drehzahl des
Drehspiegels 218 unverändert
bleibt, die vierfache Abtastgeschwindigkeit erreicht werden. Wenn,
wie es oben beschrieben wurde, der Drehspiegel verwendet wird, der
mit der maximal verfügbaren
Drehzahl gedreht werden kann, kann man eine Druckgeschwindigkeit
von zehn Seiten (in A4-Größe) pro
Minute erreichen. Diese Geschwindigkeit ist bei Laserdruckern für den persönlichen
Gebrauch ausreichend. Wird die Zahl der Laserstrahlen weiter erhöht, kann
man eine Geschwindigkeit erreichen, die sich für Laserdrucker für gewerbliche
Zwecke eignet.
-
Jeder
Lichtabstrahlabschnitt 221a der Halbleiterlaseranordnung 221 wird
gemäß den Bilddaten,
die in jede Abtastzeile geschrieben werden sollen, unabhängig gesteuert.
Jeder Lichtabstrahlabschnitt 221a strahlt einen modulierten
Laserstrahl aus. Somit werden Paralleldaten von einem Bilddatenspeicherabschnitt
(in der Zeichnung nicht dargestellt) zur Halbleiterlaseranordnung 221 übertragen.
-
Wie
es später
erläutert
wird unterscheiden sich die Positionen der Bildpunkte in der Abtastrichtung voneinander.
Somit ist die Modulationszeitgabe jedes Laserstrahls gemäß der Größer der
Abweichung dieser Position verzögert.
-
Wie
es in 22 gezeigt ist,
sein nun aus Gründen
der Einfachheit ein optisches Mehrstrahl-Laserabtastsystem betrachtet,
bei dem zwei Laserstrahlen, eine konvexe Kollimatorlinse und eine
konvexe Bilderzeugungslinse Verwendung finden. Die beiden Laserstrahlen
im Abstand d, die von der Halbleiteranordnung 221 abgestrahlt
werden, werden durch die Kollimatorlinse 202 der Brennweite
fc parallelgerichtet. Da sich die Halbleiterlaseranordnung 221 an
einem objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 202 befindet,
schneiden sich die beiden Laserstrahlen an einem bildseitigen Brennpunkt
F derselben. Wenn ein Punkt 206 von d0 =
100 μm auf
der Bildebene 211 abgebildet wird, ist, sofern fi 200 mm
ist, der Durchmesser Wc des Strahls, der in die Abtastlinse eintritt,
d.h. der Parallelricht durchmesser durch die Gleichung (5) gegeben.
Der Punktdurchmesser oder der Strahldurchmesser ist ein Durchmesser,
bei dem die Intensität
des Querschnitts eines Strahls die Leistung der Spitzenintensität mal (l/e2) ist. Die Verteilung dieser Intensität stimmt
mit der Gauß'schen Verteilung überein.
-
-
Jedoch
ist λ die
Wellenlänge
des Lasers, die 780 nm beträgt.
Andererseits hängt
die Brennweite fc der Kollimatorlinse 202 vom Streuwinkel des Laserstrahls
ab, der von der Halbleiterlaseranordnung
221 abgestrahlt
wird. Die Brennweite fc ist durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei θ durch l/e
2 in
voller Breite zusammen mit dem Strahldurchmesser definiert ist.
-
Darüber hinaus
sollte wegen der Anordnung jedes Elementes der Abtasteinheit eine
bestimmte Distanz h zwischen der Kollimatorlinse 202 und
der Reflexionsfläche
der Ablenkeinheit vorgesehen sein. Wenn zudem n Laserstrahlen in
einer Reihe angeordnet sind, ist der Abstand q zwischen den aneinandergrenzenden Reflexionspositionen
von n Laserstrahlen auf der Reflexionsfläche 208 durch die
folgende Gleichung gegeben.
-
-
Nun
wurde ein Kantenabstrahl-Halbleiterlaser, bei dem ein Laserstrahl
von der Kante eines Vorrichtungssubstrates abgestrahlt wird, weit
verbreitet als Halbleiterlaseranordnung verwendet. Wie es im Absatz der
Standes der Technik aus 28 beschrieben
wurde, wird ein angestrahlter Laserstrahl senkrecht zum Substrat der
Halbleiterlaseranordnung 201 gebrochen. Somit wird der
Laserstrahl mit einem Winkel von etwa 30 Grad in voller Breite bei
halbem Maximum gestreut. An diesem Punkt wird die Brennweite fc
der Kollimatorlinse 202 etwa zu 3 mm. Wenn die Zahl von
n Laserstrahlen vier ist und der Abstand h von der Kollimatorlinse 202 zur
Reflexionsfläche
208 100 mm beträgt,
ist der Abstand q der aneinandergrenzenden Strahlreflexionspositionen
9,7 mm. Somit sollte die Größe der Reflexionsfläche um den
Abstand d der aneinandergrenzenden Strahlreflexionspositionen vergrößert werden.
Da es in diesem Zustand gemäß der vorliegenden
Erfindung lediglich eine Reflexionsfläche gibt, kann die Größe der Reflexionsfläche einfacher
erhöht
werden als im Fall, bei dem der Drehpolygonspiegel verwendet wird.
-
Es
ist jedoch vorzuziehen, bei der Halbleiterlaseranordnung 221 einen
sogenannten Obertlächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
zu verwenden. Da jedoch bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 221 die
Querschnittsfläche
der Lichtabstrahlabschnitte 221a größer ist als jene der herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung, sind die Streuwinkel der
Laserstrahlen klein. Wenngleich der Wert des Streuwinkels direkt
von der Fläche
des Lichtabstrahlfensters abhängt,
kann die Fläche
durch einen Ätzvorgang
oder dergleichen präzise
gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Streuwinkel konstantgehalten
werden. Man kann beispielsweise einen Laserstrahl mit einem Streuwinkel
von etwa acht Grad in voller Breite bei halbem Maximum in zufriedenstellender
Weise erhalten. Da beim Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
weiterhin der Strom und das Licht wirkungsvoll in einem optischen
Resonator des Lasers eingeschlossen werden können, kann die Wärmemenge,
die durch jeden Lichtabstrahlabschnitt erzeugt wird, wirkungsvoll
verringert werden. Wenn darüber
hinaus mehrere Lichtabstrahlabschnitte aneinandergrenzend angeordnet
sind, können wechselseitige
optische, elektrische und thermische Störungen verringert werden. Somit
kann der Abstand zwischen den aneinandergrenzenden Lichtabstrahlabschnitten
im Vergleich mit dem konventionellen Halbleiterlaser verringert
werden.
-
Wenn
die oben beschriebene Gleichung (6) auf den Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser mit
einem Strahlstreuwinkel von acht Grad angewandt wird, erlangt die
Brennweite fc der Kollimatorlinse etwa 8 mm. Da zusätzlich der
Abstand der aneinandergrenzenden Lichtabstrahlabschnitte auf der
Halbleiterlaseranordnung auf 50 μm
eingestellt werden kann, wird, wenn die Zahl n der Strahlen 4 ist
und der Abstand h von der Kollimatorlinse 202 zur Reflexionsfläche 208
100 mm beträgt,
durch Anwendung der oben erwähnten
Gleichung (7) der Abstand q zwischen den aneinandergrenzenden Reflexionspositionen
der vier Strahlen auf der Reflexionsfläche etwa 1,73 mm. Somit ist
der Abstand q der benachbarten Reflexionspositionen gegenüber dem Parallelrichtdurchmesser
Wc der Strahlen nicht wahrnehmbar.
-
Insbesondere
wird der Fall betrachtet, bei dem der Punktdurchmesser auf dem Bildträgerelement
auf 50 μm
eingestellt ist, so daß ein
Bild mit einer weitaus größeren Auflösung erzeugt
wird. Durch Anwendung der oben erwähnten Gleichung, wird der Parallelrichtdurchmesser
Wc verdoppelt (nämlich
etwa 4 mm). Somit wird die Brennweite fc der Kollimatorlinse ebenfalls
verdoppelt. Der Abstand q der aneinandergrenzenden Strahlreflexionspositionen
auf der Reflexionsfläche
wird halbiert.
-
Wenn
jeder Strahl nachgeführt
wird, ist der Abstand zwischen benachbarten Strahlen in einer beliebigen
Position auf der optischen Achse weitaus geringer als der Parallelrichtdurchmesser.
Auch dann, wenn bei einem optischen System mehrere Laserstrahlen
Verwendung finden, ist es somit möglich, ein optisches System
zu entwickeln, bei dem lediglich ein typischer Strahl in Erwägung gezogen
wird. Auf diese Weise wird die Entwicklungsarbeit des optischen
Laserabtastsystems stark vereinfacht.
-
Da
darüber
hinaus die Brennweite der Kollimatorlinse dieser Ausführungsform
größer ist
als jene bei dem Fall, bei dem der herkömmliche Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
verwendet wird, können
die Einstellmöglichkeiten
des Abstandes zwischen dem Halbleiterlaser und der Kollimatorlinse
in der optischen Richtung vergrößert werden.
-
Bei
einer Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung,
die sich für
die Mehrstrahlabtasttechnik eignet, ist eine Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser anordnung
zu bevorzugen, bei der ein Gruppe-II-VI-Verbindungs-Halbleiterlaser
im Randbereich des Lichtabstrahlabschnittes eingebettet ist.
-
23 ist eine Schnittansicht,
die einen der Lichtabstrahlabschnitte 221a der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 221 zeigt.
Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, ist auf dem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 222 eine
Halbleiterlaminat-Reflexionsschicht 223 ausgebildet. Die
Reflexionsschicht 223 besteht aus einigen zehn Schichten
zweier Arten von Al-Ga-As-Verbindungen. Auf der Reflexionsschicht 223 befinden
sich eine Plattierschicht 224, eine aktive Schicht 225,
eine Plattierschicht 226 und eine Kontaktschicht 227,
die jeweils aus Al-Ga-As-Verbindungen
bestehen. Auf der Kontaktschicht 227 ist eine dielektrische
SiO2 Reflexionslaminatschicht 228 ausgebildet.
Auf der gesamten Hinterseite des Ga-As-Substrates ist eine fensterförmige Elektrode 229 ausgebildet.
Darüber
hinaus ist am Rand der dielektrischen Reflexionslaminatschicht 228 eine
fensterförmige
Elektrode 230 ausgebildet. Somit bilden sämtliche
Teile, die auf dem Ga-As-Substrat ausgebildet sind, einen optischen
Resonator.
-
Ein
Lichtstrahl, der auf der aktiven Schicht 225 erzeugt wird,
bewegt sich zwischen der oberen Reflexionsschicht 227 und
der unteren Reflexionsschicht 223 in der Richtung senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 222 hin und her. Auf diese Weise
oszilliert der Lichtlichtstrahl. Infolge dessen verläuft die
optische Achse des Laserstrahls 231 beinahe senkrecht zur
Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 222.
-
Am
Rand des optischen Resonators ist ein Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter
als eingebettete Schicht 232 eingebettet. Als Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter
ist es vorzuziehen, eine Verbindung der Gruppe II-VI zu verwenden,
die zwei, drei oder vier Elemente enthält, die sowohl aus den Gruppe-II-Elementen
Zn, Cd und Hg als auch den Gruppe-VI-Elementen O, S, Se und Te gewählt sind.
Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, daß die
Gitterkonstante der Verbindung mit jener der Halbleiterschichten übereinstimmt,
die aus der Plattierschicht 224, der aktiven Schicht 225 und
der Plattierschicht 226 bestehen. Da der elektrische Widerstand des
Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiters
sehr hoch ist, wird der Strom wirkungsvoll im optischen Resonator eingeschlossen.
Da sich darüber
hinaus der Brechungsindex der eingebetteten Schicht 232 von
jenem der Al-Ga-As-Halbleiterschicht unterscheidet, wird der Strahl,
der sich im optischen Resonator exakt oder im wesentlichen senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates 222 bewegt, an der Berührungsstelle
mit der eingebetteten Schicht 232 vollständig reflektiert.
Somit wird der Strahl wirkungsvoll im optischen Resonator eingeschlossen.
Wenn eine derartige Halbleiterlaservorrichtung 221 verwendet
wird, beginnt die Laseroszillation mit einer sehr geringen Strommenge
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Laser. Mit anderen Worten ist der Schwellenwert der Hableiterlaseranordnung 221 niedriger
als jener einer herkömmlichen
Halbleiterlaseranordnung. Somit ist die Größe des Wärmeverlustes auf dem Vorrichtungssubstrat
gering. In 23 ist eine Diode
auf dem Ga-As-Substrat 222 ausgebildet. Das in der aktiven
Schicht 225 erzeugte Licht wandert zwischen den Reflexionsschichten 223 und 238 auf
und ab. Auf diese Weise findet eine Laseroszillation statt. Es wird
ein Laserstrahl 231 von der Reflexionsschicht 228 abgestrahlt,
deren Reflexionsgrad geringer ist als jener der Reflexionsschicht 228 in
der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Vorrichtungssubstrates.
-
Da,
wie es im Absatz des Standes der Technik beschrieben ist, bei einem
herkömmlichen
Laserdrucker ein Bildpunkt eines Laserstrahls, der auf einem Bildträgerelement
ausgebildet wird, eine elliptische Form hat, deren Nebenachse mit
der Abtastrichtung übereinstimmt,
hat der Querschnitt des Laserstrahls, der in die Abtastlinse eintritt,
vorzugsweise eine elliptische Form, bei der die Hauptachse mit der
Abtastrichtung übereinstimmt.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das optische Neigungswinkel-Kompensationssystem jedoch nicht
verwendet. Wenn, wie es oben erläutert
wurde, die Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung verwendet wird,
ist es durch Verwendung einer Kollimatorlinse mit einer anamorphen
Eigenschaft erforderlich, das Verhältnis des Hauptdurchmessers
und des Nebendurchmessers des elliptischen Querschnitts eines Laserstrahls zu
korrigieren, der in die Abtastlinse eintritt. Die Herstellung einer
derartigen Kollimatorlinse bereitet keine Schwierigkeiten. Somit
beeinträchtigt
diese Linse nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung.
-
Bei
der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
kann das elliptische Verhältnis
des Querschnitts eines abgestrahlten Laserstrahls frei gesteuert
werden, ohne daß ein
spezielles optisches System erforderlich ist. Somit kann ein Laserstrahl
in einer elliptischen Form, deren Hauptachse mit der Abtastebene übereinstimmt
und die ein geeignetes elliptisches Verhältnis von Hauptachse und Nebenachse
hat, in die Abtastlinse eintreten. Um mit anderen Worten ein ideales
elliptisches Verhältnis
eines Bildpunktes zu erhalten, ist die Oberflächenlicht-Halbleiterlaseranordnung am besten geeignet.
-
Da
darüber
hinaus beim Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
die Lichtabstrahlabschnitte an beliebigen Positionen angeordnet
sein können,
an denen sie sich nicht gegenseitig stören, können sie zweidimensional auf
der Vorrichtung angeordnet sein. Nun sei bei einem Belichtungssystem,
das das Bildträgerelement mit
vier Laserstrahlen abtastet, die Beziehung zwischen den Abtastzeilen
und den Bildpunkten betrachtet. Es wird darüber der Fall vorausgesetzt,
bei dem eine Abtastsequenz mit vier Abtastzeilen erfolgt. Wenn die
Bildpunkte 206 angeordnet sind, wie es in 24(a) dargestellt ist, kann der Winkel
und der Abstand der benachbarten Laserstrahlen in Vergleich zu dem
Fall verringert werden, bei dem sie in einer Linie angeordnet sind, wie
es in 24(b) gezeigt
ist. Somit können
die Größe der Reflexionsfläche des
Reflektors und die Größen der
anderen optischen Systeme in entsprechender Weise verringert werden.
-
Beim
obigen Beispiel wurde der Fall betrachtet, bei dem vier Laserstrahlen
verwendet wurden. Wenn die Zahl der Laserstrahlen weiter erhöht wird,
können
die Lichtabstrahlabschnitte frei auf der Halbleiterlaseranordnung
angeordnet werden, so daß sich
die Punkte in engsten Positionen auf dem Bildträgerelement befinden. Als Ergebnis
kann man deutlichere Effekte erzielen als bei der oben beschriebenen
Anordnung. In 24(c) ist
ein Beispiel der Anordnung von Bildpunkten gemäß den Abtastzeilen im Fall
von acht Laserstrahlen dargestellt. Mit anderen Worten kann man,
selbst wenn eine Reflexionsfläche
auf dem Drehspiegel vorhanden ist, durch Erhöhung der Strahlzahl eine ausreichend
hohe Druckgeschwindigkeit erreichen.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform
sind beim optischen Abtastsystem die optischen Eigenschaften in
der Hauptabtastrichtung dieselben wie jene in der Nebenabtastrichtung.
Somit gleichen die Positionen von Bildpunkten auf dem Bildträgerelement
jenen auf den Lichtabstrahlabschnitten der Halbleiterlaseranordnung.
-
Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf eine Aufsicht von 25 eine Ablenkeinheit beschrieben, die
bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. Die Ablenkeinheit
ist mit einer Reflexionsfläche 215 ausgestattet.
Die Reflexionsfläche 215 ist
an einem Drehabschnitt eines Motors 216 angebracht. Die
Reflexionsfläche 215 wird
mit konstanter Drehzahl gedreht. Wie es oben soweit erläutert wurde,
hatte der herkömmliche
Polygonspiegel Einschränkungen
beim Herstellungsverfahren und der Konstruktion, um die wechselseitige
Winkelgenauigkeit der Reflexionsflächen beizubehalten. Im allgemeinen
besteht der Drehpolygonspiegel aus einem einzigen Metallstab, der
in Gestalt eines Polygons geschliffen ist. Jede Fläche ist
feingeschliffen und beschichtet. Im Fall der Ablenkeinheit, die übe eine
einzige Reflexionsfläche
verfügt,
kann jedoch ohne das Erfordernis des oben erwähnten Schleifvorgangs durch
Anheften einer flachen Glasplatte mit einer aufgedampften Spiegelfläche die
Ablenkeinheit erzeugt werden. Somit sind die Produktionskosten sehr
gering.
-
Der
Drehabschnitt mit der Reflexionsfläche ist leichter als der herkömmliche
Polygonspiegel. Somit bietet der Drehspiegel eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Vibrationen, die durch dessen Drehungen verursacht werden.
Dieser Drehabschnitt ist derart beschaffen, daß er eine dynamische Balance
zur Drehachse hat. Alternativ dazu ist, sofern es erforderlich ist,
eine dynamische Ausgleichseinrichtung dem Drehabschnitt hinzugefügt.
-
Darüber hinaus
ist der Drehabschnitt derart gestaltet, daß die Mitte der Reflexionsfläche 215 mit
der Drehwelle A übereinstimmen
kann. Wenn ein Laserstrahl 217 in der Nähe der Drehachse A auf die
Reflexionsfläche 15 trifft,
befindet sich selbst bei Drehung der Reflexionsfläche 215 der
Laserstrahl 217 beinahe an einem Punkt auf der Reflexionsfläche 215.
Somit wird die Größe der Reflexionsfläche sehr
klein im Vergleich mit dem herkömmlichen
Drehpolygonspiegel.
-
Darüber hinaus
sind für
den Fall, daß lediglich
eine Reflexionsfläche
vorgesehen ist, die Winkel, in denen Strahlen abgelenkt werden können, weitaus
größer als
bei dem Fall, bei dem der Polygonspiegel verwendet wird. Für den Fall,
bei dem beispielsweise sechs Reflexionsflächen verwendet werden, wie
es in 26 dargestellt
ist, beträgt
unter der Voraussetzung, daß der
Parallelrichtdurchmesser Wc des Laserstrahls 217 0 ist,
die Grenze des Abtastwinkels α 120
Grad, unabhängig
von der Größe der Reflexionsfläche. Andererseits beträgt der wirksame
Abtastwinkel eines optischen Abtastsystems, das in herkömmlicher
Art und Weise ausgebildet werden kann, maximal etwa 90 Grad. Unter
Berücksichtigung
des Parallelrichtdurchmessers Wc eines Laserstrahls, der auf die
Reflexionsfläche
trifft, und des Abstandes einer Erfassungseinheit, die die Abtaststartposition
eines Strahls erfaßt,
erzeugt der oben erwähnte
Spiegel mit sechs Reflexionsflächen
keinen ausreichenden Abtastwinkel der Ablenkeinheit. Somit verringert
sich der effektive Abtastwinkel der Abtastlinse.
-
Wenn
sich andererseits im Falle einer einzigen Reflexionsfläche die
Drehachse auf der Reflexionsfläche
befindet oder die Größe der Reflexionsfläche unendlich
ist, erreicht der effektive Abtastwinkel logischerweise 360 Grad.
Somit kann in diesem Fall eine Abtastlinse mit einem großen Abtastwinkel
verwendet werden und die Größe des optischen
Abtastsystems verringert werden.
-
Im
Fall eine einzigen Reflexionsfläche
beträgt
darüber
hinaus die Zeitdauer, für
die die Reflexionsfläche
tatsächlich
für eine
Abtastsequenz verwendet wird, etwa 10% der Zeitdauer einer Drehung
derselben. Die übrige
Zeitdauer ist nicht Bestandteil der Abtastsequenz. Wenn ein Laserstrahl
in der verbleibenden Zeitdauer abgestrahlt wird, trifft er auf die
Rückseite
der Reflexionsfläche.
Auf diese Weise wird unerwünschtes
Reflexionslicht auf dem Bildträgerelement
abgebildet. Daher ist eine Schaltung vorgesehen, die die Laseroszillation in
der unnötigen
Zeitdauer stoppt.
-
Alternativ
dazu wird durch Verwendung der Periode, die nicht an der Abtastsequenz
beteiligt ist, nachdem die Laseroszillation begonnen hat, die Lichtstärke erfaßt und dadurch
der Laserantriebsstrom derart eingestellt, daß man eine vorbestimmte Lichtstärke erhält. Um zu
verhindern, daß ein
unnötig
reflektierter Laserstrahl das Bildträgerelement erreicht, ist es
vorzuziehen, den Winkel der Randelemente der Ablenkeinheit in geeigneter
Weise auszubilden oder eine Oberflächenbehandlung auszuführen, die
die Reflexion unnötigen Lichtes
verhindert.
-
Die
oben erwähnte
Ausführungsform
ist lediglich eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Selbst wenn die Konstruktion der Kollimatorlinse
und der Abtastlinse sowie die Beziehung ihrer Relativpositionen
verändert
werden, kann man dieselben Wirkungen der vorliegenden Erfindung
erzielen. Darüber
hinaus wird darauf hingewiesen, daß man, selbst wenn der Drehspiegel
unter Anwendung eines anderen Verfahrens, wie etwa einem Kunststoff-Spritzgußvertahren
aufgebaut und/oder hergestellt ist, dieselben Effekte erzielen kann.
Darüber
hinaus können
neben dem Drehspiegel, der sich in eine Richtung mit konstanter
Drehzahl dreht, mit einem sogenannten Galvanospiegel, der drehend
vibriert, die Effekte der vorliegenden Erfindung in ähnlicher
Weise erreicht werden.
-
Weiterhin
ist die Konstruktion der Vorrichtung des Oberflächenlichtabstrahllasers, der
in der oben erwähnten
Ausführungsform
beschrieben wurde, lediglich ein Beispiel, das umgesetzt werden
kann. Solange die Eigenschaften des Streuwinkels jedes abgestrahlten
Strahls, der Abstand der Lichtanstrahlabschnitte und dergleichen
dieselben sind wie jene der oben erwähnten Ausführungsform, kann man dieselben
Wirkungen wie jene der vorliegenden Erfindung unabhängig von
ihrer Konstruktion erreichen.
-
Es
ist klar, das der Umfang der Einsatzgebiete des Bilderzeugungsgerätes der
vorliegenden Erfindung Faxgeräte
und Anzeigeeinheiten, wie auch Druckgeräte, wie etwa Drucker und Kopiermaschinen
umfaßt.
Bei diesen Geräten
und Einheiten können
dieselben Effekte der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
-
3-3 Wirkungen
-
Da,
wie oben beschrieben, beim Bilderzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung
der Drehspiegel mit einer flachen Reflexionsfläche als Ablenkeinheit verwendet wird,
wird der Drehabschnitt der Ablenkeinheit klein und erhält ein geringes
Gewicht. Somit kann die Ablenkeinheit in einfacher Art und Weise
hergestellt werden. Darüber
hinaus werden die dynamischen Vibrationseigenschaften der Ablenkeinheit
verbessert. Da weiterhin auf das optische Neigungswinkel-Kompensationssystem
und das optische anamorphe System verzichtet wird, kann ein optisches
Abtastsystem mit einem sehr einfachen Aufbau erreicht werden, das
einfach zusammengesetzt und eingestellt werden kann. Da darüber hinaus
das Mehrstrahlsystem Verwendung findet, kann die Abtastgeschwindigkeit,
die dieselbe wie jene des herkömmlichen
Gerätes
ist, beibehalten werden.
-
Insbesondere
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, insbesondere wenn die Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
verwendet wird, mit der Kollimatorlinse und der Abtastlinse anstelle
eines neuen zusätzlichen
optischen Systems die Größe der Reflexionsfläche verringert
werden. Darüber
hinaus kann das elliptische Verhältnis
des Bildpunktes auf der Bildebene frei eingestellt werden.
-
Abschnitt 4: Vierte Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
4-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
Bevor
eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zum besseren Verständnis ihrer
Konzeption ihr Stand der Technik beschrieben.
-
3 ist eine Schnittansicht,
die einen optischen Weg eines herkömmlichen Bilderzeugungsgerätes darstellt.
In der Zeichnung wird ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser 301 abgestrahlt
wird, mit einem Streuwinkel θ ausgesendet.
Dieser Strahl wird durch eine Kollimatorlinse 302 mit einer
Brennweite fc zu einem beinahe parallelgerichteten Strahl umgeformt.
Jeder Strahl wird an der Reflexionsfläche 308 des Drehpolygonspiegels
durch eine Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 gebündelt. Der
Strahl, der durch den Drehpolygonspie gel 308 abgelenkt
wird, wird durch eine zweite Neigungswinkel-Kompensationslinse 307' parallelgerichtet.
Anschließend
wird der Strahl als Punkt auf einem Bildträgerelement durch eine Abtastlinse 304 einer Brennweite
fi abgebildet. Da die Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' keine optische
Brechkraft haben, bleibt der Strahl auf einer Ebene parallel zur
Abtastebene parallel. Mit anderen Worten wird der Strahl als Linienbild
auf der Reflexionsfläche 308 des
Drehpolygonspiegels abgebildet.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb der Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' beschrieben. Die
Neigung jeder Reflexionsfläche 308 des
Drehpolygonspiegels hat einen Fehler im Bereich einiger zehn Sekunden
in den Winkeln zur Drehachse. Somit hat die Bildposition des Strahls,
der auf diese Fläche
reflektiert wird, eine Abweichung in der Nebenabtastrichtung auf
der Oberfläche
des Bildträgerelementes
infolge der Wirkung des "Optischen
Hebels". Diese Abweichung
ist im Vergleich zu den Teilungsabständen der Abtastzeilen zu groß, um sie
zu ignorieren. Um diese Abweichung zu verhindern, wird, wie in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 48-49315 beschrieben,
eine Neigungswinkel-Kompensationslinse 307' verwendet, die es gestattet, daß jede Reflexionsfläche des
Polygonspiegels und die Oberfläche
des Bildträgerelementes
(die Fläche,
auf der das Bild ausgebildet wird) an optisch konjugierten Positionen
angeordnet werden können.
Diese Neigungswinkel-Kompensationslinse 207' ist normalerweise eine zylindrische
Linse oder eine torische Linse, die lediglich auf einer Teilabtastebene
eine optische Brechkraft hat. Selbst wenn die Reflexionsfläche geneigt
ist, wie es mit 308' von 33 gezeigt ist, wird der
Strahl immer in derselben Position auf der Bilderzeugungsfläche abgebildet.
-
Da
sich jedoch in den letzten Jahren die Möglichkeiten der Verwendung
von Computern stark verbessert haben, besteht dringender Bedarf
an der Verbesserung der Ausgabegeschwindigkeiten dieser Geräte. Demzufolge
wurden die Geräte
aktiv verbessert. Eine Ablenkeinheit, bei der ein sich drehender
Polygonspiegel zur Verwendung kommt, lenkt jedoch einen Lasterstrahl
beispielsweise pro Facette ab und zeichnet eine Abtastzeile. Um
die Zahl der Abtastzeilen in einer bestimmten Zeitperiode zu erhöhen, muß somit
unter der Voraussetzung, daß die
Zahl der Flächen
des sich drehenden Polygonspiegels konstant ist, die Drehzahl erhöht werden.
Andererseits muß unter
der Voraussetzung, daß die
Drehzahl konstant ist, die Zahl der Flächen des sich drehenden Polygonspiegels
erhöht
werden. Wenn die Drehzahl des Drehpolygonspiegels zunimmt, sollte
ein Lager mit dynamischem oder statischem Druck von Gas oder einer
Flüssigkeit
verwendet werden. Diese Lager sind teuer und schwierig zu handhaben.
Somit ist es schwierig, diese in herkömmlichen Laserdruckern zu verwenden.
Wenn andererseits die Zahl der Flächen des Drehpolygonspiegels
erhöht
wird, verringert sich der Ablenkwinkel. Somit vergrößert sich
die Länge
des optischen Wegs, der der Ablenkeinheit folgt, wobei sich der
Parallelrichtdurchmesser des Laserstrahls, der in das optische Bilderzeugungssystems
eintritt, proportional größer wird.
Somit vergrößern sich
die Linse und der Drehpolygonspiegel. Insbesondere wenn eine hohe
Auflösung
des Bilderzeugungsgerätes
zusammen mit einer hohen Ausgabegeschwindigkeit desselben erforderlich
ist, sind, da die Zahl der Abtastzeilen ebenfalls größer wird,
eine höhere
Drehzahl und ein längerer optischer
Weg erforderlich. Diese Situation trifft auch auf den Fall zu, bei
dem' die Deflektoreinheit
kein Drehpolygonspiegel ist. In diesem Fall nehmen die Abtastfrequenz
und die Länge
des optischen Weges, der der Deflektoreinheit folgt, zu. Um dieses
Problem zu lösen,
wurde eine neue Belichtungstechnik zum Schreiben mehrerer Abtastzeilen
mit mehreren Laserstrahlen in einer Abtastsequenz entwickelt. Diese
Technik wird als Mehrstrahl-Belichtungstechnik bezeichnet.
-
Um
mehrere Laserstrahlen zu erhalten, werden mehrere Gaslaser- (wie
etwa He-Ne-) Oszillatoren
als Lichtquelle verwendet. Alternativ dazu wurde eine Technik entwickelt,
bei der ein Laserstrahl, der durch einen Oszillator erzeugt wird,
zeitlich in mehrere Abschnitte durch einen akustooptischen Modulator
(AOM) oder dergleichen unterteilt wird. Als Technik zu Vereinfachung
des Gerätes
und der Verringerung seiner Größe wird
jedoch beispielsweise, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
No. SHO 54-7328 beschrieben ist, eine Technik vorgeschlagen, bei
der eine Halbleiterlaseranordnung, bei der mehrere lichtabstrahlende
Abschnitte integral auf einer Vorrichtung angeordnet sind, als Lichtquelle
verwendet wird. Diese Technik wird als Mehrstrahl-Laserabtasttechnik
bezeichnet.
-
Wenn
jedoch mehrere Laserstrahlen mit parallelen optischen Achsen in
eine Kollimatorlinse eintreten, neigen die optischen Achsen dazu,
in großen
Winkeln gestreut zu werden. Somit wird die Größe der Reflexionsfläche der
Ablenkeinheit und die Größe der Linse,
die das optische System bildet, im Vergleich zur Technik, bei der
lediglich ein Laserstrahl verwendet wird, sehr groß.
-
34 ist eine Schnittansicht,
die einen optischen Weg von einer Halbleiteranordnung zu einem Bildträgerelement
gemäß der Mehrstrahl-Laserabtasttechnik
zeigt. Nun wird aus Gründen
der Einfachheit ein optisches Mehrstrahl-Laserabtastsystem mit zwei
Laserstrahlen, einer konvexen Kollimatorlinse und einer konvexen
Bilderzeugungslinse betrachtet. Die beiden Laserstrahlen im Abstand δ, die von
einer Halbleiterlaseranordnung 321 abgestrahlt werden,
werden durch die Kollimatorlinse 302 der Brennweite fc
parallelgerichtet. Da sich die Halbleiterlaseranordnung 321 an
einem objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 302 befindet,
schneiden sich die beiden Laserstrahlen an einem bildseitigen Brennpunkt
F derselben. Wenn ein Punkt 306 von d0 =
100 μm auf
der Bildebene 311 abgebildet wird, ist, sofern fi 200 mm
ist, der Durchmesser Wc des Strahls, der in die Abtastlinse eintritt,
d.h. der Parallelrichtdurchmesser durch die Gleichung (8) gegeben.
Der Punktdurchmesser oder der Strahldurchmesser ist ein Durchmesser,
bei dem die Intensität
des Querschnitts eines Strahls die Leistung der Spitzenintensität mal (l/e2) ist. Die Verteilung dieser Intensität stimmt
mit der Gauß'schen Verteilung überein.
-
-
Jedoch
ist λ die
Wellenlänge
des Lasers, die 780 nm beträgt.
Somit beträgt
der Parallelrichtdurchmesser Wc etwa 2 mm.
-
Bei
der sogenannten Kantenabstrahl-Laserdiode, die normalerweise verwendet
wurde, unterscheidet sich, wie es in einer konzeptionellen schematische
Darstellung von 35 gezeigt
ist, der Strahlstreuwinkel einer Ebene, die die optische Achse enthält und parallel
zur Kontaktfläche
verläuft,
in großem
Maße von
jenem einer Ebene, die optische Achse enthält und senkrecht zur Kontaktfläche verläuft. Beim
herkömmlichen
Halbleiterlaser beträgt
der Streuwinkel θp
auf einer Ebene parallel zur Kontaktfläche etwa 10 Grad in voller
Breite bei halbem Maximum. Auf einer Ebene senkrecht zur Kontaktfläche nimmt
infolge der Brechungswirkung der Streuwinkel θt etwa 30 Grad in voller Breite
bei halbem Maximum an. Darüber
bereitet es Schwierigkeiten, die Streuwinkel 8t und θp sowie
deren Verhältnis
(nämlich
das Verhältnis
des längeren
Durchmessers und des kürzeren
Durchmessers der Ellipse des Strahls) frei einzustellen. Um den
Großteil
des abgestrahlten Strahls wirkungsvoll zu nutzen, ist es erforderlich,
die Kopplungseffizienz der Halbleiterlaseranordnung und der Kollimatorlinse
anzuheben. Um den Parallelrichtdurchmesser von 2 mm zu erhalten,
sollte die Brennweite fc der Kollimatorlinse 2 etwa 3 mm
betragen. Andererseits kann bei der herkömmlichen Halbleiterlaseranordnung
der Abstand δ der
aneinandergrenzenden Lichtabstrahlabschnitte infolge ihrer wechselseitigen
Störungen
nicht auf weniger als 100 μm
eingestellt werden.
-
Der
Abstand vom bildseitigen Brennpunkt F der Kollimatorlinse 302 zur
Reflexionsfläche 308 der
Ablenkeinheit sollte wegen der Gegenwart jedes Elementes der Abtasteinheit
h betragen. Wenn andererseits der Abstand zwischen den beiden am
weitesten entfernten von mehreren Lichtabstrahlabschnitten auf der
Halbleiterlaseranordnung 321 δmax ist, kann der Abstand q
dieser beiden Strahlen auf der Reflexionsfläche 308 der Ablenkeinheit
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden
-
-
Wenn
beispielsweise die Zahl der Strahlen vier ist und der Abstand der
benachbarten Lichtabstrahlabschnitte, die in einer Linie auf der
Halbleiterlaseranordnung angeordnet sind, 0,1 mm beträgt, ist δmax 3 ×6 = 0,3
mm. Wenn der Abstand h vom bildseitigen Brennpunkt F der Kollimatorlinse 302 zur
Reflexionsfläche 308 50
mm beträgt,
ist q 5 mm. Somit sollte die Größe der Reflexionsfläche wenigstens
der Wert sein, bei dem der Abstand q und der Laserstrahl-Parallelrichtdurchmesser
addiert sind. Mit anderen Worten vergrößert sich der Drehabschnitt
der Ablenkeinheit wodurch das Lager einer hohen Belastung ausgesetzt
ist.
-
Darüber hinaus
dreht sich die Ablenkeinheit mit einer Unwucht. Gemäß der Gleichung
(9) nimmt der Wert q zu, wenn der Wert von fc/δmax abnimmt.
-
Als
nächstes
wird der Fall betrachtet, bei dem die oben erwähnten Neigungswinkel-Kompensationslinsen 307 und 307' dem optischen
Abtastsystem hinzugefügt
sind. Da die Neigungswinkel-Kompensationslinsen anamorphe optische
Elemente sind, unterscheiden sich die optischen Eigenschaften auf
der Abtastebene von jenen auf der Nebenabtastebene. Da, wie oben
beschrieben, die Neigungswinkel-Kompensationslinsen auf der Abtastebene
keine optische Brechkraft haben, kann man durch Anwendung der oben
erwähnten
Gleichung (9) den Abstand q der beiden am weitesten entfernten Strahlen
auf der Reflexionsfläche
auf der Abtastebene erhalten. Somit ist es ausreichend, lediglich
die Nebenabtastebene zu berücksichtigen. 36 ist eine Schnittansicht,
die einen optischen Weg auf der Nebenabtastebene einschließlich der
Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 zeigt. Die Zeichnung
stellt Elemente dar, die von der Halbleiterlaseranordnung 321 zur Reflexionsfläche 308 der
Ablenkeinheit angeordnet sind.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, wird auf der Nebenabtastebene jeder Strahl
als Zeilenbild auf der Reflexionsfläche 308 der Ablenkeinheit
abgebildet. Jedes Zeilenbild wird mit einem Abstand q rechts auf
der Reflexionsfläche
in der Nebenabtastrichtung abgebildet. Wenn die Brennweite der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 auf
der linken Seite der Strahlablenkeinheit ft ist, der Abstand vom
bildseitigen Brennpunkt F der Kollimatorlinse 302 zur Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 t1
ist und der Abstand von der Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 zur
Reflexionsfläche 308 der
Ablenkeinheit t2 ist, sind, vorausgesetzt, daß die Symbole in 34 verwendet werden, der
gegenseitige Abstand q' der
beiden am weitesten entfernten Laserstrahlen, die in die Neigungswinkel-Kompensationslinse 307 eintreten
und der gegenseitige Abstand q dieser Strahlen, die auf die Reflexionsfläche 308 fallen,
durch die Gleichungen (10) bzw. (11) gegeben.
-
-
-
Um
im allgemeinen eine Strahlentaille eines parallelgerichteten Laserstrahls
auf der Abtastebene zuzulassen, sollte die Beziehung ft = t2 erfüllt sein.
-
Wenn
t1 < ft gibt es
keinen Schnittpunkt von zwei Strahlen auf der Bildseite. Somit gilt
die Beziehung q < q'. Wenn sich der Wert
von t1 verringert, nimmt der Wert von q zu. Wenn t1 beispielsweise
20 mm, ft 30 mm und t2 30 mm ist, dann ist q' 2mm und q 3 mm. Die Gleichung (11)
enthält
q'. Mit Hilfe der
Gleichung (10) wird bei der Erhöhung
des Wertes von fc/δmax
der Wert von q' gering.
Da an diesem Punkt die Beziehung t1 + t2 = h erfüllt ist, können die oben erwähnten Berechnungen
auf die Abtastebene angewandt werden. Mit anderen Worten ist bei
diesem Beispiel der Abstand der beiden am weitesten entfernten Strahlen
in der Nebenabtastrichtung gering.
-
Diese
Situation kann ebenfalls auf den wechselseitigen Abstand jedes von
mehreren Laserstrahlen zutreffen, die in die Abtastlinse 4 eintreten.
Wenn mit anderen Worten die Einfallsposition der oben erwähnten Neigungswinkel-Kompensationslinse
die Einfallsposition der Abtastlinse ist, kann die Gleichung (10)
angewandt werden. Der Abstand von der Kollimatorlinse zur Abtastlinse
ist größer als
jener des oben beschriebenen Beispiels. Somit sollte die Größe der Abtastlinse
weiter erhöht
werden.
-
Im
allgemeinen hat die Kollimatorlinse die höchste Brechkraft der optischen
Elemente, die das optische Laserstrahl-Abtastsystem bilden. Mit
anderen Worten ist die Brennweite der Kollimatorlinse die kürzeste bei
den anderen Konstruktionselementen des optischen Laserstrahl-Abtastsystems.
Somit wird auf dem Weg, auf dem mehrere Laserstrahlen, die von einer
Halbleiterlaseranordnung abgestrahlt werden, ein Bildträgerelement
durch ein optisches System erreichen, die wechselseitigen Winkel
der Laserstrahlen größtmöglich geändert, wenn
die Laserstrahlen die Kollimatorlinse durchlaufen.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
wurde eine Technik vorgeschlagen, mit der unterschiedliche optische Elemente
hinzugefügt
werden, die bewirken, daß die
Positionen mehrerer reflektierter Laserstrahlen verschmälert werden.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. SHO 56-69611 befindet
sich ein brennpunktloses optisches System hinter einer Kollimatorlinse,
um so jeden Strahl auf einer Reflexikonsfläche zu sammeln. Das Hinzufügen eines
derartigen optischen Systems führt
jedoch zu einer komplizierten Konstruktion des optischen Abtastsystems.
Somit ist es vom Standpunkt der Kosten, der Einstellbarkeit und
der Zuverlässigkeit
ungeeignet. Wenn sich darüber
hinaus mehrere Laserstrahlen auf unterschiedlichen optischen Wegen
Ausbreiten, sollte das optische System derart beschaffen sein, daß die Aberration
und die Größe jedes Bildpunktes
bestimmte Werte für
jeden Laserstrahl erfüllen.
Somit nimmt die Zahl der Entwurfsschritte zu, wodurch sich die Entwicklungsdauer
des Bilderzeugungsgerätes
verlängert.
Darüber
hinaus ist es schwierig, Lösungen
zu erreichen, bei denen sämtliche
Laserstrahlen in beliebigen Positionen des Abtastbereiches die gewünschten
Spezifikationen erfüllen.
Mit anderen Worten führen
derartige Anforderungen zu einem kritischen Problem eines Bilderzeugungsgerätes mit
einer hohen Auflösung
oder kleinem Durchmesser von Bildpunkten, was erweiterte Entwicklungstechniken
erfordert.
-
Darüber hinaus
sollte das optische Laserabtastsystem, das derartig schwierige Anforderungen
erfüllt, größere Reflexionsflächen der
Abtasteinheit und größere effektive
Durchmesser der Linsen haben als jene des herkömmlichen optischen Lasterstrahl-Abtastsystems,
bei dem ein Laserstrahl verwendet wird. Darüber hinaus ist die Konstruktion
des Erstgenannten komplizierter als die des Letztgenannten. Mit
anderen Worten erfordert das erstgenannte Gerät eine große Zahl von Linsen und präzise Einstellungen
der Linsenpositionen. Somit können
die herkömmlichen
Produktionseinrichtungen im allgemeinen nicht verwendet werden.
-
4-2 Aufbau der vorliegenden
Erfindung
-
30 ist eine schematische
Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Bilderzeugungsgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das Verfahren zum Erhalt eines Druckergebnisses
auf einem Bildtransfermaterial 351 stimmt mit einem sogenannten
elektrofotografischen Verfahren überein.
Als Bildträgerelement 305 eines
elektrofotografischen Druckers, bei dem ein Halbleiterlaser als
Lichtquelle Verwendung findet, wird im allgemeinen ein organischer
Fotoleiter (OPC) mit einer erhöhten
Empfindlichkeit im Bereich der längeren Wellenlängen verwendet.
Dieses Bildträgerelement 305 wird
auf ein vorbestimmtes Oberflächenpotential durch
eine Ladungseinrichtung 352 aufgeladen. Anschließend führt eine
Laserstrahlabtasteinheit 353 einen Lichtschreibvorgang,
d.h. einen Licht-Belichtungsvorgang
aus. Gemäß den Bildinformationen
von der Laserstrahlabtasteinheit 353 werden mehrere Laserstrahlen 354,
deren Lichtstärken
individuell moduliert werden, über
das Bildträgerelement 305 in
dessen Längsrichtung
geführt,
wodurch elektrische Ladungen erzeugt werden, die das Oberflächenpotential
lediglich im belichteten Teil neutralisieren. Auf diese Weise wird
der Absolutwert des Oberflächenpotentials
dieses Abschnittes gering. Infolge dessen wird auf dem Bildträgerelement 305 eine
Verteilung eines Oberflächenpotentials
gemäß dem Bild,
d.h. ein statisches Latenzbild ausgebildet. Eine Entwicklereinheit 355 läßt ein Entwicklermittel
gemäß der Oberflächenpotentiale
am Bildträgerelement 305 wahlweise
haften. Auf diese Weise wird das statische Latenzbild entwickelt.
Das Entwicklermittel wird auf ein Transfermaterial 351 (normalerweise
Papier) durch eine Transfereinheit 356 übertragen. Das Entwicklermittel
auf dem Transfermaterial 351 wird mit thermischem Druck
durch eine Fixiereinheit 357 fixiert. Danach wird das Transfermaterial 351 aus
der Vorrichtung entnommen.
-
29 ist eine schematische
Darstellung des Aufbaus eines optischen Laserstrahl-Abtastsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der Laserstrahlabtasteinheit 353, die in 30 dargestellt ist, werden
die Laserstrahlen 354 zurückreflektiert und nach unten
abgestrahlt. Bei diesem Beispiel ist der optische Weg der Laserstrahlen
vereinfacht. In der Zeichnung werden Laserstrahlen, die von mehreren
Lichtabstrahlabschnitten 341a einer monolithischen Halbleiterlaseranordnung 341 abgestrahlt
werden, zu Laserstrahlen mit einem vorbestimmten Strahldurchmesser
durch eine Kollimatorlinse 302 parallelgerichtet. Die Laserstrahlen
treffen auf einen Drehpolygonspiegel 303. Wenn sich der
Drehpolygon spiegel 303 dreht, werden diese Laserstrahlen
abgelenkt. Die Laserstrahlen, die eine Bilderzeugungslinse 304 durchlaufen,
werden als Punkte 306 auf dem Bildträgerelement 305 abgebildet.
Das Licht und die Lichtstärke
jedes der Lichtabstrahlabschnitte 341a wird getrennt durch
eine Steuereinheit 360 gesteuert.
-
Als
Halbleiterlaseranordnung, die über
derartige Eigenschaften verfügt,
sollte vorzugsweise eine sogenannte Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
verwendet werden. Besser ist eine Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung,
in der ein Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter eingebettet ist.
-
31 ist eine Schnittansicht,
die einen der lichtabstrahlenden Abschnitte zeigt, die zweidimensional auf
einem Vorrichtungssubstrat der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
angeordnet sind.
-
Wie
es in der Zeichnung dargestellt ist, ist auf dem Ga-As-Vorrichtungssubstrat 322 eine
Halbleiterlaminat-Reflexionsschicht 322 ausgebildet. Die
Reflexionsschicht 322 besteht aus einigen zehn Schichten
zweier Arten von Al-Ga-As-Verbindungen. Auf der Reflexionsschicht 322 befinden
sich eine Plattierschicht 324, eine aktive Schicht 325,
eine Plattierschicht 326 und eine Kontaktschicht 327,
die jeweils aus Al-Ga-As-Verbindungen bestehen. Auf der Kontaktschicht 327 ist
eine dielektrische SiO2-Reflexionslaminatschicht 328 ausgebildet.
Auf der gesamten Hinterseite des Ga-As-Substrates ist eine fensterförmige Elektrode 329 ausgebildet.
Darüber
hinaus ist am Rand der dielektrischen Reflexionslaminatschicht 328 eine
fensterförmige
Elektrode 330 ausgebildet. Somit bilden sämtliche
Teile, die auf dem Ga-As-Substrat ausgebildet sind, einen optischen
Resonator. Ein Lichtstrahl, der auf der aktiven Schicht 325 erzeugt
wird, bewegt sich zwischen der oberen Reflexionsschicht 327 und
der unteren Reflexionsschicht 323 in der Richtung senkrecht
zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates hin und her. Auf diese Weise oszilliert
der Lichtlichtstrahl. Infolge dessen verläuft die optische Achse des
Laserstrahls 331 beinahe senkrecht zur Oberfläche des
Vorrichtungssubstrates. Am Rand des optischen Resonators ist ein
Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter als eingebettete Schicht 332 eingebettet. Als
Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiter ist es vorzuziehen, eine Verbindung
der Gruppe II-VI zu verwenden, die zwei, drei oder vier Elemente
enthält,
die sowohl aus den Gruppe-II-Elementen Zn, Cd und Hg als auch den Gruppe-VI-Elementen
O, S, Se und Te gewählt
sind. Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, daß die
Gitterkonstante der Verbindung mit jener der Halbleiterschichten übereinstimmt,
die aus der Plattierschicht 324, der aktiven Schicht 325 und
der Plattierschicht 326 bestehen. Da der elektrische Widerstand
des Gruppe-II-VI-Verbindungshalbleiters
sehr hoch ist, wird der Strom wirkungsvoll im optischen Resonator
eingeschlossen. Da sich darüber
hinaus der Brechungsindex der eingebetteten Schicht 332 von
jenem der Al-Ga-As-Halbleiterschicht unterscheidet, wird der Strahl,
der sich im optischen Resonator exakt oder beinahe senkrecht zur
Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates bewegt, an der Berührungsstelle mit der eingebetteten
Schicht 332 vollständig
reflektiert. Somit wird der Strahl wirkungsvoll im optischen Resonator
eingeschlossen.
-
Wenn
eine derartige Halbleiterlaseranordnung verwendet wird, beginnt
die Laseroszillation mit einer sehr geringen Stromstärke im Vergleich
zur herkömmlichen
Laseranordnung. Mit anderen Worten ist der Schwellenwert der Halbleiterlaseranordnung
geringer als jener des herkömmlichen
Halbleiterlasers. Somit ist die Menge des Wärmeverlustes gering. In 31 ist eine Diode auf dem
Ga-As-Vorrichtungssubstrat 322 ausgebildet. Das Licht,
das in der aktiven Schicht 325 erzeugt wird, bewegt sich
zwischen den Reflexionsschichten 323 und 328 hin
und her. Auf diese Weise erfolgt eine Laseroszillation. Ein Laserstrahl 331 wird
von der Reflexionsschicht 328 abgestrahlt, deren Reflexionsvermögen geringer
ist als jenes der Reflexionsschicht 328 in der Richtung
senkrecht zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates.
-
Da
darüber
hinaus die Querschnittsfläche
(Nahfeldmuster) der laserstrahlabstrahlenden Abschnitte der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
größer ist
als jene der herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung, sind die Streuwinkel der
Laserstrahlen klein. Wenngleich der Streuwinkel durch die Fläche des
Lichtabstrahlfensters bestimmt ist, kann die Fläche durch einen Ätzvorgang
oder dergleichen präzise
gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Streuwinkel konstantgehalten
werden. Beispielsweise kann man einen Laserstrahl mit einem Streuwinkel
von etwa acht Grad in voller Breite bei halbem Maximum zufriedenstellend
erhalten. Da darüber
hinaus beim Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
der Strom und das Licht wirkungsvoll in einem optischen Resonator
des Laser eingeschlossen werden können, kann die Menge der Wärme, die
durch jeden Lichtabstrahlabschnitt erzeugt wird, verringert werden.
Wenn darüber
hinaus mehrere Lichtabstrahlabschnitte aneinandergrenzend angeordnet
sind, können
wechselseitige optische, elektrische und thermische Störungen im
Vergleich zur herkömmlichen
Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung deutlich verringert werden.
Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den benachbarten Lichtabstrahlabschnitten
im Vergleich mit dem herkömmlichen
Halbleiterlaser verringert werden. Mit anderen Worten kann die Größenordnung
von 50 um erreicht werden.
-
Wie
es im Absatz des Standes der Technik beschrieben ist, sollte, um
parallelgerichtete Strahlen mit einem Durchmesser von 2 mm unter
Verwendung des oben erwähnten
Lichtabstrahl-Halbleiterlasers zu erzeugen, die Brennweite fc der
Kollimatorlinse etwa 8 mm betragen. Da darüber hinaus der Abstand δ der benachbarten
Lichtabstrahlabschnitte auf der Halbleiterlaseranordnung 341 auf
50 μm eingestellt
werden kann, wird in dem Fall, bei dem vier Strahlen in einer Reihe
angeordnet sind, δmax
150 μm.
Wenn die Reflexionsfläche der
Ablenkeinheit in derselben Position (gegenüber der Kollimatorlinse) angeordnet
ist, wie die Ausführungsform
des Standes der Technik, erreicht der Abstand q der benachbarten
Strahlreflexionspositionen auf der Reflexionsfläche das 1/5-Fache des Wertes
der Ausführungsform
des Standes der Technik. Der Wert fc/δmax der Ausführungsform des Standes der
Technik ist etwa 10 Andererseits erreicht gemäß der vorliegenden Erfindung der
Wert fc/δmax
etwa 53. Wenn wie bei der Ausführungsform
des Standes der Technik der Abstand h von der Kollimatorlinse zur
Reflexionsfläche
50 mm beträgt,
ist der Abstand q der benachbarten Reflexionspositionen etwa 0,94 μm. Dieser
Wert ist im Vergleich zum Parallelrichtdurchmesser Wc der Strahlen
nicht groß.
-
Im
besonderen wird der Fall betrachtet, bei dem der Punktdurchmesser
auf dem Bildträgerelement
auf 50 μm
eingestellt ist, so daß ein
Bild mit einer weitaus höheren
Auflösung
erzeugt wird. Durch Anwenden der oben erwähnten Gleichung wird der Parallelrichtdurchmesser
Wc verdoppelt (d.h. er beträgt
etwa 4 mm). Somit wird die Brennweite fc der Kollimatorlinse ebenfalls
verdoppelt. Der Abstand q der benachbarten Strahlreflexionspositionen
auf der Reflexionsfläche
wird halbiert.
-
Wenn
die Strahlen verfolgt werden, ist der Abstand der benachbarten Strahlen
in einer beliebigen Position auf der optischen Achse weitaus geringer
als der Parallelrichtdurchmesser. Selbst wenn in einem optischen
System mehrere Laserstrahlen verwendet werden, ist es somit möglich, das
optische System mit lediglich einem typischen Strahl zu entwickeln.
Auf diese Weise wird die Entwicklungsarbeit des optischen Laserabtastsystems
stark vereinfacht. Wenn die Genauigkeit der Bildpunkte nicht wichtig
ist, kann das herkömmliche
optische Laserstrahlabtastsystem mit einem Laserstrahl in unveränderter
Form verwendet werden.
-
Da
darüber
hinaus beim Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
die Lichtabstrahlabschnitte an beliebigen Positionen angeordnet
sein können,
an denen sie sich nicht gegenseitig stören, können sie auf der Vorrichtung
zweidimensional angeordnet sein. Die Laserstrahlen, die von den
Lichtabstrahlabschnitten abgestrahlt werden, die auf dem Vorrichtungssubstrat
angeordnet sind, werden um die optische Vergrößerung M des optischen Abtastsystems
vergrößert, wobei
der Abstand der benachbarten Lichtabstrahlabschnitte δ ist. Anschließend werden
die resultierenden Strahlen als Punkte auf dem Bildträgerelement
abgebildet, wobei der Abstand der benachbarten Punkte δ' ist. Der Wert M
ist beinahe gleich dem Verhältnis
der Brennweite der Kollimatorlinse und jenem der Abtastlinse.
-
Nun
werden bei einem Belichtungssystem, das das Bildträgerelement
mit vier Laserstrahlen abtastet, die Beziehung zwischen den Abtastzeilen
und den Bildpunkten betrachtet. Darüber hinaus wird der Fall vorausgesetzt,
bei dem vier benachbarte Abtastzeilen in einer Abtastsequenz gezogen
werden. Nun ist der Abstand der beiden am weitesten beabstandeten
Bildpunkten mit δmax
dargestellt. Wenn die Bildpunkte angeordnet sind, wie es in 32(a) gezeigt ist, kann
der Wert δmax
im Vergleich zu dem Fall verringert werden, bei dem sie in einer
Linie angeordnet sind, wie es in 32(b) gezeigt
ist. Die Positionen der Bildpunkte auf dem Bildträgerelement
gleichen jenen der Lichtabstrahlabschnitte auf der Halbleiterlaseranordnung.
Wenn alternativ dazu das optische Neigungswin kel-Kompensationssystem
verwendet wird, findet eine Zuordnungsbeziehung statt, bei der die
Nebenabtastrichtung mit einer speziellen Vergrößerung multipliziert wird.
Somit ist im selben optischen System der Wert δmax ebenfalls gering, wenn der
Wert von δ'max gering ist. Daher
wird bei der Anordnung, die in 32(b) gezeigt
ist, der Wert q in der Gleichung (9), (10) oder (11) klein. Auf
diese Weise kann die Größe der Reflexionsfläche der
Ablenkeinheit in entsprechender Weise verringert werden. Infolge
dessen kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter verbessert
werden.
-
Im
obigen Beispiel wurde der Fall betrachtet, bei dem vier Laserstrahlen
verwendet wurden. Wenn die Zahl der Laserstrahlen weiter erhöht wird,
können
die Lichtabstrahlabschnitte derart frei auf der Halbleiterlaseranordnung
angeordnet werden, daß die
Punkte in dicht beieinanderliegenden Positionen auf dem Bildträgerelement
angeordnet sind. Infolge dessen kann man deutlichere Effekte erreichen
als beim oben erwähnten Aufbau.
In 32(c) ist ein Beispiel
der Anordnung von Bildpunkten gemäß einer Abtastzeile für den Fall
dargestellt, bei dem acht Laserstrahlen verwendet werden. Mit anderen
Worten ist durch Anwenden der Gleichung (9), wenn die Lichtabstrahlabschnitte
in einer Linie angeordnet sind, δmax
= 7 × δ. Bei der
Anordnung aus 32(c) kann
der Wert q bei der Entwicklung des optischen Systems jedoch im wesentlichen
mit δmax
= 3 × δ berechnet
werden. Auf diese Weise können
die Wirkungen der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden.
Da darüber
hinaus die Abtastrichtung der Bildpunkte 306a dieselbe
ist wie jene der Bildpunkte 306e, können die entsprechenden Lichtabstrahlabschnitte
mit derselben Zeitgabe angesteuert werden.
-
Die
Brennweite einer Kollimatorlinse bei der Verwendung einer Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
ist größer als
in dem Fall, bei dem der herkömmliche
Kantenabstrahl-Halbleiterlaser verwendet wird. Somit vergrößern sich
die Einstellmöglichkeiten
des Abstandes zwischen der Halbleiterlaseranordnung und der Kollimatorlinse
in Richtung der optischen Achse. Infolge dessen kann die Einstellarbeit
im Produktionsstadium vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die Kollimatorlinse
einen Schutz vor einer Abweichung aus ihrer Position infolge Temperaturänderungen
und altersbedingten Toleranzen haben.
-
Wie
es oben beschrieben wurde, werden gemäß dem Bilderzeugungsgerät der vorliegenden
Erfindung mehrere Laserstrahlen, die von einer Halbleiterlaseranordnung
abgestrahlt werden, durch eine Kollimatorlinse parallelgerichtet.
Die resultierenden Laserstrahlen werden durch eine Strahlablenkeinheit
abgelenkt. Die resultierenden Laserstrahlen werden als Punkte auf
einem Bildträgerelement
durch eine Abtastlinse abgebildet. Auf diese Weise wird ein optischer
Schreibvorgang ausgeführt.
Die Brennweite fc der Kollimatorlinse der vorliegenden Erfindung
ist größer als
jene des Standes der Technik. Zusätzlich ist der Abstand δ zwischen den
benachbarten Lichtabstrahlabschnitten gering. Wenn die Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
verwendet wird, verlängert
sich insbesondere die Brennweite fc der Kollimatorlinse, da die
Streuwinkel der abgestrahlten Laserstrahlen klein sind. Da darüber hinaus
die Menge der in den Lichtabstrahlabschnitten erzeugten Wärme gering
ist und die elektrischen sowie optischen Störungen derselben klein sind,
kann der Abstand zwischen ihnen weiter verringert werden.
-
Wird
eine Neigungswinkel-Kompensationslinse nicht verwendet, ist der
Abstand d der am weitesten voneinander entfernten Laserstrahlen,
die in einer Linie auf der Reflexionsfläche der Ablenkeinheit angeordnet sind,
durch die oben erwähnte
Gleichung (9) gegeben.
-
Wir
die Neigungswinkel-Kompensationslinse verwendet, ist der Abstand
q' der am weitesten
voneinander entfernten Strahlen auf der Neigungswinkel-Kompensationslinse
und der Abstand q jener auf der Reflexionsfläche durch die Gleichung (10)
bzw. (11) gegeben. Durch Anwenden der Gleichungen (9) und (10) hat sich
gezeigt, daß q
und q' umgekehrt
proportional zu fc/δmax
sind. Da q proportional zu q' ist,
sind sie darüber hinaus
durch Anwenden der Gleichung (11) ebenfalls umgekehrt proportional
zu fc/δmax.
In diesem Fall kann auf die Abtastebene die Gleichung (9) angewandt
werden.
-
Wenn
mit anderen Worten der Kehrwert von fc/δmax mit dem Wert multipliziert
wird, der äquivalent
zur Größe in der
Richtung der optischen Achse ist, kann man den Abstand jedes Strahls
in der Richtung senkrecht zur optischen Achse ermitteln. Im allgemeinen
beträgt
bei einem kleinen Bilderzeugungsgerät, das Daten auf Blätter im
Format A4 oder ähnlicher
Größe drucken
kann, der Abstand zwischen den benachbarten optischen Elementen
in Richtung der optischen Achse und der Brennweite derselben etwa
50 mm. Dieser Wert ist durch Z dargestellt. Andererseits beträgt der Parallelrichtdurchmesser
des Laserstrahls bei Umwandlung aus der Auflösung etwa 2 mm. Wenn der Maximalabstand
der am weitesten voneinander entfernten Strahlen auf jeder Linsenfläche und
der Reflexionsfläche
auf den Parallelrichtdurchmesser beschränkt ist, ist der Wert von δmax/fc × Z vorzugsweise
2 mm oder weniger. Somit ist der Wert von fc/δmax vorzugsweise 25 oder mehr.
-
Wenn
drüber
hinaus mehrere Laserstrahlen in die Abtastlinse eintreten und der
Abstand der beiden am weitesten voneinander entfernten Strahlen
2 mm ist. sollte der Wert Z etwa 100 mm betragen. Somit ist gemäß der oben
erwähnten
Berechnung der Wert fc/δmax
vorzugsweise wenigstens 50.
-
Wenn,
wie oben beschrieben, der Maximalwert des Abstandes zwischen den
benachbarten Strahlen auf der Linse und der Reflexionsfläche beinahe
derselbe Wert ist wie der Parallelrichtdurchmesser der Laserstrahlen,
sind die Größen der
Linsen und der Reflexionsfläche
nicht wesentlich größer als
die Größe des optischen
Systems, das mit einem Laserstrahl abtastet. Wenn darüber hinaus
der Abstand der benachbarten Laserstrahlen geringer ist als der
Parallelrichtdurchmesser, können
mehrere Laserstrahlen im wesentlichen als ein Laserstrahl bei der
Entwicklung des optischen Systems betrachtet werden.
-
Die
oben erwähnte
Ausführungsform
ist lediglich eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wenn der Streuwinkel jedes Strahls klein
ist und der Abstand der benachbarten Lichtabstrahlabschnitte klein ist,
kann man dieselben Effekte erzielen. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen,
daß man,
selbst wenn der Drehspiegel unter Anwendung eines anderen Verfahrens,
wie etwa einem Kunststoff-Spritzgußverfahren aufgebaut und/oder
hergestellt ist, dieselben Effekte erzielen kann. Darüber hinaus
können
neben dem Drehspiegel als Ablenkeinheit mit einem Galvanospiegel
dieselben Effekte in ähnlicher
Weise erreicht werden.
-
Weiterhin
ist die Konstruktion des Oberflächenlichtabstrahllasers,
der in der oben erwähnten
Ausführungsform
beschrieben wurde, lediglich ein Beispiel, das umgesetzt werden
kann. Solange die oben erwähnte Beziehung
der Brennweite der Kollimatorlinse und des Abstandes der benachbarten
Lichtabstrahlabschnitte erfüllt
ist, kann man dieselben Wirkungen wie jene der vorliegenden Erfindung
unabhängig
von ihrer Konstruktion erreichen.
-
Es
ist klar, das der Umfang der Einsatzgebiete des Bilderzeugungsgerätes der
vorliegenden Erfindung Faxgeräte
und Anzeigeeinheiten, wie auch Druckergeräte, wie etwa Drucker und Kopiermaschinen
umfaßt. Bei
diesen Geräten
und Einheiten können
dieselben Effekte der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
-
4-3 Wirkungen
-
Wie
es oben beschrieben wurde, können
gemäß dem Bilderzeugungsgerät der vorliegenden
Erfindung bei einer Belichtungstechnik unter Verwendung mehrerer
Laserstrahlen mit einer Halbleiterlaseranordnung, die vorbestimmte
Bedingungen im Bezug auf die Brennweite einer Kollimatorlinse und
den Abstand der benachbarten Lichtabstrahlabschnitte erfüllt, die
Größe der Reflexionsfläche einer
Abtasteinheit und der effektive Durchmesser der Linsen verringert
werden, ohne daß optische
Hilfselemente hinzugefügt
werden müssen. Auf
diese Weise kann die Größe des optischen
Abtastsystems oder des Bilderzeugungsgerätes verringert und dadurch
die Kosten desselben reduziert werden.
-
Da
sich darüber
hinaus mehrere Laserstrahlen auf beinahe demselben optischen Weg
ausbreiten, kann ein optisches Abtastsystem in derselben Weise entwickelt
werden, wie jenes, bei dem ein Laserstrahl verwendet wird. Auf diese
Weise können
die Entwicklungsschritte des Systems deutlich verringert und dessen Entwicklungszeit
verkürzt
werden. Darüber
hinaus kann das optische System mit einem Laserstrahl verwendet werden.
Somit wird die Produzierbarkeit deutlich verbessert.
-
Wenn
weiterhin mehrere Laserstrahlen in die optischen Systeme eintreten,
die das optische Abtastsystem bilden, kann unter der Voraussetzung,
daß der
Abstand der beiden am weitesten entfernten Strahlen kürzer ist
als der Parallelrichtdurchmesser der Laserstrahlen, das herkömmliche
optische Abtastsystem mit einem Laserstrahl unverändert verwendet
werden. Mit anderen Worten kann ohne eine Veränderung des optischen Abtastsystems
des Bilderzeugungsgerätes,
bei dem ein Laserstrahl verwendet wird, durch Erhöhen der Zahl
der Laserstrahlen ein Nochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsgerät hergestellt
werden. Auf diese Weise können
unerwartete Vorteile bei der Herstellung des Produktes erreicht
werden.
-
Da
darüber
hinaus die Streuwinkel der Laserstrahlen klein sind, kann der Abstand
zwischen der Kollimatorlinse und der Halbleiterlaseranordnung vergrößert werden.
Die Einstellmöglichkeiten
in der Richtung der optischen Achse der Kollimatorlinse werden vergrößert. Somit
können
zusätzlich
zur Verbesserung der Produzierbarkeit ohne Einflüsse durch altersbedingte Verschlechterungen
und Temperaturänderungen
Bilder mit einem vorbestimmten Punktdurchmesser belichtet werden.
Infolge dessen verbessert sich die Bildqualität.
-
Abschnitt 5: Fünfte Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
5-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
Bevor
eine fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zum besseren Verständnis ihrer
Konzeption der Stand der Technik beschrieben.
-
Ein
optisches Abtastsystem eines herkömmlichen Bilderzeugungsgerätes ist
beispielsweise in der japanischen Patenoffenlegungsschrift HEI 3-248114
(siehe 41) beschrieben.
-
In
der Zeichnung wird als Lichtquelle eine Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 420 verwendet, bei
der die Mittenachse der abgestrahlten Strahlen beinahe parallel
zur Oberfläche
eines Vorrichtungssubstrates verläuft. Die Kantenabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 420 befindet
sich auf der objektseitigen Brennebene einer Kollimatorlinse 402.
Auf der bildseitigen Brennpunktposition der Kollimatorlinse 402 befindet
sich eine Öffnungsblende 403.
-
Da
jedoch beim oben erwähnten
Stand der Technik die Streuwinkel der Strahlen des Kantenabstrahl-Halbleiterlasers
und der Abstand seiner benachbarten Lichtabstrahlabschnitte groß sind,
ist die Position, an der die Querschnitte der zahlreichen Strahlen übereinstimmen,
auf eine sehr nahegelegene Position der bildseitigen Brennpunktposition
der Kollimatorlinse beschränkt.
Insbesondere wenn eine große
Zahl von Strahlen in einer Linie angeordnet sind, ist die Position,
in der die Querschnitte der beiden am weitesten beabstandeten Strahlen übereinstimmen,
auf einen schmalen Bereich beschränkt. Somit ist die Position
der Öffnungsblende
auf einen schmalen Bereich beschränkt. Mit anderen Worten verringern
sich die Möglichkeiten
bei der Gestaltung eines optischen Abtastsystems.
-
Da
darüber
hinaus bei diesem optischen System im allgemeinen der Halterahmen
einer Linse als Öffnungsblende
verwendet wird, ist es in diesem Fall nicht erforderlich, eine unabhängige Öffnungsblende
vorzusehen. Da jedoch beim oben erwähnten Stand der Technik die
Querschnitte der zahlreichen Strahlen an der Position der Kollimatorlinse
nicht übereinstimmen,
kann der Halterahmen der Kollimatorlinse nicht als Öffnungsblende
verwendet werden.
-
5-2 Aufbau der vorliegenden
Erfindung
-
38 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau eines Bilderzeugungsgerätes der
vorliegenden Erfindung zeigt. Als nächstes wird ein Bilderzeugungsvorgang
eines elektrofotografischen Druckers beschrieben. Eine Ladungseinrichtung 451 legt
eine gleichmäßige elektrische
Ladung an einem Bildträgerelement 407 an.
Ein optisches Abtastsystem 452 belichtet das Bildträgerelement 407 und
tastet dieses ab, wodurch auf diesem ein Latenzbild ausgebildet
wird. Anschließend
läßt eine
Entwicklereinheit 453 ein Entwicklermittel an dem Latenzbild
haften, so daß ein
sichtbares Bild erzeugt wird. Eine Bildübertragungseinheit 454 überträgt das Entwicklermittel,
das das sichtbare Bild erzeugt, auf ein Transfermaterial 455,
wie etwa Papier. Anschließend
erwärmt
und schmilzt eine Fixiereinheit 456 das Entwicklermittel
und fixiert dieses auf dem Transfermaterial 455.
-
37 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau eines optischen Abtastsystems der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Lichtquelle des optischen
Abtastsystems ist eine Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 401,
bei dem die Mittenachse abgestrahlter Strahlen beinahe senkrecht zur
Oberfläche
eines Vorrichtungssubstrates 422 verläuft. Mehrere Strahlen, die
von Lichtabstrahlabschnitten 401a auf der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 410 abgestrahlt
werden, werden durch eine Kollimatorlinse 403 parallelgerichtet.
Die resultierenden Strahlen treffen auf eine Ablenkfläche 405 eines
Drehpolygonspiegels 404, der eine Ablenkeinheit darstellt,
durch eine Öffnungsblende 403.
Wenn sich der Polygonspiegel 404 dreht, werden reflektierte
Strahlen abgelenkt und zur Abtastung verwendet. Die resultierenden Strahlen
werden auf das Bildträgerelement 407 durch
eine Bilderzeugungslinse 406 abgebildet.
-
Die
Beleuchtung und die Lichtstärke
jedes Lichtabstrahlabschnittes 401a werden individuell
durch eine Steuereinheit 460 gesteuert.
-
Unabhängig vom
Kantenabstrahltyp und vom Oberflächenabstrahltyp
weichen die Streuwinkel der ausgegebenen Strahlen eines Halbleiterlasers
bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit des verwendeten Lichtabstrahlabschnittes
ab. Darüber
hinaus sind die Durchmesser der Strahlen, die durch die Kollimatorlinse 402 parallelgerichtet
werden, ebenfalls unterschiedlich. Wenn jedoch die Öffnungsblende 403 an
der Position angeordnet ist, wo die Querschnitte der Strahlen beinahe übereinstimmen
und der Durchmesser der Öffnungsblende 403 beinah
derselbe oder geringfügig
geringer ist als der Durchmesser des parallelgerichteten Strahls, wird
der Durchmesser jedes parallelgerichteten Strahls, der durch die Öffnungsblende 403 läuft, gleich.
Infolge dessen wird der Durchmesser jedes Punktes, der auf dem Bildträgerelement 407 abgebildet
wird, gleich. Auf diese Weise kann eine stabile und hohe Druckqualität erreicht
werden. Die Druckqualität
weicht von Produkt zu Produkt nicht ab. Die Strahlstreuwinkel und
die Durchmesser der Strahlen sind als Intensitätsverteilung der Querschnitte
von Strahlen dargestellt. Die Intensitätsverteilung stimmt mit einer
Gauß'schen Verteilung überein.
Der Strahlstreuwinkel repräsentiert
eine volle Breite des Winkels, bei dem die Mittenintensität halbiert
ist. Andererseits repräsentiert
der Punktdurchmesser eine Position, in der die Intensität das l/e2-Fache der Mittenintensität annimmt.
-
Als
nächstes
wird ein Effekt beschrieben, bei dem die Strahlendurchmesser durch
eine Öffnungsblende
abgeglichen werden. Wenn Laserstrahlen durch eine Öffnungsblende
begrenzt werden, werden sie als Eigenschaft der Wellenoptik gebrochen.
Wenn das Zentrum der Öffnungsblende
mit dem Zentrum eines einfallenden Strahls übereinstimmt und die Brechungswirkung
berücksichtigt
wird, kann der Durchmesser d0 eines Bildpunktes auf dem Bildträgerelement
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
wobei k eine Konstante, λ die Wellenlänge eines
Laserstrahls, f die Brennweite der Bilderzeugungslinse und D der
Durchmesser der Öffnungsblende
ist.
-
Wenn
das Verhältnis
des Durchmessers d eines Strahls, der in die Öffnungsblende eintritt, und
des Durchmessers D der Öffnungsblende
als Schnittverhältnis
T = d/D dargestellt ist, kann die Konstante k durch die folgende
Gleichung (siehe "LASER & OPTICS GUIDE
II", JAPAN Melles
Griot K.K) berechnet werden
-
-
Wenn
beispielsweise der Durchmesser D der Öffnungsblende 1 ist und der
Durchmesser d der einfallenden Strahlen im Bereich von 1 ± 20% abweicht,
ist die Abweichung des Durchmessers jedes Bildpunktes auf den Bereich
von –3,1
bis +5,9% begrenzt. Somit hat die Öffnungsblende die Wirkung,
die Abweichung des Durchmessers jedes Bildpunktes zu verringern.
-
Wenn
die Öffnungsblende
in einer Position angeordnet ist, in der die Querschnitte mehrerer
Strahlen auf dem optischen Weg wenigstens teilweise übereinstimmen
und in der die Leistung sämtlicher
Strahlen, mit Ausnahme eines Strahls mit der größten Leistung, der die Öffnungsblende
durchläuft,
mindestens 90% des Strahls mit der größten Leistung betragen, kann
die Leistungsabweichung der Strahlen auf 10% oder weniger verringert
werden. Mit dieser Abweichung kann man eine hohe Druckqualität ohne Dichteschwankungen
erzielen.
-
Als
nächstes
wird eine Position der Öffnungsblende 403,
die die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt, anhand eines Systems,
das in 39 dargestellt
ist, ausführlich
erläutert. 39(a) ist eine Seitenansicht,
die ein optisches Abtastsystem darstellt. 39(b) ist eine Schnittansicht an der
Position der Öffnungsblende 403.
Bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 401 können die
Streuwinkel der von ihr abgestrahlten Laserstrahlen auf 10 Grad
oder weniger eingestellt und der Abstand der benachbarten Lichtabstrahlabschnitte
auf 0,05 mm oder weniger eingestellt werden. In 39 ist der Abstand Δ zwischen den Lichtabstrahlabschnitten
A410 und B411 auf 0,05 mm eingestellt, wobei sich der Lichtabstrahlabschnitt
A410 auf einer optischen Achse 412 des optischen Systems
befindet. Strahlen, die von den Lichtabstrahlabschnitten A410 und
A411 abgestrahlt werden, sind mit Strahl A413 bzw. B414 bezeichnet.
Wenn der Streuwinkel θ der abgestrahlten
Strahlen 10 Grad beträgt,
die Brennweite fc der Kollimatorlinse 402 10 mm ist und
der Abstand h von der Kollimatorlinse 402 zur Ablenkfläche 405 des
Drehpolygonspiegels 100 mm beträgt,
dann ist der Strahldurchmesser 3,0 mm. Es wird nun davon ausgegangen,
daß sich
das Zentrum der Öffnungsblende 403 auf
der optischen Achse 412 befindet und der Durchmesser D
der Öffnungsblende 403 gleich
dem Durchmesser d ist.
-
Wenn
die Intensitätsverteilung
des Querschnittes eines Laserstrahls mit der Gauß'schen Verteilung übereinstimmt, kann die Intensität I des
Laserstrahls durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
-
-
wobei
P die Gesamtleistung eines Strahls, w der Radius des Strahls und
x der Abstand vom Zentrum des Strahls ist. Die Leistung des Strahls
A413, die die Öffnungsblende 403 durchläuft, kann
durch Integrieren der obigen Gleichung zur Gleichung (15) ermittelt
werden.
-
-
Das
Ergebnis ist 86,5% der Leistung P, mit der der Strahl nicht die Öffnungsblende
403 durchläuft. Daher
sollte die Leistung des Strahls B414 mindestens 77,9% der Leistung
sein, mit der der Strahl die Öffnungsblende
403 durchläuft, da
86,5 × 0,9
= 77,9 (%). Als nächstes
erhält
man die Leistung des Strahls B414, die die Öffnungsblende
403 durchläuft. Wenn
der Abstand zwischen der Mittenachse des Strahls B414 und der optischen
Achse
412 auf der Ebene der Öffnungsblende
403t ist,
kann die Querschnittsintensität
I des Strahls B414, der die Öffnungsblende
403 noch
nicht durchlaufen hat, mit einem zylindrischen Koordinatensystem durch
die folgende Gleichung dargestellt werden.
wobei r der Abstand von
der optischen Achse
412 zu einem beliebigen Punkt A auf
der Öffnungsblende
403 und ∅ der
Winkel ist, der durch eine Ebene B, die durch die optische Achse
412 und
die Mittenachse
414a des Strahls B141 erzeugt wird, und
die Linie eingeschlossen ist, die die optische Achse
412 und
den Punkt A verbindet. Die Leistung des Strahls B414, der die Öffnungsblende
403 durchläuft, kann
durch Integrieren der obigen Gleichung durch folgende Gleichung
ermittelt werden.
-
-
Wenn
das Verhältnis
von t und des Strahlendurchmessers d 0,200 ist, wird die Leistung
des Strahls, der die Öffnungsblende 403 durchläuft zu 77,9%
der Leistung P, die die Öffnungsblende 403 noch
nicht durchlaufen hat. Wenn sich mit anderen Worten die Öffnungsblende 403 in
einer Position befindet, in der t/d höchstens 0,200 ist, beträgt der Unterschied
der Leistungen der Strahlen A413 und B414, die die Öffnungsblende 403 durchlaufen,
höchstens
10%. Wenn die Öffnungsblende 403 an
der Position der Kollimatorlinse 402 oder an der Position
der Ablenkfläche 405 des
Drehpolygonspiegels angeordnet ist, betragen die jeweiligen Abstände t 0,05
mm und 0,45 mm und sind die entsprechenden Werte von t/d 0,017 und
0,15. In jedem Fall ist t/d weniger als 0,200. Somit kann die Öffnungsblende
an einer beliebigen Stelle zwischen der Kollimatorlinse 402 und
der Ablenkfläche 405 des
Drehpolygonspiegels angeordnet sein. Infolge dessen kann der Freiheitsgrad der
Entwicklung des optischen Systems verbessert werden. Selbst wenn
die Zahl der Strahlen, die in einer Linie angeordnet sind, erhöht wird,
kann darüber
hinaus die Öffnungsblende 403 an
der Position der Kollimatorlinse 402 angeordnet sein. Somit
kann der Halterahmen der Kollimatorlinse 402 als Öffnungsblende
verwendet werden. Da die unabhängige Öffnungsblende
nicht erforderlich ist, kann die Zahl der Bauelemente reduziert werden.
-
Wenngleich
bei der Ausführungsform
die Öffnungsblende
in der Mitte zwischen der Kollimatorlinse und dem Drehpolygonspiegel
angeordnet war, kann unter der Voraussetzung, daß die oben beschriebenen Bedingungen
erfüllt
sind, die Öffnungsblende
in der Mitte zwischen der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
und der Kollimatorlinse angeordnet sein. Darüber hinaus ist das optische
System, das in der Mitte zwischen der Lichtquelle und dem Drehpolygonspiegel
angeordnet ist, nicht auf die Kollimatorlinse beschränkt, die
die Strahlen parallelrichtet.
-
40 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau von Elementen darstellt, die von einer
Halbleiterlaseranordnung zur einem Drehpolygonspiegel als weitere
Ausführungsform
angeordnet sind. Eine Öffnungsblende 403 befindet
sich an einer Stelle, an der sich die Mittenachsen mehrerer Strahlen
mit einer optischen Achse 412 schneiden.
-
Bei
dieser Konstruktion stimmen auf der Ebene der Öffnungsblende 403 die
Mittenachsen der Strahlen komplett überein. Auf diese Weise wird
die Regelmäßigkeit
der Durchmesser der Bildpunkte und jene ihrer Leistung im Vergleich
zur oben erwähnten
Ausführungsform
verbessert. Wenn höhere
Eigenschaften für
Bildpunkte erforderlich sind, kann dieser Aufbau ebenfalls verwendet
werden. Bei dieser Ausführungsform
ist das optische System, das in der Mitte zwischen der Lichtquelle
und dem Drehpolygonspiegel angeordnet ist, nicht auf die Kollimatorlinse
beschränkt,
die die Strahlen parallelrichtet.
-
5-3 Wirkungen
-
Da
sich, wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden
Erfindung, die Öffnungsblende
an der Stelle, wo die Querschnitte mehrerer Strahlen beinahe übereinstimmen,
auf dem optischen Weg in der Mitte zwischen der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
und der Ablenkeinheit befindet, können die Durchmesser der Bildpunkte
gleichgehalten werden, selbst wenn die Streuwinkel der Strahlen
abweichen. Auf diese Weise kann eine stabile und hohe Druckqualität erreicht
werden. Da darüber
hinaus die Öffnungsblende
an einer beliebigen Stelle in einem großen Bereich auf dem optischen
Weg in der Mitte zwischen der Halbleiterlaseranordnung und der Ablenkeinheit
angeordnet sein kann, oder da der Halterahmen der Kollimatorlinse
als Öffnungsblende
verwendet werden kann, können
die Möglichkeiten
der Entwicklung der optischen Systems erhöht werden.
-
Abschnitt 6: Sechste Ausführungsform
des Bilderzeugungsgerätes
-
6-1 Vergleich mit dem Stand
der Technik
-
Bevor
eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird aus Gründen des
besseren Verständnisses
ihres Konzeptes der Stand der Technik beschrieben.
-
Ein
optisches Abtastsystem eines Bilderzeugungsgerätes, bei dem eine Halbleiterlaseranordnung
verwendet wird, die normalerweise benutzt wird, ist beispielsweise
in der japanischen Patentoffenlegungsschrift No. HEI 3-248114 beschrieben.
Eine Halbleiterlaseranordnung 501 ist in einer objektseitigen
Brennpunktposition einer Kollimatorlinse 502 angeordnet.
In der bildseitigen Brennpunktposition der Kollimatorlinse 502 befindet
sich eine Öffnungsblende 503.
-
Da
jedoch bei diesem Stand der Technik die Position der Öffnungsblende
auf die bildseitige Brennpunktposition der Kollimatorlinse beschränkt ist,
sind die Möglichkeiten
bei der Gestaltung eines optischen Systems gering. Darüber hinaus
wird bei einem herkömmlichen
optischen System bisweilen ein Halterahmen einer Linse für eine Öffnungsblende
verwendet. Gemäß dem Stand
der Technik kann eine derartige Konstruktion nicht umgesetzt werden.
-
6-2 Aufbau der vorliegenden
Erfindung
-
48 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau eines Bilderzeugungsgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Nun wird der Bilderzeugungsvorgang beschrieben.
Eine Ladungseinrichtung 551 baut auf einem Bildträgerelement 507 eine
gleichmäßige Ladung
auf. Ein optisches Abtastsystem 552 belichtet das Bildträgerelement 507 und
tastet dieses ab, wodurch auf diesem ein Latenzbild ausgebildet
wird. Anschließend
läßt eine
Entwicklereinheit 553 ein Entwicklermittel auf dem Latenzbild
haften, um auf diese Weise ein sichtbares Bild auszubilden. Ein
Bildtransfereinheit 554 überträgt das Entwicklermittel, das
das sichtbare Bild erzeugt, auf ein Transfermaterial 555,
wie etwa Papier. Anschließend
erwärmt
und schmilzt eine Fixiereinheit 556 das Entwicklermittel
und fixiert dieses auf dem Transfermaterial 555.
-
42 ist eine schematische
Darstellung, die den Aufbau eines optischen Abtastsystems der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Mehrere Strahlen, die von einer
Halbleiterlaseranordnung 501 abgestrahlt werden, werden
durch eine Kollimatorlinse 502 parallelgerichtet. Die resultierenden
Strahlen treffen auf eine der Ablenkflächen 505 eines Drehpolygonspiegels 504,
der eine Ablenkeinheit darstellt, durch eine Öffnungsblende 503.
Wenn sich der Polygonspiegel 504 dreht, werden abgestrahlte
Strahlen abgelenkt und zur Abtastung verwendet. Die resultierenden
Strahlen werden auf dem Bildträgerelement 507 durch
eine Bilderzeugungslinse 506 abgebildet.
-
In 42 und 49 ist die Öffnungsblende auf dem optischen
Weg in der Mitte zwischen der Halbleiterlaseranordnung 501 und
der Ablenkeinheit 504 angeordnet. Wenn die Brennweite der
Kollimatorlinse 502f, der Abstand des Brennpunktes auf
der Seite der Ablenkeinheit 504 der Kollimatorlinse 502 zur Öffnungsblende 503s,
der Abstand von der optischen Achse der Kollimatorlinse 502 zur
optischen Achse eines Lichtabstrahlabschnittes, der von der optischen
Achse der Kollimatorlinse 502 am weitesten entfernt ist,
t, der Durchmesser der Öffnungsblende 503D und
der Durchmesser des parallelgerichteten Strahls d ist, dann erhält man die
Beziehungen, die durch die folgenden Gleichungen gegeben sind.
-
-
Alternativ
dazu kann man anstelle der Gleichungen (18) und (19) die Beziehungen
erhalten, die durch die folgenden Gleichung gegeben sind.
-
-
-
Im
allgemeinen weichen die Streuwinkel ausgegebener Laserstrahlen eines
Halbleiterlasers 501 bis zu einem gewissen Grad in Abhängigkeit
des verwendeten Lichtabstrahlabschnittes ab. Darüber hinaus unterscheiden sich
die Durchmesser von Strahlen, die durch die Kollimatorlinse 502 parallelgerichtet
werden. Wenn sich die Öffnungsblende 503 jedoch
an einer Stelle befindet, wo die Querschnitte der Strahlen beinahe übereinstimmen,
und der Durchmesser der Öffnungsblende 503 beinahe
derselbe wie oder geringfügig
kleiner ist als der Durchmesser jedes parallelgerichteten Strahls,
hat der Durchmesser jedes parallelgerichteten Strahls, der die Öffnungsblende 503 durchläuft, denselben
Wert. Infolge dessen ist der Durchmesser jedes Punktes, der auf
dem Bildträgerelement 505 abgebildet
wird, derselbe. Auf diese Weise kann man eine stabile und hohe Druckqualität erreichen.
Die Druckqualität
weicht von Produkt zu Produkt nicht ab. Die Strahlstreuwinkel und die
Durchmesser der Strahlen sind als Intensitätsverteilung der Querschnitte
von Strahlen dargestellt. Die Intensitätsverteilung stimmt mit einer
Gauß'schen Verteilung überein.
Der Strahlstreuwinkel repräsentiert
eine volle Breite des Winkels, bei dem die Mittenintensität halbiert
ist. Andererseits repräsentiert
der Punktdurchmesser eine Position, in der die Intensität das l/e2-Fache der Mittenintensität annimmt.
-
Als
nächstes
wird ein Effekt beschrieben, bei dem die Strahlendurchmesser durch
eine Öffnungsblende
503 abgeglichen
werden. Wenn Laserstrahlen durch eine Öffnungsblende begrenzt werden,
werden sie als Eigenschaft der Wellenoptik gebrochen. Wenn das Zentrum
der Öffnungsblende
mit dem Zentrum eines einfallenden Strahls übereinstimmt und die Brechungswirkung
berücksichtigt
wird, kann der Durchmesser d0 eines Bildpunktes auf dem Bildträgerelement
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
wobei k eine Konstante, λ die Wellenlänge eines
Laserstrahls, f die Brennweite der Bilderzeugungslinse und D der
Durchmesser der Öffnungsblende
ist.
-
Wenn
das Verhältnis
des Durchmessers d eines Strahls, der in die Öffnungsblende eintritt, und
des Durchmessers D der Öffnungsblende
als Schnittverhältnis
T = d/D dargestellt ist, kann die Konstante k durch die folgende
Gleichung (siehe "LASER & OPTICS GUIDE
II", JAPAN Melles
Griot K.K) berechnet werden
-
-
Wenn
beispielsweise der Durchmesser D der Öffnungsblende 1 ist und der
Durchmesser d der einfallenden Strahlen im Bereich von 1 t 20% abweicht,
ist die Abweichung des Durchmessers jedes Bildpunktes auf den Bereich
von –3,1
bis +5,9% begrenzt. Somit hat die Öffnungsblende die Wirkung,
die Abweichung des Durchmessers jedes Bildpunktes zu verringern.
-
Die
Intensitätsverteilung
der Querschnitte der Strahlen, die von der Kollimatorlinse 502 parallelgerichtet
werden, stimmt beinahe mit der Gauß'schen Verteilung überein. Wenn, wie in 44 gezeigt ein parallelgerichteter
Strahl die Öffnungsblende 503 durchläuft, wird
der Rand des Strahls vignettiert. Somit nimmt die Leistung des Strahls,
der die Öffnungsblende 503 durchläuft, ab.
Wenn, wie in 45 gezeigt,
die Öffnungsblende
503 im ablenkeinheitsseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 502 angeordnet
ist, ist die Leitungsabnahme jedes Strahls, der die Öffnungsblende 503 durchläuft, gleich,
da sämtliche
Mittenachsen von Strahlen, die die Öffnungsblende 503 durchlaufen, übereinstimmen.
Wenn jedoch die Position der Öffnungsblende 503 auf
den ablenkeinheitsseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse 502 beschränkt ist,
nimmt der Freiheitsgrad bei der Entwicklung des optischen Systems
ab.
-
Wenn,
wie in 46 dargestellt,
die Öffnungsblende 503 in
einer Position entfernt vom ablenkeinheitsseitigen Brennpunkt der
Kollimatorlinse 502 angeordnet ist, stimmen die Mittenachsen
mehrer Laserstrahlen, die die Öffnungsblende 503 durchlaufen
nicht überein.
Wenn ein Strahl 511a, der sich entlang einer optischen Achse 510 der
Kollimatorlinse 502 ausbreitet, und ein Strahl 511b,
der sich mit einer Neigung zur optischen 510 ausbreitet,
die Öffnungsblende 503 durchlaufen,
werden sie auf unterschiedliche Art und Weise vignettiert. 47 zeigt den Unterschied
der Arten der Vignettierung. 47(a) zeigt
die Vignettierungsart des Strahls 511a, während 47(b) die Vignettierungsart
des Strahls 511b zeigt. In diesen Zeichnungen sind die
Abschnitte der Intensitätsverteilungen
der Querschnitte von Strahlen, die durch die Öffnungsblende vignettiert werden,
schraffiert dargestellt. Die Leistung der Strahlen, die die Öffnungsblende 503 durchlaufen,
unterscheiden sich voneinander. In diesem Zustand ist die Leistung
des Strahls 511a größer als
jene des Strahls 511b. Wenn der Unterschied zwischen diesen
Leistungen einen vorbestimmten Pegel überschreitet, entstehen Dichteschwankungen
auf einem bedruckten Papier. Wenn dieser Unterschied jedoch in einem
bestimmten Bereich ist, kann man eine im wesentlichen gute Druckqualität erreichen.
Somit gibt es einen zulässigen
Bereich, in dem die Öffnungsblende
angeordnet sein kann.
-
Wenn
der Zustand, der durch die Gleichung (18) ausgedrückt ist,
erfüllt
ist, können
Leistungsschwankungen von Strahlen, die die Öffnungsblende 503 durchlaufen,
auf 20% oder weniger verringert werden. Da diese Gleichung (18)
eine näherungsweise
Gleichung ist, ist sie unter der Bedingung der Gleichung (19) erfüllt. Wenn
andererseits die Bedingung von Gleichung (19) erfüllt ist,
können
die Leistungsschwankungen von Strahlen, die die Öffnungsblende 503 durchlaufen,
auf 5% oder weniger unterdrückt
werden. In ähnlicher
Weise ist die Gleichung (20) eine näherungsweise Gleichung. Somit
ist diese Gleichung unter der Bedingung der Gleichung (21) erfüllt.
-
Gemäß einem
Experiment, das durch die Anmelderin der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
wurde, kann man, wenn lediglich Buchstaben und Linien mit dem Bilderzeugungsgerät gedruckt
werden, eine gute Druckqualität
erhalten, sofern die Leistungsschwankung der Bildpunkte etwa 20%
oder weniger beträgt.
Ist die Schwankung größer als
20%, wird die Druckqualität
beeinträchtigt.
Wenn andererseits Halbtonmuster von grafischen Bildern oder kleine
Punkte gedruckt werden, führt
die Leitungsschwankung der Bildpunkte zu einer ungleichmäßigen Dichte
der gedruckten Bilder. Um eine gute Druckqualität zu erhalten, sollte die Schwankung auf
etwa 5% oder weniger beschränkt
sein. Somit eignen sich die Bedingungen, die durch die Gleichungen (18)
und (19) vorgegeben werden, für
Bilderzeugungsgeräte,
die lediglich Buchstaben und Linien drucken. Andererseits eignen
sich die Bedingungen, die durch die Gleichungen (20) und
(21) vorgegeben werden, für
Bilderzeugungsgeräte,
die nicht nur Buchstaben, sondern auch Halbtöne und Punktraster drucken.
-
Gemäß der oben
erwähnten
Bedingungen kann die Öffnungsblende 503 an
einer beliebeigen Position in einem großen Bereich auf dem optischen
Weg zwischen der Halbleiterlaseranordnung 511 und der Ablenkeinheit 503 angeordnet
sein. Auf diese Weise werden die Möglichkeiten bei der Gestaltung
eines optischen Systems vergrößert. Alternativ
dazu kann der Halterahmen der Kollimatorlinse 502 als Öffnungsblende
verwendet werden. Da eine unabhängige Öffnungsblende
nicht erforderlich ist, kann die Zahl der Bauteile verringert werden.
-
Als
nächstes
wird eine Öffnungsblende 503,
die die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt, anhand des Systems näher beschrieben,
das in 49 dargestellt
ist. Es sei nun der Fall betrachtet, bei dem eine Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung
als Halbleiterlaseranordnung 501 verwendet wird. Der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaser
ist ein Halbleiterlaser, bei dem die Achsen der abgestrahlten Strahlen beinahe
senkrecht zur Oberfläche
des Vorrichtungssubstrates verlaufen. Bei der Oberflächenlichtabstrahl-Halbleiterlaseranordnung 501 können die
von ihr abgestrahlten Laserstrahlen auf 10 Grad oder weniger und
der Abstand der benachbarten Lichtabstrahlabschnitte auf 0,05 mm
oder weniger eingestellt werden. Es wird nun eine Halbleiterlaseranordnung 501 mit
zwei Lichtabstrahlabschnitten betrachtet. Der Abstand t zwischen
dem Lichtabstrahlabschnitt 512a und 512b ist auf
0,05 mm eingestellt, wobei der Lichtabstrahlabschnitt 512a auf
einer optischen Achse 510 der Kollimatorlinse 502 angeordnet
ist. Die Beleuchtung und die Lichtstärke der Lichtabstrahlabschnitte 512a und 512b werden
durch eine Steuereinheit 560 (siehe 42) gesteuert. Strahlen, die von den
Lichtabstrahlabschnitten 511a und 512b abgestrahlt
werden, werden als Strahlen 511a bzw. 511b bezeichnet.
Wenn der Streuwinkel θ jedes
abgestrahlten Strahls 10 Grad beträgt, die Brennweite f der Kollimatorlinse 502 10
mm ist und der Abstand h von der Kollimatorlinse 502 zur
Ablenkoberfläche 505 des Drehpolygonspiegels
50 mm beträgt,
dann ist der Durchmesser d der Strahlen 3,0 mm. Es wird nun vorausgesetzt,
daß sich
das Zentrum der Öffnungsblende 503 auf
der optischen Achse 510 befindet und der Durchmesser D
der Öffnungsblende 503 gleich
dem Strahldurchmesser d ist.
-
Da
D/d = 1 sind beide Bedingungen, die durch die Gleichungen (19) und
(21) gegeben sind, erfüllt.
Da gemäß der Bedingung,
die durch die Gleichung (18) gegeben ist, s ≤ 58 mm ist, kann die Öffnungsblende 503 an
einer beliebigen Stelle in der Mitte zwischen der Kollimatorlinse 502 und
der Ablenkfläche 505 des
Drehpolygonspiegels angeordnet sein. Da andererseits gemäß der Bedingung,
die durch die Gleichung (20) gegeben ist, s ≤ 28 mm ist, kann die Öffnungsblende
an einer beliebigen Stelle in der Mitte zwischen dem ablenkflächenseitigen
Brennpunkt der Kollimatorlinse 502 und der Position 28
mm rechts von der Ablenkfläche 505 angeordnet
sein. Wenn darüber
hinaus die Zahl der Lichtabstrahlabschnitte, die sich in einer Linie
befinden, erhöht
wird und sich der Wert t vergrößert, kann
unter der Voraussetzung, daß die
Bedingungen von Gleichung (18) und (19) erfüllt sind, die Öffnungsblende 503 angeordnet
sein, sofern die Zahl der Lichtabstrahlabschnitte 12 oder
weniger ist. Gemäß den Bedingungen
der Gleichungen (20) und (21) kann andererseits, sofern die Zahl
der Lichtabstrahlabschnitte sechs oder weniger ist, die Öffnungsblende 503 an
der Stelle der Kollimatorlinse 502 angeordnet sein. Wenn
die Öffnungsblende 503 an
der Stelle der Kollimatorlinse 502 angeordnet sein kann,
ist, nachdem der Halterahmen der Kollimatorlinse 502 als Öffnungsblende
verwendet werden kann, eine unabhängige Öffnungsblende nicht erforderlich,
wodurch die Zahl der Bauelemente des optischen Abtastsystems verringert
werden kann.
-
6-3 Wirkungen
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung befindet sich, wie es oben beschrieben wurde, eine Öffnungsblende
auf einem optischen Pfad in der Mitte zwischen einer Halbleiterlaseranordnung
und einer Ablenkeinheit gemäß den Bedingungen,
die durch die Gleichungen (18) und (19) gegeben sind. Selbst wenn
die Streuwinkel der Strahlen abweichen, können somit die Durchmesser
der Bildpunkte gleichgehalten werden. Auf diese Weise kann man eine
stabile und hohe Druckqualität
erreichen. Zusätzlich
zu einer hohen Druckqualität
von Buchstaben und Linien, kann eine Öffnungsblende auf einem optischen
Weg an einer beliebigen Position in einem großen Bereich zwischen einer
Halbleiterlaseranordnung und einer Ablenkeinheit angeordnet sein.
Alternativ dazu kann ein Halterahmen einer Kollimatorlinse als Öffnungsblende
verwendet werden. Infolge dessen werden die Möglichkeiten bei der Entwicklung
eines optischen Systems verbessert.
-
Darüber hinaus
ist eine Öffnungsblende
auf einem optischen Weg in der Mitte zwischen einer Halbleiterlaseranordnung
und einer Ablenkeinheit gemäß den Bedingungen
angeordnet, die durch die Gleichungen (20) und (21) gegeben sind.
Selbst wenn die Streuwinkel der Strahlen abweichen, können die
Durchmesser der Bildpunkte gleichgehalten werden. Auf diese Weise
kann man eine stabile und hohe Druckqualität erreichen. Zusätzlich zu
einer hohen Druckqualität
von nicht nur Buchstaben und Zeilen sondern auch Halbtonbildern
und Punktrastern, kann eine Öffnungsblende
auf einem optischen Weg an einer beliebigen Stelle in einem großen Bereich
zwischen einer Halbleiterlaseranordnung und einer Ablenkeinheit
angeordnet sein. Alternativ dazu kann ein Halterahmen einer Kollimatorlinse
als Öffnungsblende
verwendet werden. Infolge dessen wird der Freiheitsgrad bei der
Entwicklung eines optischen Systems verbessert.
-
Industrielle Anwendung
-
Das
Bilderzeugungsgerät
der vorliegenden Erfindung kann Daten auf Papier mit einer hohen
Geschwindigkeit unter Verwendung eines elektrofotografischen Vorgangs
ausdrucken. Das Bilderzeugungsgerät kann als Ausgabeeinheit eines
Computers, eines Faxgerätes,
eines Multifunktions-Kopiergerätes
und dergleichen verwendet werden.