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Dokumentenidentifikation DE69733682T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000844707
Titel Mehrstrahllichtquelle und optisches Mehrstrahlabtastsystem unter Verwendung dieser Quelle
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Mogi, Shin, 3-chome, Tokyo, JP
Vertreter Dr. Weser & Kollegen, 81245 München
DE-Aktenzeichen 69733682
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.11.1997
EP-Aktenzeichen 971203815
EP-Offenlegungsdatum 27.05.1998
EP date of grant 06.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H01S 5/40
IPC-Nebenklasse H01S 5/022   G06K 15/12   B41J 2/45   H01S 5/42   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung, die in einer optischen Mehrstrahl-Abtastvorrichtung dazu verwendet wird, gleichzeitig mit mehreren Strahlen einen Schreibvorgang durchzuführen, beispielsweise in Laserdruckern oder digitalen Kopiergeräten.

Einschlägiger Stand der Technik

1 ist eine Strukturzeichnung einer herkömmlichen Mehrstrahl-Schreibvorrichtung, die in Laserdruckern oder dergleichen eingesetzt wird. Eine Kollimatorlinse 2, eine Zylinderlinse 3 und ein Polygonspiegel 4 zum Ablenken einer Mehrzahl von Laserstrahlen sind in dieser Reihenfolge vor einer Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle 1, die mehrere Emissionspunkte aufweist, angeordnet, und in dem Reflexionsbereich des Polygonspiegels 4 sind eine Abtastlinse 5 und eine photoempfindliche Trommel 6 als Aufzeichnungsträger angeordnet. Ein Synchron-Detektorspiegel 7 zum Reflektieren eines Teils der von dem Polygonspiegel 4 reflektierten Laserlichtstrahlen befindet sich zwischen der Abtastlinse 5 und der photoempfindlichen Trommel 6, und in dem Reflexionsbereich des Synchron-Detektorspiegels 7 befindet sich ein Synchron-Detektorsensor 8. Der Ausgang einer Lasertreiberschaltung 9 ist mit der Mehrstrahl-Halbleiterlaserquelle 1 verbunden.

2 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle 1. Eine trapezförmige Strebe 12 befindet sich auf einer Oberfläche einer Basis 11, und an der trapezförmigen Strebe 12 sind ein Halbleiterlaserchip 13 und eine Photodiode 14 fixiert. An der Basis 11 ist ein Deckel 15 befestigt, um die trapezförmige Strebe 12 abzudecken, auf der sich der Halbleiterlaserchip 13 und die Photodiode 14 befinden, wobei in der Oberseite des Deckels 15 ein Fenster 16 vorgesehen ist, welches Laserstrahlen La und Lb durchläßt. Leitungsanschlüsse 17 zum Verbinden des Halbleiterlaserchips 13 und der Photodiode 14 mit einem Lasertreiber-Steuersystem, welches hier nicht dargestellt ist, befinden sich an der gegenüberliegenden Fläche der Basis 11. Die Photodiode 14 empfängt die Strahlen La', Lb', die von dem Halbleiterlaserchip 13 nach hinten emittiert werden.

3 ist eine Frontansicht eines Kantenemittertyp-(Stirnflächen-Emissionstyp-)Halbleiterlaserchip 13. Ein Halbleiterlaserchip 13 auf der trapezförmigen Strebe 12 ist durch Dampfstrahlepitaxie gebildet, beispielsweise mittels des MOCVD- oder des MBE-Verfahrens, um das n-leitende Substrat 18 zu bilden, so daß weniger Kristalldefekte entstehen. Insbesondere besitzt das Halbleiterlaserchip 13 eine Gesamthöhe von etwa 150 &mgr;m und ist derart strukturiert, daß sich auf dem Substrat 18 eine sehr dünne Kristallwachstumsschicht 19 mit einer Dicke von etwa 10 &mgr;m befindet und sich auf dieser Kristallwachstumsschicht 19 eine aktive Schicht 20 befindet.

Während im Zuge der Fertigung des Halbleiterlaserchips 13 durch Wachstum ein Kristall gezüchtet wird, werden in der aktiven Schicht 20 mehrere Emissionspunkte 21a, 21b gebildet. An der Oberseite des Kristallwachstumsteils 19 werden Metallelektroden fixiert, und an diese Metallelektroden werden Leitungsdrähte 22a, 22b angelötet. Folglich wird die Seite des Substrats 18 zu einer gemeinsamen Elektrode in der elektrischen Schaltung, während auf der Seite des Kristallwachstums gebildeten Teils 19 elektrisch getrennte Elektroden entstehen, indem das Kristallwachstum derart vorgenommen wird, daß die Emissionspunkte 21a, 21b voneinander durch eine zwischen ihnen befindliche Nut voneinander getrennt werden.

4 ist eine anschauliche Darstellung von Strahlflecken P1, P2, die durch die von der Halbleiterlichtquelle 1 emittierten und die Fläche auf der photoempfindlichen Trommel 6 abtastenden Mehrfach-Laserstrahlen entstehen. Die Strahlflecken P1, P2 sind entsprechend benachbarten Abtastflächen in Nebenabtastrichtung getrennt, außerdem sind sie um eine vorbestimmte Strecke S in Hauptabtastrichtung voneinander getrennt. Dementsprechend sind die mehreren Emissionspunkte in dem Halbleiterlaserchip 13 der Halbleiterlaserlichtquelle 1 in einer Schräglage so positioniert, daß sie in Hauptabtastrichtung beabstandet sind, in Nebenabtastrichtung jedoch eng benachbart sind.

Wenn ein Lasertreibersignal von dem Lasertreibersteuersystem über den Leitungsanschluß 17 zugeführt wird, gelangt elektrischer Strom durch die Leitungsdrähte 22a, 22b an den Halbleiterlaserchip, so daß dieser anschwingt und von den Emissionspunkten 21a, 21b in der Vorderseite durch das Fenster 16 Laserstrahlen emittiert werden.

Auf diese Weise gelangen die mehreren von der Halbleiterlaserlichtquelle 1 emittierten Laserstrahlen durch die Kollimatorlinse 2 und die Zylinderlinse 3 und werden anschließend zur Abtastung vom Polygonspiegel 4 abgelenkt. Daran anschließend durchlaufen sie die Abtastlinse 5, um auf der photoempfindlichen Trommel 6 fokussiert zu werden und diese abzutasten. Dabei sind die von den jeweiligen Emissionspunkten 21a, 21b abgestrahlten Laserstrahlen in einem versetzten Zustand in Nebenabtastrichtung gegenüber den Abtast-Schreiblinien positioniert, so daß die verschiedenen benachbarten Emissionspunkte für jeweils benachbarte Abtastzeilen zuständig sind.

Zur synchronen Detektion eines Abtast-Schreibvorgangs auf der photoempfindlichen Trommel 6 nimmt der Synchron-Detektorsensor 8 den von außerhalb der wirksamen Schreibzone emittierten Laserstrahl auf, und kurze Zeit vor dem Schreibvorgang nimmt er den Strahl von dem Synchron-Detektorspiegel 7 auf. Deshalb erfolgt die Laseremission zweimal beim wirksamen Schreiben und bei der Synchron-Detektierung zur Ansteuerung der Lasertreiberschaltung 9.

Außerdem erfolgt eine automatische Leistungsregelung (APC) für jeden Emissionspunkt 21a, 21b, um die Laserlichtmengen konstant zu halten. Diese automatische Leistungsregelung wird in der Weise durchgeführt, daß die Emissionspunkte 21a, 21b getrennt schwingen und die von der Rückseite des Halbleiterlaserchips 13 dabei emittierten Strahlen La', Lb' von der Photodiode 14 im Zeitmultiplexbetrieb detektiert werden.

  • (1) Allerdings hat das oben beschriebene herkömmliche Beispiel den Nachteil, daß, weil mehrere Emissionspunkte 21a, 21b in einem Halbleiterlaserchip 13 vorgesehen sind, zwischen den benachbarten Emissionspunkten 21a, 21b ein thermisches Nebensprechen stattfindet, was zu einer Schwankung der Lichtmengen zwischen den Emissionspunkten 21a, 21b führt.
  • (2) Da die Elektroden der Emissionspunkte 21a, 21b des Halbleiterlaserchips 13 auf der Kathodenseite oder auf der Seite des n-leitenden Substrats 18 gemeinsam sind, hat das herkömmliche Ausführungsbeispiel den Nachteil, daß die Anzahl der Wahlmöglichkeiten bei der Auswahl des Laseremissions-Treiberverfahrens in einer Laseremissionsschaltung für die Bildsignale eingeschränkt ist.
  • (3) Wenn außerdem als Mehrstrahl-Laserlichtquelle ein Oberflächenemissionstyp-Halbleiterlaser verwendet wird, sind die Polarisationsrichtungen der einzelnen Emissionspunkte 21a, 21b in einigen Fällen nicht identisch. Dann hat das herkömmliche Ausführungsbeispiel den Nachteil, daß es zu einer Ungleichmäßigkeit bei den Schreiblichtmengen kommt, wenn eine Abtastung mit mehreren Laserstrahlen über optische Elemente erfolgt, die den Polygonspiegel 4 und die Abtastlinse 5 beinhalten.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung, die einen gewünschten Raum zwischen den Emissionspunkten garantiert und auf diese Weise den Einfluß des gegenseitigen thermischen Nebensprechens zwischen benachbarten Emissionspunkten vermindert, um das obige Problem (1) zu lösen.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung, die ein erhöhtes Maß an Freiheitsgraden für die Verbindung auf der Lasertreiberschaltung aufweist sowie für das dazugehörige Treiberverfahren unter Einsatz eines n-Substrat-Laserchips, um das obige Problem (2) zu lösen.

Ein drittes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung unter Verwendung eines Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips als Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle, wobei die Polarisationsrichtungen von Laserstrahlen, die aus benachbarten Emissionspunkten austreten, nahezu identisch sind, um Durchlässigkeit und Reflexionsvermögen für Laserstrahlen, die die optischen Elemente durchlaufen, zur Lösung des obigen Problems (3) äquivalent zu machen.

Die obigen Ziele werden erreicht durch eine Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, die optische Mehrstrahl-Abtastvorrichtung nach Anspruch 10 und den Laserdrucker gemäß Anspruch 11. Die übrigen Ansprüche betreffen Weiterentwicklungen.

Die nachfolgende Beschreibung umfaßt drei Beispiele. Das zweite und das dritte Beispiel stellen Ausführungsformen der Erfindung dar. Obschon das erste Beispiel nicht unter die beanspruchte Erfindung fällt, dient es dem Verständnis der Erfindung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Draufsicht auf die Mehrstrahl-Schreibvorrichtung der herkömmlichen Ausführungsform;

2 ist eine perspektivische Ansicht der Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle;

3 ist eine Frontansicht eines Halbleiterlaserchips;

4 ist eine erläuternde Darstellung der Abtaststrahlflecken;

5 ist eine Frontansicht eines auf einem Teil des ersten Beispiels angebrachten Halbleiterlaserchips;

6 ist eine perspektivische Ansicht der 5;

7 ist ein Strukturdiagramm einer elektrischen Schaltung der Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle;

8 ist eine perspektivische Ansicht des auf einem Teil des zweiten Beispiels gelagerten Halbleiterlaserchip;

9 ist eine Draufsicht auf eine Mehrzahl von Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips;

10 ist eine Seitenansicht der 9;

11 ist eine Draufsicht auf eine modifizierte Version des zweiten Beispiels; und

12 ist eine Draufsicht auf mehrere Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips des dritten Beispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen beschrieben anhand der in den 5 bis 12 dargestellten Beispiele.

Da der Gesamtaufbau der optischen Mehrstrahl-Abtastvorrichtung im wesentlichen der gleiche ist, wie er in 1 dargestellt ist, wird hier auf seine Beschreibung verzichtet, beschrieben wird lediglich die Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung.

5 ist eine Vorderansicht des mit Halbleiterlaserchips bestückten Teils des ersten Beispiels, 6 ist davon eine perspektivische Ansicht. Halbleiterlaserchips 32a, 32b mit jeweils einem unabhängigen Emissionspunkt 31a bzw. 31b sind auf der trapezförmigen Strebe 30 ausgebildet. Jeder der Halbleiterlaserchips 32a, 32b setzt sich zusammen aus einem Substrat 33a, 33b und einem Kristallwachstumsbereich 34a, 34b, wobei letztere entgegengesetzte Polarität besitzen wie das Substrat 33a bzw. 33b. In jedem Kristallwachstumsbereich 34a, 34b ist eine aktive Schicht 35a, 35b ausgebildet, und auf der Vorderflächenseite innerhalb der aktiven Schicht 35a, 35b befindet sich ein Emissionspunkt 31a bzw. 31b. S0 stehet für den Abstand zwischen den Emissionspunkten 31a, 31b, S1, S2 stehen für den Abstand zwischen dem jeweiligen Emissionspunkt 31a, 31b und einer mittleren Seitenfläche des Halbleiterlaserchips 32a bzw. 32b, und S3 steht für den Abstand zwischen den Halbleiterlaserchips 32a und 32b selbst.

An der Oberseite des jeweiligen Halbleiterlaserchips 32a, 32b ist durch Aufdampfen oder dergleichen eine leitende Elektrode 36a, 36b gebildet, mit der ein Leitungsdraht 37a bzw. 37b in Verbindung steht. Die getrennten Emissionspunkte 31a, 31b sind in den Halbleiterlaserchips 32a, 32b ausgebildet, Leistung wird über die auf der Oberseite befindliche leitende Elektrode 36a bzw. 36b zugeführt, wobei sich eine ähnliche Elektrode auf der Unterseite befindet, die hier nicht dargestellt ist.

Die von den Emissionspunkten 31a, 31b zu diesem Zeitpunkt abgestrahlten Laserstrahlen La, Lb sind in 6 durch gestrichelte Linien dargestellt, durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie ist ein Glasfenster 38 angedeutet, durch welches die Laserstrahlen La, Lb einen Teil des Halbleiterlaserblocks verlassen. C1 und C2 bedeuten die Mittellinie des Halbleiterlaserchips 32a bzw. 32b bei Betrachtung von deren Vorderseite. 7 ist eine Schaltungsskizze der mehreren Laseremissionspunkte 31a, 31b, wobei eine eingebaute Photodiode 39 durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie angedeutet ist.

Die aus den Emissionspunkten 31a, 31b der Halbleiterlaserlichtquelle abgestrahlten Laserstrahlen La, Lb werden in Richtung des Fensters 38 an dem Halbleiterlaserblock emittiert, und bilden Laserlicht zum optischen Schreiben auf einem photoempfindlichen Träger durch mehrere Strahlen.

Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Halbleiterlaserchips 32a, 32b durch Dampfphasen-Epitaxie mit der Hauptkomponente GaAs gebildet, und die Substrate 33a, 33b sind vom n-Typ, das heißt von sogenannter Kathoden-Polarität, weil Substrate mit elektrischer p-Polarität zahlreiche Kristalldefekte besitzen und in der Praxis nicht zur Verfügung stehen. Dementsprechend sind die Elektroden der Kristallwachstumsbereiche 34a, 34b vom p-Typ, mithin von Anoden-Polarität in elektrischem Sinn.

In der herkömmlichen Vorrichtung, in der mehrere Emissionspunkte in dem Kristallwachstumsbereich 19 auf dem n-Substrat 18 gemäß 3 ausgebildet sind, kann die p-Seite elektrisch getrennt werden, allerdings ist die n-Seite gemeinsam, da sie auf demselben Substrat 18 liegt. Damit ist der Aufbau ein Aufbau vom sogenannten Typ mit gemeinsamer Kathode. Grundsätzlich haben allerdings Schaltungen zum Ansteuern einer Struktur mit gemeinsamer Kathode den Nachteil, daß sie sich nicht für hohe Bildfrequenzen eignen, da sie grundsätzlich von pnp-Transistoren Gebrauch machen müssen.

Wenn daher die Halbleiterlaserchips 32a, 32b vom getrennten Typ sind, wie es bei der vorliegenden Ausführungsform der Fall ist, so kann die Struktur ein sogenannter Typ mit gemeinsamer Anode sein, bei welchem die gemeinsame Elektrode der Halbleiterlaserchips 32a, 32b der p-Seite entspricht, obschon zwei n-Substrate 33a, 33b verwendet werden. Dies ermöglicht uns den Einsatz schneller npn-Transistoren auf der Treiberschaltungsbasis und damit eine erhöhte Wahlmöglichkeit bei den Schaltungsverfahren sowie die Anpassung der Schaltung an die Bildfrequenzen.

Die trapezförmige Strebe 30 hat auch die Funktion einer Elektrode, allerdings erübrigt die Verwendung getrennter Halbleiterlaserchips 32a, 32b deren Ausgestaltung mit gemeinsamen Polaritäten entweder vom Anoden- oder vom Kathodentyp durch Abtrennen der trapezförmigen Strebe 30, was außerdem die Wahlmöglichkeit zum Ansteuern der separaten Emission bietet. Allerdings nimmt die Anzahl von Anschlüssen dabei zu, so daß die Polaritäten vorzugsweise basierend auf der Relation zu dem gewählten Schaltungsverfahren ausgewählt werden sollten.

Die Mehrstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle dieses Beispiels besitzt anders als eine mit nur einem Emissionspunkt versehene Einzelstrahl-Halbleiterlaserlichtquelle zwei Emissionspunkte 31a, 31b, die sich an teilweise versetzten Stellen befinden. Betrachtet man sie von der Vorderseite der Halbleiterlaserchips 32a, 32b her, weichen die beiden Emissionspunkte 31a, 31b in mechanischer Hinsicht von den Mittelstellen C1, C2 im Sinn eines Aufeinander-Zu-Rückens gemäß 5 ab.

Wenn beispielsweise der Raum S0 zwischen dem Emissionspunkten 31a, 31b etwa 100 &mgr;m beträgt, betragen die Abstände S1 und S2, bei denen es sich um die Abstände von den Emissionspunkten 31a, 31b zu der Stirnfläche jedes Halbleiterlaserchips 32a, 32b handelt, etwa 30 &mgr;m, und der Abstand S3 zwischen den Stirnflächen der Halbleiterlaserchips 32a, 32b beträgt etwa 40 &mgr;m. Wenn man also davon ausgeht, daß die Breite der Halbleiterlaserchips 32a, 32b bei Betrachtung von deren Frontseite 250 &mgr;m beträgt, so liegen die Emissionspunkte 31a, 31b so, daß sie in Richtung ihrer benachbarten Emissionspunkte 31a, 31b versetzt sind.

Allgemein führen große Abstände zwischen den Emissionspunkten 31a, 31b zu dem Problem einer Zunahme der optischen Aberration der die mehreren Laserstrahlen aufnehmenden Abbildungslinse, so daß die Abmessungen der Strahlflecken auf dem photoempfindlichen Element größer werden. Zu geringe Abstände zwischen den Emissionspunkten führen zu dem Problem eines erhöhten thermischen Nebensprechens in Form einer Schwankung der Lichtmenge, bedingt durch Wärme von benachbarten Emissionspunkten 31a, 31b.

Eine angestrebte Ausgestaltung ist also derart beschaffen, daß die Abstände S1, S2 von den Emissionspunkten 31a, 31b zu den Stirnflächen der betreffenden Halbleiterlaserchips 32a, 32b die Bedingung S1 ≈ S2 und 10 &mgr;m ≤ S1 ≤ 100 &mgr;m erfüllen, wobei der Abstand S3 zwischen benachbarten Halbleiterlaserchips 32a, 32b die Bedingung S3 ≤ 200 &mgr;m und der Abstand S0 zwischen den Emissionspunkten 31a, 31b die Bedingung 30 &mgr;m ≤ S0 ≤ 250 &mgr;m erfüllt.

Auf diese Weise lassen sich die Emissionspunkte 31a, 31b relativ eng beabstandet anordnen, und die Emissionspunkte 31a, 31b sind voneinander innerhalb der jeweiligen Halbleiterlaserchips 32a, 32b getrennt. Aus diesem Grund kann die Ausgestaltung nach diesem Beispiel das thermische Nebensprechen verringern im Vergleich zu der herkömmlichen Ausgestaltung, bei der mehrere Emissionspunkte innerhalb eines Halbleiterlaserchips ausgebildet sind.

Die Wellenlänge des von der Halbleiterlaserlichtquelle emittierten Lichts beträgt 800 nm oder weniger. Da Chipgrößen im Fall von Halbleiterlaserchips mit Wellenlängen von 800 nm oder darunter, beispielsweise 785 nm und 680 nm, nahezu gleich sind, wird die Wärmeabstrahlungsfähigkeit nicht beeinträchtigt, wenn die jeweilige Chipgröße derjenigen der herkömmlichen Ausgestaltung mit einem einzigen Emissionspunkt entspricht, verglichen mit der Ausgestaltung für eine einfach verkleinerte Chipgröße.

Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung der Emissionspunkte 31a, 31b an den in den jeweiligen Halbleiterlaserchips 32a, 32b abweichenden Stellen, den Abstand zwischen den Emissionspunkten 31a, 31b relativ beliebig einzurichten. Wenn außerdem die Formen der mehreren Halbleiterlaserchips 32a, 32b spiegelsymmetrisch sind, ebenso wie die Stellen und die Abmessungen der Emissionspunkte 31a, 31b, wird die Wärmeabstrahlungsfähigkeit identisch, und es gibt nur geringe Unterschiede in den Kennwerten, einschließlich der Lichtmengenschwankung zwischen den Emissionspunkten 31a, 31b.

8 ist eine perspektivische Ansicht des Halterungsteils von Oberflächenemissionstyp-Halbleiterlaserchips des zweiten Beispiels. 9 ist eine Frontansicht der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips, 10 ist davon eine Seitenansicht. Die Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b befinden sich an einer Frontfläche einer trapezförmigen Strebe 30, wobei ein Emissionspunkt 41a, 41b jedes Oberflächenemissionslasers in dem Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchip 40a, 40b vorgesehen ist. Gleiche Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.

Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Wirkungsweise der Lichtquelle beim optischen Schreiben die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, und die Halbleiterlaserchips 40a, 40b sind sogenannte VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; also Oberflächenemissions-Laser mit vertikalem Hohlraum) vom Oberflächenemissionstyp, deren Emissionsfläche im Emissionspunkt deutlich anders ausgebildet ist. Dieser VCSEL besitzt den Emissionspunkt 41a, 41b in der Kristallwachstumsebene, wohingegen der herkömmliche Kantenemissions-Laser den Emissionspunkt in der seitlichen Stirnfläche des Kristalls innerhalb des Schichtaufbaus des Halbleiterlaserchips besitzt. Aus diesem Grund befinden sich der Laseremissionsbereich und die Elektrode 36a, 36b auf der gleichen Ebene innerhalb des VCSEL, wohingegen sie sich bei dem Kantenemissions-Halbleiterlaserchip auf verschiedenen Flächen befinden.

In der Mehrstrahl-Halbleiterlaserquelle dieses Beispiels befinden sich die Emissionspunkte 41a, 41b und die leitenden Elektroden 36a, 36b auf der gleichen Oberfläche in bezug auf das Fenster 38, und die nicht dargestellten Elektroden befinden sich außerdem auf der Montageflächenseite der Halbleiterlaserchips 40a, 40b. Damit befinden sich die Halbleiterlaserchips 40a, 40b auf der Stirnfläche der trapezförmigen Strebe 30 auf der Seite des Fensters 38 und sind so angeordnet, daß sie über die trapezförmige Strebe 30 mit Leistung gespeist werden. Da diese VCSELs aufgrund ihrer Struktur das Laserlicht nur in einer Richtung abgeben, wird von der anderen Fläche der Halbleiterlaserchips 40a, 40b auf der Seite der trapezförmigen Strebe 30 kein Laserlicht abgegeben.

Die VCSELs des vorliegenden Beispiels werden durch die Stapelstruktur mehrerer Kristallschichten auf dem Substrat gebildet, ihr Fertigungsprozeß ist der gleiche wie der des Kantenemissionstyps (des Stirnflächenemissionstyps), wie er in 5 dargestellt ist, wobei die Kristallschichten unter Verwendung eines n-Substrats mittels Dampfphasen-Epitaxie gebildet werden. Jeder der Halbleiterlaserchips 40a, 40b, die getrennt auf den mehreren Substraten ausgebildet sind, besitzt einen Emissionspunkt 41a, 41b ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Um die Emissionspunkte 41a, 41b auf einen Soll-Abstand zu bringen, werden die mehreren Emissionspunkte in den Laseremissionsflächen nahe beieinander angeordnet, wie dies in 9 dargestellt ist.

Die beste Möglichkeit, Wärmestrahlung von den Emissionspunkten 41a, 41b auszugleichen, besteht in der Wahl einer spiegelsymmetrischen Form der Größen für die Halbleiterlaserchips 40a, 40b und die Stellen der Emissionspunkte 41a, 41b in den Emissionsflächen. Wenn der Abstand zwischen den beiden Emissionspunkten 41a, 41b definiert ist durch S0, befinden sich die Punkte in Relation zu den Abständen S1 = S2 an der gleichen Stelle wie bei der ersten Ausführungsform. Der Abstand S3 ist eine Zwischenschicht aus Luft. Da die Wärmeisolierung zwischen den Halbleiterlaserchips 40a, 40b bei Betrachtung von einem Emissionspunkt 41a aus gut ist, läßt sich das thermische Nebensprechen, bei dem es sich um eine Lichtmengenschwankung aufgrund der Wärme aus dem benachbarten Emissionspunkt 40b handelt, deutlich verringern.

Wie oben beschrieben wurde, können, wenn getrennte Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b entsprechend den jeweiligen Emissionspunkten 41a, 41b angeordnet werden, gewünschte elektrische Anschlüsse ausgeführt werden, unabhängig von den Polaritäten der Substrate der Halbleiterlaserchips 40a, 40b, und damit läßt sich das thermische Nebensprechen reduzieren.

Das oben beschriebene zweite Beispiel besitzt die zwei Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b, möglich ist aber auch die Verwendung einer in 11 dargestellten Variante, bei der vier Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b, 40c, 40d derart angeordnet sind, daß einander benachbarte Emissionspunkte an versetzten Stellen so angeordnet sind, daß sie einander in den Gebieten der Laseremissionsflächen nahekommen.

Da die Verwendung von vier Oberflächenemissions-Laserchips wie bei dieser Variante die Möglichkeit bietet, mit vier Strahlflecken das photoempfindliche Element abzutasten, ist ein noch rascheres Schreiben möglich.

12 ist eine Draufsicht auf den Chiphalteteil der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips des dritten Beispiels. 12 zeigt ein Beispiel für mehrere Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b, die jeweils einen Emissionspunkt 41a, 41b besitzen.

Die Oberflächenemissions-Halbleiterlaserlichtquelle des dritten Beispiels hat eine derartige Polarisationscharakteristik für linear polarisiertes Licht, das die Richtung des elektrischen Feldvektors des von der Lichtquelle emittierten Laserlichts in eine Richtung fixiert ist, ähnlich wie bei dem Kantenemissions-Halbleiterlaser. Im Fall des Kantenemissions-Halbleiterlasers ist das Laserlicht linear polarisiertes Licht, wobei allerdings die Richtung des Polarisationswinkels parallel zu den Schichten des Kristallschichtbereichs des Laserchips verläuft. Außerdem ist der Emissionspunkt nicht vollständig rund sondern abgeflacht; damit läßt sich annehmen, daß sie in enger Verbindung zur Polarisationsrichtung (dem Winkel) stehen.

Andererseits wird im Fall der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserlichtquelle das aus dieser austretende Laserlicht in Schichtrichtung der Kristalle emittiert, der Emissionspunkt ist vollständig rund. Dementsprechend reguliert nichts die Polarisationsrichtung des Laserlichts, so daß sich die Polarisationsrichtung nicht spezifizieren läßt.

Da die Mehrstrahl-Schreibvorrichtung sich zusammensetzt aus dem Polygonspiegel 4, der Abtastlinse 5 etc., wie in 1 für das herkömmliche Beispiel dargestellt ist, demzufolge eine Reflexion und eine Transmission des Laserlichts stattfindet, hängen Reflexionsvermögen und Transmissionsvermögen des Laserlichts ab von der Richtung der Polarisationsebene, und die Größen schwanken abhängig von der Polarisationsrichtung, dem Einfallwinkel, dem Reflexionswinkel und dergleichen. Wenn also die Polarisationsrichtungen zwischen verschiedenen Laserstrahlen unterschiedlich sind, unterscheiden sich die Beleuchtungslichtmengen auf dem photoempfindlichen Element. Wenn die Mengen benachbarter Laserlichtstrahlen unterschiedlich sind, erscheinen Druckdichtedifferenzen aufgrund der Lichtmengendifferenz für das menschliche Auge, was Ursache ist für eine Minderung der Druckqualität.

Bei diesem dritten Beispiel wird eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungslichtmenge auf dem photoempfindlichen Element verringert durch Ausrichten der Polarisationsrichtungen der mehreren von den Emissionspunkten 41a, 41b der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b emittierten Laserstrahlen mit der Richtung A, der Richtung B oder der Richtung C. Zu diesem Zweck werden die Polarisationscharakteristika der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40a, 40b nach der Fertigung geprüft, und die Chips mit nahezu gleichen Winkeln werden zusammen eingebaut. Der am meisten effektive Weg für diese Prüfung besteht darin, die Prüfung durchzuführen, wenn zahlreiche Oberflächenemissions-Laserchips auf einem gefertigten Wafer als Feld angeordnet sind. Winkelfehler dieser Polarisationsrichtungen können bei der Montage in einem Bereich von 15° gehalten werden, so daß die Streuung des Reflexionsvermögens und des Transmissionsvermögens beim Durchgang von Laserlicht durch die optischen Elemente vermindert wird und eine Ungleichmäßigkeit der Schreiblichtmenge auf dem photoempfindlichen Element praktisch unterdrückt werden kann.

Wie oben beschrieben wurde, kann im Fall der Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips 40 die Differenz in der Lichtmenge zwischen benachbarten Laserstrahlen für das Abtast-Schreiben auf dem photoempfindlichen Element auch dadurch vermindert werden, daß die Polarisationsrichtungen der mehreren Emissionspunkte 41a, 41b in derselben Richtung ausgerichtet werden, so daß die Ungleichmäßigkeit in der Druckdichte vermindert werden kann.

Wie oben erläutert wurde, verwendet die Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung gemäß der Erfindung die getrennten Halbleiterlaserchips für die jeweiligen Emissionspunkte, und sie verwendet eine derartige Anordnung, daß die Emissionspunkte so angeordnet sind, daß sie in dem Sinne versetzt sind, daß sie mit ihren benachbarten Emissionspunkten in den Emissionsflächen der Halbleiterlaserchips zusammenrücken, wodurch die Qualität des Schreibens oder Druckens verbessert werden kann, indem der gewünschte Abstand zwischen den Emissionspunkten garantiert und eine Lichtmengenschwankung durch thermisches Nebensprechen seitens des benachbarten Emissionspunkts unterdrückt wird, so daß die elektrische Verbindung mehrerer Emissionspunkte unabhängig von den Polaritäten der die Halbleiterlaserchips bildenden Substrate beliebig eingestellt werden kann. Hierdurch ist eine beliebige Auswahl des elektrischen Treiberschaltungsverfahrens möglich. Im Ergebnis läßt sich eine stabile Bildqualität dadurch erreichen, daß man die optimale Schaltung für die Bildfrequenzen wählt.

Die oben beschriebene Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung unter Verwendung mehrerer Oberflächenemissions-Halbleiterlaserchips macht von einer solchen Anordnung Gebrauch, daß die Polarisationsrichtungen der einzelnen Laserstrahlen, die von den Emissionspunkten emittiert werden, im wesentlichen in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, wodurch man die Bildqualität mit stabiler Bilddichte erreichen kann, während die Lichtmengendifferenz zwischen den auf das photoempfindliche Element projizierten Laserstrahlen unterdrückt wird.


Anspruch[de]
  1. Mehrstrahl-Lichtquellenvorrichtung, umfassend:

    mehrere Halbleiterlaserchips (40a, 40b), die je voneinander unabhängige Emissionspunkte (41a, 41b) aufweisen; und

    ein Element (30), an welchem die mehreren Halbleiterlaserchips gelagert sind;

    wobei die Emissionspunkte derart gelegen sind, dass sie, ausgehend von Stellen der Mitten der mehreren Halbleiterlaserchips, in einer Richtung abweichen, um sich einander anzunähern,

    dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Halbleiterlaserchips solche vom Oberflächenemissionstyp sind und Polarisationsrichtungen mehrerer Laserstrahlen, die von den mehreren Halbleiterlaserchips emittiert werden, im wesentlichen in einer Richtung ausgerichtet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Wellenlängen mehrerer von den mehreren Halbleiterlaserchips emittierten Laserstrahlen nicht mehr als 800 nm betragen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die aufeinander zuweisende Richtung um eine Strecke S1, ausgehend von jedem Emissionspunkt, zu einer Stirnfläche jedes Halbleiterlaserchips im Bereich von 10 &mgr;m bis 100 &mgr;m liegt, und eine Distanz S3 zwischen Stirnflächen benachbarter Halbleiterlaserchips nicht mehr als 200 &mgr;m beträgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der S1 einen Wert von 30 &mgr;m und S3 einen Wert von 40 &mgr;m aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die mehreren Halbleiterlaserchips zwei Halbleiterlaserchips (40a, 40b) sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Formen der Chips (40a, 40b) spiegelsymmetrisch einschließlich der Stellen und Größen der Emissionspunkte (41a, 41b) sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die mehreren Halbleiterlaserchips vier Halbleiterlaserchips (40a, 40b, 40c, 40d) sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die mehreren Halbleiterlaserchips Halbleiterlaserchips unter Verwendung eines n-Substrats sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die mehreren Halbleiterlaserchips solche vom Stirnflächen-Emissionstyp oder solche vom Oberflächenemissionstyp sind, hergestellt durch Dampfphasenepitaxie.
  10. Optische Mehrstrahl-Abtastvorrichtung, umfassend:

    eine Mehrstrahl-Lichtquelleneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und

    eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der mehreren von der Lichtquellenvorrichtung emittierten Laserstrahlen.
  11. Laserdrucker, umfassend:

    eine optische Mehrstrahl-Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, und einen Aufzeichnungsträger, auf den die mehreren Laserstrahlen geleitet werden, welche von der Ablenkeinrichtung abgelenkt werden.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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