JPH0127406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は音響光学的にレーザ・ビームを走査す
る装置に係り、更に具体的には１対の音響光学的
変調装置によつてレーザ・ビームを２値静的に
（bistatically）に変調して、スポツト列ラスタ形
成イメージ・パターンを走査するための１対のラ
スター走査線を発生させる装置に係る。 音響光学的に変調されるレーザ・ビーム走査シ
ステム、特にラスター走査装置は古くからある技
術である。満足の行く幾つかのシステム構成が知
られている。しかし技術が進歩するにつれて、打
撃式印刷に対する要求、用紙の着色及び融着に関
する要求とともに速度、解像度及び整列に関する
益々増大する要求が、その技法を発展させる上で
更に困難な幾つかの問題を生み出してきた。もし
も他に理由がなく、これらの従来方法及び装置の
価値が証明されているならばこれらの方法及び装
置を可能なかぎり使用する事が望ましい。 多くの高速レーザ走査システム、特に印刷で使
用されるこれらのシステムでは、偏向装置で必要
な走査率を減じるため且つ同時に変調装置で必要
な立上り立下り時間を減少させるため、２又はそ
れ以上の複数のビームで走査する構成が知られて
いる。これは必要に応じ個々に変調し得る非同時
発生的な（non−coincident）ビームを与えるた
め、２又はそれ以上の周波数で付勢される音響光
学的変調装置である程度達成される。 レーザ・ビームが光学機械装置によつて一方向
に偏向され且つ２又はそれ以上の異なるキヤリア
周波数で同時に動作する音響光学的変調装置によ
つて前者の方向に対する垂直方向に偏向されそし
て強度変調されるような音響光学的変調ラスター
走査システムでは、増大する要求に合致するよう
な試みはいずれも望ましくない干渉を生じる。即
ち、例えば音響光学的変調装置で駆動された２つ
の異なるキヤリア周波数1及び2の干渉を生じ
る。この干渉は各水平方向走査線から正及び負の
垂直方向距離に反比例して増大する。このため各
走査線の垂直方向の間隔を増して干渉を低下しよ
うとすると走査線密度が低下し、逆に各走査線の
垂直方向の間隔を狭めて走査線密度を増加しよう
とすると、干渉の増加をもたらすと言う不都合が
あつた。 本発明は例えば後述の第５図において、４個の
光ビームの光点像のうち上下方向に相互の距離が
近いため必然的に干渉を大きくする（０，０）ビ
ームの光点＋及び（１，１）ビームの光点＋を遮
蔽手段例えば刃状部材３０（第３図参照）によつ
て阻止する。そして斜め方向の（１，０）ビーム
の光点及び（０，１）ビームの光点のみを利
用することにより、走査線密度の見かけ上の間隔
が斜め方向に拡がるので、垂直方向の間隔を実際
に減少できるようになり、引いては走査線密度を
増大しうるようにした。 以下で新規な技法をそれに対応する新規な実施
例の装置とともに説明するが、その前に従来技
術、特に下記の米国特許の出願明細書及び下記の
出版物に示された従来技術に図示され、教示され
るシステム、装置及び構成素子について若干触れ
ておこう。 (1) USP第3882273号 (2) USP第3900851号 (3) USP第4000493号 (4) USP第4053898号 (5) Applied Physics Lettersの1973年６月号22
巻第557乃至559頁に掲載されたW.P.Chu及び
Mauldin両氏の論文“Bragg Diffraction of
Light by Two Orthogonal Ultrasonic
Waves in Water.” 上記米国特許は音響光学的レーザ・ビーム走査
装置を用いてラスター走査方式のイメージ表示を
行なうためのシステム及び装置を開示している
が、本発明に従つた装置が指向している空間的な
重なりという課題を扱つたものはなく、本発明に
従つた装置を示唆しているとはいえない。 上記文献の技術は、互いに平行なあるいは互い
に垂直なそして又レーザ・ビームの軸に垂直な２
つの方向において音響的に励起されるブラツグ型
偏向セル（Bragg deflection cell）を含む類似
した構成の音響光学的装置を開示するが、これら
は本発明に従つた新規な走査装置に全く及ばな
い。 本発明の原理が使用される基本的走査装置は第
１図に示される。レーザ装置８は音響光学的変調
装置１２を介してコヒーレント光のビームを与え
るために配列され、この変調装置でこのビーム
は、ある音響的周波数の波形が供給源１５から印
加される変調回路１４を動作させるための入力端
子１３に印加される２進データに応答して変調さ
れる。この変調は、２値静的な逐次スポツト像を
表わす２本のビームを発生するように作用し、こ
れらのビームは通常構造の回転鏡装置１６に当て
られる。この回転鏡１６はライン平面の表面１８
の大きさに対して相対的に大きな回転半径をもつ
た円筒形ドラムに向つて横方向にこの２本のビー
ムを走査し、この像領域のこの走査線の垂直方向
の分離はこの平面の表面素子を水平方向に移動さ
せるかあるいはこのドラムを回転させるかの何れ
かによつて行なわれる。音響光学的変調装置１２
は、この円筒形表面素子１８を同時に多重走査さ
せるために必要な距離だけ離隔された２つ以上の
スポツト（光点）を与える。一例では、この円筒
形表面素子１８は静電印刷装置及びこれら類似し
た装置の光導電体ドラムである。図示するような
この装置構成が同期装置を有し、この同期装置が
本発明の一部でないから説明の簡略化のために省
略され且つ使用できる多くの同期方式のうち少な
くとも１つの公知の方式によつてこの装置を同期
させる必要な手段が使用されることがわかつた。 本発明によれば、この音響光学的変調装置１２
は第２図の立面図、第３図の側面図及び第４図の
斜視図に示すように配列された１組のブラツグ型
セルからなる。これらのセル２１及び２２は結晶
性鉛−あるいは鉛−モリブテン酸塩（plumbium
−molybdate）あるいはPbM₀O₄である方が好ま
しい。他の適当な音響光学的変調材は二酸化テル
ル、TeO₂及びテルル・ガラスである。70MHz乃
至120MHzの変調周波数領域において、この結晶
体５mm×10mm×15mmであり、電子−音響変換器２
３及び２４はこの結果体の５mm×10mmの面の１つ
の面に配列されている。これらのセルは音響波伝
播軸を互いに90゜に配列し、他方のセルの後方に
一方のセルを離隔して配置されている。これらの
セルの間隔はこれらのセルが励起される時に接触
しない大きさであれば十分であるが、テストに用
いた１組のセルの取付配列では150mmの間隔でも
達成されそしてすぐれた結果は20mmの間隔で達成
された。後述するように、この光のビーム１０は
第１のセルに関して所定のブラツグ角でこの第１
のセルに導かれそして同時に他のセル２２に関し
て適当なブラツグ角で導かれる。このブラツグ角
は、110MHzで8.5ミリラジアン程度である。 動作において、この音響出力のレベルは０次か
らブラツグ偏向次（Bragg deflected order）の
間のいろいろな段階の出力レベルを達成するよう
に調整される。出力Ｐはブラツグ偏向次において
最大偏向効率の出力に相当する出力になるように
定められる。この出力Ｐは光学強度の単位I₁を定
義できる。 I₁＝Ｉ偏向／I₀ ところで、I₀は入射して偏向されなかつた光学
強度である。そこで例えばＰ＝1/4は光学強度I₁
（1/4）を偏向する音響出力レベルと考えられる。 出力ビームはほとんどの場合に高次の方向へ偏
向されるが、エネルギーのほとんどはこの非偏向
次あるいはブラツグ偏向次の何れかにある。両変
調装置の０次に相当する（０，０）入射ビームの
方向はこのブラツグ偏向されたビームがこの＋１
の回折次になるような方向である。第５図におい
て図式的に示されるように、ビームの角度発散に
よる伝播によつて生じる分離状態は以下のように
定義される。

【表】 てブラツグ偏向されたビー
ム。
ビームの中心は第５図に示すようにビームの重
なりが生じないようにこれらの偏向器から十分離
して置かれたスクリーン上に、表示される。ビー
ムの強度に関しては、音響出力として表わす偏向
表を下記の第１表に示す。この簡略化して示され
た表において、P₁及びP₂の値は０次から＋１次
へ、又は＋１次から０次への順方向、及び逆方向
の遷移を無視している。実際に必要とされる出力
は、１より大きい計数δ（例えばδ＝1.1）が乗算
されるため、一方のビームだけの偏向の場合の
P₁＝1/2より僅かに大きくなる。

【表】 もしもストツパー、刃状部材３０あるいはスリ
ツトが（０，１）及び（１，０）ビームのみを通
すように配列されているならば、P₁及びP₂の
夫々３つの出力レベル即ちP₁＝０，P₁＝1/4，P₁
＝1/2（δ）及びP₂＝０，P₂＝1/4，P₂＝1/2
（δ）はこの２つの選択されたビームをオフ及び
オンに振幅変調するのに十分である。 これらのビームはこの（０，０）軸に沿つて同
一平面から但し水平に変位して発散するように見
える。ブラツグ型音響光学的変調装置においてビ
ーム偏向のために速い立上り時間を得るように、
この入射ビームはこのビームの直径を減少するよ
うに収束される。そして収束によつて形成される
このビームくびれ部分（最小直径部分）はもつと
も早い立上り時間を与えるように、一般的には一
つの変調装置中のビーム経路の中心付近に位置づ
けられる。図示のように２つの変調装置を持つ構
造に関して説明すると、最も早く且つバランスし
た立上り時間を与えるために、このビームくびれ
部分と直交的に配置された２つの変調装置２１及
び２２の間の中間で夫々から等距離の位置に配置
されている。みかけの偏向はビームくびれ部分に
起らないので、ビームくびれ部分のみかけのビー
ム源は（０，０）ビームのビームくびれ部分に位
置したこのビームに垂直な平面に変位される。こ
のみかけの変位はDsin2θ〓である。 ここでＤは個々の変調装置のみかけ上の偏向中
心はビームくびれとの間の光学的通路長、θ〓はブ
ラツグ角である（第４図参照）。 焦点距離150mmの収束レンズを用いて、96MHz
でイソメツト（Isomet）1206−１ブラツグ変調
装置で測定したところ、ビームくびれ部からこの
変調装置の1.27cm（0.5インチ）の変位が偏向
率／立上り時間を87％／24ナノ秒から約87％／28
ナノ秒へとほんの僅かしか減少しないことがわか
つた。 この変調装置素子の長さが1.63cm（0.6インチ）
であるので、このことはもしも２つの変調装置が
ビームくびれ部分の前及び後に対称的に配置され
ているならば２つの変調装置を用いた構成が立上
り時間の不都合な増加あるいは効率の不都合な減
少を与えないということを証明している。 動作において、入射ビーム（０，０）は２つの
音響波に関してブラツグ条件を満足しなけばなら
ない。この（０，０）ビームはＺ軸として定義さ
れ、直交的に配列された変調装置２１及び２２は
このＺ軸に関してある角度（例えばθ〓）に傾けら
れることが必要である。この条件は、直交的に付
勢される単一の装置で容易に適用できるが、その
装置では２つの音響伝播ベクトル（伝播方向）
_１及び₂が一つの平面を作る。夫々の音響の波長
は同じである必要はないが、例を単純化するた
め、等しいものと仮定する。この平面に対する垂
線Ｎは、Ｚ軸と共にそのＺ軸を含んだ平面を形成
するように傾けなければならない。このＺ軸と垂
線Ｎの間の角度をψと定めると、このブラツグ条
件はsinψcos45゜＝sinθ〓で表わされる。同じような
考え方がこの２変調装置構成及び不等音響波長に
関しても適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が用いられる基本的走査装置の
機能図、第２図及び第３図は本発明に従つて配列
された１組のブラツグ型セルの立体図及び側面
図、第４図は本発明に従つて配列され、レーザ・
ビームが本発明に従つた装置によつて与えられそ
して偏向される方法を示すブラツグ型セルの斜視
図、第５図は本発明に従つた装置において、変調
されたレーザ・ビームの偏向方法を示す図表であ
る。 ８……レーザ装置、１２……音響光学的変調装
置、１４……変調回路、１６……回転鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １つの光ビームを発生するためのレーザ装置
   と、光ビームを走査面に向けて反射し上記走査面
   上の第１の方向に沿つて偏向してラスター走査線
   を形成するための光偏向装置と、上記レーザ装置
   と上記光偏向装置との間に介在させた音響光学的
   変調装置と、上記音響光学的変調装置の出力側に
   配置した遮蔽手段とを有する音響光学的変調走査
   装置において、 上記音響光学的変調装置は、上記レーザ装置に
   よつて発生された光ビームを受取り、電気音響波
   に応答して２次元方向に広がつた複数の光ビーム
   を発生するためのものであつて、個別的に付勢さ
   れる電気−音響変換器をそれぞれ持ち、それらの
   音響波伝播軸が互いに直交する関係に縦続配置さ
   れた２つのブラツグ型セルを含み、一方のブラツ
   グ型セルが光ビームを上記第１の方向に偏向し、
   他方のブラツグ型セルが光ビームを上記第１の方
   向と直交する第２の方向に偏向することと、 上記遮蔽手段は、上記音響光学的変調装置から
   発生される光ビームのうち、上記第２の方向に対
   して斜め方向に並び且つ上記音響光学的変調装置
   によつて変調された所定の複数の光ビームのみを
   取出すことと、 上記光偏向装置は上記遮蔽手段によつて取出さ
   れた複数の光ビームを受取り、上記走査面上に一
   対のラスター走査線を形成することと、を特徴と
   する音響光学的変調走査装置。