JPH057689B2

JPH057689B2 -

Info

Publication number: JPH057689B2
Application number: JP59167267A
Authority: JP
Inventors: Ryun Itsupu Kuotsuku; Edowaado Banton Maachin
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1983-08-16
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1993-01-29
Also published as: JPS6069624A; EP0134681A1; US4561023A; EP0134681B1; DE3467818D1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、小形偏向器、詳しく言えば、小形偏
向器を非たわみ位置に戻すために要する時間を短
縮するための制御装置に関するものである。

従来の技術小形偏向器は、基本的には、反射表面を有し、
光反射器として機能することができる１個または
それ以上の可撓フインガーより成つており、多く
の利用面が知られている。たとえば、１つの利用
として、超小形偏向器は、ラスタ走査装置の鏡面
追跡装置として使われている。別の利用として、
超小形偏向器を直線配列にすれば、ビデオ像信号
入力に応じて光のシート状ビームを変調する全幅
変調器ができる。上記およびその他の利用におい
て、超小形偏向器を構成する１個またはそれ以上
の可撓フインガーは、加えられた電圧に応じて曲
がる、すなわちたわむ。したがつて、１個または
それ以上のフインガーに当たつた光は、電圧の有
無にしたがつて選択れた方向に向けられる。

たとえば、超小形偏向器を直線に配列して使用
する場合には、ビデオ像信号入力にしたがつて
個々のフインガーに曲げ用電圧が選択的に加えら
れる。超小形偏向器のフインガーのそれぞれの異
なる選択的なたわみにより、走査ビームが変調さ
れ、記録媒体が露光されて像信号で表される像が
形成される。同様に、超小形偏向器形式の鏡面追
跡装置の場合には、超小形偏向器の可撓フインガ
ーに制御された電圧を加えることにより、可撓フ
インガーが曲がつて、その結果フインガーに当た
つた走査ビームが追跡され、走査素子の鏡面にビ
ームが当たる点はほゞ中央に維持される。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、特に高速で利用する場合には、
電圧が除かれたあと、超小形偏向器の１個または
それ以上のフインガーが非たわみ位置へ戻つて振
動が止まるまでの所要時間はかなり長く、それが
装置の動作速度を制限していることがわかつた。
フインガーの復元時間はフインガーの物理的パラ
メータを変えることで、すなわちフインガーをよ
り厚くすることで短縮することができるけれど
も、通常は、この特性偏向に好ましくない副作用
が伴う。たとえば、フインガーの厚さを増した場
合、装置の時間的制約の中で必要なたわみを得た
ければ、フインガーを曲げる、すなわちたわませ
るために必要な電圧を大幅に増す必要がある。代
わりに、物理的ストツプ、すなわち接触部を設
け、フインガーを妨げて中立位置に停止させ、か
つ振動を安定させることを思い浮かべるかも知れ
ないが、この種のストツプは、可撓フインガーの
縦方向の振動のすべてを減衰させるとは限らない
し、また好ましくないフインガーの摩耗や疲労を
生じさせるおそれがある。

問題点を解決するための手段本発明は、次のサイクルの準備のため非たわみ
静止位置へ超小形偏向器が戻るのを促進するよう
に改良された装置に関するものである。超小形偏
向器は、当てられたビームを反射する鏡状表面を
もつ少なくとも１個の可撓フインガーと、フイン
ガーが加えられた電圧に応じてたわみ、フインガ
ーに当たつたビームを別の方向に反射することを
許す支持部より成つており、改良点として、前記
第１の電圧が除かれたあとフインガーが非たわみ
位置へ戻ろうとしているとき、フインガーの振動
を減衰させフインガーが非たわみ静止位置に戻る
のを促進するよう、フインガーに第２の電圧を印
加する手段を備えている。

実施例第１図〜第３図を参照して、本発明の超小形偏
向器を組み入れた典型的なラスタ走査装置１０を
詳細に説明する。ラスタ走査装置１０は、像信号
にしたがつて変調された高い放射強度にビーム１
５、すなわち光が感光性記録媒体１３を横切つて
走査し、記録媒体を像の形状に露光するラスタ出
力走査装置、すなわちROS式走査装置より成つ
ている。

記録媒体１３は、矢印１６の方向に回転する
（手段は図示せず）感光性被膜付きのゼログラフ
イー方式のドラム１４として描いてあるが、代わ
りに、感光性被膜付きのゼログラフイー方式のベ
ルトやプレートのほか、ウエブまたはカツト紙形
式の感光性フイルムや塗工紙を含め、他のゼログ
ラフイー方式や非ゼログラフイー方式の記録媒体
を使うことができることはわかるであろう。した
がつて、記録媒体１３は、一般化されたケースで
は、走査ビーム（ここでは、図示のように番号15
−２で示してある）に対し交差線をすなわち行ピ
ツチの方向に進行しながら露光される感光性媒体
と想像されたい。

ビーム１５は、適当な電磁放射光束源、たとえ
ばレーザー２１から得られる。レーザー２１で発
生した単一波長放射線の平行ビーム１５は、あと
で説明するように、像信号入力に含まれている情
報にしたがつてビーム１５を修正する変調器１２
に当てられる。変調されたビーム１５−１はテレ
セントリツク望遠鏡式ビーム拡大器１８を通つて
鏡面追跡装置２０へ進み、鏡面追跡装置２０から
第２のテレセントリツク望遠鏡式ビーム拡大器２
２を通つてホログラフ式走査偏向器２４へ進む。
偏向器２４から出たビームは、結像レンズ２６に
よつて記録媒体１３に焦点が合わされる。

変調器１２は、電子光学素子２７を有する全内
面反射（ITR）式変調器であつて、ビーム１５の
有効サイズに相応する電子光学素子２７の部分の
端から端まで複数のアドレス可能な電極２８，２
８′が連続して配置されている。一般に、電極２
８，２８′は、幅が１〜30ミクロンであり、１〜
30ミクロンのほゞ一様な電極間のすきまが得られ
るようほゞ等距離離れている中心線上にある。

電子光学素子２７は、たとえば両端に光学的に
研磨された入力面と出力面３１，３２、および光
学的に研磨された中間反射表面３３を有する
LiNbO₃のｙカツト結晶でできている。手指のよ
うに組まれた電極２８，２８′は、発生した周辺
電界を電子光学素子２７内に結合するため、反射
表面３３に接触しているか、少なくともそれに近
接している。電極２８，２８′にはリード線２９，
３０を介して適当な電圧V′が加えらえ、電極２
８，２８′に加える電圧V′は像信号の内容に応じ
て制御される。

図からわかるように、レーザー２１からの平行
ビーム１５は、入力面３１を通つて反射表面３３
をかすめるような入射角で電子光学素子２７に入
る。ビーム１５は、反射表面３３のほゞ縦中心線
においてくさび形に焦点が合わされ（手段は図示
せず）、ここで、ビーム１５は全内面反射され、
出力面３２を通つて電子光学素子２７から出る。
ビーム１５は、電子光学素子２７を通過する間
に、像信号の内容にしたがつて空間的に同位相波
面が変調される。

電極２８，２８′間の電圧差で局部周辺電界が
生じるが、この局部周辺電界は電子光学素子２７
の相互作用領域３９内に広がつて、相互作用領域
３９の横の方に素子の屈折率に変化を生じさせ
る。この結果、ビーム１５が相互作用領域３９を
通過するとき、その同位相波面が像信号入力にし
たがつて順次空間的に変調される。

位相交番がないブラツグ（Bragg）方式（第３
図参照）で作動させると、電子光学素子２７にブ
ラツク角θ_Bで入る光は、回折せず、０次ビーム１
５−０として現れる。図示例において、０次ビー
ム１５−０は、適当なストツプ３７に当たつて像
が形成される。電極２８，２８′に電圧V′が加わ
ると、位相変化が生じ、光は、あとで明らかにな
るように、記録媒体１３を露光するために用いら
れる１次ビーム１５−１に散乱する。

ブラツグ回折方式について説明したが、この分
野の専門家ならば、電子光学素子２７をラーマ
ン・ナス（Raman−Nath）方式で作動させても
よいことはわかるであろう。代わりに、別の変調
形式、たとえば音響−光学式や電子光学式のほ
か、レーザー・ダイオードを思い浮かべることも
できる。１次ビーム１５−１は走査ビーム１５−
２のソースとして使われるが、代わりに０次ビー
ム１５−０を用いることができる。その場合に
は、１次ビーム１５−１がストツプ３７に当てら
れよう。

偏向器２４は、ほゞ平らな走査円板４６の外周
まわりに複数の回折格子面、すなわち鏡面４７を
有するホログラフ式偏向器である。走査円板４６
は、ガラスで作られたものが好ましく、モータ４
８によつてドラム１４の動きに同期して回転す
る。円板４６は、１次ビーム１５−１が鏡面４７
に約45°の角度で入射するように配置することが
好ましい。円板４６から出力される回折された走
査ビーム１５−２は、補角で出てくる。

１次ビーム１５−１は、ビーム拡大器１８，２
２と、鏡面追跡装置２０とを通つて偏向器２４へ
進み、ビーム拡大器１８，２２は、ビーム１５−
１に対し制御された拡大を与えて所定のスポツト
サイズのビームを走査円板４６の鏡面４７に当て
る役目をする。あとで詳細に説明するが、鏡面追
跡装置２０は、走査円板４６の鏡面４７に当たる
１次ビーム１５−１を追跡してビームのスポツト
を走査円板４６の鏡面４７の所定の位置に維持す
る役目をする。走査円板４６の鏡面４７で反射し
た１次ビーム１５−１（ここでは、走査ビーム１
５−２と呼ぶ）は、結像レンズ２６により、ドラ
ム１４の表面に近い焦点面の選択された地点に焦
点が合わされる。

次に、第４図と第５図を参照し、可撓フインガ
ー５０を有する超小形偏向器形式の鏡面追跡装置
２０について詳細に説明する。可撓フインガー５
０は、析出、熱酸化などによりシリコン・ウエー
ハ５４の表面に適当に設けられた二酸化シリコン
５１より成るものが好ましい。代わりに、他の材
料、たとえばシリコン、窒化シリコン等を想像す
ることができる。フインガー５０の外側表面に
は、金属鏡状反射被膜５３が付いている。フイン
ガー５０より下のウエーハ５４の部分は除去され
ていて、第４図のように、フインガー５０の自由
端がたわむことができるように空間５５が作られ
ている。フインガー５０には、電圧を加えるため
のリード線６０が付いており、ウエーハ５４に
は、共通リード線すなわち戻りリード線６１が接
続されている。

次に、第６図を参照して制御回路６５を説明す
る。制御回路６５は、走査円板４６の回転および
感光性記録媒体１３を横切る走査ビーム１５−２
の掃引に同期して、リード線６０を介して、超小
形偏向器式鏡面追跡装置２０のフインガー５０に
たわみ用、すなわち曲げ用電圧を加える。適当な
像信号源６７、たとえば記憶装置通信回線等とと
もに、適当なクロツク（ここでは、画素クロツク
６９と呼ぶ）が設けられており、後者は像信号源
６７から変調器１２に対する像信号を刻時するた
めの刻時パルスを発生する。走査ビーム１５−２
の通路には、感光性記録媒体１３上の像線の開始
と終了を識別するため、それぞれ走査開始
（SOS）センサ７０と走査終了（EOS）センサ７
１と表示された１対のフオトセル式センサが設け
られている。SOSセンサ７０とEOSセンサ７１
の信号出力は、画素クロツク６９の制御端子に入
力され、記録媒体１３を横切るビーム１５−２の
掃引に同期してクロツク６９へ開始と停止を制御
する。クロツク６９の刻時パルス出力はクロツク
リード線７２を介して像信号源６７へ、そして÷
Ｎカウンタ７４を介して適当な持久記憶装置（こ
こでは、ROM記憶装置７６で例示する））用の
アドレス・カウンタ７５へ送られる。前述のよう
に、像信号源６７に対する画素クロツク６９の刻
時パルス出力は、変調器１２に対する像信号を刻
時する。そこで、変調器１２は、走査偏向器２４
により記録媒体１３を横切つて走査するビーム１
５−２に同期して、ビーム１５を変調する。

走査を通じて、１次ビーム１５−１が走査円板
４６の鏡面４７に当たるスポツト位置を制御する
ことができるように、超小形偏向器式鏡面追跡装
置２０のフインガー５０は、電圧が加わると、制
御されて曲がる、すなわちたわむようになつてい
る。このために、ROM記憶装置７６の出力が適
当なデジタルアナログ変換器８０へ送られる。変
換器８０のアナログ信号出力は増幅器８１へ送ら
れ、ここで信号は、フインガー５０を制御して曲
げる、すなわちたわませる十分な電圧Ｖ（たわみ）
が得られるように適当に増幅される。増幅器８１
の信号出力は、OR機能ゲート８４を介して鏡板
追跡装置２０のリード線６０に接続されている。
電圧Ｖ（たわみ）の発生前に、変圧器８０に対す
るデータ入力を安定させるために、適当な遅延回
路８５が設けられている。ここでは、デジタル方
式の装置について説明したが、代わりに、純アナ
ログ制御機能を用いてフインガー５０に制御され
た電圧を加えてもよいことはわかるであろう。

ROM記憶装置７６の内容は、走査を通じて１
次ビーム１５−１を走査円板４６の鏡面４７の中
央に維持するために必要な量だけ、フインガー５
０を曲げるのに必要な電圧Ｖ（たわみ）を決める
ために行う１回またはそれ以上の較正すなわちテ
スト実施を通じて得られる。第２図に、鏡面追跡
装置２０のフインガー５０のたわみに対する、走
査開始（SOS）、走査中央（COS）、および走査
終了（EOS）における１次ビーム１５−１の相
対的位置を示す。図示の位置は、例示したに過ぎ
ず、ビーム１５−１の真の位置を表すものでない
ことはわかるであろう。

鏡面追跡装置２０のフインガー５０に対する主
たる要素の１つは、たわんだあと次の走査線の開
始前に、フインガーが非たわみ静止状態に戻るこ
とである。リード線６０の曲げ用電圧Ｖ（たわみ）
がフインガー５０から除かれると、フインガー５
０（説明のため、片持ちはりと見なすことができ
る）は、減衰する自由ばね質量振動系のように動
く。したがつて、フインガー５０はある時間（こ
こでは、復元時間Trと呼ぶ）を経過して非たわ
み位置に戻るであろう。

復元時間Trは、超小形偏向器のフインガー５
０が臨界減衰条件のもとで、最大たわみ位置（第
４図の実線）から非たわみ位置（第４図の点線）
まで戻るのに必要な時間と定義されるが、フイン
ガーの固有振動数にほゞ等しい。たとえば、前述
形式のフインガー５０が長さＬ＝160μm、幅ｗ＝
100μm、厚さｂ＝2μm、深さｄ＝5μmの値を有す
る場合、フインガーは、約73KHzの固有振動数を
有し、Ｑフアクタは1.37である。もし、51Vの最
大曲げ用電圧を加えて、そのあと除ければ、一般
に、フインガー５０は振幅が減少しながら振動
し、時間Tr＝30μsecで非たわみ静止状態に戻る
まであろう。

ここで、特に第６図を参照すると、電源９０と
して図示した減衰用の電圧Ｖ（減衰）源が設けら
れており、電圧源９０の出力はリード線９１およ
びゲート８４を介してフインガー５０のリード線
６０に接続されている。減衰用電圧Ｖ（減衰）の
開始と持続時間の双方を制限するために、タイマ
ー９４が設けられている。タイマー９４の信号出
力はリード線９５を介して電圧源９０の制御端子
に入力される。EOSセンサ７１の出力はリード
線９７を介してタイマー９４の制御端子に接続さ
れている。

次に、第１図、第２図、及び第５図〜第７図ｂ
を参照すると、画素クロツク６９はSOSセンサ７
０による走査ビーム１５−２の検知に応じて作動
する。クロツク６９の刻時パルス出力は、像信号
源６７を作動させ一連の像信号を変調器１２へ出
力させる。変調器１２は、一連の像信号にしたが
つて、感光性記録媒体１３を横切つて像線を書き
込むため、ビーム１５を変調する。同時に、画素
クロツク６９の刻時パルス出力は、カウンタ７５
を駆動し、カウンタ７５は所定の計数レベルに達
すると、ROM７６内のプリセツト記憶位置をア
ドレスする。この結果生じたROM７６の制御信
号出力はデイジタル・アナログ変換器８０へ送ら
れ、所定の曲げ用電圧Ｖ（たわみ）が鏡面追跡装
置２０のフインガー５０に加えられる。フインガ
ー５０に加えられた所定の各曲げ用電圧により、
フインガー５０は所定の量だけ曲がる、すなわち
たわむ（その例を第２図に示す）。

前述のように、フインガー５０は、１次ビーム
１５−１をビーム拡大器２２を通じて回転してい
る走査円板４６の鏡面４７に向けて反射する。フ
インガー５０が曲がる、すなわちたわむと、走査
円板４６の鏡面４７にビーム１５−１が当たる点
が変わる結果、鏡面が動くとき走査円板の鏡面に
当たるビーム１５−１の位置は鏡面に沿つて有効
に追跡され、１次ビーム１５−１が鏡面に当たる
点はほゞ中央に維持される。

走査ビーム１５−２が走査線の端に達すると、
EOSセンサ７１がビームを検知し、EOSセンサ
７１からの信号で画素クロツク６９の動作と、像
信号源６７から変調器１２に対する像信号の入力
が止められる。同時に、リード線９８にある
EOSセンサ７１からの信号で、鏡面追跡装置７
５がリセツトされ、増幅器８１からフインガー５
０に対する曲げ用電圧（たわみ）の入力が止めれ
る。

曲げ用電圧が止められると、フインガー５０は
非たわみ位置へ戻る。EOSセンサ７１からの信
号はタイマー９４を使用可能にし、タイマー９４
はフインガー５０がほゞその非たわみ位置に戻る
ことができるように選定された所定の時間遅れの
あと、電圧源９０を作動させて、所定の減衰用電
圧Ｖ（減衰）をあらかじめ定めた時間t′（第７ａ図
に示す）の間フインガー５０に加える。減衰用電
圧Ｖ（減衰）は、フインガー５０の非たわみ位置
への通常の戻りに付随するフインガー５０の振動
を迅速かつ急激に減衰させ、すなわち抑制して、
フインガー５０を次の走査線のため準備する。

鏡面追跡装置２０のフインガー５０がほゞ非た
わみ位置に達する時点で、時間t′＝0.25μsecの間、
62Vの減衰用電圧Ｖ（減衰）を印加したところ、
フインガー５０の振動はほゞ瞬間的に減衰し、約
5μsecの復元時間Trで、フインガーは最大たわみ
点から中立静止状態に戻ることがわかつた。代わ
りに、フインガー５０を減衰させる別の波形を想
像することもできる。

本発明を組み入れた別の超小形偏向器の構造お
よび配列、すなわち、１個の可撓フインガーを用
い像信号入力にしたがつて走査ビームを変調す
る、あるいは１列またはそれ以上のフインガー直
線配列を用い、像信号入力に応じて一度に走査線
全体を変調する超小形偏向器式変調器を容易に想
像することもできる。後者の例は、米国特許第
4454547号明細書に記載されている。

以上、開示した構造について発明を説明した
が、発明は説明した細部構造に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に入れることができるす
べての修正および変更を包含するものと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、全内面反射（TIR）変調器とホログ
ラフ式走査円板をもつ形式のラスタ走査装置用の
鏡面追跡装置に具体化された本発明の改良型超小
形偏向器の略図、第２図は、第１図の鏡面追跡装
置によつて鏡面追跡が行われる様子を示す略図、
第３図は、第１図の走査装置用のTIR変調器の細
部構造を示す拡大底面図、第４図は、鏡面追跡装
置の可撓フインガーを示す第１図の超小形偏向器
式鏡面追跡装置の拡大断面側面図、第５図は、第
４図の可撓フインガーの平面図、第６図は、曲げ
用電圧を除いたあと可撓フインガーの振動を減衰
させる手段を含む、第１図のラスタ走査装置用の
制御装置を示す論理図、および第７ａ図と第７ｂ
図は、曲げ用電圧と可撓フインガーのたわみの割
合の関係を示すグラフである。１０……ラスタ走査装置、１２……変調器、１
３……記録媒体、１４……感光性被膜付きゼログ
ラフイー式ドラム、１５……ビーム、１５−０…
…０次ビーム、１５−１……１次ビーム、１５−
２……走査ビーム、１６……回転方向、１８……
ビーム拡大器、２０……鏡面追跡装置、２１……
レーザー、２２……ビーム拡大器、２４……ホロ
グラフ式走査偏向器、２６……結像レンズ、２７
……電子光学素子、２８，２８′……アドレス可
能電極、２９，３０……リード線、３１……入力
面、３２……出力面、３３……中間反射表面、３
７……ストツプ、３９……相互作用領域、４６…
…走査円板、４７……鏡面、４８……モータ、５
０……可撓フインガー、５１……二酸化シリコ
ン、５３……金属鏡状反射被膜、５４……シリコ
ン・ウエーハ、５５……空間、６０，６１……リ
ード線、６５……制御回路、６７……像信号源、
６９……画素クロツク、７０……SOSセンサ、７
１……EOSセンサ、７２……クロツク・リード
線、７４……÷Ｎカウンタ、７５……アドレス・
カウンタ、７６……ROM記憶装置、８０……デ
イジタル・アナログ変換器、８１……増幅器、８
４……OR機能ゲート、８５……遅延回路、９０
……電源、９１……リード線、９４……タイマ
ー、９５，９７，９８……リード線。

Claims

【特許請求の範囲】１当てられた光ビームを反射する鏡状表面をも
つ少なくとも１個の可撓フインガーと、印加され
た第１の所定の電圧に応じてフインガーをたわま
せ、フインガーに当たつたビームを他の方向に反
射させる支持部とから成る小形偏向器において、前記第１の電圧を除いたあと、次に続く像信号
の前に、前記フインガーに第２の所定の電圧を加
えて前記フインガーの振動を減衰させ、該フイン
ガーがその非たわみ位置へ戻るのを促進する制御
手段を備えており、該制御手段は、前記フインガーがその非たわみ
位置に達するまで前記第２の電圧の印加を遅延さ
せるタイミング手段を有し、該タイミング手段は
その遅延後所定の時間の間、フインガーの振動を
減衰させる前記第２電圧を印加することを特徴とする小形偏向器。２前記フインガーは直線状に配列された複数の
フインガーであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の偏向器。３ビーム・ストツプと、走査対象物を横切つて
前記ビームを掃引するための回転可能な走査素子
と、像信号に応じて前記フインガーに前記第１電
圧を選択的に加える手段とを有していて、フイン
ガーは走査素子より上流側のビーム通路内に配置
されており、第１電圧が存在しないときフインガ
ーは非たわみ位置にあつてビームを前記ビーム・
ストツプ及び走査素子に向けて反射し、第１電圧
が印加されるとフインガーはたわみ位置へ動かさ
れてビームを前記ビーム・ストツプ及び走査素子
に向けて反射するようになつていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の偏向器。４同時にシート状の光ビームにさらされたとき
線状のビームを連続的に反射する少なくとも１列
に配置された複数のフインガーと、像信号入力に
応じて個々のフインガーに前記第１電圧を同時に
加える手段を有しており、像信号入力はフインガ
ーの数に等しい像信号群で成り、第１電圧に応じ
てたわんだフインガーはビームを第１の通路に反
射し、他方たわまなかつたフインガーはビームを
第２の通路に反射し、両通路の一方が記録媒体に
向けられていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の偏向器。