JPS6028331B2 - 音響光学的変調走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は音響光学的に変調されるレーザを走査するシス
テムに関し、特に光点が２次元で逐次に並んだイメージ
パターンを生じるよう２つ又はそれ以上の種々のキャリ
ア周波数で２値静的に（ｂｉｓｔａｔｉｃａｌｌｙ）ど
ちらかにレーザピームが変調されるようなシステムに関
する。 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，ラスター走査システム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、衝撃印刷、用紙の着色及び
磯着に関する要求とともに速度、解像度及び整列に関す
る増々増大する要求が、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。そのような従来
方法及びこの装置以外にはこれといった理由がなく夫々
がその過去のパフオーマンスの価値を証明しているなら
ばこれらの方法及びこの装置を可能なところに使用する
事が非常に望ましい。多くの非常に高速のレーザ走査シ
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
袋層で必要な立上り立下り時間を増加さるため２又はそ
れ以上の焦点を有する複数のビームで以つて走査する構
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一致性の（ｎｏｎ
−ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）ビームを与えるための２又は
それ以上のキャリア周波数で付勢される音響光学的変調
装置で以つてある程度は達成される。レーザビームが光
学機械装置によって一方向に偏向され且つ２又はそれ以
上の異なる搬送波周波数で同時に動作する音響光学的変
調装置によって通常の方向に偏向され強度変調されるよ
うな音響光学的変調ラスタ−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相
互変調を生じる事になる。 以下で２通りの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、その前にその一部の構成
素子や一部のシステムの動作を示す従来技術の装置につ
いて若干触れておこう。米国特許第３６１４３１ぴ号、
同第３７４４０３ｙ号及び同第３９３５５６６号には音
響光学的レーザビームラスター走査装置が示され、それ
らの装置に本発明による原理が適用できるのであるが、
それら自体には本発明による解決課題に触れたりその解
決技法を示唆したりするものがない。 米国特許第４０００４９３号及び同第４０５３８９８号
には音響光学的レーザビーム走査装置をもつラスター走
査型イメージディスプレイを与える装置を開示している
が、本発明による装置が指向している空間的な重なりと
いう課題を級かつたものはなく、本発明による装置を示
唆しているとは云えない。 本発明の目的は上記で間接的に触れまた以下の説明で次
第に明らかになると思うが、コヒーレント光のビームを
発生するレーザと、議しーザビ−ムを受取り、それを僅
かに異なる方向に広がる個々に変調可能な２又はそれ以
上のビームに偏向するよう横成された音響光学的変調装
置と、該変調されたレーザビームを受取り且つそれらを
１つの方向に直角な方向に偏向するよう騰成された例え
ば回転鏡などの偏向装置と、ビームが逐次的に複数個の
走査パターンで突当る平面的又は円筒状の表面素子とよ
り成る簡単な構成に於いて得られる。本発明によれば、
ラスターに於る２つの隣り合う走査線中の結像光の点（
スポット）相互間の童なる領域が非常に少なくなり、も
しも完全になくならないとすれば本発明による１つの技
法では音響光学的変調装置がレーザビームの軸の廻りに
回転されこれによって１本の線上の大部分の光点がその
次の線上の大部分の光点を、許容し得る最小限まで、重
なり合いが少なくなるように早める（又は遅らされる）
。 本発明による他の技法では、音響光学的変調器に於て必
要な角度でビームを偏向させる事により走査線ピッチを
３倍又はそれ以上の間隔に隔てた２つの走査光点によっ
て新規な交錯させたラスター走査を生じる。 この技法では像ディスプレイを重ならせるであろう光点
の重なりが生じないので干渉効果を回避することができ
る。第３の技法は１つの構成中に上記２つの技法を組合
わせて配設したものである。 第１図には本発明の原理が適用される基本的走査システ
ムを示す図である。 レーザ装置８がコヒーレント光の東を音響光学的変調装
置１４へ与え、そこでその光東は逐次並ぶ光点の像を支
持するビームに変調され回転（多面）鏡装置１６上に投
射される。これらは全て従来からある構成である。回転
鏡１６は行平面則ち表面素子１８に対して大きな回転半
径の円柱状のドラムを横切るよう水平方向にビームを走
査する。それととともに表面素子１８を横方向に移動さ
せるか又は円柱状のドラムを回転させる事によって磯領
域に対し走査線が垂直方向に分離される。音響光学的変
調装置１４は円柱状の表面素子１８の同時複数走査の為
必要な距離だけ横方向移動される２個又はそれ以上の光
点を与える。この実施例の円柱状の表面素子１８は光印
刷装置等の為の導電性ドラムである。図示の構成が理解
容易の為に同期装置を省いている事、それ自体が本発明
の一部ではない事、しかし、当業者であれば利用可能な
多くの変形例のうちの少なくとも１つで周知の態様でこ
の装置を同期化する為必要な手段を加えられる事は容易
に理解されよう。第１図のＡ−Ａ方向にとった変調装置
１４の図を第２ａ図に図式的に示す。 このレーザビームは光学的素子２０の中に投射される。
矢印２２は円筒状の表面素子１８を横切る水平方向走査
線の方向を表示する。２又はそれ以上の電子的キャリア
周波数波に応答する圧電変換器２４が２６で表示するよ
うな音響波を発生するよう礎成される。 この音響波２６はしーザビームを変調し、水平方向に偏
向するよう伝播される。この音響波２６はまた、従来方
式に従い、光学的ディスプレイ中でリコールするような
順次に並んだ点状の信号に基づき強度変調される。結果
的に走査するラスターが複数個の走査線によって行なわ
れるよう２又はそれ以上の周波数が使用される。第２ｂ
図には、共通領域３３中で重なる隣接する走査線中の一
対の最終的に生じる点則ち光点３１及び３２を図式的に
示す。従釆技術のの構成では、或る程度のそのようなオ
ーバーラップは我慢しなければならなかったが、連続的
な垂直線を生じるためには光点が走査線間隔よりも大き
くなければならなかった。光点３１及び３２を生じるレ
ーザピームが、回折を生じさせるキャリア周波数の量に
よって周波数を（音響波によるレーザビームの角度的な
方向付けに依存して）増減されるので、その２本のビー
ムがオーバーラップの領域で干渉し、２つのキャリア周
波数の差に等しい周波数の不所望の変調を生じてしまう
。これまで説明してきたような装置及びその動作は従来
技法を表わす。 オーバーラップ領域３３では２本のビームの干渉が好ま
しくない相互変調を生じる。この好ましくない変調は下
記の差の周波数で生じる。らコｆ．−ら

【１１ 但し、ｆ３は相互変調生成周波数であり、ｆ，及びりま
電気的変換器が駆動されるときのキャリア周波数である
。 この変調深さは水平方向走査線に沿って最大であり、こ
の線から正及び負の垂直方向に減っていく。 本発明によれば相互変調の生成は完全になくならないと
しても非常に少なくなる。これは従来技法の構成から成
る構造を、１つの新規な技法則ち走査光点の間隔を増加
させ且つこれによって光点の重なりを減らすか若しくは
なくすためにキャリアの周波数差を増加させるという技
法に従って本発明による新規な構造に変換できる。走査
線間隔は第２Ｃ図に示す変調装置を角度８（像走査方向
に直角な方向の線から測って）だけ回転させる事によっ
て維持される。この対応する光点パターンを第２ｄ図に
示す。この相互変調効果の改善ははるかに小さい重なり
領域３３′を見れば容易に理解される事と思う。この重
なり領域は、破線の円３２″及び３１′によって表示さ
れるように両者の光点が互いに位置付けられるときなく
なる。尚、上記の角度は変調装置１４により配向される
複数本のビームの中心線によって定義される鞠のまわり
に該変調装置１４を回転させる事により生じ、これによ
りある走査線上の光点が隣りの走査上の対応する光点に
もたらされる。この技法は相互変調効果を少なくする助
けとなる幾つかの長所を有する。 １つの長所はビームの中心間が大きく離れている事によ
るものであり、その２つのビーム中心の中央の点のピー
ク振幅がコントラストを減じる事なく減少される。 第２の長所は効果的なオーバーラップ（重なり）領域が
小さい事である。また第３の長所は光点の動きがｘ方向
に沿って積分されこれによって回転角度ａが、結果とし
て生じる露光強度の正弦波変動に滑らかな効果を生じる
事にある。また大きく隔てるには電子音響変換器を駆動
するのに使用される２つの波形相互間に大きな周波数を
必要としこれによって水平方向の僅かの距離しか露光変
動を生じない事である。研究によると角度０に０をとる
と相互変調は３３％であり、角度４５０にりをとるとそ
の最大変調は１３％であった。 後者の変調深さは電子写真印刷技法を用いるとき印刷密
度変調を生じるための閥値しベルの下になり得る。この
技法は角度８のｏｏから９００の間のある範囲の値に対
して適用される。 この最適値は利用し得る音響光学的変調器の帯域によっ
て決定される事になろう。上述の音響光学的変調装置は
また２つ以上の変調周波数で以つて使用されても良い。
本発明の第２の実施例によれば、第１図に示す基本構成
が音響光学的変調装置１４を別の方法で配列して構成さ
れる。変調装置１４をＢ−Ｂの方向からみたのが第３図
である。図示のような０次のビーム１０′を生じる圧電
変換器２４′が活動していないとき、入射するレーザビ
ームは変調装置１４″を真直ぐな線で通り抜ける。しか
し本発明によれば、変換器２４′に印加される電波が図
示の異なる周波数毎に異なる角度でビーム１０を偏向す
る。これを式で示すと下記のようになる。即ち、ら＝ｆ
．十＄ 【２｝ 但し、ｆ，及びりま選択した変調周波数である。 走査ビームが垂直方向にこのように広く隔てられるとい
う技法は飛越し（ｊｎにｒｌａｃｅｄ）走査方式で適用
される。１つのどちらかというと基本的な走査パターン
の実施例部分は下記の表に概括される。 表１ 表 ０ 斯して、第１の走査では走査線１及び４ににビームを位
置付けるよう周波数が設定される。 次の線では走査３及び６が走査され、以下同様に走査さ
れる。この技法に必要な周波数の差は２つの光点が隣り
合う線を走査していると仮定した場合に必要な差の３倍
である。しかし、光点がこの大きな量だけで隔てられる
ので、空間的な重なりはなくなり、２本のビーム間の干
渉は生じなくなる。図面の簡単な説明第１図は本発明を
適用できる基本的走査装置の機能図である。 第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図及び第２ｄ図は本発明に
よる装置の動作及び構造を従来装置との比較の上で示す
図式図である。第３図は本発明による装置で使用される
音響光学的変調装置を示す図式図である。８・・・・・
・レーザ装置、１０・・・・・・ビーム、１４．．・．
．・音響光学的変調装置、１６・・・・・・回転鏡、１
８・・・・・・円柱状の表面（行表面）即ち表面素子。 ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．２（ｏ】 ＦＩＧ．２

【ｂ】

ＦＩＧ．２（ｃ） ＦＩＧ．２（ｄ） ＦＩＧ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ） コヒーレント光ビームを発生するためのレ
   ザーと、（ｂ） 上記光ビームを受け取り、発生された
   音響波に応答して上記光ビームを特定の第１平面に沿い
   偏向し異なる方向に広がる個々に変調された２またはそ
   れ以上のビームとして出力するための音響光学的変調装
   置と、（ｃ） 上記変調された光ビームを受け取り、そ
   の光ビームを特定の第２方向に沿い偏向するための偏向
   装置とを備え、 上記偏向装置により偏向された光ビー
   ムを逐次的に複数個の走査パターンとして走査面上に照
   射するようにした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の上記第１平面が上記偏向装置
   の上記第２方向と直角な方向に対して角度θ（０°＜θ
   ＜９０°）だけ回転して配置され、以て上記表面素子上
   の走査光点を互いに離隔させることを特徴とする音響光
   学的変調走査装置。 ２ 上記音響光学的変調装置は、隣りあう光点の変調周
   波数をｆとするとき、走査される隣接光点の周波数ｆ＿
   １，ｆ＿２につきｆ＿２＝ｆ＿１＋３ｆ、をみたすべく
   飛越し走査するように制御されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の音響光学的変調走査装置。