DE2942427C2

DE2942427C2 - Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE2942427C2
Application number: DE2942427A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kawasaki Kanagawa Mori
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2036996A; US4293195A; JPS5555312A; DE2942427A1; GB2036996B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Einrichtung kann beispielsweise in einem Laser-Drucker zur Verringerung der Ablenkgeschwindigkcit der Abtasleinrichtung eingesetzt werden.

Eine Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls der angegebenen Gattung ist aus der DE-OS 22 17 607 bekannt und weist eine Schaltung zur Erzeugung von elektrischen HF-Spannungen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen, Modulatoren, die die elektrischen Trägerfrequenzen mit Informationssignalen modulieren, eine Summiercinrichtung für die modulierten elektrischen Spannungen und ein durch den Lichtstrahl beaufschlagtes, akustooptisches Element auf, dem das Ausgangssignal der Summiereinrichtung unter Umwandlung in ein akustisches Signal zugeführt wird.

Da bei einer solchen Einrichtung das akustooptischc Element gleichzeitig durch mehrere modulierte elektrische Spannungen erregi wird, ändert sich die Modulation der einzelnen Signale unter dem Einfluß der anderen Signale, d. h. es kommt zu einer Kreuzmodulatior-der Lichtstrahlen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die Kreuzmodulation, also die wechselseitige Beeinflussung der an dem akustooptischen Element erzeugten Teilstrahlcn, weitgehend verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäO durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ist in dem Unteranspruch angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Ausführungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls nach der Erfindung,

ίο Fig.3 einen Teil des Schaltungsaufbaus einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls nach der Erfindung und

Fig.4 einen Teil des Schaltungsaufbaus einer

is weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur akustcoptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls, bei der die Kreuzmodulation unterdrückt werden soll. Diese Einrichtung weist mehrere Oszillatoren OSd bis OSC-, auf, die elektrische HF-Spannungen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen erzeugen. Jeder Trägerfrequenz ist ein Informationssigna! zugeordnet, beispielsweise bei einem Laserdrucker ein Bildsignal; diese Informationssignale f_s\ bis fsm werden von einer nicht dargestellten Signalquelle gelieft/t und modulieren durch AM-Modu-Iation M\ bis M_m die Amplituden der elektrischen HF-Spannungen.

jo Ein invertierender Operationsverstärker OP, der Widerstände R₀ bis R_n (mit R₀ = R\ = Ri = Ri = ... R_n), eine Diode Dp. und einen Gleichstromverstärker A aufweist, führt eine Addition der Spannungen der Informationssignale /", ι bis /",„, sowie eine Verringerung einer mittels eines veränderlichen Widerstandes VR₀ eingestellten Spannung f,„ durch; außerdem bewirkt der Operationsverstärker OP die inverse Verstärkung der Spannungen der Informationssignale /,, bis f_im und der Einstellspannung /",„■. Die Einst'vlspannung f_sn- dient zur Einstellung des Gesamtablenk-Wirkungsgrades eines akustooptischen Elementes 4Ound wird mit Hilfe eines veränderlichen Widerstandes VR₁₁ durch Aufteilung der Spannung einer Energiequelle gebildet, deren Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der Spannungen der Informationssignale /", ι bis f,_m ist.

Der invertierende Operationsverstärker OP bildet also durch Addieren der Informationssignale /, ι bis /,„ und der Einstellspannungen — f,„ ein künstliches Signal f_ln; durch Inversion ergibt sich

^M Un= -|Λ|+Λ2+ ...f,m)-f,n\.

Mit dem auf diese Weise erzeugten künstlichen Signal f,„ wird die einem HF-Oszillator OSC_n zugeordnete Amplitude einer elektrischen HF-Spannung mit bestimmter Trägerfrequenz in einem HF-Modulator M_n moduliert.

Die Ausgangssignale der Modulatoren Λ/· bis M_n werden in einer Mischstufe MIX über verstärkungsgeregelte Verstärker Gd-GC_n zu einem Signal aufsum· miert. Das summierte Signal wird durch einen Leistungsverstärker PA verstärkt und an das akustoop tische Element AO angelegt. Das akustooptischc Element AO teilt einen von einer nicht dargestellten Quelle gelieferten Laserstrahl I_1n in mehrere, modulierte Teilstrahlen auf, erzeugt also abgelenkte Lichtstrahlen erster Ordnung I_n bis /i_ound A„die den Informationssignalen f, 1 bis f,_m und dem künstlichen Signal f,„ entsprechen, sowie einen Lichtstrahl nullter Ordnung I».

Wenn die dynamischen Bereiche der Funktionssignale /", ι bis f_sm gleich gemacht worden sind, werden die Kenndaten des Informationssignals beim abgelenkten Lichtstrahl erster Ordnung in bezug auf jeden Lichtstrahl gestreut. Diese Streuung ist auf die verwendeten elektrischen Schaltungen, das Frequenzband des akustooptischen Elements AO sowie eine Kreuzmodulation zwischen den Strahlen zurückzuführen. Da die Streuung der Kenndaten eines Informationssignals beim abgelenkten Licht erster Ordnung durch die Differenz der Verstärkung oder den Gradienten der Eingangs- und Ausgangs-Kenndaten hervorgerufen wird, werden die verstärkungsgeregelten Verstärker GCi bis GCn so eingestellt, daß die Eingangs- und Ausgangskenndaten der jeweiligen Strahlen übereinstimmen.

Eine Verringerung der Kreuzmodulation läßt sich durch ein akustooptisches Element mit breitem Frequenzband sowie dadurch erhalten, daß die Intensität der Gesamtablenkung des Lichtstrahls erster Ordnung unabhängig von den zugeführten Informationssignalen konstant gehalten wird; wenn das verwendete Frequenzband breit ist, läßt sich die Summe der zugeführten Informationssignale konstant halten und dadurch die Kreuzmodulation verringern, weil die Kenndaten der Informationssignale bei der Ablenkung des Lichtstrahls erster Ordnung sich in jedem Strahl nur wenig voneinander unterscheiden. In der Einrichtung nach Fig. 1 wird die Summe der Ausgangsstrahlen l\\ bis l\_m und des künstlichen Strahls l\„, nämlich /, = /,, + /,2 + ... I\_m + /i„ konstant gehalten. Zu diesem Zweck wird ein künstliches Signal f_sn erzeugt, um die Summe der Spannungen der Informationssignale f_s \ bis f,_m und des künstlichen Signals f_sn konstant zu machen, so daß gilt:

f_s , -1- f_s j = f-_{z 2t} zu erzielen. Deshalb läßt sich die Kreuzmudulation nur unwesentlich verringern.

Bei der Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig.2 dargestellt ist, wird die festgestellte Spannung jedes Informationssignals fs 1 bis f_sm durch Multiplizierschal· tungen MP, bis MP_m quadriert; jede der dadurch erhaltenen Spannungen wird dann in der Form /i r, f_sr,

... f_sm- an eine Kreuzmodulations-Ausgleichsschaltung angelegt Als Multiplizierschaltung MP1 bis MP_n können handelsübliche, analoge Multiplizierschaltungen verwendet werden.

Da die Eingangsspannungen der Informationssignale Λ 1, fs 2, f_s 3 ■ ■ . die Modulatoren Mi, M₂ ... modulieren, liegen die Spannungen üblicherweise nicht höher als 1 V; das Frequenzband reicht in Abhängigkeit von den Eigenschaften des akustooptischen Elementes AO von Gleichspannung bis zu einigen MHz. Das verwendbare Frequenzband könnte also durch d'C Eigenschaften der Multiplizierschaltungen MP> bis ΛίΚ. begrenzt werden. Da jedoch bei dieser Einrichtung immer ein künstliches Signal fsn mit quadratischer Kennlinie erzeugt wird, läßt sich ein sehr guter Ausgleich der Kreuzmoculation erhalten.

Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird der Schaltun,"saufbau dadurch vereinfacht, daß nur eine Multiplizierschaltung MP vorgesehen ist. Da bei diesem System die Multiplizierschaltung MPdas Ausgangssignal des eine Addition und Verringerung durchführenden, invertierenden Operationsverstärkers OP quadriert, wird die Spannung des künstlichen Signals f_sn auf folgende Weise erhalten:

f> ι + f$2 +

konstant.

Bei der Einrichtung nach Fig. I wird folgende Beziehung vorausgesetzt: /πλ/Ίι, h&fs2 ■■■ In der Praxis gilt J :doch die folgende Beziehung zwischen h\ -to und fs ι:

l\\ ⁼ Im^D²Kf, ι,

wobei K eine Konstante ist. Infolgedessen hat dieses System noch eine relativ hohe Kreuzmodulation.

Wenn die Eingangs- und Ausgangskenndaten der Eingangsspannungen der Informationssignale f, \ bis f,„ gleich sind, gilt

+ P₁ = K(f,,² + f ,² + ... fs/) - konstant.

Wenn in diesem Fall f, 1 -* 0 und f, 2-* ft 2. geht, ergibt sich

55

50

fsn |(/"s 1 + U 2 +

+ fsn\²

Bei der Einrichtung nach Fig. I wird versucht, einen Ausgleich der Kreuzmodulation durch Einhaltung von Folglich können die Kreuzglieder, nämlich Λ ι - f_s 2. fsi-fsi. fs2-fst, ■■■ Faktoren werden, die das Betriebsverhalten dieser Einrichtung verschlechtern. D:°se Kreuzglieder müssen jedoch innerhalb eines bestimmten Grenzbereiches nicht berücksichtigt werden, so daß sich ein ziemlich guter Kreuzmodulationsausgleich ergibt.

Fig.4 zeigt eine dritte Ausfüh;ungsform einer Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden statt der Multiplizierschaltungen MPi bis MP_n, (siehe Fig. 2) Dioden D, bis D,„ verwendet, so daß das System eine Rechteck-, insbesondere quadratische Kennlinie hat. Um die Rechtcckkennlinie der Dioden D\ bis D_n, gleich zu machen, sind veränderliche Widerstände VR_t bis VR_n vorgesehen, so daß sich die Beiriebskenndaten einstellen lassen. Wenn die Dioden D\ bis D_m avi Germanium hergestellt werden, ergibt sich ein gutes Betriebsverha)-ten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur akustooptischen Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls mit einer Schaltung zur Erzeugung von elektrischen HF-Spannungen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen, mit Modulatoren, die die elektrischen Trägerfrequenzen mit Informationssignalen modulieren, mit einer Summiereinrichtung für die modulierten elektrischen Spannungen und mit einem durch den Lichtstrahl beaufschlagten akustooptischen Element, dem das Ausgangssignal der Summiereinrichtung unter Umwandlung in ein akustisches Signal zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen Operationsverstärker (OP), der durch Quadratur, Summierung und Inversion aus den zugeführten Informationssignalen (f_s\. fs2 ■■■ f_sn) ein künstliches Signal (f_s„) bildet, und durch einen weiteren Modulator (M_n), der eine wek^re Trägerfrequenzspannung mit dem künstlichen Signal (f„) moduliert, wobei die modulierte, weitere Trägerfrequenzspannung ebenfalls der Summiereinrichtung (MIX)zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operziionsverstärker (OP) das künstliche Signal durch Summierung und Inversion der zugeführten Informationssignale (f, ι, Λ ? - - - Λ/π) und anschließende Quadratur der Summe bildet.