DE4115143A1

DE4115143A1 - Akustisch-optische ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE4115143A1
Application number: DE4115143A
Authority: DE
Inventors: Picault Jean-Pierre Claude
Original assignee: A A SA
Current assignee: A A SA
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1991-05-08
Publication date: 1991-11-14
Also published as: FR2661992B1; JPH04226430A; GB2244343B; FR2661992A1; US5122898A; GB9109931D0; CA2041688A1; IL98048A0; GB2244343A

Description

Die Erfindung betrifft eine akustisch-optische Ablenkvorrichtung. Dabei handelt es sich um eine Baugruppe, die im wesentlichen einen Kristall umfaßt, der als Milieu für die Wechselwirkung zwischen einer Ultraschallwelle und einer einfallenden Lichtwelle zum Beugen und folglich zum Ablenken dieser Lichtwelle dient. Eine solche Baugruppe wird gelegentlich als Bragg′sche Zelle be zeichnet. Die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Ablenkvor richtung sind vielfältig. Sie wird zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtechnik eingesetzt. Auch in Ablenkspiegeln in Laserdruc kern findet sie Verwendung.

Eine akustisch-optische Ablenkvorrichtung umfaßt genauer gesagt einen Kristall und einen von einem Hochfrequenz-Erzeuger (Radio-Frequenz RF) gesteuerten piezoelektrischen Wandler zum Erzeugen einer Ultraschallwelle im Kristall und zum Verändern seiner Brechungszahl.

Ein einfallendes Lichtbündel verursacht im Kristall ein gebeugtes Bündel in der Ebene der zwei Schall- und Lichtwellen, welches abhängig von der Frequenz der Schallwelle abgelenkt wird. Ein aus einem einfallenden Lichtbündel hervorgegangenes, gebeugtes Bündel kann, selbst wenn dieses selbst ein paralleles Bündel ist, nicht auf einen Punkt fokussiert werden. Ein von einer akustisch- optischen Ablenkvorrichtung gebeugtes Bündel divergiert immer. Es wird in einen Fleck gebündelt, dessen Abmessung nach unten durch die Beugung selbst begrenzt ist.

Für die Anwendung auf Drucker sind die folgenden Parameter zu berücksichtigen:

- Länge einer Druckzeile
- Größe der Bildelemente, oder Pixel
- Anzahl der Pixel pro Zeile, oder Auflösung
- Zeit für die Abtastung einer Zeile.

Die Pixelgröße entspricht der Größe des das gebeugte Bündel begrenzenden Flecks. Die Abtastung einer Zeile wird durch Variation der Schallfrequenz verwirklicht. Es soll nochmals erinnert werden, daß ein einfallendes Bündel nur dann ein ge beugtes Bündel verursacht, wenn vorher die Schallwelle das ein fallende Lichtbündel im Kristall durchdrungen hat. Dabei kommt es auf die mittlere Zugriffszeit an, die natürlich von der Öffnung des einfallenden Lichtbündels abhängt. Letztendlich ist die Auf lösung von Druckern mit akustisch-optischer Ablenkvorrichtung proportional zu dieser Bündelöffnung, sowie zur Größe des akustischen Frequenzspektrums, d. h. zum durchgelassenen akustischen Frequenzbereich (Durchlaßbereich).

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Auflösung von Druckern mit akustisch-optischer Ablenkvorrichtung zu erhöhen, ohne die Dauer der Zeilenabtastung zu erhöhen.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine akustisch-optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Optisch verhält sich die Ablenkvorrichtung der Erfindung wie eine aus dem Stand der Technik bekannte Ablenkvorrichtung mit einem einzigen Kristall, dessen Länge gleich der Summe aus den Kristall längen der vorliegenden Ablenkvorrichtung ist, welche erlaubt, die Öffnung des Lichtbündels und im Anwendungsfall eines Druckers dessen Auflösung entsprechend zu vergrößern. Abgesehen davon, daß die auf dem Markt verfügbaren Kristalle in ihrer Länge begrenzt sind und also keine Kristalle mit einer für die Auflösung ge eigneten Länge gefunden werden können und ferner aus physikalischen Gründen auch das akustische Frequenzspektrum be grenzt ist, ist es Verdienst der Anmelderin, diese akustische Unterbrechung oder Diskontinuität vorgeschlagen zu haben, die allein eine tolerierbare Dauer der Zeilenabtastung gewährleistet. Tatsächlich genügt es zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems nicht, die Länge eines Kristalls zu verlängern oder das akustische Frequenzspektrum zu vergrößern. Der Er findungsgedanke gemäß der Anmeldung besteht auch darin, das Problem nicht aus Sicht der Auflösung R anzugehen, sondern aus Sicht einer geeigneten Auflösung R , die von der Anmelderin er schlossen wurde.

Weiter oben wurde dargelegt, daß R durch die Beziehung

R = k · ϕ · ΔF

gegeben ist, wobei

ϕ der Durchmesser der Lichtbündelöffnung,
ΔF der akustische Durchlaßbereich und
k ein Proportionalitätsfaktor ist.

R_g ergibt sich durch die Beziehung zu

wobei

τ die mittlere Zugriffszeit und
T die Dauer der Zeilenabtastung ist, die der Dauer des Frequenz verlaufs von einem Ende zum anderen des akustischen Spektrums entspricht.

Der Ausdruck für die geeignete Auflösung R_g stützt sich auf die Feststellung, daß der erste Punkt einer Zeile erst nach einer Zeit τ gedruckt wird, und daß sich demzufolge der nutzbare Durchlaß bereich nur zu

ergibt.

Der Vorteil der Erfindung liegt also aufgrund der akustischen Unterbrechung darin, die Öffnung des einfallenden Lichtbündels zu vergrößern, ohne die mittlere Zugriffszeit entsprechend zu erhöhen und ohne demzufolge das Abtastintervall für eine Druckzeile zu erhöhen. Beispielsweise kann durch Verwenden zweier identischer Kristalle die Auflösung verdoppelt werden.

Die oben beschriebene, beispielhafte Anwendung der Erfindung zur Verbesserung des Auflösungsvermögens von Druckern beschränkt die Erfindung nicht auf solch eine Anwendung.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Ablenkvor richtung sind die Wandler so angeordnet, daß sie durch denselben RF-Erzeuger gesteuert werden; es können jedoch auch mehrere Er zeuger verwendet werden.

Die piezoelektrischen Wandler an den Randflächen der zwei Kristalle sind vorzugsweise jeweils an zwei, den Kristallen gegen überliegenden Schalleintrittsflächen angebracht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzel heiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine Ansicht des piezoelektrischen Wandlers, der an einem der zwei Kristalle der Ablenkvorrichtung von Fig. 1 angebracht ist, in größerem Maßstab.

Die Ablenkvorrichtung umfaßt zwei identische, geschliffene Kristalle 1 und 2, die mit ihren geschliffenen Stirnflächen 3, 4 zueinander im Stoß montiert und längs einer akustischen Achse 5 ausgerichtet sind. Zwischen den Kristallen ist ein sehr feiner Spalt 6 vorgesehen.

An den den geschliffenen Stirnflächen gegenüberliegenden, äußeren Schalleintrittsflächen 19 (20) der beiden Kristalle 1 und 2 sind zwei piezoelektrische Wandler 7, 8 angebracht, von denen jeder auf der einen Seite mit Masse und auf der anderen Seite mit einem Hochfrequenz-Erzeuger (Radiofrequenz RF) 9 variabler Frequenz über einen dazwischenliegenden elektrischen Anpassungsschaltkreis 10, 11 verbunden ist. Obige Baugruppen sind in einem mit Masse ver bundenem Gehäuse 12 angeordnet.

Jeder piezoelektrische Wandler 7, 8 ist zwischen einer Klebeschicht 13 auf der mit Masse verbundenen Eingangsfläche des Kristalls 1, 2 und einer äußeren Elektrode 14 angeordnet, welche mit dem RF-Erzeuger 9 verbunden ist und den Wirkungsbereich des Wandlers begrenzt. Die geschliffene Stirnfläche 3, 4 der Kristalle 1, 2 ist von einer absorbierenden Schicht 15 bedeckt.

Die zwei Kristalle 1, 2 sind so angeordnet, daß sie im allgemeinen ein längliches einfallendes Lichtbündel, dessen Achse 16 senk recht zur Schallachse 5 liegt, hier in der Zeichenebene von Fig. 1, auffangen können, sein Verlauf 17 im Kristall wurde zum besseren Verständnis in der Zeichenebene dargestellt.

Der Erzeuger 9 dient zum Steuern der Wandler 7, 8, um längs der Achse 5 zwei Ultraschallwellen in den Kristallen 1, 2 zu er zeugen, die akustisch durch den Spalt 6 voneinander getrennt sind, wohingegen sie optisch einen Kristall mit der zweifachen Länge der einzelnen Kristalle bilden. Anders gesagt, verformt der Spalt das Lichtbündel 17 nicht.

Unter der Wirkung der in den Kristallen 1, 2 erzeugten Ultra schallwellen selber Frequenz verursacht das längs der Achse 16 einfallende Lichtbündel ein einziges gebeugtes Bündel längs der Achse 18, das in der von den Achsen 5 und 16 gebildeten Ebene, jedoch mit einer Neigung gegenüber der Achse 16 liegt, wobei diese Neigung mit der veränderlichen Frequenz des Erzeugers 9 veränder bar ist.

Die hier beschriebene Ablenkvorrichtung verhält sich wie eine Ablenkvorrichtung mit einem einzigen Kristall doppelter Länge, wobei sie jedoch ein einfallendes Lichtbündel auffangen kann, dessen Öffnung das Zweifache der Öffnung eines Lichtbündels be trägt, das ein einzelner Kristall auffangen kann. Hinsichtlich der akustischen Unterbrechung 6 bleibt die mittlere Zugriffszeit der Anordnung gleich derjenigen jedes Kristalles.

Deshalb und bei Anwendung der oben beschriebenen Ablenkvorrichtung als Abtastspiegel eines Druckers, wie eines Laserstrahldruckers, wird dessen Auflösung im Vergleich zur Auflösung einer Ablenkvor richtung mit einem einzelnen solchen Kristall verdoppelt, ohne dabei die Abtastzeit entsprechend zu erhöhen, wobei folglich die mittlere Zugriffszeit erhalten bleibt.

Als Kristalle können z. B. Kristalle aus Paratellurit (TeO₂) oder aus Bleimolybdat (PbMoO₄) Verwendung finden.

Untersuchungen wurden an Kristallen mit Abmessungen von 6 × 6 × 12 mm, getrennt durch einen Spalt von etwa 10 µm Breite und mit einem Lichtbündel mit 20 mm Öffnung durchgeführt. Es ist die Funktion der geschliffenen Stirnflächen 3, 4 in Verbindung mit den absorbierenden Schichten 15, zu verhindern, daß die auf diesen Stirnflächen reflektierten Ultralschallwellen die einfallenden, das gebeugte Lichtbündel verursachenden Wellen stören und eine zweite Beugung hervorrufen.

Die Dicke der Wandler bestimmt sich als Funktion der Frequenz des zu erzeugenden Ultraschalls. Die Querabmessungen der äußeren Elektroden 14 werden so festgelegt, daß die Kollimation der Schallwellen bis zum Ende der Kristalle gewährleistet ist, d. h. biß zu ihren geschliffenen Stirnseiten 3, 4, und daß der akustische Durchlaßbereich in seinem gesamten Umfang erzeugt werden kann. Ein piezoelektrischer Wandler besitzt eine elektrische Impedanz, die zum Teil rein kapazitiv und zu einem reellen und imaginären Teil rein piezoelektrisch ist, dabei ist es Aufgabe der Schaltkreise 10, 11 die Impedanz der Bragg′schen Zelle, welche die Ablenkvorrichtung darstellt, an die Impedanz des RF-Erzeugers 9 anzupassen.

Claims

1. Optisch-akustische Ablenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Gehäuse (12) mehrere Kristalle (1, 2) und mehrere jeweils den Kristallen zugeordnete piezoelektrische Wandler (7, 8) umfaßt, die von einem RF-Signal variabler Frequenz zum Erzeugen von Ultraschallwellen derselben Frequenz in der Kristallen (1, 2) gesteuert werden, wobei die Kristalle (1, 2) längs einer akustischen Achse (5) angeordnet sind, um im wesentlichen ein einfallendes Licht bündel (16) aufzufangen und ein einziges gebeugtes Bündel (18) zu erzeugen, und durch einen Spalt (6) getrennt sind, der eine akustische Unterbrechung bildet, ohne das Licht bündel zu verformen.

2. Akustisch-optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Wandler (7, 8) so angeordnet sind, daß sie von ein und demselben Erzeuger (9) gesteuert werden.

3. Akustisch-optische Ablenkvorrichtung nach einem der An sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die piezoelektrischen Wandler (7, 8) an der Außenfläche der beiden Kristalle (1, 2) jeweils an zwei gegenüberliegenden äußeren Schalleintrittsflächen (19, 20) angebracht sind.

4. Akustisch-optische Ablenkvorrichtung nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß sie als Ablenkspiegel für Drucker verwendet wird.